CN108701226B - 指纹传感器和终端设备 - Google Patents

Abstract

一种指纹传感器和终端设备，该指纹传感器包括多个积分电路(110)和负反馈电路(120)；该负反馈电路(120)连接到该多个积分电路(110)，用于分别在该多个积分电路(110)处于复位阶段时，将每个积分电路(110)的输入共模电压固定为复位偏置电压；每个积分电路(110)分别对应于一个指纹电容，该积分电路(110)用于在处于积分阶段时对其对应的指纹电容的电荷进行积分处理，并输出与该指纹电容相关的输出电压。本申请的指纹传感器和终端设备，能够在不增加主控RAM资源的基础上提高指纹图像的SNR。

Description

指纹传感器和终端设备

技术领域

本申请涉及指纹检测领域，并且更具体地，涉及一种指纹传感器和终端设备。

背景技术

在电容式指纹电路方案中，根据打码的方式可以分为两大类，互容打码和自容打码。互容打码具有对寄生、失调的依赖程度低，通过改变打码电压能有效提高信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)等特点。但是互容打码有个劣势，由于需要额外的打码电路，而且在打码过程中大量的能量耗散在手指上，因此互容打码方案的成本、功耗相对要高许多。

自容打码为了获得较好的性能，需要克服寄生和失调的影响。现有的一种做法，就是在主控随机存取存储器(random access memory，RAM)中预存一帧未有手指接触的图像，然后再获取一帧有手指接触的图像，最后将两帧图像相减获得消除寄生、失调影响的指纹图像。但是这样做有个坏处，由于指纹图像的像素多达1万个甚至更高。假设像素有1万个，且每个像素的量化数据占据2个字节，那么两张图片至少需要320kb的RAM，这消耗了主控相当大的资源。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提出了一种指纹传感器和终端设备，能够在不增加主控RAM的基础上提高指纹图像的信噪比。

第一方面，提供了一种指纹传感器，该指纹传感器包括多个积分电路和负反馈电路；该负反馈电路连接到该多个积分电路，用于分别在该多个积分电路处于复位阶段时，将每个积分电路的输入共模电压固定为复位偏置电压；每个积分电路分别对应于一个指纹电容，该积分电路用于在处于积分阶段时对其对应的指纹电容的电荷进行积分处理，并输出与该指纹电容相关的输出电压。

通过在积分电路复位阶段引入负反馈电路，使得多个积分电路中的输入共模电压能够固定为复位偏置电压，有利于降低指纹传感器中积分电路的失调电压，能够在不增加主控RAM开销的基础上提高指纹图像的SNR。

可选地，该指纹传感器为自容式指纹传感器。

可选地，该多个积分电路的排布方式可以是M*N的排布，也可以是其他排布方式。

在一种可能的设计中，该负反馈电路包括运算放大器，该运算放大器用于在该积分电路处于复位阶段时，与该积分电路构成负反馈环路。

可选地，该负反馈电路也可以是一个电阻，与积分电路构成一个负反馈环路。

使用运算放大器作为负反馈电路，能够更好地稳定积分电路的输入共模电压。

在一种可能的设计中，该指纹传感器还包括参考电路，该参考电路与该运算放大器相连，用于为该运算放大器提供该复位偏置电压。

可选地，该运算放大器也可以接固定电压作为参考电压。

引入参考电路为运算放大器提供偏置电压，能够在期望输入共模电压有变化时，不需要改变电路结构，只需要调整参考电路中的可调电阻即可，简单灵活。

在一种可能的设计中，该负反馈电路包括失调校正单元，该积分电路的复位阶段包括第一阶段和第二阶段，该失调校正单元用于在该积分电路处于该第一阶段时获取该运算放大器输入两端的失调电压，该失调电压用于在该第二阶段对该积分电路进行失调校正，以使得该积分电路的输入共模电压固定为该复位偏置电压。

通过引入失调校正单元来降低运算放大器输入两端的失调电压所带来的影响，能够更好地提高指纹传感器的性能。

在一种可能的设计中，该失调校正单元包括调零电容，在第一阶段调零电容上的电压为失调电压。

使用调零电容来获取运算放大器两端的失调电压，简单容易实现。

在一种可能的设计中，该调零电容一端在该积分电路处于该第一阶段时与该运算放大器的同相输入端相连，同时与该积分电路的输出端相连，并在该积分电路处于该第二阶段时断开与该积分电路的输出端的连接；该调零电容的另一端在该积分电路处于该第一阶段时与该运算放大器的反相输入端相连，而在该第一积分电路处于该第二阶段时与该积分电路的输出端连接，并断开与该运算放大器的反相输入端的连接。

