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JP3545389B2 - Surface shape recognition sensor device - Google Patents
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JP3545389B2 - Surface shape recognition sensor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面形状認識センサ装置に関し、特に人間の指紋や動物の鼻紋などの微細な凹凸を感知する表面形状認識センサ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
検出対象の表面形状を検出する表面形状認識センサ装置の応用例として、指紋のパターンを検出する指紋センサが多数提案されている。例えば、「ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERS」 FEBRUARY 1998 pp.284〜285に記載されている。
これは、LSIチップの上に2次元に配列されたセル(以下、センサセルという)の内部にセンサ電極を設け、このセンサ電極と絶縁膜を介して触れた指の皮膚との間に形成される静電容量を検出して、指紋の凹凸パターンを感知するものである。指紋の凹凸により形成される容量の値が異なるため、この容量差を検出することで指紋の凹凸を感知することができる。
【0003】
また、複数あるセンサ回路の検出感度を個別に調整する手段を有する表面形状認識センサ装置が提案されている。
図10に、このような検出感度の調整機能を持った表面形状認識センサ装置の使用状態例を示す。この表面形状認識センサ装置は、互いに隣接した多数のセンサセルによって構成され、代表的には、2次元(アレイ状や格子状)に配置された多数のセンサセル11から構成されている。
この表面形状認識センサ装置10のセンサ面12に指13など検出対象を接触させることにより、その検出対象表面(ここでは指紋の凹凸形状)14がそれぞれのセンサセル11で個別に検出され、検出対象の表面形状を示す2次元データが出力される。
【0004】
従来の表面形状認識センサ装置の全体構成図を図11に示す。
各センサセル11はp行×q列の2次元マトリクス状に配置されており、それぞれ当該センサセル11を選択制御するワード線WL1〜WLpと、当該センサセル11の出力を伝播するデータ線DL1〜DLqとに格子状に接続されている。
これらセンサセル11の周辺にはデコーダ20とA/D変換回路30とが設けられている。デコーダ20は入力されたアドレス信号ADRにしたがってワード線を制御する。A/D変換回路30はデータ線から入力したアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。
【0005】
このように、表面形状認識センサ装置10では、デコーダ20でいずれか複数のセンサセル11を順次選択し、これらセンサセル11のアナログ出力をA/D変換回路30でデジタル出力へ変換することにより、各センサセル11でA/D変換回路30を兼用する構成となっている。これにより、回路規模の増大を抑制して、多数のセンサセル11からのアナログ出力を効率よくデジタル出力へ変換している。
【0006】
一方、表面形状認識センサ装置10では、製造プロセスに起因して発生する各センサセル11の特性すなわち検出感度のばらつきを均一にするため、各センサセルの感度を調節(以下、キャリブレーションという)する機能を有している。
従来の表面形状認識センサ装置10では、キャリブレーション信号線CL1〜CLpをワード線WL1〜WLpと同様にして複数のセンサセル11へ接続し、いずれかのキャリブレーション信号線をアクティブ状態とすることによりキャリブレーション制御回路40からいずれか複数のセンサセルを順次選択し、選択したセンサセルについて順にキャリブレーションするものとなっていた。
【0007】
図12に従来のセンサセルのブロック図を示す。センサセル11は、検出素子1、センサ回路2、キャリブレーション回路3および選択回路4で構成されている。
検出素子1は、表面形状を電気量に変換するための素子である。センサ回路2は、表面形状により変化する検出素子の電気量を計測し、内部の電圧−時間変換回路(以下、VT変換回路という)21でその電気量に応じたパルス幅を有する時間信号へ変換し、出力信号2Aとして出力する回路である。
キャリブレーション回路3は、当該センサセル11のセンサ回路2の検出感度を各センサセルごとに個別に調整(感度調整)する回路である。選択回路4はワード線WLのアクティブ状態またはキャリブレーション信号線CLからのキャリブレーション信号に基づき当該センサセル11を動作状態とする回路である。
【0008】
各センサセル11のセンサ回路2における検出感度をキャリブレーションするときは、被測定物として、凹凸のない基準サンプルをそのセンサで検出したり、センサ面に何も置かずに検出を行うことで、各センサセルに同一の測定値を検出させる。
各センサセル11からの出力信号2Aは、当該センサセルのキャリブレーション回路3にそれぞれ入力される。キャリブレーション回路3は、負荷回路31、カウンタ回路(nビット)32および時間信号比較回路33で構成される。
【0009】
時間信号比較回路33では、出力信号2Aと所望の検出感度に応じたパルス幅を有する基準パルス信号3Aとが比較される。そして、両者の時間差分のパルス幅を有する比較結果がカウンタ入力信号3Bとしてカウンタ回路(nビット)32へ入力される。
カウンタ回路32では、このカウンタ入力信号3Bに基づき新たなカウンタ動作を行う。これによりカウンタ回路32での計数データが順次更新され、この計数データにより負荷回路31に設けられたn個の負荷素子Z〜Zに対するセンサ回路2への接続が制御されてセンサ回路2の検出感度が調整される。
【0010】
負荷回路31の負荷素子Z〜Zとしては、活性状態と非活性状態に制御できる負荷素子を用いてもよい。図13は活性状態と非活性状態に制御できる負荷素子の実現例であり、図13(a)に容量性負荷素子の例、図13(b)に抵抗性負荷素子の例を示す。電気量として指表面14とセンサ電極1Bの間に形成される静電容量を用いる場合は図13(a)のような負荷素子を用いればよく、電気量として指表面14とセンサ電極1Bの間に形成される接触抵抗を用いる場合は図13(b)のような負荷素子を用いればよい。
このような動作を各センサセル11で、調整段数分、例えばすべての負荷素子Zを選択しない状態を除く2−1回繰り返すことにより個々のセンサ回路2の検出感度を調整し、各センサセルの性能を均一にする。
【0011】
検出素子1は、図12に示すように、絶縁層16上に形成されパシベーション膜15に覆われたセンサ電極1Bで実現され、電気量として指表面14とセンサ電極1Bの間に形成される静電容量Cを用いている。
センサ回路2は、PchMOSFET Q、NchMOSFET Q、定電流源IおよびVT変換回路21から構成されている。Cp0は寄生容量である。
【0012】
図14にセンサセルの検出動作を示すタイミングチャートを示す。
時刻T1以前では、センサ回路制御信号/PRE(PREバー)が電源電圧VDDに制御されてQがオフし、センサ回路制御信号REが電圧0Vに制御されてQがオフしており、節点Nは0Vである。
時刻T1に信号/PREが0Vに制御されてQがオンし、節点NはVDDまで上昇する。そして時刻T2に信号/PREおよび信号REがVDDへ制御されてQがオフするとともにQがオンする。これにより、静電容量Cに蓄積された電荷が放電される。
【0013】
したがって、静電容量Cに依存した速度で節点Nの電位は徐々に低下することになり、時刻T2から所定時間Δtだけ経過した時刻T3に信号REを0Vに制御してQをオフすると、節点Nでは静電容量Cに応じた電位VDD−ΔVが維持され、これがVT変換回路21へ出力される。
【0014】
VT変換回路21には、定電流源IVT、容量Cおよびしきい値回路22が設けられている。
このVT変換回路21では、節点Nの電位に応じて定電流源IVTが動作し、容量Cを充電する。しきい値回路22では、この容量Cの電位が所定のしきい値VTHを上回った時点でその出力すなわち出力信号2Aを反転させる。
これにより、電荷が空の容量Cに対して充電を開始してから、節点Nの電位に応じた時間だけ経過した後、出力信号2Aが反転することになり、検出対象の表面形状を検出するセンシング動作時にはこの時間長を測定することにより、皮膚表面の凹凸がわかる。
【0015】
また、センサ回路2の検出感度を調整するキャリブレーション動作時には、キャリブレーション制御回路40からのリブレーション信号CALに基づいて、時間信号比較回路33が動作し、キャリブレーション回路3によるキャリブレーションが行われる。その際、すべての負荷素子を非活性状態とするように予めカウンタ回路32の計数データが初期設定値に設定される。またVT変換回路21からの出力信号2Aは個々の検出動作ごとにその開始時点で初期設定値に設定する。そして、所望の検出感度に応じたパルス幅を有する基準パルス信号3Aをセンサセル11へ供給し、これに同期してセンサセル11で順次検出動作を行う。
これにより、センサ回路2から出力信号2Aが得られ、図15に示すように、時間信号比較回路33で出力信号2Aと基準パルス信号3Aとが比較され、例えば、出力信号2Aと基準パルス信号3Aとの論理積によりカウンタ入力信号3Bが生成される。
【0016】
出力信号2Aは、静電容量Cが一定の際、負荷回路31の負荷に応じて、基準パルス信号3Aの立ち上がりエッジから出力信号2Aの立ち上がりエッジまでの遅れ時間tsが変化する。
したがって、trで決定される時間より早く出力信号2Aが変化した場合(ts<tr)は(時刻T11,T12)、検出動作ごとにカウンタ入力信号3Bがカウンタ回路32へ入力されるため、カウンタ回路32では計数データがインクリメントされ、負荷回路31の負荷が順次増加する。
【0017】
そして、trで決定される時間以降に出力信号2Aが変化した場合(ts≧tr)は(時刻T13)、センサ回路2の検出感度がtrに対応する所望の感度となってカウンタ入力信号3Bが出力されなくなり、そのときの負荷素子の選択状態がカウンタ回路32により保持される。
したがって、各負荷素子の負荷値として例えばZ=Z・2k−1(kは自然数)と設定しておくことにより、計数データがカウントアップされるごとにZずつ負荷回路31の値が大きくなり、Z単位で検出感度を調整できる。
