電容式傳感裝置和電容式感測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電容式傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電容式傳感裝置和電容式感測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備(如:手機(jī)、平板電腦、穿戴式設(shè)備、以及智能家居等各種智能產(chǎn)品)一般都會(huì)設(shè)置一種或多種傳感裝置。所述傳感裝置包括如感測用戶觸摸操作的觸摸傳感裝置、感測人體生物信息的生物信息傳感裝置等等。目前，生物信息傳感裝置等多采用電容式傳感裝置來執(zhí)行感測操作。
[0003]電容式傳感裝置一般包括電容式傳感器和控制電路。所述電容式傳感器包括多個(gè)傳感單元(sensor)。所述多個(gè)傳感單元接收控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并在用戶觸摸所述多個(gè)傳感單元時(shí)對(duì)應(yīng)輸出感測信號(hào)給所述控制電路，以獲得相應(yīng)的感測信息。
[0004]然，各傳感單元獨(dú)立檢測，分別輸出單一感測信號(hào)，所述單一感測信號(hào)(如:電壓和/或電量)一般強(qiáng)度較弱。另外，電壓、電量等感測信號(hào)在被傳輸?shù)倪^程中易受電容式傳感裝置中寄生電容的影響，較不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致電容式傳感裝置的感測存在不精確或者出現(xiàn)誤判的情況，影響用戶體驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種感測精度較高的電容式傳感裝置以及電容式感測系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明提供了一種電容式傳感裝置，包括電容式傳感器和控制電路；所述電容式傳感器包括感測電極和差分對(duì)管；所述控制電路用于為所述感測電極和差分對(duì)管提供參考信號(hào)，所述差分對(duì)管響應(yīng)感測電極因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號(hào)的變化，而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生二不同的第二交流信號(hào)；所述控制電路進(jìn)一步根據(jù)所述第二交流信號(hào)對(duì)應(yīng)計(jì)算獲得目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息。
[0007]優(yōu)選地，所述控制電路提供電流源給所述差分對(duì)管，所述二不同第二交流信號(hào)之和與所述電流源輸出的第一恒定電流信號(hào)相同。
[0008]優(yōu)選地，所述控制電路包括接地端，所述接地端用于加載調(diào)制信號(hào)，所述控制電路輸出的參考信號(hào)隨所述調(diào)制信號(hào)的升高而升高、隨所述調(diào)制信號(hào)的降低而降低。
[0009]優(yōu)選地，所述差分對(duì)管包括二晶體管，所述電容式傳感器包括多個(gè)傳感單元，每一傳感單元包括一所述感測電極和一所述差分對(duì)管，或者，每一傳感單元包括一所述感測電極，相鄰的傳感單元各包括一所述差分對(duì)管中的一晶體管。
[0010]優(yōu)選地，所述多個(gè)傳感單元呈陣列式排布；當(dāng)每一傳感單元包括一所述感測電極，相鄰的傳感單元各包括一所述差分對(duì)管中的一晶體管時(shí)，定義所述差分對(duì)管中的二晶體管均為第三晶體管；所述控制電路用于控制每一傳感單元的第三晶體管分時(shí)與行方向和列方向上相鄰的傳感單元的第三晶體管均形成差分對(duì)管。
[0011]優(yōu)選地，所述第三晶體管包括第三控制電極、第五傳輸電極、和第六傳輸電極；其中，所述第三控制電極與所述感測電極為二電極，所述第三控制電極連接所述感測電極；或者，所述第三控制電極與所述感測電極為同一電極。
[0012]優(yōu)選地，當(dāng)所述第三控制電極連接所述感測電極時(shí)，所述第三控制電極直接連接所述感測電極，或者，第三控制電極通過限流元件連接所述感測電極。
[0013]優(yōu)選地，所述傳感單元進(jìn)一步包括第一開關(guān)單元和第二開關(guān)單元，所述第一開關(guān)單元用于控制是否在電流源與第三晶體管之間有電流傳輸，所述第二開關(guān)單元用于控制是否傳輸參考信號(hào)給感測電極和差分對(duì)管。
[0014]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括信號(hào)線群組，一信號(hào)線群組連接至少二傳感單元，所述信號(hào)線群組包括第一信號(hào)線、第二信號(hào)線、和第三信號(hào)線，且第一、第二、第三信號(hào)線分別沿列方向延伸；所述第一開關(guān)單元用于通過所述第一信號(hào)線連接所述電流源；
