指纹传感器、指纹模组及电子设备的制作方法

本发明涉及指纹识别，具体而言，涉及一种指纹传感器、指纹模组及电子设备。

背景技术：

1、近年来，指纹识别技术在日常生活中应用得越来越广泛，很多设备(例如、手机、平板电脑、笔记本电脑)都安装有指纹识别器件。然而，来自设备内外部的噪声对指纹识别结果有较大的负面影响，现有技术中尚无很好的解决方案。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种指纹传感器、指纹模组及电子设备。

2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术实施例提供一种指纹传感器，包括指纹信号采集模块以及噪声信号采集模块；所述指纹信号采集模块用于采集包含噪声的指纹信号，所述噪声信号采集模块用于采集噪声信号，所述指纹信号用于和所述噪声信号进行差分处理，得到差分信号，所述差分信号用于指纹识别。

4、上述指纹传感器中，指纹信号采集模块采集的指纹信号除了包含用于指纹识别的指纹成分，还包含噪声成分，而噪声信号采集模块采集的噪声信号则主要包含噪声成分，从而对指纹信号和噪声信号进行差分处理，相当于削弱甚至是消除了指纹信号中的噪声成分，因此基于差分处理所得到的差分信号进行指纹识别具有较好的识别效果。其中，噪声信号既可能来源于指纹传感器所在设备的外部环境，也可能来自于设备的内部环境。

5、在第一方面的一种实现方式中，所述指纹传感器包括像素阵列，所述指纹信号采集模块包括所述像素阵列中用于采集所述指纹信号的指纹像素，所述噪声信号采集模块包括所述像素阵列中用于采集所述噪声信号的噪声像素，所述指纹像素采集的指纹信号用于和与其对应的噪声像素采集的噪声信号进行差分处理，得到所述差分信号。

6、在上述实现方式中，通过像素阵列中的像素就可以完成指纹信号和噪声信号的采集，集成度较高。

7、在第一方面的一种实现方式中，每个指纹像素均对应有与其同时驱动的噪声像素，所述指纹像素采集的指纹信号用于和与其同时驱动的噪声像素采集的噪声信号进行差分处理，得到对应的差分信号。

8、在上述实现方式中，指纹像素和噪声像素是不同的像素，从而指纹信号和噪声信号可以同时采集，去噪效果较好。

9、在第一方面的一种实现方式中，所述像素阵列包括多个信号采集单元，每个信号采集单元包括至少一个指纹像素以及一个噪声像素，每个信号采集单元中的指纹像素和噪声像素同时驱动，每个信号采集单元中的每个指纹像素采集的指纹信号分别用于和该信号采集单元中的噪声像素采集的噪声信号进行差分处理，得到对应的差分信号。

10、在上述实现方式中，去噪是在每个信号采集单元内部独立进行的，即噪声信号具有局部化的特点，因此去噪效果较好。

11、在第一方面的一种实现方式中，所述像素阵列包括多列指纹像素和一列噪声像素，所述像素阵列采用行扫描方式对像素进行驱动，每个信号采集单元为所述像素阵列的一行像素。

12、在上述实现方式中，根据行扫描的特点在像素阵列中设置一列噪声像素，可确保每行指纹像素对应一个噪声像素，不仅去噪精度较高，并且不会增加太多的噪声像素，有利于控制硬件成本。

13、在第一方面的一种实现方式中，所述像素阵列包括n列指纹像素和n列噪声像素，n为大于1的整数，且包含所述指纹像素的列和包含所述噪声像素的列在所述像素阵列中交替排列，所述像素阵列采用行扫描方式对像素进行驱动，每个信号采集单元包括一个指纹像素以及与该指纹像素在行方向上相邻的一个噪声像素。

14、在上述实现方式中，根据行扫描的特点在像素阵列交替设置噪声像素的像素列和指纹像素的像素列，可确保每个指纹像素对应一个噪声像素，去噪精度很高。

15、在第一方面的一种实现方式中，所述指纹传感器为电容型传感器，所述噪声像素包括第一电极板以及第二电极板，所述第一电极板设置在所述第二电极板的靠近所述指纹传感器的感应表面一侧；所述第二电极板的一端与所述像素阵列的驱动单元的输出端连接，所述第二电极板的另一端用于与所述噪声像素的后端电路连接，所述驱动单元用于向所述第二电极板施加第二驱动信号，以使所述第二电极板累积电荷，所述第二电极板累积的电荷在向所述噪声像素的后端电路转移时，形成所述噪声信号。