このようなキャリブレーション動作が各センサセル11ごとに個別に実行され、それぞれ適切な検出感度に調整され、プロセスばらつきに起因してセンサ回路2の特性すなわち検出感度がセンサセルごとに異なっていても、各センサセルの検出性能を均一にすることができる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の表面形状認識センサ装置では、各センサセルに設けられているセンサ回路の特性を調整する際、キャリブレーション制御回路を設けて所望のセンサセルを選択するものとなっているため、表面形状認識センサ装置の回路規模が大きくなってしまうという問題点があった。特に、通常の表面形状検出動作を制御する制御系に対して、上記キャリブレーション制御系がさらに付加されるため、回路構成や制御が複雑になってしまい、結果として、チップ面積の増大や製造歩留りの低下、さらに設計時間の増大を招き、全体として製造コストが増大してしまうという問題があった。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、少ない回路構成で各センサセルの検出感度をキャリブレーションできる表面形状認識センサ装置を提供することを目的としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にかかる表面形状認識センサ装置は、検出対象の表面形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、この検出素子で検出された電気量を計測しその電気量に応じた出力信号へ変換して出力するセンシング動作を行うセンサ回路とを有するセンサセルを2次元に配列して、これらセンサセルのいずれかを順にデコーダで選択し、選択されたセンサセルから順時得られたセンサ出力に基づき表面形状の凹凸を感知する表面形状認識センサ装置であって、デコーダとして、当該表面形状認識センサ装置を制御する制御回路から出力されたアドレス信号に基づきこれらセンサセルのいずれかを順に選択するデコーダを備えるとともに、各センサセルに共通して接続され、各センサセルに対してキャリブレーションを指示するために制御回路から出力されたキャリブレーション信号を同時に供給するキャリブレーション信号線と、各センサセルのうち同時に選択される複数のセンサセルにそれぞれ共通して接続される複数のワード線とを備え、デコーダに、各ワード線を所定数ずつブロックに分けて制御し、これらワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に基づき各ブロックのうちのいずれかを選択するブロック選択信号を出力するブロック選択回路と、ブロック選択信号とキャリブレーション時に供給される多重選択制御信号との論理積に基づき当該ブロックに属するすべてのワード線を同時に選択することにより、キャリブレーションの対象となるセンサセルを選択するブロック多重選択回路とを設け、各センサセルに、当該センサセルのセンサ回路でのセンシング動作で得られたセンサ出力に基づきそのセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路を設けて、キャリブレーション信号線からキャリブレーション信号が供給されておりかつデコーダにより選択された場合に、キャリブレーション回路を用いてセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うようにしたものである。
【0022】
この場合、各ブロックに、キャリブレーション時に各センサセルで行う検出感度調整のためのセンシング動作回数と同数のワード線を設けてもよい。
あるいは、各ブロックに、キャリブレーション時に各センサセルで行う検出感度調整のためのセンシング動作回数より1つ多い数のワード線を設け、ブロック多重選択回路で、ブロック選択回路からのブロック選択信号とキャリブレーション時に供給される多重選択制御信号との論理積に基づいて、そのブロック選択信号により選択されているブロックに属する各ワード線のうちアドレス信号に対応するワード線以外のすべてのワード線を同時に選択することにより、キャリブレーションの対象となるセルを選択するようにしてもよい。このとき、ブロック多重選択回路として、各ワード線ごとに設けられ、アドレス信号に基づき当該ワード線の選択を指示するワード線選択信号と多重選択制御信号との排他的論理和を出力するゲート回路を用いてもよい。
【0023】
また、本発明にかかる他の表面形状認識センサ装置は、検出対象の表面形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、この検出素子で検出された電気量を計測しその電気量に応じた出力信号へ変換して出力するセンシング動作を行うセンサ回路とを有するセンサセルを2次元に配列して、これらセンサセルのいずれかを順にデコーダで選択し、選択されたセンサセルから順時得られたセンサ出力に基づき表面形状の凹凸を感知する表面形状認識センサ装置であって、デコーダとして、当該表面形状認識センサ装置を制御する制御回路から出力されたアドレス信号に基づきこれらセンサセルのいずれかを順に選択するデコーダを備えるとともに、各センサセルに共通して接続され、各センサセルに対してキャリブレーションを指示するために制御回路から出力されたキャリブレーション信号を同時に供給するキャリブレーション信号線と、各センサセルのうち同時に選択される複数のセンサセルにそれぞれ共通して接続される複数のワード線とをさらに備え、デコーダに一括多重選択回路を設けて、キャリブレーション時に供給される多重選択制御信号に基づきすべてのワード線を同時に選択することにより、キャリブレーションの対象となるセンサセルをすべて選択し、各センサセルに、当該センサセルのセンサ回路でのセンシング動作で得られたセンサ出力に基づきそのセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路を設けて、キャリブレーション信号線からキャリブレーション信号が供給されておりかつデコーダにより選択された場合に、キャリブレーション回路を用いてセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うようにしたものである。
【0024】
このとき、一括多重選択回路として、各ワード線ごとに設けられ、これらワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に基づき当該ワード線の選択を指示するワード線選択信号と多重選択制御信号との論理和を出力するゲート回路を用いてもよい。
さらに、デコーダに、各ワード線ごとにワード線選択回路を設けて、これらワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号とすべてのワード線を非選択状態とする際に供給される非選択制御信号との論理積をワード線選択信号としてゲート回路へ出力するようにしてもよい。
【0025】
また、本発明にかかる他の表面形状認識センサ装置は、検出対象の表面形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、この検出素子で検出された電気量を計測しその電気量に応じた出力信号へ変換して出力するセンシング動作を行うセンサ回路とを有するセンサセルを2次元に配列して、これらセンサセルのいずれかを順にデコーダで選択し、選択されたセンサセルから順時得られたセンサ出力に基づき表面形状の凹凸を感知する表面形状認識センサ装置であって、デコーダとして、当該表面形状認識センサ装置を制御する制御回路から出力されたアドレス信号に基づきこれらセンサセルのいずれかを順に選択するデコーダを備えるとともに、各センサセルに共通して接続され、各センサセルに対してキャリブレーションを指示するために制御回路から出力されたキャリブレーション信号を同時に供給するキャリブレーション信号線と、各センサセルのうち同時に選択される複数のセンサセルにそれぞれ共通して接続される複数のワード線とを備え、デコーダにブロック選択回路を設けて、各ワード線を所定数ずつブロックに分けて制御し、これらワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に基づき各ブロックのうちのいずれかを選択するブロック選択信号を出力し、同じくワード線選択回路を設けて、このブロック選択信号とアドレス信号との論理積に基づきいずれか1本のワード線を選択することにより、キャリブレーションの対象となるセルを選択し、同じく一括選択アドレス出力回路を設けて、各ワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に代えて、すべてのワード線を同時に選択するための一括選択アドレスを出力し、各センサセルに、当該センサセルのセンサ回路でのセンシング動作で得られたセンサ出力に基づきそのセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路を設けて、キャリブレーション信号線からキャリブレーション信号が供給されておりかつデコーダにより選択された場合に、キャリブレーション回路を用いてセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うようにしたものである。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の構成を示すブロック図であり、前述した図11の表面形状認識センサ装置と同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
この表面形状認識センサ装置では、各センサセル11がp行×q列の2次元マトリクス状に配置されており、各センサセル11は、それぞれ当該センサセル11を選択制御するワード線WL1〜WLpと、当該センサセル11の出力を伝播するデータ線DL1〜DLqとに格子状に接続されている。
【0027】
これらセンサセル11の周辺にはデコーダ20とA/D変換回路30とが設けられている。デコーダ20は、入力されたアドレス信号ADRにしたがってワード線WL1〜WLpを制御する。A/D変換回路30はデータ線DL1〜DLqから入力したアナログ信号をデジタル出力信号30Aに変換して出力する。また、各センサセル11は、同一のキャリブレーション信号線CLへ共通に接続されており、キャリブレーション時にこのキャリブレーション信号線CLを介して同一のキャリブレーション信号CALが各センサセル11へ同時に供給される。
【0028】
本発明では、キャリブレーション信号CALにより各センサセル11に対して通常の表面形状検出動作かキャリブレーション動作かを指示するとともに、前述したようなキャリブレーション制御回路(図11参照)を用いず、通常の表面形状検出動作時に用いるデコーダ20でキャリブレーションを行うセンサセル11を選択するようにしたものである。
なお、これらアドレス信号ADR(さらには後述のADB,ADW)やキャリブレーション信号CALは、表面形状認識センサ装置を外部から制御するCPUなどの上位装置である制御回路50から供給されているが、表面形状認識センサ装置10の内部で別途生成して供給するようにしてもよい。
【0029】
センサセル11は、図2示すように、前述した従来のセンサセル(図12参照)と構成はほぼ同じであり、同じまたは同等部分には同一符号を付してある。
従来のセンサセルでは、キャリブレーション信号CALが選択回路4へ入力されてセンサセル自体の動作を制御しており、冗長的な構成となっていた。
本発明センサセル11では、選択回路4にはワード線WLのみが入力されており、キャリブレーション信号CALは、時間信号比較回路33のみへ入力されている。
【0030】
次に、図3および図4を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図3は第1の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダ20を示すブロック図である。図4は図3のデコーダの動作を示すタイミングチャートである。
このデコーダ20では、ワード線WLが2本(mは2以上の整数)ごとに1つのブロックを構成し、ブロック101,102,103,…として管理されている。各ブロックには、ワード線選択用のアドレス信号ADW(mビット)のうち当該ワード線WLに対応するアドレス値をデコードし当該ワード線をアクティブ状態とするためのワード線選択信号を出力するゲート110と、このゲート110からのワード線選択信号に応じて当該ワード線WLをアクティブ状態とするバッファ111とが、各ワード線WLごとに設けられている。
【0031】
また、各ブロックごとに、ブロック選択用のアドレス信号ADBのうち当該ブロックに対応するアドレス値をデコードするためのゲート120(ブロック選択回路)と、このゲート120の出力を当該ブロックの各ゲート110へブロック選択信号SB(SB1,SB2,SB3,…)として供給するバッファ121とが設けられている。