在一种可能的设计中，该负反馈电路还包括第一开关、第二开关和第三开关，该调零电容的一端连接到该运算放大器的同相输入端，并通过该第一开关与该积分电路的输出端相连；该调零电容的另一端通过该第二开关与该积分电路的输出端相连，并通过该第三开关与该运算放大器的反相输入端相连，该运算放大器的输出端与该积分电路的反馈端相连。

在一种可能的实现方式中，在该积分电路处于该第一阶段时，该第一开关和该第三开关闭合，而该第二开关断开；在该积分电路处于该第二阶段时，该第一开关和该第三开关断开，而该第二开关闭合。

在一种可能的设计中，该积分电路包括放大电路，该放大电路包括输入端、反馈端和输出端，其中该输入端用于接收该输入共模电压，该反馈端连接到该负反馈电路，且该输出端用于提供该输出电压。

在一种可能的设计中，该放大电路包括第一金属氧化物半导体MOS管和第二MOS管，其中该第二MOS管连接到该负反馈电路，用于在该积分电路处于积分阶段时为该第一MOS管提供恒定电流。

在一种可能的设计中，该第一MOS管的栅极连接到该放大电路的输出端，其源极接地，且其漏极连接到该放大电路的输出端；该第二MOS管的栅极通过反馈开关连接到该放大电路的反馈端，其漏极连接到该第一MOS管的漏极，且其源极连接电源端，且该第二MOS管的栅极和源极之间具有栅极电容。

在一种可能的设计中，该反馈开关在该积分电路处于该积分阶段时断开，而在该积分电路处于该复位阶段时闭合。

在一种可能的实现方式中，该积分电路还包括复位开关和积分电容，该复位开关和积分电容相互并联，并连接在该第一MOS管的栅极和漏极之间。

在一种可能的实现方式中，该多个积分电路包括多行积分电路，且该负反馈电路对应于其中一行积分电路。

第二方面，提供了一种终端设备，该终端设备包括如第一方面或第一方面任一可选实现方式所述的指纹传感器。

基于上述技术方案，通过在积分复位阶段引入负反馈电路，可以将多个积分电路的失调电压减小，甚至是消除，进而可以在不占用主控RAM资源的基础上提高指纹图像的SNR。也即不需要通过获取两帧图像，并且对两帧图像进行相减来克服指纹传感器的失调。并且由于该负反馈电路只工作在积分电路的复位阶段，故基本上也不增加任何功耗。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

图1示出了本申请实施例的指纹传感器的示意性框图；

图2示出了本申请实施例的指纹传感器的电路示意图；

图3示出了本申请实施例的指纹传感器的工作时序图；

图4示出了本申请实施例的指纹传感器的另一电路示意图；

图5示出了本申请实施例的指纹传感器的再一电路示意图；

图6示出了本申请实施例的指纹传感器的再一电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

指纹传感器是实现指纹自动采集的关键器件。最早的指纹识别技术是以光学指纹传感器为基础的光学识别系统，该识别范围仅限于皮肤的表层，称为第一代指纹识别技术；而后发展的第二代指纹识别系统则采用了电容式指纹传感器技术，实现了识别范围从表皮到真皮的转换，从而大大提高了识别的准确率和系统的安全性。

电容式指纹传感器根据指纹的纹脊和纹谷与感应电极形成的电容值大小不同，来判断什么位置是纹脊什么位置是纹谷；其工作过程是通过对每个像素点上的电容感应电极预先充电到某一参考电压。当手指接触到半导体电容指纹传感器表面上时，手指指纹与像素阵列之间会形成一个电容阵列；其中，电容阵列的各个指纹电容的电容值会随着导体之间距离的增加而变小，因为纹脊是凸起的，而纹谷是凹下，根据电容值与距离的关系，会在纹脊和纹谷分别形成不同的电容值。然后，利用放电电流进行放电，通过读取充电和放电的电容差得到指纹图像。

