[发明专利]基于BCD工艺的高穿透能力的指纹传感器

说明书

技术领域

本发明涉及指纹识别技术领域，尤其是涉及一种基于BCD工艺的高穿透能力的指纹传感器。

背景技术

现有的大部分指纹传感器采用传感器产生一个激励信号，通过传感器外围安装一个金属环和待采集手指接触该金属环的方式，将此激励信号施加到待采集手指表面，以实现驱动手指电极的原理实现指纹采集，如图1(a)所示。现有的采用手指激励原理的指纹传感器中，为了避免部分人在指纹采集中，手指造成刺痛感，手指上的脉冲激励电压最大值一般不超过4V。

此外，现有的部分传感器采用高压激励信号驱动指纹传感器衬底，实现传感器高穿透和解决激励信号对手指表面造成的刺痛感，例如专利CN103376970A，如图1(b)所示。由于传感器的衬底处于被信号激励的状态，故传感器输出的数字信号与上位机之间需要做DC隔离处理。故而在传感器和上位机之间，需要增加一个接口转换芯片。同时，由于驱动传感器的衬底需要较大的驱动能力，所以，高压信号由外部DCDC芯片升压产生，并经过接口转换芯片斩波后形成衬底高压驱动信号。

在金属环激励方案中，激励信号产生电路的功耗较大。当金属环上激励信号电平高于4V以后，部分人在指纹采集过程中，手指表面会由于激励信号感受到一定程度的刺痛感。而低于4V的激励信号，会极大的限制传感器的穿透能力。由于需要外围金属环，芯片的封装成本和封装复杂度一般较高。金属环是一个面积较大的导电电极，会对系统外部或者受系统外部的干扰。同时，带有金属环的传感器在安装到系统中，与系统级的机器外壳接触时，存在安装不方便的问题。在衬底驱动方案中，DCDC与高压接口芯片在系统级会消耗较高的功耗，增加系统的成本；同时，系统构成复杂，调试不方便。

发明内容

本专利采用内部阱电位调制电压产生电路直接或间接驱动手指指纹的形成，本专利激励信号由电路内部产生，并施加于芯片内部，故不会施加于采集手指表面造成手指刺痛感的同时，能有效的提高传感器的穿透能力。

为了实现上述目的，本发明提出的基于BCD工艺的高穿透能力的指纹传感器，包括指纹采集单元电路和阱电位调制电压产生电路。

所述指纹采集单元电路，输入端连接高压脉冲信号VHS，输出端通过耦合电容Cc连接输出电路或后级接收放大电路；所述阱电位调制电压产生电路，输入端连接高压直流电源，输出端连接所述指纹采集单元电路，生成阱电位调制信号，并提供给所述指纹采集单元电路作为高压脉冲信号VHS。

进一步地，所述高压脉冲信号VHS为阱电位调制电压产生电路产生的高低电平、信号频率和占空比满足指纹采集单元电路要求的阱电位调制信号,用于直接或间接驱动手指指纹的形成。

进一步地，所述指纹采集单元电路还包括手指电容Cf、放大器、反馈电容Cfb和开关S；所述放大器，由n阱、直流电流源构成、绝缘栅场效应晶体管一、绝缘栅场效应晶体管二、偏置电压Vb和电荷补偿电容Cp构成；所述n阱为绝缘栅场效应晶体管一和绝缘栅场效应晶体管二的独立衬底。

进一步地，所述手指电容Cf，由手指表面与顶层金属两个导电极板构成，手指电容中间介质层由芯片表面钝化层、PI、molding材料、coating材料或陶瓷盖板等常见介质材料构成。

进一步地，所述输出电路或后级接收放大电路的输入端还通过直流补偿电容Cdc耦合连接数模转换器DAC；所述数模转换器DAC，产生合适的模拟量，用来调节电路的直流偏置。

进一步地，所述放大器为低噪声放大器LNA；所述低噪声放大器处于线性放大工作区。

进一步地，所述阱电位调制电压产生电路的工作原理为：通过非交叠时钟产生电路，内部采用脉冲斩波电路，将高压直流电源提供的高压和内部自带低压直流信号斩波形成对应高电平和低电平的方波信号。

进一步地，所述高压直流电源，为集成在传感器内部的直流电源或外部直流电源。

本专利实施例中，所述电荷补偿电容Cp的一端连接所述绝缘栅场效应晶体管一的栅极，一端连接所述绝缘栅场效应晶体管一的源极；所述偏置电压Vb连接绝缘栅场效应晶体管二的栅极；所述直流电流源连接绝缘栅场效应晶体管二的漏极；所述反馈电容Cfb与开关S并联，一端连接绝缘栅场效应晶体管一的栅极，一端连接绝缘栅场效应晶体管二的漏极；所述高压脉冲信号VHS连接所述绝缘栅场效应晶体管一的源极；所述手指电容Cf连接所述绝缘栅场效应晶体管一的栅极；进一步地，所述耦合电容Cc一端连接所述绝缘栅场效应晶体管二的漏极，一端连接所述输出电路或后级接收放大电路，用于将上级单元电路采集到的指纹信号耦合到下一级进行进一步处理。

本专利的有益效果是：