KR101810543B1 - 동기신호 입력부를 갖는 지문센서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공급전압을 수신하기 위한 전압공급 인터페이스; 지문패턴신호를 외부회로에 제공하기 위한 센서통신 인터페이스; 센서 접지전위가 제 1 전위에 있을 경우 제 1 논리상태 및 센서 접지전위가 제 2 전위에 있을 경우 제 1 논리상태와는 다른 제 2 논리상태에 해당하도록 해석되는 동기신호를 수신하기 위한 동기화 입력부; 및 감지구조물을 각각 포함한 복수의 감지소자들을 포함한 지문센서에 관한 것이다. 감지소자는 감지구조물의 전위가 변조된 지문센서 접지전위의 전위를 따르는 식으로 구성되고, 감지소자로부터 감지신호의 샘플링 타이밍은 동기신호의 인식된 상태 전환을 바탕으로 한다.
Description
본 발명은 지문센서, 지문감지 시스템, 및 지문패턴을 감지하는 방법에 관한 것이다.
높아진 보안 및/또는 강화된 사용자 편의성을 제공하기 위해 다양한 타입의 생체인식 시스템이 더욱더 많이 사용된다.
특히, 지문감지 시스템은 가령 작은 폼팩터, 고성능 및 사용자 수용도로 인해 소비자 가전장치들에 채택되어 왔다.
다양한 이용가능한 (정전용량식, 광학적, 열적 등과 같은) 지문감지 원리들 중에서, 특히 크기 및 전력소비가 중요한 문제인 애플리케이션에서는 정전용량식 감지가 가장 통상적으로 사용된다.
모든 정전용량식 지문센서들은 다수의 감지구조물들과 지문센서의 표면에 놓이거나 상기 표면에 걸쳐 이동되거는 손가락 간에 정전용량을 나타내는 수치를 제공한다.
몇몇 정전용량식 지문센서들은 감지구조물과 손가락 간에 정전용량을 수동으로 판독한다. 그러나, 이는 감지구조물과 손가락 간에 상대적으로 큰 정전용량을 필요로 한다. 따라서, 이런 수동식 정전용량 센서들에는 대표적으로 감지구조물을 덮고 있는 매우 얇은 보호층이 제공되며, 이는 이런 센서들이 오히려 스크래칭 및/또는 정전기 방전(ESD)에 민감하게 한다.
US 7 864 992는 센서 어레이 부근에 배열된 도전성 구조물에 펄스를 가하고 센서 어레이에 있는 감지구조물들에 의해 전달된 최종발생한 전하량을 측정함으로써 손가락에 구동신호가 주입되는 지문감지 시스템을 개시하고 있다.
또 다른 접근에 따르면, 개시된 US 2013/0271422의 지문센서 칩 접지전위는 지문센서 칩에 의해 생성된 클록신호에 따라 변조되고, 레벨 변환회로를 통해 센서 칩과의 통신이 발생한다.
표준 CMOS 기술로 만들어질 수 있어 이에 따라 더 비용효율적인 방안을 가능하게 하는 변조된 지문센서 접지전위로 대안적인 지문감지 시스템을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
종래 기술의 상술한 및 기타 결함들에 비추어, 본 발명의 목적은 변조된 지문센서 기준전위를 갖는 더 비용효과적인 지문감지 시스템을 제공하는 향상된 지문센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양에 따르면, 손가락의 지문패턴을 감지하고 상기 지문패턴을 나타내는 지문패턴신호를 외부회로에 제공하기 위한 지문센서로서, 시간가변 센서 접지전위에 대한 공급전압을 수신하기 위한 전압공급 인터페이스; 상기 외부회로로부터 신호를 수신하고 상기 지문패턴신호를 상기 외부회로에 제공하기 위한 센서통신회로; 상기 디바이스 접지전위에 대해 실질적으로 일정한 동기신호 전위를 나타내는 동기신호를 상기 외부회로로부터 수신하기 위한 동기화 입력부; 상기 손가락이 접촉하는 보호유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 배열된 전기도전성 감지구조물; 및 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하증폭기를 각각 포함한 복수의 감지소자들; 및 상기 동기화 입력부 및 상기 제 1 논리상태에서 상기 제 2 논리상태로 또는 상기 제 2 논리상태에서 상기 제 1 논리상태로, 상기 지문센서에 의해 인식된, 상기 동기신호의 전환에 대한 샘플링 시간들로 상기 감지소자들 각각에 의해 제공된 상기 감지신호를 샘플링하고 상기 샘플화된 감지신호들을 바탕으로 상기 지문패턴신호를 형성하기 위해 상기 감지소자들 각각의 전하증폭기의 출력부에 연결된 판독회로를 포함하고, 디바이스 접지전위에 대해 상대적으로 로우인 제 1 전위와 상대적으로 하이인 제 2 전위 사이로 변하는 센서 접지전위는 상기 외부회로와 상기 손가락에 대한 기준전위이며, 상기 동기신호전위는 상기 센서 접지전위가 상기 제 1 전위에 있을 경우 제 1 논리상태 및 상기 센서 접지전위가 상기 제 2 전위에 있을 경우 제 1 논리상태와는 다른 제 2 논리상태에 해당하도록 상기 지문센서에 의해 해석되는 상기 제 2 전위에 충분히 가깝고, 상기 전하증폭기는: 상기 감지구조물에 연결된 음의 입력부; 상기 시간가변 센서 접지전위에 대해 실질적으로 일정한 감지소자 기준전위에 연결된 양의 입력부; 상기 감지신호를 제공하는 출력부; 상기 음의 입력부와 상기 출력부 간에 연결된 피드백 커패시터; 및 상기 양의 입력부와 음의 입력부 및 상기 출력부 간에 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함하며, 상기 전하증폭기는 상기 감지소자 기준전위가 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화를 제공하도록 상기 음의 입력부의 전위가 상기 양의 입력부의 전위를 실질적으로 따르는 식으로 구성되는 지문센서가 이에 따라 제공된다.
판독회로는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 이런 회로는 적어도 아날로그-디지털 컨버터 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 이런 실시예에서, 지문센서는 지문패턴신호를 디지털 신호로서 제공할 수 있다.
실시예에서, 상대적으로 로우인 제 1 전위는 디바이스 접지전위와 실질적으로 같을 수 있고, 상대적으로 하이인 제 2 전위는 외부회로의 입출력부(I/O)가 3.3V 또는 1.8V로 정해지는 공급전압과 실질적으로 같을 수 있다. 다른 실시예에서, 상대적으로 하이인 제 2 전위는 실질적으로 디바이스 접지전위와 같을 수 있고, 상대적으로 로우인 제 1 전위는 (디바이스 접지전위에 대해) 가령 -3.3V 또는 -1.8V 등의 음의 전위일 수 있다.
"제 1 논리상태"는 로우 로직(또는 '0')이거나 하이 로직(또는 '1')일 수 있고, "제 2 논리상태"는 반대, 즉, 하이 로직(또는 '1')이거나 로우 로직(또는 '0')일 수 있다.
전하증폭기는 음의 입력부의 전하를 출력부의 전압으로 변환시킨다. 전하증폭기의 이득은 피드백 커패시터의 정전용량에 의해 결정된다.