简单来说，电容式指纹传感器包括许多像素(pixel)电路，每一个像素电路都会有一个像素电极(即感应极板)来跟手指表面的纹路来产生指纹电容，所有像素电极构成一个像素阵列(比如128*96或者96*96)。其中，指纹的纹脊和纹谷与像素电极之间距离不同因此形成的指纹电容的电容值是不同的，通过检测电容值便可以识别出像素电极所在位置是纹脊还是纹谷，根据各个像素电路的检测结果便可以得到指纹图像。

电容式指纹传感器根据其检测原理又可以分为自电容指纹传感器和互电容指纹传感器。

一般来说，自电容指纹传感器存在较大的寄生和失调问题，目前的自电容指纹传感器则是通过牺牲主控RAM的资源来克服失调所带来的影响，但增加主控RAM资源同样会带来一些别的影响，并且性能提高不够明显。有鉴于此，需要一种新的自容式指纹传感器来克服上述电路失调问题。

图1示出了本申请实施例提出的一种指纹传感器100的示意性框图。如图1所示，该指纹传感器100包括多个积分电路110和负反馈电路120；该负反馈电路连接到该多个积分电路，用于分别在该多个积分电路处于复位阶段时，将每个积分电路的输入共模电压固定为复位偏置电压；每个积分电路分别对应于一个指纹电容，该积分电路用于在处于积分阶段时对其对应的指纹电容的电荷进行积分处理，并输出与该指纹电容相关的输出电压。

应理解，指纹传感器100通常包括一个积分电路阵列，作为一种优选的实施例，该积分电路阵列可以是一个方形阵列，如M行N列；可替代地，该积分电路阵列也可以是采用其他排布方式，本申请实施例对积分电路阵列的排布方式不作限定。

还应理解，通常积分电路阵列的数据读出是以行为单位的，也就是每一次读取所述积分电路阵列的其中一行积分电路输出的图像数据。

可选地，在一种实施例中，可以为每一个积分电路分别配置一个负反馈电路，那么每一行的积分电路可以同时在复位阶段分别与各自的负反馈电路构成负反馈环路。优选地，在本实施例中，也可以为每一行的积分电路配置一个负反馈电路，即所述指纹传感器100配置有M个负反馈电路，其分别对应连接到M行积分电路；当要读取某一行积分电路的输出数据时，可以使得该行积分电路分别处于复位阶段，依次与该行积分电路相对应的负反馈电路构成负反馈环路。在其他替代实施例中，也可以为整个积分电路阵列配置一个负反馈电路，可以依次在每一个积分电路处于复位阶段时将该负反馈电路与各个积分电路构成负反馈环路。

在实际电路设计中，所述指纹传感器100的负反馈电路的数量，可以结合指纹传感器对成本和获取速度的要求来具体实现，如果该指纹传感器对时间要求比较高，但对成本要求不高，可以为积分电路阵列配置较多的负反馈电路；而如果该指纹传感器对成本要求较高，对获取速度要求不高，则可以为积分器配置较少的负反馈电路。本申请实施例对此不构成限定。

为了便于描述，首先引入本申请实施例的指纹传感器的一种电路结构。图2示出了本申请实施例的指纹传感器200的任一积分电路与负反馈电路的电路连接结构的示意性框图。如图2所示，所述积分电路的反馈端与所述负反馈电路连接，所述负反馈电路可以包括运算放大器214、调零电容213、第一开关216、第二开关217以及第三开关218。所述积分电路的输出端通过所述第二开关217与所述调零电容213的负电极板相连，并且，所述积分电路的输出端还通过所述第一开关216与所述调零电容213的正电极板以及所述运算放大器214的同相输入端相连；所述调零电容213的负电极板通过所述第三开关218与所述运算放大器214的反相输入端相连接。另一方面，所述运算放大器214的反相输入端还进一步连接到参考电路，用于接收所述参考电路提供的复位偏置电压。所述调零电容213可以作为失调校正单元，用于获取所述运算放大器214的失调电压，所述失调电压用于对所述积分电路进行失调校正。在图2所示的实施例中，所述参考电路可以包括金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor，MOS)管215，所述MOS管215可以具体为N型MOS晶体管，其源极接地，栅极连接到漏极；并且，所述MOS管215的漏极连接到恒流源，并与所述负反馈电路相连接，用于为所述负反馈电路提供所述复位偏置电压。

