指纹识别检测电路及其控制方法、指纹识别控制芯片

专利名称：指纹识别检测电路及其控制方法、指纹识别控制芯片

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN202080000507.0

专利申请（专利权）人：京东方科技集团股份有限公司,北京京东方传感技术有限公司
权利人地址：北京市朝阳区酒仙桥路10号

专利发明（设计）人：刘彬彬,孟晨,石巍,钟文杰,胡忠,王永波,陆政华,胡大海,刘国,王国安,刘佳荣

专利摘要：提供一种指纹识别检测电路，指纹识别检测电路包括：运算放大器、串联的积分电容和第一开关、第二开关。运算放大器的同相输入端与参考电压端耦接，运算放大器的反相输入端与指纹感测电容耦接。积分电容和第一开关耦接于运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端之间。第二开关耦接于运算放大器的反相输入端和运算放大器的输出端之间，且第二开关与串联的积分电容和第一开关并联。其中，积分电容被配置为，在第一开关断开，第二开关闭合的情况下放电；在第二开关断开，第一开关闭合的情况下，在指纹感测电容的作用下储电。运算放大器被配置为，在积分电容的作用下输出表征指纹感测电容的电容值的检测信号。

主权利要求：
1.一种指纹识别检测电路，所述指纹识别检测电路包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端与参考电压端耦接，所述运算放大器的反相输入端与指纹感测电容耦接；
串联的积分电容和第一开关，所述积分电容和所述第一开关耦接于所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间；
第二开关，所述第二开关耦接于所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间，且所述第二开关与所述串联的积分电容和第一开关并联；
其中，所述积分电容被配置为，在所述第一开关断开，所述第二开关闭合的情况下放电；在所述第二开关断开，所述第一开关闭合的情况下，在所述指纹感测电容的作用下储电；
所述运算放大器被配置为，在所述积分电容的作用下输出表征所述指纹感测电容的电容值的检测信号；
所述指纹感测电容的第一端与驱动信号端耦接，所述指纹感测电容的第二端与所述运算放大器的反相输入端耦接；
所述指纹识别检测电路还包括：补偿电容；所述补偿电容的第一端与补偿信号端耦接，所述补偿电容的第二端与所述运算放大器的反相输入端耦接；
所述补偿电容的第一端所接收的来自所述补偿信号端的补偿信号，与所述指纹感测电容的第一端所接收的来自所述驱动信号端的驱动信号的相位相反；所述补偿电容被配置为，抵消所述指纹感测电容中的至少一部分原始电容值；
其中，所述原始电容值为，所述指纹感测电容在不受指纹影响的情况下的电容值。
2.根据权利要求1所述的指纹识别检测电路，其中，所述第一开关包括第一晶体管；
所述第一晶体管的控制极与第一控制信号端耦接，所述第一晶体管的第一极与所述运算放大器的反相输入端耦接，所述第一晶体管的第二极与所述积分电容耦接。
3.根据权利要求1所述的指纹识别检测电路，其中，所述第一开关包括第一晶体管；
所述第一晶体管的控制极与第一控制信号端耦接，所述第一晶体管的第一极与所述积分电容耦接，所述第一晶体管的第二极与所述运算放大器的输出端耦接。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的指纹识别检测电路，其中，所述第二开关包括第二晶体管；
所述第二晶体管的控制极与第二控制信号端耦接，所述第二晶体管的第一极与所述运算放大器的反相输入端耦接，所述第二晶体管的第二极与所述运算放大器的输出端耦接。
5.根据权利要求1～3中任一项所述指纹识别检测电路，其中，所述补偿电容的电容值与所述指纹感测电容的原始电容值相等。
6.一种指纹识别控制芯片，包括：至少一个如权利要求1～5中任一项所述的指纹识别检测电路。
7.根据权利要求6所述的指纹识别控制芯片，还包括：时序控制电路；所述时序控制电路具有多个驱动信号端，每个驱动信号端与至少一个指纹感测电容耦接；
所述时序控制电路被配置为，产生驱动信号，并通过所述驱动信号端向所述至少一个指纹感测电容传输驱动信号。
8.根据权利要求7所述的指纹识别控制芯片，其中，在所述指纹识别检测电路还包括补偿电容的情况下，所述时序控制电路还具有补偿信号端；
所述时序控制电路还被配置为，产生补偿信号，并通过所述补偿信号端向各所述指纹识别检测电路的补偿电容传输补偿信号。
9.根据权利要求8所述的指纹识别控制芯片，其中，在所述指纹识别检测电路包括第一晶体管和第二晶体管的情况下，所述时序控制电路还具有第一控制信号端和第二控制信号端；
所述时序控制电路还被配置为，产生第一控制信号和第二控制信号，并通过所述第一控制信号端向所述第一晶体管传输所述第一控制信号，通过所述第二控制信号端向所述第二晶体管传输所述第二控制信号。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的指纹识别控制芯片，还包括：电压生成器；所述电压生成器具有参考电压端；
所述电压生成器被配置为，产生参考电压信号，并通过所述参考电压端向各所述指纹识别检测电路的运算放大器的同相输入端传输所述参考电压信号。
11.根据权利要求6～9中任一项所述的指纹识别控制芯片，还包括：至少一个滤波器、至少一个比较器和至少一个计数器；
一个滤波器、一个比较器和一个计数器依次串联，所述滤波器与一个所述指纹识别检测电路的运算放大器的输出端耦接；
