專利名稱：電容檢測電路及其檢測方法以及指紋傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測微小電容的電容檢測電路和檢測方法以及應(yīng)用該方法的指紋傳感器。
背景技術(shù)：
以往，作為生物統(tǒng)計(jì)技術(shù)(生物識別技術(shù))中最有希望的指紋傳感器，在2個(gè)薄膜表面上以給定間隔分別形成列布線和行布線，在通過介入絕緣膜等相隔給定間隔相向配置該薄膜而形成的壓敏式電容傳感器正在開發(fā)。在該壓敏式電容傳感器中當(dāng)放置手指時(shí)對應(yīng)于指紋的形狀，薄膜形狀發(fā)生變形，列布線和行布線的間隔根據(jù)位置而變化，指紋的形狀作為列布線和行布線交點(diǎn)的電容被檢測。在該壓敏式電容傳感器中，作為為檢測不滿數(shù)百fF(千萬億分之一法拉)的電容而可以應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)，可以舉出通過開關(guān)電容電路將電容變換為電信號的檢測電路。這是將通過由第一傳感器驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)而對檢測對象的電容進(jìn)行檢測的傳感器電容元件、和通過由第二傳感器驅(qū)動(dòng)信號驅(qū)動(dòng)并成為檢測電路基準(zhǔn)電容的參照電容元件連接到共同的開關(guān)電容電路，由交互動(dòng)作的第一和第二采樣保持部對各個(gè)輸出信號分別采樣后，求取采樣結(jié)果的差，由此獲得檢測信號的檢測電路。
在共同的開關(guān)電容電路中，該檢測電路，成為檢測對象的電容Cs與反饋電容Cf成反比，可以穩(wěn)定進(jìn)行檢測，并且在開關(guān)電容電路的復(fù)位開關(guān)(反饋控制開關(guān))的柵電極與其它電極之間的寄生電容上積蓄的電荷Qd泄漏到其它電極的影響(偏移量)抵消。另外，對于在開關(guān)電容電路的基準(zhǔn)電位的偏置成分和輸入信號等中包含的低頻噪聲，通過求取兩個(gè)采樣結(jié)果的差，也可以期待具有在某種程度上除去噪聲的效果(比如，專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1特開平8-145717公報(bào)(第0018～0052段、圖1～圖4/對應(yīng)美國專利文獻(xiàn)第5,633,594)不過，上述以往的檢測電路，被設(shè)計(jì)用于穩(wěn)定檢測單一電容的變化，而要在區(qū)域型傳感器那樣多條列布線和行布線成矩陣狀，檢測列布線和行布線的交差點(diǎn)附近的微小電容的電路中適用時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生問題。
具體講，作為指紋傳感器的分辨率要求在50μm左右，通過交差列布線和行布線形成的電容值Cs及其變化量ΔCs為不滿數(shù)百fF(千萬億分之一法拉)的微小值。為此，所存在的問題要想沒有誤差且穩(wěn)定形成要求與檢測對象電容Cs幾乎相同程度電容值的參照電容Cr是很困難的，由于檢測信號受到參照電容Cr變動(dòng)等的影響，不能得到具有足夠S/N比的檢測信號。
進(jìn)一步，所存在的問題在于對于矩陣型傳感器，在多條行布線上必須分別連接多個(gè)開關(guān)電容電路和參照電容Cr，對于某一個(gè)列布線，在交差的各行布線上連接的多個(gè)參照電容Cr之間發(fā)生無序偏差，在檢測系統(tǒng)全體中，各參照電容很難作為基準(zhǔn)電容。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在考慮上述情況而進(jìn)行的發(fā)明，其目的在于提供一種不使用可能成為測定誤差原因的參照電容Cr，通過差動(dòng)運(yùn)算，即使沒有Cr時(shí)也可除去偏置，能夠準(zhǔn)確捕捉相當(dāng)于微小電容的輸出電壓的電容檢測電路及其檢測方法以及指紋傳感器。
