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CN107924259A - 用于显示集成的具有1‑tft像素架构的有源矩阵电容性指纹传感器 - Google Patents

用于显示集成的具有1‑tft像素架构的有源矩阵电容性指纹传感器 Download PDF

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CN107924259A CN201680049756.2A CN201680049756A CN107924259A CN 107924259 A CN107924259 A CN 107924259A CN 201680049756 A CN201680049756 A CN 201680049756A CN 107924259 A CN107924259 A CN 107924259A
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sensing
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Abstract

本文所述的实施例包括一种用于通过下列步骤来操作输入装置的方法：经过第一晶体管(其处于感测元件与列输出线之间)和第一开关(其处于列输出线与驱动电压之间)将电荷电压施加到感测元件。该方法还包括在感测元件上存储电荷，其中电荷包括与输入对象的特征对应的幅值。该方法还包括将第一晶体管的栅极端子驱动成低电平，并且经由第一开关来断开电荷电压。该方法还包括将电荷传递给反馈电容器。

Description

用于显示集成的具有1-TFT像素架构的有源矩阵电容性指纹 传感器
技术领域
本发明的实施例一般涉及用于触摸感测的方法和设备，以及更具体来说涉及指纹传感器。
背景技术
包括接近传感器装置(通常又称作触摸板或触摸传感器装置)的输入装置广泛用于多种电子系统中。输入装置还包括指纹传感器和其他生物特征传感器装置。传感器装置通常包括常常通过表面来区分的感测区，其中传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置、运动和/或特征。传感器装置可用来提供电子系统的接口。例如，传感器装置常常用作较大计算系统的输入装置(例如笔记本或台式计算机中集成的或者作为其外设的不透明触摸板和指纹传感器)。传感器装置还常常用于较小计算系统(例如蜂窝电话中集成的触摸屏)中。
发明内容
本文所述的实施例包括用于操作输入装置的处理系统以及用于操作输入装置的方法。在一个实施例中，驱动/读出电路包括：放大器电路，连接到反馈电容器和复位开关；第一开关，配置成将列输出线与驱动电压连接和断开；以及第二开关，配置成将列输出线与放大器电路连接和断开。驱动/读出电路配置成将驱动电压施加到感测元件，在感测元件与列输出线断开的同时将列输出线偏置到地，并且从感测元件来读出所产生信号。
在另一个实施例中，输入装置包括感测像素阵列，其配置成感测感测区中的输入对象。感测像素的每个包括感测元件，其配置成存储电荷，其中电荷包括与输入对象的特征对应的幅值。感测像素的每个还包括第一晶体管，其具有连接到行选择线的栅极端子、连接到列输出线的第二端子以及连接到感测元件的第三端子。驱动/读出电路包括放大器电路，其连接到反馈电容器、复位开关和反馈开关。驱动/读出电路配置成使用反馈开关在感测元件的一个或多个充电和放电周期期间将电荷积聚到反馈电容器上。
在另一个实施例中，一种用于操作输入装置的方法包括经过第一晶体管(其处于感测元件与列输出线之间)和第一开关(其处于列输出线与驱动电压之间)将电荷电压施加到感测元件。该方法还包括在感测元件上存储电荷，其中电荷包括与输入对象的特征对应的幅值。该方法还包括将第一晶体管的栅极端子驱动成低电平，并且经由第一开关来断开电荷电压。该方法还包括将电荷传递给反馈电容器。
本文所述的其他实施例包括输入装置，其包括配置成感测感测区中的输入对象的感测像素阵列。感测像素的每个包括感测元件和第一晶体管，其中第一晶体管包括连接到行选择线的栅极端子以及连接到感测元件的第二端子。感测像素的每个还包括第二晶体管，其中第二晶体管包括连接到感测元件以及第一晶体管的第二端子两者的栅极端子，并且其中第二晶体管还包括连接到列输出线的第二端子。
在另一个实施例中，配置成操作感测像素阵列以捕获输入对象的图像的处理系统包括读出电路，其中读出电路包括电流感测放大器电路，其连接到列输出线并且配置成产生表示输入对象的电流。处理系统还包括：第一开关，配置成将电流感测放大器电路的正极输入端子与第一偏置电压连接和断开；以及第二开关，配置成将电流感测放大器电路的正极输入端子与第二偏置电压连接和断开。具有电路的驱动器模块配置成经过第一晶体管将感测元件连接到使能线，并且从第二晶体管读取电流。
在另一个实施例中，一种用于操作装置的方法包括将行选择线断言为高电平，以将感测元件处的电压设置成零，其中行选择线耦合到第一晶体管的栅极端子，并且其中第一晶体管的第二端子耦合到感测元件。该方法还包括将行选择线断言为低电平，并且将使能线偏置到负电压。该方法还包括感测第二晶体管的第二端子上的输出电流，其中第二晶体管的栅极端子耦合到第一晶体管的第二端子，并且输出电流与输入对象的特征成比例。
本文所述的其他实施例包括输入装置，其包括配置成感测感测区中的输入对象的感测像素阵列，感测像素的每个包括感测元件。感测像素的每个还包括第一晶体管，其中第一晶体管包括连接到行选择线的栅极端子以及连接到感测元件的第二端子。感测像素的每个还包括非线性电路元件，其中非线性电路元件包括连接到感测元件以及第一晶体管的第二端子两者的第一端子，并且非线性电路元件还包括连接到列输出线的第二端子。
在另一个实施例中，配置成操作感测像素阵列以捕获输入对象的图像的处理系统包括读出电路，其中读出电路包括电荷积分放大器电路，其连接到列输出线并且配置成输出表示输入对象的电压。具有电路的驱动器模块配置成经过第一晶体管将感测元件连接到使能线，将感测元件与使能线隔离，并且经过非线性电路元件将感测元件上存储的电荷传递给电荷积分放大器电路的反馈电容器。
在另一个实施例中，一种用于操作装置的方法包括将行选择线断言为高电平，以经过第一晶体管将感测元件耦合到使能线，其中行选择线耦合到第一晶体管的栅极端子，并且其中第一晶体管的第二端子耦合到感测元件。该方法还包括收集感测元件处的电荷，其中电荷与输入对象的特征成比例。该方法还包括将行选择线和使能线断言为低电平，以将感测元件与使能线隔离，并且经过非线性电路元件将感测元件上存储的电荷传递给反馈电容器。该方法还包括读取输出电压，其中输出电压与输入对象的特征成比例。
附图说明
为了能够详细了解本发明的上述特征的方式，可参照实施例进行以上概述的对本发明的更具体描述，在附图中示出实施例的一部分。但是要注意，附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不是要被理解为限制其范围，因为本发明可容许其他同样有效的实施例。
图1是按照一实施例、包括输入装置的系统的框图。
图2A和图2B示出按照一个实施例的示例传感器电极图案和处理系统。
图3示出按照一个实施例的有源矩阵电容性指纹传感器的1-TFT像素架构。
图4A-4B示出驱动/读出电路的示意图。
图5A-5B示出包括驱动/读出序列期间的信号波形的时间线。
图6A-6D示出在充电、预充电、积分和复位阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。
图6E-6G示出在充电、预充电和读取阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。
图7示出驱动/读出电路的示意图。
图8示出包括充电/预充电/积分序列期间的信号波形的时间线。
图9是示出按照一个实施例、用于操作输入装置的方法的流程图。
图10示出按照另一个实施例的有源矩阵电容性指纹传感器的2-TFT像素架构。
图11示出驱动/读出电路的示意图。
图12示出驱动/读出电路的示意图。
图13示出包括驱动/读出序列期间的信号波形的时间线。
图14A-14C示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。
图15示出驱动/读出序列期间的信号波形和驱动电路1510。
图16示出按照另一个实施例的有源矩阵电容性指纹传感器的2-TFT像素架构。
图17示出驱动/读出电路的示意图。
图18示出驱动/读出电路的示意图。
图19示出包括驱动/读出序列期间的信号波形的时间线。
图20A-20C示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。
图21示出驱动/读出序列期间的信号波形和驱动电路。
图22是示出按照一个实施例、用于操作输入装置的方法的流程图。
图23示出按照另一个实施例、基于电荷感测的显示集成的有源矩阵电容性指纹传感器的2-TFT像素架构。
图24示出驱动/读出电路的示意图。
图25示出驱动/读出电路的示意图。
图26示出包括驱动/读出序列期间的信号波形的时间线。
图27A和图27B示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。
图28示出驱动/读出电路的示意图。
图29示出驱动/读出电路的示意图。
图30A和图30B示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。
图31是示出按照一个实施例、用于操作输入装置的方法的流程图。
为了促进理解，相同的参考标号在可能的情况下用于表示附图共同的相同元件。预期一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而无需具体说明。这里所参照的附图不应当被理解为按比例绘制，除非另加说明。另外，附图通常经过简化，并且为了呈现和说明的清楚起见而省略细节或组件。附图和论述用于说明以下所述的原理，其中相似标号表示相似元件。
具体实施方式
以下详细描述实际上只是示范性的，而不是意在限制实施例或者这类实施例的应用和使用。此外，并不是意在通过前面的技术领域、背景、概述或者以下详细描述中提供的任何明确表达或暗示的理论进行限制。
