CN203812253U - 一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及芯片设计，公开了一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路。本实用新型包含复位单元、反馈单元、放大单元与源跟随单元；复位单元与反馈单元、放大单元均相连，反馈单元与放大单元相连，放大单元与源跟随单元相连；复位单元内置的复位管导通时存储电荷，反馈单元复位；复位管截止时，将存储的电荷注入反馈单元与放大单元；反馈单元接收电荷，并在检测到指纹信息时将产生的第二电压信号输出至源跟随单元；放大单元将接收的信号进行放大后输出至源跟随单元；源跟随单元将接收的信号进行电平平移后输出第一电压信号，该第一电压信号携带检测的指纹信息。本实用新型使得电路占用芯片的面积得到减小，节约芯片成本。

Description

一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路

技术领域

本实用新型涉及芯片设计，特别涉及一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路。

背景技术

对个人信息进行鉴别和识别的生物特征通常是通过生理特征（比如，头发、指纹、血液等）来实现的。在选择使用何种生理特征时，会从不同方面进行折中考虑，如生产成本、加工难易程度、可靠性、舒适性等。而在这其中，指纹是最可靠的特征。虽然它的特性独具一格，但是在个人消费市场，对指纹的应用还不是很成熟，一方面受生产设计的影响，另一方面也受高成本因素的限制。

目前，指纹感应器件使用的原理主要涉及光学、集成压力、电容等。其中，光学成像的指纹识别单元制约其应用的因素是制造出来的体积比较大，并要求表面保持干净；集成压力感应单元的主要限制因素是非主流技术带来的超高成本；而基于电容感应单元方式的指纹检测电路可以很好的规避前两种方式的缺点，其一般的电路结构如图1所示，包含信号输入单元、复位单元、放大单元、反馈单元与源跟随单元。

在图1中，101为信号输入单元，102为复位单元，103为放大单元，104为反馈单元，105为源跟随单元。

但是，上述电路所占用的芯片面积较大，增加了芯片的成本。

另外，复位单元产生的时钟馈通效应与电荷注入效应影响电路输出的电压信号，即影响指纹检测的结果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，提高复位管的利用率，使得电路占用芯片的面积得到减小，节约芯片的成本；同时，纯化电荷来源。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，包含放大单元与源跟随单元；所述放大单元与所述源跟随单元相连；所述放大单元将接收的信号进行放大后输出至所述源跟随单元；所述源跟随单元将接收到的信号进行电平平移后输出第一电压信号，其中，所述第一电压信号携带检测的指纹信息；还包含复位单元、反馈单元；

其中，所述反馈单元在检测到指纹信息时将产生的第二电压信号输出至所述源跟随单元；

所述复位单元与所述反馈单元、所述放大单元均相连；所述反馈单元与所述放大单元相连；所述复位单元的输入端用于输入复位信号；

所述复位信号为高电平时，所述复位单元内置的复位管导通并存储电荷，同时对所述反馈单元进行复位；所述复位信号由高电平切换为低电平时，所述复位管截止，并将存储的电荷注入至所述反馈单元与所述放大单元；

所述反馈单元接收所述电荷，并在检测到指纹信息时将所述第二电压信号输出至所述源跟随单元。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，是通过复位单元内置的复位管产生注入电荷，不需要另外增设输入单元来单独产生注入电荷。具体地说，本实用新型中的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路包含放大单元、源跟随单元、复位单元与反馈单元；复位单元与反馈单元、放大单元均相连，反馈单元与放大单元相连，放大单元与源跟随单元相连，复位单元的输入端用于输入复位信号；其中，反馈单元在检测到指纹信息时将产生的第二电压信号输出至源跟随单元，放大单元将接收的信号进行放大后输出至源跟随单元，源跟随单元将接收到的信号进行电平平移后输出第一电压信号，该第一电压信号携带检测的指纹信息。关键在于，复位信号为高电平时，复位单元内置的复位管导通，此时，反馈单元无存储电荷，即复位管对反馈单元进行复位；于此同时，复位管在导通时形成一个平板电容，储存电荷；而当复位信号由高电平切换为低电平时，复位管截止，并将存储的电荷注入至反馈单元与放大单元；反馈单元接收电荷作为反馈单元储存的原始电荷，同时产生原始的第三电压信号，并且在检测到指纹信息时将产生的第二电压信号输出至源跟随单元。本实用新型正是利用复位管截止时将电荷注入反馈单元，而不是另外增设输入单元来单独产生电荷以注入反馈单元，从而提高复位管的利用率，使得指纹检测电路占用芯片的面积得到减小，节约芯片的成本。另外，在芯片中，复位单元还可置于反馈单元的下方，使得基于电荷注入方式的指纹信息检测电路占用芯片的面积得到进一步减小，进一步节约芯片成本。同时，注入反馈单元的电荷全部来自复位管储存的电荷，纯化了注入到反馈单元的电荷来源。