本發(fā)明提供一種電容檢測電路，其用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測上述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容，包括列布線驅(qū)動(dòng)裝置，其向上述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；行電壓輸出裝置，其在上述列布線被上述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與上述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在上述列布線被上述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與上述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；和運(yùn)算裝置，其運(yùn)算從上述行電壓輸出裝置輸出的第三電壓和第四電壓之差；對上述列布線以及行布線交差的每個(gè)交差點(diǎn)求出上述第三電壓和第四電壓之差。
依據(jù)該構(gòu)成，由于采用獲取上述充電時(shí)的輸出電壓和上述放電時(shí)的輸出電壓之差的構(gòu)成，在對上述交差點(diǎn)的電容進(jìn)行充放電的電流上始終在一定方向上重疊的饋通對放電電流的影響可以抵消。
本發(fā)明提供另一種電容檢測電路，其用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測上述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容，包括列布線驅(qū)動(dòng)裝置，其向上述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；行電壓輸出裝置，其分別設(shè)置在上述各列布線上，在上述列布線被上述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與上述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在上述列布線被上述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與上述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；保持裝置，其對應(yīng)上述各行電壓輸出裝置設(shè)置、保持從上述行電壓輸出裝置輸出的電壓；選擇裝置，其依次選擇上述保持裝置的輸出后輸出；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其將上述選擇裝置的輸出變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；和運(yùn)算裝置，其保存上述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸出，基于所保存的各數(shù)據(jù)對上述各列布線以及行布線的交差點(diǎn)運(yùn)算上述第三電壓與第四電壓之差電壓。
依據(jù)該構(gòu)成，對多條上述列布線依次施加測定用的信號，與此對應(yīng)，保持并依次選擇成為對象的行布線的測定數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，與電容檢測并行處理數(shù)據(jù)，所以能高效地處理測定數(shù)據(jù)。
在上述電容檢測電路中，進(jìn)一步設(shè)置最大值檢測裝置，其用于求出在上述交差點(diǎn)所檢測出的上述第三電壓以及第四電壓中的最大值；基準(zhǔn)設(shè)定裝置，其在由上述最大值檢測裝置所檢測的最大值比預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值小時(shí)，將上述各交差點(diǎn)中的第三電壓和第四電壓之差電壓作為基準(zhǔn)電壓設(shè)定在存儲部中；和校正裝置，其從上述各交差點(diǎn)中的第三電壓和第四電壓之差電壓中減去上述存儲部內(nèi)的基準(zhǔn)電壓，將減算結(jié)果作為偏置校正后的數(shù)據(jù)輸出。
依據(jù)該構(gòu)成，由上述最大值檢測手段檢測的最大值比給定值小時(shí)，認(rèn)為是沒有放置手指的狀態(tài)、將此作為偏置值保存，而比給定值大時(shí)、作為放置有手指的狀態(tài)、根據(jù)所得到的值校正偏置值，所以能夠讓放置了手指時(shí)的值的變化明顯化。
在上述電容檢測電路中，進(jìn)一步設(shè)置最大值檢測裝置，其用于求出在上述交差點(diǎn)所檢測出的上述第三電壓以及第四電壓中的最大值；放大裝置，其將上述各交差點(diǎn)的第三電壓和第四電壓放大后輸出；和放大率調(diào)整裝置，其在由上述最大值檢測裝置所檢測出的最大值比預(yù)先設(shè)定的給定值小時(shí)，增大用于放大在上述各交差點(diǎn)的第三電壓以及第四電壓的放大率，并且，在比預(yù)先設(shè)定的另一給定值大時(shí)，減小用于放大在上述各交差點(diǎn)的第三電壓以及第四電壓的放大率。