本技术的各个实施例提供用于改进可用性的输入装置和方法。具体来说，本文所述的实施例为指纹传感器提供增加的传感器灵敏度和更准确的测量。实施例还提供减少厚度的玻璃层和衬底层。实施例还可为传感器提供少量有源元件，这可降低复杂度并且节省空间。本文所述的实施例还可基本上抵消寄生电容。一些实施例在多个充电和放电周期期间对像素电荷积分，以使输入信号更易于读取。本文所述的指纹传感器提供对显示器的光学性能的最小影响。实施例可减少或消除跨像素阵列的过程变化的影响。一些实施例可提供校准过程，以消除跨像素阵列的晶体管性能变化和装置失配的影响。
现在来看附图，图1是按照本发明的实施例的示范输入装置100的框图。输入装置100可配置成向电子系统(未示出)提供输入。如本文档所使用的术语“电子系统”或(或“电子装置”)广义地表示能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，例如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、万维网浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包括合成输入装置，例如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括遥控和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机)之类的外围设备。其他示例包括远程终端、信息亭和视频游戏机(例如视频游戏控制台、便携游戏装置等)。其他示例包括通信装置(包括蜂窝电话、例如智能电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和诸如电视机的播放器、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机)。另外，电子系统可能是输入装置的主机或从机。
输入装置100能够实现为电子系统的物理部分，或者能够与电子系统在物理上分隔。适当地，输入装置100可使用下列的任一个或多个与电子系统的部分进行通信：总线、网络和其他有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。
图1中，输入装置100示为接近传感器装置(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器装置”)，其配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1所示。
感测区120包含输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，其中输入装置100能够检测用户输入(例如由一个或多个输入对象140所提供的用户输入)。特定感测区的尺寸、形状和位置可逐个实施例极大地改变。在一些实施例中，感测区120沿一个或多个方向从输入装置100的表面延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的对象检测。在各个实施例中，这个感测区120沿特定方向所延伸的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者以上，并且可随所使用的感测技术的类型和预期的精度而极大地改变。因此，一些实施例感测输入，其包括没有与输入装置100的任何表面相接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)相接触、与耦合某个量的所施加力或压力的输入装置100的输入表面相接触、和/或它们的组合。在各个实施例中，可由传感器电极所在的壳体的表面、由施加在传感器电极或者任何壳体之上的面板等，来提供输入表面。在一些实施例中，感测区120在投影到输入装置100的输入表面时具有矩形形状。
输入装置100可利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性示例，输入装置100可使用电容、倒介电、电阻、电感、磁、声、超声和/或光学技术。一些实现配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。在输入装置100的一些电阻实现中，柔性和导电第一层通过一个或多个隔离元件与导电第二层分隔。在操作期间，跨层创建一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可使它充分偏转，以在层之间创建电接触，从而产生反映层之间的接触的点的电压输出。这些电压输出可用来确定位置信息。
在输入装置100的一些电感性实现中，一个或多个感测元件获取由谐振线圈或线圈对所感应的回路电流。电流的幅值、相位和频率的某个组合则可用来确定位置信息。
在输入装置100的一些电容性实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象引起电场的变化，并且产生可作为电压、电流等的变化来检测的电容性耦合的可检测变化。
一些电容性实现利用电容性感测元件的阵列或者其他规则或不规则图案来创建电场。在一些电容性实现中，独立感测元件可欧姆地短接在一起，以形成更大传感器电极。一些电容性实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。
一些电容性实现利用基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合的变化的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极附近的电场，从而改变所测量的电容性耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对参考电压(例如系统地)来调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合进行操作。
一些电容性实现利用基于传感器电极之间电容性耦合的变化的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极之间的电场，从而改变所测量电容性耦合。在一个实现中，跨电容性感测方法通过下列步骤进行操作：检测一个或多个发射器传感器电极(又称作“发射器电极”或“发射器”)与一个或多个接收器传感器电极(又称作“接收器电极”或“接收器”)之间的电容性耦合。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如系统地)来调制，以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压基本上保持为恒定，以促进所产生信号的接收。所产生信号可包括与一个或多个发射器信号和/或与一个或多个环境干扰源(例如其他电磁信号)对应的影响。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者传感器电极可配置成既传送又接收。备选地，接收器电极可相对于地来调制。
图1中，处理系统110示为输入装置100的组成部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件，以检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)的部分或全部和/或其他电路组件。例如，互电容传感器装置的处理系统可包括：发射器电路，配置成采用发射器传感器电极来传送信号；和/或接收器电路，配置成采用接收器传感器电极来接收信号。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，例如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的组件定位在一起，诸如位于输入装置100的(一个或多个)感测元件附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的(一个或多个)感测元件，而一个或多个组件在其他位置。例如，输入装置100可以是耦合到台式计算机的外设，并且处理系统110可包括配置成运行于台式计算机的中央处理器上的软件以及与中央处理器分隔的一个或多个IC(也许具有关联固件)。作为另一个示例，输入装置100可在物理上集成到电话中，并且处理系统110可包括作为电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110还执行其他功能，例如操作显示屏幕、驱动触觉致动器等。
处理系统110可实现为操控处理系统110的不同功能的一组模块。各模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或者其组合。在各个实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，用于操作诸如传感器电极和显示屏幕之类的硬件；数据处理模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据；以及报告模块，用于报告信息。其他示例模块包括：传感器操作模块，配置成操作感测元件以检测输入；识别模块，配置成识别例如模式变更手势等的手势；以及模式变更模块，用于变更操作模式。