[0015]對(duì)于位于同一列的二相鄰傳感單元:一傳感單元中的第三晶體管的第六傳輸電極通過第二信號(hào)線連接控制電路，另一傳感單元中的第三晶體管的第六傳輸電極通過第三信號(hào)線連接控制電路；所述二相鄰傳感單元的第一開關(guān)單元與同一第一信號(hào)線相連接。
[0016]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括掃描線群組，包括第一掃描線、第二掃描線；所述第一開關(guān)單元包括:
[0017]第一晶體管，包括第一控制電極、第一傳輸電極、和第二傳輸電極，所述第一控制電極與第一掃描線連接，用于響應(yīng)第一掃描線上傳輸?shù)膾呙栊盘?hào)而對(duì)應(yīng)控制第一傳輸電極與第二傳輸電極是否電連通，第一傳輸電極與第一信號(hào)線連接，第二傳輸電極與第五傳輸電極連接；和
[0018]第二晶體管，包括第二控制電極、第三傳輸電極、和第四傳輸電極，其中，第二控制電極連接第二掃描線，用于響應(yīng)第二掃描線上傳輸?shù)膾呙栊盘?hào)而對(duì)應(yīng)控制第三傳輸電極與第四傳輸電極是否電連通，第三傳輸電極連接第二傳輸電極、第四傳輸電極連接第五傳輸電極。
[0019]優(yōu)選地，所述掃描線群組進(jìn)一步包括第三掃描線，所述第二開關(guān)單元包括第五晶體管，所述第五晶體管包括第五控制電極、第九傳輸電極、和第十傳輸電極，其中，第五控制電極通過第三掃描線連接控制電路，用于響應(yīng)第三掃描線上傳輸?shù)膾呙栊盘?hào)而對(duì)應(yīng)控制第九傳輸電極與第十傳輸電極是否電連通，第九傳輸電極連接參考信號(hào)線、第十傳輸電極連接第三控制電極。
[0020]優(yōu)選地，所述掃描線群組進(jìn)一步包括第四掃描線，所述傳感單元進(jìn)一步包括第七晶體管，所述第七晶體管包括第七控制電極、第十三傳輸電極、和第十四傳輸電極，所述第七控制電極通過第四掃描線連接控制電路，所述第十三傳輸電極連接第十傳輸電極，所述第十四傳輸電極連接第三控制電極，且第十三傳輸電極與第十四傳輸電極短接。
[0021]優(yōu)選地，在一傳感單元每次執(zhí)行感測的過程中，所述控制電路控制所述第五晶體管和第七晶體管交替導(dǎo)通，導(dǎo)通的第七晶體管用于補(bǔ)償?shù)谖寰w管截止時(shí)第三控制電極與第十傳輸電極之間的電壓。
[0022]優(yōu)選地，所述電容式傳感裝置為指紋傳感裝置。
[0023]優(yōu)選地，所述電容式傳感器進(jìn)一步包括基板、接地線、和導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層與所述感測電極、差分對(duì)管設(shè)置在所述基板的相對(duì)二側(cè)，所述接地線與所述感測電極、差分對(duì)管設(shè)置在所述基板的同側(cè)，所述接地線與所述導(dǎo)電層均用于傳輸所述調(diào)制信號(hào)。
[0024]優(yōu)選地，所述控制電路包括:
[0025]參考信號(hào)產(chǎn)生電路，用于提供所述參考信號(hào)；
[0026]處理電路，用于接收傳感單元輸出的第二交流信號(hào)，并根據(jù)第二交流信號(hào)計(jì)算目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息；
[0027]掃描驅(qū)動(dòng)電路，連接掃描線群組，用于提供掃描信號(hào)給掃描線群組；和
[0028]第三開關(guān)單元，連接于電流源、處理電路與各傳感單元之間；
[0029]同一行的傳感單元通過所述第三開關(guān)單元分時(shí)復(fù)用所述電流源、和/或處理電路。
[0030]本發(fā)明還提供一種電容式感測系統(tǒng)，包括電源管理芯片和電容式傳感裝置，其中，所述電容式傳感裝置包括電容式傳感器和控制電路；所述電容式傳感器包括感測電極和差分對(duì)管；所述控制電路用于為所述感測電極和差分對(duì)管提供參考信號(hào)，所述差分對(duì)管響應(yīng)感測電極因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號(hào)的變化，而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生二不同的第二交流信號(hào)；所述控制電路進(jìn)一步根據(jù)所述第二交流信號(hào)對(duì)應(yīng)計(jì)算獲得目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息；所述控制電路包括接地端，所述接地端用于加載調(diào)制信號(hào)，所述控制電路輸出的參考信號(hào)隨所述調(diào)制信號(hào)的升高而升高、隨所述調(diào)制信號(hào)的降低而降低；所述電容式傳感器進(jìn)一步包括基板、接地線、和導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層與所述感測電極、差分對(duì)管設(shè)置在所述基板的相對(duì)二側(cè)，所述接地線與所述感測電極、差分對(duì)管設(shè)置在所述基板的同側(cè)，所述接地線與所述導(dǎo)電層均用于傳輸所述調(diào)制信號(hào)；所述電源管理芯片提供所述調(diào)制信號(hào)給所述控制電路的接地端、所述電容式傳感器的導(dǎo)電層和接地線。