依據(jù)該構(gòu)成，作為指紋傳感器的特點(diǎn)、手指強(qiáng)力按壓與手指弱力按壓時(shí)、檢測信號整體的強(qiáng)度出現(xiàn)差異，作為指紋傳感器的特點(diǎn)、由于峰與谷數(shù)據(jù)的對比度重要、即使整體強(qiáng)度弱、通過提高整個(gè)檢測系統(tǒng)的增益、可以調(diào)整測定數(shù)據(jù)的對比度、即使整體強(qiáng)度低、也可以確保測試數(shù)據(jù)的對比度。
本發(fā)明提供一種指紋傳感器，具有上述電容檢測電路。
依據(jù)該構(gòu)成，不采用參照電容而獲得相當(dāng)于微小電容的輸出電壓，采用并行處理高效率處理數(shù)據(jù)、可靠識別放置了手指的狀態(tài)、即使在測定數(shù)據(jù)的對比度低的情況下也可以調(diào)整對比度、所以可以可靠識別指紋。
本發(fā)明提供一種電容檢測方法，其用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測上述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容。該電容檢測方法向上述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；在上述列布線被上述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與上述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在上述列布線被上述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與上述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；運(yùn)算從上述行電壓輸出裝置輸出的第三電壓和第四電壓之差；對上述列布線以及行布線交差的每個(gè)交差點(diǎn)求出上述第三電壓和第四電壓之差。
依據(jù)該構(gòu)成，由于采用獲取上述充電時(shí)的輸出電壓和上述放電時(shí)的輸出電壓之差的構(gòu)成，在對上述交差點(diǎn)的電容進(jìn)行充放電的電流上始終在一定方向上重疊的饋通對放電電流的影響可以抵消。
圖1表示有關(guān)本發(fā)明第一實(shí)施方式的整體構(gòu)成框圖。
圖2表示區(qū)域型傳感器的平面圖和截面圖。
圖3表示壓敏式區(qū)域型指紋傳感器的動(dòng)作示意圖。
圖4表示區(qū)域型指紋傳感器的列布線和行布線間的電容矩陣的概念圖。
圖5表示同實(shí)施方式用的傳感器部以及開關(guān)電容電路的電路圖。
圖6表示同實(shí)施方式的檢測信號以及開關(guān)電容電路的控制信號的時(shí)序圖。
圖7表示同實(shí)施方式的選擇器以及列布線的控制信號的時(shí)序圖。
圖8表示第二實(shí)施方式的偏置校正方法的流程圖。
圖9表示第三實(shí)施方式的整體框圖。
圖10表示同實(shí)施方式的增益調(diào)整方法的流程圖。
圖11表示第四實(shí)施方式所示的整體框圖。
圖中1…傳感器部，4a、4b、4c…電容檢測電路，11…列布線(上電極)，12…行布線(下電極)，18…電容，21…運(yùn)算放大器，24…模擬開關(guān)，41…列布線驅(qū)動(dòng)部(列布線驅(qū)動(dòng)裝置)，42…開關(guān)電容電路(行電壓輸出裝置)，43時(shí)序控制電路(行電壓輸出裝置)，44…采樣保持電路(保持裝置)，45…選擇電路(選擇裝置)，46…A/D轉(zhuǎn)換器(模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置)，47…運(yùn)算控制電路(運(yùn)算裝置)(最大值檢測裝置)(基準(zhǔn)設(shè)定裝置)(校正裝置)(放大率調(diào)整裝置)，51…可變增益放大器(放大裝置)，61…初級選擇電路(選擇裝置)，62…后級選擇電路(選擇裝置)具體實(shí)施方式
以下，參照
本發(fā)明第一實(shí)施方式。
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式的整體構(gòu)成框圖。圖中，列布線驅(qū)動(dòng)部41(列布線驅(qū)動(dòng)裝置)，向傳感器部1的各列布線，順次輸出對特定電位上升和下降的信號。當(dāng)沒有輸出信號的時(shí)候，保持為接地電位。來自傳感器部1的各行布線的輸出信號被輸入到電容檢測電路4a。