在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作，来响应感测区120中的用户输入(或者没有用户输入)。示例动作包括变更操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其他功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分(例如向电子系统中与处理系统110分离的中央处理系统，若这种独立中央处理系统存在的话)提供与输入(或者没有输入)有关的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息，以便对用户输入起作用，例如促进全范围的动作，包括模式变更动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的(一个或多个)感测元件，以便产生指示感测区120中的输入(或者没有输入)的电信号。处理系统110可在产生提供给电子系统的信息中对电信号执行任何适量的处理。例如，处理系统110可数字化从传感器电极所得到的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可执行滤波或者其他信号调节。作为又一个示例，处理系统110可减去或者以其他方式计及基准，使得信息反映电信号与基准之间的差。作为又一些示例，处理系统110可确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等。
如本文所使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示范“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示范“一维”位置信息包括沿轴的位置。示范“二维”位置信息包括平面中的运动。示范“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。其他示例包括空间信息的其他表示。还可确定和/或存储与一种或多种类型的位置信息有关的历史数据，包括例如随时间来跟踪位置、运动或者瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或者由另外某种处理系统所操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或者某种其他功能性。图1示出感测区120附近的按钮130，其能够用来促进使用输入装置100对项目的选择。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反，在一些实施例中，输入装置100可以在没有其他输入组件的情况下实现。
在一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区120重叠显示屏幕的工作区的至少一部分。例如，输入装置100可包括覆盖显示屏幕、基本上透明的传感器电极，并且提供用于关联电子系统的触摸屏界面。显示屏幕可以是能够向用户显示可视界面的任何类型的动态显示器，并且可包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或者其他显示技术。输入装置100和显示屏幕可共用物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的一部分用于显示和感测。作为另一个示例，显示屏幕可部分或全部由处理系统110来操作。
应当理解，虽然在全功能设备的上下文中描述本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够作为各种形式的程序产品(例如软件)来分配。例如，本发明的机制可作为电子处理器可读的信息承载介质(例如，处理系统110可读的非暂时计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)上的软件程序来实现和分配。另外，本发明的实施例同样适用，而与用于执行分配的介质的特定类型无关。非暂时的电子可读介质的示例包括各种光盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪速、光、磁、全息或者任何其他存储技术。
图2A示出按照一些实施例、配置成在与图案关联的感测区中进行感测的示例传感器电极图案的一部分。为了说明和描述的清楚起见，图2A示出简单矩形的图案，而没有示出各种组件。这个传感器电极图案包括多个发射器电极160(160-1、160-2、160-3、…160-n)以及多个接收器电极170(170-1、170-2、170-3、…170-n)(其设置在多个发射器电极160之上)。
发射器电极160和接收器电极170通常相互欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体分隔发射器电极160和接收器电极170，并且防止它们相互电短接。在一些实施例中，发射器电极160和接收器电极170通过在交迭区设置在其之间的绝缘材料来分隔；在这类构造中，发射器电极160和/或接收器电极170可采用连接同一电极的不同部分的跳线来形成。在一些实施例中，发射器电极160和接收器电极170通过一层或多层绝缘材料来分隔。在另外某些实施例中，发射器电极160和接收器电极170通过一个或多个衬底来分隔；例如，它们可设置在同一衬底的相对侧上、或者在层压在一起的不同衬底上。
发射器电极160与接收器电极170之间的局部化电容性耦合的区域可称作“电容性像素”。发射器电极160与接收器电极170之间的电容性耦合随与发射器电极160和接收器电极170关联的感测区中的输入对象的接近性和运动而发生变化。
在一些实施例中，“扫描”传感器图案以确定这些电容性耦合。也就是说，驱动发射器电极160以传送发射器信号。可操作发射器以使得一次一个发射器电极进行传送，或者多个发射器电极同时进行传送。在多个发射器电极同时进行传送的情况下，这多个发射器电极可传送相同的发射器信号，并且有效产生实际上更大的发射器电极，或者这多个发射器电极可传送不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可按照使它们对接收器电极170的所产生信号的组合影响能够被单独确定的一个或多个编码方案来传送不同的发射器信号。
可单一或者多个地操作接收器传感器电极170，以获取所产生信号。所产生信号可用来确定电容性像素处的电容性耦合的测量。
来自电容性像素的一组测量形成“电容性图像”(又称作“电容性帧”)，其表示像素处的电容性耦合。可在多个时间段期间获取多个电容性图像，以及它们之间的差用来得出与感测区中的输入有关的信息。例如，在连续时间段期间所获取的连续电容性图像能够用来跟踪进入、离开感测区以及处于感测区中的一个或多个输入对象的运动。
传感器装置的本底电容是与感测区中没有输入对象相关联的电容性图像。本底电容随环境和操作条件而发生变化，并且可按照多种方式来估计。例如，一些实施例在确定没有输入对象处于感测区中时获取“基准图像”，并且将那些基准图像用作其本底电容的估计。
能够针对传感器装置的本底电容来调整电容性图像，以获得更有效处理。一些实施例通过对电容性像素处电容性耦合的测量进行“基准化”来产生“基准化电容性图像”，来实现这个方面。也就是说，一些实施例将形成电容图像的测量与关联那些像素的“基准图像”的适当“基准值”进行比较，并且从那个基准图像来确定变化。
在一些实施例中，发射器电极160包括一个或多个公共电极(例如“V-com电极”)，其用于更新显示屏幕的显示中。这些公共电极可设置在适当显示屏幕衬底上。例如，公共电极可设置在一些显示屏幕(例如平面内切换(IPS)或面线切换(PLS))中的TFT玻璃上、在一些显示屏幕(例如图案垂直对齐(PVA)或多域垂直对齐(MVA))的滤色器玻璃的底部上等。在这类实施例中，显示电极又能够称作“组合电极”，因为它执行多个功能。在各个实施例中，各发射器电极160包括一个或多个公共电极。在其他实施例中，至少两个发射器电极160可共用至少一个公共电极。
在各个实施例中，“电容性帧率”(获取连续电容性图像的速率)与“显示帧率”(更新显示图像的速率，包括刷新屏幕以重新显示相同图像)可以是相同或者不同的。在两个速率有所不同的一些实施例中，连续电容性图像以不同显示更新状态来获取，以及不同显示更新状态可影响获取的电容性图像。也就是说，显示更新具体来说影响本底电容性图像。因此，如果在显示更新处于第一状态时获取第一电容性图像，并且在显示更新处于第二状态时获取第二电容性图像，则第一和第二电容性图像因与显示更新状态关联的本底电容性图像的差异，而不是因感测区中的变化，而有所不同。这在电容性感测和显示更新电极相互接近的情况下或者在它们被共用(例如组合电极)时更有可能。
为了便于说明，在特定显示更新状态期间获取的电容性图像被认为属于特定帧类型。也就是说，特定帧类型关联特定电容性感测序列与特定显示序列的映射。因此，在第一显示更新状态期间所获取的第一电容性图像被认为属于第一帧类型，在第二显示更新状态期间所获取的第二电容性图像被认为属于第二帧类型，在第三显示更新状态期间所获取的第三电容性图像被认为属于第三帧类型，依此类推。在显示更新状态和电容性图像获取的关系为周期性的情况下，所获取的电容性图像在帧类型间循环并且然后重复进行。
图2B示出按照本公开的实施例、用于感测输入对象的系统200。系统200包括感测区120中的感测像素阵列210，各感测像素包括感测元件220。以下所述实施例中的感测元件可包括感测板或者任何其他无源或有源元件。感测元件可操作以确定输入对象的特征或作用。例如，作为感测板的感测元件可确定感测板与输入对象，例如手指，之间的电容。这个电容则能够确定指纹图案的一部分。感测元件阵列还可包括以上针对图2A所述的电极。
图2B中的处理系统110可操作以向/从阵列210传送/接收信号。处理系统110可包括驱动器模块230、接收器模块240、确定模块250和可选存储器260。接收器模块240耦合到阵列210，并且配置成接收指示感测区120中的输入(或者没有输入)和/或环境干扰的所产生信号。接收器模块240还可配置成将所产生信号传递给确定模块250以用于确定输入对象(例如手指)的存在，和/或传递给可选存储器260供存储。在各个实施例中，处理系统110中的集成电路可耦合到驱动器以用于向阵列210发送信号。驱动器可使用薄膜晶体管(TFT)来制作，并且可包括开关、组合逻辑、复用器、以及其他选择和控制逻辑。
处理系统110中包含的驱动器模块230(其包括驱动器电路)可配置用于向阵列210发送信号。驱动器模块230可发送信号，其将行选择、使能或供电线设置为高或低电平，如以下更详细描述。驱动器模块230可产生信号，其如以下更详细描述来接通或断开开关。处理系统110可采用更多电路来实现，以控制以下示例实施例中所述的各种组件。
