電容式傳感裝置和電容式感測系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及電容式傳感技術領域，尤其涉及一種電容式傳感裝置和電容式感測系統。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，越來越多的電子設備(如:手機、平板電腦、穿戴式設備、以及智能家居等各種智能產品)一般都會設置一種或多種傳感裝置。所述傳感裝置包括如感測用戶觸摸操作的觸摸傳感裝置、感測人體生物信息的生物信息傳感裝置等等。目前，生物信息傳感裝置等多采用電容式傳感裝置來執行感測操作。
[0003]電容式傳感裝置一般包括電容式傳感器和控制電路。所述電容式傳感器包括多個傳感單元(sensor)。所述多個傳感單元接收控制電路的驅動信號，并在用戶觸摸所述多個傳感單元時對應輸出感測信號給所述控制電路，以獲得相應的感測信息。
[0004]然，各傳感單元獨立檢測，分別輸出單一感測信號，所述單一感測信號(如:電壓和/或電量)一般強度較弱。另外，電壓、電量等感測信號在被傳輸的過程中易受電容式傳感裝置中寄生電容的影響，較不穩定，從而導致電容式傳感裝置的感測存在不精確或者出現誤判的情況，影響用戶體驗。
【實用新型內容】
[0005]有鑒于此，本實用新型提供了一種感測精度較高的電容式傳感裝置以及電容式感測系統。
[0006]本實用新型提供了一種電容式傳感裝置，包括電容式傳感器和控制電路；所述電容式傳感器包括感測電極和差分對管；所述控制電路用于為所述感測電極和差分對管提供參考信號，所述差分對管響應感測電極因目標物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化，而對應產生二不同的第二交流信號；所述控制電路進一步根據所述第二交流信號對應計算獲得目標物體的預定生物信息。
[0007]優選地，所述控制電路提供電流源給所述差分對管，所述二不同第二交流信號之和與所述電流源輸出的第一恒定電流信號相同。
[0008]優選地，所述控制電路包括接地端，所述接地端用于加載調制信號，所述控制電路輸出的參考信號隨所述調制信號的升高而升高、隨所述調制信號的降低而降低。
[0009]優選地，所述差分對管包括二晶體管，所述電容式傳感器包括多個傳感單元，每一傳感單元包括一所述感測電極和一所述差分對管，或者，每一傳感單元包括一所述感測電極，相鄰的傳感單元各包括一所述差分對管中的一晶體管。
[0010]優選地，所述多個傳感單元呈陣列式排布；當每一傳感單元包括一所述感測電極，相鄰的傳感單元各包括一所述差分對管中的一晶體管時，定義所述差分對管中的二晶體管均為第三晶體管；所述控制電路用于控制每一傳感單元的第三晶體管分時與行方向和列方向上相鄰的傳感單元的第三晶體管均形成差分對管。
[0011]優選地，所述第三晶體管包括第三控制電極、第五傳輸電極、和第六傳輸電極；其中，所述第三控制電極與所述感測電極為二電極，所述第三控制電極連接所述感測電極；或者，所述第三控制電極與所述感測電極為同一電極。
[0012]優選地，當所述第三控制電極連接所述感測電極時，所述第三控制電極直接連接所述感測電極，或者，第三控制電極通過限流元件連接所述感測電極。
[0013]優選地，所述傳感單元進一步包括第一開關單元和第二開關單元，所述第一開關單元用于控制是否在電流源與第三晶體管之間有電流傳輸，所述第二開關單元用于控制是否傳輸參考信號給感測電極和差分對管。
[0014]優選地，所述電容式傳感器進一步包括信號線群組，一信號線群組連接至少二傳感單元，所述信號線群組包括第一信號線、第二信號線、和第三信號線，且第一、第二、第三信號線分別沿列方向延伸；所述第一開關單元用于通過所述第一信號線連接所述電流源；
[0015]對于位于同一列的二相鄰傳感單元:一傳感單元中的第三晶體管的第六傳輸電極通過第二信號線連接控制電路，另一傳感單元中的第三晶體管的第六傳輸電極通過第三信號線連接控制電路；所述二相鄰傳感單元的第一開關單元與同一第一信號線相連接。
[0016]優選地，所述電容式傳感器進一步包括掃描線群組，包括第一掃描線、第二掃描線；所述第一開關單元包括:
[0017]第一晶體管，包括第一控制電極、第一傳輸電極、和第二傳輸電極，所述第一控制電極與第一掃描線連接，用于響應第一掃描線上傳輸的掃描信號而對應控制第一傳輸電極與第二傳輸電極是否電連通，第一傳輸電極與第一信號線連接，第二傳輸電極與第五傳輸電極連接；和