電容檢測電路4a接收傳感器部1的輸出信號，檢測列布線和行布線的各交差點(diǎn)的電容。以下說明電容檢測電路4a的內(nèi)部功能。在每條行布線上連接開關(guān)電容電路42、42…。開關(guān)電容電路42、42…輸出該電路42所連接的行布線的各交差點(diǎn)的電容所對應(yīng)的電壓。采樣存儲器電路44、44…保持開關(guān)電容電路42、42…的輸出信號，輸出到選擇電路45。選擇電路45根據(jù)時(shí)序控制電路43輸出的切換信號，采樣存儲器電路44、44…的各輸出順次有選擇地輸出到A/D轉(zhuǎn)換器46。A/D轉(zhuǎn)換器46將輸入信號變換為數(shù)字信號，輸出到運(yùn)算控制電路47。運(yùn)算控制電路47將A/D轉(zhuǎn)換器46的輸出數(shù)據(jù)依次保存在內(nèi)部存儲器中，然后基于所保存的各數(shù)據(jù)算出傳感器部1的列布線、行布線的各交差點(diǎn)的電容并輸出計(jì)算結(jié)果。時(shí)序控制電路43進(jìn)行裝置各部的時(shí)序控制。
圖2(a)為傳感器部1的平面圖、圖2(b)為截面圖。如圖2(a)所示，比如，以50μm間距排列配置的列布線11和行布線12交差。如圖2(b)所示，在基板13上配置行布線12、在其上層疊絕緣膜14、再在其上設(shè)置空隙15的間隔后配置薄膜16、薄膜16的下面配有列布線11。在列布線11與行布線12的交差點(diǎn)附近介入空隙15與絕緣膜14，形成電容。
當(dāng)手指放置于上述傳感器部1的上面時(shí)，如圖3所示，根據(jù)手指17的凹凸，薄膜16與列布線11變形，空隙15發(fā)生變化，這樣在列布線11和行布線12的交差點(diǎn)的附近形成的電容發(fā)生變化。
圖4為傳感器部1的列布線和行布線間的電容矩陣的概念圖。傳感器部1由矩陣狀的電容18、18…構(gòu)成、連接列布線驅(qū)動(dòng)部41和電容檢測電路4a。
圖5為開關(guān)電容電路42的構(gòu)成電路圖。如該圖所示，開關(guān)電容電路42由運(yùn)算放大器21、在運(yùn)算放大器21的反相輸入端與輸出端之間連接的反饋電容Cf以及用于反饋電容Cf的電荷放電的模擬開關(guān)24構(gòu)成。并且、運(yùn)算放大器21的非反相輸入端與基準(zhǔn)電位連接。還有，在圖中，Cp為運(yùn)算放大器21的寄生電容、Cs為上述交差點(diǎn)的電容、Cy為檢測對象以外的列布線的電容的總和。
接下來，參照圖6和圖7說明圖1和圖5所示電路的動(dòng)作。
列布線驅(qū)動(dòng)部41基于時(shí)序控制電路43輸出的時(shí)鐘脈沖、生成一定寬度的脈沖信號，并且從傳感器部1的第一列開始按第二列、第三列…的順序依次施加(參照圖6(c)和圖7(f))。另外這時(shí)，向輸出脈沖信號的列線以外的列線輸出接地電位。時(shí)序控制電路43如圖6(b)和圖7(a)所示，列布線驅(qū)動(dòng)信號在上升前的瞬間和下降前的瞬間向開關(guān)電容電路42輸出復(fù)位信號，另外，如圖6(d)、7(b)所示，在上述復(fù)位信號稍前的時(shí)刻向采樣保持電路44輸出采樣保持信號。
另外，該時(shí)序控制電路43，在采樣保持信號間，向選擇電路45輸出N個(gè)(N為采樣保持電路44的數(shù)目)切換信號。這樣，如圖7(c)所示、通過一個(gè)采樣保持信號在采樣保持電路44、44...所保持的各信號，在下一個(gè)采樣保持信號之前的期間、依次、通過選擇電路向A/D轉(zhuǎn)換器供給，這里，被轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，寫入到運(yùn)算控制電路47內(nèi)的存儲器。
下面說明開關(guān)電容電路42的動(dòng)作。首先，在圖6所示的時(shí)刻t1，如果從時(shí)序控制電路43輸出復(fù)位信號，模擬開關(guān)24(圖5)成為接通狀態(tài)，反饋電容Cf被放電，運(yùn)算放大器21的輸出OUT成為基準(zhǔn)電位。接下來，如果該復(fù)位信號變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，通過模擬開關(guān)24的柵極寄生電容形成的饋通，運(yùn)算放大器21的輸出電壓稍微有所上升(參照圖6(a)的符號Fd)。接著，在時(shí)刻t2，列布線驅(qū)動(dòng)信號上升時(shí)，同一信號通過列布線和行布線的交差點(diǎn)的電容Cs加到運(yùn)算放大器的反相輸入端，這樣，運(yùn)算放大器21的輸出OUT如圖6(a)所示，緩慢下降。
