太阳城集团

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电容式传感器、传感装置、感测系统、以及电子设备.pdf

关 键 词:
电容 传感器 传感 装置 系统 以及 电子设备
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摘要
申请专利号:

CN201510612860.5

申请日:

2015.09.23

公开号:

CN105224155A

公开日:

2016.01.06

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情: 发明专利申请公布后的撤回IPC(主分类):G06F 3/044申请公布日:20160106|||著录事项变更IPC(主分类):G06F 3/044变更事项:申请人变更前:深圳信炜科技有限公司变更后:深圳信炜科技有限公司变更事项:地址变更前:518052 广东省深圳市前海深港合作区前湾一路1号A栋201室变更后:518055 广东省深圳市南山区西丽街道红花岭工业区南区2区1栋5楼(西边)|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 3/044申请日:20150923|||公开
IPC分类号: G06F3/044; G06K9/00 主分类号: G06F3/044
申请人: 深圳信炜科技有限公司
发明人: 刘雪春
地址: 518052 广东省深圳市前海深港合作区前湾一路1号A栋201室
优先权:
专利代理机构: 代理人:
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201510612860.5

授权太阳城集团号:

|||||||||

法律状态太阳城集团日:

2017.04.12|||2016.02.17|||2016.02.03|||2016.01.06

法律状态类型:

发明专利申请公布后的撤回|||著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种电容式传感器、传感装置、感测系统、以及电子设备。所述电容式传感器包括多个传感单元,所述传感单元包括感测电极和传感电路。所述感测电极能够以电容方式耦合到目标物体,所述感测电极用于加载参考信号。所述传感电路包括第三晶体管,所述第三晶体管用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,对应产生第二交流信号。所述电容式传感器输出的感测信号较稳定。具有所述电容式传感器的传感装置和感测系统的感测精度较准。具有传感装置或感测系统的电子设备的用户体验较好。

权利要求书

权利要求书
1.  一种电容式传感器,包括:
多个传感单元,所述传感单元包括:
感测电极,能够以电容方式耦合到目标物体,所述感测电极用于加载参考信号;和
传感电路,包括:
第三晶体管,用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,对应产生第二交流信号。

2.  如权利要求1所述的电容式传感器,其特征在于:所述第三晶体管包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极,第三控制电极与感测电极为二电极,第三控制电极连接感测电极,或者,第三控制电极与感测电极为同一电极。

3.  如权利要求2所述的电容式传感器,其特征在于:当第三控制电极与感测电极为二电极时,第三控制电极直接连接感测电极,或者,第三控制电极通过电阻连接感测电极。

4.  如权利要求2所述的电容式传感器,其特征在于:所述第三晶体管为场效应管,所述场效应管的栅极用作第三控制电极,源极与漏极中之一者用作第五传输电极、另一者用作第六传输电极。

5.  如权利要求2所述的电容式传感器,其特征在于:所述第五传输电极用于与一电流源连接,第六传输电极用于传输第二交流信号。

6.  如权利要求2所述的电容式传感器,其特征在于:所述电容式传感器包括差分对管,所述差分对管由相邻的传感单元的第三晶体管组成。

7.  如权利要求6所述的电容式传感器,其特征在于:所述差分对管用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,对应于二第三晶体管的第六传输电极上分别形成不同的第二交流信号。

8.  如权利要求7所述的电容式传感器,其特征在于:所述不同的第二交流信号为差分电流信号。

9.  如权利要求7所述的电容式传感器,其特征在于:所述传感电路进一步包括第一开关单元和第二开关单元;所述第五传输电极用于通过所述第一开关单元连接一电流源,所述第一开关单元用于控制第五传输电极与所述电流源之间是否有电流传输;所述第二开关单元用于连接所述第三控制电极,控制是否传输所述参考信号给所述感测电极。

10.  如权利要求9所述的电容式传感器,其特征在于:所述第二开关单元用于按预定太阳城集团间隔传输参考信号给所述感测电极。

11.  如权利要求9所述的电容式传感器,其特征在于:所述多个传感单元呈阵列式排布。

12.  如权利要求11所述的电容式传感器,其特征在于:对于一传感单元的第三晶体管:
用于与行方向上相邻的传感单元的第三晶体管形成差分对管;或/和
用于与列方向上相邻的传感单元的第三晶体管形成差分对管。

13.  如权利要求7所述的电容式传感器,其特征在于:每一传感单元的第三晶体管用于分时与行方向和列方向上相邻的传感单元的第三晶体管均形成差分对管。

14.  如权利要求12所述的电容式传感器,其特征在于:所述电容式传感器进一步包括信号线群组,一信号群组连接至少二传感单元,所述信号线群组包括第一信号线、第二信号线、和第三信号线,且第一、第二、第三信号线分别沿列方向延伸;所述第一开关单元用于通过所述第一信号线连接所述电流源;
对于位于同一列的二相邻传感单元:一传感单元中的第三晶体管的第六传输电极用于与第二信号线连接,另一传感单元中的第三晶体管的第六传输电极用于与第三信号线连接;所述二相邻传感单元的第一开关单元与同一第一信号线相连接。

15.  如权利要求14所述的电容式传感器,其特征在于:对于位于同一行的二相邻传感单元:所述二相邻传感单元的第一开关单元用于通过第一信号线与同一电流源相连接。

16.  如权利要求14所述的电容式传感器,其特征在于:奇数行的传感单元的第三晶体管连接第二信号线;偶数行的传感单元的第三晶体管连接第三信号线。

17.  如权利要求14所述的电容式传感器,其特征在于:所述第一信号线、第二信号线、和第三信号线沿列方向延伸,对于同一信号线群组,所述第二信号线与所述第三信号线沿着行方向依次排列。

18.  如权利要求14所述的电容式传感器,其特征在于:每一列传感单元连接一信号线群组,不同列传感单元连接不同的信号线群组。

19.  如权利要求14所述的电容式传感器,其特征在于:所述电容式传感器进一步包括扫描线群组,所述扫描线群组包括第一扫描线和第二扫描线,所述第一开关单元包括:
第一晶体管,包括第一控制电极、第一传输电极、和第二传输电极,所述第一控制电极与第一扫描线连接,用于响应第一扫描线上传输的扫描信号而对应控制第一传输电极与第二传输电极是否电连通,第一传输电极与第一信号线连接,第二传 输电极与第五传输电极连接;和
第二晶体管,包括第二控制电极、第三传输电极、和第四传输电极,其中,第二控制电极连接第二扫描线,用于响应第二扫描线上传输的扫描信号而对应控制第三传输电极与第四传输电极是否电连通,第三传输电极连接第二传输电极、第四传输电极连接第五传输电极。

20.  如权利要求19所述的电容式传感器,其特征在于:所述扫描线群组进一步包括第三扫描线和参考信号线,所述第二开关单元包括:
第五晶体管,包括第五控制电极、第九传输电极、和第十传输电极,其中,第五控制电极连接第三扫描线,用于响应第三扫描线上传输的扫描信号而对应控制第九传输电极与第十传输电极是否电连通,第九传输电极连接参考信号线、第十传输电极连接第三控制电极;所述感测电极通过第五晶体管从参考信号线上接收参考信号。

21.  如权利要求20所述的电容式传感器,其特征在于:所述扫描线群组进一步包括第四扫描线,所述传感电路进一步包括第七晶体管,所述第七晶体管包括第七控制电极、第十三传输电极、和第十四传输电极,所述第七控制电极连接第四扫描线,所述第十三传输电极连接第十传输电极,所述第十四传输电极连接第三控制电极,且第十三传输电极与第十四传输电极短接。

22.  如权利要求21所述的电容式传感器,其特征在于:所述第七晶体管用于与所述第五晶体管交替导通。

23.  如权利要求19所述的电容式传感器,其特征在于:第一扫描线用于连接同一行第一晶体管的第一控制电极,第二扫描线用于连接同一列第二晶体管的第二控制电极;或者,第一扫描线用于连接同一列第一晶体管的第一控制电极,第二扫描线用于连接同一行第二晶体管的第二控制电极。

24.  如权利要求21所述的电容式传感器,其特征在于:同一行的传感单元共用同一第三扫描线、同一第四扫描线、和同一参考信号线。

25.  如权利要求20或21所述的电容式传感器,其特征在于:所述电容式传感器进一步包括基板,所述基板用于承载所述多个传感单元。

26.  如权利要求25所述的电容式传感器,其特征在于:当所述感测电极与所述第三控制电极为二电极时,所述传感电路设置在所述感测电极与所述基板之间,且所述传感电路的结构中设置接触孔,所述感测电极通过所述接触孔与所述第三控制电极连接;当所述感测电极与所述第三控制电极为同一电极时,所述第三控制电极相较于第五传输电极与第六传输电极邻近所述基板设置。

27.  如权利要求26所述的电容式传感器,其特征在于:所述感测电极覆盖所述传 感电路。

28.  如权利要求25所述的电容式传感器,其特征在于:所述电容式传感器进一步包括接地线,与所述多个传感单元设置在所述基板的同侧,所述接地线用于加载调制信号,在未有目标物体接近或触摸所述感测电极时,所述参考信号相对于所述接地线加载的调制信号保持不变。

29.  如权利要求28所述的电容式传感器,其特征在于:所述基板为绝缘基板,所述传感电路中的各晶体管均采用薄膜晶体管,其中,所述薄膜晶体管的栅极用作控制电极,源极与漏极分别用作传输电极。

30.  如权利要求29所述的电容式传感器,其特征在于:所述电容式传感器进一步包括导电层,所述导电层与所述多个传感单元设置在所述基板的相对二侧,所述接地线与所述导电层用于传输相同的调制信号,所述调制信号包括接地信号和驱动信号。

31.  如权利要求1所述的电容式传感器,其特征在于:所述电容式传感器为生物太阳城集团传感器。

32.  如权利要求5所述的电容式传感器,其特征在于:所述第三晶体管对感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起的参考信号的变化量进行转换以及放大,产生第一交流信号,并将第一交流信号叠加至一第二恒定直流信号上,对应产生所述第二交流信号,其中,所述第二恒定直流信号为所述电流源提供的第一恒定直流信号的一半。

33.  一种电容式传感装置,包括电容式传感器和控制电路,所述控制电路用于控制所述电容式传感器执行感测操作,其中,所述电容式传感器为权利要求1-32中任意一项所述的电容式传感器,所述控制电路集成在一颗芯片上,所述电容式传感器集成为另一颗芯片。

34.  如权利要求33所述的电容式传感装置,其特征在于:所述控制电路集成为一控制芯片,所述控制芯片采用半导体基板上形成包括有互补金属氧化物半导体晶体管的集成电路工艺制成,所述电容式传感器采用绝缘基板上形成包括有薄膜晶体管的集成电路工艺制成,其中,所述控制芯片压合在形成有电容式传感器的绝缘基板上。

35.  一种电容式感测系统,包括电容式传感装置和电源管理芯片,所述电源管理芯片用于为所述电容式传感装置供电,其中,所述电容式感测装置为权利要求33-34中任意一项所述的电容式传感装置,所述控制电路包括接地端,所述电源管理芯片用于为所述接地端提供调制信号,所述控制电路用于为所述电容传感器提供参考信 号,其中,所述参考信号随所述调制信号的升高而升高、随所述调制信号的降低而降低。

36.  一种电容式感测系统,包括电容式传感装置和电源管理芯片,所述电源管理芯片用于为所述电容式传感装置供电,其中,所述电容式感测装置为权利要求33-34中任意一项所述的电容式传感装置,所述电源管理芯片提供给电容式传感器的电源电压高于提供给集成有控制电路的芯片的电源电压。

