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TWI762185B - 讀出積體電路 - Google Patents

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TWI762185B
TWI762185B TW110104589A TW110104589A TWI762185B TW I762185 B TWI762185 B TW I762185B TW 110104589 A TW110104589 A TW 110104589A TW 110104589 A TW110104589 A TW 110104589A TW I762185 B TWI762185 B TW I762185B
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陳季廷
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Abstract

一種讀出積體電路，被配置成從光學感測面板讀出感測信號，光學感測面板包括用於指紋感測的感測器陣列。讀出積體電路包括多個輸入端子、比較器電路及控制電路。輸入端子用於耦合到光學感測面板的多個輸出端子。比較器電路被配置成接收來自光學感測面板的多個輸出端子中的一個輸出端子的輸出電壓以及至少一個參考電壓，將輸出電壓與至少一個參考電壓進行比較且輸出比較結果。控制電路耦合到比較器電路。控制電路被配置成接收比較結果且根據比較結果決定要充電到輸出端子或要從輸出端子放電的補充電荷量。

Description

讀出積體電路
本發明是有關於一種電子電路，且特別是有關於一種讀出積體電路。
在具有光學感測器的屏下（in-display）指紋感測面板中，光學感測器陣列被製作在顯示面板的下基底上。光學感測器被配置為感測器陣列以用於感測指紋感測面板上的手指的反射光，以產生指紋感測信號，且指紋讀出積體電路通過指紋感測面板的感測線及輸出端子接收指紋感測信號。指紋讀出積體電路被配置成讀出指紋感測信號且進一步將被轉換為數位感測資料的指紋感測信號傳輸到用於指紋辨識（fingerprint recognition）的處理器單元。舉例而言，例如行動電話（mobile phone）等掌上型裝置，其包括具有屏下指紋感測面板的觸控顯示幕幕，行動電話的指紋讀出積體電路將指紋感測資料傳輸到應用處理器（application processor）。應用處理器接著對指紋感測資料進行影像處理以產生用於指紋辨識的指紋影像。
然而，當指紋感測面板的尺寸較大時，從不同位置的光學感測器（稱為指紋感測像素）到指紋感測面板的輸出端子之間的傳輸距離是不同的。一些光學感測器較靠近對應的輸出端子且以較短的距離來傳輸指紋感測信號，而其他的光學感測器距離對應的輸出端子較遠且以較長的距離來傳輸指紋感測信號。對於距離對應的輸出端子較遠的光學感測器，指紋感測信號是在具有大的負載的感測線上傳輸。這可能會對指紋感測信號造成負面影響。舉例來說，可能造成指紋感測信號的穩定時間（settling time）太長，進而使得根據指紋感測信號產生的指紋影像的品質變差。
本發明提供一種讀出積體電路，其指紋感測信號的穩定時間短，可改善指紋影像的品質。
本發明的實施例提供一種讀出積體電路，所述讀出積體電路被配置成從光學感測面板讀出感測信號，所述光學感測面板包括用於指紋感測的感測器陣列。所述讀出積體電路包括多個輸入端子，比較器電路及控制電路。多個輸入端子用於耦合到所述光學感測面板的多個輸出端子。所述比較器電路耦合到所述多個輸入端子中的一個輸入端子。所述比較器電路被配置成接收所述光學感測面板的多個輸出端子中的一個輸出端子的輸出電壓以及至少一個參考電壓、將所述輸出電壓與所述至少一個參考電壓進行比較且輸出比較結果。所述控制電路耦合到所述比較器電路。所述控制電路被配置成接收比較結果且根據所述比較結果決定要充電到所述輸出端子或要從所述輸出端子放電的補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述比較器電路在不同的時間點處將所述輸出電壓與所述至少一個參考電壓進行比較，以產生至少一個比較結果。根據相應的所述比較結果，所述控制電路決定要充電到所述輸出端子或要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述至少一個參考電壓包括第一參考電壓。當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第一參考電壓到最大參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第一電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。當所述比較結果指示所述輸出電壓小於所述第一參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第一電荷量的電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述至少一個參考電壓還包括小於所述第一參考電壓的第二參考電壓。當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第二參考電壓到所述第一參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第二電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。當所述比較結果指示所述輸出電壓小於所述第二參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第二電荷量的電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述至少一個參考電壓還包括小於所述第二參考電壓的第三參考電壓。當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第三參考電壓到所述第二參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第三電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。