そして、任意のアドレス信号ADB,ADWがデコーダ20へ供給された場合、アドレス信号ADBのアドレス値によりいずれかのブロックへブロック選択信号SBが出力され、このブロック信号が入力されたゲート110のうち、アドレス信号ADWのアドレス値に対応するゲート110の出力により、いずれか1本のワード線WLがアクティブ状態となる。
【0032】
より詳細には、これらアドレス信号ADB,ADWとして、各アドレスビットごとに正論理および負論理を示す相補信号(mビット分/2m本)が用いられている。したがって、各ゲート110には、当該ワード線WLのアドレスに対応してHighレベルとなる正論理または負論理のアドレスビットが選択的に入力されており、その論理積がワード線選択信号として出力される。また、各ゲート120も同様であり、当該ブロックのアドレスに対応してHighレベルとなる各アドレスビットが選択的に入力されており、その論理積がブロック選択信号として出力される。
【0033】
このような構成において、キャリブレーション時には、すべてのセンサセル11に対してキャリブレーション信号CALを供給しておき(図4では、Highレベルとして記載)、通常の表面形状検出動作と同様にアドレス信号ADB,ADWを順次変化させて各ワード線を順に選択する。これにより、例えば図4に示すように、ブロック101のブロック選択信号SB1がHighレベルとなり、ワード線WL1〜WL2が1本ずつ順にアクティブ状態となる。続いて、ブロック102のブロック選択信号SB2が有効となり、ワード線WL2+1〜WL2m+1が順に1本ずつアクティブ状態となる。
【0034】
その後、すべてのワード線WL1〜WLpまでを1回ずつ選択して1サイクルが終了した後、またワード線WL1に戻ってアドレス信号ADB,ADWを順次変化させて各ワード線を順に選択する。
このようにして、キャリブレーションの調整段数分だけ上記サイクルを繰り返し実行すれば、各センサセル11ごとに調整段数分のキャリブレーション動作が行われることになる。
なお、各センサセル11でのキャリブレーション動作については、前述した図14および図15と同様であり、ここでの説明は省略する。
【0035】
このように、各センサセル11が共通して接続されるキャリブレーション信号線CLを設け、このキャリブレーション信号線を介して各センサセルへキャリブレーションを指示するためのキャリブレーション信号を供給し(図4では、Highレベルとして記載)、各センサセル11では、キャリブレーション信号線CLからキャリブレーション信号CALが供給されておりかつデコーダ20により選択された場合に、キャリブレーション回路3を用いてセンサ回路2の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うようにしたので、キャリブレーション制御回路を付加することなく、通常のセンシングに用いるデコーダを利用してキャリブレーションすることができ、回路規模の増大を低減できる。
【0036】
次に、図5および図6を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図5は第2の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダ20Aを示すブロック図である。図6は図5のデコーダの動作を示すタイミングチャートである。
第1の実施の形態では、キャリブレーション時も通常の表面形状検出動作と同様に各ワード線WLを1本ずつ選択する場合について説明した。本実施の形態では、ブロック単位で複数のワード線を同時に選択する場合について説明する。
【0037】
第1の実施の形態のデコーダ20(図3参照)と比較して、本実施の形態のデコーダ20Aには、図5に示すように、各ブロックごとにブロック選択信号SBと多重選択制御信号SSとの論理積をブロック多重選択制御信号SSx(SS1,SS2,SS3,…)として出力するゲート122が設けられている。また、各ブロックには、各ワード線WLのゲート110とバッファ111との間に配置されたゲート112からなるブロック多重選択回路113が設けられている。各ゲート112には、当該ワード線WLのゲート110の出力と当該ブロックのブロック多重選択制御信号SSxとが入力されており、これら入力の排他的論理和(EOR)がバッファ111へ出力される。
【0038】
デコーダ20Aにおいて、通常の表面形状検出動作時には、多重選択制御信号SSをLowレベルとするため、各ブロックのゲート122からのブロック多重選択制御信号SSxがLowレベルとなり、ブロック多重選択回路113の各ゲート112はバッファとして動作する。これにより、アドレス信号ADB,ADWに対応した1本のワード線WLのみがアクティブ状態となる。
なお、上記多重選択制御信号SSおよびアドレス信号ADB,ADWは、表面形状認識センサ装置を外部から制御するCPUなどの上位装置である制御回路50から供給されているが、表面形状認識センサ装置10の内部で別途生成して供給するようにしてもよい。
【0039】
一方、キャリブレーション時には、多重選択制御信号SSをHighレベルとすることにより、アドレス信号ADBで選択されたブロックでのみブロック多重選択制御信号SSxがHighレベルとなる。
したがって、キャリブレーション時には、すべてのセンサセル11に対してキャリブレーション信号CALを供給しておき(図6では、Highレベルとして記載)、アドレス信号ADB,ADWを順次変化させて各ワード線を順に選択した場合、例えば図6に示すように、ブロック101のブロック選択信号SB1がHighレベルとなり、ワード線WL1〜WL2が順に選択される。なお、nはキャリブレーション回路3の負荷素子Zの数である。
【0040】
このとき、ゲート122からブロック多重選択制御信号SS1がブロック101の各ゲート112へ入力されて各ゲート112はインバータとして動作するため、ブロック101のワード線WL1〜WL2のうちアドレスADWのアドレス値に対応する1本のワード線WL以外のワード線がすべてアクティブ状態となる。
すなわち、アドレス信号ADWの1つのアドレス値で、当該ブロック内の2−1本のワード線が多重して選択されることになり、アドレス信号ADWのアドレス値を一巡させるだけですなわち2サイクル分で、当該ブロックの各ワード線WLは2−1回アクティブ状態となる。
【0041】
このようにして、上記選択動作を各ブロックごとに行うことにより、各センサセル11ごとに調整段数分のキャリブレーション動作が行われることになる。
これにより、通常の表面形状検出動作と同様にアドレス信号を供給することにより、すべてのセンサセル11についてキャリブレーションを完了することができ、第1の実施の形態に比較して、2−1倍の速さでキャリブレーションを行うことができ、キャリブレーションに要する時間を大幅に短縮できる。
【0042】
なお、本実施の形態では、ブロック多重選択回路113で、当該ブロックのブロック選択信号SBとキャリブレーション時に供給される多重選択制御信号SSとの論理積に基づいて、当該ブロックに属する各ワード線WLのうちアドレス信号ADWに対応するワード線以外のすべてのワード線を同時に選択する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ブロック多重選択回路113で、多重選択制御信号SSが供給されている場合は、アドレス信号ADBで選択されたブロックのすべてのワード線WLをアクティブ状態とするようにしてもよく、上記と同様にしてキャリブレーションに要する時間を大幅に短縮できる。このとき各ブロックが調整段数分すなわちキャリブレーション動作回数と同数のワード線を有するように分割することにより、効率よくキャリブレーションできる。
【0043】
次に、図7および図8を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図7は第3の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダ20Bを示すブロック図である。図8は図7のデコーダの動作を示すタイミングチャートである。
第2の実施の形態では、キャリブレーション時にブロック単位で複数のワード線WLを多重選択する場合について説明した。本実施の形態では、ブロック単位ではなくすべてのワード線を同時に選択する場合について説明する。
【0044】
第1の実施の形態のデコーダ20(図3参照)と比較して、本実施の形態のデコーダ20Bの各ブロックには、図7に示すように、各ワード線WLのゲート110とバッファ111との間に配置されたゲート114からなる一括多重選択回路115が設けられている。各ゲート114には、当該ワード線WLのゲート110の出力と多重選択制御信号SSとが入力されており、これら入力の論理和(OR)がバッファ111へ出力される。また、各ゲート110の入力の1つには、キャリブレーション動作時に(すなわち図8のキャリブレーション信号CALが各センサセルへ供給されている際に)、制御回路50から出力される非選択制御信号SI(負論理)が供給されている。
【0045】
デコーダ20Bにおいて、通常の表面形状検出動作時には、非選択制御信号SIをHighレベルとすることによりゲート110は論理積ゲートとして動作する。また、多重選択制御信号SSをLowレベルとすることにより各ブロックのゲート114はバッファとして動作する。これにより、アドレス信号ADB,ADWに対応した1本のワード線WLのみがアクティブ状態となる。
なお、上記非選択制御信号SIは、表面形状認識センサ装置を外部から制御するCPUなどの上位装置である制御回路50から供給されているが、表面形状認識センサ装置の内部で別途生成して供給するようにしてもよい。
【0046】
一方、キャリブレーション時には、非選択制御信号SIをLowレベルとすることにより、各ゲート110の出力がLowレベルとなるため、多重選択制御信号SSに応じてすべてのワード線WLの状態を制御できる。
すなわち多重選択制御信号SSがHighレベルの場合にすべてのワード線WLがアクティブ状態となり、Lowレベルの場合にすべてのワード線WLが非アクティブ状態となる。
【0047】
したがって、キャリブレーション時には、例えば図8に示すように、非選択制御信号SIをLowレベルとするとともに、すべてのセンサセル11に対してキャリブレーション信号CALを供給しておく。
そして、キャリブレーションの調整段数分のサイクル数2−1の期間だけ多重選択制御信号SSをHighレベルとして、すべてのセンサセル11でセンシング動作を行えばよい。このとき、アドレス信号ADB,ADWは任意のアドレス値でよい。
【0048】
これにより、すべてのセンサセル11についてキャリブレーションを完了することができ、第1の実施の形態に比較してp倍(pはワード線WLの数)の速さでキャリブレーションを行うことができ、キャリブレーションに要する時間を大幅に短縮できる。
また、デコーダ20で各ワード線WLを複数のブロックごとに管理する場合には、(2−1)≪pであるので第2の実施の形態よりもさらなるキャリブレーション時間の短縮と制御の簡素化を測ることができる。
【0049】
次に、図9を参照して、本発明の第4の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置について説明する。図9は第4の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダ20Cを示すブロック図である。