전하증폭기는 음의 입력부의 전위가 실질적으로 양의 입력부의 전위를 따르는 식으로 구성된다는 것은 양의 입력부에서 전위의 변화로 인해 음의 입력부의 전위의 변화에 실질적으로 해당하는 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 전하증폭기의 실제 구성에 따라, 음의 입력부의 전위는 실질적으로 양의 입력부의 전위와 실질적으로 일치할 수 있거나, 양의 입력부와 음의 입력부 간에 실질적으로 일정한 전위차가 될 수 있다. 예컨대, 전하증폭기는 단일 스테이지 증폭기로서 구성되는 경우, 전위차는 단일 스테이지 증폭기의 트랜지스터의 게이트-소스 전압이 될 수 있다.
전하증폭기의 출력부는 피드백 커패시터에 직접 연결될 필요가 없고, 출력부와 피드백 커패시터 간에 추가 회로가 있을 수 있음에 유의해야 한다. 이 회로는 또한 감지소자들의 매트릭스 밖에 놓일 수 있다.
감지구조물은 이점적으로 금속 플레이트의 형태로 제공될 수 있어, 감지구조물(감지플레이트), 국소적 손가락 표면, 및 보호코팅(및 국소적 손가락 표면과 보호코팅 간에 국소적으로 존재할 수 있는 임의의 공기)에 의해 일종의 평행판 커패시터가 형성된다.
보호코팅은 이점적으로 두께가 적어도 20㎛일 수 있고 마모와 파열 및 ESD로부터 지문감지 디바이스의 기본 구조들을 보호하기 위해 고유전성 강도를 가질 수 있다. 보다 더 이점적으로, 보호코팅은 두께가 적어도 50㎛일 수 있다. 실시예에서, 보호코팅은 두께가 수백 ㎛일 수 있다.
본 발명은 지문센서와 상기 지문센서가 포함된 전자 디바이스의 다른 부분들 간에 레벨 시프터 또는 기타 아날로그 회로없이 (외부 디바이스 접지전위에 대한) 변조된 지문센서 접지전위를 지문센서에 제공하는 것이 바람직할 수 있는 구현을 기초로 한다.
본 발명자는 지문센서 외부에서 지문감지 타이밍을 결정하고 (디바이스 접지전위에 대한) 변조된 지문센서 접지전위에 따라 다른 논리상태가 되게 지문센서에 의해 해석되는 동기신호를 이용해 지문센서의 동작을 동기화함으로써 이것이 달성될 수 있음을 또한 알았다.
이는 어떤 레벨 시프터도 지문센서와 인터페이스될 필요가 없는 것을 말한다. 이는 차례로 지문센서와 통신을 다루는데 사용된 외부회로가 "통상의" I/O로도 표준 디지털 프로세스를 이용해 구현될 수 있음을 말한다. 이는 상대적으로 저가이고 상대적으로 짧은 리드시간을 가지며 아마도 추가 또는 향상된 기능을 가질 수 있는 새로운 버전의 외부회로가 생산될 수 있기 때문에 적어도 개발 비용(및 시간)감소를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 센서통신 인터페이스는 이점적으로 상기 디바이스 접지전위와 실질적으로 동일한 상기 센서 접지전위에 해당하는 상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 센서통신 인터페이스를 통해 상기 지문센서와 상기 외부회로 간에 통신을 가능하게 하고, 상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 다른 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 센서통신 인터페이스를 통해 상기 지문센서와 상기 외부회로 간에 통신을 막기 위해 상기 동기화 입력부에 연결된 통신제어회로를 포함할 수 있다.
이로써, 동기신호는 지문센서와 외부회로 간에 통신이 지문센서 접지가 실질적으로 디바이스 접지전위와 같을 때만 단지 발생하는 것을 보장하는데 이용될 수 있다. 이는 신호들이 변조된 지문센서 접지전위로 인해 부정확하게 해석되지 않는 것을 보장한다.
더욱이, 통신회로는 외부회로로부터 신호를 수신하기 위해 적어도 하나의 통신 입력부를 이점적으로 포함할 수 있다; 그리고 통신제어회로는 상기 디바이스 접지전위로부터 벗어난 센서 접지전위에 해당하는 제 1 논리상태 및 제 2 논리상태 중 하나가 되도록 지문센서에 의해 동기신호가 해석될 경우 통신 입력부에 제공된 외부회로로부터의 신호들이 입력 게이팅 회로로 전해지는 것을 막기 위해 통신 입력부와 동기화 입력부에 연결된 입력 게이팅 회로를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 통신 입력부는 적어도 하나의 전용 통신 입력부일 수 있다.
동기신호에의 제어되는 입력 게이팅 회로의 제공을 통해, 외부회로로부터의 신호들은 지문센서 접지전위가 디바이스 접지전위로부터 벗어날 때 이전 입력 게이팅 회로를 처리하게 허용되지 않는 것을 보장할 수 있다. 지문센서 접지전위가 실질적으로 디바이스 접지전위와 같을 때, 외부회로로부터의 신호들이 이전 입력 게이팅 회로를 처리하게 허용된다.
입력 게이팅 회로는 신호들이 지문센서에 의해 해석되는 동기신호의 (가령 하이 또는 로우) 논리상태를 바탕으로 한 입력 게이팅 회로를 지나게 하거나 가지 못하도록 제어될 수 있는 임의의 회로일 수 있다. 게다가, 입력 게이팅 회로는 동기화 입력부에 직접 연결될 수 있고 동기화 입력부 및 입력 게이팅 회로 간에 추가 회로가 있을 수 있다. 실제 구현에 따라, 입력 게이팅 회로는 가령 논리게이트, 논리게이트(AND, OR, NAND, XOR 등) 또는 3상 로직의 조합을 이용해 구현될 수 있다.
가령, 지문센서 접지전위가 디바이스 접지전위에 대해 0V 내지 +3.3V 사이로 변조되고, 동기신호가 디바이스 접지전위에 대해 약 +3.3V로 일정하게 유지되면, 동기신호는 지문센서에 의해 지문센서 접지전위가 0V일 때 하이 로직('1')으로 그리고 지문센서 접지전위가 +3.3V일 때 로우 로직('0')으로 해석될 것이다. 이 경우, 임의의 입력신호는 동기신호가 하이 로직('1')일 경우 입력 게이팅 회로를 지나게만 허용되어야 한다. 이는, 가령, 동기신호 및 통신 입력부의 신호에 대해 논리 AND 연산을 수행하도록 입력 게이팅 회로를 구성함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 입력 게이팅 회로는 AND-게이트를 포함할 수 있다.
더욱이, 다양한 실시예에 따르면, 통신회로는 지문패턴신호를 외부회로에 제공하기 위한 적어도 하나의 통신 출력부를 포함할 수 있다; 그리고 상기 통신제어회로는 디바이스 접지전위로부터 벗어난 센서 접지전위에 해당하는 논리상태가 되도록 지문센서에 의해 동기신호가 해석될 경우 논리상태를 나타내는 출력신호를 제공하기 위해 판독회로 및 동기화 입력부에 연결된 출력 게이팅 회로를 포함할 수 있다. 통신 출력부는 전용통신 출력부일 수 있다.
지문센서 접지전위는 디바이스 접지전위에 대해 변조되므로, 지문센서에서 신호레벨들은 디바이스 접지전위에 대해 하이(또는 로우)가 될 수 있어, 이런 신호레벨들을 받게 된다면 외부회로가 손상될 수 있다.