16、在上述实现方式中，第一电极板用于屏蔽手指电容极板(即手指表面)，从而使得第二电极板所采集的噪声信号不含或者少含指纹成分，有利于改善去噪效果。

17、在第一方面的一种实现方式中，所述第一电极板的一端与所述驱动单元的输出端连接，所述驱动单元还用于在向所述第二电极板施加所述第二驱动信号时，向所述第一电极板施加第一驱动信号。

18、在上述实现方式中，给第一电极板施加驱动信号，有利于改善第一电极板对手指的屏蔽效果。

19、在第一方面的一种实现方式中，所述噪声像素还包括第三电极板，所述第三电极板设置在所述第二电极板的远离所述指纹传感器的感应表面一侧；所述第三电极板的一端与所述驱动单元的输出端连接，所述驱动单元还用于在向所述第二电极板施加所述第二驱动信号时，向所述第三电极板施加第三驱动信号。

20、在上述实现方式中，第三电极板起到屏蔽功能，有利于减少寄生交流电容，使所采集的噪声信号质量更高，从而有利于改善去噪效果。

21、在第一方面的一种实现方式中，构成所述噪声像素的电极板面积小于构成所述指纹像素的电极板面积。

22、在上述实现方式中，由于构成噪声像素的电极板面积较小，因此为了去噪而增加的噪声像素并不会显著增大像素阵列的面积，有利于指纹传感器的集成。

23、在第一方面的一种实现方式中，所述指纹像素包括第四电极板以及第五电极板，所述第四电极板设置在所述第五电极板的靠近所述指纹传感器的感应表面一侧；所述第四电极板的一端与所述像素阵列的驱动单元的输出端连接，所述第四电极板的另一端用于与所述指纹像素的后端电路连接，所述驱动单元用于向所述第四电极板施加第四驱动信号，以使所述第四电极板累积电荷，所述第四电极板累积的电荷在向所述噪声像素的后端电路转移时，形成所述指纹信号；所述第一电极板和所述第四电极板位于同一层，所述第二电极板和所述第五电极板位于同一层，所述第三电极板位于所述第二电极板所在层的下层。

24、在上述实现方式中，指纹传感器的电极板可以采用分层设计，其结构紧凑，便于制造。

25、在第一方面的一种实现方式中，所述像素阵列中的像素用于在指纹采集时段内作为采集所述指纹信号的指纹像素，以及用于在噪声采集时段内作为采集所述噪声信号的噪声像素，每个像素采集的指纹信号用于和该像素采集的噪声信号进行差分处理，得到对应的差分信号。

26、在上述实现方式中，指纹像素和噪声像素是相同的像素，从而指纹信号和噪声信号可以分时采集，避免相互干扰，此种实现方式无需为了去噪刻意增加像素数量(相较于指纹像素和噪声像素是不同的像素的情况)，从而比较节约硬件成本。

27、在第一方面的一种实现方式中，所述指纹传感器为电容型传感器，所述像素包括第六电极板以及第七电极板，所述第六电极板设置在所述第七电极板的靠近所述指纹传感器的感应表面一侧；所述第六电极板的一端和所述第七电极板的一端分别与所述像素阵列的驱动单元的输出端连接，所述第六电极板的另一端和所述第七电极板的另一端分别用于与所述像素的后端电路连接，所述驱动单元用于在所述指纹采集时段内向所述第六电极板施加第六驱动信号，以使所述第六电极板累积电荷，所述第六电极板累积的电荷在向所述像素的后端电路转移时，形成所述指纹信号，以及用于在所述噪声采集时段内向所述第七电极板施加第七驱动信号，以使所述第七电极板累积电荷，所述第七电极板累积的电荷在向所述像素的后端电路转移时，形成所述噪声信号。

28、在上述实现方式中的指纹采集时段，第七电极板起屏蔽作用，第六电极板采集指纹信号，在噪声采集时段，第六电极板起屏蔽作用，第七电极板采集噪声信号，即只需设置至少两个电极板就能实现分时进行指纹信号采集和噪声信号采集的功能，结构简单，硬件成本低。

29、在第一方面的一种实现方式中，所述像素还包括第八电极板，所述第八电极板设置在所述第七电极板的远离所述指纹传感器的感应表面一侧；所述第八电极板的一端与所述驱动单元的输出端连接，所述驱动单元还用于在向所述第七电极板施加所述第七驱动信号时，向所述第八电极板施加第八驱动信号。