另外，所述复位单元包含第一反相器、第二反相器、第三反相器与第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；

所述第一反相器的输入端为所述复位单元的输入端，输出端与所述第二反相器的输入端相连；

所述第二反相器的输出端与所述第三反相器的输入端相连；

所述第三反相器的输出端与所述第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极相连；

所述第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极与漏极相连，其中，所述漏极为所述复位单元的第一输出端口；

所述复位管的第一端口与所述复位单元的第一输出端口相连，第二端口为所述复位单元的第二输出端口，第三端口与所述第二反相器的输出端相连。

其中，所述复位管为所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；

所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极为所述复位管的第一端口；所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极为所述复位管的第二端口；所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述复位管的第三端口。

所述复位管的沟道宽度为所述第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度的两倍。

按照上述连接，在输入复位信号时，复位管产生时钟馈通效应且因时钟馈通产生的电荷量为

Q_clk1＝V_clk1W₁C_ov，

其中，V_clk1为复位管的时钟电压，W₁为复位管的沟道宽度，C_ov为单位宽度的交叠电容。

同时，第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管吸收复位管因时钟馈通产生的电荷。第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管因时钟馈通吸收的电荷量为

Q_clk2＝V_clk22W₂C_ov，

其中，V_clk2为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的时钟电压，V_clk2是V_clk1经过第三反相器得到的，二者相位相反，W₂为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度，C_ov为单位宽度的交叠电容。

复位管的沟道宽度为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度的两倍，即W₁＝2W₂，所以，复位管因时钟馈通产生的电荷被第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管因时钟馈通全部吸收，使得消除了因时钟馈通产生的电荷，使得注入反馈单元的电荷全部来自复位管储存的电荷，纯化了注入到反馈单元的电荷来源。

另外，所述反馈单元接地。这样，在手指触摸时手指所携带的静电被导至大地，使得可以避免因手指所携带的静电导致与反馈单元相连的复位单元、放大单元、源跟随单元被静电击穿。

另外，所述反馈单元包含第一电容、第二电容与第三电容；

所述第一电容的正极与所述反馈单元的第一端口相连，负极与所述反馈单元的第二端口相连；

其中，所述反馈单元的第一端口与所述复位单元的第一输出端口相连，所述反馈单元的第二端口与所述复位单元的第二输出端口相连；

所述第二电容的正极与所述反馈单元的第一端口相连，负极接地；

所述第三电容的正极与所述反馈单元的第二端口相连，负极接地。

这是无手指触摸时反馈单元的组成，当手指触摸时反馈单元还包含第四电容、第五电容、第六电容与电阻；

所述第四电容的正极与所述反馈单元的第一端口相连，负极与所述第五电容的正极相连；

所述第五电容的负极与所述反馈单元的第二端口相连；

所述第六电容的正极与所述第四电容的负极相连，所述第六电容的负极接地；

所述电阻一端与所述第五电容的正极相连，另一端接地。

这样，第一电容与指纹到反馈单元的距离呈非线性，使得反馈单元因检测到指纹信息产生的第二电压信号可以精确地反映指纹到反馈单元的距离，最终使得指纹检测电路输出的第一电压信号可以更精确地反映指纹到反馈单元的距离。

附图说明

图1是根据现有技术中的指纹信息检测电路的示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路的示意图；

图3是根据本实用新型第二实施方式的没有检测到指纹信息时的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路的示意图；

图4是根据本实用新型第二实施方式的检测到指纹信息时的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路的示意图；

图5是根据本实用新型第二实施方式的内极板、外极板与地环的第一结构俯视图；

图6是根据本实用新型第二实施方式的内极板、外极板与地环的第二结构俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解的是，在本实用新型的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，具体结构如图2所示，包含：复位单元、放大单元、反馈单元与源跟随单元。

