指纹采集电路、驱动方法、指纹传感器及指纹采集设备

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，尤其涉及指纹采集电路、驱动方法、指纹传感器及指纹采集设备。

背景技术

在常规的基于APS(Active Pixel Sensor)原理设计的PIN检测器件中，多使用3个薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)组成的3T像素电路。

这种APS像素电路确定的满阱容量是固定的。但是在指纹识别的应用中，不同位置的PIN采集的信号量差异较大，例如指纹采集时手指中心的光线较弱，手指边缘的光线较强，它们各自采集到的信号甚至能相差5～7倍。这使得指纹数据的采集精准度下降，采集噪声增大。

发明内容

本发明实施例提供一种指纹采集电路、驱动方法、指纹传感器及指纹采集设备，用以解决现有技术中存在指纹数据的采集精度不高、噪声较大的问题。

第一方面，为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种指纹采集电路，包括：

指纹采集器件，所述指纹采集器件的指纹电源端与反偏电压端电连接，所述指纹采集器件用于采集指纹数据；

复位器件，所述复位器件的复位电源端与复位电压端电连接，所述复位器件的输出端与所述指纹采集器件的指纹输出端电连接，所述复位器件用于在每次采集指纹前根据所述复位器件的复位控制端接收到的复位控制信号对所述指纹采集器件进行复位；

信号处理器件，所述信号处理器件的信号电源端与信号电源端电连接，所述信号处理器件的信号输入端与所述指纹输出端电连接，所述信号处理器件用于根据所述信号处理器件的采样控制端接收到的采样控制信号，将所述指纹输出端输出的指纹电压信号处理为所述信号处理器件的信号输出端输出的指纹电流信号；

可变电容，所述可变电容的第一端与所述指纹输出端电连接，所述可变电容用于根据所述可变电容的第二端接收到的控制信号改变所述可变电容的电容大小，使所述指纹采集器件的量程发生改变。

一种可能的实施方式，所述可变电容包括第一薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管的源极和漏极短接形成所述可变电容的第二端，所述第一薄膜晶体管的栅极作为所述可变电容的第一端。

一种可能的实施方式，所述信号处理器件，包括：

信号放大器件和信号采集器件；

所述信号放大器件的控制端作为所述信号输入端，所述信号放大器件的第一端作为所述信号电源端，所述信号放大器件的第二端与所述信号采集器件的第一端电连接；

所述信号采集器件的第二端作为所述信号输出端，所述信号采集器件的控制端作为所述采样控制端。

一种可能的实施方式，所述指纹采集器件包括PIN光电二极管。

一种可能的实施方式，所述复位器件包括第二薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管的栅极作为所述复位控制端、所述第二薄膜晶体管的第一端和第二端分别作为所述复位电源端和所述复位器件的输出端。

一种可能的实施方式，所述信号放大器件包括第三薄膜晶体管，所述第三薄膜晶体管的栅极作为所述信号放大器件的控制端、所述第三薄膜晶体管的第一端和第二端分别作为所述信号放大器件的第一端和第二端。

一种可能的实施方式，所述信号采集器件包括第四薄膜晶体管，所述第四薄膜晶体管的栅极作为所述信号采集器件的控制端、所述第四薄膜晶体管的第一端和第二端分别作为所述信号采集器件的第一端和第二端。

第二方面，本发明实施例提供了一种对第一方面所述的指纹采集电路进行驱动的方法，包括：

在每次采集指纹前，控制复位器件对指纹采集器件进行复位；

在信号读取阶段的前半段，控制信号处理器件对所述指纹采集器件输出的信号进行第一次采集；

在所述信号读取阶段的后半段，控制可变电容改变电容，并控制所述信号处理器件对所述指纹采集器件输出的信号进行第二次采集。

第三方面，本发明实施例提供了一种指纹传感器，包括如第一方面所述的指纹采集电路。

第四方面，本发明实施例提供了一种指纹采集设备，包括如第三所述的指纹传感器。

附图说明

图1为强光下手指按压在PIN阵列上的图像；

图2为本发明实施例提供的指纹采集电路的结构示意图一；

图3为本发明实施例提供的指纹采集电路的结构示意图二；

图4为本发明实施例提供的第一薄膜晶体管的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的信号处理器件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的指纹采集电路的原理图；

图7为本发明实施例提供的指纹采集电路的驱动方法；

图8为本发明实施例提供的指纹采集电路的时序图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种指纹采集电路、驱动方法、指纹传感器及指纹采集设备，用以解决现有技术中存在指纹数据的采集精度不高、噪声较大的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

在指纹图像采集中，信号噪声比(Signal to Noise Ratio)对于指纹识别准确度至关重要。相较硅基的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)传感器，基于玻璃基半导体工艺的PIN信噪比明显较差。因此，降低噪声是开发过程中的主要目标之一。信号采集的噪声随着信号量的变化而变化。通常，在量程(满阱容量)的1/3～2/3范围内的信号准确度更高，即噪声更低，应当尽量使被测信号量落在这个范围内。