第3の実施の形態では、各ブロックに一括多重選択回路115を設けて、キャリブレーション時に多重選択制御信号SSを出力することにより、すべてのワード線WLを多重選択する場合について説明した。本実施の形態では、各ブロックに一括多重選択回路115を設けるのではなく、各ブロックへ供給されるアドレス信号ADB,ADWとして一括選択アドレス値を出力する一括選択アドレス出力回路を用いてすべてのワード線を同時に選択する場合について説明する。
【0050】
第1の実施の形態のデコーダ20(図3参照)と比較して、本実施の形態のデコーダ20Cには、図9に示すように、アドレスゲート回路130と一括選択アドレス出力回路140とが設けられている。アドレスゲート回路130は、各アドレス信号線ごとに設けられたゲート131からなり、これらゲート131から当該アドレス値と非選択制御信号SI(負論理)との論理積(AND)が出力される。一括選択アドレス出力回路140は、各アドレス信号線ごとに設けられたゲート141からなり、これらゲート141からゲート131の出力と多重選択制御信号SSとの論理和(OR)が、各ブロックへのアドレス信号ADB,ADWとして出力される。
【0051】
デコーダ20Cにおいて、通常の表面形状検出動作時には、非選択制御信号SIをHighレベルとすることによりゲート131はバッファとして動作する。また、多重選択制御信号SSをLowレベルとすることによりゲート141もバッファとして動作する。
これにより、アドレス信号ADB,ADWがそのまま各ブロックへ供給されるため、これらアドレス値に対応した1本のワード線WLのみがアクティブ状態となる。
なお、上記非選択制御信号SIおよび多重選択制御信号SSは、表面形状認識センサ装置を外部から制御するCPUなどの上位装置である制御回路50から供給されているが、表面形状認識センサ装置の内部で別途生成して供給するようにしてもよい。
【0052】
一方、キャリブレーション時には、非選択制御信号SIをLowレベルとすることにより、各ゲート131の出力がLowレベルとなるため、多重選択制御信号SSのレベルに応じたアドレス値が各ブロックへ供給される。
このとき、すべてのワード線WLを選択するための一括選択アドレス値として、すべてのアドレス線がHighレベルとなる値を予め設定しておくことにより、多重選択制御信号SSをHighレベルとするだけで、各ゲート131から上記一括選択アドレス値が各ブロックのゲート110,120へ供給される。これにより、前述した図8と同様にしてすべてのワード線WLがアクティブ状態となる。
【0053】
なお、前述したとおり、アドレス信号ADB,ADWとしては相補信号が用いられており、各ゲート110,120には、それぞれデコードするアドレスでHighレベルとなる正論理または負論理のアドレスビットが選択的に入力されている。したがって、多重選択制御信号SSに応じてすべてのアドレス線がHighレベルとなる一括選択アドレス値を一括選択アドレス出力回路140から出力することにより、すべてのワード線がアクティブ状態となる。
また、多重選択制御信号SSをLowレベルとした場合、アドレスゲート回路130の出力がアドレス信号ADB,ADWとして出力される。このとき、非選択制御信号SIをLowレベルとしておくことにより、すべてのアドレス線がLowレベルとなり、いずれのワード線WLも選択されない状態となる。
【0054】
このように、一括選択アドレス出力回路140を設けて、キャリブレーション時には、各ブロックへ供給されるアドレス信号ADB,ADWとして一括選択アドレス値を出力することにより、すべてのワード線を同時に選択するようにしたので、第3の実施の形態と同様に、第1の実施の形態に比較してp倍(pはワード線WLの数)の速さでキャリブレーションを行うことができ、キャリブレーションに要する時間を大幅に短縮できる。また、第3の実施の形態のように各ブロックに一括多重選択回路115を設ける必要がなくなり、回路構成をさらに削減できる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、各センサセルが共通して接続されるキャリブレーション信号線を設けて、このキャリブレーション信号線を介して各センサセルへキャリブレーションを指示するためのキャリブレーション信号を供給し、各センサセルでは、キャリブレーション信号線からキャリブレーション信号が供給されている状態で、デコーダによる、センシング動作で選択したブロック内ですべてまたは複数のワード線を同時に選択する動作、あるいはすべてのワード線を同時に選択する動作により、当該センサセルのワード線が選択された場合に、キャリブレーション回路を用いてセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うようにしたので、従来のように、キャリブレーション制御回路を付加することなく、通常のセンシングに用いるデコーダを利用してキャリブレーションすることができ、回路規模の増大を低減できる。また、制御動作もキャリブレーション信号の状態を変化させて、通常の表面形状検出動作と全く同じことをすればよく、制御を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態にかかるセンサセルを示すブロック図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダを示すブロック図である。
【図4】図3のデコーダの動作を示すタイミングチャートである。
【図5】本発明の第2の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダを示すブロック図である。
【図6】図5のデコーダの動作を示すタイミングチャートである。
【図7】本発明の第3の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダを示すブロック図である。
【図8】図7のデコーダの動作を示すタイミングチャートである。
【図9】本発明の第4の実施の形態にかかる表面形状認識センサ装置で用いるデコーダを示すブロック図である。
【図10】一般的な表面形状認識センサ装置の使用状態を示す説明図である。
【図11】従来の表面形状認識センサ装置の全体構成図である。
【図12】従来のセンサセルを示すブロック図である。
【図13】活性状態と非活性状態に制御できる負荷素子の実現例である。
【図14】センサセルの検出動作を示すタイミングチャートである。
【図15】センサセルでのキャリブレーション動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
10…表面形状認識センサ装置、11…センサセル、12…センサ面、13…指、14…指表面、15…パシベーション膜、16…絶縁層、20,20A,20B,20C…デコーダ、30…A/D変換回路、30A…デジタル出力信号、1…検出素子、1A…電気量、1B…センサ電極、2…センサ回路、21…電圧−時間変換回路(VT変換回路)、22…しきい値回路、2A…出力信号、3…キャリブレーション回路、31…負荷回路、32…カウンタ回路、33…時間信号比較回路、3A…基準パルス信号、3B…カウンタ入力信号、4…選択回路、101,102,103…ブロック、110…ゲート(AND)、111,121…バッファ、112…ゲート(EOR)、113…ブロック多重選択回路、114…ゲート(OR)、115…一括多重選択回路、120…ゲート(AND)、122…ゲート(AND)、130…アドレスゲート回路、131…ゲート(AND)、140…一括選択アドレス出力回路、141…ゲート(OR)、WL,WL1〜WLp…セル選択線、DL,DL1〜DLq…データ線、CL…キャリブレーション信号線、CAL…キャリブレーション信号、ADB…アドレス信号(ブロック選択)、ADW…アドレス信号(ワード線選択)、SB1,SB2,SB3…ブロック選択信号、SS…多重選択制御信号、SS1,SS2,SS3…ブロック多重選択制御信号、SI…非選択制御信号、Z〜Z…負荷素子、VDD…電源電圧、C…検出容量、Cp0…寄生容量、C…容量、R…抵抗、I,IVT…電流源、Q…PchMOSFET、Q…NchMOSFET、RE,/PRE…センサ回路制御信号、N,N…節点。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface shape recognition sensor device, and more particularly to a surface shape recognition sensor device that detects minute irregularities such as a human fingerprint and an animal nose pattern.
[0002]
[Prior art]
As an application example of the surface shape recognition sensor device that detects the surface shape of a detection target, many fingerprint sensors that detect a fingerprint pattern have been proposed. For example, “ISSCC DIGEST OF TECHNICAL PAPERS” FEBRUARY 1998 pp. 284-285.
In this method, a sensor electrode is provided inside a two-dimensionally arranged cell (hereinafter referred to as a sensor cell) on an LSI chip, and is formed between the sensor electrode and the skin of a finger touched via an insulating film. It detects the capacitance and detects the concavo-convex pattern of the fingerprint. Since the value of the capacitance formed by the unevenness of the fingerprint differs, the unevenness of the fingerprint can be sensed by detecting the difference in the capacitance.
[0003]
Further, a surface shape recognition sensor device having means for individually adjusting the detection sensitivities of a plurality of sensor circuits has been proposed.
FIG. 10 shows an example of a use state of a surface shape recognition sensor device having such a detection sensitivity adjustment function. This surface shape recognition sensor device is constituted by a large number of sensor cells adjacent to each other, and is typically constituted by a large number of sensor cells 11 arranged two-dimensionally (in an array or a lattice).