其中，反馈单元在检测到指纹信息时将产生的第二电压信号输出至源跟随单元。

如图2所示，复位单元与反馈单元、放大单元均相连；反馈单元与放大单元相连；放大单元与源跟随单元相连；复位单元的输入端用于输入复位信号。

复位信号为高电平时，复位单元内置的复位管导通并存储电荷，同时将反馈单元进行复位。具体地说，复位管导通时，反馈单元无存储电荷，即复位管对反馈单元进行复位，反馈单元储存的电荷清零；同时，复位管在导通时形成一个平板电容，储存电荷。

复位信号由高电平切换为低电平时，复位管截止，并将存储的电荷注入至反馈单元与放大单元。

反馈单元接收电荷，并在检测到指纹信息时将第二电压信号输出至源跟随单元。具体地说，反馈单元接收复位管的注入电荷作为反馈单元储存的原始电荷，同时产生原始的第三电压信号，这是没有检测到指纹信息时产生的电压信号；反馈单元在检测到指纹信息时将产生的第二电压信号输出至源跟随单元。

源跟随单元将接收到的信号进行电平平移后输出第一电压信号，该第一电压信号携带检测的指纹信息。

另外，放大单元将接收的信号进行放大后输出至源跟随单元。具体地说，放大单元接收电荷时输入电压信号发生变化，放大单元将改变后的输入电压信号进行放大后输出至源跟随单元。而且，经放大后的输出电压信号与第二电压信号相同。

与现有技术相比，本实施方式不但利用反馈单元的复位管对反馈单元进行复位，而且，还利用复位管产生注入电荷，而不需要另外增设输入单元来单独产生注入电荷，从而提高了复位管的利用率，使得指纹检测电路占用芯片的面积得到减小，节约芯片的成本。另外，在芯片中，复位单元还可置于反馈单元的下方，使得基于电荷注入方式的指纹信息检测电路占用芯片的面积得到进一步减小，进一步节约芯片成本。同时，注入反馈单元的电荷全部来自复位管储存的电荷，纯化了注入到反馈单元的电荷来源。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本实用新型的第二实施方式涉及一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路。第二实施方式在第一实施方式的基础上作了进一步细化，给出了复位单元、反馈单元、放大单元与源跟随单元的具体结构，具体电路结构如图3、图4所示。

其中，图3是没有检测到指纹信息时的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路的示意图，图4是检测到指纹信息时的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路的示意图，图3与图4的区别仅在于反馈单元在检测到指纹信息时发生了改变。

在图3、图4中，201为复位单元，2011为第一反相器，2012为第二反相器，2013为第三反相器，2014为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；202为反馈单元，2021为第一电容，2022为第二电容，2013为第三电容；103为放大单元，1031为第一P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管，1032为第二P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管，1033为第三N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管，1034为第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；105为源跟随单元，1051为源跟随器，1052为开关。

在图4中，2024为第四电容，2025为第五电容，2026为第六电容，2027为电阻。

首先，介绍复位单元的具体结构。复位单元除了包含复位管外，还包含第一反相器、第二反相器、第三反相器与第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管。

第一反相器的输入端为复位单元的输入端，输出端与第二反相器的输入端相连；第二反相器的输出端与第三反相器的输入端相连；第三反相器的输出端与第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极相连；第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极与漏极相连，其中，漏极为复位单元的第一输出端口；复位管的第一端口与复位单元的第一输出端口相连，第二端口为复位单元的第二输出端口，第三端口与第二反相器的输出端相连。

其中，复位管为第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极为所述复位管的第一端口；第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极为复位管的第二端口；第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述复位管的第三端口。

而且，复位管的沟道宽度为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度的两倍。

按照上述连接，在输入复位信号时，复位管产生时钟馈通效应且因时钟馈通产生的电荷量为

Q_clk1＝V_clk1W₁C_ov，

其中，V_clk1为复位管的时钟电压，W₁为复位管的沟道宽度，C_ov为单位宽度的交叠电容。

同时，第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管吸收复位管因时钟馈通产生的电荷。第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管因时钟馈通吸收的电荷量为

Q_clk2＝V_clk22W₂C_ov，

其中，V_clk2为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的时钟电压，V_clk2是V_clk1经过第三反相器得到的，二者相位相反，即V_clk2=-V_clk1。W₂为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度，C_ov为单位宽度的交叠电容。