本领域技术人员理解，电容实际上是由两个金属层构成的，不一定区分正负电极板，因此，图2中描述的调零电容213的连接关系仅仅用来示意性说明，并不对此构成限定。

该积分电路包括放大电路、积分电容209和复位开关201，所述放大电路包括第一MOS管211和第二MOS管210；其中，所述第一MOS管211和所述第二MOS管210可以分别为N型MOS晶体管和P型MOS晶体管。在具体实施例中，所述放大电路可以包括输入端、反馈端和输出端，所述积分电容209和所述复位开关201相互并联，并且连接在所述放大电路的输入端和输出端之间。所述第一MOS管211的栅极连接到所述放大电路的输入端，用于接收输入电压Vn，所述第一MOS管211的源极接地，且其漏极可以连接到所述放大电路的输出端，用于提供输出电压Vout。所述第二MOS管210的栅极通过反馈开关202连接到所述放大器电路的反馈端，所述第二MOS管210的漏极连接到所述第一MOS管211的漏极(即连接到所述放大电路的输出端)，所述第二MOS管210的源极连接电源端，且所述第二MOS管210的栅极和源极之间具有栅极电容212。

请参阅图2，所述积分电路还包括指纹电容207、基底消除电容208以及开关203～207。

其中，所述指纹电容207具体为用户通过手指按压所述指纹传感器100时手指表面与感应极板形成的电容，需要注意的是，本申请提到的手指按压所述指纹传感器100可以具体是指手指按压在所述指纹传感器100上方的盖板，比如终端设备正面的保护盖板(即主玻璃盖板)或者指纹模组的陶瓷盖板、玻璃盖板、蓝宝石盖板或者涂覆层，作为一种替代的实施例，所述指纹传感器100也可以设置在显示屏幕(比如OLED显示屏)下方，此时上述盖板可以具体是指所述显示屏幕。

在具体实施例中，所述指纹传感器100可以具有感应阵列，所述感应阵列包括多个感应极板(即pixel电极)，每一个感应极板分别对应于一个积分电路。当手指按压所述指纹传感器100时，手指表面会与所述感应极板之间形成指纹电容207，也即是说，所述感应极板作为指纹电容207的其中一个极板，而手指表面作为指纹电容207的另一个极板，且手指跟感应极板之间的盖板以及其他材料层(比如所述指纹传感器100的塑封层)作为所述指纹电容207的介质层。由于手指表面具有高低不同的纹理，即指纹的纹脊和纹谷，因此当手指按压到所述指纹传感器100时，手指表面的纹脊和纹谷与感应极板的距离不同，导致不同区域的指纹电容207不同，因此通过检测所述指纹电容207的大小便可以获知相应位置对应于手指表面的纹脊还是纹谷，所述指纹传感器100通过检测各个指纹电容207便可以得到手指表面的指纹图像。

在图2所示的电路中，所述指纹电容207的正电极板指的是相应的感应极板，而所述指纹电容207的负电极板指的是手指表面，其可以相当于通过人体作接地处理。指纹电容207通过所述开关203与电源VDD相连，且通过所述开关204连接到所述放大电路的输入端。其中，所述开关203相当于所述指纹电容207的充电开关，其在闭合时可以对所述指纹电容207进行充电以使得所述指纹电容207在所述感应极板产生感应电荷，且感应电荷的电容量与所述指纹电容207的电容大小相关。所述开关204相当于所述指纹电容207的放电开关，其在闭合时可以将所述指纹电容207的电荷转移到所述积分电容201，从而得到所述输入电压Vn。因此，通过控制所述开关203和开关204进行周期性地交替开关，便可以对所述指纹电容207进行多次充电并将各次充电产生的电荷转移到所述积分电容201并进行积分处理，从而在所述放大电路的输出端得到输出电压Vout，所述输出电压Vout与所述指纹电容207相关，其可以用于计算所述积分电路的相关指纹电容207的电容值。