接下來，在時(shí)刻t3，如果從時(shí)序控制電路43輸出采樣保持信號，這時(shí)運(yùn)算放大器21的輸出OUT的電壓Va被保持在采樣保持電路44中。接著，在時(shí)刻t4，再次輸出復(fù)位信號，反饋電容Cf被放電，運(yùn)算放大器21的輸出OUT又回到基準(zhǔn)電壓。接下來，復(fù)位信號成為截止?fàn)顟B(tài)，如上述情況一樣通過模擬信號24的柵極寄生電容形成的饋通，運(yùn)算放大器21的輸出電壓稍微有所上升。
接下來，在時(shí)刻t5，列布線驅(qū)動(dòng)信號下降，通過同一信號的列布線和行布線的交差點(diǎn)的電容Cs被放電，隨此，運(yùn)算放大器21的輸出OUT緩慢上升。接下來在時(shí)刻t6，如果從時(shí)序控制電路43輸出采樣保持信號，此時(shí)運(yùn)算放大器21的輸出OUT電壓Vb被保持在采樣保持電路44中。接下來在時(shí)刻t7，輸出復(fù)位信號，反饋電容Cf被放電，運(yùn)算放大器21的輸出OUT返回基準(zhǔn)電壓。接下來重復(fù)上述動(dòng)作。
在上述測定中，無論輸出OUT從基準(zhǔn)電壓下降時(shí)還是上升時(shí)，通過模擬開關(guān)24的饋通電流形成的偏置Vk在+方向發(fā)生。根據(jù)這種實(shí)施方式，在檢測對象的電容Cs為數(shù)十到數(shù)百飛法的情況時(shí)該饋通形成的偏置不能忽略。在上述測定中、Va0＝-Va+Vk成為與檢測對象電容Cs成比例的電壓，所測定的電壓為Va，該電壓Va包含偏置引起的誤差Vk。
Va＝-Va0+Vk這里，在該實(shí)施方式中，也測定了檢測對象電容Cs放電時(shí)的電壓Vb。這里，電壓Vb0＝Vb-Vk成為與電容Cs成比例的電壓、被測定的電壓成為Vb＝Vb0+Vk這些電壓Va、Vb通過采樣保持電路44保持、接下來對所保持的電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、寫入到運(yùn)算控制電路47內(nèi)的存儲器中。然后，在運(yùn)算控制電路47中、進(jìn)行Vb-Va＝(Vb0+Vk)-(Vk-Va0)＝Vb0+Va0的運(yùn)算，這樣，得到不含有偏置誤差的測定值。
如上所述，根據(jù)上述實(shí)施方式，通過得到列布線的電位上升時(shí)與下降時(shí)的開關(guān)電容電路的輸出信號之差，能測定沒有饋通影響的電容值。另外，通過設(shè)置選擇器，花費(fèi)測定時(shí)間的開關(guān)電容電路的測定在各線并行進(jìn)行，能夠提高傳感器整體的測定速度。
接下來、說明本發(fā)明第二實(shí)施方式。
在上述第一實(shí)施方式中由于沒有基準(zhǔn)，傳感器部1的構(gòu)成，特別是沒有放置手指時(shí)的電容的差異，如果引起傳感器部1變化，則測定值也會(huì)不同。為此，在本第二實(shí)施方式中，預(yù)先準(zhǔn)備有偏置校正數(shù)據(jù)。
即，如圖8所示，全交差點(diǎn)的測定結(jié)束后、在上述運(yùn)算結(jié)果出來的時(shí)刻，根據(jù)全交差點(diǎn)的測定值的最大值和最小值運(yùn)算最大振幅值(步驟Sa1)。接著，判斷該最大振幅值是否超過預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)值。并且，判斷結(jié)果為“否”時(shí)、判斷測試在沒有將手指放置到傳感器部1的情況下進(jìn)行、首先、求測定值的平均值、接著、從各測定值減去平均值后求出偏置值(步驟Sa3)。接下來、在存儲器中保存該偏置值(步驟Sa4)。另一方面，根據(jù)全交差點(diǎn)的測定值的最大值和最小值求出的最大振幅值超過預(yù)定設(shè)定的基準(zhǔn)值時(shí)，判斷手指放置在傳感器部1上、在測定值中減去存儲器中的偏置值求得校正后的測定值(步驟Sa5)。
另外，在偏置校正中、從電源接通時(shí)、手指被置于區(qū)域型傳感器上、不能采集偏置值時(shí)、得到從電源接通時(shí)測定值超過基準(zhǔn)值、判斷在電源接通一開始手指就已放置，該測定值不用于偏置值，在這以前的電源接通時(shí)所采集的偏置值存儲于非易失性存儲器中、這樣、在下一次電源接通時(shí)作為偏置值使用即可。
如上所述，依據(jù)上述實(shí)施方式，預(yù)先準(zhǔn)備偏置校正數(shù)據(jù)，由此用于測定值的校正、可以穩(wěn)定測定電容值。