By bringing a detection target such as a finger 13 into contact with a sensor surface 12 of the surface shape recognition sensor device 10, the detection target surface (here, the concave and convex shape of the fingerprint) 14 is individually detected by each sensor cell 11, and the detection target is detected. Two-dimensional data indicating the surface shape is output.
[0004]
FIG. 11 shows an overall configuration diagram of a conventional surface shape recognition sensor device.
Each sensor cell 11 is arranged in a two-dimensional matrix of p rows × q columns, and is connected to word lines WL1 to WLp for selectively controlling the sensor cell 11 and data lines DL1 to DLq for transmitting the output of the sensor cell 11, respectively. They are connected in a grid.
A decoder 20 and an A / D conversion circuit 30 are provided around these sensor cells 11. The decoder 20 controls a word line according to the input address signal ADR. The A / D conversion circuit 30 converts an analog signal input from the data line into a digital signal and outputs the digital signal.
[0005]
As described above, in the surface shape recognition sensor device 10, any one of the plurality of sensor cells 11 is sequentially selected by the decoder 20, and the analog output of these sensor cells 11 is converted into the digital output by the A / D conversion circuit 30. The configuration 11 also serves as the A / D conversion circuit 30. As a result, an increase in the circuit scale is suppressed, and analog outputs from a large number of sensor cells 11 are efficiently converted to digital outputs.
[0006]
On the other hand, the surface shape recognition sensor device 10 has a function of adjusting the sensitivity of each sensor cell 11 (hereinafter, referred to as calibration) in order to make the characteristics of each sensor cell 11 caused by the manufacturing process, that is, the variation of the detection sensitivity uniform. Have.
In the conventional surface shape recognition sensor device 10, calibration is performed by connecting the calibration signal lines CL1 to CLp to the plurality of sensor cells 11 in the same manner as the word lines WL1 to WLp, and setting any one of the calibration signal lines to the active state. One of the plurality of sensor cells is sequentially selected from the application control circuit 40, and calibration is sequentially performed on the selected sensor cells.
[0007]
FIG. 12 shows a block diagram of a conventional sensor cell. The sensor cell 11 includes a detection element 1, a sensor circuit 2, a calibration circuit 3, and a selection circuit 4.
The detection element 1 is an element for converting a surface shape into an electric quantity. The sensor circuit 2 measures an electric quantity of the detecting element which changes according to the surface shape, and converts the electric quantity into a time signal having a pulse width corresponding to the electric quantity by an internal voltage-time conversion circuit (hereinafter referred to as a VT conversion circuit) 21. And outputs the output signal 2A.
The calibration circuit 3 is a circuit for individually adjusting (sensitivity adjustment) the detection sensitivity of the sensor circuit 2 of the sensor cell 11 for each sensor cell. The selection circuit 4 is a circuit that activates the sensor cell 11 based on the active state of the word line WL or the calibration signal from the calibration signal line CL.
[0008]
When the detection sensitivity in the sensor circuit 2 of each sensor cell 11 is calibrated, a reference sample having no unevenness is detected by the sensor as an object to be measured, or the detection is performed without placing anything on the sensor surface. The same measurement value is detected by the sensor cell.
The output signal 2A from each sensor cell 11 is input to the calibration circuit 3 of the sensor cell. The calibration circuit 3 includes a load circuit 31, a counter circuit (n bits) 32, and a time signal comparison circuit 33.
[0009]
In the time signal comparison circuit 33, the output signal 2A is compared with a reference pulse signal 3A having a pulse width corresponding to a desired detection sensitivity. Then, a comparison result having a pulse width of a time difference between the two is input to the counter circuit (n bits) 32 as a counter input signal 3B.
The counter circuit 32 performs a new counter operation based on the counter input signal 3B. As a result, the count data in the counter circuit 32 is sequentially updated, and the n load elements Z provided in the load circuit 31 are updated based on the count data.1~ ZnIs connected to the sensor circuit 2, and the detection sensitivity of the sensor circuit 2 is adjusted.
[0010]
Load element Z of load circuit 311~ ZnA load element that can be controlled between an active state and an inactive state may be used. FIG. 13 shows an example of a load element that can be controlled between an active state and an inactive state. FIG. 13A shows an example of a capacitive load element, and FIG. 13B shows an example of a resistive load element. When the capacitance formed between the finger surface 14 and the sensor electrode 1B is used as the electric quantity, a load element as shown in FIG. 13A may be used, and the electric quantity between the finger surface 14 and the sensor electrode 1B may be used. In the case of using the contact resistance formed as described above, a load element as shown in FIG.
Such an operation is performed in each sensor cell 11 by the number of adjustment stages, for example, excluding a state where all the load elements Z are not selected.nThe detection sensitivity of each sensor circuit 2 is adjusted by repeating -1 time, and the performance of each sensor cell is made uniform.
[0011]
As shown in FIG. 12, the detection element 1 is realized by a sensor electrode 1B formed on an insulating layer 16 and covered with a passivation film 15, and a static electricity formed between the finger surface 14 and the sensor electrode 1B as an electric quantity. Electric capacity CfIs used.
The sensor circuit 2 includes a Pch MOSFET Q1, NchMOSFET Q2, A constant current source I and a VT conversion circuit 21. Cp0Is the parasitic capacitance.
[0012]
FIG. 14 is a timing chart showing the detection operation of the sensor cells.
Before time T1, the sensor circuit control signal / PRE (PRE bar) is set to the power supply voltage VDDControlled by Q1Is turned off, the sensor circuit control signal RE is controlled to a voltage of 0 V, and Q2Is off and node N1Is 0V.
At time T1, signal / PRE is controlled to 0V and Q1Turns on and node N1Is VDDTo rise. At time T2, signal / PRE and signal RE become VDDIs controlled to Q1Turns off and Q2Turns on. Thereby, the capacitance CfIs discharged.
[0013]
Therefore, the capacitance CfN at a speed dependent on1Is gradually lowered, and at time T3 after a predetermined time Δt has elapsed from time T2, the signal RE is controlled to 0 V and Q2Is turned off, the node N1Then the capacitance CfPotential V according toDD−ΔV is maintained, and this is output to the VT conversion circuit 21.
[0014]
The VT conversion circuit 21 includes a constant current source IVT, Capacity CLAnd a threshold circuit 22.
In the VT conversion circuit 21, the node N1Constant current source I according to the potential ofVTOperates and the capacity CLCharge. In the threshold circuit 22, the capacitance CLHas a predetermined threshold value VTHIs exceeded, the output, that is, the output signal 2A is inverted.
As a result, the electric charge becomes an empty capacitance CLTo the node N1After a lapse of time corresponding to the potential of the output signal 2A, the output signal 2A is inverted. At the time of the sensing operation for detecting the surface shape of the detection target, by measuring this time length, the unevenness of the skin surface can be known.
[0015]
At the time of a calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit 2, the time signal comparison circuit 33 operates based on the calibration signal CAL from the calibration control circuit 40, and calibration by the calibration circuit 3 is performed. . At this time, the count data of the counter circuit 32 is set to an initial set value in advance so that all the load elements are deactivated. The output signal 2A from the VT conversion circuit 21 is set to an initial set value at the start of each detection operation. Then, a reference pulse signal 3A having a pulse width corresponding to a desired detection sensitivity is supplied to the sensor cell 11, and the detection operation is sequentially performed by the sensor cell 11 in synchronization with the reference pulse signal 3A.
As a result, an output signal 2A is obtained from the sensor circuit 2, and as shown in FIG. 15, the time signal comparison circuit 33 compares the output signal 2A with the reference pulse signal 3A. For example, the output signal 2A and the reference pulse signal 3A The counter input signal 3B is generated by the logical product of
[0016]
The output signal 2A has a capacitance CfIs constant, the delay time ts from the rising edge of the reference pulse signal 3A to the rising edge of the output signal 2A changes according to the load of the load circuit 31.
Therefore, when the output signal 2A changes earlier than the time determined by tr (ts <tr) (time T11, T12), the counter input signal 3B is input to the counter circuit 32 for each detection operation. At 32, the count data is incremented, and the load of the load circuit 31 increases sequentially.
[0017]
When the output signal 2A changes after the time determined by tr (ts ≧ tr) (time T13), the detection sensitivity of the sensor circuit 2 becomes a desired sensitivity corresponding to tr, and the counter input signal 3B becomes The output is stopped, and the selected state of the load element at that time is held by the counter circuit 32.
Therefore, for example, Zk= Z · 2k-1By setting (k is a natural number), the value of the load circuit 31 increases by Z each time the count data is counted up, and the detection sensitivity can be adjusted in Z units.
Such a calibration operation is individually performed for each sensor cell 11 and is adjusted to an appropriate detection sensitivity. Even if the characteristic of the sensor circuit 2, that is, the detection sensitivity is different for each sensor cell due to process variation, each calibration operation is performed. The detection performance of the sensor cells can be made uniform.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional surface shape recognition sensor device, when adjusting characteristics of a sensor circuit provided in each sensor cell, a calibration control circuit is provided to select a desired sensor cell. There is a problem that the circuit size of the surface shape recognition sensor device is increased. In particular, since the above-mentioned calibration control system is further added to the control system for controlling the normal surface shape detection operation, the circuit configuration and control become complicated, resulting in an increase in chip area and manufacturing yield. In addition, there is a problem that the manufacturing cost increases as a whole due to a reduction in the design time and an increase in the design time.