由于复位管的沟道宽度为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度的两倍，即W₁＝2W₂，所以，

Q_clk1+Q_clk2=0，

即复位管因时钟馈通产生的电荷被第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管因时钟馈通全部吸收，使得消除了复位管因时钟馈通产生的电荷，使得注入反馈单元的电荷全部来自复位管储存的电荷，纯化了注入到反馈单元的电荷来源。

值得一提的是，复位管在截止时产生时钟馈通效应，同时，在导通时产生注入电荷效应。在现有技术中，两者均给电路带来不利影响，而在本实施方式中，对注入电荷效应产生的电荷加以利用，使之注入放大单元与反馈单元。为了纯化注入到放大单元与反馈单元的电荷，利用第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管将复位管因时钟馈通产生的电荷全部吸收掉，这样，不但减少了增设输入单元单独产生电荷的设计量，减小了基于电荷注入方式的指纹信息检测电路占用芯片的面积，还消除了时钟馈通产生的电荷带来的不利影响。

需要说明的是，复位管在导通时形成一个平板电容，储存的电荷总量为

Q₁＝W₁L_eff1C_OX(V_DD-V_i1-V_t1)，

其中，W₁为复位管的沟道宽度，L_eff1为复位管的有效沟道宽度，C_OX为复位管的栅氧化层厚度，V_DD为第一工作电压，V_i1为第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管建立的直流输入电平，V_t1为复位管的导通阈值电压。

复位管在截止时，复位管在导通时储存的电荷Q₁通过第一端口、第二端口流出，即通过第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极、漏极流出，每路流出的电荷量各占电荷总量的二分之一。同时，第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管导通，吸收复位管产生的部分注入电荷，吸收的电荷量为

Q₂＝W₂L_eff2C_OX(V_DD-V_i2-V_t2)，

其中，W₂为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度，L_eff2为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的有效沟道宽度，C_OX为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅氧化层厚度，V_DD为第一工作电压，V_i2为复位管截止时第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管建立的直流输入电平，V_t2为第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的导通阈值电压。

值得一提的是，第一反相器、第二反相器与第三反相器均用于对接收的信号进行整形。若第三反相器的延时越短或者转换时间越短，第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管吸收的电荷量越大；同时，若第二反相器的延时越短或者转换时间越短，复位管产生的电荷总量越多。

这样，复位管产生的注入电荷注入到放大单元与反馈单元的电荷量为

Q₃＝Q₁/2-Q₂，

也就是说，注入到放大单元与反馈单元的电荷均来自复位管产生的注入电荷，电荷来源纯净。

接着，介绍反馈单元的具体结构。在本实施方式中，反馈单元接地。这样，在手指触摸时手指所携带的静电被导至大地，使得可以避免因手指所携带的静电导致与反馈单元相连的复位单元、放大单元、源跟随单元被静电击穿。

在没有检测到指纹信息时，基于电荷注入方式的指纹信息检测电路的示意图如图3所示，反馈单元包含第一电容、第二电容与第三电容。

第一电容的正极与反馈单元的第一端口相连，负极与反馈单元的第二端口相连；其中，反馈单元的第一端口与复位单元的第一输出端口相连，反馈单元的第二端口与复位单元的第二输出端口相连；第二电容的正极与反馈单元的第一端口相连，负极接地；第三电容的正极与所述反馈单元的第二端口相连，负极接地。

其中，第一电容为反馈单元的外极板与内极板之间的耦合电容，第二电容为外极板与地环之间的耦合电容，第三电容为内极板与地环之间的耦合电容。内极板、外极板与地环的结构可根据需要设计，内极板、外极板与地环的第一结构俯视图如图5所示，第二结构俯视图为如图6所示。本实施方式优选地选择图5所表示的内极板、外极板与地环的结构，这样，可以使得反馈单元对指纹纹路到反馈单元内置的第一电容的极板的距离更灵敏，静电保护效果更好。

在图5、图6中，501为内极板，502为外极板，503为地环。

检测到指纹信息时，基于电荷注入方式的指纹信息检测电路如图4所示，反馈单元还包含第四电容、第五电容、第六电容与电阻。

在图4中，第四电容的正极与反馈单元的第一端口相连，负极与第五电容的正极相连；第五电容的负极与反馈单元的第二端口相连；第六电容的正极与第四电容的负极相连，第六电容的负极接地；电阻一端与第五电容的正极相连，另一端接地。