37.  一种电子设备,包括电容式传感装置,其中,所述电容式传感装置为权利要求33-34中任意一项所述的电容式传感装置。

38.  一种电子设备,包括电容式感测系统,其中,所述电容式感测系统为权利要求35-36中任意一项所述的电容式感测系统。

说明书

说明书电容式传感器、传感装置、感测系统、以及电子设备
技术领域
本发明涉及电容式传感技术领域,尤其涉及一种电容式传感器、电容式传感装置、电容式感测系统、以及电子设备。
背景技术
随着社会的发展,越来越多的电子设备(如:手机、平板电脑、穿戴式设备、以及智能家居等各种智能产品)一般都会设置一种或多种传感装置。所述传感装置包括如感测用户触摸操作的触摸传感装置、感测人体生物太阳城集团的生物太阳城集团传感装置等等。目前,生物太阳城集团传感装置等多采用电容式传感装置来执行感测操作。
电容式传感装置一般包括电容式传感器和控制电路。所述电容式传感器包括多个传感单元(sensor)。所述多个传感单元接收控制电路的驱动信号,并在用户触摸所述多个传感单元时对应输出感测信号给所述控制电路,以获得相应的感测太阳城集团。
然,各传感单元独立检测,分别输出单一感测信号,所述单一感测信号(如:电压和/或电量)一般强度较弱。另外,电压、电量等感测信号在被传输的过程中易受电容式传感装置中寄生电容的影响,较不稳定,从而导致电容式传感装置的感测存在不精确或者出现误判的情况,影响用户体验。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种易输出感测信号较稳定的电容式传感器、感测精度较高的电容式传感装置、感测精度较高的电容式感测系统、以及用户体验较好的电子设备。
本发明提供了一种电容式传感器,包括:
多个传感单元,所述传感单元包括:
感测电极,能够以电容方式耦合到目标物体,所述感测电极用于加载参考信号;和
传感电路,包括:
第三晶体管,用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,对应产生第二交流信号。
优选地,所述第三晶体管包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极, 第三控制电极与感测电极为二电极,第三控制电极连接感测电极,或者,第三控制电极与感测电极为同一电极。
优选地,当第三控制电极与感测电极为二电极时,第三控制电极直接连接感测电极,或者,第三控制电极通过电阻连接感测电极。
优选地,所述第三晶体管为场效应管,所述场效应管的栅极用作第三控制电极,源极与漏极中之一者用作第五传输电极、另一者用作第六传输电极。
优选地,所述第五传输电极用于与一电流源连接,第六传输电极用于传输第二交流信号。
优选地,所述电容式传感器包括差分对管,所述差分对管由相邻的传感单元的第三晶体管组成。
优选地,所述差分对管用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,对应于二第三晶体管的第六传输电极上分别形成不同的第二交流信号。
优选地,所述不同的第二交流信号为差分电流信号。
优选地,所述传感电路进一步包括第一开关单元和第二开关单元;所述第五传输电极用于通过所述第一开关单元连接一电流源,所述第一开关单元用于控制第五传输电极与所述电流源之间是否有电流传输;所述第二开关单元用于连接所述第三控制电极,控制是否传输所述参考信号给所述感测电极。
优选地,所述第二开关单元用于按预定太阳城集团间隔传输参考信号给所述感测电极。
优选地,所述多个传感单元呈阵列式排布。
优选地,对于一传感单元的第三晶体管:
用于与行方向上相邻的传感单元的第三晶体管形成差分对管;或/和
用于与列方向上相邻的传感单元的第三晶体管形成差分对管。
优选地,每一传感单元的第三晶体管用于分时与行方向和列方向上相邻的传感单元的第三晶体管均形成差分对管。
优选地,所述电容式传感器进一步包括信号线群组,一信号群组连接至少二传感单元,所述信号线群组包括第一信号线、第二信号线、和第三信号线,且第一、第二、第三信号线分别沿列方向延伸;所述第一开关单元用于通过所述第一信号线连接所述电流源;
对于位于同一列的二相邻传感单元:一传感单元中的第三晶体管的第六传输电极用于与第二信号线连接,另一传感单元中的第三晶体管的第六传输电极用于与第三信号线连接;所述二相邻传感单元的第一开关单元与同一第一信号线相连接。
优选地,对于位于同一行的二相邻传感单元:所述二相邻传感单元的第一开关 单元用于通过第一信号线与同一电流源相连接。
优选地,奇数行的传感单元的第三晶体管连接第二信号线;偶数行的传感单元的第三晶体管连接第三信号线。
优选地,所述第一信号线、第二信号线、和第三信号线沿列方向延伸,对于同一信号线群组,所述第二信号线与所述第三信号线沿着行方向依次排列。
优选地,每一列传感单元连接一信号线群组,不同列传感单元连接不同的信号线群组。
优选地,所述电容式传感器进一步包括扫描线群组,所述扫描线群组包括第一扫描线和第二扫描线,所述第一开关单元包括:
第一晶体管,包括第一控制电极、第一传输电极、和第二传输电极,所述第一控制电极与第一扫描线连接,用于响应第一扫描线上传输的扫描信号而对应控制第一传输电极与第二传输电极是否电连通,第一传输电极与第一信号线连接,第二传输电极与第五传输电极连接;和
第二晶体管,包括第二控制电极、第三传输电极、和第四传输电极,其中,第二控制电极连接第二扫描线,用于响应第二扫描线上传输的扫描信号而对应控制第三传输电极与第四传输电极是否电连通,第三传输电极连接第二传输电极、第四传输电极连接第五传输电极。
优选地,所述扫描线群组进一步包括第三扫描线和参考信号线,所述第二开关单元包括:
第五晶体管,包括第五控制电极、第九传输电极、和第十传输电极,其中,第五控制电极连接第三扫描线,用于响应第三扫描线上传输的扫描信号而对应控制第九传输电极与第十传输电极是否电连通,第九传输电极连接参考信号线、第十传输电极连接第三控制电极;所述感测电极通过第五晶体管从参考信号线上接收参考信号。
优选地,所述扫描线群组进一步包括第四扫描线,所述传感电路进一步包括第七晶体管,所述第七晶体管包括第七控制电极、第十三传输电极、和第十四传输电极,所述第七控制电极连接第四扫描线,所述第十三传输电极连接第十传输电极,所述第十四传输电极连接第三控制电极,且第十三传输电极与第十四传输电极短接。
优选地,所述第七晶体管用于与所述第五晶体管交替导通。
优选地,第一扫描线用于连接同一行第一晶体管的第一控制电极,第二扫描线用于连接同一列第二晶体管的第二控制电极;或者,第一扫描线用于连接同一列第一晶体管的第一控制电极,第二扫描线用于连接同一行第二晶体管的第二控制电极。
优选地,同一行的传感单元共用同一第三扫描线、同一第四扫描线、和同一参 考信号线。
优选地,所述电容式传感器进一步包括基板,所述基板用于承载所述多个传感单元。
优选地,当所述感测电极与所述第三控制电极为二电极时,所述传感电路设置在所述感测电极与所述基板之间,且所述传感电路的结构中设置接触孔,所述感测电极通过所述接触孔与所述第三控制电极连接;当所述感测电极与所述第三控制电极为同一电极时,所述第三控制电极相较于第五传输电极与第六传输电极邻近所述基板设置。
优选地,所述感测电极覆盖所述传感电路。
优选地,所述电容式传感器进一步包括接地线,与所述多个传感单元设置在所述基板的同侧,所述接地线用于加载调制信号,在未有目标物体接近或触摸所述感测电极时,所述参考信号相对于所述接地线加载的调制信号保持不变。
优选地,所述基板为绝缘基板,所述传感电路中的各晶体管均采用薄膜晶体管,其中,所述薄膜晶体管的栅极用作控制电极,源极与漏极分别用作传输电极。
优选地,所述电容式传感器进一步包括导电层,所述导电层与所述多个传感单元设置在所述基板的相对二侧,所述接地线与所述导电层用于传输相同的调制信号,所述调制信号包括接地信号和驱动信号。
优选地,所述电容式传感器为生物太阳城集团传感器。
优选地,所述第三晶体管对感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起的参考信号的变化量进行转换以及放大,产生第一交流信号,并将第一交流信号叠加至一第二恒定直流信号上,对应产生所述第二交流信号,其中,所述第二恒定直流信号为所述电流源提供的第一恒定直流信号的一半。
本发明还提供一种电容式传感装置,包括电容式传感器和控制电路,所述控制电路用于控制所述电容式传感器执行感测操作,其中,所述电容式传感器为上述中任意所述的电容式传感器,所述控制电路集成在一颗芯片上,所述电容式传感器集成为另一颗芯片。
优选地,所述控制电路集成为一控制芯片,所述控制芯片采用半导体基板上形成包括有互补金属氧化物半导体晶体管的集成电路工艺制成,所述电容式传感器采用绝缘基板上形成包括有薄膜晶体管的集成电路工艺制成,其中,所述控制芯片压合在形成有电容式传感器的绝缘基板上。
本发明还提供一种电容式感测系统,包括电容式传感装置和电源管理芯片,所述电源管理芯片用于为所述电容式传感装置供电,其中,所述电容式感测装置为上述中任意所述的电容式传感装置,所述控制电路包括接地端,所述电源管理芯片用 于为所述接地端提供调制信号,所述控制电路用于为所述电容传感器提供参考信号,其中,所述参考信号随所述调制信号的升高而升高、随所述调制信号的降低而降低。
本发明还提供一种电容式感测系统,包括电容式传感装置和电源管理芯片,所述电源管理芯片用于为所述电容式传感装置供电,其中,所述电容式感测装置为上述中任意所述的电容式传感装置,所述电源管理芯片提供给电容式传感器的电源电压高于提供给集成有控制电路的芯片的电源电压。
本发明还提供一种电子设备,包括电容式传感装置,其中,所述电容式传感装置为上述中任意所述的电容式传感装置。
本发明还提供一种电子设备,包括电容式感测系统,其中,所述电容式感测系统为上述中任意所述的电容式感测系统。
由于本发明的电容式示传感器的传感单元包括第三晶体管,第三晶体管用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应于第六传输电极上形成第二交流信号,因此,所述电容式示传感器输出的感测信号较稳定。相应地,包括所述电容式传感器的电容式传感装置的感测精度较高,具有所述电容式传感装置的电容式感测系统的感测精度较高,具有电容式传感装置或电容式感测系统的电子设备的用户体验较好。
尽管公开了多个实施例,包括其变化,但是通过示出并描述了本发明公开的说明性实施例的下列详细描述,本发明公开的其他实施例将对所属领域的技术人员显而易见。将认识到,本发明公开能够在各种显而易见的方面修改,所有修改都不会偏离本发明的精神和范围。相应地,附图和详细描述本质上应被视为说明性的,而不是限制性的。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式,本发明的特征及优点将变得更加明显。
图1为本发明电容式传感装置的第一实施方式的示意图。
图2为图1所示电容式传感装置的电路结构示意图。
图3为图2所示电容式传感器的部分电路结构示意图。
图4为图2所示电容式传感装置的部分电路结构示意图。
图5与图6为图3所示传感电路的其它变更实施方式的示意图。
图7为图1所示电容式传感器的示意图。
图8至图11中主要示出电容式传感器的一传感单元的第三晶体管与感测电极的剖面结构示意图。
图12为图2所示的电容式传感装置的工作时序图。
图13为图1所示电容式传感器的部分方框示意图。
图14为本发明电容式传感装置的第二实施方式的示意图。
图15为图14所示一行方向上相邻二传感单元的电路结构示意图。
图16为图14的电容式传感装置的部分电路结构示意图。
图17为图14所示电容式传感器的方框结构示意图。
图18为本发明电容式传感装置的其它变更实施方式的示意图。
图19为在一片玻璃基板上形成多个电容式传感装置的示意图。
图20为图19所示的一电容式传感装置的侧视示意图。
图21和图22为电容式传感装置的其它变更实施方式的侧视图。
图23为本发明芯片组的一较佳实施方式的示意图。
图24为本发明电容式感测系统的第一实施方式的结构示意图。
图25为本发明电容式感测系统的第二实施方式的结构示意图。
图26为本发明电容式传感装置的封装结构第一实施方式的示意图。
图27与图28为本发明电容式传感装置的封装结构其它实施方式的示意图。
图29为本发明电容式感测模组的一较佳实施方式的示意图。
图30为本发明在电子设备的保护盖板下方设置电容式感测模组的示意图。
图31是图30沿r-r’方向的部分剖面示意图。
图32为电子设备的显示装置的TFT阵列基板的示意图。
图33为本发明电子设备的一较佳实施方式的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。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将全面和完整,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。为了方便或清楚,可能夸大、省略或示意地示出在附图中所示的每层的厚度和大小、以及示意地示出相关元件的数量。另外,元件的大小不完全反映实际大小,以及相关元件的数量不完全反应实际数量。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构。
此外,所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而,本领域技术人员应意识到,没有所述特定细节中的一个或更多,或者采用其它的结构、组元等,也可以实践本发明的技术方案。在其它情况下,不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本发明。