以下描述的实施例包括利用薄膜晶体管(TFT)的指纹传感器。在一些实施例中，指纹传感器能够结合到显示器中。对于结合到显示器中的指纹传感器，指纹传感器元件可结合在显示器的顶面附近，以改进被捕获以检测指纹的细微特征的信号的质量。用于以下所述指纹感测的感测元件可结合在显示器的整个工作区中、或者仅结合在显示器的工作区的一部分中。感测元件可具有匹配显示像素的像素密度的像素密度，在这种情况下，感测元件可结合在显示器的每一个像素中或者结合在配置用于指纹感测的工作区的有关部分的每一个像素中。感测元件还可具有大于或小于显示器的像素密度的像素密度，以及如果感测像素具有大于显示器的像素密度，则指纹传感器的多个感测元件可结合在单个显示像素中。在本文所述的某些实施例中，以上针对图1所述的输入装置100包括指纹传感器。
指纹传感器检测指纹的谷线和脊线。用于检测指纹的一种技术包括检测沿指纹的谷线和脊线的传感器电容的变化，以获得指纹的图像，其可以是用户手指的完整指纹图案的全部或者一部分。覆盖层可用于指纹传感器之上，以保护传感器。除了指纹传感器元件之外，覆盖层还能够保护显示元件和/或接近传感器元件。覆盖层可由不透明材料或者透明材料(例如玻璃)来制成。在一些实施例中，这个覆盖层可以为500微米或以下。通过指纹感测，电容可在大约10-18F来测量。指纹中的谷线深度可以为近似60微米。脊线-脊线间距可以为近似400微米。脊线的厚度可以为100-300微米。因此，在一侧大约40-70微米的指纹传感器的像素大小可能足以捕获指纹的脊线和谷线信息。大约40-70微米的像素间距也可能足以捕获指纹的脊线和谷线信息。在一些实施例中，像素间距可以为20-100微米。除了指纹的脊线和谷线信息之外，更小的像素大小和/或像素间距还能够用来捕获更小的特征、例如汗孔。
对于许多传感器像素，因空间限制而难以为各像素放置6个或以上TFT以操作指纹传感器。以下所述的实施例能够与各感测像素的少至1个TFT或2个TFT配合工作。以下所述的架构可以是分立的或者结合在显示器中。另外，以下所述的架构能够产生足够大以抵消寄生电容的波形。
以下实施例中所述的运算放大器能够是低电压集成电路或者可具体化在面板上。以下所述的开关可处于集成电路中或者具体化在非导电支承衬底(例如玻璃或塑料)上。MEMS(微型机电)开关可被使用，并且在支承衬底上或者集成电路中形成。开关和晶体管可在半导体晶圆中形成或者可以是TFT。以下所述实施例中的感测元件可包括感测板、PN二极管、压电换能器(其感测超声波)、或者任何无源或有源元件(其在输入对象(例如手指)存在的情况下积聚电荷或者将激励换能为电荷)。
感测与输入对象关联的电容的以下所述实施例可测量绝对电容或者跨电容。绝对电容测量输入对象与感测元件之间的电容。跨电容测量因输入对象的存在而引起的两个感测电极之间的电容的变化。
以下所述的实施例可在多个周期期间对电荷积分，以便更易于捕获指纹。
以下独立实施例中描述的特征可相结合、被移除或者在适当场合结合到其他实施例中。
用于显示集成的具有1-TFT像素架构的有源矩阵电容性指纹传感器
图3示出按照一个实施例的有源矩阵电容性指纹传感器的像素架构。架构300可与各感测像素中的少至一个TFT配合操作。架构300包括感测元件302(在这个示例中，感测元件302包括感测板302)的阵列310，感测元件302各自通过一行寻址线(行选择306)所控制的选择薄膜晶体管(TFT)304来寻址。感测板302的每列连接到公共输出线308。当选择一行时，每列的感测板302通过相应TFT 304来连接到那一列的公共输出线308。如果传感器集成在显示器中，则TFT 304可以是单元内的(in-cell)。
架构300的阵列310可使用每像素少至一个TFT、每列一个输出线、以及每行一个地址线，这降低对显示器的光学性能的影响。包括四个开关、反馈电容和高增益运算放大器的外部电路(以下更详细描述)提供输出线的寄生电容的消除。另外，在一些实施例中，像素电荷的积分能够在多个充电和放电周期期间执行。
图4A示出在行406i和列408j连接到感测板402的列j的驱动/读出电路400的示意图。选择TFT 404耦合到行选择线406i和输出线408j。驱动/读出电路400还包括四个开关：S1j 412、S2j 414、SF 418和SR420。反馈网络包括反馈电容CF 422和复位开关SR420，以及放大器电路包括运算放大器416。开关S1j 412通过经过选择TFT 404将感测板402耦合到Vch410对该板进行充电。开关S2j 414用于感测板402上的存储电荷的读出。反馈开关SF418将反馈电容CF 422与运算放大器416的输入连接和断开。复位开关SR420重置驱动/读出电路400在行i的后续读出之间的状态。反馈电容CF 422将反馈提供给运算放大器416，其一个输入耦合到地426。在一些实施例中，时钟信号可耦合到运算放大器416的输入端子。
图5A示出时间线500，其包括在按照图3和图4A的驱动/读出序列期间的信号波形。3步序列用来将感测板402与手指之间所形成的电容上的电荷传递给反馈电容CF 422。这个电容包含与手指表面的外形相关的信息。电荷能够在多个充电/放电周期期间被积分，以通过重复进行3步序列来增加输出信号的幅度。图5A示出行选择406i以及开关S1j、S2j、SF和SR的控制信号的波形。在时间T1，感测板402经过选择TFT 404和开关S1j 412连接到充电电压Vch410，即，行选择406i和S1j信号设置为高电平。同时，S2j 414和反馈开关SF 418保持为打开。复位开关SR420保持为闭合。如所示，S2j 414和SF 418为低电平，而SR420为高电平。在这个时间(充电阶段)期间，电荷存储在感测板402上，其中幅值与对手指的电容成比例。
在时间T2，通过将行选择406i变成低电平，TFT 404与输出线408断开。S1j 412被打开(S1j 412变成低电平)，以断开充电电压Vch410。
在时间T3(输出预充电阶段)，S2j 414被闭合(S2j 414变成高电平)，以便将输出线预充电到虚拟地(在非理想运算放大器的情况下，预充电到运算放大器的输入偏置电压Vos)。
在时间T4，SR420被打开(SR420变成低电平)。在时间T5，SF 418被闭合，以便将电路配置用于所存储电荷的读出。在时间T6(积分阶段)，行选择406i被闭合，以将电荷传递给CF 422，并且因此将输出电压424改变成与感测板402上的所存储电荷成比例的值。
在时间T7，SF 418被断开(SF 418变成低电平)，以将反馈电容CF 422与运算放大器416断开，并且保持CF 422上的电荷。在时间T8，该电路能够通过经过选择TFT 404和开关S1j 412连接充电电压VCh 410、即行选择406i和S1j 412信号被设置为高电平，而进入另一个充电阶段。同时，S2j 414打开，SR420闭合，以及SF 418保持为打开(S2j 414变成低电平，而SR420变成高电平)。通过完成另一个充电/预充电/积分周期，像素电荷能够加入反馈电容器422(在其上积分)。在第N周期结束时，输出电压424能够被取样，并且能够通过接通SR开关420来重置输出。在时间TR1，SF 418断开(SF 418变成低电平)，以便初始化电路以用于另一个读出序列。
图6A-6D示出在充电、预充电、积分和复位阶段期间连接到图4A的驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。对手指的感测板402电容通过Cin表示，以及输出线的寄生电容汇总到电容Cp。图6A示出充电阶段(如图5A所示的T1<t<T2)期间的等效电路610。图6B示出预充电阶段(如图5A所示的T3<t<T4)期间的等效电路620。图6C示出积分阶段(如图5A所示的T6<t<T7)期间的等效电路630。图6D示出复位阶段(如图5A所示的T7N<t<TR1)期间的等效电路640。读出电路使用开关S2j与充电电压Vch的隔离允许读出电路(包括运算放大器和复位开关SR)使用比驱动电路更低的电压技术来实现。
在各充电阶段结束时，感测板402电压为Vin＝Vch，以及运算放大器416的负极端子V-＝Vout＝0(或者等于接近0的Vos)。Qin＝CinVch的电荷在感测板402上积聚。通过在充电阶段结束时关断TFT 404，这个电荷保持在感测板402上。在预充电阶段期间，输出线408与电源隔离，并且连接到运算放大器416的输入。在预充电阶段结束时，输出线的电压V1j＝V-＝Vout＝0(或者等于接近0的Vos)，以及CF 422上存储的电荷为零。在第一读取阶段结束时，输出线的电压V1j＝Vin＝V-、Vout＝AV-以及–VCF＝Vout–V–＝(A–1)V–。如果运算放大器416的增益足够大，则在感测电容器的读出期间传递给寄生电容Cp的电荷与传递给CF的电荷相比是可忽略的，因为Cp的电压在读出期间没有变化。因此，寄生电容的影响被消除。SF 418在积分阶段期间闭合，以允许电荷在反馈电容器CF 422上积聚，同时SF 418在充电和预充电阶段期间打开。SF 418和SR420在复位阶段中闭合，以便对反馈电容器CF 422进行放电并且重置输出电压424。
图4B、图5B和图6E-6G是示出驱动/读出电路的另一个实施例的示意图。图4B所示的实施例与图4A相似，只不过图4B中去除了反馈开关。图5B和图6E-6G也与图4B的实施例关联。图4B示出在行i和列j连接到感测板的列j的驱动/读出电路450的示意图。读出电路包括3个开关(S1j 412、S2j 414和SR420)、运算放大器416和反馈电容CF 422。开关S1j 412用于对板进行充电，开关S2j 414用于感测板上的所存储电荷的读出，开关SR420用来重置行的后续读出之间的电路的状态，以及CF提供对运算放大器的反馈。
图5B示出包括按照图3和图4B的驱动/读出序列期间的信号波形的时间线550。3步序列用来测量感测板与手指之间所形成的电容；这个电容包含与手指表面的外形相关的信息。图5B示出行选择(i)以及开关S1j、S2j和SR的控制信号的波形。