30、在上述实现方式中，第八电极板起到屏蔽功能，有利于减少寄生交流电容，使所采集的指纹信号和噪声信号精度更高，从而有利于改善去噪效果。

31、第二方面，本技术实施例提供一种指纹模组，包括第一方面或第一方面的任意一种实现方式提供的指纹传感器，还包括信号处理模块；所述指纹传感器中的指纹信号采集模块用于采集包含噪声的指纹信号，并向所述信号处理模块输出所述指纹信号，所述指纹传感器中的噪声信号采集模块用于采集噪声信号，并向所述信号处理模块输出所述噪声信号，所述信号处理模块用于根据所述指纹信号和所述噪声信号进行差分处理，得到差分信号，并输出所述差分信号，所述差分信号用于指纹识别。

32、上述指纹模组中，指纹信号采集模块采集的指纹信号除了包含用于指纹识别的指纹成分，还包含噪声成分，而噪声信号采集模块采集的噪声信号则主要包含噪声成分，从而对指纹信号和噪声信号进行差分处理，相当于削弱甚至是消除了指纹信号中的噪声成分，因此基于差分处理所得到的差分信号进行指纹识别具有较好的识别效果。

33、在第二方面的一种实现方式中，所述信号处理模块为所述指纹传感器中的模块，或者，所述信号处理模块为所述指纹模组中独立于所述指纹传感器的模块。

34、在上述实现方式中，指纹模组中的信号处理模块既可以集成到指纹传感器内部，也可以独立于指纹传感器设置，其位置比较灵活。

35、在第二方面的一种实现方式中，所述信号处理模块包括信号预处理模块以及信号差分模块；所述信号预处理模块用于分别对所述指纹信号和所述噪声信号进行预处理，得到预处理后的指纹信号和预处理后的噪声信号，并向所述信号差分模块输出所述预处理后的指纹信号和所述预处理后的噪声信号；所述信号差分模块用于对所述预处理后的指纹信号和所述预处理后的噪声信号进行差分处理，得到所述差分信号，并输出所述差分信号。

36、在上述实现方式中，通过设置信号预处理模块，先对指纹信号和噪声信号进行预处理后再进行差分处理，有利于改善指纹信号和噪声信号的质量，从而改善差分信号的质量，进而改善指纹识别效果。

37、在第二方面的一种实现方式中，所述信号差分模块包括差分放大器以及模数转换单元；所述差分放大器用于对所述预处理后的指纹信号和所述预处理后的噪声信号进行差分运算，得到模拟的差分信号，所述模数转换单元用于对所述模拟的差分信号进行模数转换，得到数字化的差分信号，并输出所述数字化的差分信号。

38、上述实现方式采用先模拟信号相减再数字化的方式计算差分信号。

39、在第二方面的一种实现方式中，所述信号差分模块包括模数转换单元以及数字运算单元；所述模数转换单元用于分别对所述预处理后的指纹信号和所述预处理后的噪声信号进行模数转换，得到数字化的指纹信号和数字化的噪声信号；所述数字运算单元用于对所述数字化的指纹信号和所述数字化的噪声信号进行差分运算，得到数字化的差分信号，并输出所述数字化的差分信号；或者，用于将所述数字化的指纹信号和所述数字化的噪声信号在时间上对齐，得到对齐后的数字化的指纹信号和对齐后的数字化的噪声信号，并对所述对齐后的数字化的指纹信号和所述对齐后的数字化的噪声信号进行差分运算，得到数字化的差分信号，并输出所述数字化的差分信号。

40、上述实现方式采用先数字化再数字信号相减的方式计算差分信号，在处理上比较灵活，例如对数字信号进行时间对齐更加容易。

41、在第二方面的一种实现方式中，所述指纹传感器为电容型传感器，所述信号预处理模块包括指纹电荷累积电容、指纹缓冲器、噪声电荷累积电容以及噪声缓冲器；所述指纹电荷累积电容用于累积构成所述指纹信号的电荷，形成累积指纹信号，所述指纹缓冲器用于缓冲所述累积指纹信号，得到缓冲指纹信号，并输出所述缓冲指纹信号，所述噪声电荷累积电容用于累积构成所述噪声信号的电荷，形成累积噪声信号，所述噪声缓冲器用于缓冲所述累积噪声信号，得到缓冲噪声信号，并输出所述缓冲噪声信号。

