[發明專利]一種電容式指紋信號的差分采集放大電路及其工作方法

有效

• 申請號: 201811282989.4
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109460726B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 朱定飛;劉華;王建軍
• 申請（專利權）人: 上海海櫟創微電子有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 上海啟核知識產權代理有限公司 31339
• 代理人: 王仙子

本發明提出了一種電容式指紋信號的差分采集放大電路及其工作方法，通過采集片上的直流和交流分量，在二次放大之前可以方便地實現將共模量從最終信號中減去，有效地濾除了原始信號中的共模直流分量和交流分量，可以獲得一個非常高的靈敏度和動態范圍，并在隨后對上述差模信號進行Cs/Ci倍放大；同時在二次放大階段，通過在布圖上對放大電容Cs和第二積分電容Ci2做匹配處理，可以最大程度地減小信號在二次放大過程中的失真。

技術領域

本發明涉及集成電路設計及指紋檢測技術領域，尤其涉及一種指紋小信號的共模補償及信號放大電路。

背景技術

指紋認證由于其具有很高的可靠性和性價比，已經成為了當前生物認證的主流；而電容式指紋傳感器由于其體積小、速度快、低功耗、高探測度和極具易用性的特點，又成為指紋認證中的主流方式，成為當前研究的重點。

在電容式指紋傳感器的設計中，出于ESD和物理保護的考慮，指紋傳感器上絕緣介質的厚度通常都會大于50μm。絕緣介質厚度的增加，使得能夠采集到的有效指紋信號變得非常小，一方面容易被片上的各種直流信號如靜態漏流、寄生等淹沒；另一方面也很容易被片上的各種噪聲所破壞，這成為當前電容式指紋傳感器設計中的一個大的難點，不能有效地解決此問題，便不能夠獲得將產品推向穩定量產所要求的信號靈敏度和動態范圍。采集到有效的指紋信號之后，把該信號進行有效地放大，并最大程度地抑制放大過程中的信號失真，也是一個很重要的議題。

發明內容

本發明提出的一種電容式指紋信號的差分采集放大電路及其工作方法的目的在于：1、通過差分相減的方法，可以從原始采集到的信號中有效地去除各種直流和交流分量，提高信號鏈路的靈敏度和動態范圍；2、經過共模分量減除和二次放大等操作，得到最終的指紋模擬信號，并送到后續的模數轉換電路進行處理。

為了實現上述目的，本發明提出了一種電容式指紋信號的差分采集放大電路，包括：

至少一個差分采樣通道和多個普通采樣通道構成的采樣陣列；

其中，所述差分采樣通道包括一差分采樣積分器和第一開關SW1，所述普通采樣通道包括一普通采樣積分器、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4和放大電容Cs；

所述差分采樣通道的第一開關SW1連接所述差分采樣積分器的輸出端和所有普通采樣通道中的放大電容Cs的第二端；

所述普通采樣通道的第二開關SW2連接所述普通采樣積分器的負輸入端和所述放大電容Cs的第一端；所述第三開關SW3連接所述普通采樣積分器的輸出端和放大電容Cs的第一端，所述第四開關SW4連接所述普通采樣積分器的輸出端和放大電容Cs的第二端。

進一步的，在所述的電容式指紋信號的差分采集放大電路中，所述差分采樣積分器和普通采樣積分器均包括一運算放大器、復位開關和積分電容，其中所述復位開關和積分電容均跨接在所述運算放大器的輸出端和負輸入端，所述運算放大器的正輸入端接基準電壓REF_IN。

此外，在本發明的另一方面還提出了一種電容式指紋信號的差分采集放大電路的工作方法，采用如上文所述的電容式指紋信號的差分采集放大電路，所述工作方法包括步驟：

對所述電容式指紋信號的差分采集放大電路進行復位操作，將信號鏈路上的所有節點復位至基準電壓；

進入積分階段，對來自信號鏈路上的信號進行積分；

進入共模分量減去階段，去除共模分量；

進入二次放大階段，進行信號放大。

進一步的，在所述的電容式指紋信號的差分采集放大電路的工作方法中，所述復位操作包括：

將差分采樣積分器和普通采樣積分器的復位開關、第三開關SW3和第四開關SW4閉合，將第一開關SW1和第二開關SW2斷開，使信號鏈路上的所有節點均被復位到基準電壓REF_IN。