在本发明的描述中,需要理解的是:“多个”包括两个和两个以上,除非另有 明确具体的限定。“连接”可为电连接、机械连接、耦接、直接连接、以及间接连接等多种实施方式,除非本发明下述特别说明,否则并不做特别限制。另外,各元件名称以及信号名称中出现的“第一”、“第二”等词语并不是限定元件或信号出现的先后顺序,而是为方便元件命名,清楚区分各元件,使得描述更简洁。
进一步需要说明的是:本发明提供的电容式传感装置适用于生物太阳城集团传感装置,尤其指纹传感装置。然,本发明并不限于此,所述电容式传感装置也可适用其它合适类型的传感装置,如触摸传感装置。所述生物太阳城集团传感装置用于感测目标物体的预定生物太阳城集团。所述目标物体如为用户的手指,也可为用户身体的其它部分、如手掌、脚趾、耳朵等,甚至也可为其它合适类型的物体,而并不局限为人体。所述预定生物太阳城集团如为指纹、掌纹、耳纹等。
所述电容式传感装置包括电容式传感器(sensors)和控制电路。所述控制电路连接电容式传感器,用于控制所述电容式传感器执行感测操作。
优选地,所述电容式传感器包括感测电极和差分对管。所述感测电极能够以电容方式耦合到目标物体,用于加载参考信号。所述差分对管与所述感测电极相关联,用于响应感测电极上因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生差分信号。
所述控制电路接收所述差分信号,并根据所述差分信号对应获得相应的感测太阳城集团。所述感测太阳城集团如为目标物体的预定生物太阳城集团。类似地,所述控制电路也可根据差分信号获知目标物体接近或触摸了电容式传感装置这一感测太阳城集团。
由于本发明的电容式传感器传输给控制电路的感测信号为差分信号,所述差分信号较强,且差分信号在传输给控制电路的过程中受电容式传感装置中的寄生电容的影响较小,因此,所述控制电路根据差分信号获得的感测太阳城集团相对较准而能减少误判,从而能够提升用户体验。
优选地,所述差分信号为差分电流信号。
优选地,所述电容式传感器包括多个感测电极和多个差分对管。同一差分对管所产生的差分信号为同幅同频反相的第二交流电流信号。另外,所述差分对管用于与一电流源连接,所述电流源用于提供一第一恒定直流信号。所述二不同的第二交流电流信号之和与所述电流源提供的第一恒定直流信号相等。
所述差分对管与所述感测电极相关联,其中,所述差分对管或者与所述感测电极为二元件,所述差分对管与所述感测电极连接;又或者,所述差分对管包括所述感测电极,即,所述感测电极为差分对管的一部分。
所述差分对管包括二晶体管,所述二晶体管包括一第三晶体管,所述第三晶体管包括第三控制电极、第五传输电极、和第六传输电极。当所述差分对管与所述感 测电极为二元件时,所述第三控制电极与所述感测电极连接;当所述差分对管包括所述感测电极时,所述第三控制电极与所述感测电极为同一电极。
当所述差分对管与所述感测电极为二元件时,所述第三控制电极与所述感测电极直接连接;或者,所述第三控制电极通过一限流元件与所述感测电极连接。优选地,所述限流元件包括电阻。相应地,所述限流元件可以起到防ESD、保护电容式传感器的作用。
所述电容式传感器包括多个传感单元(sensor)。每一传感单元包括一所述感测电极。另外,优选地,每一传感单元还包括一所述差分对管,或者,相邻的传感单元各自包括一所述差分对管中的一晶体管。
通过选择具有合适跨导的晶体管,当目标物体接近或触摸感测电极时,所述差分对管的晶体管对参考信号的变化量进行转换以及放大,产生第一交流信号,并将第一交流信号叠加至一第二恒定直流信号上,对应产生所述第二交流信号给控制电路。其中,所述第二恒定直流信号为所述第一恒定直流信号的一半。相应地,所述感测信号较强,所述控制电路根据所述感测信号获得的感测结果较准。
对于本发明的电容式传感器:或者每个传感单元输出单一电流信号作为感测信号;或者每个传感单元输出差分信号作为感测信号;或者相邻的传感单元输出差分信号作为感测信号;其中,所述差分信号如为差分电流信号在下面进一步的描述中可知,所述传感单元输出的差分信号也可为差分电压信号,然,所述差分信号优选差分电流信号;更优选地,组成差分对管的晶体管输出的感测信号为放大的信号;相应地,具有所述电容式传感器的电容式传感装置的感测精度较高。
下面结合附图对电容式传感装置的电路结构、芯片组、电容式感测系统的电路结构、电容式传感装置的封装结构、电容式感测模组的组装结构、以及电子设备的结构等的各种实施方式进行描述。
电容式传感装置的电路结构
请参阅图1,图1为本发明电容式传感装置的第一实施方式的示意图。所述电容式传感装置1用于应用在一电子设备(图未示)中,执行感测操作。所述电子设备如为移动电话、平板电脑、电视、遥控装置、智能门锁、穿戴式设备等各种智能设备。所述电容式传感装置1包括控制电路11和电容式传感器13。所述控制电路11与所述电容式传感器13连接。所述控制电路11用于控制电容式传感器13执行感测操作,所述电容式传感器13输出相应的感测信号给所述控制电路11。所述控制电路11进一步根据所述感测信号获得相应的感测太阳城集团。
所述电容式传感器13包括基板130、多个传感单元131、和接地线133。所述接地线133和所述多个传感单元131设置在所述基板130的同侧,且所述接地线133 环绕各传感单元131设置。需要说明的是,图1中示出的传感单元131的数量仅为示意,实际产品的传感单元131的数量可少于或多于图1中所示的数量。
所述多个传感单元131与所述控制电路11连接,用于执行感测操作,输出感测信号给控制电路11。
在本实施方式中,所述接地线133用于连接所述电子设备的调制地NGND,接收调制信号。所述调制信号包括接地信号和驱动信号,所述驱动信号高于所述接地信号。所述调制信号如为包括接地信号与驱动信号交替变化的周期性方波信号。其中,所述接地信号如为电子设备的设备地的接地信号,所述设备地的接地信号为恒定电压信号,如为0V(伏)。
所述基板130如为半导体基板等。所述半导体基板如为硅基板等。
在本实施方式中,所述控制电路11设置在所述基板130上,并与所述多个传感单元131设置在所述基板130的同侧。可变更地,在其它实施方式中,所述控制电路11集成在一控制芯片中,所述控制芯片压合在所述基板130上。
在本实施方式中,所述多个传感单元131呈阵列式排布,如矩阵式排布。然,本发明并不限制所述多个传感单元131的具体排布方式,例如,在其它实施方式中,所述多个传感单元131也可呈其它规则方式或非规则方式排布。
请参阅图2,图2为图1所示电容式传感装置1的电路结构示意图。需要说明的是,在图2中,为了图示清楚,仅示出4个传感单元131。所述传感单元131包括感测电极14和传感电路15。所述感测电极14能够以电容方式耦合到目标物体,用于加载参考信号。所述传感电路15用于根据感测电极14因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生二不同的第二交流信号,并输出所述二不同的第二交流信号给所述控制电路11。
在本实施方式,所述二不同的第二交流信号为差分信号,且为差分电流信号。所述二不同的第二交流信号例如是用以计算目标物体的预定生物太阳城集团,所述预定生物太阳城集团如为指纹。然,在其它实施方式中,所述二不同的第二交流信号也可为差分电压信号。
所述感测电极14采用金属材料、金属氧化物导电材料、导电复合材料、石墨烯材料、碳纳米管材料中的任意一种制成。
在本实施方式中,所述多个传感单元131的结构相同。然,在其它实施方式中,所述多个传感单元131的结构可不同,例如,感测电极14的形状和大小不同。
请一并参阅图3与图4,图3为图2所示电容式传感器13的部分电路结构示意图。图4为图2所示电容式传感装置1的部分电路结构示意图。以下描述以一传感单元131、且目标物体为手指F为例进行说明,其它传感单元131的结构与工作原理 类似,不再赘述。所述传感电路15根据感测电极14上因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应输出感测信号。在手指F接近或触摸感测电极14时,手指F的指纹脊或指纹谷与感测电极14形成耦合电容Cf,所述耦合电容Cf通过人体阻抗Z电连接至地球大地或所述电子设备的设备地。优选地,所述耦合电容Cf通过人体阻抗Z电连接所述电子设备的设备地。所述设备地通常为电子设备的供电电源的负极。供电电源如为电池。
所述传感电路15包括转换电路151。所述转换电路151用于响应感测电极14因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生二不同的第二交流信号。
在本实施方式中,所述转换电路151转换感测电极14因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化量为二不同的第一交流信号,并叠加所述二不同的第一交流信号分别至一相同的第二恒定直流信号上,对应产生所述二不同的第二交流信号。其中,二不同的第一交流信号为差分电流信号。
优选地,所述转换电路151包括差分对管D。所述差分对管D响应感测电极14因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生二不同的第二交流信号。
所述差分对管D包括第三晶体管T3与第四晶体管T4。所述第三晶体管T3包括第三控制电极C3、第五传输电极S5、和第六传输电极S6。所述第六传输电极S6用于传输一第二交流信号。在本实施方式中,所述第三控制电极C3与所述感测电极14为二电极,所述第三控制电极C3直接连接所述感测电极14。然,在其它实施方式中,见图5,所述第三控制电极C3也可通过限流元件L连接所述感测电极14,所述限流元件L包括电阻R,起到防ESD的作用。另外,所述第三控制电极C3与所述感测电极14也可为同一电极。
所述第四晶体管T4包括第四控制电极C4、第七传输电极S7、和第八传输电极S8。所述第七传输电极S7连接所述第五传输电极S5。所述第七传输电极S7与所述第五传输电极S5进一步用于与一电流源111连接。所述电流源111用于提供第一恒定直流信号,所述第一恒定直流信号为第二恒定直流信号的二倍,如第一恒定直流信号的大小为I,则第二恒定直流信号的大小为(I/2)。优选地,定义一节点N位于所述第七传输电极S7和所述第五传输电极S5之间,所述差分对管D通过所述节点N连接所述电流源111。所述第八传输电极S8用于传输另一第二交流信号。
第三控制电极C3用于加载第一参考信号,第四控制电极C4用于加载第二参考信号。相应地,当第三控制电极C3与所述感测电极14为同一电极时,或者第三控制电极C3直接连接所述感测电极14时,所述感测电极14所加载的参考信号也为第一参考信号。需要说明的是,当第三控制电极C3通过限流元件L与感测电极14连接时,所述感测电极14所加载的参考信号与所述第三控制电极C3所加载的第一参 考信号不同。
优选地,所述第三控制电极C3所接收的第一参考信号与所述第四控制电极C4所接收的第二参考信号相同,即,所述差分对管D接收共模信号输入。然,所述第三控制电极C3所接收的第一参考信号与所述第四控制电极C4所接收的第二参考信号也可相差一定差值,如0.05V(伏)、0.1V(伏)等,第一参考信号与第二参考信号仍视为相同。在传感单元131每次被激活执行感测的过程中,所述第三控制电极C3与所述第四控制电极C4分别用于按预定太阳城集团间隔(如周期性)对应加载第一参考信号与第二参考信号。定义第三控制电极C3与所述第四控制电极C4接收第一参考信号与第二参考信号的时段为充电时段,在每相邻两充电时段之间的时段包括感测时段。在感测时段,第一参考信号被停止传输给第三控制电极C3,第二参考信号被停止传输所述第四控制电极C4,所述感测单元131执行感测。
在本实施方式中,所述第一参考信号与第二参考信号为经调制的电压信号。
在感测时段,由于第三控制电极C3与第四控制电极C4与接地线133之间均存在寄生电容,当未有手指接近或触摸感测电极14时,所述第一参考信号与所述第二参考信号相对所述接地线133上的信号保持相对不变;当有手指接近或触摸感测电极14时,所述第一参考信号相对所述接地线133上的信号发生改变,所述第二参考信号相对所述接地线133上的信号保持相对不变。
具体地,当手指接近或触摸感测电极14时,所述第三晶体管T3转换感测电极14上的参考信号的变化量为第一交流信号i,并加载所述第一交流信号i于一第二恒定直流信号上,从而于第六传输电极S6上形成第二交流信号(I/2)+i。相应地,由差分对管D的元件性质,所述第四晶体管T4转换感测电极14上的参考信号的变化量为第一交流信号(-i),并加载所述第一交流信号(-i)于一第二恒定直流信号上,从而于第八传输电极S8上形成第二交流信号(I/2)-i。所述二第二交流信号(I/2)+i、(I/2)-i之和与所述第一恒定直流信号的大小I相等。也即,所述差分对管D响应第一参考信号R1的变化而对应产生从电流源111到第六传输电极S6和第八传输电极S8的第二交流信号输出。
需要说明的是,通过选择具有合适跨导的差分对管D,所述第一交流信号可以被不同程度的放大,因此,相对于参考信号的变化量或者电量的变化量来讲,第一交流信号更强。相应地,所述控制电路11根据第二交流信号中所携带的第一交流信号来对应获知手指的指纹图像太阳城集团则更加准确。尤其对于差分对管D,所述控制电路11对接收到的二不同第二交流信号进行相减运算,可以得到二倍的第一交流信号,进一步提高了信号的强度。
优选地,所述传感电路15进一步包括第一开关单元K1。所述第一开关单元K1 连接于所述节点N与所述电流源111之间,用于控制是否在所述差分对管D与所述电流源111之间进行电流传输。
所述第一开关单元K1包括第一晶体管T1。所述第一晶体管T1包括第一控制电极C1、第一传输电极S1、和第二传输电极S2。所述第一控制电极C1用于响应一扫描信号对应控制第一传输电极S1与第二传输电极S2之间是否导通。第一传输电极S1用于连接所述电流源111。第二传输电极S2用于连接所述节点N。