42、上述实现方式中的电荷累积电容有利于累积更多电荷，从而增加信号的强度，而缓冲器则可以实现阻抗变换的功能，增加信号的带负载能力。总之，经过预处理的信号更适合进行差分处理，有利于改善指纹识别效果。

43、在第二方面的一种实现方式中，所述指纹传感器包括像素阵列，所述指纹信号采集模块包括所述像素阵列中用于采集所述指纹信号的指纹像素，所述噪声信号采集模块包括所述像素阵列中用于采集所述噪声信号的噪声像素，所述像素阵列中的像素用于在指纹采集时段内作为采集所述指纹信号的指纹像素，以及，用于在噪声采集时段内作为采集所述噪声信号的噪声像素；所述信号预处理模块对所述指纹信号和所述噪声信号进行的预处理包括将所述指纹信号和所述噪声信号在时间上对齐。

44、在上述实现方式中，由于指纹信号和噪声信号是分时采集的，所以可以在预处理模块中将其进行时间对齐，从而便于后续进行差分处理。

45、在第二方面的一种实现方式中，所述指纹传感器为电容型传感器，所述信号预处理模块包括指纹电荷累积电容、指纹缓冲器、噪声电荷累积电容以及噪声缓冲器；所述指纹电荷累积电容用于累积构成所述指纹信号的电荷，形成累积指纹信号，所述指纹缓冲器用于缓冲所述累积指纹信号，得到缓冲指纹信号，并输出所述缓冲指纹信号，所述噪声电荷累积电容用于累积构成所述噪声信号的电荷，形成累积噪声信号，所述噪声缓冲器用于缓冲所述累积噪声信号，得到缓冲噪声信号，并输出所述缓冲噪声信号；其中，所述指纹缓冲器和所述噪声缓冲器在信号缓冲的过程中将所述累积指纹信号和所述累积噪声信号在时间上对齐。

46、上述实现方式中的电荷累积电容有利于累积更多电荷，从而增加信号的强度，而缓冲器则可以实现阻抗变换的功能，增加信号的带负载能力，并且还可以进行信号时间对齐。总之，经过预处理的信号更适合进行差分处理，有利于改善指纹识别效果。

47、第三方面，本技术实施例提供一种指纹模组，包括第一方面或第一方面的任意一种实现方式提供的指纹传感器，还包括信号处理模块；所述指纹传感器中的指纹信号采集模块用于采集包含噪声的指纹信号，并向所述信号处理模块输出所述指纹信号，所述指纹传感器中的噪声信号采集模块用于采集噪声信号，并向所述信号处理模块输出所述噪声信号，所述信号处理模块用于分别对所述指纹信号和所述噪声信号进行处理，得到处理后的指纹信号和处理后的噪声信号，并输出所述处理后的指纹信号和所述处理后的噪声信号，所述处理后的指纹信号用于和所述处理后的噪声信号进行差分处理，得到差分信号，所述差分信号用于指纹识别。

48、上述指纹模组中，指纹信号采集模块采集的指纹信号除了包含用于指纹识别的指纹成分，还包含噪声成分，而噪声信号采集模块采集的噪声信号则主要包含噪声成分，从而对指纹信号和噪声信号进行差分处理，相当于削弱甚至是消除了指纹信号中的噪声成分，因此基于差分处理所得到的差分信号进行指纹识别具有较好的识别效果。

49、在第三方面的一种实现方式中，所述信号处理模块为所述指纹传感器中的模块，或者，所述信号处理模块为所述指纹模组中独立于所述指纹传感器的模块。

50、在上述实现方式中，指纹模组中的信号处理模块既可以集成到指纹传感器内部，也可以独立于指纹传感器设置，其位置比较灵活。

51、在第三方面的一种实现方式中，所述信号处理模块包括信号预处理模块以及模数转换单元；所述信号预处理模块用于分别对所述指纹信号和所述噪声信号进行预处理，得到预处理后指纹信号和预处理后噪声信号，并向所述模数转换单元输出所述预处理后指纹信号和所述预处理后噪声信号；所述模数转换单元用于分别对所述预处理后指纹信号和所述预处理后噪声信号进行模数转换，得到数字化的指纹信号和数字化的噪声信号，并输出所述数字化的指纹信号和所述数字化的噪声信号。