The present invention has been made to solve such a problem, and has as its object to provide a surface shape recognition sensor device capable of calibrating the detection sensitivity of each sensor cell with a small circuit configuration.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a surface shape recognition sensor device according to the present invention includes a detection element that detects an amount of electricity that changes according to the surface shape of a detection target, and a quantity of electricity detected by the detection element. A sensor circuit having a sensor circuit for performing a sensing operation of measuring and converting the output into an output signal corresponding to the quantity of electricity, and arranging the sensor cells two-dimensionally, selecting one of these sensor cells in order by a decoder, and selecting the selected sensor cell A surface shape recognition sensor device for detecting unevenness of the surface shape based on the sensor output obtained from the sensor cell, and as a decoder, these sensor cells based on an address signal output from a control circuit for controlling the surface shape recognition sensor device. And a decoder for sequentially selecting one of the sensor cells. At the same time supplies the calibration signal line calibration signals output from the control circuit to indicate ShonAnd a plurality of word lines commonly connected to a plurality of sensor cells selected at the same time among the sensor cells.WithA block selection for controlling a decoder to divide each word line into a predetermined number of blocks and outputting a block selection signal for selecting one of the blocks based on an address signal for selecting one of the word lines Block multiplexing for selecting a sensor cell to be calibrated by simultaneously selecting all word lines belonging to the block based on a logical product of a circuit, a block selection signal, and a multiple selection control signal supplied at the time of calibration And a selection circuit,Each sensor cell is provided with a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit based on a sensor output obtained by a sensing operation in the sensor circuit of the sensor cell, and a calibration signal is supplied from a calibration signal line. In addition, when selected by the decoder, a calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit using the calibration circuit is performed.
[0022]
In this case, each block may be provided with the same number of word lines as the number of sensing operations for adjusting the detection sensitivity performed by each sensor cell during calibration.
Alternatively, each block is provided with one more word line than the number of sensing operations for adjusting the detection sensitivity performed by each sensor cell at the time of calibration, and the block multiplexing selection circuit uses the block selection signal from the block selection circuit and the calibration. All word lines other than the word line corresponding to the address signal are simultaneously selected among the word lines belonging to the block selected by the block selection signal, based on the logical product with the multiple selection control signal supplied at that time. Thus, a cell to be calibrated may be selected. At this time, a gate circuit which is provided for each word line and outputs an exclusive OR of a word line selection signal instructing selection of the word line based on an address signal and a multiple selection control signal is provided as a block multiple selection circuit. May be used.
[0023]
Further, another surface shape recognition sensor device according to the present invention includes a detection element that detects an amount of electricity that changes in accordance with the surface shape of a detection target, and an amount of electricity detected by the detection element, and measures the amount of electricity. A sensor cell having a sensor circuit that performs a sensing operation of converting to a corresponding output signal and outputting the signal is arranged two-dimensionally, and one of these sensor cells is sequentially selected by a decoder, and is sequentially obtained from the selected sensor cell. A surface shape recognition sensor device that detects unevenness of a surface shape based on a sensor output, and sequentially selects one of these sensor cells as a decoder based on an address signal output from a control circuit that controls the surface shape recognition sensor device. And a decoder connected to each of the sensor cells, and instructs calibration for each of the sensor cells. A calibration signal line for supplying calibration signals simultaneously output from the control circuit,A plurality of word lines commonly connected to a plurality of sensor cells selected at the same time among the sensor cells, a decoder is provided with a collective multiplex selection circuit, and based on a multiplex selection control signal supplied at the time of calibration. Select all sensor cells to be calibrated by selecting all word lines simultaneouslyEach sensor cell is provided with a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit based on a sensor output obtained by a sensing operation in the sensor circuit of the sensor cell, and a calibration signal is supplied from a calibration signal line. And when selected by the decoder, a calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit using the calibration circuit is performed.
[0024]
At this time, a word line selection signal and a multiple selection control signal, which are provided as a collective multiple selection circuit for each word line and instruct the selection of the word line based on an address signal for selecting one of the word lines, are provided. May be used.
Further, the decoder is provided with a word line selection circuit for each word line, and an address signal for selecting one of the word lines and a non-selection control supplied when all the word lines are deselected. The logical product with the signal may be output to the gate circuit as a word line selection signal.
[0025]
Further, another surface shape recognition sensor device according to the present invention includes a detection element that detects an amount of electricity that changes in accordance with the surface shape of a detection target, and an amount of electricity detected by the detection element, and measures the amount of electricity. A sensor cell having a sensor circuit that performs a sensing operation of converting to a corresponding output signal and outputting the signal is arranged two-dimensionally, and one of these sensor cells is sequentially selected by a decoder, and is sequentially obtained from the selected sensor cell. A surface shape recognition sensor device that detects unevenness of a surface shape based on a sensor output, and sequentially selects one of these sensor cells as a decoder based on an address signal output from a control circuit that controls the surface shape recognition sensor device. And a decoder connected to each of the sensor cells, and instructs calibration for each of the sensor cells. A calibration signal line for simultaneously supplying a calibration signal output from the control circuit, and a plurality of word lines commonly connected to a plurality of sensor cells selected simultaneously among the sensor cells. A selection circuit is provided to control each word line by dividing it into blocks by a predetermined number, and to output a block selection signal for selecting one of the blocks based on an address signal for selecting one of the word lines. A cell to be calibrated is selected by providing a word line selection circuit and selecting one of the word lines based on the logical product of the block selection signal and the address signal.A batch selection address output circuit is provided to output a batch selection address for selecting all word lines at the same time, instead of an address signal for selecting one of the word lines.Each sensor cell is provided with a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit based on a sensor output obtained by a sensing operation in the sensor circuit of the sensor cell, and a calibration signal is supplied from a calibration signal line. And when selected by the decoder, a calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit using the calibration circuit is performed.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a surface shape recognition sensor device according to an embodiment of the present invention. The same or equivalent parts as those in the surface shape recognition sensor device of FIG. .
In this surface shape recognition sensor device, the sensor cells 11 are arranged in a two-dimensional matrix of p rows × q columns, and each of the sensor cells 11 includes word lines WL1 to WLp for selectively controlling the sensor cells 11 and the sensor cells 11 11 are connected in a grid pattern to the data lines DL1 to DLq that propagate the output of the eleventh output.
[0027]
A decoder 20 and an A / D conversion circuit 30 are provided around these sensor cells 11. The decoder 20 controls the word lines WL1 to WLp according to the input address signal ADR. The A / D conversion circuit 30 converts an analog signal input from the data lines DL1 to DLq into a digital output signal 30A and outputs the digital output signal 30A. Each sensor cell 11 is commonly connected to the same calibration signal line CL, and the same calibration signal CAL is simultaneously supplied to each sensor cell 11 via the calibration signal line CL during calibration.
[0028]
In the present invention, the calibration signal CAL instructs each sensor cell 11 to perform a normal surface shape detection operation or a calibration operation, and uses a normal calibration control circuit (see FIG. 11) as described above without using the calibration control circuit (see FIG. 11). The sensor cell 11 to be calibrated is selected by the decoder 20 used in the surface shape detection operation.
Note that these address signals ADR (further, ADB and ADW to be described later) and calibration signals CAL are supplied from a control circuit 50 which is a host device such as a CPU for externally controlling the surface shape recognition sensor device. The information may be separately generated and supplied inside the shape recognition sensor device 10.
[0029]
As shown in FIG. 2, the sensor cell 11 has substantially the same configuration as the above-described conventional sensor cell (see FIG. 12), and the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.
In a conventional sensor cell, the calibration signal CAL is input to the selection circuit 4 to control the operation of the sensor cell itself, and has a redundant configuration.
In the sensor cell 11 of the present invention, only the word line WL is input to the selection circuit 4, and the calibration signal CAL is input only to the time signal comparison circuit 33.
[0030]
Next, a surface shape recognition sensor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram showing the decoder 20 used in the surface shape recognition sensor device according to the first embodiment. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the decoder of FIG.
In this decoder 20, the word line WL is set to 2mOne block is configured for each book (m is an integer of 2 or more), and is managed as blocks 101, 102, 103,. Each block has a gate 110 that decodes an address value corresponding to the word line WL in a word line selection address signal ADW (m bits) and outputs a word line selection signal for activating the word line. A buffer 111 for activating the word line WL in response to a word line selection signal from the gate 110 is provided for each word line WL.
[0031]
Also, for each block, a gate 120 (block selection circuit) for decoding an address value corresponding to the block out of the block selection address signal ADB, and an output of the gate 120 to each gate 110 of the block A buffer 121 is provided for supplying as a block selection signal SB (SB1, SB2, SB3,...).
When any of the address signals ADB and ADW is supplied to the decoder 20, the block selection signal SB is output to any of the blocks according to the address value of the address signal ADB. One of the word lines WL is activated by an output of the gate 110 corresponding to the address value of the address signal ADW.
[0032]
More specifically, complementary signals (m bits / 2m) indicating positive logic and negative logic for each address bit are used as these address signals ADB and ADW. Therefore, a positive logic or negative logic address bit which becomes High level corresponding to the address of the word line WL is selectively input to each gate 110, and its logical product is output as a word line selection signal. You. The same applies to each of the gates 120. Each address bit having a High level corresponding to the address of the block is selectively input, and its logical product is output as a block selection signal.