[0031]本發(fā)明還提供一種電容式傳感裝置，包括電容式傳感器和控制電路；所述電容式傳感器包括多個(gè)傳感單元和信號(hào)線，每一信號(hào)線用于連接至少二傳感單元至所述控制電路，每一傳感單元包括:
[0032]感測電極，能夠以電容方式耦合到目標(biāo)物體；和
[0033]傳感電路，包括轉(zhuǎn)換電路，所述轉(zhuǎn)換電路與所述感測電極相連接；
[0034]所述控制電路，用于與所述多個(gè)傳感單元分別連接，所述控制電路用于提供參考信號(hào)給所述感測電極；
[0035]其中，所述轉(zhuǎn)換電路用于轉(zhuǎn)換感測電極因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號(hào)的變化量為相應(yīng)的電流信號(hào)，并通過所述信號(hào)線輸出所述電流信號(hào)給所述控制電路，所述控制電路根據(jù)所述電流信號(hào)獲知相應(yīng)的預(yù)定生物信息。
[0036]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)換電路通過一包括二級(jí)開關(guān)的開關(guān)單元與所述信號(hào)線連接。
[0037]由于所述電容式傳感裝置的電容式傳感器包括差分對(duì)管，所述差分對(duì)管用于響應(yīng)感測電極因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號(hào)的變化，而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生二不同的第二交流信號(hào)給所述控制電路；所述控制電路根據(jù)所述第二交流信號(hào)對(duì)應(yīng)獲知目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息，其中，所述差分對(duì)管輸出的二不同第二交流信號(hào)較穩(wěn)定，因此，所述電容式傳感裝置的感測精度較準(zhǔn)。相應(yīng)地，具有所述電容式傳感裝置的電容式感測系統(tǒng)的感測精度也較準(zhǔn)。
[0038]盡管公開了多個(gè)實(shí)施例，包括其變化，但是通過示出并描述了本發(fā)明公開的說明性實(shí)施例的下列詳細(xì)描述，本發(fā)明公開的其他實(shí)施例將對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見。將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明公開能夠在各種顯而易見的方面修改，所有修改都不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。相應(yīng)地，附圖和詳細(xì)描述本質(zhì)上應(yīng)被視為說明性的，而不是限制性的。
【附圖說明】
[0039]通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施方式，本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
[0040]圖1為本發(fā)明電容式傳感裝置的第一實(shí)施方式的示意圖。
[0041]圖2為圖1所示電容式傳感裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖3為圖2所示電容式傳感器的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖4為圖2所示電容式傳感裝置的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]圖5與圖6為圖3所示傳感電路的其它變更實(shí)施方式的示意圖。
[0045]圖7為圖1所示電容式傳感器的示意圖。
[0046]圖8至圖11中主要示出電容式傳感器的一傳感單元的第三晶體管與感測電極的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖12為圖2所示的電容式傳感裝置的工作時(shí)序圖。
[0048]圖13為圖1所示電容式傳感器的部分方框示意圖。
[0049]圖14為本發(fā)明電容式傳感裝置的第二實(shí)施方式的示意圖。
[0050]圖15為圖14所示一行方向上相鄰二傳感單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051]圖16為圖14的電容式傳感裝置的部分電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052]圖17為圖14所示電容式傳感器的方框結(jié)構(gòu)示意圖。
[0053]圖18為本發(fā)明電容式傳感裝置的其它變更實(shí)施方式的示意圖。
[0054]圖19為在一片玻璃基板上形成多個(gè)電容式傳感裝置的示意圖。