52、在上述实现方式中，通过设置信号预处理模块，先对指纹信号和噪声信号进行预处理后再进行差分处理，有利于改善指纹信号和噪声信号的质量，从而改善差分信号的质量，进而改善指纹识别效果。

53、在第三方面的一种实现方式中，所述指纹传感器为电容型传感器，所述信号预处理模块包括指纹电荷累积电容、指纹缓冲器、噪声电荷累积电容以及噪声缓冲器；所述指纹电荷累积电容用于累积构成所述指纹信号的电荷，形成累积指纹信号，所述指纹缓冲器用于缓冲所述累积指纹信号，得到缓冲指纹信号，并输出所述缓冲指纹信号，所述噪声电荷累积电容用于累积构成所述噪声信号的电荷，形成累积噪声信号，所述噪声缓冲器用于缓冲所述累积噪声信号，得到缓冲噪声信号，并输出所述缓冲噪声信号。

54、上述实现方式中的电荷累积电容有利于累积更多电荷，从而增加信号的强度，而缓冲器则可以实现阻抗变换的功能，增加信号的带负载能力。总之，经过预处理的信号更适合进行差分处理，有利于改善指纹识别效果。

55、在第三方面的一种实现方式中，所述指纹传感器包括像素阵列，所述指纹信号采集模块包括所述像素阵列中用于采集所述指纹信号的指纹像素，所述噪声信号采集模块包括所述像素阵列中用于采集所述噪声信号的噪声像素，所述像素阵列中的像素用于在指纹采集时段内作为采集所述指纹信号的指纹像素，以及，用于在噪声采集时段内作为采集所述噪声信号的噪声像素。

56、在上述实现方式中，由于指纹信号和噪声信号是分时采集的，所以可以在预处理模块中将其进行时间对齐，从而便于后续进行差分处理。

57、在第三方面的一种实现方式中，所述指纹传感器为电容型传感器，所述信号预处理模块包括指纹电荷累积电容、指纹缓冲器、噪声电荷累积电容以及噪声缓冲器；所述指纹电荷累积电容用于累积构成所述指纹信号的电荷，形成累积指纹信号，所述指纹缓冲器用于缓冲所述累积指纹信号，得到缓冲指纹信号，并输出所述缓冲指纹信号，所述噪声电荷累积电容用于累积构成所述噪声信号的电荷，形成累积噪声信号，所述噪声缓冲器用于缓冲所述累积噪声信号，得到缓冲噪声信号，并输出所述缓冲噪声信号；其中，所述指纹缓冲器和所述噪声缓冲器在信号缓冲的过程中将所述累积指纹信号和所述累积噪声信号在时间上对齐。

58、上述实现方式中的电荷累积电容有利于累积更多电荷，从而增加信号的强度，而缓冲器则可以实现阻抗变换及时间对齐的功能，增加信号的带负载能力，并且还可以进行信号时间对齐。总之，经过预处理的信号更适合进行差分处理，有利于改善指纹识别效果。

59、第四方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括处理器以及第二方面、第三方面或这两方面的任意一种实现方式提供的指纹模组，所述指纹模组输出的信号用于得到差分信号，所述处理器用于根据所述差分信号进行指纹识别。

60、上述电子设备由于包含了第二方面、第三方面或这两方面的任意一种实现方式提供的指纹模组，因此具有良好的去噪能力，指纹识别效果较好。

61、在第四方面的一种实现方式中，所述电子设备包括第三方面或第三方面的任意一种实现方式提供的指纹模组，且所述指纹模组输出的处理后的指纹信号和处理后的噪声信号分别为数字化的指纹信号和数字化的噪声信号；所述处理器用于对所述数字化的噪声信号和预置的数字化的基准噪声信号进行差分运算，得到数字化的修正噪声信号，对所述数字化的指纹信号和所述数字化的修正噪声信号进行差分运算，得到数字化的差分信号；其中，所述数字化的基准噪声信号根据所述指纹模组的噪声信号采集模块在无噪声环境下采集的模拟的基准噪声信号进行模数转换得到。

62、在上述实现方式中，数字化的噪声信号先和数字化的基准噪声信号进行差分运算，再用于计算数字化的差分信号，相当于排除或者至少是削弱了噪声信号采集模块的固有输出对差分结果的影响，从而有利于改善数字化的差分信号的质量，进而有利于改善指纹识别结果。