但是，考虑实际使用情况，手指按压在感光区域，不同位置的PIN产生的信号量有显著差异。手指中心位置按压较实，环境光干扰较小，PIN信号量较小；手指边缘位置按压较浅，而且环境光干扰明显，叠加在PIN上，因此信号量较大。此外，强光下的噪声问题是屏下/屏内指纹识别遇到的主要问题之一。就信号量而言，强环境光会透过手指，叠加一部分信号量在PIN上。尤其是在手指边缘，手指厚度较薄，透过的环境光强度更大。

请参见图1为强光下手指按压在PIN阵列上的图像。图1中A区域为手指中心区域，B区域为手指边缘区域。根据仿真和实测结果，B点信号量可达A点的5～7倍。这将导致手指边缘检测到信号接近满量程，从而使得采集的信号中存在大量噪声信号，进而使得测量的准确度降低。

下面结合附图，对本发明实施例提供的指纹采集电路、驱动方法、指纹传感器及指纹采集设备进行具体说明。

请参见图2为本发明实施例提供的指纹采集电路的结构示意图一，该指纹采集电路包括：

指纹采集器件1，指纹采集器件1的指纹电源端1b与反偏电压端V

复位器件2，复位器件2的复位电源端2a与复位电压端V

信号处理器件3，信号处理器件3的信号电源端3a与信号电源端V

可变电容4，可变电容4的第一端4a与指纹输出端1a电连接，可变电容4用于根据可变电容4的第二端4b接收到的电容调整信号改变可变电容4的电容大小，使指纹采集器件1的量程发生改变。

在本发明提供的实施例中，通过在指纹采集器件1的指纹信号输出端1a电连接一个可变电容4，可以使指纹采集器件1的满阱容量增大，并且通过改变可变电容4的电容值改变指纹采集器件1的满阱容量，使得在进行指纹采集时，可以根据不同位置的光线强弱选取适宜的量程，来降低信号采集中存在的噪声，从而提高信号采集的准确度。

请参见图3和图4，图3为本发明实施例提供的指纹采集电路的结构示意图二，图4为本发明实施例提供的第一薄膜晶体管的结构示意图。

可变电容包括第一薄膜晶体管T1，第一薄膜晶体管T1的源极S1和漏极D1短接形成可变电容的第二端4b，第一薄膜晶体管T1的栅极G1作为可变电容的第一端4a。

通过将第一薄膜晶体管的源极S1和漏极D1短接形成可变电容的第二端4b，将第一薄膜晶体管的栅极G1作为可变电容的第一端4a，使第一薄膜晶体管变成可变电容，可以利用已有的工艺工程，而无需增加新的工艺，从而能在不增加成本、工艺难度的情况下形成可变电容。

请参见图5为本发明实施例提供的信号处理器件的结构示意图。

信号处理器件3，包括：

信号放大器件31和信号采集器件32。

信号放大器件31的控制端31c作为信号输入端3b，信号放大器件31的第一端31a作为信号电源端3a，信号放大器件31的第二端31b与信号采集器件32的第一端32a电连接。

信号采集器件32的第二端32b作为信号输出端3d，信号采集器件32的控制端32c作为采样控制端3c。

请参见图6为本发明实施例提供的指纹采集电路的原理图。

信号放大器件31包括第三薄膜晶体管T3，第三薄膜晶体管T3的栅极作为信号放大器件31的控制端31c、第三薄膜晶体管T3的第一端和第二端分别作为信号放大器件31的第一端31a和第二端31b。

信号采集器件32包括第四薄膜晶体管T4，第四薄膜晶体管T4的栅极作为信号采集器件32的控制端32c、第四薄膜晶体管T4的第一端和第二端分别作为信号采集器件32的第一端32a和第二端32b。

在本发明提供的实施例中，指纹采集器件1包括PIN光电二极管。在图5中虚线框内为PIN光电二极管的等效电路。

在本发明提供的实施例中，复位器件2包括第二薄膜晶体管T2，第二薄膜晶体管T2的栅极作为复位控制端、第二薄膜晶体管T2的第一端和第二端分别作为复位电源端和复位器件的输出端。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种对上述指纹采集电路进行驱动的方法，请参见图7该方法包括：

步骤701：在每次采集指纹前，控制复位器件对指纹采集器件进行复位。

步骤702：在信号读取阶段的前半段，控制信号处理器件对指纹采集器件输出的信号进行第一次采集。

步骤703：在信号读取阶段的后半段，控制可变电容改变电容，并控制信号处理器件对指纹采集器件输出的信号进行第二次采集。

请参见图8为本发明实施例提供的指纹采集电路的时序图。

指纹采集电路的一个采样周期包括复位阶段、曝光阶段和读取阶段，在复位阶段通过输入一个复位控制信号C

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种指纹传感器，包括如上所述的指纹采集电路。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种指纹采集设备，包括如上所述的指纹采集传感器。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。