在时间T1，感测板经过选择TFT和开关S1j连接到充电电压VCh；即，行选择(i)和S1j信号设置为高电平。同时，S2j保持为打开，而SR保持为闭合(S2j为低电平，而SR为高电平)。这将感测板与读出电路断开，并且通过对反馈电容CF上存储的电荷进行放电来重置输出电压。在这个时间(充电阶段)期间，电荷存储在感测板上，其中幅值与对手指的电容成比例。
在时间T2，通过使行选择(i)变成低电平并且S1j打开(S1j变成低电平)以断开充电电压，TFT与输出线断开。在时间T3(输出预充电阶段)，S2j闭合(S2j变成高电平)，以便将输出线预充电到虚拟地(在非理想运算放大器的情况下，预充电到运算放大器的输入偏置电压Vos)。在时间T4，SR打开(SR变成低电平)，以便将电路配置用于所存储电荷的读出。在时间T5(读取阶段)，行选择(i)闭合，以便将电荷传递给CF，并且因此将输出电压改变成与感测板上的所存储电荷成比例的值。
图6E-6G示出在充电、预充电和读取阶段期间连接到图4B的驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。对手指的感测板402电容通过Cin表示，以及输出线的寄生电容汇总到电容Cp。图6E示出充电阶段(如图5B所示的T1<t<T2)期间的等效电路650。图6F示出预充电阶段(如图5B所示的T3<t<T4)期间的等效电路660。图6G示出读取阶段(如图5B所示的T5<t<T6)期间的等效电路670。
关于图4B、图5B和图6E-6G，在充电阶段结束时，板电压为Vin＝Vch，以及运算放大器的负极端子V–＝Vout＝0(或者接近0的Vos)。Qin＝Cin Vch的电荷在感测板上积聚；通过在充电阶段结束时关断TFT，这个电荷保持在感测板上。在预充电阶段期间，输出线与电源隔离，并且连接到运算放大器的输入。在预充电阶段结束时，输出线的电压V1j＝V-＝Vout＝0(或者等于接近0的Vos)，以及CF上存储的电荷为零。在读取阶段结束时，V1j＝Vin＝V-、Vout＝AV-以及–VCF＝Vout–V–＝(A–1)V–。对于运算放大器的足够大的增益的情况，在感测电容器的读出期间传递给寄生电容Cp的电荷与传递给CF的电荷相比是可忽略的，因为CP的电压在读出期间没有变化。因此，寄生电容的影响被消除。
对于第一情况，(无穷增益(A)和零VOS)：V-＝V1j＝0，因为增益是无穷的，并且偏置电压为零。因此，感测板上存储的电荷被传递给CF。
Vout＝V_-VCF＝-Qin/CF＝-Cin/CFVch
对于非理想运算放大器的第二情况：
Vout＝V_-VCF
Vout＝-A(V_-Vos)+7os
VCF＝[Cin(Vch-V_)-Cp(V_-Vos)]/CF
为了使Cp对输出电压的影响为最小：
在许多实际情况下，Cp>>CF>>Cin，从而将条件减化成：
在这个条件下：
从这个等式，如果Vch>>Vos，则能够忽略偏置电压的影响。
图7示出在行706i和列708j连接到感测板702的列j的驱动/读出电路700的示意图。图7与图4A相似，其中添加了开关S3j 728，其添加到每列以用于将输出线预充电到地726。在图4-6的实施例中，预充电状态通过经过开关S2j 414和复位开关SR420将输出线连接到虚拟地来实现。图7中，开关S3j 728允许预充电状态换为通过将输出线708直接连接到系统地726来实现。开关S3j 728能够使用显示器/传感器底板上的TFT或者使用驱动器电路中的晶体管来实现。选择TFT 704耦合到行选择线706i和输出线708j。驱动/读出电路700包括四个其他开关：S1j 712、S2j 714、反馈开关SF 718和复位开关SR 720。驱动/读出电路700还包括反馈电容CF 722和运算放大器716。
底板上的预充电开关S3j 728的实现允许电荷积分器在充电步骤期间与输出线708j上构成的高电压隔离。这允许使用低电压技术来实现电荷积分器以获得更好的性能以及更小的芯片占用面积。这还允许预充电阶段所需的时间的减少，因为预充电开关S3j 728对电流能够具有比运算放大器电路中的极限更高的极限。
在使用选择TFT 704的感测板702的充电阶段和隔离之后，输出线708使用预充电开关S3j 728来偏置到地726。随后，开关S2j 714闭合，并且输出线连接到积分器的输入级。在这一级，选择TFT 704打开，以便将电荷传递给反馈电容722。由于线路寄生电容比感测板702电容要大若干数量级，所以电荷积分器仅暴露于极小瞬态电压。因此，能够采用幅值比电荷积分器电路的额定工作电压要大许多的充电电压。
备选地，充电和预充电偏置均能够使用具有适当波形的信号经过S1j 712来施加到输出线。
图8示出包括按照图7的充电/预充电/积分序列期间的信号波形的时间线800。波形与图5A所示以及以上详细描述的时间线500相似。时间线800引入开关728的波形S3j。使开关S3j 728在时间T3在预充电阶段期间断言为高电平。然后使开关S3j 728在时间T4断言为低电平。
图9是示出按照一个实施例、用于操作输入装置的方法900的流程图。方法900的步骤可按照任何适当顺序来执行。方法开始于步骤910，其中驱动器模块经过第一晶体管和第一开关将充电电压施加到感测元件。驱动器模块还可在这个步骤将行选择设置为高电平。在步骤920，电荷存储在感测元件上。电荷包括与输入对象的特征成比例的幅值。这个特征可以是与输入对象关联的电容。该特征可以是感测元件与输入对象之间的电容。如果手指为输入对象并且感测指纹，则测量电容的幅值以确定指纹的脊线和谷线的深度。
在步骤930，将第一晶体管的栅极端子驱动为低电平，并且第一开关由驱动器模块来打开以断开充电电压。栅极端子能够通过将行选择线驱动成低电平而被驱动为低电平。在步骤940，将充电电压传递给反馈电容器。在将电荷传递给反馈电容器之后，电荷能够采用读出电路来读取，或者可执行附加周期，以便在读出电荷之前对反馈电容器上的附加电荷求积分。在读出电荷之后，该电路能够初始化以用于另一个驱动/读出序列。
用于显示集成的具有2-TFT像素架构的有源矩阵电容性指纹传感器
图10示出按照一个实施例的有源矩阵电容性指纹传感器的像素架构。架构1000可与各感测像素中的少至二个TFT配合操作。架构1000包括感测元件1002(在这个示例中，感测元件1002包括感测板1002)的阵列1020，其各经过一行寻址线(行选择1006)和一行使能线1012所控制的TFT电路1004来寻址。每个TFT电路1004连接到公共输出线1008并且连接到供电线1010。
图11示出在行1106i和列1108j连接到感测板1102的列j的像素电路1100的示意图。各感测电极经过第一TFT T1i,j 1112连接到使能线1110。第一TFT 1112T1i,j通过耦合到栅电极的行选择线1106来控制。各感测板1102连接到第二TFT T2i,j 1116的栅极，而第二TFT T2i,j 1116的漏极连接到供电线1104，并且其源极连接到输出线1108。参考电容器CR 1114连接在第二TFT 1116的栅极与源极之间。每行像素共用同一使能线1110和行选择线1106，以及同一列中的全部像素共用同一供电线1104和输出线1108。在以下更详细论述的像素架构的变型中，没有包含供电线1104，以及第二TFT T2i,j 1116的漏极连接到行选择线1106(参见例如图17)。在这个传感器中，在感测板1102与手指表面之间所形成的电容控制第二TFT T2i,j 1116的稳态输出电流。通过测量像素的输出电流，能够对各像素确定感测板1102与手指之间的电容，由此提供手指表面的图像。
图10和图11所示的架构提供对显示器的光学性能的最小影响，因为该架构每像素使用具有小尺寸的2个TFT。由于像素的稳态电流表示手指与感测板1102之间的电容的值(其通过手指表面的形状来确定)，所以输出电流的测量时间能够增加，以增强测量的精度。
第二TFT T2i,j 1116按亚阈值方式的操作有可能获益于指数电流-电压相关性(即，电流与手指-感测板电容的值具有指数相关性)。首先，寄生元件不影响传感器输出的响应，因为传感器工作在稳态模式。
该电路能够按三级驱动/读出序列工作，以提取TFT IV特性以获得手指电容的准确计算。这种方法消除引起跨阵列的特性失配的过程变化的影响。还有可能通过在没有手指存在时扫描阵列来校准装置，以消除跨阵列的TFT性能变化和装置失配的影响。
图12示出对图10和图11所示的结构在行i和列j连接到像素的列j的驱动/读出电路的示意图1200。读出电路包括两个开关S1j 1232和S2j 1234、运算放大器1224以及反馈电阻器RF 1222。开关S1j 1232用来将输出连接到第一偏置电压—VBias11228，以及开关S2j 1234用来将输出连接到第二偏置电压—VBias21230。示意图1200还包括TFT 1212和1216以及电容CR 1214和Cin i,j 1218(假定输入对象耦合到地1220)。反馈电阻器RF 1222耦合到放大器1224和Vout 1226。行选择线1206、使能线1210、供电1204和输出1208也在图12中示出。
图13示出包括按照图10、图11和图12的驱动/读出序列期间的信号波形的时间线1300。3步序列用来测量感测板1102与手指之间所形成的电容。这个电容包含与手指表面的外形相关的信息。读出序列由使能步骤、读出步骤和禁能步骤来组成。为了使能像素，在时间T1，感测板1102经过TFT T1i,j 1212连接到使能线1210；即，行选择1206i设置成高电平，而使能1210i偏置在0V。供电1204j也设置成Vdd。这将感测板1102的电位设置成0V。在这个时间期间，开关S1j 1228为高电平(闭合或连接)，而开关S2j 1234为低电平(打开或断开连接)。因此，输出电压处于-Vbias1–RISense1。ISense1是T2i,j 1216的IV特性和VBias11228的函数。重要的是要注意，ISense1与输入对象的绝对或者跨电容无关。在读出步骤期间，在时间T2，感测板1102与使能线1210隔离；即，行选择1206i设置成低电平(0或者负电压)，而使能1210i偏置在-VSS。随后，在时间T3，开关S1j 1232设置成低电平，而开关S2j 1234设置成高电平。这将VBias21230连接到运算放大器1224的正极端子，并且将VBias1 1228与运算放大器1224隔离。对于具有足够大的增益的运算放大器，运算放大器的负极端子的电压变为-VBias2；因此输出(j)1208下拉到-VBias2(从-VBias1)。因此，T2i,j 1216的输出电流发生变化，并且Vout将改变成-VBias2-RISense2，其中ISense2是测量电容(绝对或者跨电容)和TFT 1216的特性的函数。在时间T4(禁能步骤开始)，通过将行选择线1206i设置成Vdd并且将使能线1210i设置成-VSS将T2i,j 1216的栅极偏置在-VSS，来关断T2i,j 1216。这将Vout 1226和输出线1208j的电压设置成-VBias2。在时间T5，开关S1j 1232设置成高电平，而开关S2j 1234设置成低电平，以便将输出线1208j和Vout 1226的电压重置成-Vbias1。最后，在时间T6，通过将行选择1206i设置成0V来完成禁能级。在这点上，像素准备好用于下一个使能/读出/禁能序列。