가령, 지문센서 접지전위가 디바이스 접지전위에 대해 0V 내지 +3.3V로 변조되고 지문센서에 대한 공급전압이 3.3V이면, 지문센서에서의 신호레벨은 디바이스 접지전위에 대해 0V 내지 6.6V로 시간에 걸쳐 변하게 된다. 이 예에서, 지문센서 접지전위가 디바이스 접지전위에 대해 +3.3V이면, 지문센서의 통신 출력(들)은 따라서 디바이스 접지전위에 대해 +3.3V에 해당하는 "로우"로 유지되어야 한다.
이런 제 1 예에서, 동기신호는 디바이스 접지전위에 대해 약 +3.3V의 실질적으로 일정한 전위로 유지될 수 있다. 이는 동기신호가 지문센서에 의해 센서 접지전위가 디바이스 접지전위로부터 벗어날 경우 로우 로직(또는 '0')으로 해석되는 것을 말한다.
이 예에서, 센서 접지전위가 디바이스 접지전위로부터 벗어날 경우 출력 게이팅 회로로부터 출력신호가 (동기신호와 같은) 로우 로직인 것을 보장함으로써, 지문센서의 통신 출력(들)에서의 전위는 +3.3V를 초과히지 않게 된다.
예컨대, 지문센서 접지전위가 디바이스 접지전위에 대해 -3.3V 내지 0V로 변조되고 지문센서에 대한 공급전압이 3.3V이면, 지문센서에서의 신호레벨은 디바이스 접지전위에 대해 -3.3V 내지 +3.3V로 시간에 걸쳐 변하게 된다. 이 예에서, 지문센서 접지전위가 디바이스 접지전위에 대해 -3.3V로 있으면, 지문센서의 통신 출력(들)은 따라서 디바이스 접지전위에 대해 0V에 해당하는 "하이"로 유지되어야 한다.
이런 제 2 예에서, 동기신호는 디바이스 접지전위에 대해 약 0V의 실질적으로 일정한 전위로 유지될 수 있다. 이는 동기신호가 지문센서에 의해 센서 접지전위가 디바이스 접지전위로부터 벗어날 경우 하이 로직(또는 '1')으로 해석되는 것을 말한다.
이 예에서, 센서 접지전위가 디바이스 접지전위로부터 벗어날 경우 출력 게이팅 회로로부터 출력신호가 (동기신호와 같은) 하이 로직인 것을 보장함으로써, 지문센서의 통신 출력(들)에서의 전위는 0V 미만이지 않게 된다.
출력 게이팅 회로는 센서 접지전위가 디바이스 접지전위로부터 벗어날 경우 지문센서에 의해 해석된 동기신호의 논리상태를 나타내는 출력신호를 제공하도록 제어될 수 있는 임의의 회로일 수 있다.
더욱이, 출력 게이팅 회로는 동기화 입력부에 직접 연결될 수 있고, 또는 동기화 입력부와 출력 게이팅 회로 간에 추가 회로가 있을 수 있다. 실제 구현에 따라, 출력 게이팅 회로는, 가령, 논리게이트, 논리게이트(AND, OR, NAND, XOR 등) 또는 3상 로직의 조합을 이용해 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 지문센서는 SPI(Serial Peripheral Interface) 슬레이브일 수 있고, 센서통신 인터페이스는 시리얼 클록 입력부(SCLK); 마스터 출력 슬레이브 입력부(MOSI); 슬레이브 셀렉트 입력부(CS); 및 마스터 입력 슬레이브 출력부(MISO)를 포함한 SPI 포터일 수 있다.
이런 실시예에서, 상술한 입력 게이팅 회로는 시리얼 클록 입력부, 마스터 출력 슬레이브 입력부; 및 슬레이브 셀렉트 입력부용으로 구현될 수 있고, 상술한 출력 게이팅 회로는 마스터 입력 슬레이브 출력부용으로 구현될 수 있다.
더욱이, 다양한 실시예들에 따르면, 판독회로는 상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 제 1 시간; 및 상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 다른 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 제 2 시간으로 상기 감지신호들을 샘플화하기 위한 샘플링 회로를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 샘플링 시간들에서 감지신호를 샘플링하는 절차를 일반적으로 상관된 이중 샘플링이라고 하며, 대부분의 오프세트 및 지문센서가 받을 수 있는 공통모드 노이즈의 적어도 저주파 성분들을 제거한다.
더욱이, 전하증폭기들은 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 또는 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로, 지문센서에 의해 인식된, 동기신호의 전환에 대한 시간들로 피드백 커패시터들을 등화하기 위한 리셋회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 지문센서는 이점적으로 외부회로에 대한 기준전위인 디바이스 접지전위에 대해 동작하기 위한 외부회로를 더 포함하는 지문감지 시스템에 포함될 수 있고, 상기 외부회로는 디바이스 접지전위에 대해 시간가변하는 센저 접지전위 및 시간가변 센서 접지전위에 대한 공급전압을 제공하기 위해 지문센서의 전압공급 인터페이스에 연결된 센서 전압공급 출력부; 지문센서의 동작을 제어하고 상기 지문센서로부터 지문패턴신호를 수신하기 위해 상기 지문센서의 센서통신 인터페이스에 연결된 외부통신 인터페이스; 및 상술한 동기신호를 지문센서에 제공하기 위해 상기 지문센서의 동기화 입력부에 연결된 동기화 신호 입력부를 포함한다. 동기신호는 디바이스 접지에 대해 실질적으로 일정한 동기신호 전위를 나타낼 수 있고, 상기 동기신호 전위는 센서 접지전위가 제 1 전위에 있을 경우 하이 로직으로 그리고 센서 접지전위가 제 2 전위에 있을 경우 로우 로직으로 지문센서에 의해 해석되는 제 2 전위에 충분히 가까이 있다. 대안으로, 동기신호는 동기신호 전위가 상술한 방식으로 센서 접지전위와 관련있는 한 디바이스 접지 전위에 대해 변조될 수 있다.
"외부회로"는 전자 디바이스에 포함된 다른 부품들과 지문센서 간에 인터페이스를 제공하기 위한 인터페이싱 회로일 수 있다. 대안으로, 외부 디바이스는 지문센서가 포함될 수 있는 전자 디바이스의 다른 부분들의 동작을 제어하는 처리회로에 구현될 수 있다.
동기신호 입력부는, 가령, 디바이스 접지전위에 대한 일정한 전압소스일 수 있다.