其中，第四电容为反馈单元的外极板与手指之间的耦合电容，第五电容为内极板与手指之间的耦合电容，第六电容为地环与手指之间的耦合电容，电阻为人体与地环之间的电阻。

在反馈单元检测到指纹信息时，反馈单元的第一电容的电容值发生改变，从而第一电容产生的电压信号发生改变，由没检测到指纹信息时的的第三电压信号变为第二电压信号，第二电压信号携带检测到的指纹信息。

在本实施方式中，第一电容与指纹到反馈单元的距离成非线性，使得反馈单元因检测到指纹信息产生的第二电压信号可以精确地反映指纹到反馈单元的距离，最终使得指纹检测电路输出的第一电压信号可以更精确地反映指纹到反馈单元的距离。

接着，介绍放大单元的具体结构。如图3、图4所示，放大单元包含：第一P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管、第二P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管、第三N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管与第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管。

在图3、图4中，第一P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为放大单元的第一端口，用于输入第一偏置电压，源极为放大单元的第二端口，用于输入第一工作电压，漏极与第二P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极相连；第二P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为放大单元的第三端口，用于输入第二偏置电压，漏极为放大单元的第四端口，并与第三N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极相连；第三N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述放大单元的第五端口，用于输入第三偏置电压，源极与第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极相连；第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为放大单元的第六端口，与复位单元的第一输出端口相连，源极接地。

放大单元对接收到的信号进行放大后输出。由于放大单元为现有成熟的技术，在此不再赘述。

最后，介绍源跟随器的具体结构。源跟随单元包含源跟随器与开关；源跟随器与开关相连。

其中，源跟随器为第五N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；开关为第六N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；第五N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极为所述源跟随单元的第一端口，用于输入第二工作电压，栅极为源跟随单元的第二端口，与放大单元的第四端口相连，源极与第六N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极相连；第六N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述源跟踪器的第三端口，用于输入开关信号，源极为源跟踪器的第四端口，用于输出第一电压信号，第一电压信号携带检测的指纹信息。

源跟随单元将接收到的信号进行电平平移后输出第一电压信号。由于源跟随单元为现有成熟的技术，在此不再赘述。

到此为止，基于电荷注入方式的指纹信息检测电路的具体结构介绍结束。

值得一提的是，注入电荷、反馈单元内置的第一电容与指纹信息之间的关系。具体介绍如下：

复位管注入到放大单元与反馈单元的电荷量分别为Q₄、Q₅，所以有

Q₃＝Q₄+Q₅,

而且，注入到放大单元的电荷在实际上是注入到第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体的电荷，所以

Q₄＝C_in1ΔV_in1，

其中，C_in1为第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的电容值，ΔV_in1为因电荷注入产生的输入电压变化量，且

C_in1＝W₃L_eff3C_OX,

其中，W₃为第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度，L_eff3为第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的有效沟道宽度，C_OX为栅氧化层厚度。

同理，注入到反馈单元的电荷实际上是注入到第一电容的电荷，所以，

Q₅＝C₁ΔV₂,

其中，C₁为第一电容的电容值，ΔV₂为因电荷注入在第一电容两端产生的电压变化量。

同时，因

ΔV₂＝ΔV_O1-ΔV_in1，

ΔV_O1＝A_v0ΔV_in1，

其中，ΔV_O1为ΔV_in1经放大单元放大后输出电压变化量。

经简化处理，并结合A_v0＞＞1的条件，可以得到

$\mathrm{\Δ}{V}_{O1}=\frac{Q_3}{C_1},$

此处，ΔV_O1与第二电压信号相同，然后，ΔV_O1经过源跟随单元进行电平平移得到输出的第一电压信号，即携带指纹信息的电压信号。

由上式可知，第一电容的电容值的变化决定输出的第一电压信号的变化，而第一电容值的改变由检测到的指纹信息决定，所以，检测到的指纹信息最终决定输出的第一电压信号，即第一电压信号携带指纹信息的电压信号。其中，指纹信息包含指纹的纹路到第一电容的极板的距离。也就是说，在第一电容储存有电荷的情况下，检测到指纹信息时第一电容的电容值发生改变，从而引起输出的第一电压信号的改变，故第一电压信号携带检测到的指纹信息。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，包含放大单元与源跟随单元；所述放大单元与所述源跟随单元相连；所述放大单元将接收的信号进行放大后输出至所述源跟随单元；所述源跟随单元将接收到的信号进行电平平移后输出第一电压信号，其中，所述第一电压信号携带检测的指纹信息；其特征在于，还包含复位单元、反馈单元；