所述基底消除电容208可以具体是所述感应极板与所述指纹传感器100的内部其他线路层形成的寄生电容，在图2所示的电路中，所述基底消除电容208的正电极板和所述指纹电容207的正电极板可以共用所述感应极板，而所述基底消除电容208的负电极板分别通过开关205和开关206连接到电源电压VDD和参考电压Vdac。所述指纹传感器100通过所述开关205和开关206的断开和闭合来控制对所述基底消除电容208进行充放电处理，从而实现对所述指纹传感器100中各个指纹电容207进行基底信号消除处理。

如图2所述，所述开关203和所述开关205在第一开关控制信号ck1的控制下进行断开和闭合，而所述开关204和所述开关206在第二开关控制信号ck2的控制下进行断开和闭合。其中，所述第一开关控制信号ck1和所述第二控制信号ck2在所述指纹传感器100的积分电路处于复位阶段时均为低电平信号，因此在所述复位阶段，所述开关203～206均处于断开状态；而在所述积分电路处于积分阶段时二者为双相非交叠信号，即所述第一开关控制信号ck1和所述第二控制信号ck2在所述积分阶段相互反相，因此在所述积分阶段所述开关203和205与所述开关204和206相互交替导通。

另一方面，所述复位开关201和所述反馈开关202在第一复位控制信号rst的控制下进行断开和闭合，所述第一开关216和所述第三开关218在第二复位控制信号crst的控制下进行断开和闭合，而所述第二开关217在第三复位控制信号的控制下进行断开和闭合，其中所述第三复位控制信号与所述第一复位控制信号rst和所述第二复位控制信号crst相关，比如其具体可以为-crst&rst，如图2所示，换句话说，所述第二开关217的开关状态从原理上来讲也可以认为是受所述第一复位控制信号rst和所述第二复位控制信号crst的控制。所述指纹传感器100通过上述复位控制信号来控制所述复位开关201、所述反馈开关202、所述第一开关216、所述第二开关217和所述第三开关218按照预设时序进行断开和闭合，从而实现将所述积分电路的复位阶段分成第一阶段和第二阶段，其中所述第一阶段为失调电压获取阶段，所述第二阶段为实际复位阶段。

下面将结合图3中的时序图，来详细描述图2所示的电路的工作原理。如图3所示，所述积分电路的一个时序周期可以分为积分电路复位阶段和积分电路积分阶段，其中，所述积分电路复位阶段又可以分为第一阶段(失调电压获取阶段)和第二阶段(实际复位阶段)。

具体地，在复位阶段的第一阶段，即图3中的rst＝1，crst＝1，ck1＝0，ck2＝0，此时图2中所述积分开关201、所述反馈开关202、所述第一开关216和所述第三开关218闭合，而所述第二开关217断开，且所述运算放大器214上电。所述运算放大器214与所述放大电路的第一MOS管211和第二MOS管210形成负反馈回路，且所述参考电路提供的复位偏置电压通过所述第三开关218对所述调零电容213进行充电，所述第一阶段的等效电路图可以如图4所示。当第一阶段结束时，根据运算放大器两端虚短的原理，所述运算放大器214的同相输入端的电压Vf应该与反相输入端的电压Vr相等，而由于所述反相输入端通过所述第三开关218与所述调零电容213的负电极板相连，因此所述调零电容213的负电极板的电压Va等于所述反相输入端的电压Vr，那么所述运算放大器214两端的失调电压Vf-Vr可以由Vf-Va表示，也即所述调零电容213两端的电压便为该运算放大器214两端的失调电压。因此，可以通过所述调零电容213获得该运算放大器214的失调电压。

在复位阶段的第二阶段，即图3中的rst＝1，crst＝0，ck1＝0，ck2＝0，此时图2中所述复位开关201、所述反馈开关202和所述第二开关217闭合，所述第一开关216和所述第三开关218断开，此时所述运算放大器214、所述调零电容213与所述放大电路的第一MOS管211和第二MOS管210构成负反馈环路，所述第二阶段的等效电路图可以如图5所示。从上个阶段可以得到所述运算放大器214的失调电压Vf-Vr为所述调零电容213两端的电压，因此，在第二阶段，Va＝Vr＝Vout＝Vn，其中，Vout表示所述积分电路的输出电压，而Vn表示所述积分电路的输入共模电压，也即所述放大电路的输入电压。因此，对于每一个积分电路，在其复位阶段均可以与所述负反馈电路构成如图2所示的负反馈环路，从而将所述输入共模电压Vn固定到所述参考电路提供的复位偏置电压Vr，因此在所述积分电路在复位阶段中，所述放大电路的第一MOS管211和第二MOS管210的失调可以被消除。

