[發明專利]一種指紋傳感器

在審

• 申請號: 202010059604.9
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111062371A
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 李富民;童紅杰
• 申請（專利權）人: 寧波愛芯微電子有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 李艷梅

本發明公開了一種指紋傳感器，涉及集成電路領域，包括介質層、激勵信號發生器、控制開關、采集單元、控制電路、選擇開關、可編程放大器和模數轉換器；采集單元表面覆蓋介質層，激勵信號發生器通過控制開關連接采集單元，采集單元通過選擇開關與可編程放大器、模數轉換器依次連接并把輸出電壓轉換成數字信號，控制電路為選擇開關、可編程放大器和模數轉化器提供時序信號和控制信號。本發明在保證魯棒性的前提下，避免了人體手指與電信號的直接接觸，提高了使用的舒適性，同時降低了指紋傳感器的封裝成本和嵌入整機時的安裝難度。

技術領域

本發明涉及集成電路領域，尤其涉及一種無外部激勵環的指紋傳感器。

背景技術

根據指紋傳感器采集指紋圖像的不同原理，指紋傳感器大致可以分為光學式指紋傳感器、半導體電容式指紋傳感器以及超聲波式指紋傳感器。

為了提高指紋傳感器的靈敏度，采集速度以及抗靜電能力，人們開發了主動式指紋傳感器。主動式指紋傳感器主要由芯片內部產生具有一定時序要求的激勵信號，當手指接觸到該金屬環時，激勵信號通過芯片PAD、綁線和傳感器周圍安裝的金屬環傳導到被采集手指上。手指表面與采集點極板之間構成的手指等效電容，值為C_f，芯片內部參考電容Cref跨接在指紋采集放大器的輸入與輸出端，手指等效電容C_f，參考電容C_ref指紋采集放大器構成了一個電容比例放大電路。輸出電壓其中ΔV_ex激勵信號幅值變化。可見，輸出電壓與手指等效電容的大小成正比。由于C_ref跨接在反向放大器的輸入與輸出端，不是手指采集極板對地的電容，所以，C_ref可以采用工藝中的寄生電容設計得很小(典型范圍為1～5fF)，這樣手指等效電容的范圍可以設計到0.1fF～1fF，這樣就大大的提高了指紋傳感器的采集靈敏度。手指等效電容的絕對值減小以后，就可以增加芯片表面封裝絕緣材料的厚度，增強芯片的抗靜電能力。同時，輸出電壓的轉換可以在一個系統時鐘周期內完成，大大的提高了指紋采集的速度。但是，外部激勵環的引入，增加了芯片封裝的成本和芯片安裝到整機上的難度，整機的外殼通常都是接地的，指紋傳感器的激勵環需要與整機外殼之間做絕緣處理，不能直接接觸。另外，面對不同的人群，為了得到好的魯棒性，激勵信號往往會設計成大電流強驅動力的電信號，對于一些敏感人群，在手指直接接觸到激勵環時，往往會帶來一些刺痛感，降低了產品使用的舒適性。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種指紋傳感器，獲得良好的魯棒性，并提高使用的舒適性。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題如何在保證魯棒性的前提下，避免人體手指與電信號的直接接觸，提高使用的舒適性，同時降低指紋傳感器的封裝成本，降低其嵌入整機時的安裝難度。

為實現上述目的，發明人對現有的主動式指紋傳感器進行研究，現有的主動式指紋傳感器通常引入外部激勵環，即安裝的金屬環，傳感器內部產生具有一定時序要求的激勵信號，當手指接觸到該外部激勵環時，激勵信號由芯片內部產生并通過金屬環傳導到被采集手指上。主動式指紋傳感器的手指等效電容的絕對值較小，可以增加指紋傳感器表面封裝絕緣材料的厚度，增強芯片的抗靜電能力。同時，輸出電壓的轉換可以在一個系統時鐘周期內完成，大大的提高了指紋采集的速度。但是，外部激勵環的引入，增加了芯片封裝的成本和芯片安裝到整機上的難度，整機的外殼通常都是接地的，指紋傳感器的激勵環需要與整機外殼之間做絕緣處理，不能直接接觸。另外，面對不同的人群，為了得到好的魯棒性，激勵信號往往會設計成大電流強驅動力的電信號，對于一些敏感人群，在手指直接接觸到激勵環時，往往會帶來一些刺痛感，降低了產品使用的舒適性。