센서 전압공급 출력부는 디바이스 접지전위에 대해 지문센서 상의 저전위 입력부에 직접적으로 시간가변 센서 접지전위를 제공할 수 있다. 대안으로, 센서 전압공급 출력부는 지문센서 상의 고전위 입력부에 직접적으로 시간가변 센서 접지전위를 제공할 수 있고, 외부회로는 지문센서 상에 고전위 입력부와 저전위 입력부 간의 전위차를 실질적으로 일정하게 유지하기 위한 하나 또는 다수의 부품들을 포함할 수 있다. 이는, 가령, 적절한 커패시터를 이용해 달성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 외부통신 인터페이스는 이점적으로 센서 접지전위가 디바이스 접지전위와 실질적으로 동일한 경우 상기 외부통신 인터페이스로부터 신호의 출력을 가능하게 하고, 디바이스 접지전위로부터 센서 접지전위가 벗어날 경우 상기 외부통신 인터페이스로부터 신호의 출력을 막기 위해 상기 센서 전압공급 출력부에 연결된 통신제어회로를 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 지문감지 시스템은 이점적으로 지문감지 시스템으로부터 지문패턴의 표현을 획득하고, 상기 표현을 바탕으로 사용자를 인증하며, 상기 사용자가 상기 표현을 바탕으로 인증된 경우에만 적어도 하나의 사용자 요청 프로세스를 수행하도록 구성된 처리회로를 더 포함한 전자 디바이스에 포함될 수 있다. 전자디바이스는, 가령, 휴대폰이나 태블릿고 같은 휴대용 통신디바이스, 컴퓨터, 또는 가령 시계 등과 같은 전자 웨어러블 물품일 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 따르면, 손가락이 접촉하는 보호유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 배열된 전기도전성 감지구조물; 및 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하증폭기를 각각 포함한 복수의 감지소자들; 및 상기 감지소자들 각각에 의해 제공된 상기 감지신호를 샘플링하고 상기 샘플화된 감지신호들을 바탕으로 지문패턴신호를 형성하기 위해 상기 감지소자들 각각의 전하증폭기의 출력부에 연결된 판독회로를 포함하고, 상기 전하증폭기는 상기 감지구조물에 연결된 음의 입력부; 센서 접지전위에 대해 실질적으로 일정한 감지소자 기준전위에 연결된 양의 입력부; 상기 감지신호를 제공하는 출력부; 상기 음의 입력부와 상기 출력부 간에 연결된 피드백 커패시터; 및 상기 양의 입력부와 음의 입력부 및 상기 출력부 간에 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함하며, 상기 전하증폭기는 상기 감지소자 기준전위의 변화가 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화를 제공하도록 상기 음의 입력부의 전위가 상기 양의 입력부의 전위를 실질적으로 따르는 식으로 구성되는 지문센서를 이용한 손가락의 지문패턴 감지방법으로서, 상기 지문센서에, 상기 지문센서와 상기 손가락에 연결된 외부회로에 대한 기준전위인 디바이스 접지전위에 대해 상대적으로 로우인 제 1 전위 및 상대적으로 하이인 제 2 전위 사이로 가변하는 시간가변 센서 접지전위, 및 상기 센서 접지전위에 대한 공급전위를 제공하는 단계; 상기 지문센서에, 상기 디바이스 접지전위에 대해 실질적으로 일정한 동기신호를 제공하는 단계; 상기 지문센서에 의해, 상기 센서 접지전위가 상기 제 1 전위에 있을 경우 제 1 논리상태이게 그리고 상기 센서 접지전위가 상기 제 2 전위에 있을 경우 제 1 논리상태와 다른 제 2 논리상태이게 상기 동기신호를 해석하는 단계; 상기 판독회로에 의해, 상기 제 1 논리상태에서 상기 제 2 논리상태로 또는 상기 제 2 논리상태에서 상기 제 1 논리상태로 상기 지문센서에 의해 인식된 상기 동기신호의 전환과 관련된 샘플링 시간들로 상기 감지소자들 각각에 의해 제공된 상기 감지신호를 샘플링하는 단계; 및 상기 샘플화된 감지신호들을 기초로 상기 지문패턴신호를 형성하는 단계를 포함하는 손가락의 지문패턴 감지방법이 제공된다.
동기신호는 이점적으로 디바이스 접지전위에 대해 실질적으로 일정한 전위를 나타낼 수 있다.
본 발명의 제 2 태양을 통해 얻은 효과들 및 다른 실시예들은 본 발명의 제 1 태양에 대해 상술한 바와 대개 유사하다.
요약하면, 본 발명은 공급전압을 받기 위한 전압공급 인터페이스를 포함한 지문센서; 지문패턴신호를 외부회로에 제공하기 위한 센서통신 인터페이스; 센서 접지전위가 제 1 전위에 있을 경우 제 1 논리상태 및 센서 접지전위가 제 2 전위에 있을 경우 제 1 논리상태와는 다른 제 2 논리상태에 해당하도록 해석되는 동기신호를 수신하기 위한 동기화 입력부; 및 감지구조물을 각각 포함한 복수의 감지소자들을 포함한 지문센서에 관한 것이다. 감지소자는 감지구조물의 전위가 변조된 지문센서 접지전위의 전위를 따르는 식으로 구성되고, 감지소자로부터 감지신호의 샘플링 타이밍은 동기신호의 인식된 상태 전환을 바탕으로 한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 예시적인 실시예를 도시한 첨부도면을 참조로 본 발명의 이들 및 다른 태양들을 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지문감지 시스템을 포함한 휴대폰을 개략 도시한 것이다.
도 2는 지문센서 및 외부회로를 포함한 도 1의 지문감지 시스템을 개략 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 지문감지 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 4의 a-b는 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위와 상기 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위의 예시적인 제 1 변조를 위해 다른 시간에서 동기신호의 논리상태들을 개략 도시한 도표이다.
도 5의 a-b는 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위와 상기 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위의 예시적인 제 2 변조를 위해 다른 시간에서 동기신호의 논리상태들을 개략 도시한 도표이다.
도 6은 외부회로로부터 수신된 동기신호를 이용해 도 3의 지문센서에서 감지소자 및 판독회로의 제어를 개략 도시한 것이다.
도 7의 a-b는 지문센서 접지전위와 감지소자에 의해 출력된 감지신호뿐만 아니라 예시적인 샘플링 시간들 간에 관계를 개략 도시한 그래프이다.
도 8a는 도 2의 지문센서의 일부의 개략 횡단면도이다.
도 8b는 지문센서에 포함된 감지소자의 예시적인 구조적 구성을 개략 도시한 도 8a의 횡단면도의 일부를 확대한 도면이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지문감지 시스템을 포함한 휴대폰을 개략 도시한 것이다.
도 2는 지문센서 및 외부회로를 포함한 도 1의 지문감지 시스템을 개략 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 지문감지 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 4의 a-b는 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위와 상기 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위의 예시적인 제 1 변조를 위해 다른 시간에서 동기신호의 논리상태들을 개략 도시한 도표이다.
도 5의 a-b는 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위와 상기 디바이스 접지전위에 대한 지문센서 접지전위의 예시적인 제 2 변조를 위해 다른 시간에서 동기신호의 논리상태들을 개략 도시한 도표이다.
도 6은 외부회로로부터 수신된 동기신호를 이용해 도 3의 지문센서에서 감지소자 및 판독회로의 제어를 개략 도시한 것이다.
도 7의 a-b는 지문센서 접지전위와 감지소자에 의해 출력된 감지신호뿐만 아니라 예시적인 샘플링 시간들 간에 관계를 개략 도시한 그래프이다.
도 8a는 도 2의 지문센서의 일부의 개략 횡단면도이다.
도 8b는 지문센서에 포함된 감지소자의 예시적인 구조적 구성을 개략 도시한 도 8a의 횡단면도의 일부를 확대한 도면이다.