其中，所述反馈单元在检测到指纹信息时将产生的第二电压信号输出至所述源跟随单元；

所述复位单元与所述反馈单元、所述放大单元均相连；所述反馈单元与所述放大单元相连；所述复位单元的输入端用于输入复位信号；

所述复位信号为高电平时，所述复位单元内置的复位管导通并存储电荷，同时对所述反馈单元进行复位；所述复位信号由高电平切换为低电平时，所述复位管截止，并将存储的电荷注入至所述反馈单元与所述放大单元；

所述反馈单元接收所述电荷，并在检测到指纹信息时将所述第二电压信号输出至所述源跟随单元。

2.根据权利要求1所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述复位单元包含第一反相器、第二反相器、第三反相器与第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；

所述第一反相器的输入端为所述复位单元的输入端，输出端与所述第二反相器的输入端相连；

所述第二反相器的输出端与所述第三反相器的输入端相连；

所述第三反相器的输出端与所述第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极相连；

所述第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极与漏极相连，其中，所述漏极为所述复位单元的第一输出端口；

所述复位管的第一端口与所述复位单元的第一输出端口相连，第二端口为所述复位单元的第二输出端口，第三端口与所述第二反相器的输出端相连。

3.根据权利要求2所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述复位管为所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；

其中，所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极为所述复位管的第一端口；所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极为所述复位管的第二端口；所述第二N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述复位管的第三端口。

4.根据权利要求3所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述复位管的沟道宽度为所述第一N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的沟道宽度的两倍。

5.根据权利要求2所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述反馈单元接地。

6.根据权利要求5所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述反馈单元包含第一电容、第二电容与第三电容；

所述第一电容的正极与所述反馈单元的第一端口相连，负极与所述反馈单元的第二端口相连；

其中，所述反馈单元的第一端口与所述复位单元的第一输出端口相连，所述反馈单元的第二端口与所述复位单元的第二输出端口相连；

所述第二电容的正极与所述反馈单元的第一端口相连，负极接地；

所述第三电容的正极与所述反馈单元的第二端口相连，负极接地。

7.根据权利要求6所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述反馈单元还包含第四电容、第五电容、第六电容与电阻；

所述第四电容的正极与所述反馈单元的第一端口相连，负极与所述第五电容的正极相连；

所述第五电容的负极与所述反馈单元的第二端口相连；

所述第六电容的正极与所述第四电容的负极相连，所述第六电容的负极接地；

所述电阻一端与所述第五电容的正极相连，另一端接地。

8.根据权利要求1所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述放大单元包含第一P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管、第二P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管、第三N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管与第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；

所述第一P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述放大单元的第一端口，用于输入第一偏置电压，源极为所述放大单元的第二端口，用于输入第一工作电压，漏极与所述第二P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的源极相连；

所述第二P沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述放大单元的第三端口，用于输入第二偏置电压，漏极为所述放大单元的第四端口，并与所述第三N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极相连；

所述第三N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述放大单元的第五端口，用于输入第三偏置电压，源极与所述第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极相连；

所述第四N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述放大单元的第六端口，与所述复位单元的第一输出端口相连，源极接地。

9.根据权利要求8所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述源跟随单元包含源跟随器与开关；

所述源跟随器与所述开关相连。

10.根据权利要求9所述的基于电荷注入方式的指纹信息检测电路，其特征在于，所述源跟随器为第五N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；

所述开关为第六N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管；

其中，所述第五N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极为所述源跟随单元的第一端口，用于输入第二工作电压，栅极为所述源跟随单元的第二端口，与所述放大单元的第四端口相连，源极与所述第六N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的漏极相连；

所述第六N沟道金属-氧化物-半导体场效应晶体管的栅极为所述源跟踪器的第三端口，用于输入开关信号，源极为所述源跟踪器的第四端口，用于输出所述第一电压信号。