所述滤波器被配置为对所述指纹识别检测电路所输出的检测信号进行去噪处理；
所述比较器被配置为将所述滤波器所输出的信号的电压值与预设电压值作比较，在所述滤波器所输出的信号的电压值小于所述预设电压值的情况下，输出翻转信号；
所述计数器被配置为在所述翻转信号的控制下，停止计数，并输出计数结果。
12.根据权利要求11所述的指纹识别控制芯片，还包括：信号处理电路；所述信号处理电路与各所述计数器耦接；
所述信号处理电路被配置为，对各所述计数器输出的计数结果进行处理，输出表征指纹图像数据的电压信号。
13.一种指纹识别装置，包括：感测基板，和如权利要求6～12中任一项所述的指纹识别控制芯片；
所述感测基板具有多个感测区域，每个感测区域内设置有至少一个指纹感测电容，每个指纹感测电容与所述指纹识别控制芯片耦接；
所述指纹感测电容被配置为，感测手指指纹中谷或脊所引起的电容值变化。
14.根据权利要求13所述的指纹识别装置，其中，所述多个感测区域呈阵列式布置；
所述感测基板包括：
衬底基板；
设置于所述衬底基板一侧的多个第一电极，所述多个第一电极沿第一方向延伸且沿第二方向间隔排布；
设置于所述多个第一电极远离所述衬底基板一侧的多个第二电极，所述多个第二电极沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向间隔排布；
所述多个第一电极和所述多个第二电极相互绝缘；所述多个第一电极和所述多个第二电极的交叉位置处形成多个所述指纹感测电容；
其中，所述第一方向和所述第二方向相交叉。
15.根据权利要求14所述的指纹识别装置，其中，每个第一电极与所述指纹识别控制芯片的一个指纹识别检测电路的运算放大器的反相输入端耦接。
16.根据权利要求14或15所述的指纹识别装置，其中，在所述指纹识别控制芯片还包括时序控制电路的情况下，所述多个第二电极与所述时序控制电路耦接；
所述时序控制电路被配置为，逐行向所述多个第二电极传输驱动信号。
17.根据权利要求14或15所述的指纹识别装置，其中，所述感测基板还包括：设置于所述多个第一电极和所述多个第二电极之间的第一绝缘层；
设置于所述多个第二电极远离所述衬底基板一侧的第二绝缘层；
设置于所述第二绝缘层远离所述衬底基板一侧的保护盖板。
18.一种指纹识别检测电路的控制方法，应用于如权利要求1～5中任一项所述的指纹识别检测电路，包括：将第一开关断开，第二开关闭合，使指纹识别检测电路处于复位状态，所述指纹识别检测电路的积分电容放电；
将所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使所述指纹识别检测电路处于积分状态，所述指纹识别检测电路的积分电容在指纹感测电容的作用下储电，所述运算放大器在所述积分电容的作用下输出表征所述指纹感测电容的电容值的检测信号放电。
19.一种指纹锁，包括：
锁体；
如权利要求13～17中任一项所述的指纹识别装置；
主控板，所述锁体和所述指纹识别装置分别与所述主控板耦接；所述主控板被配置为，接收来自所述指纹识别装置的表征指纹图像数据的电压信息，根据电压信息生成指纹图像，根据所生成的指纹图像与原有指纹图像作比较，判断是否解锁。 说明书 : 指纹识别检测电路及其控制方法、指纹识别控制芯片技术领域[0001] 本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种指纹识别检测电路及其控制方法、指纹识别控制芯片、指纹识别装置和指纹锁。背景技术[0002] 指纹识别技术已被广泛应用于指纹锁、考勤机、智能手机等产品中，目前，电容式指纹识别技术存在竖纹噪声问题，影响指纹识别准确性。发明内容[0003] 一方面，提供一种指纹识别检测电路，所述指纹识别检测电路包括：运算放大器、串联的积分电容和第一开关、第二开关。所述运算放大器的同相输入端与参考电压端耦接，所述运算放大器的反相输入端与指纹感测电容耦接。所述积分电容和所述第一开关耦接于所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间。所述第二开关耦接于所述运算放大器的反相输入端和所述运算放大器的输出端之间，且所述第二开关与所述串联的积分电容和第一开关并联。[0004] 其中，所述积分电容被配置为，在所述第一开关断开，所述第二开关闭合的情况下放电；在所述第二开关断开，所述第一开关闭合的情况下，在所述指纹感测电容的作用下储电。所述运算放大器被配置为，在所述积分电容的作用下输出表征所述指纹感测电容的电容值的检测信号。[0005] 在一些实施例中，所述第一开关包括第一晶体管。所述第一晶体管的控制极与第一控制信号端耦接，所述第一晶体管的第一极与所述运算放大器的反相输入端耦接，所述第一晶体管的第二极与所述积分电容耦接。[0006] 在一些实施例中，所述第一开关包括第一晶体管。所述第一晶体管的控制极与第一控制信号端耦接，所述第一晶体管的第一极与所述积分电容耦接，所述第一晶体管的第二极与所述运算放大器的输出端耦接。[0007] 在一些实施例中，所述第二开关包括第二晶体管。所述第二晶体管的控制极与第二控制信号端耦接，所述第二晶体管的第一极与所述运算放大器的反相输入端耦接，所述第二晶体管的第二极与所述运算放大器的输出端耦接。[0008] 在一些实施例中，所述指纹感测电容的第一端与驱动信号端耦接，所述指纹感测电容的第二端与所述运算放大器的反相输入端耦接。所述指纹识别检测电路还包括：补偿电容；所述补偿电容的第一端与补偿信号端耦接，所述补偿电容的第二端与所述运算放大器的反相输入端耦接。