接下來，參照圖9和圖10說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式。
圖9表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的整體構(gòu)成框圖。在本第三實(shí)施方式中，列布線驅(qū)動(dòng)部41以及傳感器部1與圖1相同，其不同點(diǎn)在于在電容檢測電路4b中，在選擇電路45和A/D轉(zhuǎn)換器46之間插入可變增益放大器51、進(jìn)一步設(shè)置根據(jù)運(yùn)算控制電路47輸出的增益級別控制信號、調(diào)整可變增益放大器51的增益級別的功能。該功能的目的是作為指紋傳感器的特征、如果數(shù)據(jù)的峰與谷的部分強(qiáng)度大小能相對地判別、由于絕對強(qiáng)度大小則不成為問題、比如、根據(jù)手指置于傳感器時(shí)的強(qiáng)度、在測定數(shù)據(jù)的絕對強(qiáng)度降低時(shí)、為了讓峰和谷的強(qiáng)度差顯著、提高可變增益放大器51的增益、確保測定數(shù)據(jù)的對比度。
圖10表示運(yùn)算控制電路47和可變增益放大器51的增益級別調(diào)整的流程圖。以下、根據(jù)該圖說明本實(shí)施方式的動(dòng)作。
首先算出輸出信號的最大值、最小值以及信號振幅值(步驟Sb1)，判斷信號振幅值是否超過基準(zhǔn)值(步驟Sb2)。并且，當(dāng)判斷結(jié)果為“否”時(shí)，認(rèn)為沒有調(diào)整增益級別的必要，不進(jìn)行任何操作，結(jié)束增益級別調(diào)整動(dòng)作。另一方面，步驟Sb2被判斷為“是”時(shí)，判斷最大值是否超過基準(zhǔn)值(步驟Sb3)。判斷結(jié)果為“是”時(shí)，判斷現(xiàn)在的增益級別是否為最小(步驟Sb4)，其判斷結(jié)果為“否”時(shí)，增益級別下降一個(gè)等級(步驟Sb5)，結(jié)束增益級別調(diào)整動(dòng)作。另一方面，判斷結(jié)果為“是”時(shí)，由于不能進(jìn)行增益級別的下降調(diào)整，不進(jìn)行任何操作，結(jié)束增益級別調(diào)整動(dòng)作。另外，步驟Sb3的判斷結(jié)果為“否”時(shí)判斷最小值是否在基準(zhǔn)以下(步驟Sb6)。判斷結(jié)果為“是”時(shí)，判斷現(xiàn)在的增益級別是否為最大(步驟Sb7)，判斷結(jié)果為“否”時(shí)、增益級別上升一個(gè)等級(步驟Sb8)，結(jié)束增益級別調(diào)整動(dòng)作。另一方面，判斷結(jié)果為“是”時(shí)，由于不能進(jìn)行增益級別的上升調(diào)整，不進(jìn)行任何操作結(jié)束增益級別調(diào)整動(dòng)作。另外，步驟Sb6的判斷結(jié)果為“否”時(shí)，不進(jìn)行任何操作結(jié)束增益級別調(diào)整動(dòng)作。
另外，在增益級別調(diào)整中，檢測到手指沒有置于傳感器的狀態(tài)時(shí)也可以固定增益級別。
如上所述，依據(jù)上述實(shí)施方式，在數(shù)據(jù)的峰與谷之對比度重要的指紋傳感器中，揭示手指輕輕放置，檢測出輸出整體的強(qiáng)度低時(shí)，通過調(diào)整放大器的增益，能夠確保數(shù)據(jù)的峰與谷之對比度。
接下來，說明本發(fā)明第四實(shí)施方式。
圖11表示本發(fā)明第四實(shí)施方式整體構(gòu)成框圖。依據(jù)該第四實(shí)施方式，列布線驅(qū)動(dòng)部41和傳感器部1與圖1相同，其不同點(diǎn)在于在電容檢測電路4c中，開關(guān)電容電路42的輸入端與傳感器部1之間插入初級選擇電路61，并且在采樣保持電路44與A/D轉(zhuǎn)換器46之間插入后級選擇電路62，減少開關(guān)電容電路42與采樣保持電路44的設(shè)置數(shù)。下面說明該實(shí)施方式的動(dòng)作。
本發(fā)明第四實(shí)施方式的動(dòng)作與第一實(shí)施方式的動(dòng)作基本相同，但是各行布線的測定順序不同、與此同步，時(shí)序控制電路43向各部輸出控制信號。比如初級選擇電路61的輸入通道數(shù)為P、通過一個(gè)開關(guān)電容電路42和采樣保持電路44、測定連接在P條行布線上的電容。作為具體例子，連接在一個(gè)初級選擇器61的P條行布線中、首先選擇第一行布線進(jìn)行測定，接著依次測定第二、第三、…第P條行布線的方法。這時(shí)，后級選擇器62相當(dāng)于第一實(shí)施方式中的選擇器45動(dòng)作。