[0055]圖20為圖19所示的一電容式傳感裝置的側(cè)視示意圖。
[0056]圖21和圖22為電容式傳感裝置的其它變更實(shí)施方式的側(cè)視圖。
[0057]圖23為本發(fā)明芯片組的一較佳實(shí)施方式的示意圖。
[0058]圖24為本發(fā)明電容式感測系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0059]圖25為本發(fā)明電容式感測系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0060]圖26為本發(fā)明電容式傳感裝置的封裝結(jié)構(gòu)第一實(shí)施方式的示意圖。
[0061]圖27與圖28為本發(fā)明電容式傳感裝置的封裝結(jié)構(gòu)其它實(shí)施方式的示意圖。
[0062]圖29為本發(fā)明電容式感測模組的一較佳實(shí)施方式的示意圖。
[0063]圖30為本發(fā)明在電子設(shè)備的保護(hù)蓋板下方設(shè)置電容式感測模組的示意圖。
[0064]圖31是圖30沿r-r’方向的部分剖面示意圖。
[0065]圖32為電子設(shè)備的顯示裝置的TFT陣列基板的示意圖。
[0066]圖33為本發(fā)明電子設(shè)備的一較佳實(shí)施方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0067]現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)施方式使得本發(fā)明將全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。為了方便或清楚，可能夸大、省略或示意地示出在附圖中所示的每層的厚度和大小、以及示意地示出相關(guān)元件的數(shù)量。另外，元件的大小不完全反映實(shí)際大小，以及相關(guān)元件的數(shù)量不完全反應(yīng)實(shí)際數(shù)量。在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的結(jié)構(gòu)。
[0068]此外，所描述的特征、結(jié)構(gòu)可以以任何合適的方式結(jié)合在一個(gè)或更多實(shí)施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細(xì)節(jié)從而給出對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的充分理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，沒有所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或更多，或者采用其它的結(jié)構(gòu)、組元等，也可以實(shí)踐本發(fā)明的技術(shù)方案。在其它情況下，不詳細(xì)示出或描述公知結(jié)構(gòu)或者操作以避免模糊本發(fā)明。
[0069]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是:“多個(gè)”包括兩個(gè)和兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定?！斑B接”可為電連接、機(jī)械連接、親接、直接連接、以及間接連接等多種實(shí)施方式，除非本發(fā)明下述特別說明，否則并不做特別限制。另外，各元件名稱以及信號(hào)名稱中出現(xiàn)的“第一”、“第二”等詞語并不是限定元件或信號(hào)出現(xiàn)的先后順序，而是為方便元件命名，清楚區(qū)分各元件，使得描述更簡潔。
[0070]進(jìn)一步需要說明的是:本發(fā)明提供的電容式傳感裝置適用于生物信息傳感裝置，尤其指紋傳感裝置。然，本發(fā)明并不限于此，所述電容式傳感裝置也可適用其它合適類型的傳感裝置，如觸摸傳感裝置。所述生物信息傳感裝置用于感測目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息。所述目標(biāo)物體如為用戶的手指，也可為用戶身體的其它部分、如手掌、腳趾、耳朵等，甚至也可為其它合適類型的物體，而并不局限為人體。所述預(yù)定生物信息如為指紋、掌紋、耳紋等。
[0071]所述電容式傳感裝置包括電容式傳感器(sensors)和控制電路。所述控制電路連接電容式傳感器，用于控制所述電容式傳感器執(zhí)行感測操作。
[0072]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括感測電極和差分對(duì)管。所述感測電極能夠以電容方式耦合到目標(biāo)物體，用于加載參考信號(hào)。所述差分對(duì)管與所述感測電極相關(guān)聯(lián)，用于響應(yīng)感測電極上因目標(biāo)物體的接近或觸摸所引起參考信號(hào)的變化，而對(duì)應(yīng)產(chǎn)生差分信號(hào)。