본원의 상세한 설명에서, 본 발명에 따른 지문감지 디바이스 및 방법의 다양한 실시예들은 주로 지문센서 및 디바이스 접지전위에 대한 센서 접지전위를 변조하고 지문감지 시스템이 포함된 전자 디바이스에 구비된 지문센서와 처리회로 간에 통신을 다루기 위한 인터페이스 회로를 포함한 지문감지 시스템에 대해 주로 기술되어 있다. 더욱이, 지문센서는 정지상태의 손가락으로부터 지문 표현을 획득하기 위해 치수화되고 구성된 터치센서로 도시되어 있다.
이는 디바이스 접지전위에 대한 센서 접지전위를 변조하고 지문센서와 소통을 다루기 위한 회로가 전자 디바이스의 처리회로에 구비된 가령 지문감지 시스템을 동일하게 잘 포함하는 본 발명의 범위를 결코 제한하지 않음에 유의해야 한다. 움직이는 손가락으로부터 지문표현을 획득하기 위한 소위 스와이프 센서(또는 라인 센서)와 같은 다른 센서구성들도 또한 특허청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위내에 있다.
도 1은 집적형 지문감지 시스템(2)을 갖는 휴대폰(1)의 형태로 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 지문감지 디바이스용 애플리케이션을 개략 도시한 것이다. 지문감지 시스템(2)은, 가령, 휴대폰(1)을 잠금해제 및/또는 휴대폰 등을 이용해 실행된 거래를 인증하기 위해 사용될 수 있다.
도 2는 도 1의 휴대폰(1)에 포함된 지문감지 시스템(2)을 개략 도시한 것이다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 지문감지 시스템(2)은 지문센서(3) 및 인터페이스 회로(4)를 포함한다. 지문센서(3)와 인터페이스 회로(4)는 동일한 기판(5) 상에 배열되고 보호코팅(6)으로 덮여 있다. 예컨대, 지문센서(3)와 인터페이스 회로(4)는 전자장치 포장산업에 사용되는 적절한 폴리머에 의해 오버몰딩될 수 있다.
지문센서(3)는 감지소자(8)로 구성된 감지구조물(상단 플레이트)과 상기 지문센서(3)의 상단면과 접촉한 지문의 표면 간에 거리를 감지하기 위해 각각 제어될 수 있는 매우 많은 감지소자들(8)을 포함한다(도면의 혼동을 막기 위해 감지소자들 중 단 하나만 참조부호로 나타내었다).
도 2에서 지문센서(3)는 CMOS 기술을 이용해 이점적으로 제조될 수 있으나, 다른 기술 및 프로세스들도 또한 실행될 수 있다. 예컨대, 절연기판이 사용될 수 있고/있거나 지문센서(3)를 제조하는데 필요한 일부 또는 모든 프로세스 단계들에 박막기술이 이용될 수 있다.
도 2의 지문감지 시스템(2)의 개략 블록도인 도 3을 참조로, 지문센서(3)는 전압공급 인터페이스(10), 센서통신 인터페이스(11), 동기화 입력부(12), 복수의 감지소자들(8) 및 판독회로(13)를 포함한다.
도 3에 개략 도시된 바와 같이, 전압공급 인터페이스(10)는 제 1 입력부(14)와 제 2 입력부(15)를 포함한다. 제 1 입력부(14)는 인터페이스 회로(4)에 연결되고 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 시간가변 센서 접지전위(SGND)를 수신한다. 제 2 입력부(15)는 제 1 입력부(14)와 제 2 입력부(15) 간에 일정한 전위차(공급전압)을 실질적으로 유지하도록 구성된 전압공급회로에 연결된다. 현재 도시된 예에서, 전압공급회로는 다이오드(16)와 커패시터(17)를 포함한다. 다이오드(16)는 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 일정한 "하이" 전위와 제 2 입력부(15) 사이에 연결되고, 커패시터(17)는 제 1 입력부(14)와 제 2 입력부(15) 간에 연결된다.
도 3에 도시된 예시적인 지문감지 시스템(2)에서, AC 전압소스(18)는 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 상대적으로 낮은 제 1 전위(여기서 0V)와 상대적으로 높은 제 2 전위(여기서 3.3V) 간에 교번하는 사각파 신호를 발생한다. 이 사각파 신호가 센서 접지전위(SGND)로서 지문센서(3)의 제 1 입력부(14)에 제공되고, 따라서 상대적으로 낮은 제 1 전위(여기서 0V)와 상대적으로 높은 제 2 전위(여기서 3.3V) 간에 교번한다.
제 1 입력부(14)의 전위가 0V이면, 제 2 입력부(15)의 전위는 다이오드(16)를 통한 연결에 의해 (도 2에서 3.3V로 표시된) 3.3V의 일정한 "하이" 전위로 유지된다. 제 1 입력부(14)의 전위가 3.3V이면, 다이오드(16)는 전류가 제 2 입력부(15)로부터 흐르는 것을 막고, 제 2 입력부(15)의 전위는 제 1 입력부(14)와 제 2 입력부(15) 간에 전위차를 실질적으로 3.3V로 유지하면서 커패시터(17)에 의해 (디바이스 접지전위(DGND)에 대해) 6.6V로 승압되고, 제 2 입력부(15)는 실질적으로 3.3V로 일정하다.
디바이스 접지전위(DGND)는 인터페이스 회로(4), 지문센서(3)의 상단에 놓인 손가락 및 지문감지 시스템(2)이 포함된 전자 디바이스(1)에 대한 기준전위임에 유의해야 한다.
도 3의 예시적인 지문감지 시스템(2)에서, 센서통신 인터페이스(11)는 SCK(Sserial Clock Input)(20), MOSI(Master Output Slave Input)(21), CS( Slave Select Input)(22); 및 MISO(Master Input Slave OPutput)(23)를 포함한 간략화된 SPI(Serial Peripheral Interface)포트로서 도시되어 있다.
동기화 입력부(12)는 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 상수 전위(여기서 3.3V)로 연결되고, 따라서 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 실질적으로 일정한 동기신호전위를 나타내는 동기신호(SYNC)를 수신한다. 센서 접지전위(SGND)는 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 0V와 3.3V 간에 교번하기 때문에, 동기신호전위는 센서 접지전위(SGND)에 대해 번갈아 +3.3V 및 0V가 된다. 따라서, 동기신호(SYNC)는 지문센서(3)에 의해 센서 접지전위(SGND)가 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 0V인 경우 제 1 논리상태(하이, '1')에 해당하고 센서 접지전위(SGND)가 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 3.3V인 경우 제 2 논리상태(로우, '0')에 해당하도록 해석된다.
디바이스 접지전위(DGND)가 센서 접지전위(SGND)의 상대적으로 낮은 제 1 전위와 실질적으로 같은 이런 경우가 도 4의 a-b에 개략 도시되어 있다. 도 4의 a는 시간함수로서 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 센서 접지전위(SGND)를 개략 도시한 것이다. 도 4의 b는 시간함수로서 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 동기신호전위(SYNC)를 개략 도시한 것이다. 도 4의 b에는 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 센서 접지전위(SGND)에 따라 지문센서(3)에 의해 동기신호가 어떻게 해석될 것인지 또한 도시되어 있다.