如上所述，依據(jù)上述實(shí)施方式，通過將選擇電路分為前級和后級，能夠減少開關(guān)電容電路42和采樣保持電路44的設(shè)置數(shù)目。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，能夠準(zhǔn)確捕捉微小電容變化。
權(quán)利要求
1.一種電容檢測電路，其用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測所述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容，其特征在于，包括列布線驅(qū)動(dòng)裝置，其向所述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；行電壓輸出裝置，其在所述列布線被所述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在所述列布線被所述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；和運(yùn)算裝置，其運(yùn)算從所述行電壓輸出裝置輸出的第三電壓和第四電壓之差；對所述列布線以及行布線交差的每個(gè)交差點(diǎn)求出所述第三電壓和第四電壓之差。
2.一種電容檢測電路，其用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測所述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容，其特征在于，包括列布線驅(qū)動(dòng)裝置，其向所述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；行電壓輸出裝置，其分別設(shè)置在所述各列布線上，在所述列布線被所述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在所述列布線被所述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；保持裝置，其對應(yīng)所述各行電壓輸出裝置設(shè)置、保持從所述行電壓輸出裝置輸出的電壓；選擇裝置，其依次選擇所述保持裝置的輸出后輸出；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其將所述選擇裝置的輸出變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；和運(yùn)算裝置，其保存所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸出，基于所保存的各數(shù)據(jù)對所述各列布線以及行布線的交差點(diǎn)運(yùn)算所述第三電壓與第四電壓之差電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測電路，其特征在于，進(jìn)一步設(shè)置最大值檢測裝置，其用于求出在所述交差點(diǎn)所檢測出的所述第三電壓以及第四電壓中的最大值；基準(zhǔn)設(shè)定裝置，其在由所述最大值檢測裝置所檢測的最大值比預(yù)先設(shè)定的規(guī)定值小時(shí)，將所述各交差點(diǎn)中的第三電壓和第四電壓之差電壓作為基準(zhǔn)電壓設(shè)定在存儲部中；和校正裝置，其從所述各交差點(diǎn)中的第三電壓和第四電壓之差電壓中減去所述存儲部內(nèi)的基準(zhǔn)電壓，將減算結(jié)果作為偏置校正后的數(shù)據(jù)輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容檢測電路，其特征在于，進(jìn)一步設(shè)置最大值檢測裝置，其用于求出在所述交差點(diǎn)所檢測出的所述第三電壓以及第四電壓中的最大值；放大裝置，其將所述各交差點(diǎn)的第三電壓和第四電壓放大后輸出；和放大率調(diào)整裝置，其在由所述最大值檢測裝置所檢測出的最大值比預(yù)先設(shè)定的給定值小時(shí)，增大用于對所述各交差點(diǎn)的第三電壓以及第四電壓進(jìn)行放大的放大率，并且，在比預(yù)先設(shè)定的另一給定值大時(shí)，減小用于對所述各交差點(diǎn)的第三電壓以及第四電壓進(jìn)行放大的放大率。