在所述积分电路的积分阶段，即rst＝0，crst＝0，此时所述复位开关201、所述反馈开关202、所述第一开关216、所述第二开关217和所述第三开关218都断开，所述第二MOS管210的栅极电压可以由栅极电容212保持住，因此所述第二MOS管210可以相当于一个恒流源，为所述第一MOS管211提供负载。并且，在所述积分电路的积分阶段，图3中的第一开关控制信号ck1和第二开关信号ck2的交替开关。具体地，当ck1＝1、ck2＝0时，所述开关203和205闭合，而所述开关206和204断开，此时所述指纹电容207的正电极板和所述基底消除电容208的负电极板被充电至电源电压VDD。当ck1＝0，ck2＝1时，所述开关203和205断开，而所述开关206和204闭合，此时所述指纹电容207的正电极板接到连接到所述放大电路的输入端，因此所述指纹电容207的电荷被转移到所述积分电容209进行一次积分处理，从而形成所述放大电路的输入电压Vn(即所述积分电路的输入共模电压)，与此同时所述基底消除电容208的负电极板被充到参考电压Vdac，因此，可以得到每一个积分电路单次积分的输出电压增量为：

其中，Ci表示所述积分电容209的电容值，Cc表示所述基底消除电容208的电容值，Cf表示所述指纹电容207的电容值；VDD和Vdac分别表示所述积分电路接收到的电源电压和参考电压，Vr表示所述参考电路提供的复位偏置电压。Ci、Cc、VDD、Vdac以及Vr的值都是已知的，并且对于M*N的积分电路阵列来讲，每一个积分电路的Ci、Cc、VDD、Vdac以及Vr都是相同的，那么所述输出电压增量ΔVout就只与指纹电容Cf有关，只要测得所述输出电压增量ΔVout就可以计算出指纹电容Cf的电容值，并且进一步获取到指纹图像的数据。

进一步地，可以将该指纹传感器100的输出电压Vout输入到一个处理单元，该处理单元测量该输出电压Vout的电压值并计算出对应的指纹电容Cf的电容值。

图4和图5示出了本申请实施例的M*N积分电路阵列中的一个积分电路分别处于积分复位阶段的第一阶段和第二阶段下的等效电路图。具体地，如图4所示，在积分复位阶段的第一阶段，积分电路的复位开关201在所述第一复位控制信号rst的控制下闭合，因此所述积分电容209被所述复位开关201短路；而所述第一开关控制信号ck1和第二开关控制信号ck2均为低电平，因此所述开关203～206全部断开，所述指纹电容207和所述基底消除电容208不工作。所述运算放大器214与所述放大电路的第一MOS管211和第二MOS管210构成负反馈回路，根据前面的描述，所述运算放大器314的失调电压Vf-Vr为所述调零电容213两端的电压，即Vf-Vr＝Vf-Va。

如图5所示，在积分复位阶段的第二阶段，所述积分电路的复位开关201在所述第一复位控制信号rst的控制下维持闭合状态，因此所述积分电容209仍然被短路；所述开关203～206在所述第一开关控制信号ck1和第二开关控制信号ck2的控制下维持断开状态，因此所述指纹电容207和所述基底消除电容208仍然不工作。所述运算放大器214、所述调零电容213和所述放大电路的第一MOS管211和第二MOS管210构成负反馈回路，所述栅极电容212用来保持所述第二MOS管210在积分阶段时的栅极电压。所述积分电路的输出端与所述调零电容213的负电极板直接相连，且由于所述复位开关201闭合，所述积分电路的输出电压Vout与所述放大电路的共模输入电压Vn是相等的，从第一阶段可知所述调零电容213的负电极板电压Va等于所述运算放大器214的反相输入端的电压Vr，因此，可知Va＝Vf＝Vout＝Vn，由于所述运算放大器214的反相输入端的电压是所述参考电路提供的复位偏置电压Vr，是一个固定的值，因此，所述放大电路的共模输入电压Vn被固定为所述复位偏置电压Vr。对于所述指纹传感器100的每一个积分电路来讲，在处于复位阶段时，都与所述负反馈电路构成负反馈环路，从而对于积分电路阵列来说，通过引入负反馈电路，可以在积分复位阶段将每个积分电路的输入共模电压Vn都固定为复位偏置电压，从而有利于消除积分电路阵列的失调电压。