所述补偿电容的第一端所接收的来自所述补偿信号端的补偿信号，与所述指纹感测电容的第一端所接收的来自所述驱动信号端的驱动信号的相位相反；所述补偿电容被配置为，抵消所述指纹感测电容中的至少一部分原始电容值。其中，所述原始电容值为，所述指纹感测电容在不受指纹影响的情况下的电容值。[0009] 在一些实施例中，所述补偿电容的电容值与所述指纹感测电容的原始电容值相等。[0010] 另一方面，提供一种指纹识别控制芯片，包括：至少一个如上所述的指纹识别检测电路。[0011] 在一些实施例中，指纹识别控制芯片还包括：时序控制电路；所述时序控制电路具有多个驱动信号端，每个驱动信号端与至少一个指纹感测电容耦接。所述时序控制电路被配置为，产生驱动信号，并通过所述驱动信号端向所述至少一个指纹感测电容传输驱动信号。[0012] 在一些实施例中，在所述指纹识别检测电路还包括补偿电容的情况下，所述时序控制电路还具有补偿电压端。所述时序控制电路还被配置为，产生补偿信号，并通过所述补偿电压端向各所述指纹识别检测电路的补偿电容传输补偿信号。[0013] 在一些实施例中，在所述指纹识别电路包括第一晶体管和第二晶体管的情况下，所述时序控制电路还具有第一控制信号端和第二控制信号端。所述时序控制电路还被配置为，产生第一控制信号和第二控制信号，并通过所述第一控制信号端向所述第一晶体管传输所述第一控制信号，通过所述第二控制信号端向所述第二晶体管传输所述第二控制信号。[0014] 在一些实施例中，指纹识别控制芯片还包括：电压生成器，所述电压生成器具有参考电压端。所述电压生成器被配置为，产生参考电压信号，并通过所述参考电压端向各所述指纹识别检测电路的运算放大器的同相输入端传输所述参考电压信号。[0015] 在一些实施例中，指纹识别控制芯片还包括：至少一个滤波器、至少一个比较器和至少一个计数器。一个滤波器、一个比较器和一个计数器依次串联，所述滤波器与一个所述指纹识别检测电路的运算放大器的输出端耦接。所述滤波器被配置为对所述指纹识别检测电路所输出的检测信号进行去噪处理。所述比较器被配置为将所述滤波器所输出的信号的电压值与预设电压值作比较，在所述滤波器所输出的信号的电压值小于所述预设电压值的情况下，输出翻转信号。所述计数器被配置为在所述翻转信号的控制下，停止计数，并输出计数结果。[0016] 在一些实施例中，指纹识别控制芯片还包括：信号处理电路；所述信号处理电路与各所述计数器耦接。所述信号处理电路被配置为，对各所述计数器输出的计数结果进行处理，输出表征指纹图像数据的电压信号。[0017] 再一方面，提供一种指纹识别装置，包括：感测基板和上所述的指纹识别控制芯片。所述感测基板具有多个感测区域，每个感测区域内设置有至少一个指纹感测电容，每个指纹感测电容与所述指纹识别控制芯片耦接。所述指纹感测电容被配置为，感测手指指纹中谷或脊所引起的电容值变化。[0018] 在一些实施例中，所述多个感测区域呈阵列式布置。所述感测基板包括：衬底基板、多个第一电极和多个第二电极。多个第一电极设置于所述衬底基板一侧，所述多个第一电极沿第一方向延伸且沿第二方向间隔排布。多个第二电极设置于所述多个第一电极远离所述衬底基板一侧，所述多个第二电极沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向间隔排布。所述多个第一电极和所述多个第二电极相互绝缘；所述多个第一电极和所述多个第二电极的交叉位置处形成多个所述指纹感测电容。其中，所述第一方向和所述第二方向相交叉。[0019] 在一些实施例中，每个第一电极与所述指纹识别控制芯片的一个指纹识别检测电路的运算放大器的反相输入端耦接。[0020] 在一些实施例中，在所述指纹识别控制芯片还包括时序控制电路的情况下，所述多个第二电极与所述时序控制电路耦接。所述时序控制电路被配置为，逐行向所述多个第二电极传输驱动信号。[0021] 在一些实施例中，所述感测基板还包括：设置于所述多个第一电极和所述多个第二电极之间的第一绝缘层，设置于所述多个第二电极远离所述衬底基板一侧的第二绝缘层，及设置于所述第二绝缘层远离所述衬底基板一侧的第三电极层。[0022] 又一方面，提供一种指纹识别检测电路的控制方法，应用于如上所述的指纹识别检测电路，包括：将第一开关断开，第二开关闭合，使指纹识别检测电路处于复位状态，所述指纹识别检测电路的积分电容放电。将所述第二开关断开，所述第一开关闭合，使所述指纹识别检测电路处于积分状态，所述指纹识别检测电路的积分电容在指纹感测电容的作用下储电，所述运算放大器在所述积分电容的作用下输出表征所述指纹感测电容的电容值的检测信号放电。[0023] 又一方面，提供一种指纹锁，包括：锁体、如上所述的指纹识别装置和主控板。所述锁体和所述指纹识别装置分别与所述主控板耦接；所述主控板被配置为，接收来自所述指纹识别装置的表征指纹图像数据的电压信息，根据电压信息生成指纹图像，根据所生成的指纹图像与原有指纹图像作比较，判断是否解锁。附图说明[0024] 为了更清楚地说明本公开中的技术方案，下面将对本公开一些实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。此外，以下描述中的附图可以视作示意图，并非对本公开实施例所涉及的产品的实际尺寸、方法的实际流程、信号的实际时序等的限制。[0025] 图1为根据相关技术的一些实施例的指纹识别检测电路的结构图；[0026] 图2A为根据本公开的一些实施例的指纹识别检测电路的一种结构图；[0027] 图2B为根据本公开的一些实施例的指纹识别检测电路的另一种结构图；[0028] 图3为根据本公开的一些实施例的指纹识别控制芯片的结构图；[0029] 图4为根据本公开的一些实施例的指纹识别装置的结构图；[0030] 图5为根据图4所示的截面线AA’的剖面图；[0031] 图6为根据本公开的一些实施例的指纹锁的结构图；[0032] 图7为根据相关技术的指纹识别检测电路所得到的指纹图像；[0033] 图8为根据本公开的指纹识别检测电路所得到的指纹图像。