當所述比較結果指示所述輸出電壓小於所述第三參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第三電荷量的電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述至少一個參考電壓包括第一參考電壓。當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第一參考電壓到最小參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第一電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。當所述比較結果指示所述輸出電壓大於所述第一參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第一電荷量的電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述至少一個參考電壓還包括大於所述第一參考電壓的第二參考電壓。當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第二參考電壓到所述第一參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第二電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。當所述比較結果指示所述輸出電壓大於所述第二參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第二電荷量的電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述至少一個參考電壓還包括大於所述第二參考電壓的第三參考電壓。當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第三參考電壓到所述第二參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第三電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。當所述比較結果指示所述輸出電壓大於所述第三參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第三電荷量的電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
在本發明的實施例中，所述讀出積體電路還包括第一充電/放電電路。所述第一充電/放電電路耦合到所述輸出端子。所述第一充電/放電電路被配置成通過所述控制電路控制以通過第一電流對所述輸出端子進行充電或放電。所述第一充電/放電電路包括通過第一電壓控制以產生所述第一電流的第一電流源。
在本發明的實施例中，所述第一充電/放電電路還包括開關元件。所述開關元件耦合到所述第一電流源的控制端子，進而使得所述開關元件的接通週期決定所述第一電流源輸出所述第一電流的週期。所述補充電荷量是基於所述第一電流及所述第一電流源輸出所述第一電流的所述週期來決定。
在本發明的實施例中，所述開關元件耦合到所述控制電路，且通過來自所述控制電路的控制信號接通或關斷。所述控制信號是通過所述控制電路根據所決定的所述補充電荷量來產生。
在本發明的實施例中，所述第一充電/放電電路還包括轉換電路。所述轉換電路耦合到所述第一電流源的控制端子以及所述控制電路。所述轉換電路被配置成根據來自所述控制電路的控制信號產生要輸出到所述第一電流源的所述控制端子的控制電壓。所述第一電流的量是根據所述控制電壓來決定。
在本發明的實施例中，所述第一電流源輸出所述第一電流的週期是由來自所述控制電路的所述控制信號決定。
在本發明的實施例中，所述讀出積體電路還包括第一充電/放電電路。所述第一充電/放電電路耦合到所述輸出端子。所述第一充電/放電電路被配置成通過所述控制電路控制以對所述輸出端子進行充電或放電。所述第一充電/放電電路包括緩衝電路。所述緩衝電路被配置成接收來自所述控制電路的輸入電壓及來自所述控制電路的定時控制信號且輸出驅動電壓以對所述輸出端子進行充電或放電。所述緩衝電路輸出所述驅動電壓的週期是通過所述定時控制信號來控制。
在本發明的實施例中，所述讀出積體電路還包括第二充電/放電電路。所述第二充電/放電電路耦合到所述輸出端子。所述第二充電/放電電路被配置成通過第二電流對所述輸出端子進行充電或放電。
在本發明的實施例中，所述輸出端子耦合到第二充電/放電電路。所述第二充電/放電電路設置在設置有所述感測器陣列的顯示面板中。所述第二充電/放電電路被配置成通過第二電流對所述輸出端子進行充電或放電。
在本發明的實施例中，所述讀出積體電路還包括儲存電路。所述儲存電路耦合到所述控制電路。所述儲存電路被配置成儲存查找表（look-up table）。不同電荷量的查找表資訊對應於多個預先配置的比較結果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下提供實施例來詳細闡述本發明，但本發明不限於所提供的實施例，且可適當地對所提供的實施例進行組合。本申請的說明書（包括申請專利範圍）中使用的用語“耦合（coupling/coupled）”或“連接（connecting/connected）”可指任何直接或間接的連接方式。舉例來說，“第一裝置耦合到第二裝置”應被解釋為“第一裝置直接連接到第二裝置”或者“第一裝置通過其他裝置或連接方式間接連接到第二裝置”。另外，用語“信號”可指電流、電壓、電荷、溫度、資料、電磁波或任何一個或多個信號。
圖1是根據本發明一實施例的讀出積體電路及光學感測面板的示意性方塊圖。在此實施例中，光學感測面板是被製作在顯示面板的屏下指紋感測面板。圖2是根據本發明一實施例的圖1中繪示的讀出積體電路的示意性方塊圖。圖3是根據本發明一實施例的多個感測器電路的示意圖，其繪示配置在圖1中的光學感測面板的感測器陣列的一行（column）感測器電路。