디바이스 접지전위(DGND)가 센서 접지전위(SGND)의 상대적으로 높은 제 2 전위와 실질적으로 같은 또 다른 경우가 도 5의 a-b에 개략 도시되어 있다. 도 5의 a는 시간함수로서 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 센서 접지전위(SGND)를 개략 도시한 것이다. 도 5의 b는 시간함수로서 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 동기신호전위(SYNC)를 개략 도시한 것이다. 도 5의 b에는 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 센서 접지전위(SGND)에 따라 지문센서(3)에 의해 동기신호가 어떻게 해석될 것인지 또한 도시되어 있다.
도 3을 다시 참조하면, 센서통신 인터페이스(11)는 지문센서(3)와 인터페이스 회로(4) 간에 통신을 제어하기 위한 통신제어회로를 포함한다. 도 3에 도시된 예시적인 구성에서, 통신제어회로는 지문센서(3)에 입력된 신호들을 제어하기 위한 입력 게이팅 회로와 지문센서(3)에 의해 출력된 신호들을 제어하기 위한 출력 게이팅 회로를 포함한다.
도 3을 참조하면, 입력 게이팅 회로(25)는 슬레이브 셀렉트 입력부(22)와 동기화 입력부(12)에 연결된다. 입력 게이팅 회로(25)는 동기신호가 지문센서에 의해 하이 논리로서 해석될 경우, 즉, 센서 접지전위가 0V인 경우, 슬레이브 셀렉트 입력부(22)에서의 입력신호가 입력 게이팅 회로(25)를 통과하게 한다. 입력 게이팅 회로는 가령 하나 또는 다수의 논리 게이트들 또는 소위 3상 로직을 이용해 구현될수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 출력 게이팅 회로(26)는 (도 3에 미도시된 SPI 컨트롤러를 통해) 판독회로(13) 및 동기화 입력부에 연결된다. 출력 게이팅 회로(26)는 동기신호가 (디바이스 접지전위(DGND)에 대해 3.3V인 센서 접지전위(SGND)에 해당하는) '0'인 경우 출력을 '0'으로 유지함으로써 출력부(23)에서의 전위가 실질적으로 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 3.3V를 초과하지 않는 것을 보장한다. 출력 게이팅 회로는, 가령, 하나 또는 다수의 논리 게이트들, 또는 3상 로직을 이용해 구현될 수 있다. 도 3에서 출력 게이팅 회로는 3상 버퍼(26)로 개략 도시되어 있다.
도 3에 개략 도시된 바와 같이, 인터페이스 회로(4)는 센서 전압공급출력부(30) 및 외부통신 인터페이스(31)를 포함한다. 상술한 센서통신 인터페이스(11)에 해당하는 외부통신 인터페이스(31)는 시리얼 클록 출력부(32), MOSI-출력부(33), CS-출력부(34) 및 MOSI-입력부(35)를 포함한다.
도 3에 나타난 바와 같이, 외부통신 인터페이스(31)는 센서 접지전위(SGND)가 적어도 실질적으로 디바이스 접지전위(DGND)와 같을 경우 지문센서(3)의 센서통신 인터페이스(11)로만 신호가 전송되는 것을 보장하기 위해 도 3의 예시적인 실시예에서 NAND-게이트(36,37,38)를 포함한 통신제어회로를 더 포함한다. NAND-게이트(36,37,38)는 적절한 회로의 단지 예이며, 당업자가 하나 또는 다수의 NAND-게이트들(36,37,38)을 센서 접지전위(SGND)가 적어도 실질적으로 디바이스 접지전위(DGND)와 같을 경우 지문센서(3)의 센서통신 인터페이스(11)로만 전송하는 소정의 기능을 수행하는 다른 회로로 대체하는 것이 용이함에 유의해야 한다.
도 3에서, 동기화 입력부(12)는 감지 및 샘플링 타이밍을 제어하기 위해 감지소자(8) 및 판독회로(13)에 추가로 여결된 것이 개략적으로 나타나 있으며, 이는 도 6을 참조로 하기에 더 상세히 기술된다.
도 6은 도 2 및 도 3의 감지소자(8)의 부분 구조 및 부분 회로 개략도의 하이브리드이며 또한 도 3의 판독회로(13)를 개략 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 감지소자(8)는 손가락(40)이 터치하는 보호 유전체 상단층(6)(도 6은 손가락 패턴의 한 융선의 횡단면을 개략 도시함), 전기도전성 감지구조물(플레이트)(41), 및 전하증폭기(42)를 포함한다. 전하증폭기(42)는 음의 입력부(43), 양의 입력부(44), 출력부(45), 피드백 커패시터(46), 및 증폭기(47)를 포함한다.
음의 입력부(43)는 감지구조물(플레이트)(41)에 연결되고, 양의 입력부(44)는 센서 접지전위(SGND)에 연결되며 출력부(45)는 판독회로(13)에 연결된다.
피드백 커패시터(46)는 음의 입력부(43)와 출력부(45) 사이에 연결되고 전하증폭기(42)의 증폭을 정의한다.
전하증폭기는 음의 입력부의 전위가 실질적으로 양의 입력부의 전위(소위 가상 접지)를 따르는 식으로 구성되기 때문에, 감지구조물(플레이트)(41)의 전위가 실질적으로 센서 접지전위(SGND)를 따르게 된다. 손가락(40)의 전위는 (가령 전자 디바이스와 사용자 손 간의 전기 연결을 통해) 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 실질적으로 일정하기 때문에, 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 센서 접지전위(SGND)의 시간에 걸친 변화로 인해 손가락(40)과 감지구조물(41) 간에 전위차가 변하게 되고, 이로 인해 차례로 손가락(40)과 감지구조물(플레이트)(41) 간에 정전용량식 결합을 나타내는 감지구조물(41)에 의해 전달된 전하가 변하게 된다. 전하증폭기(42)의 출력부(45)에 제공된 감지신호(Vout)는 감지구조물(41)에 의해 전달된 전하 및 따라서 손가락(40)과 감지구조물(41) 간에 로컬 정전용량식 결합의 이런 변화를 나타낸다.
감지 동작들 간에, 피드백 커패시터(46)는 리셋될 필요가 있다(피드백 커패시터(46)를 가로지르는 전하는 같아진다). 이는 리셋 스위치(48)를 이용해 실행된다.
손가락(40)의 지문패턴을 나타내는 지문패턴신호가 지문센서(3)로부터 출력할 수 있도록, 전하증폭기(42)의 출력부(45)에서 감지신호(Vout)는 샘플화되고 판독회로(13)에 의해 디저털 형태로 변환된다.
도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 판독회로(13)는 적어도 하나의 샘플앤홀드회로(S/H-회로)(49) 및 아날로그-디지털 컨버터(A/D)(50)를 포함한다.
적어도 리셋 스위치(48)의 동작 및 감지신호(Vout)의 샘플링은 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 센서 접지전위(SGND)의 변화에 따라 동기화될 필요가 있다. 이를 위해, 동기신호가 감지소자(8)에 연결되고 도 6에서 박스(51)로 개략적으로 표시된 타이밍 회로를 통해 판독회로(13)에 연결된다. 타이밍 회로(51)를 통해, 리셋 스위치(48) 동작뿐만 아니라 S/H-회로(49)(및 선택적으로 샘플화된 감지신호들의 A/D 변환)에 의한 감지신호(Vout)의 샘플링의 타이밍은 동기신호(SYNC)의 지문센서(3)에 의해 제공된 논리상태들간에 전환과 관련된다.