具体实施方式[0034] 下面将结合附图，对本公开一些实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。[0035] 除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(oneembodiment)”、“一些实施例(someembodiments)”、“示例性实施例(exemplaryembodiments)”、“示例(example)”、“特定示例(specificexample)”或“一些示例(someexamples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。[0036] 以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。[0037] 在描述一些实施例时，可能使用了“耦接”和“连接”及其衍伸的表达。例如，描述一些实施例时可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。又如，描述一些实施例时可能使用了术语“耦接”以表明两个或两个以上部件有直接物理接触或电接触。然而，术语“耦接”或“通信耦合(communicativelycoupled)”也可能指两个或两个以上部件彼此间并无直接接触，但仍彼此协作或相互作用。这里所公开的实施例并不必然限制于本文内容。[0038] 本文中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。[0039] 电容式指纹识别装置包括指纹传感器与指纹识别控制芯片，其中，指纹传感器包括阵列式排布的多个指纹感测电容，指纹识别控制芯片包括多个指纹识别检测电路，每个指纹感测电容对应地耦接一个指纹识别检测电路。指纹感测电容的电容值能够受手指的影响发生变化，且指纹的谷和脊对指纹感测电容的影响不同，例如，在手指触摸指纹传感器时，各指纹感测电容的电容值会减小，且纹脊所对应的指纹感测电容的电容值小于纹谷所对应的指纹感测电容的电容值。通过各指纹识别检测电路感测其所耦接的指纹感测电容的电容值变化，输出表征指纹感测电容的电容值的检测信号，根据各个检测信号的电压值，形成指纹图片，从而实现指纹的识别。[0040] 相关技术中，如图1所示，指纹识别检测电路10’包括运算放大器1、积分电容Cfb、第一开关S1和第二开关S2。[0041] 积分电容Cfb耦接于运算放大器1的反相输入端和输出端之间，运算放大器1的同相输入端与参考电压端VREF1耦接，第一开关S1耦接于指纹感测电容C1与运算放大器1的反相输入端之间，第一开关S1耦接于参考电压端VREF1与运算放大器1的反相输入端之间。其中，指纹感测电容C1的一端接收驱动信号VTX，示例性地，驱动信号TX为占空比为百分之五十的方波信号，方波信号的电平为第一电平(0V)和第二电平(VTX)交替变化。[0042] 上述指纹识别检测电路10’的工作过程为：整个检测阶段包括重复进行的复位阶段和积分阶段，在复位阶段(如图1中的(a))，第一开关S1断开，第二开关S2闭合，积分电容Cfb放电，指纹感测电容C1充电。在积分阶段(如图1中的(b))，第一开关S1闭合，第二开关S2断开，指纹感测电容C1向积分电容Cfb放电，即指纹感测电容C1将电荷转移至积分电容Cfb，积分电容Cfb处于储电状态。[0043] 在理想情况下(即不考虑误差及电阻、寄生电容等因素)，积分电容Cfb的第二端(右端)的电荷量Q(Cfb右)为运算放大器1的输出端的电压Vout与积分电容Cfb的电容值Cfb的乘积，即Q(Cfb右)＝Vout×Cfb；积分电容Cfb的第一端(左端)的电荷量Q(Cfb左)等于指纹感测电容C1转移至积分电容Cfb的电荷量，指纹感测电容C1的电荷量为驱动信号的高电平VTX与其电容值的乘积，因此积分电容Cfb的第一端的电荷量Q(Cfb左)＝VTX×C1。[0044] 由于电容两端的电荷量相等，因此Q(Cfb右)＝Vout×Cfb＝Q(Cfb左)＝VTX×C1，因此每积分一次，运算放大器1的输出端的电压为：Vout＝VTX×C1/Cfb，称该电压为积分步长，该电压信号作为表征指纹感测电容C1的电容值的检测信号，该检测信号的电压的大小与指纹感测电容C1的电容值大小有关，因此能够反映相应的位置处是指纹的谷还是脊。[0045] 在实际应用中，由于运算放大器1由多个晶体管组成，在运算放大器1的制备过程中，由于制备工艺不精，会使得运算放大器1存在工艺压降，在运算放大器1的反相输入端与指纹感测电容C1所耦接的导线上存在微弱电阻，为了方便说明，将导线上的所有电阻集中在指纹感测电容C1的右端位置处的RX节点上，在RX节点位置处，存在寄生电容Cload，且RX节点位置存在失配电压VRX。[0046] 这样，积分电容Cfb的右端的电荷量Q(Cfb右)仍为Vout×Cfb，而在积分阶段，指纹感测电容C1的电荷量Q1与寄生电容的电荷量Q2转移至积分电容Cfb的第一端，积分电容Cfb的左端的电荷量Q(Cfb左)等于指纹感测电容C1的电荷量Q1与寄生电容的电荷量Q2之和，指纹感测电容C1的电荷量Q1为驱动信号的高电平VTX与其电容值C1的乘积，寄生电容的电荷量Q2为失配电压VRX与寄生电容Cload的电容值Cload的乘积，因此积分电容Cfb的左端的电荷量Q(Cfb左)＝VTX×C1+VRX×Cload。