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TWI850510B - 電容式指紋辨識晶片及具有該晶片的指紋辨識模組與電子裝置 - Google Patents

電容式指紋辨識晶片及具有該晶片的指紋辨識模組與電子裝置 Download PDF

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TWI850510B
TWI850510B TW109146438A TW109146438A TWI850510B TW I850510 B TWI850510 B TW I850510B TW 109146438 A TW109146438 A TW 109146438A TW 109146438 A TW109146438 A TW 109146438A TW I850510 B TWI850510 B TW I850510B
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conductive sealing
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李偉江
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大陸商北京集創北方科技股份有限公司
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Abstract

一種電容式指紋辨識晶片，包括：一基底；成矩陣排列之複數個感應電極，設置於該基底上方；以及一第一導電密封環，包圍所述複數個感應電極，且其係與一感測驅動信號耦接，俾以在以該感測驅動信號對各所述感應電極進行感測操作時，各所述感應電極與該第一導電密封環間所形成之一寄生電容之兩端呈現等電位。

Description

電容式指紋辨識晶片及具有該晶片的指紋辨識模組與電子裝置
本發明係關於一種指紋辨識晶片，特別是關於一種電容式指紋辨識晶片。
隨著行動裝置的普及與蓬勃發展，觸控顯示面板已經成為不可或缺的零組件。另外，在最新的趨勢中，指紋識別亦已成為必備的功能。
請一併參照圖1a及1b，其中圖1a繪示一理想電容式指紋感測操作之示意圖；圖1b繪示圖1a之電容式指紋感測操作之一感測電路示意圖。
如圖1a所示，一手指50在一電容式指紋辨識晶片的多個感應電極10上各形成一感應電容；以及如圖1b所示，該感測電路具有一放大器11及一回授電容12，且放大器11及回授電容12係與一感應電容13組成一負回授電路，以使放大器11產生一輸出電壓V OUT= V tx*C s/C f，其中，V tx代表一激勵信號，C s代表所述感應電容，C f代表回授電容12的電容值。
在實際應用時，為隔離外部干擾、防潮及避免切割時損壞晶片，一般的半導體製程會在晶片最外側加上密封環(seal ring)並使該密封環電氣連接一襯底電位。請一併參照圖1c及1d，其中圖1c繪示一習知電容式指紋感測操作之示意圖；圖1d繪示圖1c之電容式指紋感測操作之一感測電路之示意圖；以及圖1e繪示圖1c之電容式指紋辨識操作所採集之一指紋圖像之示意圖。
如圖1c所示，一手指50在一電容式指紋辨識晶片的多個感應電極10上各形成一感應電容，且一密封環20與各感應電極10各形成一寄生電容；以及如圖1d所示，該感測電路具有一放大器11及一回授電容12，且放大器11及回授電容12係與一感應電容13及一寄生電容14組成一負回授電路，以使放大器11產生一輸出電壓V OUT= V tx*C s/C f+ V tx*C p/C f，其中，V tx代表一激勵信號，C s代表所述感應電容，C f代表回授電容12的電容值，C p代表該寄生電容的電容值，且該寄生電容的電容值係隨感應電極10與密封環20的距離成反比，亦即，所述距離越小，該寄生電容的電容值就越大。因此，圖1c之習知電容式指紋感測操作所採集到之一背景圖像，請參照圖1e之一背景圖像30，會有方框圖樣30a-30c由外而內呈現灰階遞減的情形，且最外圈30a的感應信號容易飽和，從而影響辨識效果。
為解決上述問題，本領域亟需一新穎的全屏指紋採集方法。
本發明之主要目的在於揭露一種電容式指紋辨識晶片，其可通過使內部一導電密封環耦接一感測驅動信號，以在對內部一感應電極陣列進行感測操作時，在各感應電極與該導電密封環間形成之各寄生電容之兩端均呈現等電位，從而避免感測到的指紋圖像產生黑邊現象。
本發明之另一目的在於揭露一種指紋辨識模組，其可藉由使內部之一電容式指紋辨識晶片之一導電密封環耦接一感測驅動信號，以在對內部一感應電極陣列進行感測操作時，在各感應電極與該導電密封環間形成之各寄生電容之兩端均呈現等電位，從而避免感測到的指紋圖像產生黑邊現象。
本發明之又一目的在於揭露一種電子裝置，其可藉由使內部之指紋辨識模組之一電容式指紋辨識晶片之一導電密封環耦接一感測驅動信號，以在對該電容式指紋辨識晶片內部一感應電極陣列進行感測操作時，在各感應電極與該導電密封環間形成之各寄生電容之兩端均呈現等電位，以避免感測到的指紋圖像產生黑邊現象，從而提升指紋圖像品質及指紋辨識效果。
為達前述目的，一種電容式指紋辨識晶片乃被提出，其包括：一基底；成矩陣排列之複數個感應電極，設置於該基底上方；以及一第一導電密封環，包圍所述複數個感應電極，且其係與一感測驅動信號耦接，俾以在以該感測驅動信號對各所述感應電極進行感測操作時，各所述感應電極與該第一導電密封環間所形成之一寄生電容之兩端呈現等電位。
在一實施例中，該導電密封環係以頂面與該感測驅動信號耦接。
在一實施例中，該導電密封環之頂面係與所述複數個感應電極之頂面對齊。
在一實施例中，其具有一感測電路，該感測電路具有：一放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該感測驅動信號耦接，該輸出端係用以輸出一感測值信號；以及一回授電容，耦接於該負輸入端與該輸出端之間。
在一實施例中，其進一步具有一第二導電密封環，其包圍該第一導電密封環，且其係與一參考電壓耦接。
在一實施例中，一種指紋辨識模組乃被提出，其具有一通信單元及一電容式指紋辨識晶片，該通信單元係用以將該電容式指紋辨識晶片的感測值資料傳送至一外部裝置，且該電容式指紋辨識晶片包括：一基底；成矩陣排列之複數個感應電極，設置於該基底上方；以及一第一導電密封環，包圍所述複數個感應電極，且其係與一感測驅動信號耦接，俾以在以該感測驅動信號對各所述感應電極進行感測操作時，各所述感應電極與該第一導電密封環間所形成之一寄生電容之兩端呈現等電位。
在一實施例中，該導電密封環係以頂面與該感測驅動信號耦接。
在一實施例中，該導電密封環之頂面係與所述複數個感應電極之頂面對齊。