參照圖1到圖3，光學感測面板200包括感測器陣列、多個感測線204及多個輸出端子202。感測器陣列由作為感測像素的多個感測器電路210形成。輸出端子202可輸出指紋感測信號。感測器電路的各行耦合到各自的感測線204。光學感測面板200的輸出端子202的數量可相同或少於感測線204的數量。
讀出積體電路100包括多個輸入端子206。輸入端子206被配置成耦合到光學感測面板200中的一些輸出端子202。應注意的是，對指紋感測操作而言，讀出積體電路100同時處理指紋感測信號的數量是基於讀出積體電路100的電路設計來決定，所述處理數量可相關於讀出積體電路100中類比前端電路的數量，但不限此，類比前端電路可平行處理接收到的指紋感測信號。進行指紋感測操作的感測器電路210位置及數量可以不是光學感測面板200中全部的感測器電路。進行指紋感測操作的感測器電路210可以是感測器陣列中預設的一部分，或者依據關於觸摸事件的觸摸位置來決定。在一實施例中，光學感測面板200具有1080行的感測器電路、1080條的感測線及1080個輸出端子，且讀出積體電路100包括250個輸入端子，而僅光學感測面板200的1080個輸出端子中的250個分別耦合到讀出積體電路100中的250個輸入端子。因此，在同一時間，從同一列（row）的250個感測器電路產生的指紋感測信號可通過250個輸出端子被傳輸到讀出積體電路100。
在圖3中，僅示出耦合到同一行感測線204的感測器電路210作為實例，但本發明不限於此。由讀出積體電路100的觀點來看，讀出積體電路100的輸入端子206通過光學感測面板200的一部分輸出端子202耦合到一部分的感測線204。讀出積體電路100被配置成讀出輸出端子202的輸出電壓Vout。輸出電壓Vout理想上可預期為與感測器電路的輸出電壓（其稱為感測電壓Vs）相等。然而，感測器電路與輸出端子202之間的距離愈遠，感測線204上的電阻電容的負載愈大，其將使得輸出端子202的輸出電壓Vout穩定到感測電壓Vs的時間愈長。應注意的是，關於在讀取期間的輸出端子202的輸出電壓Vout，在讀取期間開始時輸出端子202的輸出電壓Vout可稱為初始輸出電壓。在讀取期間開始時，如果初始輸出電壓Vout大於感測電壓Vs，則從初始輸出電壓Vout到感測器電路實際輸出感測電壓Vs的過程可以當作是一個放電的過程。此處，在讀取期間開始時輸出端子202的初始輸出電壓Vout可依據讀出積體電路100的電路設計來決定。在其他實施例中，在讀取期間開始時，如果初始輸出電壓Vout小於感測電壓Vs，則從初始輸出電壓Vout到感測器電路實際輸出感測電壓Vs的過程可以當作是一個充電的過程。
讀出積體電路100包括比較器電路140及控制電路130。如圖3中所示，比較器電路140耦合到多個輸入端子206中的一個輸入端子206。也就是說，比較器電路140通通過輸入端子206耦合到光學感測面板200的多個輸出端子202中的一個輸出端子202。比較器電路140被配置成接收來自輸出端子202的輸出電壓Vout以及至少一個參考電壓VREF。比較器電路140將s輸出電壓Vout與所述至少一個參考電壓VREF進行比較，且將比較結果300輸出到控制電路130。控制電路130耦合到比較器電路140。控制電路130被配置成接收比較結果300，且根據比較結果300決定要充電到輸出端子202或要從輸出端子202放電的補充電荷量，進而使得輸出端子202的電壓可接近對應的目標電壓（即，在不考慮電阻電容負載之下的感測器電路2輸出的感測電壓）。指紋感測信號（即，輸出電壓）的穩定時間短，可改善指紋影像的品質。穩定時間是輸出電壓Vout達到並保持在給定的頻帶（band）內所需的時間。
在一實施例中，控制電路130可包括由一個或多個處理元件實現的控制器，例如邏輯閘陣列、算數邏輯單位、數位訊號處理器、微電腦、可程式設計邏輯控制器、現場可程式設計閘陣列、可程式設計邏輯陣列、微處理器或被配置成以所定義方式對指令作出回應並執行所述指令以實現所期望結果的任何其他裝置或裝置組合。
圖4是示出根據本發明另一實施例的讀出積體電路的示意性方塊圖。參照圖2及圖4，本實施例的讀出積體電路400類似於圖2所示讀出積體電路100，且讀出積體電路400與讀出積體電路100之間的主要區別例如在於讀出積體電路400還包括第一充電/放電電路110及第二充電/放電電路120。在一實施例中，第二充電/放電電路120設置在讀出積體電路400中，且讀出積體電路400在單個半導體晶片或電路系統中實施，但本發明不限於此。在另一實施例中，第二充電/放電電路120可在不同於讀出積體電路400的裝置中實施。舉例來說，第二充電/放電電路120可設置在設置有感測器陣列200的顯示面板（未示出）中。
第一充電/放電電路110耦合到輸出端子202。如圖5中所示，第一充電/放電電路110被配置成通過控制電路130經由控制信號Vctrl控制，以通過第一電流I1對輸出端子202進行充電或放電。第二充電/放電電路120耦合到輸出端子202。如圖5中所示，第二充電/放電電路120被配置成通過第二電流I2對輸出端子202進行充電或放電。在一實施例中，第二充電/放電電路120也可通過控制電路130控制。
圖5是示出根據本發明實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。參照圖5，讀出積體電路400A包括第一充電/放電電路110A、第二充電/放電電路120A、控制電路130、比較器電路140及儲存電路150。在圖5中進一步示出感測器電路210、第一充電/放電電路110A及第二充電/放電電路120A的電路結構。然而，其電路結構並不用以限制本發明。
以四個電晶體的主動像素結構作為感測器電路210的實例。在重置期間中，重置電晶體MRS 被導通，且節點Nr處的電壓被上拉到高電壓VDD以關斷由電晶體MSF 形成的源極跟隨器。在重置期間中，輸出端子202的輸出電壓Vout被放電。在曝光期間中，執行光感測機制，且光電二極體PD產生電流。在讀出期間中，選擇電晶體MSEL 被導通，且接著重置電晶體MRS 再次被導通。接下來，傳送電晶體MTG 被導通，且關於指紋資訊的感測電壓被傳輸到節點Nr。因此，節點Nr處的電壓從高電壓VDD改變為感測電壓，所述感測電壓低於高電壓VDD。在讀出期間中，達到穩態時的輸出電壓Vout由節點Nr處的電壓決定。舉例來說，當讀出期間的節點Nr處的電壓是穩定的電壓2V時，穩定的輸出電壓Vout接近電壓2V-Vgs，其中Vgs是由電晶體MSF 形成的源極跟隨器的閘極端子與源極端子之間的電壓差。因此，輸出電壓Vout在讀出期間中被讀出，並用作感測信號。