[0047] 由于电容两端的电荷量相等，因此Q(Cfb右)＝Vout×Cfb＝Q(Cfb左)＝VTX×C1+VRX×Cload，因此每积分一次，运算放大器1的输出端的积分步长为：Vout＝(VTX×C1+VRX×Cload)/Cfb，可见实际积分步长与理论积分步长存在偏差。[0048] 而由于指纹识别控制芯片包括多个指纹识别检测电路10’，每个指纹识别检测电路10’中，运算放大器1由于制备工艺问题所造成的工艺压降不同，即各指纹识别检测电路10’在RX节点位置处的寄生电容Cload和失配电压VRX均互不相同，这样就会造成根据各指纹识别检测电路10’所输出的检测信号所形成的指纹图片出现噪声问题。例如，如图7所示，所采集的指纹图片存在竖纹噪声。[0049] 基于此，如图2A所示，本公开的一些实施例提供了一种指纹识别检测电路10，该指纹识别检测电路10包括：运算放大器1、积分电容Cfb、第一开关S1和第二开关S2。[0050] 运算放大器1的同相输入端与参考电压端VREF1耦接，所述运算放大器1的反相输入端与指纹感测电容C1耦接。[0051] 积分电容Cfb和第一开关S1串联，串联的积分电容Cfb和第一开关S1耦接于运算放大器1的反相输入端和运算放大器1的输出端之间。[0052] 第二开关S2耦接于运算放大器1的反相输入端和运算放大器1的输出端之间，且第二开关S2与串联的积分电容Cfb和第一开关S1并联。[0053] 其中，积分电容Cfb被配置为，在第一开关S1断开，第二开关S2闭合的情况下放电；在第二开关S2断开，第一开关S1闭合的情况下，在指纹感测电容C1的作用下储电，即，将指纹感测电容C1的电荷量转移至积分电容Cfb。运算放大器1被配置为，在积分电容Cfb的作用下输出表征指纹感测电容C1的电容值的检测信号。[0054] 在上述指纹识别检测电路10中，运算放大器1是直流耦合、差模输入、单端输出的高增益电压放大器，运算放大器与电容或电阻以特定的连接方式进行连接，可以进行积分、微分、加法或减法等运算。在本公开中，积分电容Cfb耦接于运算放大器1的反相输入端和输出端之间，积分电容Cfb和运算放大器1组成了积分器，在第一开关S1闭合的情况下，积分电容Cfb与运算放大器1的反相输入端和输出端连通，利用电容的充放电特性，积分器能够对电荷进行积分运算。[0055] 上述指纹识别检测电路10的控制方法为：[0056] 如图2A中的(a)所示，将第一开关S1断开，第二开关S2闭合，使指纹识别检测电路10处于复位状态，积分电容Cfb放电。[0057] 此时，运算放大器1的同相输入端的电压为参考电压Vref1。在理想情况下，运算放大器的同相输入端和反相输入端的电位相等，即“虚短”，而由于运算放大器1存在工艺压降，在RX节点位置处存在失配电压VRX，因此运算放大器1的反相输入端的电压为同相输入端的电压与RX节点位置处的失配电压VRX之和(VRX为负值)。由于第二开关S2闭合，运算放大器1的输出端与反相输入端短接，因此运算放大器1的输出端的电压等于其反相输入端的电压(Vref1+VRX)，从而运算放大器1的输出端的电压复位。[0058] 如图2A中的(b)所示，将第二开关S2断开，第一开关S1闭合，使指纹识别检测电路10处于积分状态，积分电容Cfb在指纹感测电容C1的作用下储电，运算放大器1在积分电容Cfb的作用下输出表征指纹感测电容C1的电容值的检测信号。[0059] 此时，运算放大器1的同相输入端和反相输入端的电压不变，运算放大器1的同相输入端的电压为参考电压Vref1，运算放大器1的反相输入端的电压为Vref1+VRX。由于第一开关S1闭合，积分电容Cfb与运算放大器1的反相输入端和输出端连通，积分电容Cfb与运算放大器1组成的积分器能够进行积分操作，从而运算放大器1的输出端输出进行一次积分后所得到的电压信号(即积分步长)，该电压信号与积分电容Cfb所累积的电荷量有关，具体分析如下：[0060] 在上述指纹识别检测电路10中，在复位阶段，第一开关S1断开，第二开关S2闭合，RX节点与运算放大器1的输入端及积分电容Cfb耦接(即RX节点与积分器耦接)，因此积分电容Cfb的电荷量包含RX节点位置处的寄生电容的电荷量Q2，积分电容Cfb的第二端(右端)的电荷量Q(Cfb右)为运算放大器1的输出端的电压Vout与积分电容Cfb的电容值Cfb的乘积，与RX节点位置处的寄生电容的电荷量Q2之和，即Q(Cfb右)＝Vout×Cfb+Cload×VRx。[0061] 积分电容Cfb的第一端(左端)的电荷量Q(Cfb左)等于从指纹感测电容C1以及RX节点位置处的寄生电容Cload转移至积分电容Cfb的电荷量，也就是说在积分阶段，积分电容Cfb的左端的电荷量Q(Cfb左)等于指纹感测电容C1的电荷量Q1与寄生电容的电荷量Q2之和，指纹感测电容C1的电荷量Q1为驱动信号的高电平VTX与其电容值C1的乘积，寄生电容的电荷量Q2为失配电压VRX与寄生电容Cload的电容值Cload的乘积，因此积分电容Cfb的第一端的电荷量Q(Cfb左)＝VTX×C1+VRX×Cload。[0062] 由于电容两端的电荷量相等，因此Q(Cfb右)＝Vout×Cfb+Cload×VRx＝Q(Cfb左)＝VTX×C1+VRX×Cload，这样就能够将寄生电容所产生的电荷量(VRX×Cload)抵消。因此每积分一次，运算放大器1的输出端的积分步长为：Vout＝VTX×C1/Cfb，这样实际积分步长与理论积分步长不存在偏差。