[0018]第二晶體管，包括第二控制電極、第三傳輸電極、和第四傳輸電極，其中，第二控制電極連接第二掃描線，用于響應第二掃描線上傳輸的掃描信號而對應控制第三傳輸電極與第四傳輸電極是否電連通，第三傳輸電極連接第二傳輸電極、第四傳輸電極連接第五傳輸電極。
[0019]優選地，所述掃描線群組進一步包括第三掃描線，所述第二開關單元包括第五晶體管，所述第五晶體管包括第五控制電極、第九傳輸電極、和第十傳輸電極，其中，第五控制電極通過第三掃描線連接控制電路，用于響應第三掃描線上傳輸的掃描信號而對應控制第九傳輸電極與第十傳輸電極是否電連通，第九傳輸電極連接參考信號線、第十傳輸電極連接第三控制電極。
[0020]優選地，所述掃描線群組進一步包括第四掃描線，所述傳感單元進一步包括第七晶體管，所述第七晶體管包括第七控制電極、第十三傳輸電極、和第十四傳輸電極，所述第七控制電極通過第四掃描線連接控制電路，所述第十三傳輸電極連接第十傳輸電極，所述第十四傳輸電極連接第三控制電極，且第十三傳輸電極與第十四傳輸電極短接。
[0021]優選地，在一傳感單元每次執行感測的過程中，所述控制電路控制所述第五晶體管和第七晶體管交替導通，導通的第七晶體管用于補償第五晶體管截止時第三控制電極與第十傳輸電極之間的電壓。
[0022]優選地，所述電容式傳感裝置為指紋傳感裝置。
[0023]優選地，所述電容式傳感器進一步包括基板、接地線、和導電層，所述導電層與所述感測電極、差分對管設置在所述基板的相對二側，所述接地線與所述感測電極、差分對管設置在所述基板的同側，所述接地線與所述導電層均用于傳輸所述調制信號。
[0024]優選地，所述控制電路包括:
[0025]參考信號產生電路，用于提供所述參考信號；
[0026]處理電路，用于接收傳感單元輸出的第二交流信號，并根據第二交流信號計算目標物體的預定生物信息；
[0027]掃描驅動電路，連接掃描線群組，用于提供掃描信號給掃描線群組；和
[0028]第三開關單元，連接于電流源、處理電路與各傳感單元之間；
[0029]同一行的傳感單元通過所述第三開關單元分時復用所述電流源、和/或處理電路。
[0030]本實用新型還提供一種電容式感測系統，包括電源管理芯片和電容式傳感裝置，其中，所述電容式傳感裝置包括電容式傳感器和控制電路；所述電容式傳感器包括感測電極和差分對管；所述控制電路用于為所述感測電極和差分對管提供參考信號，所述差分對管響應感測電極因目標物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化，而對應產生二不同的第二交流信號；所述控制電路進一步根據所述第二交流信號對應計算獲得目標物體的預定生物信息；所述控制電路包括接地端，所述接地端用于加載調制信號，所述控制電路輸出的參考信號隨所述調制信號的升高而升高、隨所述調制信號的降低而降低；所述電容式傳感器進一步包括基板、接地線、和導電層，所述導電層與所述感測電極、差分對管設置在所述基板的相對二側，所述接地線與所述感測電極、差分對管設置在所述基板的同側，所述接地線與所述導電層均用于傳輸所述調制信號；所述電源管理芯片提供所述調制信號給所述控制電路的接地端、所述電容式傳感器的導電層和接地線。
[0031]本實用新型還提供一種電容式傳感裝置，包括電容式傳感器和控制電路；所述電容式傳感器包括多個傳感單元和信號線，每一信號線用于連接至少二傳感單元至所述控制電路，每一傳感單元包括:
[0032]感測電極，能夠以電容方式耦合到目標物體；和
[0033]傳感電路，包括轉換電路，所述轉換電路與所述感測電極相連接；
[0034]所述控制電路，用于與所述多個傳感單元分別連接，所述控制電路用于提供參考信號給所述感測電極；
[0035]其中，所述轉換電路用于轉換感測電極因目標物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化量為相應的電流信號，并通過所述信號線輸出所述電流信號給所述控制電路，所述控制電路根據所述電流信號獲知相應的預定生物信息。
[0036]優選地，所述轉換電路通過一包括二級開關的開關單元與所述信號線連接。
[0037]由于所述電容式傳感裝置的電容式傳感器包括差分對管，所述差分對管用于響應感測電極因目標物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化，而對應產生二不同的第二交流信號給所述控制電路；所述控制電路根據所述第二交流信號對應獲知目標物體的預定生物信息，其中，所述差分對管輸出的二不同第二交流信號較穩定，因此，所述電容式傳感裝置的感測精度較準。相應地，具有所述電容式傳感裝置的電容式感測系統的感測精度也較準。