第一充電/放電電路110A作為充電電路進行操作。第一充電/放電電路110A包括第一電流源112及開關元件114。第一電流源112通過第一電壓Vb1控制以產生第一電流I1。第一電流源112包括第一端子、第二端子及控制端子。第一電流I1從第一端子被傳輸到第二端子。第一電流源112的第一端子耦合到高電壓VDD。第一電流源112的第二端子耦合到輸出端子202及比較器電路140。第一電流源112的控制端子耦合到第一電壓Vb1。開關元件114通過控制信號Vctrl控制。開關元件114包括第一端子、第二端子及控制端子。開關元件114的第一端子耦合到第一電壓Vb1。開關元件114的第二端子耦合到第一電流源112的控制端子。開關元件114的控制端子耦合到控制信號Vctrl。
具體來說，開關元件114耦合到控制電路130。開關元件114通過來自控制電路130的控制信號Vctrl接通或關斷。控制信號Vctrl是通過控制電路130根據所決定的補充電荷量來產生。開關元件114耦合到第一電流源I1的控制端子，進而使得開關元件114的接通週期決定第一電流源112輸出第一電流I1的週期。補充電荷量是基於第一電流I1及第一電流源112輸出第一電流I1的週期來決定。舉例來說，當第一電流源112接通時，補充電荷量是基於第一電流I1的值來決定。第一電流I1的值越大，則補充電荷量越大。另外，第一電流源112輸出第一電流I1的週期越長，則補充電荷量越大。
第二充電/放電電路120A也作為充電電路進行操作。第二充電/放電電路120A耦合到感測器陣列200的輸出端子202。第二充電/放電電路120A被配置成在讀出週期期間通過第二電流I2對輸出端子202進行充電。第二充電/放電電路120A包括第二電流源122。第二電流源122通過第二電壓Vb2控制以產生第二電流I2。第二電流源122包括第一端子、第二端子及控制端子。第二電流I2從第一端子被傳輸到第二端子。第二電流源122的第一端子耦合到高電壓VDD。第二電流源122的第二端子耦合到輸出端子202。第二電流源122的控制端子耦合到第二電壓Vb2。
在一實施例中，第一電流I1大於第二電流I2，進而使得充電操作由第一充電/放電電路110A主導，但本發明不限於此。在另一實施例中，第一電流I1可等於或小於第二電流I2。
控制電路130耦合到第一充電/放電電路110A。控制電路130接收比較結果300，且根據比較結果300決定要充電到輸出端子202的補充電荷量，進而使得輸出端子202的電壓可接近對應的目標電壓。目標電壓（即，感測電壓）跟隨節點Nr處的電壓。控制電路130輸出控制信號Vctrl以控制第一充電/放電電路110A的操作週期。第一充電/放電電路110A的操作週期指示第一充電/放電電路110A對感測器陣列200的輸出端子202進行充電的週期。
圖6是根據本發明實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。參照圖5及圖6，輸出端子202處的電壓可被視為輸出電壓Vout。在圖6中，信號範圍SR是類比到數位轉換器的輸入電壓範圍。輸入電壓範圍是在最高輸入電壓（最大參考電壓）V1與最低輸入電壓（最小參考電壓）V2之間的電壓範圍。
比較器電路140在不同的時間點T1及T2處將輸出電壓Vout與參考電壓VREF1（第一參考電壓）進行比較，以產生比較結果300。根據比較結果300，控制電路130決定要充電到輸出端子202的補充電荷量。
舉例來說，當比較結果300指示輸出電壓Vout1處於從第一參考電壓VREF1到最大參考電壓V1的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第一電荷量Q1作為要充電到輸出端子202的補充電荷量。在時間點T1處，當比較結果300指示輸出電壓Vout2小於第一參考電壓VREF1時，控制電路130根據比較結果300決定小於第一電荷量Q1的電荷量Q2作為要充電到輸出端子202的補充電荷量。在時間點T2處，控制電路130進行如上述的操作，並且可以回應於與時間點T1處相同的比較結果，決定另一個不同的補充電荷量。控制電路130可在更多時間點進行如上述的操作，並且一個時間點至下一個時間點之間的時間長度可由控制電路130決定。
在本實施例中，儲存電路150耦合到控制電路130，且被配置成儲存查找表。控制電路130根據儲存在查找表中的資訊以及比較結果300來決定補充電荷量。不同電荷量的查找表資訊對應於多個預先配置的比較結果。也就是說，查找表資訊包括補充電荷量與比較結果之間的對應關係。儲存電路150可包括記憶體電路（memory circuit）和/或寄存器電路以儲存查找表資訊，但本發明不限於此。
圖7是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。參照圖5及圖7，比較器電路140在不同的時間點T1、T2及T3處將輸出電壓Vout1與第一參考電壓VREF1及第二參考電壓VREF2進行比較，以產生至少一個比較結果300。第二參考電壓VREF2小於第一參考電壓VREF1。根據相應的比較結果300，控制電路130決定要充電到輸出端子202的補充電荷量。
舉例來說，在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout1處於從第一參考電壓VREF1到最大參考電壓V1的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第一電荷量Q1作為要充電到輸出端子202的補充電荷量。在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout2處於從第二參考電壓VREF2到第一參考電壓VREF1的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第二電荷量Q2作為要充電到輸出端子202的補充電荷量。在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout3小於第二參考電壓VREF2時，控制電路130根據比較結果300決定小於第二電荷量Q2的電荷量Q3作為要充電到輸出端子202的補充電荷量。需注意，舉例來說，由於時間點T2比時間點T1更為接近輸出電壓Vout穩定達目標電壓的時間，基於在時間點T2處的一比較結果（例如輸出電壓Vout2處於從第二參考電壓VREF2到第一參考電壓VREF1的範圍內）所決定的補充電荷量，不同於基於在時間點T1處的相同比較結果（即，如前述，輸出電壓Vout2處於從第二參考電壓VREF2到第一參考電壓VREF1的範圍內）所決定的補充電荷量。