하기의 도 7의 a-b를 참조로, 지문센서(3)에 의해 인식되는 바와 같이, 동기신호(SYNC)의 논리상태들과 리셋 스위치(48)의 동작 및 S/H-회로(49)를 이용한 감지신호(Vout)의 샘플링의 동작 간에 전환들 사이의 예시적인 타이밍 관계를 설명한다.
도 7의 a는 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 센서 접지전위(SGND)를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, 디바이스 접지전위(DGND)에 대한 감지구조물(41)의 전위가 실질적으로 동일한 거동을 나타내고, 도 7의 b는 감지신호(Vout)를 개략 도시한 것이다.
도 7의 a를 참조하면, 센서 접지전위(SGND)는 T1에서 디바이스 접지전위(DGND)에 대해 하이전위에서 로우전위로 간 다음에, T2에서 로우전위에서 하이전위로 되돌아간다. 제 1 전환(T1)에서, SYNC 신호는 로우 로직('0')에서 하이 로직('1')으로 가고, 제 2 전환(T2)에서, SYNC 신호는 로우 로직('0')으로 다시 돌아간다.
T1에서 SYNC 신호의 제 1 전환은 전하증폭기(42)를 감지 플레이트(41) 상의 전하가 변할 경우 출력이 신호를 나타내는 이러한 상태(비도전상태)에 이르게 리셋 스위치(48)를 작동시키기 위한 제 1 지연(Δt1) 및 제 1 샘플화 값(S1)이 되는 제 1 시간으로 감지신호를 샘플화하기 위한 제 2 지연(Δt2) 동안 기준으로서 타이밍 회로(51)에 의해 사용된다.
센서 접지전위(SGND)가 T2에서 로우에서 하이로 가면, 손가락(40)과 정전용량식 결합으로 인해 감지 플레이트(41) 상에 전에 있어 변화가 있게 된다. 전하의 이런 변화는 전하증폭기에 의해 제공된 전압의 변화, 즉, 감지신호(Vout)의 변화로 전환된다.
T2에서 SYNC 신호의 제 2 전환은 제 2 샘플화 값(S2)이 되는 제 2 시간으로 감지신호를 샘플화하기 위한 제 3 지연(Δt3) 동안 기준으로서 타이밍 회로(51)에 의해 사용된다. S2 및 S1 간의 차는 감지 플레이트(41) 및 손가락(40) 간에 정전용량식 결합을 나타내는 수치이다.
도 8a-b를 참조로 하기에 더 상세히 감지소자(8)의 예시적인 구성을 설명한다.
도 8a는 도 2에 나타낸 바와 같이 손가락(40)을 센서의 상단에 올린 선 A-A'를 따라 취해진 도 2의 지문감지센서(3)의 일부의 개략 횡단면도이다. 도 8a를 참조하면, 지문센서(3)는 도핑된 반도체 기판(62), 상기 반도체 기판(62) 상에 형성된 복수의 감지소자들(8), 및 상기 감지소자들의 상단에 보호코팅(6)을 포함한다. 손가락(40)의 표면은 보호코팅(6)과 접촉한 융선(54) 및 보호코팅(6)과 이격된 골(55)을 포함한다.
도 8a에 개략 도시된 바와 같이, 각 감지소자(8)는 보호코팅(6)에 인접한 감지 플레이트(41) 형태의 감지구조물을 포함한다. 감지 플레이트(41) 아래에 도 8a에서 빗금친 영역(58)으로 개략 나타낸 추가 금속 구조물들 및 활성 반도체 회로가 있다.
도 8b에 개략 나타낸 바와 같이, 감지소자(8)는 감지 플레이트(41) 외에 실딩 플레이트(60), 기준 플레이트(61), 및 전하증폭기(42)를 포함한다. 전하증폭기(42)는, 도 8b에서, 점선으로 매우 개략적으로 나타나 있다. 다소 세부적으로 도시된 전하증폭기(42)의 단지 일부는 감지 플레이트(41)가 연결된 (도 6의 단일 스테이지 증폭기(47)) 감지 트랜지스터(MOSFET)이다.
특허청구범위에서, "포함하는"이라는 용어는 다른 소자들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 소정 측정들이 상호 다른 종속항들에 언급된 사실은 이들 측정들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다.
Claims (12)
- 손가락의 지문패턴을 감지하고 상기 지문패턴을 나타내는 지문패턴신호를 외부회로에 제공하기 위한 지문센서로서,
시간가변 센서 접지전위에 대한 공급전압을 수신하기 위한 전압공급 인터페이스;
상기 외부회로로부터 신호를 수신하고 상기 지문패턴신호를 상기 외부회로에 제공하기 위한 센서통신 인터페이스;
디바이스 접지전위에 대해 일정한 동기신호 전위를 나타내는 동기신호를 상기 외부회로로부터 수신하기 위한 동기화 입력부;
상기 손가락이 접촉하는 보호유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 배열된 전기도전성 감지구조물; 및 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하증폭기를 각각 포함한 복수의 감지소자들; 및
상기 동기화 입력부 및 제 1 논리상태에서 제 2 논리상태로 또는 제 2 논리상태에서 제 1 논리상태로, 상기 지문센서에 의해 인식된, 상기 동기신호의 전환에 대한 샘플링 시간들로 상기 감지소자들 각각에 의해 제공된 상기 감지신호를 샘플링하고 상기 샘플화된 감지신호들을 바탕으로 상기 지문패턴신호를 형성하기 위해 상기 감지소자들 각각의 전하증폭기의 출력부에 연결된 판독회로를 포함하고,
상기 디바이스 접지전위보다 로우인 제 1 전위 및 하이인 제 2 전위 사이로 변하는 센서 접지전위는 상기 외부회로와 상기 손가락에 대한 기준전위이며,
상기 동기신호 전위는 상기 센서 접지전위가 상기 제 1 전위에 있을 경우 상기 제 1 논리상태에 그리고 상기 센서 접지전위가 상기 제 2 전위에 있을 경우 제 1 논리상태와는 다른 상기 제 2 논리상태에 해당하도록 상기 지문센서에 의해 해석되는 상기 제 2 전위에 충분히 가깝고,
상기 전하증폭기는:
상기 감지구조물에 연결된 음의 입력부;
상기 시간가변 센서 접지전위에 대해 일정한 감지소자 기준전위에 연결된 양의 입력부;
상기 감지신호를 제공하는 출력부;
상기 음의 입력부와 상기 출력부 간에 연결된 피드백 커패시터; 및
상기 양의 입력부와 음의 입력부 및 상기 출력부 간에 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함하며,
상기 전하증폭기는, 상기 감지소자 기준전위가 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화를 제공하기 위해, 양의 입력부에서 전위가 변하면 이에 대응하여 음의 입력부에서도 전위가 변하도록 구성되는, 지문센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전위 및 상기 제 2 전위 중 하나는 상기 디바이스 접지전위와 동일한 지문센서. - 제 2 항에 있어서,
상기 센서통신 인터페이스는:
상기 디바이스 접지전위와 동일한 상기 센서 접지전위에 해당하는 상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 센서통신 인터페이스를 통해 상기 지문센서와 상기 외부회로 간에 통신을 가능하게 하고,