优选地,所述第一开关单元K1进一步包括第二晶体管T2。所述第二晶体管T2包括第二控制电极C2、第三传输电极S3、和第四传输电极S4。所述第二控制电极C2用于响应一扫描信号对应控制第三传输电极S3与第四传输电极S4之间是否导通。第三传输电极S3用于连接第二传输电极S2。第四传输电极S4用于连接所述节点N。第二晶体管T2与第一晶体管T1形成二级开关。在本实施方式中,形成二级开关可更有利于控制电路11来灵活控制哪一或哪些传感单元131被激活,另外,后面也会说明,根据与所述二级开关相连接的扫描线之间位置关系可以确定传感单元131的位置。可变更地,在其它实施方式中,所述第一开关单元K1也可仅包括第一晶体管T1。进一步地,所述第一开关单元K1并非限定包括第一晶体管T1与第二晶体管T2,也可包括其它合适类型的开关元件。更进一步地,所述第一开关单元K1也可设置在控制电路11中,而非传感单元131中,甚至,所述第一开关单元K1也可被省略,对应地,在感测电极14与控制电路11之间设置类似的第一开关单元K1也是可以的。
更优选地,所述传感电路15进一步包括第二开关单元K2。所述第二开关单元K2用于控制是否传输第一参考信号给第三控制电极C3、以及控制是否传输第二参考信号给第四控制电极C4。由于差分对管D与感测电极14相关联,因此,第二控制单元K2对应控制是否传输参考信号给所述感测电极14。
优选地,所述第二开关单元K2包括第五晶体管T5和第六晶体管T6。
所述第五晶体管T5包括第五控制电极C5、第九传输电极S9、和第十传输电极S10。其中,第五控制电极C5用于响应一扫描信号而对应控制第九传输电极S9与第十传输电极S10是否导通。第九传输电极S9用于接收第一参考信号。第十传输电极S10连接第三控制电极C3。
所述第六晶体管T6包括第六控制电极C6、第十一传输电极S11、和第十二传输电极S12。其中,第六控制电极C6用于响应一扫描信号而对应控制第十一传输电极S11与第十二传输电极S12是否导通。第十一传输电极用于接收第二参考信号。第十二传输电极S12连接第四控制电极C4。
可变更地,在其它实施方式中,所述第二开关单元K2也可设置在控制电路11 中,而非传感单元131中。另外,第二开关单元K2并非限定包括第五晶体管T5和第六晶体管T6,也可为包括其它合适类型的开关元件。
更优选地,所述传感电路15进一步包括第一补偿单元M1和第二补偿单元M2。所述第一补偿单元M1设置在第十传输电极S10与第三控制电极C3之间,用于补偿第五晶体管T5关闭时第十传输电极S10与第三控制电极C3之间的电压。所述第二补偿单元M2设置在第十二传输电极S12与第四控制电极C4之间,用于补偿第六晶体管T6关闭时第十二传输电极S12与第四控制电极C4之间的电压。
优选地,所述第一补偿单元M1包括第七晶体管T7。所述第七晶体管T7包括第七控制电极C7、第十三传输电极S13、和第十四传输电极S14。其中,第七控制电极C7用于响应一扫描信号而控制第十三传输电极S13和第十四传输电极S14是否导通。第十三传输电极S13连接第十传输电极S10。第十四传输电极S14连接第三控制电极C3。第十三传输电极S13和第十四传输电极S14短接。
所述第二补偿单元M2包括第八晶体管T8。所述第八晶体管T8包括第八控制电极C8、第十五传输电极S15、和第十六传输电极S16。其中,第八控制电极C8用于响应一扫描信号而控制第十五传输电极S15和第十六传输电极S16是否导通。第十五传输电极S15连接第十二传输电极S12。第十六传输电极S16连接第四控制电极C4。第十五传输电极S15和第十六传输电极S16短接。
第七晶体管T7用于和第五晶体管T5交替导通,导通的第七晶体管T7在第五晶体管T5截止时补偿第三控制电极C3与第十传输电极S10之间的电压;第八晶体管T8用于和第六晶体管T6交替导通,导通的第八晶体管T8在第六晶体管T6截止时补偿第四控制电极C4与第十二传输电极S12之间的电压。
需要说明的是,此处描述第七晶体管T7与第八晶体管T8导通与否,是指第七控制电极C7与第八控制电极C8分别响应扫描信号而对应分别控制第七晶体管T7与第八晶体管T8导通,而非第七晶体管T7的第十三传输电极S13和第十四传输电极S14短接而在第十三传输电极S13和第十四传输电极S14之间导通、非第八晶体管T8的第十五传输电极S15和第十六传输电极S16短接而在第十五传输电极S15和第十六传输电极S16之间导通。
可变更地,在其它实施方式中,所述第一补偿单元M1与第二补偿单元M2可被省略。另外,所述第一补偿单元M1与第二补偿单元M2并非限定分别包括第七晶体管T7与第八晶体管T8,也可包括其它合适类型的开关元件。
为了避免漏电流,对于传感电路15中的部分或全部晶体管,以第一晶体管T1为例,可进一步包括与各晶体管相串联的晶体管,如图6所示。
所述传感电路15中的第一至第八晶体管T1~T8采用薄膜晶体管、双极性三极管、 和金属氧化物半导体场效应管中的任意一种、或任意几种的组合。
所述薄膜晶体管包括N型薄膜晶体管、P型薄膜晶体管中的任意一种、或二种的组合。
所述薄膜晶体管包括非晶硅薄膜晶体管、低温多晶硅薄膜晶体管、高温多晶硅薄膜晶体管、金属氧化物薄膜晶体管中的任意一种、或任意几种的组合。
当传感电路15中的一晶体管采用薄膜晶体管时,所述薄膜晶体管的栅极用作控制电极,源极与漏极分别用作传输电极;当传感电路15中的一晶体管采用双极性三极管时,所述双极性三极管的基极用作控制电极,集电极与发射极分别用作传输电极;当传感电路15中的一晶体管采用金属氧化物半导体场效应管时,所述金属氧化物半导体场效应管的栅极用作控制电极,源极与漏极分别用作传输电极。
请再一并参阅图2和图3,所述电容式传感器13进一步包括多个扫描线群组G1、多个信号线群组G2、和多条参考信号线R。其中,所述扫描线群组G1用于传输扫描线信号给所述多个传感单元131。所述信号线群组G2用于在所述多个传感单元131与所述控制电路11之间传输电流信号。所述多条参考信号线R用于传输第一参考信号和第二参考信号给所述多个传感单元131。
一信号线群组G2连接至少二传感单元131。一扫描线群组G1连接至少二传感单元131。优选地,在本实施方式中,每一信号线群组G2连接一列传感单元131。不同列传感单元131连接不同信号线群组G2。相邻二列传感单元131之间设置一信号线群组G2。
所述信号线群组G2包括第一信号线G21、第二信号线G22、和第三信号线G23。对于每一信号线群组G2:所述第一信号线G21、第二信号线G22、和第三信号线G23沿列方向延伸,且所述第一信号线G21、第二信号线G22、和第三信号线G23沿行方向依次排布。进一步地,同一列的传感单元131的第一晶体管T1的第一传输电极S1连接同一第一信号线G21。同一列的传感单元131的第三晶体管T3的第六传输电极S6连接同一第二信号线G22。同一列的传感单元131的第四晶体管的第八传输电极S8连接同一第三信号线G23。所述第一信号线G21进一步用于与电流源111连接,传输所述第一恒定直流信号。所述第二信号线G22与所述第三信号线G23进一步用于与一处理电路113连接。所述第二信号线G22与所述第三信号G23在所述传感单元131与所述处理电路113之间并行传输电流信号。当有手指接近或触摸感测电极14而引起参考信号的变化时,所述第二信号线G22与所述第三信号G23在所述传感单元131与所述处理电路113之间并行传输第二交流信号;当未有手指接近或触摸感测电极14时,所述第二信号线G22与所述第三信号G23在所述传感单元131与所述处理电路113之间并行传输第二恒定直流信号。
所述扫描线群组G1包括第一扫描线G11、第二扫描线G12、第三扫描线G13、和第四扫描线G14。第一扫描线G11与第二扫描线G12绝缘交叉排布。在本实施方式中,所述第二扫描线G12、第三扫描线G13、和第四扫描线G14均沿行方向延伸,所述第一扫描线G11沿列方向延伸。具体地,同一列的传感单元131的第一晶体管T1的第一控制电极C1连接同一第一扫描线G11。同一行的传感单元131的第二晶体管T2的第二控制电极C2连接同一第二扫描线G12。同一行的传感单元131的第五晶体管T5的第五控制电极C5连接同一第三扫描线G13。同一行的传感单元131的第七晶体管T7的第七控制电极C7连接同一第四扫描线G14。同一行的传感单元131的第八晶体管T8的第八控制电极C8连接同一第四扫描线G14。
优选地,同一行的传感单元131的第五晶体管T5的第五控制电极C5与第六晶体管T6的第六控制电极C6短接并连接至同一第三扫描线G13。同一行的传感单元131的第七晶体管T7的第七控制电极C7与第八晶体管T8的第八控制电极C8短接并连接至同一第四扫描线G14。
所述第一扫描线G11、第二扫描线G12、第三扫描线G13、和第四扫描线G14进一步与一扫描驱动电路115连接,接收来自所述扫描驱动电路115的扫描信号。
可变更地,在其它实施方式中,同一行的传感单元131的第一晶体管T1的第一控制电极C1连接第二扫描线G12,同一列的传感单元131的第二晶体管T2的第二控制电极C2连接第一扫描线G11。又或者,第一扫描线G11与第二扫描线G12的位置互换,同一行的传感单元131的第一晶体管T1的第一控制电极C1连接第一扫描线G11,同一列的传感单元131的第二晶体管T2的第二控制电极C2连接第二扫描线G12。
由于第一扫描线G11与第二扫描线G12绝缘交叉设置,因此,根据第一扫描线G11与第二扫描线G12的位置关系,所述控制电路11即可获知各传感单元131的位置。另外,通过设置二级开关,所述控制电路11也有利于对所述多个传感单元131进行分块扫描。
所述多条参考信号线R沿行方向延伸。所述第九传输电极S9连接一参考信号线R。所述第十传输电极S10连接一参考信号线R。优选地,同一行传感单元131的第九传输电极S9与第十传输电极S10相短接并连接至同一参考信号线R,相应地,第三控制电极C3接收的第一参考信号与第四控制电极C4接收的第二参考信号相同。相对地,当同一行传感单元131的第九传输电极S9与第十传输电极S10连接不同参考信号线R时,第三控制电极C3接收的第一参考信号与第四控制电极C4接收的第二参考信号可选择略微不同,但二者仍视为相同。所述多条参考信号线R进一步用于与一参考信号产生电路117连接,接收来自所述参考信号产生电路117的第一参 考信号与第二参考信号。
在本实施方式中,同一行的传感单元131连接一扫描线群组G1中的第二扫描线G12、第三扫描线G13、和第四扫描线G14、以及参考信号线R。相邻二行传感单元131之间设置一扫描线群组G1中的第二扫描线G12、第三扫描线G13、和第四扫描线G14、以及参考信号线R。
请参阅图7,图7为手指F触摸图1所示电容式传感器13的示意图。请同时一并参阅图1与图2,所述感测电极14设置在比所述传感电路15更接近手指F的位置。在本实施方式中,所述传感电路15设置在所述感测电极14与所述基板130之间,且所述传感电路15的结构中设置接触孔(见下述),所述感测电极15通过所述接触孔与所述第三控制电极C3连接。优选地,所述感测电极14与接地线133相配合基本完全覆盖传感电路15、扫描线群组G1、参考信号线R、以及信号线群组G2,从而避免当目标物体触摸传感电路15、扫描线群组G1、参考信号线R、或信号线群组G2时而引起对感测信号的干扰。另外,所述各传感单元131的感测电极14优选为同层共面。
请参阅图8至图11,图8至图11中主要示出电容式传感器13的一传感单元131的第三晶体管T3与感测电极14的剖面结构示意图。其中,图8示出的第三晶体管T3为低温多晶硅薄膜晶体管。所述低温多晶硅薄膜晶体管为单顶栅薄膜晶体管。所述传感电路15包括在基板130上形成第一绝缘层141,形成在第一绝缘层141上的有源沟道142和143、源极144、和漏极145,形成在有源沟道142和143、源极144、和漏极145上的第二绝缘层146,形成在第二绝缘层146上的栅极147,形成在栅极147上的第三绝缘层148,贯穿第三绝缘层148直至栅极147上方的接触孔(未标示),和形成在所述第三绝缘层148上方的感测电极14。所述感测电极14通过所述接触孔与所述栅极147连接。其中,第三晶体管T3包括有源沟道142和143、源极144、漏极145、第二绝缘层146、和栅极147。
图9示出的第三晶体管T3为底栅型薄膜晶体管。所述传感电路15包括在基板130上形成第一绝缘层141,形成在第一绝缘层141上的栅极147以及与栅极147连接的一引线L,形成在栅极147和第一绝缘层141上的第二绝缘层146,形成在第二绝缘层146上的有源层149,形成在有源层149两侧的源极144和漏极145,和形成在源极144、漏极145以及第二绝缘层146上的第三绝缘层148,贯穿第三绝缘层148和第二绝缘层146的接触孔,和形成在第三绝缘层148上方的感测电极14。其中,所述引线L从栅极147的一侧延伸至所述接触孔的位置,所述感测电极14通过所述接触孔连接所述栅极147。所述第三晶体管T3包括栅极147、第二绝缘层146、有源层149、源极144、和漏极145。所述有源层149如为硅岛层或金属氧化物层(IGZO)。 所述引线L与所述栅极147的材料相同,其与所述栅极147为一体结构。
图10示出的第三晶体管T3为倒置的底栅薄膜晶体管。第三晶体管T3的栅极进一步用作感测电极14。只要将图9所示的结构倒置,在基板130上与设置传感单元131的一侧相对的另一侧上形成屏蔽层40,来覆盖除栅极23之外的区域,且无需在第二绝缘层146与第三绝缘层148上形成接触孔,无需形成引线L即可。可变更地,除了在基板130上与设置传感单元131的一侧相对的另一侧上形成屏蔽层40,来覆盖除栅极23之外的区域的方式,也可选择将栅极23的周围边缘延伸来覆盖传感电路15。可见,当所述感测电极14与所述第三控制电极C3为同一电极时,所述第三控制电极C3相较于第五传输电极S5与第六传输电极S6邻近所述基板130设置。
图11示出的第三晶体管T3为双顶栅低温多晶硅薄膜晶体管。与图8所示的传感单元131类似,在第三晶体管T3的一栅极147上的绝缘层148上形成接触孔,来使得感测电极14与栅极147连接即可。此处,对于第三晶体管T3的结构不再赘述。