圖8是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。參照圖5及圖8，比較器電路140在不同的時間點T1、T2及T3處將輸出電壓Vout與第一參考電壓VREF1、第二參考電壓VREF2及第三參考電壓VREF3進行比較，以產生至少一個比較結果300。第三參考電壓VREF3小於第二參考電壓VREF2。根據相應的比較結果300，控制電路130決定要充電到輸出端子202的補充電荷量。
舉例來說，在時間點T1處，當比較結果300指示輸出電壓Vout3處於從第三參考電壓VREF3到第二參考電壓VREF2的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第三電荷量Q3作為要充電到輸出端子202的補充電荷量。在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout4小於第三參考電壓VREF3時，控制電路130根據比較結果300決定小於第三電荷量Q3的電荷量Q4作為要充電到輸出端子202的補充電荷量。
圖9是示出根據本發明實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。參照圖9，讀出積體電路400B包括第一充電/放電電路110B、第二充電/放電電路120B、控制電路130、比較器電路140及儲存電路150。在圖9中進一步示出第一充電/放電電路110B及第二充電/放電電路120B的電路結構。然而，其電路結構不用以限制本發明。
第一充電/放電電路110B作為放電電路進行操作。第一充電/放電電路110B包括第一電流源112及開關元件114。第一電流源112通過第一電壓Vb1控制以產生第一電流I1。第一電流源112包括第一端子、第二端子及控制端子。第一電流I1從第一端子被傳輸到第二端子。第一電流源112的第一端子耦合到輸出端子202及比較器電路140。第一電流源112的第二端子耦合到地電壓GND。第一電流源112的控制端子耦合到第一電壓Vb1。開關元件114通過控制信號Vctrl控制。開關元件114包括第一端子、第二端子及控制端子。開關元件114的第一端子耦合到第一電壓Vb1。開關元件114的第二端子耦合到第一電流源112的控制端子。開關元件114的控制端子耦合到控制信號Vctrl。
具體來說，開關元件114耦合到控制電路130。開關元件114通過來自控制電路130的控制信號Vctrl接通或關斷。控制信號Vctrl是通過控制電路130根據所決定的補充電荷量來產生。開關元件114耦合到第一電流源I1的控制端子，進而使得開關元件114的接通週期決定第一電流源112輸出第一電流I1的週期。補充電荷量是基於第一電流I1及第一電流源112輸出第一電流I1的週期來決定。舉例來說，當第一電流源112接通時，補充電荷量是基於第一電流I1的值來決定。第一電流I1的值越大，則補充電荷量越大。另外，第一電流源112輸出第一電流I1的週期越長，則補充電荷量越大。
控制電路130耦合到第一充電/放電電路110B。控制電路130輸出控制信號Vctrl以控制第一充電/放電電路110B的操作週期。第一充電/放電電路110B的操作週期指示第一充電/放電電路110B對感測器陣列200的輸出端子202進行放電的週期。
第二充電/放電電路120B也作為放電電路進行操作。第二充電/放電電路120B耦合到感測器陣列200的輸出端子202。第二充電/放電電路120B被配置成在讀出週期期間通過第二電流I2對輸出端子202進行放電。第二充電/放電電路120B包括第二電流源122。第二電流源122通過第二電壓Vb2控制以產生第二電流I2。第二電流源122包括第一端子、第二端子及控制端子。第二電流I2從第一端子被傳輸到第二端子。第二電流源122的第一端子耦合到輸出端子202。第二電流源122的第二端子耦合到地電壓。第二電流源122的控制端子耦合到第二電壓Vb2。
在一實施例中，第一電流I1大於第二電流I2，進而使得放電操作由第一充電/放電電路110B主導，但本發明不限於此。在另一實施例中，第一電流I1可等於第二電流I2。
圖10是根據本發明實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。參照圖9及圖10，比較器電路140在不同的時間點T1及T2處將輸出電壓Vout與參考電壓VREF1（第一參考電壓）進行比較，以產生比較結果300。根據比較結果300，控制電路130決定要從輸出端子202放電的補充電荷量。
舉例來說，在時間點T1或T2處，當比較結果300指示輸出電壓Vout1處於從第一參考電壓VREF1到最小參考電壓V2的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第一電荷量Q1作為要從輸出端子202放電的補充電荷量。在時間點T1或T2處，當比較結果300指示輸出電壓Vout2大於第一參考電壓VREF1時，控制電路130根據比較結果300決定小於第一電荷量Q1的電荷量Q2作為要從輸出端子202放電的補充電荷量。
圖11是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。參照圖9及圖11，比較器電路140在不同的時間點T1、T2及T3處將輸出電壓Vout與第一參考電壓VREF1及第二參考電壓VREF2進行比較，以產生至少一個比較結果300。第二參考電壓VREF2大於第一參考電壓VREF1。根據相應的比較結果300，控制電路130決定要從輸出端子202放電的補充電荷量。