[0063] 这样，将该指纹识别检测电路10应用于指纹识别控制芯片100中，通过上述的分析可知，即便在各指纹识别检测电路10中，运算放大器1由于制备工艺问题所造成的工艺压降不同，由于本公开所提供的指纹识别检测电路10在积分和复位时，RX节点均与积分电容Cfb和运算放大器1组成的积分器相耦接，因此积分电容Cfb的第一端和第二端的电荷量均包含了寄生电容所产生的电荷量(VRX×Cload)，该电荷量可以被抵消掉，因此运算放大器1所输出的积分步长与寄生电容无关，不受工艺压降的影响，从而指纹识别检测电路10所输出的表征指纹感测电容C1的电容值的检测信号比较准确。这样就避免了根据各指纹识别检测电路10所输出的检测信号所形成的指纹图片出现噪声的问题，提高了指纹识别的准确度。例如，如图8所示，所采集的指纹图片比较清晰且准确。[0064] 在一些实施例中，如图2A和图3所示，第一开关S1设置于积分电容Cfb的第一端和运算放大器1的反相输入端之间，第一开关S1包括第一晶体管。第一晶体管的控制极与第一控制信号端c耦接，第一晶体管的第一极与运算放大器1的反相输入端耦接，第一晶体管的第二极与所述积分电容Cfb耦接。或者，如图2B所示,第一开关S1设置于积分电容Cfb的第二端和运算放大器1的输出端之间，第一晶体管的控制极与第一控制信号端c耦接，第一晶体管的第一极与所述积分电容Cfb耦接，第一晶体管的第二极与所述运算放大器1的输出端耦接。[0065] 也就是说，第一晶体管可以位于积分电容Cfb的左侧或右侧，第一晶体管被配置为在第一控制信号端c所输出的第一控制信号的作用下导通，从而使第一开关S1闭合，使得积分电容Cfb耦接与运算放大器1的反相输入端和输出端之间，能进行积分操作。[0066] 在一些实施例中，如图3所示，第二开关S2包括第二晶体管。第二晶体管的控制极与第二控制信号端d耦接，第二晶体管的第一极与运算放大器1的反相输入端耦接，第二晶体管的第二极与运算放大器1的输出端耦接。[0067] 第二晶体管被配置为在第二控制信号端d所输出的第二控制信号的作用下导通，从而使第二开关S2闭合，使得运算放大器1的反相输入端与输出端耦接，从而对积分电容Cfb与运算放大器1组成的积分器进行复位。[0068] 在一些实施例中，如图2A和图3所示，指纹感测电容C1的第一端与驱动信号端a耦接，指纹感测电容C1的第二端与运算放大器1的反相输入端耦接。指纹感测电容C1的第一端接收驱动信号端a所传输的驱动信号VTX，指纹感测电容C1的第二端的电压在电容的自举作用下随第一端发生变化，并将电荷转移至积分电容Cfb。[0069] 如图2A和图3所示，指纹识别检测电路10还包括：补偿电容Cc；补偿电容Cc的第一端与补偿信号端b耦接，补偿电容Cc的第二端与运算放大器1的反相输入端耦接。补偿电容Cc的第一端接收来自补偿信号端b的补偿信号，且所接收的来自补偿信号端b的补偿信号，与指纹感测电容C1的第一端所接收的来自驱动信号端a的驱动信号的相位相反。补偿电容Cc被配置为，抵消指纹感测电容C1中的至少一部分原始电容值。其中，原始电容值为，指纹感测电容C1在不受指纹影响的情况下的电容值。[0070] 如图2A所示，补偿电容Cc的第一端接收来自补偿信号端b的补偿信号Vcp，示例性地，补偿信号Vcp为占空比为百分之五十的方波信号，方波信号的电平为第一电平(例如为0V)和第二电平(例如为‑VTX)交替变化。补偿信号Vcp与驱动信号VTX的相位相反。[0071] 在上述指纹识别检测电路10中，在一次复位积分过程中，积分电容Cfb的第二端(右端)的电荷量Q(Cfb右)＝Vout×Cfb+Cload×VRx，而由于该电路中增加了补偿电容Cc，因此，积分电容Cfb的第一端(左端)的电荷量Q(Cfb左)为从指纹感测电容C1、补偿电容Cc、以及RX节点位置处的寄生电容转移至积分电容Cfb的电荷量之和，即积分电容Cfb的第一端的电荷量Q(Cfb左)＝VTX×C1+VRX×Cload+(‑VTX)×Cc。其中，Cc为补偿电容Cc的电容值。[0072] 由于电容两端的电荷量相等，因此Q(Cfb右)＝Vout×Cfb+Cload×VRx＝Q(Cfb左)＝VTX×C1+VRX×Cload+(‑VTX)×Cc，因此每积分一次，运算放大器1的输出端的积分步长为：Vout＝[VTX×C1+(‑VTX)×Cc]/Cfb＝[VTX×(C1‑Cc)]/Cfb。[0073] 指纹感测电容C1的电容值能够受手指的影响发生变化，因此指纹感测电容C1的电容值C1包括其原始电容值Cs和电容变化量△C，即C1＝Cs+△C。因此运算放大器1的输出端的积分步长为：Vout＝[VTX×(C1‑Cc)]/Cfb＝[VTX×(Cs+△C‑Cc)]/Cfb，补偿电容Cc的电容值Cc抵消了指纹感测电容C1中的至少一部分原始电容值Cs，使得运算放大器1的输出端的积分步长与指纹感测电容C1的电容变化量△C的相关性增大，从而指纹识别检测电路10所输出的表征指纹感测电容C1的电容值的检测信号更加准确。[0074] 在一些实施例中，补偿电容Cc的电容值Cc与指纹感测电容C1的原始电容值Cs相等。[0075] 由于补偿电容Cc的电容值Cc与指纹感测电容C1的原始电容值Cs相等，因此运算放大器1的输出端的积分步长为Vout＝(VTX×△C)/Cfb，积分步长与指纹感测电容C1的电容变化量△C的相关性进一步增大，从而指纹识别检测电路10所输出检测信号能够更加准确地反应指纹识别电容的电容变化量，从而根据该检测信号能更加精准得识别所对应的位置是指纹的纹脊还是纹谷。[0076] 如图3所示，本公开的一些实施例还提供了一种指纹识别控制芯片100，包括：至少一个如本公开的一些实施例所提供的指纹识别检测电路10。