由上述内容可知,所述电容式传感器13响应感测电极14因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化而对应产生差分电流信号,并提供差分电流信号给控制电路11,因此,本发明的电容式传感器13输出的感测信号较强且稳定性较高。
可变更地,在其它实施方式中,在第六传输电极S6与第八传输电极S8上分别串联一电阻,并在差分对管D与各电阻之间分别引出两条信号线,从而对应采集差分电压信号作为感测信号也是可以的。
请再参阅图1至图3,对电容式传感装置1的电路结构进行说明如下。
优选地,所述控制电路11包括一接地端110、所述电流源111、所述处理电路113、所述扫描驱动电路115、所述参考信号产生电路117、和时序控制电路119。所述时序控制电路119至少与所述扫描驱动电路115连接,用于控制所述扫描驱动电路115输出各扫描信号的时序。
在本实施方式中,所述接地端110用于连接所述电子设备的调制地NGND,接收所述调制信号。所述接地端110和接地线133传输所述调制信号,从而,相较于所述调制信号处于接地信号,当所述调制信号处于驱动信号时,所述控制电路11传输给电容式传感器13的信号的驱动强度变高,对于电容式传感装置1为指纹传感装置时,进而能够较易感测到指纹图像。
然,在其它实施方式中,所述接地端110和所述接地线133均用于连接所述电子设备的设备地,接收来自设备地的接地信号,所述接地信号为恒定电压信号。相应地,所述第一参考信号与所述第二参考信号为恒定电压信号。
所述电流源111与第一信号线G21连接,用于提供所述第一恒定直流信号。
所述参考信号产生电路117与所述多条参考信号线R连接,用于提供所述第一 参考信号与所述第二参考信号。
所述扫描驱动电路115与所述各扫描线群组G1连接,用于提供扫描信号给各条第一扫描线G11、各条第二扫描线G12、各条第三扫描线G13、和各条第四扫描线G14。
所述处理电路113与第二信号线G22和第三信号线G23并行连接,用于接收来自所述多个传感单元131所输出的感测信号,对所述感测信号进行转换以及放大处理之后,再根据处理后的感测信号计算目标物体的相关感测太阳城集团。
具体地,当感测信号为第二交流信号、且为电流信号时,所述处理电路113转换第二交流信号为相应的交流电压信号,并对转换后的交流电压信号进行放大,根据放大的交流电压信号计算目标物体的相关感测太阳城集团;或者,所述处理电路113对接收到的第二交流信号进行放大,并转换放大后的第二交流信号为相应的交流电压信号,根据放大的交流电压信号计算目标物体的相关感测太阳城集团。所述处理电路113进一步对经转换和放大后的交流电压信号进行减法运算,并根据运算后得到的信号获知目标物体的相关感测太阳城集团。
由于对于像指纹传感装置而言,所述传感单元131较多,一次扫描一行传感单元131需要较多的处理电路113和电流源111,因此,对于如指纹传感装置类型的电容式传感装置1而言,发明人发现采用分时复用处理电路电路113和电流源111的方式会比较好,相应地,所述控制电路11进一步包括第三开关单元K3(见图2),所述第三开关设置于电流源111、处理电路113和所述多个传感单元131之间,用于切换所述处理电路113、电流源111和传感单元131之间的连接。如此,采用二级开关、并结合第一扫描线G11、第二扫描线G12与传感单元21之间的连接以及设置关系,会有利于所述控制电路11对所述电容式传感器13进行分块扫描。相应地,如,无需对应每一列传感单元131设置一电流源111,通过第三开关单元K3的控制切换,同一行的传感单元131分时复用所述电流源111。类似地,对于处理电路113也同样适用。其中,第三开关单元K3包括多个控制开关K31。所述第三开关单元K3与时序控制电路119连接,时序控制电路119用于控制第三开关单元K3中的多个控制开关K31的关闭与否。然,在其它实施方式中,所述控制电路11可进一步包括一控制单元来代替时序控制电路119控制第三开关单元K3工作。
当然,如果处理电路113和电流源111较多,或者,传感单元131的数量较少,无需对每一行的传感单元131分至少两次扫描的时候,所述第一开关单元K1包括一晶体管、所述扫描线群组G1包括第一扫描线G11与第二扫描线G12中之一者即可。
请一并参阅图12,图12为图2所示的电容式传感装置1的工作时序图。为了清楚区分各信号,图12中对各信号均做了相应标示,如电流源111提供的第一恒定直 流信号采用I1标示,第二信号线G22与第三信号线G23输出的电流信号分别采用I2与I3进行标示等等。需要再次说明的是,在其它实施方式中,所述电容式传感装置1在工作的过程中,所述接地线133、所述接地端110可以一直连接设备地,然,在本实施方式中,优选地,所述接地线133接收调制信号M,第一参考信号R1与第二参考信号R2为经调制信号M调制的信号,从而,所述第一参考信号R1与所述第二参考信号R2随所述调制信号M的升高而升高、随所述调制信号M的降低而降低。由于所述调制信号M包括高于接地信号G的驱动信号W,因此,所述感测电极14加载的参考信号(即,第一参考信号R1)在所述调制信号M处于驱动信号W时被相对抬高,从而提高了驱动能力,进而,当所述电容式装置1例如为指纹传感装置时,其被设置在电子设备的保护盖板(coverlens)下面的时候,也可以较易感测到用户的指纹图像。
然,本发明并非限定接地线133、接地端110接收调制信号M,可变更地,在其它实施方式中,电容式传感器13和控制电路11均包括如电源端,所述电源端与所述接地线133(接地端110)之间的电压差为电容式传感器13(控制电路11)的供电电源,所述电源端用于接收调制信号M。另外,所述调制信号M也并非限定包括接地信号G与驱动信号W,在其它实施方式中,所述调制信号M也可包括负电压与正电压构成的方波信号,或者是接地信号与负电压构成的方波信号,或者是多个电压构成的阶梯方波信号等等,优选地,当控制电路15预采用正电平驱动感测电极14时,优选调制信号M的驱动信号W为正电平,相对地,当控制电路15预采用负电平驱动感测电极14时,优选调制信号M的驱动信号W为负电平。另外,调制信号M除了采用方波信号之外也可采用正弦波等其它合适波形信号。
由于图2所示的传感单元131的数量较少,为了体现分块扫描,请一并参阅图13,图13为图1所示电容式传感器13的部分方框示意图。图13所示的多个传感单元131被分成了4个区域,分别为B1、B2、B3、和B4。所述控制电路11对所述4个区域B1、B2、B3、和B4依次进行扫描。然,本发明并不限于前述扫描方式,也可为其它扫描方式,如改变各区域B1、B2、B3、和B4的扫描顺序、对于扫描区域的划分也可多种多样等等。
另外,在下面的原理描述中,是以各区域B1、B2、B3、和B4的每一行传感单元131执行扫描的太阳城集团为T、所述太阳城集团T包括二充电时段t1和t3、以及二感测时段t2和t4为例进行说明。然,所述电容式传感装置1在实际工作的过程中,各区域B1、B2、B3、和B4的每一行传感单元131执行扫描的太阳城集团T包括多于二充电时段t1和t3的多个充电时段和多于二感测时段t2和t4的多个感测时段。
所述电容式传感装置1的工作原理如下:
在扫描太阳城集团T内,电流源111和处理电路113通过第三开关单元K3与区域B1中的传感单元131连接。电流源111提供第一恒定直流信号I1,大小为I。
在扫描太阳城集团T内,所述接地端110和接地线133接收调制信号M。优选地,所述调制信号M在感测时段t2和t4包括驱动信号W,在充电时段t1和t3均为接地信号G。
在扫描太阳城集团T内,所述参考信号产生电路117提供第一参考信号R1、第二参考信号R2分别给与第九传输电极S9连接的参考信号线R、和与第十一传输电极S11连接的参考信号线R。其中,第一参考信号R1、第二参考信号R2随调制信号M的变化而变化,被调制信号M调制。
在扫描太阳城集团T内,所述扫描驱动电路115提供第一扫描信号Y1的第一电平H1给与区域B1中第一行传感单元131相连接的第一扫描线G11和第二扫描线G12。其中,所述第一扫描信号Y1随调制信号M的变化而变化,被调制信号M调制。相应地,位于区域B1中第一行传感单元131的第一晶体管T1与第二晶体管T2被导通,所述传感单元131被激活。
在充电时段t1,所述扫描驱动电路115提供第二扫描信号Y2的第一电平H1给与区域B1中第一行传感单元131相连接的第三扫描线G13。同时,所述扫描驱动电路115提供第三扫描信号Y3的第二电平H2给与区域B1中第一行传感单元131相连接的第四扫描线G13。相应地,与第三扫描线G13相连接的区域B1中第一行传感单元131的第五晶体管T5、第六晶体管T6被导通,与第四扫描线G14相连接的区域B1中第一行传感单元131的第七晶体管T7、第八晶体管T8被截止,从而,第一参考信号R1通过导通的第五晶体管T5和截止的第七晶体管T7中相短接的第十三传输电极S13、第十四传输电极S14被传输至第三控制电极C3,对感测电极14和第三控制电极C3进行充电;第二参考信号R2通过导通的第六晶体管T6和截止的第八晶体管T8中相短接的第十五传输电极S15、第十六传输电极S16被传输至第四控制电极C4,对第四控制电极C4进行充电。设第六传输电极S6输出的信号为I2,第八传输电极S8输出的信号为I3,对应地,在此充电时段t1,所述信号I2与I3均为第二恒定直流信号,大小为I/2。
在感测时段t2,所述扫描驱动电路115提供第二扫描信号Y2的第二电平H2给与区域B1中第一行传感单元131相连接的第三扫描线G13。同时,所述扫描驱动电路115提供第三扫描信号Y3的第一电平H1给与区域B1中第一行传感单元131相连接的第四扫描线G13。相应地,与第三扫描线G13相连接的区域B1中第一行传感单元131的第五晶体管T5、第六晶体管T6被截止,与第四扫描线G14相连接的区域B1中第一行传感单元131的第七晶体管T7、第八晶体管T8被导通,从而,所述 感测电极14可以用于执行感测操作,另外,导通的第七晶体管T7对第十传输电极S10与第三控制电极C3之间的电压进行补偿,导通的第八晶体管T8对第十二传输电极S12与第四控制电极C4之间的电压进行补偿。
可以看出,在此感测时段t2,第一扫描信号Y1、第二扫描信号Y2、第三扫描信号Y3、第一参考信号R1、和第二参考信号R2均被调制信号M的驱动信号W抬高,且,第一参考信号R1相对调制信号M未发生改变。相应地,第六传输电极S6输出的信号I2与第八传输电极S8输出的信号I3保持不变。第二信号线G22与第三信号线G23对应传输第二恒定直流信号I2与I3给处理电路113。所述处理电路113根据所述第二恒定直流信号I2获知未有目标物体接近或触摸此感测电极14。
需要说明的是,如果未设置第七晶体管T7,当第五晶体管T5截止时,第十传输电极S10处的载流子(电子或空穴,根据第五晶体管T5的类型而定)会对第三控制电极C3的电压有影响,相对地,当设置第七晶体管T7时,导通的第七晶体管T7会在第五晶体管T5截止时吸收所述载流子或释放与所述载流子电性相反的载流子(具体根据第五晶体管T5的类型选择),从而保持第三控制电极C3处的电压相对调制信号M保持不变。类似地,设置第八晶体管T8,以保持第四控制电极C4处的电压相对调制信号M保持不变。
在充电时段t3,与充电时段t1的充电原理类似或相同,第一参考信号R1被再次提供给第三控制电极C3,对第三控制电极C3充电;第二参考信号R2被再次提供给第四控制电极C4,对第四控制电极C4充电。在此充电时段t3,所述信号I2与I3均为第二恒定直流信号,大小为I/2。
在感测时段t4,与感测时段t2的工作原理类似或相同,只不过,第一参考信号R1相对调制信号M发生改变,相应地,所述差分对管D对应于第六传输电极S6和第八传输电极S8形成二不同的第二交流信号(I/2)+i、(I/2)-i,并分别通过第二信号线G22和第三信号线G23并行传输给处理电路113。所述处理电路113根据所述第二交流信号(I/2)+i、(I/2)-i获知有目标物体接近或触摸此感测电极14。
如上所述,区域B1中的第一行传感单元131被扫描完成。接下来,可以采用逐行扫描或隔行扫描的方式对区域B1中的其它行的传感单元131进行如上类似扫描,从而完成对整个区域B1的扫描。类似地,依次完成对其它区域B2、B3、和B4的扫描,进而完成对整个电容式传感器13的扫描。太阳城集团对于区域B1中的其它行传感单元131、和其它区域B2、B3、和B4的传感单元131的具体扫描过程,此处不再赘述。
由于本发明电容式传感器13的传感单元131输出的差分电流信号,所述差分电流信号稳定,不易受电路中寄生电容(如控制电极C3与接地线133之间的寄生电容、 第二、第三信号线G22、G23与接地线133之间的寄生电容等)的影响,故,所述电容式传感器13输出的感测信号较强且稳定。相应地,所述电容式传感装置1的控制电路11接收的是来自电容式传感器13的感测信号为差分电流信号,因此,所述电容式传感装置1的感测精度可以得到提高,从而有利于提升用户体验。
在上面实施方式的工作原理中,以所述太阳城集团T包括二充电时段t1和t3、以及二感测时段t2和t4为例进行说明,然,可变更地,在其它实施方式中,所述太阳城集团T包括二放电时段t1和t3、以及二感测时段t2和t4,相应地,所述调制信号M的驱动信号为负电平,所述参考信号产生电路117提供给差分对管D的第一参考信号R1与第二参考信号R2对应为负电平,即,对感测电极14、第三控制电极C3、以及第四控制电极C4进行放电,此放电太阳城集团段即被定义为放电时段。