图14A-14C分别示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。对手指的感测板1102电容(绝对电容)通过Cin来表示，并且假定T2i,j1216的寄生栅-源极电容包含在CR中，而忽略寄生元件的其余部分。图14A示出使能阶段(如图13所示的T1<t<T2)期间的等效电路1410。图14B示出读出阶段(如图13所示的T3<t<T4)期间的等效电路1420。图14C示出禁能阶段(如图13所示的T5<t<T6)期间的等效电路1430。
图15示出对于在没有开关S1j和开关S2j的情况下实现的图10-12的像素架构的驱动/读出序列期间的信号波形1500和驱动电路1510。由于开关S1j和S2j的状态相反(波形1500中所示)，所以有可能去除两种开关，并且将适当信号直接施加到运算放大器1224的正极端子，如图15所示。
图16示出按照另一个实施例的有源矩阵电容性指纹传感器的2-TFT像素架构。架构1600包括感测元件(在这个实施例中，感测元件1602包括感测板1602)的阵列1620，其各经过一行寻址线(行选择1610)和一行使能线1612所控制的TFT电路1604来寻址。每个TFT电路1604连接到公共输出线1608。在这个架构中，没有包括独立供电线，以及第二TFT的漏极耦合到行选择线(与图10中的架构1000相比)。
图17示出在行I 1704连接到感测板1702的列j的像素电路1700的示意图。各感测电极经过第一TFT T1i,j 1712连接到使能线1710。第一TFT T1i,j 1712通过耦合到TFTT1i,j 1712的栅电极的行选择/供电线1704(在这个实施例中没有包括独立供电线)来控制。各感测板1702连接到第二TFT T2i,j 1716的栅极，而第二TFT T2i,j 1716的漏极连接到行选择/供电线1704，并且其源极连接到输出线1708。参考电容CR 1714连接在第二TFTT2i,j 1716的栅极与源极之间。第二TFT T2i,j 1716的漏极连接到行选择/供电线1704。在这个示意图中，在感测板1702与手指表面之间所形成的电容控制第二TFT T2i,j1716的稳态输出电流。通过测量像素的输出电流，能够确定感测板1702与手指之间的电容，由此提供手指表面的图像。
图18示出对图16和图17所示的结构在行i和列j连接到像素的列j的驱动/读出电路的示意图1800。读出电路包括两个开关S1j 1832和S2j 1834、运算放大器1824以及反馈电阻器RF 1822。开关S1j 1832用来将输出连接到第一偏置电压—VBias11828，以及开关S2j 1834用来将输出连接到第二偏置电压—VBias21830。示意图1800还包括TFT 1812和1816以及电容器CR 1814和Cin i,j 1818(假定输入对象耦合到地1820)。反馈电阻器RF1822耦合到放大器1824和Vout 1826。行选择/供电1806、使能1810和输出1808也在图18中示出。
图19示出包括按照图16、图17和图18的驱动/读出序列期间的信号波形的时间线1900。3步序列用来测量感测板1702与输入对象、例如手指之间所形成的电容。这个电容包含与手指表面的外形相关的信息。读出序列由使能步骤、读出步骤和禁能步骤来组成。波形与以上针对图11-13所述的波形相似，只不过不存在图16-18的供电线，以及选择/供电线替代行选择线。关于操作的详细论述，参见以上图13。
图20A-20C分别示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。感测板1702与手指之间的电容通过Cin来表示，并且假定T2i,j 1816的寄生栅-源极电容包含在CR中，而忽略寄生元件的其余部分。图20A示出使能阶段(如图19所示的T1<t<T2)期间的等效电路2010。图20B示出读出阶段(如图19所示的T3<t<T4)期间的等效电路2020。图20C示出禁能阶段(如图19所示的T5<t<T6)期间的等效电路2030。
图21示出对于在没有开关S1j和S2j的情况下实现的图16-18的像素架构的驱动/读出序列期间的信号波形2100和驱动电路2110。因为开关S1j和S2j彼此相反地驱动(当一个为高电平时，另一个为低电平)，所以有可能去除两种开关，并且将适当VBias1或VBias2信号直接施加到运算放大器1824的正极端子，如图21所示。
针对图10-12和图16-18所示的两种2-TFT架构，在使能阶段期间，感测晶体管(T2i,j)的栅极的电位上升到0V。这在负电压施加到这个晶体管的源极时允许这个晶体管中的电流。在读出阶段期间，感测晶体管的源极电压从-VBias1改变成-VBias2。最初(使能阶段)，感测晶体管的输出电流与感测元件所检测的电容无关，但是在后一阶段，输出电流将作为这个电容的函数(参见下式)。因此，在初始阶段(使能阶段)，能够表征感测晶体管，以及感测电容器能够在第二阶段中准确确定。这将消除跨阵列的过程变化和装置失配的影响。在禁能阶段，-VSS电位施加到感测晶体管的栅极，以确保TFT在对同一列中的像素的其余部分进行寻址时保持在断态。下面提供像素的读出期间的感测电流和输出电压的等式。假定该电路已经达到稳态条件。TFT的电流是VDS和VGS的函数，表达为f(VGS2,VDS2)。
图10-12的指纹传感器的等式：
在T3-(就在改变S1j和S2j的状态之前)：
VGS2＝0–(–VBias1)＝VBias1
VDS2＝Vdd–(–VBias1)＝Vdd+VBias1
ISense1＝f(VBias1,Vdd+VBias1)
Vout＝–VBias1–RISense1
在T4–(就在改变行选择(i)的状态之前)：
VDS2＝Vdd–(–VBias2)＝Vdd+VBias2
Vout＝–VBias2–RISense2
图16-18的指纹传感器的等式：
在T3–(就在改变S1j和S2j的状态之前)
VGS2＝0–(–VBias1)＝VBias1
VDS2＝0–(–VBias1)＝VBias1
ISense1＝f(VBias1,VBias1)
Vout＝–VBias1–RISense1
在T4–(就在改变行选择(i)的状态之前)
VDS2＝0–(–VBias2)＝VBias2
Vout＝–VBias2–RISense2
假定TFT以相关性按亚阈值方式操作：
其中A、B和D是常数以及TFT特性VBias1和VBias2的函数。因此，电流具有对输入电容的指数关系，以及输入电容的小变化能够产生感测电流的大变化。
虽然在上述2-TFT示例架构中，–VBias1>–VBias2，但是有可能在–VBias2>–VBias1的条件下运行实施例。另外，参考电容CR可经由附加参考电容器(其连接到第二TFT T2i,j晶体管的两个端子)来实现，或者第二TFT的栅-源极电容可能是足够的。
在上述2-TFT示例架构中，有可能通过将电压脉冲施加到正极端子仅读取输出电流一次。能够偶尔应用校准步骤，以确定跨阵列的感测TFT的IV特性。这些参数能够被存储并且用来避免在同一帧中测量电流两次。在这个条件下，VBias信号(参见图15和图21)从0改变成-VBias，以及仅在T4-测量电流。
图22是示出按照一个实施例、用于操作输入装置的方法2200的流程图。方法2200的步骤可按照任何适当顺序来执行。方法2200描述采用2-TFT像素架构的指纹传感器的使能/读出/禁能序列。该方法开始于步骤2210，其中驱动器模块使行选择线断言为高电平，以将感测元件处的电压设置成零。行选择线耦合到第一晶体管的栅极端子，以及第一晶体管的第二端子耦合到感测元件。第一晶体管的第三端子耦合到使能线。
在步骤2220，驱动器模块使行选择线断言为低电平，以及将使能线偏置成负电压。这个步骤将感测元件与使能线隔离。在步骤2230，在第二晶体管的第二端子上感测输出电流。第二晶体管的栅极耦合到第一晶体管的第二端子。第二晶体管的第三端子可耦合到供电线，或者在一些实施例中耦合到组合选择/供电线。输出电流与输入对象的特征成比例。例如，输出电流可与输入对象(例如手指)和感测元件之间的电容成比例。因此，输出电流能够用来确定指纹图案的图像，其可以是用户的完整指纹的全部或者一部分。
基于通过2-TFT像素架构的电荷感测的用于显示集成的有源矩阵电容性指纹传感器
图23示出按照一个实施例、基于电荷感测的显示集成的有源矩阵电容性指纹传感器的像素架构。架构2300可与各感测像素中的少至二个TFT、或者一个TFT和一个二极管配合操作。架构2300包括感测元件(在这个实施例中，感测元件2302包括感测板2302)的阵列2320，其各经过一行寻址线(行选择2310)和一行使能线2312所控制的TFT电路2304来寻址。每个TFT电路2304连接到公共输出线2308。