[0033]
In such a configuration, at the time of calibration, the calibration signal CAL is supplied to all the sensor cells 11 (in FIG. 4, described as High level), and the address signals ADB, ADB, ADW is sequentially changed to select each word line in order. As a result, for example, as shown in FIG. 4, the block selection signal SB1 of the block 101 becomes High level, and the word lines WL1 to WL2mAre sequentially activated one by one. Subsequently, the block selection signal SB2 of the block 102 becomes valid, and the word line WL2m+1 to WL2m + 1Are sequentially activated one by one.
[0034]
Thereafter, all the word lines WL1 to WLp are selected one by one, and after one cycle is completed, the process returns to the word line WL1 and the address signals ADB and ADW are sequentially changed to select each word line in order.
In this way, if the above cycle is repeatedly executed by the number of adjustment stages of calibration, the calibration operation of the number of adjustment stages is performed for each sensor cell 11.
Note that the calibration operation in each sensor cell 11 is the same as in FIGS. 14 and 15 described above, and a description thereof will be omitted.
[0035]
As described above, the calibration signal line CL to which the sensor cells 11 are connected in common is provided, and a calibration signal for instructing calibration is supplied to each sensor cell via the calibration signal line (in FIG. 4, , High level), in each sensor cell 11, when the calibration signal CAL is supplied from the calibration signal line CL and selected by the decoder 20, the detection sensitivity of the sensor circuit 2 using the calibration circuit 3 Is performed, calibration can be performed using a decoder used for normal sensing without adding a calibration control circuit, and an increase in circuit scale can be reduced.
[0036]
Next, a surface shape recognition sensor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing a decoder 20A used in the surface shape recognition sensor device according to the second embodiment. FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the decoder of FIG.
In the first embodiment, a case has been described in which each word line WL is selected one by one in the same manner as in the normal surface shape detection operation at the time of calibration. In this embodiment, a case where a plurality of word lines are simultaneously selected in a block unit will be described.
[0037]
Compared to the decoder 20 of the first embodiment (see FIG. 3), the decoder 20A of the present embodiment has a block selection signal SB and a multiple selection control signal SS for each block as shown in FIG. Is provided as a block multiple selection control signal SSx (SS1, SS2, SS3,...). In addition, each block is provided with a block multiplex selection circuit 113 including a gate 112 disposed between the gate 110 of each word line WL and the buffer 111. The output of the gate 110 of the word line WL and the block multiple selection control signal SSx of the block are input to each gate 112, and an exclusive OR (EOR) of these inputs is output to the buffer 111.
[0038]
In the decoder 20A, at the time of the normal surface shape detection operation, the block multi-selection control signal SSx from the gate 122 of each block is set to the Low level in order to set the multi-selection control signal SS to the Low level. 112 operates as a buffer. As a result, only one word line WL corresponding to the address signals ADB and ADW is activated.
The multiple selection control signal SS and the address signals ADB and ADW are supplied from a control circuit 50 which is a host device such as a CPU for externally controlling the surface shape recognition sensor device. It may be generated and supplied separately inside.
[0039]
On the other hand, at the time of calibration, by setting the multiple selection control signal SS to the high level, the block multiple selection control signal SSx becomes the high level only in the block selected by the address signal ADB.
Therefore, at the time of calibration, the calibration signal CAL is supplied to all the sensor cells 11 (in FIG. 6, described as High level), and the word lines are sequentially selected by sequentially changing the address signals ADB and ADW. In this case, for example, as shown in FIG. 6, the block selection signal SB1 of the block 101 becomes High level, and the word lines WL1 to WL2nAre sequentially selected. Note that n is the number of load elements Z of the calibration circuit 3.
[0040]
At this time, since the block multiple selection control signal SS1 is input from the gate 122 to each gate 112 of the block 101 and each gate 112 operates as an inverter, the word lines WL1 to WL2 of the block 101nAmong them, all the word lines other than one word line WL corresponding to the address value of the address ADW become active.
In other words, with one address value of the address signal ADW, 2n-1 word line is multiplexed and selected, so that the address value of the address signal ADW is simply cycled, ie, 2nIn each cycle, each word line WL of the block is 2nIt becomes active once.
[0041]
In this way, by performing the above-described selection operation for each block, calibration operations for the number of adjustment stages are performed for each sensor cell 11.
Thus, by supplying the address signal in the same manner as in the normal surface shape detection operation, the calibration can be completed for all the sensor cells 11, and compared with the first embodiment, the calibration is completed.nCalibration can be performed at a speed of -1 times, and the time required for calibration can be greatly reduced.
[0042]
In this embodiment, each word line WL belonging to the block is selected by the block multi-selection circuit 113 based on the logical product of the block selection signal SB of the block and the multi-selection control signal SS supplied during calibration. Although the case where all the word lines other than the word line corresponding to the address signal ADW are selected at the same time has been described as an example, the present invention is not limited to this. For example, when the multiple selection control signal SS is supplied by the block multiple selection circuit 113, all the word lines WL of the block selected by the address signal ADB may be activated. Thus, the time required for calibration can be greatly reduced. At this time, by dividing each block so as to have the same number of word lines as the number of adjustment stages, that is, the number of times of the calibration operation, calibration can be performed efficiently.
[0043]
Next, a surface shape recognition sensor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram showing a decoder 20B used in the surface shape recognition sensor device according to the third embodiment. FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the decoder of FIG.
In the second embodiment, a case has been described in which a plurality of word lines WL are multiple-selected in block units during calibration. In the present embodiment, a case will be described in which all word lines are selected at the same time, not in block units.
[0044]
Compared to the decoder 20 of the first embodiment (see FIG. 3), each block of the decoder 20B of the present embodiment has a gate 110 and a buffer 111 of each word line WL, as shown in FIG. A batch multiplexing selection circuit 115 including a gate 114 disposed between them is provided. The output of the gate 110 of the word line WL and the multiple selection control signal SS are input to each gate 114, and the logical sum (OR) of these inputs is output to the buffer 111. In addition, one of the inputs of each gate 110 includes a non-selection control signal SI output from the control circuit 50 during the calibration operation (ie, when the calibration signal CAL in FIG. 8 is supplied to each sensor cell). (Negative logic) is supplied.
[0045]
In the decoder 20B, during a normal surface shape detection operation, the gate 110 operates as an AND gate by setting the non-selection control signal SI to a high level. By setting the multiple selection control signal SS to a low level, the gate 114 of each block operates as a buffer. As a result, only one word line WL corresponding to the address signals ADB and ADW is activated.
The non-selection control signal SI is supplied from the control circuit 50 which is a higher-level device such as a CPU for externally controlling the surface shape recognition sensor device, but is separately generated and supplied inside the surface shape recognition sensor device. You may make it.
[0046]
On the other hand, at the time of calibration, by setting the non-selection control signal SI to Low level, the output of each gate 110 becomes Low level, so that the state of all word lines WL can be controlled according to the multiple selection control signal SS.
That is, when the multiple selection control signal SS is at a high level, all the word lines WL are in an active state, and when they are at a low level, all the word lines WL are in an inactive state.
[0047]
Therefore, at the time of calibration, for example, as shown in FIG. 8, the non-selection control signal SI is set to Low level, and the calibration signal CAL is supplied to all the sensor cells 11.
Then, the number of cycles 2 for the number of adjustment stages of the calibrationnThe sensing operation may be performed in all the sensor cells 11 by setting the multiple selection control signal SS to the High level only during the period of −1. At this time, the address signals ADB and ADW may have any address values.
[0048]
Thereby, the calibration can be completed for all the sensor cells 11, and the calibration can be performed at a speed p times (p is the number of word lines WL) as compared with the first embodiment. The time required for calibration can be greatly reduced.
When the decoder 20 manages each word line WL for each of a plurality of blocks, (2n-1) Since ≪p, it is possible to further reduce the calibration time and simplify the control as compared with the second embodiment.
[0049]
Next, a surface shape recognition sensor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a block diagram showing a decoder 20C used in the surface shape recognition sensor device according to the fourth embodiment.
In the third embodiment, a case has been described in which the block multiple selection circuit 115 is provided in each block, and the multiple selection control signal SS is output during calibration, so that all the word lines WL are multiple-selected. In the present embodiment, instead of providing the block multiplex selection circuit 115 in each block, all words are output using a block selection address output circuit that outputs a block selection address value as address signals ADB and ADW supplied to each block. A case where lines are selected simultaneously will be described.
[0050]
Compared with the decoder 20 of the first embodiment (see FIG. 3), the decoder 20C of the present embodiment includes an address gate circuit 130 and a batch selection address output circuit 140 as shown in FIG. Have been. The address gate circuit 130 includes gates 131 provided for each address signal line. The gates 131 output a logical product (AND) of the address value and the non-selection control signal SI (negative logic). The batch selection address output circuit 140 includes gates 141 provided for each address signal line, and the logical sum (OR) of the output of the gate 131 and the multiple selection control signal SS from these gates 141 is used as an address for each block. The signals are output as signals ADB and ADW.
[0051]
In the decoder 20C, during a normal surface shape detection operation, the gate 131 operates as a buffer by setting the non-selection control signal SI to a high level. The gate 141 also operates as a buffer by setting the multiple selection control signal SS to Low level.
Thus, the address signals ADB and ADW are supplied to each block as they are, so that only one word line WL corresponding to these address values is activated.
The non-selection control signal SI and the multiple selection control signal SS are supplied from a control circuit 50 which is a host device such as a CPU for externally controlling the surface shape recognition sensor device. May be separately generated and supplied.
[0052]
On the other hand, at the time of calibration, by setting the non-selection control signal SI to Low level, the output of each gate 131 becomes Low level, so that an address value corresponding to the level of the multiple selection control signal SS is supplied to each block. .