[0038]盡管公開了多個實施例，包括其變化，但是通過示出并描述了本實用新型公開的說明性實施例的下列詳細描述，本實用新型公開的其他實施例將對所屬領域的技術人員顯而易見。將認識到，本實用新型公開能夠在各種顯而易見的方面修改，所有修改都不會偏離本實用新型的精神和范圍。相應地，附圖和詳細描述本質上應被視為說明性的，而不是限制性的。
【附圖說明】
[0039]通過參照附圖詳細描述其示例實施方式，本實用新型的特征及優點將變得更加明顯。
[0040]圖1為本實用新型電容式傳感裝置的第一實施方式的示意圖。
[0041]圖2為圖1所示電容式傳感裝置的電路結構示意圖。
[0042]圖3為圖2所示電容式傳感器的部分電路結構示意圖。
[0043]圖4為圖2所示電容式傳感裝置的部分電路結構示意圖。
[0044]圖5與圖6為圖3所示傳感電路的其它變更實施方式的示意圖。
[0045]圖7為圖1所示電容式傳感器的示意圖。
[0046]圖8至圖11中主要示出電容式傳感器的一傳感單元的第三晶體管與感測電極的剖面結構示意圖。
[0047]圖12為圖2所示的電容式傳感裝置的工作時序圖。
[0048]圖13為圖1所示電容式傳感器的部分方框示意圖。
[0049]圖14為本實用新型電容式傳感裝置的第二實施方式的示意圖。
[0050]圖15為圖14所示一行方向上相鄰二傳感單元的電路結構示意圖。
[0051]圖16為圖14的電容式傳感裝置的部分電路結構示意圖。
[0052]圖17為圖14所示電容式傳感器的方框結構示意圖。
[0053]圖18為本實用新型電容式傳感裝置的其它變更實施方式的示意圖。
[0054]圖19為在一片玻璃基板上形成多個電容式傳感裝置的示意圖。
[0055]圖20為圖19所示的一電容式傳感裝置的側視示意圖。
[0056]圖21和圖22為電容式傳感裝置的其它變更實施方式的側視圖。
[0057]圖23為本實用新型芯片組的一較佳實施方式的示意圖。
[0058]圖24為本實用新型電容式感測系統的第一實施方式的結構示意圖。
[0059]圖25為本實用新型電容式感測系統的第二實施方式的結構示意圖。
[0060]圖26為本實用新型電容式傳感裝置的封裝結構第一實施方式的示意圖。
[0061]圖27與圖28為本實用新型電容式傳感裝置的封裝結構其它實施方式的示意圖。
[0062]圖29為本實用新型電容式感測模組的一較佳實施方式的示意圖。
[0063]圖30為本實用新型在電子設備的保護蓋板下方設置電容式感測模組的示意圖。
[0064]圖31是圖30沿r-r’方向的部分剖面示意圖。
[0065]圖32為電子設備的顯示裝置的TFT陣列基板的示意圖。
[0066]圖33為本實用新型電子設備的一較佳實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0067]現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本實用新型將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。為了方便或清楚，可能夸大、省略或示意地示出在附圖中所示的每層的厚度和大小、以及示意地示出相關元件的數量。另外，元件的大小不完全反映實際大小，以及相關元件的數量不完全反應實際數量。在圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構。
[0068]此外，所描述的特征、結構可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本實用新型的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員應意識到，沒有所述特定細節中的一個或更多，或者采用其它的結構、組元等，也可以實踐本實用新型的技術方案。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構或者操作以避免模糊本實用新型。
[0069]在本實用新型的描述中，需要理解的是:“多個”包括兩個和兩個以上，除非另有明確具體的限定。“連接”可為電連接、機械連接、親接、直接連接、以及間接連接等多種實施方式，除非本實用新型下述特別說明，否則并不做特別限制。另外，各元件名稱以及信號名稱中出現的“第一”、“第二 ”等詞語并不是限定元件或信號出現的先后順序，而是為方便元件命名，清楚區分各元件，使得描述更簡潔。