图24示出在行2404i和列2408j连接到感测板2402的列j的像素2400的示意图。在一些实施例中可采用参考电容器CR2414。各感测板2402经过第一TFT T1i,j 2412连接到使能线2410，以及第一TFT T1i,j 2412由行选择线2404来控制。各感测板2402连接到第二TFTT2i,j 2416的栅极和漏极，而TFT T2i,j 2416的源极连接到输出线2408(第二TFT经二极管接法连接以创建两个终端装置)。参考电容器CR2414(若使用的话)连接在第二TFT T2i,j2416的栅极与源极之间。每行像素共用同一使能线2410和行选择线2404，以及同一列中的全部像素共用同一输出线2408。在以下更详细论述的像素架构的变型中，第二TFT T2i,j2416由二极管或者另一非线性电路元件来替代(参见图28-30)。在这个架构中，测量感测板2402上存储的电荷，以确定感测板2402与手指之间的电容，因此提供手指表面的图像。
图23和图24所示的架构提供对显示器的光学性能的最小影响，因为传感器每像素可使用具有最小可能尺寸的少至二个TFT(或者一个二极管和一个TFT)。输出线的寄生电容可有效地被消除，并且对所测量电荷没有产生伪影，因为输出线的电压在使能和读出阶段期间保持为恒定。
流经感测晶体管(第二TFT T2i,j 2416)的稳态电流能够用来测量装置的IV特性，以消除跨阵列的TFT特性失配的影响。最后，有可能通过在没有手指存在时扫描阵列来校准装置，以消除跨阵列的TFT性能变化和装置失配的影响。
图25示出对图23所示的像素结构在行i和列j连接到像素的列j的驱动/读出电路的示意图2500。读出电路包括开关SRj 2522、运算放大器2524和反馈电容器CF 2526。开关SRj 2522用来在连续读出之间重置反馈电容器CF 2526上存储的电荷。示意图2500还包括TFT T1i,j 2512和T2i,j 2516以及电容CR2514和Cin i,j 2518(输入电容，耦合到地2520)。反馈电容器CF 2526和开关SRj 2522耦合到运算放大器2524和Vout 2530。行选择2506、使能2510和输出2508也在图25中示出。
图26示出包括按照图23、图24和图25的驱动/读出序列期间的信号波形的时间线2600。3步序列用来通过测量因这个电容引起的感测板2402上存储的电荷，来确定感测板2402与手指之间所形成的电容。这个电容表示与手指表面的外形相关的信息。图26示出图24和图25的像素的线路的波形。读出序列由使能步骤、读出步骤和禁能步骤来组成。为了使能像素，在时间T1，感测板2402经过TFT T1i,j 2512连接到使能线2510i；即，行选择2506i设置成高电平，而使能2510i偏置在Vdd。在这个时间期间，开关SRj 2522闭合(开关SRj为高电平)，因此Vout保持在地，因为运算放大器2524的正极端子在2528接地，并且输出连接到负极端子。在这个步骤，流经TFT T2i,j 2516的电流只是TFT特性的函数，并且可被测量以用于校准。
在时间T2，行选择2506i和使能2510i线路连接到地，以及开关SRj 2522打开(开关SRj 2522变成低电平)。这个步骤将感测板2402与使能线2510i隔离，并且将感测板2402上的电荷(示为Cin i,j 2518)传递到反馈电容器CF 2526中。因此，Vin i,j下降到低于TFTT2i,j2516的阈值电压的值，以及Vout按照以下所述等式下降到取决于所存储电荷的负值。
在时间T3，行选择2506i连接到Vdd以接通TFT T1i,j 2516，以及开关SRj 2522闭合(开关SRj 2522变成高电平)。因此，通过将Vin i,j的电压设置成0V来禁能像素，以消除其他行中的像素的读出期间经过TFT T2i,j 2516的电荷泄漏。还通过对反馈电容器CF2526进行放电，将Vout设置成0V。
在时间T4，行选择线2506i设置成0V，以便将像素准备用于另一个使能/读出/禁能序列。为了增加感测输入电容的速度，有可能将行(i+1)的使能步骤与行(i)的禁能步骤相结合。
图27A和图27B示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。感测板2402与手指之间的电容表示为Cin i,j，并且假定TFT T2i,j 2516的寄生栅-源极电容包含在CR中，而忽略寄生元件的其余部分。图27A示出使能或禁能阶段(如图26所示的T1<t<T2和T3<t<T4)期间的等效电路2710。图27B示出读出阶段(如图26所示的T2<t<T3)期间的等效电路2720。
图28示出在行2804i和列2808j连接到感测板2802的列j的驱动/读出电路2800的示意图。驱动/读出电路2800与图24所示的电路2400相同，只不过包括第二TFT T2i,j 2416的非线性电路元件(整流元件)由包括二极管Di,j 2816的非线性电路元件(整流元件)来替代。电路的结构和操作是相似的。图24和28中，相似标号表示相似元件(即，感测板2402等效于感测板2802等)。以上针对图23-27所述的操作和优点也适用于图28-30。
图29示出对图28所示的像素结构在行i和列j连接到像素的列j的驱动/读出电路的示意图2900。示意图2900与图25所示的示意图2500相同，只不过TFT 2516由二极管2916来替代。电路的结构和操作是相似的。图25和29中，相似标号表示相似元件(即，CF 2526等效于CF 2926等)。
图30A和图30B示出在使能、读出和禁能阶段期间连接到驱动/读出电路的像素(i,j)的等效电路。等效电路3010与图27所示的等效电路2710相同，只不过TFT T2i,j由二极管Di,j来替代。电路的结构和操作是相似的。
关于图24-27的2晶体管结构以及图28-30的晶体管加二极管结构，在使能阶段期间，感测晶体管(T2i,j)的栅极或者二极管(Di,j)(即，非线性电路元件)的另一个端子的电位上升到Vdd。这起作用以在感测板上存储与测量电容(绝对电容或者跨电容)成比例的电荷。恒定电流还流经晶体管或二极管(即，非线性电路元件)，其只是装置的IV特性的函数，并且能够被测量以校准传感器，以便消除跨像素阵列的装置失配的影响。在读出期间，感测板与使能线隔离，以及感测板上存储的电荷被传递给CF。由于输出电流保持为恒定，所以没有电荷被传递给输出线寄生电容。这将消除输出线的寄生元件的影响。在禁能阶段期间，通过将感测板的电压设置成0V，来关断感测TFT或二极管。因此，当同一列中的像素的其余部分被寻址时，像素保持在断态。下面提供像素的读出期间的Vout的等式。假定二极管或TFT停止在VT或VON导通。
在使能和禁能步骤期间：
Vout＝0V
在T3–(就在改变行选择(i)的状态之前)：
对于图24
对于图28
针对图24-27的2晶体管结构以及图28-30的晶体管加二极管结构，有可能将运算放大器的正极端子连接到任意偏置电压(例如-VBias)，以便通过跨像素电容器将偏置电压从Vdd增加到Vdd+VBias来增加像素电容器之上的存储电荷。在这个条件下，使能线在禁能阶段期间应当偏置在-VBias。
能够偶尔应用校准步骤，以便通过测量使能步骤期间流经装置的电流来确定跨阵列的感测TFT或二极管的IV特性。
图31是示出按照一个实施例、用于操作输入装置的方法3100的流程图。方法3100的步骤可按照任何适当顺序来执行。方法3100描述采用2-TFT(或者一个TFT和一个二极管)像素架构的指纹传感器的使能/读出/禁能序列。该方法开始于步骤3110，其中驱动器模块将行选择线断言为高电平，以便经过第一晶体管将感测元件耦合到使能线。行选择线耦合到第一晶体管的栅极端子，以及第一晶体管的第一端子耦合到感测元件。使能线耦合到第一晶体管的第二端子。
在步骤3120，在感测元件收集电荷，其中电荷与输入对象的特征成比例。电荷可与输入对象(例如手指)和感测元件之间的电容成比例。在步骤3130，驱动器模块将行选择线和使能线断言为低电平，以便将感测元件与使能线隔离。在步骤3140，感测元件上存储的电荷被传递给反馈电容器(作为步骤3130的结果)。电荷经过非线性电路元件来传递。非线性电路元件可以是二极管或晶体管接法的二极管。
在步骤3150，读取输出电压。输出电压与输入对象的特征成比例，并且可用来确定指纹的至少一部分。在读取了输出电压之后，可重置像素，以准备用于另一个使能/读出/禁能序列。
因此，提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。
鉴于以上所述，本公开的范围通过随附的权利要求来确定。

Claims (60)

1.一种用于操作输入装置的处理系统，包括：
驱动/读出电路，包括：
放大器电路，连接到反馈电容器和复位开关；
第一开关，配置成将列输出线与驱动电压连接和断开；以及
第二开关，配置成将所述列输出线与所述放大器电路连接和断开；
其中所述驱动/读出电路配置成：
将所述驱动电压施加到感测元件；
在所述感测元件与所述列输出线断开的同时将所述列输出线偏置到地；以及
读出来自所述感测元件的所产生信号。
2.如权利要求1所述的处理系统，其中，所述所产生信号对应于所述感测元件与感测区中的输入对象之间所形成的电容。
3.如权利要求1所述的处理系统，其中，所述驱动/读出电路还包括反馈开关，其中所述反馈电容器配置成使用所述反馈开关在所述感测元件的一个或多个充电和放电周期期间积聚电荷。
4.如权利要求3所述的处理系统，其中，所述反馈开关还配置成将所述反馈电容器与所述放大器电路的输入连接和断开。
5.如权利要求1所述的处理系统，其中，所述驱动/读出电路还包括第三开关，其配置成将所述列输出线与系统地连接和断开，其中所述驱动/读出电路配置成通过闭合所述第三开关将所述列输出线偏置到地。
6.如权利要求1所述的处理系统，其中，所述驱动/读出电路配置成通过闭合所述第二开关和所述复位开关以将所述列输出线偏置到虚拟地，来将所述列输出线偏置到地。
7.如权利要求1所述的处理系统，其中，所述放大器电路是比所述驱动电压更低的电压电路。
8.如权利要求1所述的处理系统，其中，所述驱动/读出电路配置成经过第一晶体管对所述感测元件进行寻址，其中所述第一晶体管具有连接到行选择线的栅极端子、连接到列输出线的第二端子以及连接到所述感测元件的第三端子。
9.如权利要求8所述的处理系统，其中，所述第一晶体管是薄膜晶体管。
10.如权利要求1所述的处理系统，其中，所述感测元件具有适合于区分指纹的特征的间距。
11.如权利要求9所述的处理系统，其中，所述间距包括20至100微米的范围。