在一實施例中，其具有一感測電路，該感測電路具有：一放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該感測驅動信號耦接，該輸出端係用以輸出一感測值信號；以及一回授電容，耦接於該負輸入端與該輸出端之間。
在一實施例中，一種電子裝置乃被提出，其具有如所述之指紋辨識模組，且其係由智慧型手機、攜帶型電腦和門禁系統所組成群組所選擇的一種裝置。
為使  貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
請一併參照圖2a及2b，其中，圖2a繪示本發明之電容式指紋辨識晶片之一實施例之示意圖；以及圖2b繪示圖2a之電容式指紋辨識晶片之一感測電路之示意圖。
如圖2a所示，一電容式指紋辨識晶片 100 包括一基底 110 、複數個感應電極120及一第一導電密封環130。
所述複數個感應電極120係成矩陣排列，且設置於基底110上方。
第一導電密封環130包圍所述複數個感應電極120，且其係與一感測驅動信號耦接，俾以在以該感測驅動信號對各感應電極120進行感測操作時，各感應電極120與第一導電密封環130間所形成之一寄生電容之兩端會呈現等電位。
較佳地，第一導電密封環130係以頂面與該感測驅動信號耦接，且第一導電密封環130之頂面係與所述複數個感應電極120之頂面對齊。
如圖2b所示，電容式指紋辨識晶片 100之感測電路具有一放大器141及一回授電容142，且該感測電路係與感應電極120之等效電容120a(其為感應電極120本身對地之電容與手指觸壓之衍生電容之和)及第一導電密封環130之寄生電容130a形成一負回授電路。
放大器141具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與一感測驅動信號V tx耦接，該負輸入端係與等效電容120a、寄生電容130a及回授電容142耦接，且該輸出端係用以產生一輸出電壓V OUT。
回授電容142係耦接於該負輸入端與該輸出端之間；寄生電容130a係耦接於該負輸入端與感測驅動信號V tx之間；以及等效電容120a係耦接於該負輸入端與一參考地之間。
於操作時，由於放大器141之虛短路特性，該負輸入端的電位會呈現感測驅動信號V tx，致使寄生電容130a被無效，從而使V OUT= V tx*C s/C f，其中，C s代表等效電容120a的電容值，C f代表回授電容142的電容值。
另外，在一變化實施例中，本發明可在第一導電密封環130外圍進一步設置另一導電密封環。請參照圖3，其繪示本發明之電容式指紋辨識晶片之另一實施例之示意圖。如圖3所示，一電容式指紋辨識晶片 100 包括一基底 110 、複數個感應電極120、一第一導電密封環130及一第二導電密封環131。
所述複數個感應電極120係成矩陣排列，且設置於基底110上方。
第一導電密封環130包圍所述複數個感應電極120，且其係與一感測驅動信號耦接，俾以在以該感測驅動信號對各感應電極120進行感測操作時，各感應電極120與第一導電密封環130間所形成之一寄生電容之兩端會呈現等電位。
較佳地，導電密封環130係以頂面與該感測驅動信號耦接，且導電密封環130之頂面係與所述複數個感應電極120之頂面對齊。
另外，第二導電密封環131包圍該第一導電密封環130，且其係與一參考電壓耦接以進一步隔離外部之干擾。
依上述的說明，本發明進一步提出一種指紋辨識模組。請參照圖4，其繪示本發明之指紋辨識模組之一實施例之方塊圖。如圖4所示，一指紋辨識模組200包括一通信單元210 及一電容式指紋辨識晶片220，其中，電容式指紋辨識晶片220係由電容式指紋辨識晶片100實現，且通信單元210係用以將電容式指紋辨識晶片220的感測值資料傳送至一外部裝置(未示於圖中)。
依上述的說明，本發明進一步提出一種電子裝置。請參照圖5，其繪示本發明之電子裝置之一實施例方塊圖。如圖5所示，一電子裝置300具有一中央處理單元310及一指紋辨識模組320，其中，指紋辨識模組320係由指紋辨識模組200實現，且中央處理單元310係用以與指紋辨識模組320通信。另外，電子裝置300可為一智慧型手機、一攜帶型電腦或一門禁系統。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
1.本發明的電容式指紋辨識晶片可通過使內部一導電密封環耦接一感測驅動信號，以在對內部一感應電極陣列進行感測操作時，在各感應電極與該導電密封環間形成之各寄生電容之兩端均呈現等電位，從而避免感測到的指紋圖像產生黑邊現象。
2.本發明的指紋辨識模組可藉由使內部之一電容式指紋辨識晶片之一導電密封環耦接一感測驅動信號，以在對內部一感應電極陣列進行感測操作時，在各感應電極與該導電密封環間形成之各寄生電容之兩端均呈現等電位，從而避免感測到的指紋圖像產生黑邊現象。
3.本發明的電子裝置可藉由使內部之指紋辨識模組之一電容式指紋辨識晶片之一導電密封環耦接一感測驅動信號，以在對該電容式指紋辨識晶片內部一感應電極陣列進行感測操作時，在各感應電極與該導電密封環間形成之各寄生電容之兩端均呈現等電位，以避免感測到的指紋圖像產生黑邊現象，從而提升指紋圖像品質及指紋辨識效果。
本發明所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本發明之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本發明之專利權範疇。
綜上所陳，本發明無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
10:感應電極 11:放大器 12:回授電容 13:感應電容 14:寄生電容 20:密封環 30:背景圖像 30a:方框圖樣 30b:方框圖樣 30c:方框圖樣 50:手指 100:電容式指紋辨識晶片 110:基底 120:感應電極 120a:等效電容 130:第一導電密封環 130a:寄生電容 131:第二導電密封環 141:放大器 142:回授電容 200:指紋辨識模組 210:通信單元 220:電容式指紋辨識晶片 300:電子裝置 310:中央處理單元 320:指紋辨識模組
圖1a繪示一理想電容式指紋感測操作之示意圖。 圖1b繪示圖1a之電容式指紋感測操作之一感測電路示意圖。 圖1c繪示一習知電容式指紋感測操作之示意圖。 圖1d繪示圖1c之電容式指紋感測操作之一感測電路之示意圖。 圖1e繪示圖1c之電容式指紋辨識操作所採集之一指紋圖像之示意圖。 圖2a繪示本發明之電容式指紋辨識晶片之一實施例之示意圖。 圖2b繪示圖2a之電容式指紋辨識晶片之一感測電路之示意圖。 圖3繪示本發明之電容式指紋辨識晶片之另一實施例之示意圖。 圖4繪示本發明之指紋辨識模組之一實施例之方塊圖。 圖5繪示本發明之電子裝置之一實施例之方塊圖。
100:指紋辨識晶片
110:基底
120:感應電極
130:第一導電密封環