请参阅图14,图14为本发明电容式传感装置的第二实施方式的电路结构示意图。电容式传感装置2与电容式传感装置1的区别在于:第一,电容式传感装置2的电容式传感器23的传感单元231的结构略不同于电容式传感装置1的电容式传感器13的传感单元131的结构;第二,电容式传感装置2的控制电路21控制电容式传感器23执行感测的工作原理略不同于电容式传感装置1的控制电路11控制电容式传感器13执行感测的工作原理。下面对电容式传感装置2与电容式传感装置1相区别的结构以及工作原理进行相关说明,然,电容式传感装置2与电容式传感装置1的较相似或相同之处,此处不再赘述,对于本领域的技术人员,其根据前面对电容式传感装置1的结构与工作原理的描述,能够无需创造性劳动自然扩展到所述电容式传感装置2上。
请一并参阅图15与图16,图15为图14所示一列方向上相邻二传感单元231的电路结构示意图。图16为图14的电容式传感装置2的部分电路结构示意图。以下描述以二相邻传感单元231、且目标物体为手指F为例进行说明,其它传感单元231的结构与工作原理类似,不再赘述。所述传感电路25包括转换电路251。所述转换电路251用于响应感测电极24因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生第二交流信号。优选地,所述转换电路251转换感测电极24因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化量为第一交流信号,并叠加所述第一交流信号至一第二恒定直流信号上,对应产生所述第二交流信号。优选地,所述第一交流信号与第二交流信号均为电流信号。然,在其它实施方式中,所述第二交流信号也可为电压信号。
在本实施方式中,所述转换电路251包括第三晶体管N3。所述第三晶体管N3响应感测电极24因手指F的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生第二交流信号。优选地,所述第三晶体管N3对感测电极24因目标物体的接近或触摸所引 起的参考信号的变化量进行转换以及放大,对应产生所述第二交流信号。
所述第三晶体管N3用于与相邻传感单元231的第三晶体管N3组成差分对管(未标示)。例如,对于一传感单元231的第三晶体管N3:用于与行方向上相邻的传感单元231的第三晶体管N3形成差分对管;或/和,用于与列方向上相邻的传感单元231的第三晶体管N3形成差分对管。
优选地,所述各传感单元231的第三晶体管N3用于分时与行方向和列方向上不同位置的相邻传感单元231的第三晶体管N3分别组成差分对管。即,任意相邻的二传感单元231用于组成一传感单元组233(见图15)。在本实施方式中,同一列的传感单元231共用一电流源211,同一行中相邻的传感单元231的第三晶体管N3在需要组成差分对管时,共用一电流源211(见图14)。
在电容式传感器23执行感测时,与同一电流源211相电连接的二相邻且被激活的传感单元231中的第三晶体管N3形成差分对管,所述二相邻且被激活的传感单元231中的第三晶体管N3的第五传输电极P5电连接同一电流源211。由差分对管的元件性质,对于所述二相邻且被激活的传感单元231:不管是其中一个传感单元231还是两个传感单元231中的感测电极24被目标物体接近或触摸所引起参考信号的变化时,所述二传感单元231中的第三晶体管N3于第六传输电极P6上分别形成第二交流信号,且二第三晶体管N3分别形成的第二交流信号同幅同频反相,为差分信号,二者之和与所述电流源211提供的第一恒定直流信号相等。
优选地,所述各传感单元231的传感电路25进一步包括第一开关单元Q1。所述第一开关单元Q1连接于第五传输电极P5与所述电流源211之间,用于控制是否在所述第五传输电极P5与所述电流源211之间进行电流传输。
所述第一开关单元Q1包括第一晶体管N1。所述第一晶体管N1包括第一控制电极V1、第一传输电极P1、和第二传输电极P2。所述第一控制电极V1用于响应一扫描信号对应控制第一传输电极P1与第二传输电极P2之间是否导通。第一传输电极P1用于连接所述电流源211。第二传输电极P2用于连接所述第五传输电极P5。
优选地,所述第一开关单元Q1进一步包括第二晶体管N2。所述第二晶体管N2包括第二控制电极V2、第三传输电极P3、和第四传输电极P4。所述第二控制电极V2用于响应一扫描信号对应控制第三传输电极P3与第四传输电极P4之间是否导通。第三传输电极P3用于连接第二传输电极P2。
更优选地,所述传感电路25进一步包括第二开关单元Q2。所述第二开关单元Q2用于控制是否传输第一参考信号给第三控制电极V3。第三晶体管N3与感测电极24相关联,因此,第二开关单元Q2对应控制是否传输参考信号给所述感测电极24。
在本实施方式中,所述第三控制电极V3与所述感测电极24为二电极,所述第 三控制电极V3直接连接所述感测电极24。在其它实施方式中,所述第三控制电极V3也可通过限流元件连接连接所述感测电极24,所述限流元件包括电阻,起到防ESD的作用。另外,所述第三控制电极V3与所述感测电极24也可为同一电极。
优选地,所述第二开关单元Q2包括第五晶体管N5。所述第五晶体管N5包括第五控制电极V5、第九传输电极P9、和第十传输电极P10。其中,第五控制电极V5用于响应一扫描信号而对应控制第九传输电极P9与第十传输电极P10是否导通。第九传输电极P9用于接收第一参考信号。第十传输电极P10连接第三控制电极V3。
更优选地,所述传感电路25进一步包括第一补偿单元U1。所述第一补偿单元U1设置在第十传输电极P10与第三控制电极V3之间,用于补偿第五晶体管N5关闭时第十传输电极P10与第三控制电极V3之间的电压。
优选地,所述第一补偿单元U1包括第七晶体管N7。所述第七晶体管N7包括第七控制电极V7、第十三传输电极P13、和第十四传输电极P14。其中,第七控制电极V7用于响应一扫描信号而控制第十三传输电极P13和第十四传输电极P14是否导通。第十三传输电极P13连接第十传输电极P10。第十四传输电极P14连接第三控制电极V3。第十三传输电极P13和第十四传输电极P14短接。
第七晶体管N7用于和第五晶体管N5交替导通,导通的第七晶体管N7在第五晶体管N5截止时补偿第三控制电极V3与第十传输电极P10之间的电压。
请再参阅图15与图16,所述电容式传感器23进一步包括多个扫描线群组G3、多个信号线群组G4、和多条参考信号线X。其中,所述扫描线群组G3用于传输扫描线信号给所述多个传感单元231。所述信号线群组G4用于在所述多个传感单元231与所述控制电路21之间传输电流信号。所述多条参考信号线X用于传输第一参考信号给所述多个传感单元231。
所述扫描线群组G3包括第一扫描线G31、第二扫描线G32、第三扫描线G33、和第四扫描线G34。所述信号线群组G4包括第一信号线G41、第二信号线G42、和第三信号线G43。
对于位于同一列的二相邻传感单元231:一传感单元231中的第三晶体管N3的第六传输电极P6用于与第二信号线G42连接,另一传感单元231中的第三晶体管N3的第六传输电极P6用于与第三信号线G43连接;所述二相邻传感单元231的第三晶体管N3的第五传输电极P5通过同一第一信号线G41相连接。
对于每一信号线群组G4:所述第一信号线G41、第二信号线G42、和第三信号线G43沿列方向延伸,且所述第一信号线G41、第二信号线G42、和第三信号线G43沿行方向依次排布。
在本实施方式中,奇数行的传感单元231均连接第二信号线G42,偶数行的传 感单元231均连接第三信号线G43。可变更地,在其它实施方式中,奇数行的传感单元231均连接第三信号线G43,偶数行的传感单元231均连接第二信号线G42。
第一扫描线G31与第二扫描线G32绝缘交叉排列。
优选地,同一列的第一晶体管N3的控制电极V3连接至同一第一扫描线G31。同一行的第二晶体管N2的第二控制电极V2连接到同一第二扫描线G32。同一行的第五晶体管N5的第五控制电极V5连接到同一第三扫描线G33。同一行的第七晶体管N7的第七控制电极V7连接到同一第四扫描线G34。同一行的第五晶体管N5的第九传输电极P9连接到同一参考信号线X。
由于电容式传感器23的多个传感单元231响应感测电极24因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化,而对应产生第二交流信号给控制电路21,因此,电容式传感器23输出的感测信号较强且稳定性较高。
所述电容式传感装置2的工作原理如下。
在本实施方式中,优选地,所述电容式传感装置2采用分块扫描的方式工作。然,在其它实施方式中,也可无需分块扫描,而是每一次完整扫描一行,通过多次扫描,完成对整个电容式传感器23的所有传感单元231的扫描。
请一并参阅图17,图17为电容式传感器23的方框结构示意图。与图13类似,图14所示的多个传感单元231被分成了4个区域,分别为J1、J2、J3、和J4。所述扫描区块J1中的多个传感单元231按行列排列的方式被分别标示为a11~a55,扫描区块J2中与传感单元a55相邻的传感单元被标示为a56,扫描区块J3中与传感单元a55相邻的传感单元被标示为a65。此处,主要以对扫描区块J1内的传感单元231的扫描方式为例进行说明,其它扫描区块J2、J3、和J4内的传感单元231的扫描方式类似,此处不再赘述。另外,扫描驱动电路215驱动第一开关单元Q1与第二开关单元Q2交替导通的工作原理,传感电路25在充电时段提供第一参考信号给第三控制电极V3进行充电,在感测时段停止提供第一参考信号给第三控制电极V3,感测电极24对应在感测时段执行感测的工作原理均与电容式传感装置1的工作原理类似,此处也不再赘述。下面主要对电容式传感装置2与电容式传感装置1的工作原理不同之处进行说明。
首先,需要说明的是,例如,对于电容式传感装置2为指纹传感装置而言,一般地,相邻的指纹脊与指纹谷之间通常设置多个传感单元231。
其次,由于电容式传感装置1的传感单元131均各自包括一差分对管D,因此,所述传感单元131感测得到的第二交流信号为绝对值,控制电路11通过对各个传感单元131输出的感测信号进行比较,则可对应获得指纹图像太阳城集团。相对地,由于电容式传感装置2的相邻传感单元231的第三晶体管N3用于组成一差分对管,因此, 每一传感单元231感测得到的第二交流信号并非为如上述所述的绝对值。
为了获得指纹图像太阳城集团,优选地,需要每一传感单元231的第三晶体管N3与其行方向和列方向均相邻的传感单元231的第三晶体管N3分别形成差分对管,从而,获得多组感测数值,再对获得的相邻感测数值做减法运算得到多组感测差值,所述控制电路21通过对所述多组感测差值进行比较,则可对应获得指纹图像太阳城集团。
所述控制电路21对所述扫描区块J1中的多个传感单元231的扫描过程如下:
首先,所述控制电路21先单独对第一行的传感单元231进行第一次扫描,此时,传感单元a11中的第三晶体管N3与传感单元a12中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元a13中的第三晶体管N3与传感单元a14中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y1、Y2。
所述控制电路21再单独对第一行的传感单元231进行第二次扫描,此时,传感单元a12中的第三晶体管N3与传感单元a13中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元a14中的第三晶体管N3与传感单元a15中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y3、Y4。
控制电路21对获得的感测信号Y1、Y3、Y2、Y4依次做减法运算,分别获得感测差值△Y1、△Y2、△Y3。
接下来,控制电路21同时对第一行和第二行的传感单元231进行扫描,同一列相邻的二传感单元231,如a11与a21,的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y5、Y6、Y7、Y8、Y9(未标示)。
控制电路21对获得的感测信号Y5、Y6、Y7、Y8、Y9依次做减法运算,分别获得感测差值△Y4、△Y5、△Y6、△Y7(未标示)。
再接下来,控制电路21单独对第二行的传感单元231进行第一次扫描,其中,传感单元a21中的第三晶体管N3与传感单元a22中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元a23中的第三晶体管N3与传感单元a24中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y10、Y11(未标示)。
所述控制电路21再单独对第二行的传感单元231进行第二次扫描,其中,传感单元a22中的第三晶体管N3与传感单元a23中的第三晶体管N3组成差分对管,传感单元a24中的第三晶体管N3与传感单元a25中的第三晶体管N3组成差分对管,所述控制电路21分别获得感测信号Y12、Y13(未标示)。
控制电路21对获得的感测信号Y10、Y12、Y11、Y13依次做减法运算,分别获得感测差值△Y8、△Y9、△Y10(未标示)。
接下来,控制电路21同时对第二行和第三行的传感单元231进行扫描。
按照如上扫描方式,对扫描区块内J1的其它行的传感单元231进行扫描,类似 地,对其它扫描区块J2、J3、J4的传感单元231进行扫描,从而完成对所有传感单元231的扫描,获得多组感测差值△Y1、△Y2,…,所述控制电路21比较获得的多组感测差值来获知指纹图像太阳城集团。
需要说明的是,为了感测更精准,对于扫描区块J1边缘的传感单元231的:还需要与其它相邻扫描区域J2、J3的传感单元231的第三晶体管N3组成差分对管,获得感测信号。例如,以传感单元a55为例:传感单元a55中的第三晶体管N3与传感单元a56与a65中的传感单元a55再分别组成差分对管。
上面对控制电路21控制传感单元231执行扫描操作做了一般性的说明,然,本发明电容式传感装置2的扫描方式并不限于以上所述,对于本领域的技术人员而言,其在不付出创造性劳动的基础上,根据本发明上述说明内容所做出的其它变更实施方式均应落入本发明的保护范围。