5.一種指紋傳感器，其特征在于，具有電容檢測電路；所述電容檢測電路用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測所述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容，并包括列布線驅(qū)動(dòng)裝置，其向所述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；行電壓輸出裝置，其在所述列布線被所述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在所述列布線被所述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；和運(yùn)算裝置，其運(yùn)算從所述行電壓輸出裝置輸出的第三電壓和第四電壓之差；對所述列布線以及行布線交差的每個(gè)交差點(diǎn)求出所述第三電壓和第四電壓之差。
6.一種指紋傳感器，其特征在于，具有電容檢測電路；所述電容檢測電路用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測所述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容，并包括列布線驅(qū)動(dòng)裝置，其向所述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；行電壓輸出裝置，其分別設(shè)置在所述各列布線上，在所述列布線被所述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在所述列布線被所述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；保持裝置，其對應(yīng)所述各行電壓輸出裝置設(shè)置、保持從所述行電壓輸出裝置輸出的電壓；選擇裝置，其依次選擇所述保持裝置的輸出后輸出；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，其將所述選擇裝置的輸出變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；和運(yùn)算裝置，其保存所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置的輸出，基于所保存的各數(shù)據(jù)對所述各列布線以及行布線的交差點(diǎn)運(yùn)算所述第三電壓與第四電壓之差電壓。
7.一種電容檢測方法，其用于具有多條行布線和列布線相向形成的矩陣狀的檢測線的區(qū)域型傳感器中，檢測所述列布線以及行布線交差的各交差點(diǎn)附近的微小電容，其特征在于，向所述列布線輸出上升到第一電壓然后下降到第二電壓的信號；在所述列布線被所述第一電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容充電的電流對應(yīng)的第三電壓，而在所述列布線被所述第二電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出與所述交差點(diǎn)的電容放電的電流對應(yīng)的第四電壓；運(yùn)算從所述行電壓輸出裝置輸出的第三電壓和第四電壓之差；對所述列布線以及行布線交差的每個(gè)交差點(diǎn)求出所述第三電壓和第四電壓之差。
全文摘要
提供一種電容檢測電路及其檢測方法以及指紋傳感器。區(qū)域型傳感器部(1)將多條行布線和列布線配置成矩陣狀，在布線的交差點(diǎn)的附近產(chǎn)生微小電容。電容檢測電路(4a)檢測區(qū)域型傳感器部(1)的電容。列布線驅(qū)動(dòng)部(41)向列布線輸出第一電壓和接下來的第二電壓。開關(guān)電容電路(42)向列布線施加了第一電壓時(shí)，輸出與電容充電放電對應(yīng)的第三電壓，向列布線施加了第二電壓時(shí)，輸出與電容充電放電對應(yīng)的第四電壓。運(yùn)算控制電路(47)對各交差點(diǎn)的電容運(yùn)算第三電壓和第四電壓之差。這樣，即使不使用成為測定誤差的原因的參照電容，也可以可靠捕捉微小電容。
文檔編號G01D5/241GK1576862SQ20041005872
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者梅田裕一, 齋藤潤一 申請人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社