상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 다른 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 센서통신 인터페이스를 통해 상기 지문센서와 상기 외부회로 간에 통신을 막기 위해 상기 동기화 입력부에 연결된 통신제어회로를 포함하는 지문센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 통신제어회로는 상기 외부회로로부터 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 통신 입력부를 포함하고,
상기 통신제어회로는 상기 통신 입력부와 상기 동기화 입력부에 연결된 입력 게이팅 회로를 포함하며, 상기 입력 게이팅 회로는 상기 디바이스 접지전위로부터 벗어난 상기 센서 접지전위에 해당하는 상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 상기 통신 입력부에 제공된 상기 외부회로로부터의 신호들이 상기 입력 게이팅 회로로 전해지는 것을 방지하는 지문센서. - 제 3 항에 있어서,
상기 통신제어회로는 상기 외부회로에 지문패턴신호를 제공하기 위한 적어도 하나의 통신 출력부를 포함하고,
상기 통신제어회로는 상기 디바이스 접지전위로부터 벗어난 상기 센서 접지전위에 해당하는 논리상태가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 상기 논리상태를 나타내는 출력신호를 제공하기 위해 상기 판독회로 및 상기 동기화 입력부에 연결된 출력 게이팅 회로를 포함하는 지문센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 지문센서는 SPI(Serial Peripheral Interface) 슬레이브이고,
상기 센서통신 인터페이스는:
시리얼 클록 입력부;
마스터 출력 슬레이브 입력부;
슬레이브 셀렉트 입력부; 및
마스터 입력 슬레이브 출력부를 포함한 SPI 포터인 지문센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 판독회로는:
상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 제 1 시간; 및
상기 제 1 논리상태 및 상기 제 2 논리상태 중 다른 하나가 되도록 상기 지문센서에 의해 상기 동기신호가 해석될 경우 제 2 시간으로 상기 감지신호들을 샘플화하기 위한 샘플링 회로를 포함하는 지문센서. - 제 1 항에 있어서,
상기 전하증폭기는 상기 제 1 논리상태에서 상기 제 2 논리상태로 또는 상기 제 2 논리상태에서 상기 제 1 논리상태로, 상기 지문센서에 의해 인식된, 상기 동기신호의 전환에 대한 시간들로 상기 피드백 커패시터를 등화하기 위한 리셋회로를 포함하는 지문센서. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 지문센서; 및
외부회로에 대한 기준전위인 디바이스 접지전위에 대해 동작하기 위한 외부회로를 포함하는 지문감지 시스템으로서,
상기 외부회로는:
디바이스 접지전위에 대해 시간가변하는 센서 접지전위 및 시간가변 센서 접지전위에 대한 공급전압을 제공하기 위해 지문센서의 전압공급 인터페이스에 연결된 센서 전압공급 출력부;
상기 지문센서의 동작을 제어하고 상기 지문센서로부터 상기 지문패턴신호를 수신하기 위해 상기 지문센서의 센서통신 인터페이스에 연결된 외부통신 인터페이스; 및
상기 디바이스 접지에 대해 일정한 동기신호 전위를 나타내는 동기신호를 제공하기 위해 상기 지문센서의 동기화 입력부에 연결된 동기화 신호 입력부를 포함하고,
상기 동기신호 전위는 상기 센서 접지전위가 상기 제 1 전위에 있을 경우 하이 로직으로 그리고 상기 센서 접지전위가 상기 제 2 전위에 있을 경우 로우 로직으로 상기 지문센서에 의해 해석되는 제 2 전위에 충분히 가까이 있는 지문감지 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 외부통신 인터페이스는:
상기 센서 접지전위가 상기 디바이스 접지전위와 동일한 경우 상기 외부통신 인터페이스로부터 신호의 출력을 가능하게 하고,
상기 디바이스 접지전위로부터 상기 센서 접지전위가 벗어날 경우 상기 외부통신 인터페이스로부터 신호의 출력을 막기 위해 상기 센서 전압공급 출력부에 연결된 통신제어회로를 포함하는 지문감지 시스템. - 제 9 항에 따른 지문감지 시스템; 및
지문감지 시스템으로부터 상기 지문패턴의 표현을 획득하고, 상기 표현을 바탕으로 사용자를 인증하며, 상기 사용자가 상기 표현을 바탕으로 인증된 경우에만 적어도 하나의 사용자 요청 프로세스를 수행하도록 구성된 처리회로를 포함하는 전자 디바이스. - 손가락이 접촉하는 보호유전체 상단층; 상기 상단층 아래에 배열된 전기도전성 감지구조물; 및 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 변화로 인해 발생한 상기 감지구조물에 의해 전달된 전하의 변화를 나타내는 감지신호를 제공하기 위해 상기 감지구조물에 연결된 전하증폭기를 각각 포함한 복수의 감지소자들; 및
상기 감지소자들 각각에 의해 제공된 상기 감지신호를 샘플링하고 상기 샘플화된 감지신호들을 바탕으로 지문패턴신호를 형성하기 위해 상기 감지소자들 각각의 전하증폭기의 출력부에 연결된 판독회로를 포함하고,
상기 전하증폭기는:
상기 감지구조물에 연결된 음의 입력부;
센서 접지전위에 대해 일정한 감지소자 기준전위에 연결된 양의 입력부;
상기 감지신호를 제공하는 출력부;
상기 음의 입력부와 상기 출력부 간에 연결된 피드백 커패시터; 및
상기 양의 입력부와 음의 입력부 및 상기 출력부 간에 적어도 하나의 증폭기 스테이지를 포함하며,
상기 전하증폭기는, 상기 감지소자 기준전위의 변화가 상기 손가락과 상기 감지구조물 간에 전위차의 상기 변화를 제공하기 위해, 양의 입력부에서 전위가 변하면 이에 대응하여 음의 입력부에서도 전위가 변하도록 구성되는 지문센서를 이용한 손가락의 지문패턴 감지방법으로서,
상기 지문센서에, 상기 지문센서와 상기 손가락에 연결된 외부회로에 대한 기준전위인 디바이스 접지전위보다 로우인 제 1 전위 및 하이인 제 2 전위 사이로 가변하는 시간가변 센서 접지전위, 및 상기 센서 접지전위에 대한 공급전압을 제공하는 단계;
상기 지문센서에, 상기 디바이스 접지전위에 대해 일정한 동기신호를 제공하는 단계;
상기 지문센서에 의해, 상기 센서 접지전위가 상기 제 1 전위에 있을 경우 제 1 논리상태에 그리고 상기 센서 접지전위가 상기 제 2 전위에 있을 경우 제 1 논리상태와 다른 제 2 논리상태에 해당하도록 상기 동기신호를 해석하는 단계;
상기 판독회로에 의해, 상기 제 1 논리상태에서 상기 제 2 논리상태로 또는 상기 제 2 논리상태에서 상기 제 1 논리상태로 상기 지문센서에 의해 인식된 상기 동기신호의 전환과 관련된 샘플링 시간들로 상기 감지소자들 각각에 의해 제공된 상기 감지신호를 샘플링하는 단계; 및
상기 샘플화된 감지신호들을 기초로 상기 지문패턴신호를 형성하는 단계를 포함하는 손가락의 지문패턴 감지방법.
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