由于本发明电容式传感器23的传感单元231输出的电流信号,所述电流信号稳定,不易受电路中寄生电容(如控制电极C3与接地线133之间的寄生电容、第二、第三信号线G22、G23与接地线133之间的寄生电容等)的影响,故,所述电容式传感器23输出的感测信号较强且稳定。相应地,所述电容式传感装置2的控制电路21接收的是来自电容式传感器23的感测信号为电流信号,因此,所述电容式传感装置2的感测精度可以得到提高,从而有利于提升用户体验。
请参阅图18,图18为本发明电容式传感装置的其它变更实施方式的示意图。在图18中,仅示出一传感单元的电路图。其中,传感单元331包括感测电极34和与感测电极连接的传感电路35。所述传感电路35用于转换感测电极34因目标物体的接近或触摸所引起参考信号的变化量为相应的电流信号,并通过输出端A1输出给信号线(图未示),所述信号线传输电流信号给控制电路(图未示),所述控制电路根据所述电流信号获知相应的感测太阳城集团。可见,传感单元331输出的感测信号为电流信号,此感测信号为一绝对值。
具体地,所述传感电路包括转换电路351和开关单元353。所述转换电路351包括运算放大器36、晶体管37、和电阻R。感测电极34连接运算放大器36的同相端,所述运算放大器36的反相端用于通过电阻R连接至地。开关单元353包括晶体管38和晶体管39,二者形成二级开关,其各自的控制端E1、E2用于响应扫描信号而对应控制晶体管38、39是否导通。其中,晶体管37与晶体管38连接。所述传感电路35产生的感测信号通过开关单元353输出到输出端A1。
需要再说明的是,本发明上述的各种实施方式的电容式传感装置优选采用自电容方式执行感测操作,然,本发明并非以此为限,对于上述的各种实施方式的电容式传感装置也可采用互电容方式执行感测操作。对于采用互电容方式执行感测操作 时,所述各种实施方式的电容式传感装置进一步包括驱动电极,如环绕所述电容式传感器的驱动环,所述驱动电极用于接收驱动信号,所述感测电极用于输出感测信号。当目标物体触摸电容式传感装置时,可以触摸到驱动电极,从而将驱动信号传输给目标物体,进而作用于与目标物体形成电容耦合的感测电极,从而形成互电容感测。太阳城集团电容式传感装置的其它元件的工作原理与上述所述工作原理类似,此处不再赘述。
电容式传感装置-芯片组
(一)电容式传感装置
目前,现有的电容式传感装置,如指纹传感装置,一般是基于硅晶圆上制作CMOS集成电路。然,由于电容式传感器的面积一般占到整个电容式传感装置的面积的约80%,因此,电容式传感装置所需消耗的硅晶圆的材料较多,导致制造成本较高,另外,电容式传感器的面积较大,也会受到硅晶圆制造厂的产能限制,从而影响电容式传感装置的产能。
尤其地,对于指纹传感装置,其相比其它类传感装置(如触控传感装置)而言,面积相对较大,约为30~50平方毫米,因此,单颗指纹传感装置使用的硅晶圆材料相对较多,从而提高了制造成本。
正由于存在如上所述的技术问题,本发明对应提出了一种电容式传感器,是采用于绝缘基板上形成包括有薄膜晶体管(TFT)的集成电路的工艺来制作,相对地,所述控制电路集成为一控制芯片,所述控制芯片是采用于硅晶圆上形成包括有互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管的集成电路的工艺来制作,因此,电容式传感器与控制电路二者分开制作,形成两颗芯片,相应地,包括所述两颗芯片的电容式传感装置为一芯片组(Chipset)。其中,所述绝缘基板如为玻璃基板、塑料基板、陶瓷基板等。
此处发明思想适用上述提及的电容式传感装置1与电容式传感装置2。下面以电容式传感装置1为例进行说明,当然,下面所述的技术方案同样适用电容式传感装置2,然,相关内容不再赘述。
相应地,电容式传感器13的第一至第八晶体管T1~T8均为薄膜晶体管,且优选低温多晶硅薄膜晶体管,然,非晶硅薄膜晶体管、金属氧化物(如:IGZO)薄膜晶体管、石墨烯薄膜晶体管均是适用的。在本实施方式中,所述绝缘基板采用玻璃基板,即,基板130为玻璃基板。所述控制电路11集成为控制芯片15(见图20),所述控制芯片15优选通过玻璃上芯片(COG)的方式压合在所述绝缘基板上。
可变更地,在其它实施方式中,若采用塑料基板时,电容式传感器13对应可采用卷对卷(rolltoroll)工艺制作形成。进一步地,在其它实施方式中,所述控制芯片15通过一中间连接件(图未示)与所述电容式传感器13连接,所述中间连接件如为软 性电路板;或者,所述控制芯片15与所述电容式传感器13形成在基板130的相对二侧;或者,所述控制电路11集成到电子设备的其它芯片中,如电源管理芯片或显示驱动芯片。
请参阅图19,图19为在一片玻璃基板上形成多个电容式传感装置1的示意图。所述玻璃基板17的厚度为0.4mm,面积为4cm×4cm。将所述玻璃基板17划分为16个大小相等的区域,即,每个区域面积约为50平方毫米。基于TFT制造工艺,在每个区域上形成电容式传感器13的集成电路中的薄膜晶体管。所述电容式传感器13的集成电路包括多个传感单元131、以及扫描线群组G1、信号线群组G2、参考信号线R、和接地线133(请一并参阅图1与图2)。所述控制芯片15的集成电路包括互补金属氧化物半导体晶体管、或/和电阻、或/和电容等电子元件。然后,将集成有控制电路11的控制芯片15采用COG的方式压合在玻璃基板17上,并与所述多个传感单元131连接。其中,所述控制芯片15与所述多个传感单元131位于玻璃基板17的同侧。
切割所述玻璃基板17成16小片,从而,形成16个电容式传感装置1。被切割的每一小片玻璃基板即为电容式传感器13的基板130。类似地,所述玻璃基板17的面积也可为40cm×40cm,对应可以形成1600个电容式传感装置1。需要说明的是,在将控制芯片15压合在玻璃基板17之后,切割玻璃基板17成16小片之前,优选地,将载有所述控制芯片15以及电容式传感器13的集成电路的玻璃基板17放置在一注塑模具中,将环氧树脂类材料注塑入模具腔体内,对所述控制芯片15以及电容式传感器13的集成电路进行封装。
由于电容式传感器13采用在绝缘基板上形成包括薄膜晶体管的集成电路工艺制作而成,绝缘基板较硅基板的价格便宜,且绝缘基板较硅基板不易受8寸的限制,因此,包括所述电容式传感器13的电容式传感装置1的制造成本较低,且控制芯片15的产能也可以得到相应提高。
优选地,在玻璃基板17上进一步形成导电层,所述导电层与所述多个传感单元131位于所述玻璃基板17的相对二侧。在切割所述玻璃基板17之后,每一电容式传感装置1的电容式传感器13进一步包括导电层135(见下面图20),所述导电层135为形成在玻璃基板17上的导电层的一部分。
所述导电层135用于与所述接地线133传输相同的信号。优选地,所述导电层135用于连接所述电子设备的调制地NGND,传输调制信号,从而,相较于所述调制信号处于接地信号,当所述调制信号处于驱动信号时,所述控制电路11传输给电容式传感器13的信号的驱动强度变高,对于电容式传感装置1为指纹传感装置时,进而能够较易感测到指纹图像。另外,所述导电层135也可在一定程度上起到屏蔽的 作用。
可变更地,在其它实施方式中,所述接地线133、所述导电层135、和所述接地端110均用于连接所述电子设备的设备地,接收来自设备地的接地信号,所述接地信号为恒定电压信号。
请参阅图20,图20为图19所示的一电容式传感装置1的侧视示意图。所述基板130包括相对的第一面A与第二面B。所述多个传感单元131设置在所述第一面A上。所述基板130的第一面A上设置一绑定区137(BondingArea)。所述导电层135设置在所述第二面B。
所述控制芯片15设置在所述绑定区137。优选地,所述控制芯片15压合(bonding)在所述绑定区137,并与所述电容式传感器13连接。所述电容式传感器13延伸出多条导线(图未示),通过所述多条导线与所述控制芯片15连接。所述多条导线如为前述的第一、第二、第三信号线G21、G22、G23、参考信号线R、第一、第二、第三、第四扫描线G11、G12、G13、G14等。
在本实施方式中,所述电容式传感器13与所述控制芯片15均为裸芯片。所述电容式传感器13与所述控制芯片15通过注塑封装工艺封装于一体,从而节省制造成本。然,可变更地,在其它实施方式中,所述电容式传感器13和/或所述控制芯片15为封装过的芯片,而非裸芯片。需要说明的是,为了裸芯片能方便地电气连接,在其铝电极上要预先形成高约15微米的金凸点(Aubump)。
可以理解地,所述导电层135包括至少一金属层或金属网格层。在其它实施方式中,所述导电层135采用透明导电材料制成,其中,透明导电材料如为ITO、IZO材料,通过ITO靶材溅射在所述基板130的第二面B上,制成ITO导电膜层。为了防止ITO薄膜在生产过程脆裂而脱落,可以进一步地在所述ITO导电薄膜形成一保护层(图中未示)。
请参阅图21和图22,图21和图22为电容式传感装置1的其它变更实施方式的侧视图。其中,图21、图22与图20的主要区别在于:所述绑定区137设置在基板130的第二面B上。在所述基板130上形成多个过孔139,所述多条导线138穿过所述过孔139从第一面A延伸至第二面B上的绑定区137。图22与图21的主要区别在于:所述多条导线138绕所述基板130的一侧边沿从第一面A延伸至第二面B上的绑定区137。
(二)芯片组
基于上述电容式传感装置的技术思想,其它合适类型的芯片也可采用上述技术思想形成芯片组,而并非限制于电容式传感装置。相应地,本发明提供了一种新型芯片组的结构,说明如下。
请参阅图23,图23为本发明芯片组的一较佳实施方式的示意图。所述芯片组8包括第一芯片81和第二芯片83。所述第一芯片81包括绝缘基板811和设置在所述绝缘基板811上的第一集成电路813。所述第二芯片83包括半导体基板831和设置在所述半导体基板831上的第二集成电路833。
所述绝缘基板811为玻璃基板、塑料基板、和陶瓷基板中的任意一种;所述半导体基板831包括硅基板。
所述第一芯片81与第二芯片83相关联。所述第二芯片83设置在所述第一芯片81的绝缘基板811上,并与所述第一芯片81的第一集成电路813相连接。优选地,所述第二芯片83压合在所述绝缘基板811上,并与所述第一集成电路813均位于所述绝缘基板811的同侧。例如,当绝缘基板811为玻璃基板时,所述第二芯片83通过玻璃上芯片(COG)的方式压合在所述玻璃基板上。
所述第一集成电路813包括一个或多个晶体管,所述一个或多个晶体管均为薄膜晶体管。即,所述第一芯片81采用于绝缘基板811上形成包括薄膜晶体管的集成电路。
所述第二集成电路833包括一个或多个互补金属氧化物半导体晶体管。即,所述第二芯片83采用于半导体基板831上形成包括互补金属氧化物半导体晶体管的集成电路。
由于芯片组8包括第一芯片81与第二芯片83,第一芯片81采用绝缘基板811上形成包括薄膜晶体管的集成电路,因此,所述芯片组81的成本较低,同时也能提高第二芯片83的制造产能。
进一步地,在本实施方式中,所述第一芯片81用于输出差分信号给所述第二芯片81。优选地,所述差分信号为差分电流信号。可变更地,所述第一芯片81用于输出电流信号给所述第二芯片81。然,本发明并非限定所述第一芯片81传输差分信号或电流信号给第二芯片81,可变更地,在其它实施方式中,所述第一芯片81也可以传输非差分电压信号等信号给第二芯片83。
所述第一芯片81如为传感器,所述第二芯片83如为控制芯片,所述第二芯片83用于控制第一芯片81执行相应的感测功能。所述第一芯片81用于响应目标物体的接近或触摸而对应输出相应的感测信号给所述第二芯片83,所述第二芯片83进一步根据所述感测信号获知相应的感测太阳城集团。优选地,所述感测信号为电流信号。更优选地,所述感测信号为差分电流信号。所述感测太阳城集团为目标物体的预定生物太阳城集团。
基于与上述电容式传感装置1相同或相似的理由,所述芯片组8的成本较低。另外,所述芯片组8的第二芯片接收的是电流信号或差分信号,因此所述芯片组8的所提供的太阳城集团较准。
电容式感测系统的电路结构
请参阅图24,图24为本发明电容式感测系统的第一实施方式的结构示意图。所述电容式感测系统3包括电容式传感装置30和电源管理芯片35。所述电源管理芯片35连接于所述电容式传感装置30与一主控芯片(Host)9之间,用于为所述电容式传感装置30供电,以及在所述主控芯片5与所述电容式传感装置30之间建立太阳城集团通信。所述主控芯片5如为电子设备的CPU,所述主控芯片5用于根据所述电容式感测系统3所感测的太阳城集团对应控制电子设备执行相应的功能,如解屏、支付等等。
在本实施方式中,所述电容式传感装置30为一芯片组,包括电容式传感器31与控制芯片33。所述控制芯片33用于控制所述电容式传感器31执行感测操作。其中,所述电容式传感器31也为一芯片。
优选地,所述电容式传感装置30如为前述所述各实施方式的电容式传感装置1、2等,所述电容式传感装置1、2的控制电路11、21分别集成在控制芯片中,例如,所述控制芯片33为前述控制芯片15。然,所述电容式传感装置30也可为其它合适类型的电容式传感装置。
所述电源管理芯片35用于为所述电容式传感器31提供第一电源电压,为所述控制芯片33提供第二电源电压,其中,第一电源电压不同于第二电源电压。
由于电容式传感装置30的电容式传感器31与控制芯片33为两颗芯片,相应地,电源管理芯片35可提供不同的电源电压给所述电容式传感器31和控制芯片33,从而能够提高产品设计的灵活性。
优选地,所述第一电源电压高于第二电源电压。
当所述第一电源电压高于第二电源电压时,电容式传感器31的信噪比(SNR)变高,从而有利于提供较强的感测信号给控制芯片33,提高感测精度。另外,电容式传感器31较控制芯片33的面积大,因此,通过提高给电容式传感器31的电源电压,从而可以采用与控制芯片33不同的制造工艺制造电容式传感器31,降低电容式传感器31的生产成本。如,电容式传感器31与控制芯片33均可以采用硅晶圆衬底上形成集成电路的工艺来制作,然,控制芯片33采用较电容式传感器31较高级的工艺来制作,如,控制芯片33中的集成电路的最小特征线宽为0.13nm(纳米),相对地,电容式传感器31中的集成电路的最小特征线宽为0.35nm。