[0077] 指纹识别控制芯片100中的每个指纹识别检测电路10均与其对应的指纹感测电容C1耦接，通过各指纹识别检测电路10感测其所耦接的指纹感测电容C1的电容值变化，输出表征指纹感测电容C1的电容值的检测信号，根据各个检测信号的电压值，能够形成指纹图片，实现指纹的识别。[0078] 本公开所提供的指纹识别控制芯片100包括至少一个如本公开的一些实施例所提供的指纹识别检测电路10，根据至少一个指纹识别检测电路10所输出的检测信号进行指纹识别，对指纹进行识别的准确度得以提高。[0079] 在一些实施例中，如图3所示，指纹识别控制芯片100还包括时序控制电路60。时序控制电路60具有多个驱动信号端a，每个驱动信号端a与至少一个指纹感测电容C1耦接。时序控制电路60被配置为，产生驱动信号，并通过驱动信号端a向至少一个指纹感测电容C1传输驱动信号。[0080] 示例性地，如图3所示，多个指纹感测电容C1呈阵列式排布，每个驱动信号端a通过信号线与处于同一行的指纹感测电容C1的第一端耦接，向处于该行的多个指纹感测电容C1传输驱动信号。这样一个驱动信号端a可以同时向多个指纹感测电容C1传输驱动信号，节省了驱动信号端a的数量，节约成本。[0081] 或者，示例性地，每个驱动信号端a通过信号线与一个指纹感测电容C1耦接，向该指纹感测电容C1传输驱动信号，这样，能够实现更精准地将驱动信号传输至对应的指纹感测电容C1。[0082] 在一些实施例中，如图3所示，在指纹识别检测电路10还包括补偿电容Cc的情况下，时序控制电路60还具有补偿信号端b。时序控制电路60还被配置为，产生补偿信号，并通过补偿信号端b向各指纹识别检测电路10的补偿电容Cc传输补偿信号。[0083] 驱动信号和补偿信号均由时序控制电路60生成，这样时序控制电路60可以准确地控制其所产生的驱动信号和补偿信号的相位相反。[0084] 在一些实施例中，如图3所示，在指纹识别电路包括第一晶体管和第二晶体管的情况下，时序控制电路60还具有第一控制信号端c和第二控制信号端d。[0085] 时序控制电路60还被配置为，产生第一控制信号和第二控制信号，并通过第一控制信号端c向第一晶体管传输第一控制信号，通过第二控制信号端d向第二晶体管传输所述第二控制信号。[0086] 通过时序控制电路60产生的第一控制信号和第二控制信号来控制第一晶体管、第二晶体管的导通和截止，从而控制指纹识别检测电路10的复位和积分。[0087] 在一些实施例中，如图3所示，指纹识别控制芯片100还包括电压生成器70；电压生成器70具有参考电压端VREF1。电源电路电压生成器70被配置为，产生参考电压信号，并通过参考电压端VREF1向各指纹识别检测电路10的运算放大器1的同相输入端传输参考电压信号。[0088] 如图3所示，在一些实施例中，指纹识别控制芯片100还包括：至少一个滤波器20、至少一个比较器30和至少一个计数器40。一个滤波器20、一个比较器30和一个计数器40依次串联，滤波器20与一个指纹识别检测电路10的运算放大器1的输出端耦接。[0089] 滤波器20被配置为对指纹识别检测电路10所输出的检测信号进行去噪处理。[0090] 比较器30被配置为将滤波器20所输出的信号的电压值与预设电压值作比较，在滤波器20所输出的信号的电压值大于预设电压值(例如为Vref2)的情况下，输出使能信号。示例性地，预设电压值为在指纹感测电容C1的电容值不受指纹影响发生变化的情况下，指纹识别检测电路10经过设定次数(例如为8次)的复位和积分过程后所输出的电压值。[0091] 计数器40被配置为在使能信号的控制下，停止计数，并输出计数结果。[0092] 指纹识别控制芯片100还包括信号处理电路50。信号处理电路50与各计数器40耦接，信号处理电路50被配置为，对各计数器40输出的信号计数结果进行处理，输出表征指纹图像数据的电压信息。[0093] 在上述指纹识别控制芯片100中，指纹识别检测电路10、滤波器20、比较器30和计数器40的数量相等，且一个指纹识别检测电路10、一个滤波器20、一个比较器30和一个计数器40依次串联。指纹识别检测电路10重复进行复位积分操作，输出表征指纹感测电容C1的电容值的检测信号，该检测信号经过滤波器20的去噪处理后，输入比较器30，与比较器30中的预设电压值作比较，直到比较器30输出使能信号，计数器40在使能信号的控制下，停止计数，并输出计数结果。[0094] 示例性地，上述指纹识别控制芯片100的工作过程为：指纹感测电容C1能够感测手指指纹中谷或脊所引起的电容值变化，例如在手指的影响下，指纹感测电容C1的电容值变小，且其电容值受纹脊的影响程度大于受纹谷的影响程度，也就是在手指按在感测基板101上时，指纹的纹脊对应的指纹感测电容C1的电容值小于指纹的纹谷对应的指纹感测电容C1的电容值，而指纹识别检测电路10所输出的检测信号与指纹感测电容C1的电容值有关，示例性地，在指纹识别检测电路10所输出的检测信号与指纹感测电容C1的电容值呈正相关的情况下，指纹的纹脊对应的检测信号的电压值小于指纹的纹谷对应的检测信号的电压值。[0095] 这样在指纹识别控制芯片100中，各指纹识别检测电路10所输出的检测信号有差异，在经过滤波器20滤波后，检测信号输入比较器30中，指纹的纹脊对应的检测信号的电压值小于指纹的纹谷对应的检测信号的电压值，因此相比指纹的纹脊对应的检测信号，指纹的纹谷对应的检测信号的电压值能够更快地到达预设电压值(即经过较少次数的复位积分过程)，使比较器30输出使能信号，从而计数器40停止计数，因此指纹的纹谷对应的计数值小于指纹的纹脊对应的计数值。