应理解，图2、图4和图5中是由参考电路为负反馈电路提供复位偏置电压的，因此，可以在参考电路设置可调电阻并通过调整所述可调电阻的大小，来获得期望的复位偏置电压，而不需要更换电路。可替代地，该负反馈电路也可以直接连接固定电压实现对运算放大器的失调电压的消除。

可选地，本申请实施例还可以使用其他负反馈电路来将每一个积分电路的输入共模电压Vn稳定到一个固定值，如图6所示，该负反馈电路可以包括一个电阻216，所述积分电路可以同图2一样，主要包括放大电路、积分电容209和复位开关201，所述放大电路具有第一MOS管211和第二MOS管210。所述积分电路还包括指纹电容207、基底消除电容208、积分电容209以及开关203～206，在积分电路处于复位阶段，即图6中的复位开关201关闭，积分电路的输出电压Vout与放大电路的输入共模电压Vn是相等的，因此，可以通过反馈电阻216来稳定积分电路的输出电压Vout，也即稳定放大电路的输入共模电压Vn。若接入每个积分电路中的反馈电阻值相同，同样地也有可能实现将积分电路阵列中的每一个积分电路的输入共模电压Vn固定到同一个值。应理解，与图2的工作原理类似，该负反馈电路只有在积分复位阶段工作，在处于积分阶段时，该负反馈电路与该积分电路可以断开连接。

通常，由于运算放大器本身的缺陷，也就是说运算放大器输入两端之间存在电压差，即失调电压，在使用运算放大器实现负反馈时的精度可能会不够高，因此本实施例采用特殊电路设计来消除该运算放大器两端的失调电压。例如，如图2、图3和图5所示，可以通过所述调零电容213来获取所述运算放大器214两端的失调电压，也就是说本申请实施例中的失调校正单元可以包括调零电容，但本申请实施例不限于此。还应理解，本申请实施例提供的上述任一种指纹传感器的电路结构仅仅用来示意性说明，本申请实施例包括但不限于此。

因此，本申请实施例的指纹传感器，通过在积分复位阶段引入负反馈电路，可以将N*M个积分电路的失调电压减小，甚至是消除，进而可以在不占用主控RAM资源的基础上提高指纹图像的SNR。也即不需要通过获取两帧图像，并且对两帧图像进行相减来克服自容式指纹传感器的失调。并且由于该负反馈电路只工作在积分电路的复位阶段，故基本上也不增加任何功耗。

本申请实施例还提供了一种终端设备，所述终端设备包括显示屏、后盖和本申请实施例提供的任一种指纹传感器。其中，所述显示屏可以为触控显示屏，其位于所述终端设备的正面，所述后盖位于所述终端设备的背面。所述指纹传感器可以设置在所述终端设备的正面或者背面。比如，所述显示屏包括保护盖板(即主玻璃盖板)，且所述保护盖板在邻近显示区域的位置开设有通孔，或者，所述后盖在预定区域可以开设有通孔。所述指纹传感器可以设置在所述保护盖板或者后盖开设的通孔且其表面可以设置有指纹按压盖板(比如玻璃盖板、陶瓷盖板、蓝宝石盖板等)或者形成有涂覆层。或者，所述指纹传感器可以隐藏在所述保护盖板或者所述后盖的下方(无需开设通孔)，且所述保护盖板或者所述后盖在所述指纹传感器所在区域进行减薄处理以使得此区域的保护盖板厚度小于其他区域的厚度，若将指纹传感器隐藏在所述后盖下方，优选地，所述后盖采用非金属材料，比如陶瓷后盖或者玻璃后盖，以免对指纹感应信号造成屏蔽或者干扰。在其他替代实施例中，所述指纹传感器直接设置在所述显示屏的下方从而形成屏下指纹结构。