优选地,所述电容式传感器31是采用于绝缘基板上形成包括有薄膜晶体管的集成电路的工艺制成,所述控制芯片33是采用于半导体基板上形成包括有互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管的集成电路的工艺制成。进一步地,所述薄膜晶体管优选为低温多晶硅薄膜晶体管。所述控制芯片33优选通过玻璃上芯片(COG)的方式压合在电容式传感器31的绝缘基板上。所述电容式传感器31的绝缘基板如为玻璃基板、 塑料基板、或陶瓷基板等。所述半导体基板如为硅基板等。
具体地,所述电容式传感器31包括第一电源输入端311和接地端312。所述控制芯片33包括第二电源输入端331和接地端333。所述电源管理芯片35包括第一电源输出端351、第二电源输出端353、调制端355、和接地端357。其中,所述第一电源输出端351与第一电源输入端311连接,所述第二电源输出端353与所述第一电源输入端311连接。所述调制端355与所述接地端312和接地端333分别连接。所述接地端357用于连接电子设备的设备地GND,接收接地信号。所述接地端357通过一调制电路359与所述调制端355连接。所述调制端355如用作电子设备的调制地NGND或者与调制地NGND连接。
所述电源管理芯片35通过第一电源输出端351输出第一电源电压给所述第一电源输入端311,以及通过第二电源输出端353输出第二电源电压给所述第二电源输入端331。所述调制电路359接收接地端357的接地信号以及一驱动信号,对应产生所述调制信号。所述调制信号包括接地信号和驱动信号,驱动信号高于接地信号。优选地,所述调制信号如为接地信号与驱动信号交替出现的周期性方波信号。所述驱动信号如为电源管理芯片35内部产生或外部电路提供。所述调制电路359如包括控制单元和二晶体管,所述控制单元分别控制所述二晶体管交替输出接地信号与驱动信号来形成所述调制信号。
所述电源管理芯片35通过所述调制端355输出调制信号给所述接地端312和接地端333,其中,所述第一电源输入端311接收到的第一电源电压随所述调制信号的变化而变化,所述第二电源输入端331接收到的第二电源电压随所述调制信号的变化而变化。
优选地,所述第一电源电压和第二电源电压均随所述调制信号的升高而升高、随所述调制信号的降低而降低。
所述第一电源电压经所述调制信号调制后成为一第三电源电压,所述第二电源电压经所述调制信号调制后成为一第四电源电压。
对应地,所述电容式传感器31中的集成电路的各点电压(如前面所述的感测电极14、24所加载的参考信号)均随调制信号的变化而变化,从而,相较于所述调制信号处于接地信号,当所述调制信号处于驱动信号时,电容式传感器31中的集成电路的各点电压对应变高。类似地,所述控制芯片33中的集成电路的各点电压均随调制信号的变化而变化,从而,在调制信号处于驱动信号时,控制芯片33中的集成电路的各点电压对应变高。
优选地,所述电容式感测系统3进一步包括第一保护电路37和第二保护电路38。其中,所述第一保护电路37设置在所述第一电源输出端351和第一电源输入端311 之间,所述第一保护电路37用于在第三电源电压高于第一电源输出端351处的第一电源电压时,断开第一电源输出端351与第一电源输入端311之间的连接。所述第二保护电路38设置在所述第二电源输出端353和第二电源输入端331之间,所述第二保护电路38用于在第四电源电压高于第二电源输出端353处的第二电源电压时,断开第二电源输出端353与第二电源输入端331之间的连接。
在本实施方式中,所述第一保护电路37包括第一二极管D1,所述第一二极管D1串联于所述第一电源输出端351与第一电源输入端311之间。所述第二保护电路38包括第二二极管D2,所述第二二极管D2串联于所述第二电源输出端353与所述第二电源输入端331之间。
所述电容式感测系统3进一步包括第一电容C11、第二电容C12、第三电容C13、第四电容C14。其中,所述第一二极管D1的阳极通过第一电容C11连接电源管理芯片35的接地端357,第一二极管D1的阴极通过第二电容C12连接调制端355。所述第二二极管D2的阳极通过第三电容C13连接电源管理芯片35的接地端357,第二二极管D2的阴极通过第四电容C14连接调制端355。
所述电容式感测系统3进一步包括闪存单元39,所述闪存单元39用于存储程序。在本实施方式中,所述闪存单元39内置在所述控制芯片33中。然,可变更地,在其它实施方式中,所述闪存单元39为一独立的芯片,与所述控制芯片33连接,或者,与所述电源管理芯片35连接。
太阳城集团上述电容式传感器31与控制芯片33各自的结构、以及二者之间的相互作用关系,在此不再赘述。如前所述,优选采用前面各实施方式所述的电容式传感器13、23和控制电路11、21。
优选地,所述电容式感测系统3为电容式指纹感测系统。
由上述内容可知,所述电容式感测系统3的电容式传感装置30包括二芯片,从而使得所述电容式感测系统3设计更加灵活。另外,通过控制给各芯片的电压不同,从而一方面提高电容式感测系统3的感测精度,另一方面可以降低电容式感测系统3的制造成本。
请参阅图25,图25为本发明电容式感测系统的第二实施方式的结构示意图。所述电容式感测系统4与电容式感测系统3的结构基本相同,二者主要区别在于:所述电容式感测系统4的第一保护电路47不同于电容式感测系统3的第一保护电路37;所述容式感测系统7的第二保护电路48不同于电容式感测系统3的第二保护电路38。
具体地,所述第一保护电路47包括第九晶体管T9和第一控制单元470。所述第九晶体管T9包第九控制电极C9、第十七传输电极S17、和第十八传输电极S18;所 述第九控制电极C9连接所述第一控制单元470,第十七传输电极S17连接第一电源输出端451,第十八传输电极S18连接第一电源输入端411;在第三电源电压高于第一电源输出端451处的第一电源电压时,所述第一控制单元470控制第九晶体管T9截止。
所述第二保护电路48包括第十晶体管T10和第二控制单元480。所述第十晶体管T10包第十控制电极C10、第十九传输电极S19、和第二十传输电极S20;所述第十控制电极C10连接所述第二控制单元480,第十九传输电极S19连接第二电源输出端453,第二十传输电极S20连接第二电源输入端431;在第四电源电压高于第二电源输出端453处的第二电源电压时,所述第二控制单元480控制第十晶体管T10截止。
在本实施方式中,所述第一控制单元470与所述第二控制单元480为二控制单元。可变更地,在其它实施方式中,二者为同一控制单元。
进一步地,上述给芯片组供电的技术思想也同样适用上述芯片组8。各芯片的电路结构与供电原理类推,此处不再赘述。
电容式传感装置的封装结构
请参阅图26,图26为本发明电容式传感装置的封装结构第一实施方式的示意图。所述电容式传感装置的封装结构5包括电容式传感装置和封装体51。所述封装体51用于封装电容式传感装置。所述封装体51的材料如为环氧树脂类材料或者陶瓷材料。
优选地,所述电容式传感装置如为前述所述各实施方式的电容式传感装置1、2、30等。然,所述电容式传感装置也可为其它合适类型的电容式传感装置。
在本实施方式中,以图20所示的电容式传感装置1为例进行说明。所述封装体51覆盖所述基板130的第一表面A上的电容式传感器13和控制芯片15。其中,所述封装体51的高度略高于控制芯片15的高度,与控制芯片15的高度基本平齐。另外,所述封装体51的表面平整。
所述封装体51有两个作用:第一,将控制芯片15和电容式传感器13的集成电路与外界隔离;第二,由于电容式传感器13与控制芯片15厚度不一致,所述封装体51起到平坦化的作用。
请参阅图27与图28,图27与图28为本发明电容式传感装置的封装结构其它实施方式的示意图。图27与图26的主要区别在于:所述封装体53的高度高于所述封装体51的高度。图28与图27的主要区别在于:所述封装体55封装所述电容式传感装置1于其内,换句话说,所述电容式传感装置1包裹于所述封装体55中。
电容式感测模组的组装结构
请参阅图29,图29为本发明电容式感测模组的一较佳实施方式的示意图。所述电容式感测模组6包括电容式传感装置的封装结构5、盖板61、颜色层63、粘着层64、和柔性线路板67。所述颜色层63设置在盖板61下方,并通过粘着层64与电容式传感装置的封装结构5连接。所述柔性线路板67与所述电容式传感装置的封装结构5连接,例如,用于传输前述的电源管理芯片35的信号给电容式传感装置,以及传输电容式传感装置的信号给电源管理芯片35。其中,盖板61选用玻璃、蓝宝石或陶瓷玻璃中任意一种材料制成。优选地,所述颜色层63与电子设备的外观颜色相同。
可变更地,在其它实施方式中,也可以采用镀膜(Coating)的方式在电容式传感装置的封装结构5上形成硬化层(hardcoating)。所述硬化层的颜色与电子设备的外观颜色相同。相应地,上述盖板61、颜色层63、粘着层64可被省略。
优选地,电容式感测模组6还包括一导电元件69,对于所述导电元件69:
用作驱动元件,与感测电极14(24)形成互电容,传输驱动信号;或者
与电容式传感装置的接地端150连接,传输调制信号;或者
与电子设备的设备地连接,传输接地信号。
当然,采用上述镀膜方式形成的电容式感测模组也优选包括所述导电元件69。
当所述电容式感测模组6为电子设备的实体按钮的一部分时,所述导电元件69例如为基环,所述基环设置在所述电容式感测模组6的外围边缘。当用户手指触摸所述电容式感测模组6时,其可以触摸到所述基环。
当所述电容式感测模组6为电子设备的虚拟按钮的一部分时,所述盖板61则为电子设备的保护盖板(Coverlens),即,所述电容式感测模组6与电子设备共用保护盖板。相对地,采用上述镀膜方式形成的电容式感测模组设置在保护盖板下方即可。对于在所述保护盖板下方设置电容式感测模组6,所述导电元件69的设置方式见图30与图31。
请参阅图30与图31,图31为本发明在电子设备的保护盖板下方设置电容式感测模组的示意图。图31是图30沿r-r’方向的部分剖面示意图。以下以所述电容式感测模组6为例进行说明,类似地,下述技术方案也同样适用上述镀膜方式形成的电容式感测模组。所述电子设备100包括保护盖板101,所述电容式感测模组6的电容式传感装置的封装结构5设置在保护盖板101下方。定义保护盖板101正对电容式传感装置的封装结构5的区域为虚拟按键区域103。所述导电元件69邻近虚拟按键区域103设置,其从所述电子设备的一侧边缘延伸出来并延伸至保护盖板101上方边缘,靠近虚拟按键区域103,从而,当手指触摸虚拟按键区域103时,可以同时触摸到所述导电元件69。
可变更地,在其它实施方式中,也可采用导电元件69围绕所述保护盖板101边 缘设置一圈,或者是围绕保护盖板101下面的侧边设置,需要说明的是,此处的围绕包括覆盖保护盖板101的上面边缘和侧面边缘;或者,在保护盖板101的虚拟按键区域103附近设置镂空结构,所述导电元件69从所述镂空结构中曝露出,当手指触摸虚拟按键区域103时,可以同时触摸到所述导电元件69。
在上面的各实施方式中,所述电容式感测模组6设置在电子设备100的正面。然,在其它实施方式中,所述电容式感测模组6也可设置在电子设备100的背面或者侧面。当电容式感测模组6设置在电子设备100的背面或者侧面时,若侧面与背面的实体部分为金属时,可省略导电元件69。
请参阅图32,图32为电子设备100的显示装置的TFT阵列基板的示意图。所述TFT阵列基板70包括绝缘基板701、显示元件703、显示驱动芯片705、和电容式传感装置。所述显示驱动芯片705用于驱动显示元件703显示画面,二者设置在绝缘基板701的同侧。所述电容式传感装置如为前述在玻璃基板上采用TFT工艺所形成。在此,所述电容式传感装置与显示装置的TFT阵列基板70一同形成,二者共用绝缘基板701。
所述显示元件703包括开关晶体管711和与开关晶体管711连接的显示电极713。其中,所述开关晶体管711为薄膜晶体管。在形成开关晶体管711的同时,形成电容式传感装置的传感单元中的晶体管;在形成显示电极713的同时,形成电容式传感装置的传感单元中的感测电极。相应地,所述感测电极与所述显示电极433材料相同。此处,所述感测电极与所述显示电极433由透明导电材料制成。
所述显示装置如为LCD显示装置或者OLED显示装置,以及其它合适类型的显示装置。优选地,所述显示装置为OLED显示装置。
电子设备的结构
请参阅图33,图33为本发明电子设备的一较佳实施方式的示意图。所述电子设备200如为移动电话、平板电脑、电视、遥控装置、智能门锁、穿戴式设备、智能钱包等各种智能设备。所述电子设备200包括传感装置201。所述传感装置201如为前述各实施方式所述的电容式传感装置1、2、30等;或者,所述传感装置201如为前述的电容式传感装置的封装结构5;或者,所述传感装置201如为前述各实施方式所述的电容式感测系统3、4;或者,所述传感装置201如为前述各实施方式所述的电容式感测模组6等。
由于所述电子设备200包括所述传感装置201,所述传感装置201的感测精度较高,相应地,所述电子设备200的用户体验较好。
尽管是参考各实施例来描述本发明公开,但是可以理解,这些实施例是说明性的,并且本发明的范围不仅限于它们。许多变化、修改、添加、以及改进都是可能 的。更一般而言,根据本发明公开的各实施例是在特定实施例的上下文中描述的。功能可以在本发明公开的各实施例中在过程中以不同的方式分离或组合,或利用不同的术语来描述。这些及其他变化、修改、添加、以及改进可以在如随后的权利要求书所定义的本发明公开的范围内。

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