舉例來說，在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout1處於從第一參考電壓VREF1到最小參考電壓V2的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第一電荷量Q1作為要從輸出端子202放電的補充電荷量。在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout2處於從第二參考電壓VREF2到第一參考電壓VREF1的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第二電荷量Q2作為要從輸出端子202放電的補充電荷量。在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout3大於第二參考電壓VREF2時，控制電路130根據比較結果300決定小於第二電荷量Q2的電荷量Q3作為要從輸出端子202放電的補充電荷量。
圖12是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。參照圖9及圖12，比較器電路140在不同的時間點T1、T2及T3處將輸出電壓Vout與第一參考電壓VREF1、第二參考電壓VREF2及第三參考電壓VREF3進行比較，以產生至少一個比較結果300。第三參考電壓VREF3大於第二參考電壓VREF2。根據相應的比較結果300，控制電路130決定要從輸出端子202放電的補充電荷量。
舉例來說，在時間點T1處，當比較結果300指示輸出電壓Vout3處於從第三參考電壓VREF3到第二參考電壓VREF2的範圍內時，控制電路130根據比較結果300決定第三電荷量Q3作為要從輸出端子202放電的補充電荷量。在時間點T1、T2或T3處，當比較結果300指示輸出電壓Vout4大於第三參考電壓VREF3時，控制電路130根據比較結果300決定小於第三電荷量Q3的電荷量Q4作為要從輸出端子202放電的補充電荷量。
圖13是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。參照圖5及圖13，本實施例的讀出積體電路400C類似於圖5所示讀出積體電路400A，且讀出積體電路400C與讀出積體電路400A之間的主要區別例如在於第一充電/放電電路110C的電路結構。
具體來說，第一充電/放電電路110C作為充電電路進行操作。第一充電/放電電路110C包括第一電流源112及轉換電路116。轉換電路116可為數位到類比轉換器（digital-to-analog converter，DAC）。第一電流源112通過第一電壓Vb1控制以產生第一電流I1。轉換電路116耦合到第一電流源112的控制端子以及控制電路130。轉換電路116被配置成產生控制電壓Vb1。控制電壓Vb1根據來自控制電路130的控制信號Vctrl被輸出到第一電流源112的控制端子。第一電流I1的量是根據控制電壓Vb1來決定。由於控制電壓Vb1是根據來自控制電路130的控制信號Vctrl來輸出，因此第一電流源112輸出第一電流I1的週期也是由來自控制電路130的控制信號Vctrl決定。
在本實施例中，控制電路130根據儲存在儲存電路150中的查找表以及比較結果300輸出數位控制信號Vctrl。轉換電路116將數位控制信號Vctrl轉換成類比控制電壓Vb1，且將類比控制電壓Vb1輸出到第一電流源112。類比控制電壓Vb1可調節第一電流I1的量，且因此第一電流I1的量是根據控制電壓Vb1來決定。因此，要充電到輸出端子202的補充電荷量也是根據控制電壓Vb1來決定。
在本發明的實施例中闡述的讀出積體電路400C的操作在圖5中所示的實施例中被充分地教示、建議及實施說明，且因此本文中不提供進一步的說明。
圖14是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。參照圖9及圖14，本實施例的讀出積體電路400D類似於圖9所示讀出積體電路400B，且讀出積體電路400D與讀出積體電路400B之間的主要區別例如在於第一充電/放電電路110D的電路結構。
具體來說，第一充電/放電電路110D作為放電電路進行操作。第一充電/放電電路110D包括第一電流源112及轉換電路116。第一電流源112通過第一電壓Vb1控制以產生第一電流I1。轉換電路116耦合到第一電流源112的控制端子以及控制電路130。轉換電路116被配置成產生控制電壓Vb1。控制電壓Vb1根據來自控制電路130的控制信號Vctrl被輸出到第一電流源112的控制端子。第一電流I1的量是根據控制電壓Vb1來決定。
在本實施例中，控制電路130根據儲存在儲存電路150中的查找表以及比較結果300輸出數位控制信號Vctrl。轉換電路116將數位控制信號Vctrl轉換成類比控制電壓Vb1，且將類比控制電壓Vb1輸出到第一電流源112。類比控制電壓Vb1可調節第一電流I1的量，且因此第一電流I1的量是根據控制電壓Vb1來決定。因此，要從輸出端子202放電的補充電荷量也是根據控制電壓Vb1來決定。
在本發明的實施例中闡述的讀出積體電路400D的操作在圖9中所示的實施例中被充分地教示、建議及實施說明，且因此本文中不提供進一步的說明。
圖15是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。參照圖5及圖15，本實施例的讀出積體電路400E類似於圖5所示讀出積體電路400A，且讀出積體電路400E與讀出積體電路400A之間的主要區別例如在於第一充電/放電電路110E的電路結構。
具體來說，第一充電/放電電路110E作為充電電路進行操作。第一充電/放電電路110E包括緩衝電路118。緩衝電路118可為緩衝器或源極跟隨器。控制電路130輸出輸入電壓Vin及定時控制信號Vctrl_t。緩衝電路118被配置成接收來自控制電路130的輸入電壓Vin及來自控制電路130的定時控制信號Vctrl_t，且輸出驅動電壓Vdri以對輸出端子202進行充電。舉例來說，驅動電壓Vdri可為正電壓，以直接上拉輸出端子202的電壓。緩衝電路118輸出驅動電壓Vdri的週期是通過定時控制信號Vctrl_t控制。
在本發明的實施例中闡述的讀出積體電路400E的操作在圖5中所示的實施例中被充分地教示、建議及實施說明，且因此本文中不提供進一步的說明。
圖16是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。參照圖9及圖16，本實施例的讀出積體電路400F類似於圖9所示讀出積體電路400B，且讀出積體電路400F與讀出積體電路400B之間的主要區別例如在於第一充電/放電電路110E的電路結構。