因此，本申请实施例提供的终端设备，通过在指纹传感器的积分复位阶段引入一个负反馈电路，可以将N*M个积分电路的失调电压减小，甚至是消除，进而可以在不占用主控RAM资源的基础上提高指纹图像的SNR。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及电路，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的电路、支路和单元，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的支路是示意性的，例如，该单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到一个支路，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以该权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种指纹传感器，其特征在于，所述指纹传感器包括多个积分电路和负反馈电路；

所述负反馈电路连接到所述多个积分电路，用于分别在所述多个积分电路处于复位阶段时，将每个积分电路的输入共模电压固定为复位偏置电压；

每个积分电路分别对应于一个指纹电容，所述积分电路用于在处于积分阶段时对其对应的指纹电容的电荷进行积分处理，并输出与所述指纹电容相关的输出电压；

所述负反馈电路包括运算放大器和失调校正单元，所述运算放大器用于在所述积分电路处于复位阶段时，与所述积分电路构成负反馈环路，所述积分电路的复位阶段包括第一阶段和第二阶段，所述失调校正单元用于在所述积分电路处于所述第一阶段时获取所述运算放大器输入两端的失调电压，所述失调电压用于在所述第二阶段对所述积分电路进行失调校正，以使得所述积分电路的输入共模电压固定为所述复位偏置电压。

2.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述指纹传感器还包括参考电路，所述参考电路与所述运算放大器相连，用于为所述运算放大器提供所述复位偏置电压。

3.根据权利要求1所述的指纹传感器，其特征在于，所述失调校正单元包括调零电容。

4.根据权利要求3所述的指纹传感器，其特征在于，所述调零电容一端在所述积分电路处于所述第一阶段时与所述运算放大器的同相输入端相连，同时与所述积分电路的输出端相连，并在所述积分电路处于所述第二阶段时断开与所述积分电路的输出端的连接；所述调零电容的另一端在所述积分电路处于所述第一阶段时与所述运算放大器的反相输入端相连，而在所述积分电路处于所述第二阶段时与所述积分电路的输出端连接，并断开与所述运算放大器的反相输入端的连接。

5.根据权利要求3所述的指纹传感器，其特征在于，所述负反馈电路还包括第一开关、第二开关和第三开关，所述调零电容的一端连接到所述运算放大器的同相输入端，并通过所述第一开关与所述积分电路的输出端相连；所述调零电容的另一端通过所述第二开关与所述积分电路的输出端相连，并通过所述第三开关与所述运算放大器的反相输入端相连，所述运算放大器的输出端与所述积分电路的反馈端相连。

6.根据权利要求5所述的指纹传感器，其特征在于，在所述积分电路处于所述第一阶段时，所述第一开关和所述第三开关闭合，而所述第二开关断开；在所述积分电路处于所述第二阶段时，所述第一开关和所述第三开关断开，而所述第二开关闭合。

7.根据权利要求3所述的指纹传感器，其特征在于，所述积分电路包括放大电路，所述放大电路包括输入端、反馈端和输出端，其中所述输入端用于接收所述输入共模电压，所述反馈端连接到所述负反馈电路，且所述输出端用于提供所述输出电压。

8.根据权利要求7所述的指纹传感器，其特征在于，所述放大电路包括第一MOS管和第二MOS管，其中所述第二MOS管连接到所述负反馈电路，用于在所述积分电路处于积分阶段时为所述第一MOS管提供恒定电流。

9.根据权利要求8所述的指纹传感器，其特征在于，所述第一MOS管的栅极连接到所述放大电路的输出端，其源极接地，且其漏极连接到所述放大电路的输出端；所述第二MOS管的栅极通过反馈开关连接到所述放大电路的反馈端，其漏极连接到所述第一MOS管的漏极，且其源极连接电源端，且所述第二MOS管的栅极和源极之间具有栅极电容。

10.根据权利要求9所述的指纹传感器，其特征在于，所述反馈开关在所述积分电路处于所述积分阶段时断开，而在所述积分电路处于所述复位阶段时闭合。

11.根据权利要求10所述的指纹传感器，其特征在于，所述积分电路还包括复位开关和积分电容，所述复位开关和积分电容相互并联，并连接在所述第一MOS管的栅极和漏极之间。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的指纹传感器，其特征在于，所述多个积分电路包括多行积分电路，且所述负反馈电路对应于其中一行积分电路。

13.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括如权利要求1至权利要求12中任一项所述的指纹传感器。

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