12.一种输入装置，包括：
感测像素阵列，配置成感测一感测区中的输入对象，其中所述感测像素的每个包括：
感测元件，配置成存储电荷，其中所述电荷包括与所述输入对象的特征对应的幅值；以及
第一晶体管，具有连接到行选择线的栅极端子、连接到列输出线的第二端子以及连接到所述感测元件的第三端子；以及
驱动/读出电路，包括：
放大器电路，连接到反馈电容器、复位开关和反馈开关，其中所述驱动/读出电路配置成使用所述反馈开关在所述感测元件的一个或多个充电和放电周期期间将电荷积聚到所述反馈电容器上。
13.如权利要求12所述的输入装置，其中，所述驱动/读出电路还包括：
第一开关，配置成将所述列输出线与驱动电压连接和断开；以及
第二开关，配置成将所述列输出线与所述放大器电路连接和断开；
其中所述驱动/读出电路配置成：
经过所述第一开关和所述第一晶体管将所述驱动电压施加到感测元件；
在所述感测元件通过所述第一晶体管与所述列输出线断开的同时将所述列输出线偏置到地；以及
读出所述感测元件上存储的所述电荷。
14.如权利要求12所述的输入装置，其中，所述感测像素阵列具有适合于区分指纹的特征的间距。
15.如权利要求12所述的输入装置，其中，所述反馈开关还配置成将所述反馈电容器与所述放大器电路的输入连接和断开。
16.一种用于操作输入装置的方法，包括：
经过处于感测元件与列输出线之间的第一晶体管和处于所述列输出线与驱动电压之间的第一开关将电荷电压施加到所述感测元件；
在所述感测元件上存储电荷，其中所述电荷包括与输入对象的特征对应的幅值；
将所述第一晶体管的栅极端子驱动成低电平，并且经由所述第一开关来断开所述电荷电压；以及
将所述电荷传递给反馈电容器。
17.如权利要求16所述的方法，其中，将所述电荷传递给所述反馈电容器还包括：
将列输出线偏置到地；
打开驱动/读出电路的复位开关；
闭合所述驱动/读出电路的反馈开关；
将行选择线驱动为高电平，以将所存储电荷从所述感测元件传递给所述反馈电容器；以及
在所述驱动/读出电路的输出端子读取所述所存储电荷。
18.如权利要求16所述的方法，其中，输入对象的所述特征是通过所述感测元件与所述输入对象之间的电容来表示。
19.如权利要求16所述的方法，其中，将所述列输出线偏置到地包括闭合第二开关和所述复位开关以将所述列输出线偏置到虚拟地。
20.如权利要求16所述的方法，其中，将所述列输出线偏置到地包括闭合第三开关以将所述列输出线偏置到系统地。
21.一种输入装置，包括：
感测像素阵列，配置成感测感测区中的输入对象，所述感测像素的每个包括：
感测元件；
第一晶体管，其中所述第一晶体管包括连接到行选择线的栅极端子和连接到所述感测元件的第二端子；以及
第二晶体管，其中所述第二晶体管包括连接到所述感测元件以及所述第一晶体管的所述第二端子的栅极端子，并且其中所述第二晶体管还包括连接到列输出线的第二端子。
22.如权利要求21所述的输入装置，还包括：
参考电容器，设置在所述第二晶体管的所述栅极端子与所述第二晶体管的所述第二端子之间。
23.如权利要求21所述的输入装置，还包括：
处理系统，包括：
电流感测放大器电路，连接到所述列输出线，并且配置成测量表示所述输入对象的电流。
24.如权利要求21所述的输入装置，其中，所述第二晶体管还包括连接到列供电线的第三端子，并且其中所述第一晶体管还包括连接到使能线的第三端子。
25.如权利要求23所述的输入装置，其中，所述处理系统还包括：
第一开关，配置成将所述电流感测放大器电路的正极输入端子与第一偏置电压连接和断开，以及第二开关，配置成将所述电流感测放大器电路的所述正极输入端子与第二偏置电压连接和断开。
26.如权利要求25所述的输入装置，其中，所述第一开关和所述第二开关配置成当所述处理系统处于读出阶段时在所述第一偏置电压与所述第二偏置电压之间切换。
27.如权利要求21所述的输入装置，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管的每个是薄膜晶体管。
28.如权利要求21所述的输入装置，其中，所述感测像素阵列具有适合于区分指纹的特征的间距。
29.如权利要求24所述的输入装置，其中，当所述处理系统处于禁能步骤的同时，所述行选择线配置成将高电压连接到所述第一晶体管的所述栅极，以及所述使能线配置成将负电压连接到所述第一晶体管的所述第三端子。
30.如权利要求29所述的输入装置，其中，当所述处理系统处于所述禁能步骤的同时，所述行选择线配置成连接到低电压，以禁能所述感测像素。
31.一种配置成操作感测像素阵列以捕获输入对象的图像的处理系统，包括：
读出电路，其中所述读出电路包括电流感测放大器电路，其连接到列输出线，并且配置成产生表示所述输入对象的电流；
第一开关，配置成将所述电流感测放大器电路的正极输入端子与第一偏置电压连接和断开；以及
第二开关，配置成将所述电流感测放大器电路的所述正极输入端子与第二偏置电压连接和断开；
其中具有电路的驱动器模块配置成：
经过第一晶体管将感测元件连接到使能线；以及
从第二晶体管来读取所述电流。
32.如权利要求31所述的处理系统，其中，所述感测像素阵列具有适合于区分指纹的特征的间距。
33.如权利要求31所述的处理系统，其中，所述第一开关和所述第二开关配置成在所述处理系统的读出阶段期间在所述第一偏置电压与所述第二偏置电压之间切换。
34.如权利要求31所述的处理系统，其中，所述处理系统还配置成捕获所述输入对象的指纹图案的图像。
35.如权利要求31所述的处理系统，其中，所述读出电路还包括连接到所述电流感测放大器电路的负极输入端子的反馈电阻器。
36.一种用于操作输入装置的方法，包括：
将行选择线断言为高电平，以将感测元件处的电压设置成零，其中所述行选择线耦合到第一晶体管的栅极端子，并且其中所述第一晶体管的第二端子耦合到所述感测元件；
将所述行选择线断言为低电平，并且将使能线偏置到负电压；以及
感测第二晶体管的第二端子上的输出电流，其中所述第二晶体管的栅极端子耦合到所述第一晶体管的所述第二端子，并且其中所述输出电流与所述输入对象的特征成比例。
37.如权利要求36所述的方法，其中，所述输出电流对应于所述感测元件与所述输入对象之间的电容。
38.如权利要求36所述的方法，还包括在感测所述输出电流之后，将所述第二晶体管的所述栅极端子偏置到负电压。
39.如权利要求36所述的方法，还包括：
采用电流感测放大器电路、用于将所述电流感测放大器电路的正极输入端子与第一偏置电压连接和断开的第一开关、以及用于将所述电流感测放大器电路的所述正极输入端子与第二偏置电压连接和断开的第二开关来感测所述输出电流。
40.如权利要求39所述的方法，还包括在感测所述输出电流之前：
将所述第二偏置电压连接到所述电流感测放大器的所述正极输入端子。
41.一种输入装置，包括：
感测像素阵列，配置成感测感测区中的输入对象，所述感测像素的每个包括：
感测元件；
第一晶体管，其中所述第一晶体管包括连接到行选择线的栅极端子和连接到所述感测元件的第二端子；以及
非线性电路元件，其中所述非线性电路元件包括连接到所述感测元件以及所述第一晶体管的所述第二端子的第一端子，并且其中所述非线性电路元件还包括连接到列输出线的第二端子。
42.如权利要求41所述的输入装置，还包括：
参考电容器，连接到所述非线性电路元件的所述第一端子和所述第二端子。
43.如权利要求41所述的输入装置，还包括：
处理系统，包括：
电荷积分放大器电路，连接到所述列输出线并且配置成输出表示所述输入对象的电压。
44.如权利要求41所述的输入装置，其中，所述非线性电路元件是二极管接法晶体管。
45.如权利要求41所述的输入装置，其中，所述非线性电路元件是二极管。
46.如权利要求43所述的输入装置，其中，所述电荷积分放大器电路还包括反馈电容器和复位开关。
47.如权利要求41所述的输入装置，其中，所述第一晶体管是薄膜晶体管。
48.如权利要求41所述的输入装置，其中，所述感测像素阵列具有适合于区分指纹的特征的间距。
49.如权利要求41所述的输入装置，其中，所述第一晶体管包括连接到使能线的第三端子。
50.一种配置成操作感测像素阵列以捕获输入对象的图像的处理系统，包括：
读出电路，其中所述读出电路包括电荷积分放大器电路，其连接到列输出线并且配置成输出表示所述输入对象的电压；
其中具有电路的驱动器模块配置成：
经过第一晶体管将感测元件连接到使能线；
将所述感测元件与所述使能线隔离；以及
经过非线性电路元件将所述感测元件上存储的电荷传递给所述电荷积分放大器电路的反馈电容器。
51.如权利要求50所述的处理系统，其中，表示所述输入对象的所述电压对应于所述感测元件与所述输入对象之间的电容。
52.如权利要求50所述的处理系统，其中，所述感测像素阵列具有适合于区分指纹的特征的间距。
53.如权利要求50所述的处理系统，其中，所述非线性电路元件是二极管接法晶体管。
54.如权利要求50所述的处理系统，其中，所述非线性电路元件是二极管。
55.如权利要求50所述的处理系统，其中，复位开关配置成在表示所述输入对象的所述电压的读出之后重置所述反馈电容器上存储的所述电荷。
56.一种用于操作输入装置的方法，包括：
将行选择线断言为高电平，以经过第一晶体管将感测元件耦合到使能线，其中所述行选择线耦合到所述第一晶体管的栅极端子，并且其中所述第一晶体管的第二端子耦合到所述感测元件；
收集所述感测元件处的电荷，其中所述电荷与输入对象的特征成比例；
将所述行选择线和所述使能线断言为低电平，以将所述感测元件与所述使能线隔离，并且经过非线性电路元件将所述感测元件上存储的所述电荷传递给反馈电容器；以及
读取输出电压，其中所述输出电压与所述输入对象的所述特征成比例。
57.如权利要求56所述的方法，其中，所述输出电压对应于所述感测元件与所述输入对象之间的电容。
58.如权利要求56所述的方法，其中，所述感测元件具有适合于区分指纹的特征的间距。
59.如权利要求56所述的方法，还包括：
在读取所述输出电压之后，将所述行选择线连接到高电压，并且闭合复位开关。
60.如权利要求59所述的方法，还包括：
将所述行选择线连接到低电压，以使所述感测元件准备收集同一列中的另一个感测板上的电荷。
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