具體來說，第一充電/放電電路110E作為放電電路進行操作。第一充電/放電電路110E包括緩衝電路118。緩衝電路118可為緩衝器或源極跟隨器。控制電路130輸出輸入電壓Vin及定時控制信號Vctrl_t。緩衝電路118被配置成接收來自控制電路130的輸入電壓Vin及來自控制電路130的定時控制信號Vctrl_t，且輸出驅動電壓Vdri以對輸出端子202進行放電。舉例來說，驅動電壓Vdri可為負電壓，以直接下拉輸出端子202的電壓。緩衝電路118輸出驅動電壓Vdri的週期通過定時控制信號Vctrl_t控制。
在本發明的實施例中闡述的讀出積體電路400F的操作在圖5中所示的實施例中被充分地教示、建議及實施說明，且因此本文中不提供進一步的說明。
綜上所述，在本發明的實施例中，要充電到輸出端子或要從輸出端子放電的補充電荷量是根據輸出電壓與參考電壓的比較結果來決定。因此，指紋感測信號的充電或放電速度可變得更快，且指紋感測信號的穩定時間短，可改善指紋影像的品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、400、400A、400B、400C、400D、400E、400F:讀出積體電路 110、110A、110B、110C、110D、110E、110C:第一放電電路 112:第一電流源 114:開關元件 116:轉換電路 118:緩衝電路 120、120A、120B:第二放電電路 122:第二電流源 130:控制電路 140:比較器電路 150:儲存電路 200:光學感測面板 202:輸出端子 204:行輸出線 206:輸入端子 210:感測器電路 300:比較結果 C:電容器 GND:接地電壓 I1:第一電流 I2:第二電流 MRS :重置電晶體 MSEL :選擇電晶體 MSF :電晶體 MTG :傳送電晶體 Nr:節點 PD:光電二極體 Q1、Q2、Q3、Q4:電荷量 SR:信號範圍 T1、T2、T3:時間點 V1:最大參考電壓 V2:最小參考電壓 Vb1:第一電壓 Vb2:第二電壓 Vctrl:控制信號 Vctrl_t:定時控制信號 VDD:高電壓 Vdri:驅動電壓 Vin:輸入電壓 Vout、Vout1、Vout2、Vout3、Vout4:輸出電壓/電壓 VREF、VREF1、VREF2、VREF3:參考電壓 Vs:感測電壓
圖1是根據本發明一實施例的讀出積體電路及光學感測面板的示意性方塊圖。 圖2是根據本發明一實施例的圖1中繪示的讀出積體電路的示意性方塊圖。 圖3是根據本發明一實施例的多個感測器電路的示意圖。 圖4是示出根據本發明另一實施例的讀出積體電路的示意性方塊圖。 圖5是示出根據本發明實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。 圖6是根據本發明實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。 圖7是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。 圖8是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。 圖9是示出根據本發明實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。 圖10是根據本發明實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。 圖11是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。 圖12是根據本發明另一實施例的在不同操作週期期間輸出端子處的不同輸出電壓的波形圖。 圖13是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。 圖14是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。 圖15是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。 圖16是示出根據本發明另一實施例的感測器電路及讀出積體電路的示意圖。
100:讀出積體電路
130:控制電路
140:比較器電路
300:比較結果
Vout:輸出電壓
VREF:參考電壓

Claims (17)

  1. 一種讀出積體電路，被配置成從光學感測面板讀出感測信號，所述光學感測面板包括用於指紋感測的感測器陣列，所述讀出積體電路包括： 多個輸入端子，用於耦合到所述光學感測面板的多個輸出端子； 比較器電路，耦合到所述多個輸入端子中的一個輸入端子，且被配置成接收來自所述光學感測面板的多個輸出端子中的一個輸出端子的輸出電壓以及至少一個參考電壓、將所述輸出電壓與所述至少一個參考電壓進行比較且輸出比較結果；以及 控制電路，耦合到所述比較器電路，且被配置成接收所述比較結果且根據所述比較結果決定要充電到所述輸出端子或要從所述輸出端子放電的補充電荷量。
  2. 如請求項1所述的讀出積體電路，其中所述比較器電路在不同的時間點處將所述輸出電壓與所述至少一個參考電壓進行比較，以產生至少一個比較結果，且根據相應的所述比較結果，所述控制電路決定要充電到所述輸出端子或要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
  3. 如請求項2所述的讀出積體電路，其中所述至少一個參考電壓包括第一參考電壓，且 當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第一參考電壓到最大參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第一電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量；並且 當所述比較結果指示所述輸出電壓小於所述第一參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第一電荷量的電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。