[0073]所述控制電路接收所述差分信號(hào)，并根據(jù)所述差分信號(hào)對(duì)應(yīng)獲得相應(yīng)的感測信息。所述感測信息如為目標(biāo)物體的預(yù)定生物信息。類似地，所述控制電路也可根據(jù)差分信號(hào)獲知目標(biāo)物體接近或觸摸了電容式傳感裝置這一感測信息。
[0074]由于本發(fā)明的電容式傳感器傳輸給控制電路的感測信號(hào)為差分信號(hào)，所述差分信號(hào)較強(qiáng)，且差分信號(hào)在傳輸給控制電路的過程中受電容式傳感裝置中的寄生電容的影響較小，因此，所述控制電路根據(jù)差分信號(hào)獲得的感測信息相對(duì)較準(zhǔn)而能減少誤判，從而能夠提升用戶體驗(yàn)。
[0075]優(yōu)選地，所述差分信號(hào)為差分電流信號(hào)。
[0076]優(yōu)選地，所述電容式傳感器包括多個(gè)感測電極和多個(gè)差分對(duì)管。同一差分對(duì)管所產(chǎn)生的差分信號(hào)為同幅同頻反相的第二交流信號(hào)。另外，所述差分對(duì)管用于與一電流源連接，所述電流源用于提供一第一恒定電流信號(hào)。所述二不同的第二交流電流信號(hào)之和與所述電流源提供的第一恒定電流信號(hào)相等。
[0077]所述差分對(duì)管與所述感測電極相關(guān)聯(lián)，其中，所述差分對(duì)管或者與所述感測電極為二元件，所述差分對(duì)管與所述感測電極連接；又或者，所述差分對(duì)管包括所述感測電極，即，所述感測電極為差分對(duì)管的一部分。
[0078]所述差分對(duì)管包括二晶體管，所述二晶體管包括一第三晶體管，所述第三晶體管包括第三控制電極、第五傳輸電極、和第六傳輸電極。當(dāng)所述差分對(duì)管與所述感測電極為二元件時(shí)，所述第三控制電極與所述感測電極連接；當(dāng)所述差分對(duì)管包括所述感測電極時(shí)，所述第三控制電極與所述感測電極為同一電極。
[0079]當(dāng)所述差分對(duì)管與所述感測電極為二元件時(shí)，所述第三控制電極與所述感測電極直接連接；或者，所述第三控制電極通過一限流元件與所述感測電極連接。優(yōu)選地，所述限流元件包括電阻。相應(yīng)地，所述限流元件可以起到防ESD、保護(hù)電容式傳感器的作用。
[0080]所述電容式傳感器包括多個(gè)傳感單元(sensor)。每一傳感單元包括一所述感測電極。另外，優(yōu)選地，每一傳感單元還包括一所述差分對(duì)管，或者，相鄰的傳感單元各自包括一所述差分對(duì)管中的一晶體管。
[0081]通過選擇具有合適跨導(dǎo)的晶體管，當(dāng)目標(biāo)物體接近或觸摸感測電極時(shí)，所述差分對(duì)管的晶體管對(duì)參考信號(hào)的變化量進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及放大，產(chǎn)生二不同的第一交流信號(hào)，并將二不同的第一交流信號(hào)分別疊加至相同的第二恒定電流信號(hào)上，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生所述二不同的第二交流信號(hào)給控制電路。其中，所述第二恒定電流信號(hào)為第一恒定電流信號(hào)的一半。相應(yīng)地，所述感測信號(hào)較強(qiáng)，所述控制電路根據(jù)所述感測信號(hào)獲得的感測結(jié)果較準(zhǔn)。
[0082]對(duì)于本發(fā)明的電容式傳感器:或者每個(gè)傳感單元輸出單一電流信號(hào)作為感測信號(hào)；或者每個(gè)傳感單元輸出差分信號(hào)作為感測信號(hào)；或者相鄰的傳感單元輸出差分信號(hào)作為感測信號(hào)；其中，所述差分信號(hào)如為差分電流信號(hào)；更優(yōu)選地，組成差分對(duì)管的晶體管輸出的感測信號(hào)為放大的信號(hào)；相應(yīng)地，具有所述電容式傳感器的電容式傳感裝置的感測精度較高。
[0083]下面結(jié)合附圖對(duì)電容式傳感裝置的電路結(jié)構(gòu)、芯片組、電容式感測系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)、電容式傳感裝置的封裝結(jié)構(gòu)、電容式感測模組的組裝結(jié)構(gòu)、以及電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)等的各種實(shí)施方式進(jìn)行描述。
[0084]電容式傳感裝置的電路結(jié)構(gòu)
[0085]請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明電容式傳感裝置的第一實(shí)施方式的示意圖。所述電容式傳感裝置I用于應(yīng)用在一電子設(shè)備(圖未示)中，執(zhí)行感測操作。所述電子設(shè)備如為移動(dòng)電話、平板電腦、電視、遙控裝置、智能門鎖、穿戴式設(shè)備等各種智能設(shè)備。所述電容式傳感裝置I包括控制電路11和電容式傳感器13。所述控制電路11與所述電容式傳感器13連接。所述控制電路11用于控制電