Claims (6)

  1. 一種電容式指紋辨識晶片，包括：一基底；成矩陣排列之複數個感應電極，設置於該基底上方；一第一導電密封環，包圍所述複數個感應電極，且其係與一感測驅動信號耦接，俾以在以該感測驅動信號對各所述感應電極進行感測操作時，各所述感應電極與該第一導電密封環間所形成之一寄生電容之兩端呈現等電位；以及一感測電路，具有：一放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該感測驅動信號耦接，該輸出端係用以輸出一感測值信號；以及一回授電容，耦接於該負輸入端與該輸出端之間；其中，該導電密封環係以頂面與該感測驅動信號耦接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋辨識晶片，其中，該導電密封環之頂面係與所述複數個感應電極之頂面對齊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電容式指紋辨識晶片，其進一步具有一第二導電密封環，其包圍該第一導電密封環，且其係與一參考電壓耦接。
  4. 一種指紋辨識模組，其具有一通信單元及一電容式指紋辨識晶片，該通信單元係用以將該電容式指紋辨識晶片的感測值資料傳送至一外部裝置，且該電容式指紋辨識晶片包括：一基底；成矩陣排列之複數個感應電極，設置於該基底上方；以及一第一導電密封環，包圍所述複數個感應電極，且其係與一感測驅動信號耦接，俾以在以該感測驅動信號對各所述感應電極進行感測操作時，各所述感應電極與該第一導電密封環間所形成之一寄生電容之兩端呈現等電位；以及一感測電路，具有： 一放大器，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係與該感測驅動信號耦接，該輸出端係用以輸出一感測值信號；以及一回授電容，耦接於該負輸入端與該輸出端之間；其中，該導電密封環係以頂面與該感測驅動信號耦接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之指紋辨識模組，其中，該導電密封環之頂面係與所述複數個感應電極之頂面對齊。
  6. 一種電子裝置，其具有如申請專利範圍第4至5項中任一項所述之指紋辨識模組，且其係由智慧型手機、攜帶型電腦和門禁系統所組成群組所選擇的一種裝置。
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