电容式指纹感测装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电容式感测装置及其方法，且尤其涉及一种不需使用模数转换器的电容式指纹感测装置及其方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着生物识别技术逐渐成熟，许多不同的生物特征均可被用来识别使用者的身份。其中，由于指纹识别技术的识别率及准确率较其它生物特征的识别技术更好，故目前指纹识别的应用层面较广。
[0003]指纹识别的技术先感测使用者的指纹图样(pattern)，再采集指纹图样中独特的指纹特征并存储至存储器中。之后，当使用者再次按压或滑刷指纹时，指纹感测器会感测指纹图样并且采集指纹特征，以便与先前所存储的指纹特征进行比对以进行识别。若二者相符，则使用者的身份得以确认。
[0004]随着便携式电子装置的普及化，利用便携式电子装置来输入指纹特征已逐渐成为未来发展的领域。因此，需要一种具有较小面积的指纹感测装置。
[0005]当使用者按压或滑刷指纹时，已知电容式指纹感测器会感测指纹的波峰(ridge)及波谷(valley)，并且产生相对应于波峰及波谷的不同电容值。接着，利用电荷分布(charge-sharing)的方式，取得相对应于电容值的电压值,并将电压值输入一模数转换器(Analog-to-Digital Converter),以转换成数字码(digital code),以提供给处理器，进行后续指纹识别的演算与处理。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种电容式指纹感测装置。上述指纹感测装置包括:一感测阵列，包括多个感测单元，每一感测单元包括一感测电容以及一参考电容；一绝缘表面，设置于上述感测阵列的上方；以及一读取模块，用以当一手指接触上述绝缘表面时，于一感测周期内，得到对应于每一上述感测单元的上述感测电容的一感测时间间隔，以及对应于每一上述感测单元的上述参考电容的一参考时间间隔，并根据上述感测时间间隔以及上述参考时间间隔，提供一感测输出，以指示上述手指的指纹波峰或波谷。
[0007]再者，本发明提供一种指纹感测方法，适用于一电容式指纹感测装置，其中上述感测装置包括具有多个感测单元的一感测阵列以及设置于上述感测阵列的上方的一绝缘表面。当一手指接触上述绝缘表面时，于一感测周期内，得到对应于每一上述感测单元的一感测电容的一感测时间间隔，以及对应于每一上述感测单元的上述参考电容的一参考时间间隔。根据上述感测时间间隔以及上述参考时间间隔，提供一感测输出，以指示上述手指的指纹波峰或波谷。
[0008]相比较需要使用到模数转换器的传统指纹感测装置及其方法，本发明实施例所述的指纹感测装置及其方法无须使用模数转换器，并且仅使用到较少的模拟电路，因此可降低晶片的面积、耗电量以及制造成本。
【附图说明】
[0009]图1为显示根据本发明一实施例所述的指纹感测装置；
[0010]图2为显示根据本发明一实施例所述的使用图1的指纹感测装置来读取使用者的手指指纹的不意图；
[0011]图3为显示使用者的手指接触到图1的指纹感测装置的剖面示意图；
[0012]图4为显示根据图1实施例所述的指纹感测装置的示意图；以及
[0013]图5为显示根据本发明一实施例所述的图4中指纹感测装置内的信号波形图。
[0014]附图标记说明如下:
[0015]100、400?指纹感测装置；
[0016]110?感测阵列；
[0017]115、415?感测单元；
[0018]120、420?绝缘表面；
[0019]130、430?电源模块；
[0020]140、440?读取模块；
[0021]150?处理器；
[0022]210、410 ?手指；
[0023]220、320?指纹波峰；
[0024]230?电容值曲线；
[0025]240?指纹图样；
[0026]310、490?半导体基底；
[0027]330?指纹波谷；
[0028]431、436 ?电流源；
[0029]432、433、437、438 ?开关；
[0030]435A.435B ?切换单元；
[0031]450?比较单元；
[0032]452、454 ?比较器；
[0033]460?判断单元；
[0034]462?异或门；
[0035]464?计数器；
[0036]470?时脉产生器；
[0037]480?电压源；
[0038](；、(:2、(；ορ ?电容；
[0039]Cref?参考电容；
[0040]CLK?时脉信号；
[0041 ]CMPsen、CMPref ?比较结果；
[0042]CNT?感测输出；
[0043]E1-E3 ?电极；
[0044]GND?接地端；
[0045]Isen?感测电流；
[0046]Iref?参考电流；
[0047]SW、SWB?切换信号；
[0048]Vbias?偏压信号；
[0049]Vdd?数字电压源；
[0050]Vdda?模拟电压源；
[0051]?感测电压；
[0052]Vraf?参考电压；以及
[0053]V.?差异信号。
【具体实施方式】
[0054]为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下:
[0055]图1为显示根据本发明一实施例所述的指纹感测装置100。指纹感测装置100包括感测阵列110、绝缘表面120、电源模块130、读取模块140以及处理器150。在此实施例中，感测阵列110、电源模块130、读取模块140以及处理器150设置在半导体基底内。感测阵列110由多个感测单元115以二维方式排列而成。绝缘表面120设置在半导体基底上，并覆盖于感测阵列110的全部感测单元115之上。相应于处理器150所提供的切换信号SW，电源模块130可在感测周期P_内提供感测电流以及参考电流I?f至感测阵列110的感测单元115。此外，在重置周期P?t内，电源模块130可对感测单元115进行重置。于是，在感测周期Psen时，读取模块140可得到感测阵列110中每一感测单元115的感测电压Vsen以及参考电压Vraf，并根据感测电压V_以及参考电压Vraf来提供对应于每一感测单元115的感测输出CNT至处理器150。接着，处理器150可根据全部感测单元115的感测输出CNT来判断是否有使用者的手指接触绝缘表面120，并可根据每一感测单元115的感测输出CNT来判断出感测输出CNT为对应于手指的指纹波峰(ridge)或指纹波谷(valley)。于是，处理器150可根据全部感测单元115的感测输出CNT而得到二阶化(binary)或是灰阶化(gray level)的指纹信息，以供后续程序使用，例如可经由指纹识别演算法来执行指纹识别操作等。
[0056]图2为显示根据本发明一实施例所述的使用图1的指纹感测装置100来读取使用者的手指指纹的示意图。在图2中，当手指210接触到指纹感测装置100时，手指210表面的不规则形状指纹波峰220会通过绝缘表面120触压感测单元115。于是，指纹感测装置100可得到对应于指纹波峰220的电容值曲线230，并根据电容值曲线230的形状而辨认出指纹波峰220的形状，而得到指纹图样240。接着，其他电路或装置便可根据指纹图样240来进行后续处理。
[0057]图3为显示使用者的手指接触到图1的指纹感测装置100的剖面示意图。在图3中，绝缘