这样各计数器40输出的信号计数均代表相应位置的指纹信息，信号处理电路50对各计数器40输出的信号计数结果进行处理，就能输出表征指纹图像数据的电压信息，从而实现指纹的识别。[0096] 如图4所示，本公开的一些实施例还提供了一种指纹识别装置200，包括：感测基板101和本公开实施例所提供的指纹识别控制芯片100。[0097] 感测基板101具有多个感测区域A，每个感测区域A内设置有至少一个指纹感测电容C1，每个指纹感测电容C1与指纹识别控制芯片100耦接。指纹感测电容C1被配置为，感测手指指纹中谷或脊所引起的电容值变化。[0098] 通过在感测基板101中设置多个感测区域A，在手指按压在感测基板101上时，每个感测区域A中的至少一个指纹感测电容C1能够感测手指指纹中的谷或脊所引起的电容值变化，例如指纹的纹脊对应的指纹感测电容C1的电容值小于指纹的纹谷对应的指纹感测电容C1的电容值，指纹识别控制芯片100获取该多个指纹感测电容C1的电容值变化，从而能够得知哪些感测区域A对应指纹的纹脊、哪些感测区域A对应指纹的纹谷，从而获取指纹的信息。[0099] 在一些实施例中，如图4和图5所示，多个感测区域A呈阵列式布置。感测基板101包括：衬底基板4、多个第一电极2和多个第二电极3。[0100] 多个第一电极2设置于衬底基板4一侧，多个第一电极2沿第一方向Y延伸且沿第二方向X间隔排布。多个第二电极3设置于多个第一电极2远离衬底基板的一侧，多个第二电极3沿第二方向X延伸且沿第一方向Y间隔排布。[0101] 所述多个第一电极2和所述多个第二电极3相互绝缘。所述多个第一电极2和所述多个第二电极3的交叉位置处形成多个指纹感测电容C1。[0102] 其中，第一方向Y和所述第二方向X相交叉。示例性地，如图4所示，第一方向Y与第二方向X相互垂直，第一方向Y为列方向，第二方向X为行方向。[0103] 在上述实施例中，多个第一电极2和多个第二电极3相互交叉的位置处形成多个指纹感测电容C1，例如，如图4所示，感测基板101具有N×M个呈阵列式排布的感测区域A，感测基板101包括N个第一电极2和M个第二电极3，N个第一电极2和M个第二电极3的交叉位置处形成多个指纹感测电容C1，这样，每个感测区域A内设置有一个指纹感测电容C1。[0104] 一个第一电极2与M个第二电极3形成处在同一列的M个指纹感测电容C1，一个第二电极3与N个第一电极2形成处在同一行的N个指纹感测电容C1，这样方便对多个指纹感测电容C1的两端的电压进行控制。前边提到的指纹感测电容C1的第一端为该指纹感测电容C1对应的第二电极3，指纹感测电容C1的第二端为该指纹感测电容C1对应的第一电极2。[0105] 在一些实施例中，如图3所示，每个第一电极2与指纹识别控制芯片100的一个指纹识别检测电路10的运算放大器1的反相输入端耦接。[0106] 也就是说，一个指纹识别检测电路10与一个第一电极2与M个第二电极3所形成的M个指纹感测电容C1耦接，每个指纹识别检测电路10控制一列指纹感测电容C1的电容值的采集。[0107] 如图3所示，在一些实施例中，在指纹识别控制芯片100还包括时序控制电路60的情况下，所述多个第二电极3与时序控制电路60耦接。时序控制电路60被配置为，逐行向所述多个第二电极3传输驱动信号。[0108] 示例性地，所述多个第二电极3与时序控制电路60所具有的多个驱动信号端a对应耦接，例如，时序控制电路60具有M个驱动信号端a，每个驱动信号端a与一个第二电极3耦接，时序控制电路60的多个驱动信号端a逐个输出驱动信号，以实现逐行向所述多个第二电极3传输驱动信号。这样，多个第二电极3依次与多个第一电极2形成指纹感测电容C1，这样在每个指纹识别检测电路10所耦接的一列指纹感测电容C1中，每个指纹识别检测电路10能够依次采集该一列指纹感测电容C1中每个指纹感测电容C1的电容值，从而输出表征各指纹感测电容C1的电容值的检测信号。[0109] 在一些示例中，如图5所示，感测基板101还包括：第一绝缘层5、第二绝缘层6和保护盖板7。[0110] 其中，第一绝缘层5设置于所述多个第一电极2和所述多个第二电极3之间。第二绝缘层6设置于所述多个第二电极3远离衬底基板4一侧，保护盖板7设置于第二绝缘层层远离衬底基板4一侧。[0111] 第一绝缘层5和第二绝缘层6的材料不做限制，只要绝缘性较好即可，例如，第一绝缘层5和第二绝缘层6的材料为树脂、二氧化硅等。保护盖板7作为感测基板101的盖板，能够对感测基板101的其他膜层起到保护作用，示例性地，保护盖板7为玻璃盖板、陶瓷盖板等。[0112] 如图6所示，本公开的一些实施例还提供了一种指纹锁300，包括：锁体、指纹识别装置200和主控板201。[0113] 基体和指纹识别装置200分别与主控板201耦接，示例性地，锁体和指纹识别装置200通过柔性线路板202分别与主控板201耦接。主控板201被配置为，接收来自指纹识别装置200的表征指纹图像数据的电压信息，根据电压信息生成指纹图像，根据所生成的指纹图像与原有指纹图像作比较，判断是否解锁。[0114] 本公开所提供的指纹锁300包括本公开所提供的指纹识别装置200，具有与指纹识别装置200相同的技术效果，此处不再赘述。[0115] 本公开实施例所提供的指纹识别装置200还能应用在考勤机、智能手机、平板电脑、保险柜等产品中，本公开对此并不设限。[0116] 以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

专利地区：北京

专利申请日期：2020-04-10

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN113785300B