[0070]進一步需要說明的是:本實用新型提供的電容式傳感裝置適用于生物信息傳感裝置，尤其指紋傳感裝置。然，本實用新型并不限于此，所述電容式傳感裝置也可適用其它合適類型的傳感裝置，如觸摸傳感裝置。所述生物信息傳感裝置用于感測目標物體的預定生物信息。所述目標物體如為用戶的手指，也可為用戶身體的其它部分、如手掌、腳趾、耳朵等，甚至也可為其它合適類型的物體，而并不局限為人體。所述預定生物信息如為指紋、掌紋、耳紋等。
[0071]所述電容式傳感裝置包括電容式傳感器(sensors)和控制電路。所述控制電路連接電容式傳感器，用于控制所述電容式傳感器執行感測操作。
[0072]優選地，所述電容式傳感器包括感測電極和差分對管。所述感測電極能夠以電容方式耦合到目標物體，用于加載參考信號。所述差分對管與所述感測電極相關聯，用于響應感測電極上因目標物體的接近或觸摸所引起參考信號的變化，而對應產生差分信號。
[0073]所述控制電路接收所述差分信號，并根據所述差分信號對應獲得相應的感測信息。所述感測信息如為目標物體的預定生物信息。類似地，所述控制電路也可根據差分信號獲知目標物體接近或觸摸了電容式傳感裝置這一感測信息。
[0074]由于本實用新型的電容式傳感器傳輸給控制電路的感測信號為差分信號，所述差分信號較強，且差分信號在傳輸給控制電路的過程中受電容式傳感裝置中的寄生電容的影響較小，因此，所述控制電路根據差分信號獲得的感測信息相對較準而能減少誤判，從而能夠提升用戶體驗。
[0075]優選地，所述差分信號為差分電流信號。
[0076]優選地，所述電容式傳感器包括多個感測電極和多個差分對管。同一差分對管所產生的差分信號為同幅同頻反相的第二交流信號。另外，所述差分對管用于與一電流源連接，所述電流源用于提供一第一恒定電流信號。所述二不同的第二交流電流信號之和與所述電流源提供的第一恒定電流信號相等。
[0077]所述差分對管與所述感測電極相關聯，其中，所述差分對管或者與所述感測電極為二元件，所述差分對管與所述感測電極連接；又或者，所述差分對管包括所述感測電極，即，所述感測電極為差分對管的一部分。
[0078]所述差分對管包括二晶體管，所述二晶體管包括一第三晶體管，所述第三晶體管包括第三控制電極、第五傳輸電極、和第六傳輸電極。當所述差分對管與所述感測電極為二元件時，所述第三控制電極與所述感測電極連接；當所述差分對管包括所述感測電極時，所述第三控制電極與所述感測電極為同一電極。
[0079]當所述差分對管與所述感測電極為二元件時，所述第三控制電極與所述感測電極直接連接；或者，所述第三控制電極通過一限流元件與所述感測電極連接。優選地，所述限流元件包括電阻。相應地，所述限流元件可以起到防ESD、保護電容式傳感器的作用。
[0080]所述電容式傳感器包括多個傳感單元(sensor)。每一傳感單元包括一所述感測電極。另外，優選地，每一傳感單元還包括一所述差分對管，或者，相鄰的傳感單元各自包括一所述差分對管中的一晶體管。
[0081]通過選擇具有合適跨導的晶體管，當目標物體接近或觸摸感測電極時，所述差分對管的晶體管對參考信號的變化量進行轉換以及放大，產生二不同的第一交流信號，并將二不同的第一交流信號分別疊加至相同的第二恒定電流信號上，對應產生所述二不同的第二交流信號給控制電路。其中，所述第二恒定電流信號為第一恒定電流信號的一半。相應地，所述感測信號較強，所述控制電路根據所述感測信號獲得的感測結果較準。
[0082]對于本實用新型的電容式傳感器:或者每個傳感單元輸出單一電流信號作為感測信號；或者每個傳感單元輸出差分信號作為感測信號；或者相鄰的傳感單元輸出差分信號作為感測信號；其中，所述差分信號如為差分電流信號；更優選地，組成差分對管的晶體管輸出的感測信號為放大的信號；相應地，具有所述電容式傳感器的電容式傳感裝置的感測精度較高。
[0083]下面結合附圖對電容式傳感裝置的電路結構、芯片組、電容式感測系統的電路結構、電容式傳感裝置的封裝結構、電容式感測模組的組裝結構、以及電子設備的結構等的各種實施方式進行描述。
[0084]電容式傳感裝置的電路結構
[0085]請參閱圖1，圖1為本實用新型電容式傳感裝置的第一實施方式的示意圖。所述電容式傳感裝置1用于應用在一電子設備(圖未示)中，執行感測操作。所述電子設備如為移動電話、平板電腦、電視、遙控裝置、智能門鎖、穿戴式設備等各種智能設備。所述電容式傳感裝置1包括控制電路11