  4. 如請求項3所述的讀出積體電路，其中所述至少一個參考電壓還包括小於所述第一參考電壓的第二參考電壓，且 當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第二參考電壓到所述第一參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第二電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量；並且 當所述比較結果指示所述輸出電壓小於所述第二參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第二電荷量的電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。
  5. 如請求項4所述的讀出積體電路，其中所述至少一個參考電壓還包括小於所述第二參考電壓的第三參考電壓，且 當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第三參考電壓到所述第二參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第三電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量；並且 當所述比較結果指示所述輸出電壓小於所述第三參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第三電荷量的電荷量作為要充電到所述輸出端子的所述補充電荷量。
  6. 如請求項2所述的讀出積體電路，其中所述至少一個參考電壓包括第一參考電壓，且 當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第一參考電壓到最小參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第一電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量；並且 當所述比較結果指示所述輸出電壓大於所述第一參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第一電荷量的電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
  7. 如請求項6所述的讀出積體電路，其中所述至少一個參考電壓還包括大於所述第一參考電壓的第二參考電壓，且 當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第二參考電壓到所述第一參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第二電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量；並且 當所述比較結果指示所述輸出電壓大於所述第二參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第二電荷量的電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
  8. 如請求項7所述的讀出積體電路，其中所述至少一個參考電壓還包括大於所述第二參考電壓的第三參考電壓，且 當所述比較結果指示所述輸出電壓處於從所述第三參考電壓到所述第二參考電壓的範圍內時，所述控制電路根據所述比較結果決定第三電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量；並且 當所述比較結果指示所述輸出電壓大於所述第三參考電壓時，所述控制電路根據所述比較結果決定小於所述第三電荷量的電荷量作為要從所述輸出端子放電的所述補充電荷量。
  9. 如請求項1所述的讀出積體電路，還包括： 第一充電/放電電路，耦合到所述輸出端子，且被配置成通過所述控制電路控制以通過第一電流對所述輸出端子進行充電或放電，其中所述第一充電/放電電路包括通過第一電壓控制以產生所述第一電流的第一電流源。
  10. 如請求項9所述的讀出積體電路，其中所述第一充電/放電電路還包括： 開關元件，耦合到所述第一電流源的控制端子，進而使得所述開關元件的接通週期決定所述第一電流源輸出所述第一電流的週期，其中所述補充電荷量是基於所述第一電流及所述第一電流源輸出所述第一電流的所述週期來決定。
  11. 如請求項10所述的讀出積體電路， 其中所述開關元件耦合到所述控制電路，且通過來自所述控制電路的控制信號接通或關斷，並且 其中所述控制信號是通過所述控制電路根據所決定的所述補充電荷量來產生。
  12. 如請求項9所述的讀出積體電路，其中所述第一充電/放電電路還包括： 轉換電路，耦合到所述第一電流源的控制端子以及所述控制電路，且被配置成根據來自所述控制電路的控制信號產生要輸出到所述第一電流源的所述控制端子的控制電壓，其中所述第一電流的量是根據所述控制電壓來決定。
  13. 如請求項12所述的讀出積體電路，其中所述第一電流源輸出所述第一電流的週期是由來自所述控制電路的所述控制信號決定。
  14. 如請求項1所述的讀出積體電路，還包括： 第一充電/放電電路，耦合到所述輸出端子，且被配置成通過所述控制電路控制以對所述輸出端子進行充電或放電， 其中所述第一充電/放電電路包括緩衝電路，所述緩衝電路被配置成接收來自所述控制電路的輸入電壓及來自所述控制電路的定時控制信號且輸出驅動電壓以對所述輸出端子進行充電或放電，並且 其中所述緩衝電路輸出所述驅動電壓的週期是通過所述定時控制信號來控制。
  15. 如請求項1所述的讀出積體電路，還包括： 第二充電/放電電路，耦合到所述輸出端子，且被配置成通過第二電流對所述輸出端子進行充電或放電。
  16. 如請求項1所述的讀出積體電路，其中所述輸出端子耦合到第二充電/放電電路，且所述第二充電/放電電路設置在設置有所述感測器陣列的顯示面板中，且其中所述第二充電/放電電路被配置成通過第二電流對所述輸出端子進行充電或放電。
  17. 如請求項1所述的讀出積體電路，還包括： 儲存電路，耦合到所述控制電路，且被配置成儲存查找表，其中不同電荷量的查找表資訊對應於多個預先配置的比較結果。
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