At this time, by setting in advance a value at which all the address lines are at the High level as a collective selection address value for selecting all the word lines WL, it is only necessary to set the multiple selection control signal SS to the High level. The collective selection address value is supplied from each gate 131 to the gates 110 and 120 of each block. As a result, all the word lines WL are activated as in the case of FIG.
[0053]
As described above, complementary signals are used as the address signals ADB and ADW, and a positive logic or negative logic address bit which becomes a High level at the address to be decoded is selectively applied to each of the gates 110 and 120. Has been entered. Therefore, by outputting from the collective select address output circuit 140 a collective select address value in which all the address lines go high in response to the multiple select control signal SS, all the word lines are activated.
When the multiple selection control signal SS is at a low level, the output of the address gate circuit 130 is output as address signals ADB and ADW. At this time, by setting the non-selection control signal SI to Low level, all the address lines are set to Low level, and no word line WL is selected.
[0054]
As described above, the batch selection address output circuit 140 is provided, and at the time of calibration, by outputting the batch selection address value as the address signals ADB and ADW supplied to each block, all the word lines are simultaneously selected. Therefore, as in the third embodiment, the calibration can be performed at a speed p times (p is the number of word lines WL) compared to the first embodiment, and the calibration is required. Time can be greatly reduced. Further, it is not necessary to provide the collective multiplex selection circuit 115 in each block as in the third embodiment, and the circuit configuration can be further reduced.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a calibration signal line to which each sensor cell is connected in common, and supplies a calibration signal for instructing calibration to each sensor cell via this calibration signal line. In each sensor cell, a calibration signal is supplied from a calibration signal line.When the decoder selects the word line of the sensor cell by the operation of selecting all or a plurality of word lines at the same time in the block selected by the sensing operation or the operation of selecting all the word lines at the same time by the decoder,When selected, a calibration operation is performed to adjust the detection sensitivity of the sensor circuit using the calibration circuit, so that it is used for normal sensing without adding a calibration control circuit as in the related art. Calibration can be performed using a decoder, and an increase in circuit size can be reduced. In addition, the control operation may be performed by changing the state of the calibration signal and performing exactly the same operation as the normal surface shape detection operation, thereby simplifying the control.

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a surface shape recognition sensor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a sensor cell according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a decoder used in the surface shape recognition sensor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the decoder of FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a decoder used in the surface shape recognition sensor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a timing chart showing the operation of the decoder of FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a decoder used in a surface shape recognition sensor device according to a third embodiment of the present invention.
8 is a timing chart showing the operation of the decoder of FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a decoder used in a surface shape recognition sensor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a use state of a general surface shape recognition sensor device.
FIG. 11 is an overall configuration diagram of a conventional surface shape recognition sensor device.
FIG. 12 is a block diagram showing a conventional sensor cell.
FIG. 13 is an implementation example of a load element that can be controlled between an active state and an inactive state.
FIG. 14 is a timing chart showing a detection operation of a sensor cell.
FIG. 15 is a timing chart showing a calibration operation in a sensor cell.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10: Surface shape recognition sensor device, 11: Sensor cell, 12: Sensor surface, 13: Finger, 14: Finger surface, 15: Passivation film, 16: Insulating layer, 20, 20A, 20B, 20C: Decoder, 30: A / D conversion circuit, 30A digital output signal, 1 detection element, 1A electric quantity, 1B sensor electrode, 2 sensor circuit, 21 voltage-time conversion circuit (VT conversion circuit), 22 threshold circuit, 2A output signal, 3 calibration circuit, 31 load circuit, 32 counter circuit, 33 time signal comparison circuit, 3A reference pulse signal, 3B counter input signal, 4 selection circuit, 101, 102, 103 ... Block, 110 ... Gate (AND), 111, 121 ... Buffer, 112 ... Gate (EOR), 113 ... Block multiplex selection circuit, 114 ... Gate (OR) 115: batch multiplex selection circuit, 120: gate (AND), 122: gate (AND), 130: address gate circuit, 131: gate (AND), 140: batch selection address output circuit, 141: gate (OR), WL , WL1 to WLp: cell selection line, DL, DL1 to DLq: data line, CL: calibration signal line, CAL: calibration signal, ADB: address signal (block selection), ADW: address signal (word line selection), SB1, SB2, SB3: block selection signal, SS: multiple selection control signal, SS1, SS2, SS3: block multiple selection control signal, SI: non-selection control signal, Z1~ ZN... Load element, VDD... Power supply voltage, Cf... Detection capacity, Cp0... parasitic capacitance, CL... Capacity, Ra... resistance, I, IVT... current source, Q1... Pch MOSFET, Q2... NchMOSFET, RE, / PRE ... sensor circuit control signal, N1, N2…node.

Claims (8)

検出対象の表面形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、この検出素子で検出された電気量を計測しその電気量に応じた出力信号へ変換して出力するセンシング動作を行うセンサ回路とを有するセンサセルを2次元に配列して、これらセンサセルのいずれかを順にデコーダで選択し、選択されたセンサセルから順時得られたセンサ出力に基づき前記表面形状の凹凸を感知する表面形状認識センサ装置であって、
前記デコーダとして、当該表面形状認識センサ装置を制御する制御回路から出力されたアドレス信号に基づきこれらセンサセルのいずれかを順に選択するデコーダを備えるとともに、
前記各センサセルに共通して接続され、各センサセルに対してキャリブレーションを指示するために前記制御回路から出力されたキャリブレーション信号を同時に供給するキャリブレーション信号線と、
前記各センサセルのうち同時に選択される複数のセンサセルにそれぞれ共通して接続される複数のワード線とを備え、
前記デコーダは、前記各ワード線を所定数ずつブロックに分けて制御し、これらワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に基づき前記各ブロックのうちのいずれかを選択するブロック選択信号を出力するブロック選択回路と、前記ブロック選択信号とキャリブレーション時に供給される多重選択制御信号との論理積に基づき当該ブロックに属するすべてのワード線を同時に選択することにより、キャリブレーションの対象となるセンサセルを選択するブロック多重選択回路とを有し、
前記各センサセルは、当該センサセルのセンサ回路でのセンシング動作で得られたセンサ出力に基づきそのセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路を有し、前記キャリブレーション信号線からキャリブレーション信号が供給されておりかつ前記デコーダにより選択された場合に、前記キャリブレーション回路を用いて前記センサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
A detecting element that detects an electric quantity that changes according to the surface shape of a detection target, and a sensor that performs a sensing operation that measures the electric quantity detected by the detecting element, converts the electric quantity into an output signal corresponding to the electric quantity, and outputs the output signal. And a sensor cell having a circuit is two-dimensionally arranged, one of these sensor cells is sequentially selected by a decoder, and surface shape recognition for detecting irregularities of the surface shape based on sensor outputs sequentially obtained from the selected sensor cell. A sensor device,
The decoder includes a decoder that sequentially selects any of these sensor cells based on an address signal output from a control circuit that controls the surface shape recognition sensor device,
A calibration signal line that is connected in common to the sensor cells and simultaneously supplies a calibration signal output from the control circuit to instruct calibration for each sensor cell ,
A plurality of word lines commonly connected to a plurality of sensor cells selected simultaneously among the sensor cells ,
The decoder controls the word lines by dividing the word lines into blocks by a predetermined number, and outputs a block selection signal for selecting one of the blocks based on an address signal for selecting one of the word lines. Block selecting circuit, and simultaneously selecting all the word lines belonging to the block based on the logical product of the block selecting signal and the multiple selection control signal supplied at the time of calibration, thereby selecting the sensor cells to be calibrated. A block multiplex selection circuit for selecting
Each of the sensor cells has a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit based on a sensor output obtained by a sensing operation in the sensor circuit of the sensor cell, and a calibration signal is supplied from the calibration signal line. And performing a calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit by using the calibration circuit when selected by the decoder.
請求項1記載の表面形状認識センサ装置において、
前記各ブロックは、キャリブレーション時に各センサセルで行う検出感度調整のためのセンシング動作回数と同数のワード線を有することを特徴とする表面形状認識センサ装置。
The surface shape recognition sensor device according to claim 1,
The surface shape recognition sensor device , wherein each block has the same number of word lines as the number of sensing operations for adjusting the detection sensitivity performed in each sensor cell during calibration .
請求項1記載の表面形状認識センサ装置において、
前記各ブロックは、キャリブレーション時に各センサセルで行う検出感度調整のためのセンシング動作回数より1つ多い数のワード線をそれぞれ有し、
前記ブロック多重選択回路は、前記ブロック選択回路からのブロック選択信号とキャリブレーション時に供給される多重選択制御信号との論理積に基づいて、前記ブロック選択信号により選択されているブロックに属する各ワード線のうち前記アドレス信号に対応するワード線以外のすべてのワード線を同時に選択することにより、キャリブレーションの対象となるセルを選択することを特徴とする表面形状認識センサ装置。
The surface shape recognition sensor device according to claim 1,
Each of the blocks has one more word line than the number of sensing operations for adjusting the detection sensitivity performed by each sensor cell during calibration,
Each of the word lines belonging to the block selected by the block selection signal is based on a logical product of a block selection signal from the block selection circuit and a multiple selection control signal supplied at the time of calibration. Wherein a cell to be calibrated is selected by simultaneously selecting all word lines other than the word line corresponding to the address signal .
請求項3記載の表面形状認識センサ装置において、
前記ブロック多重選択回路は、前記各ワード線ごとに設けられ、前記アドレス信号に基づき当該ワード線の選択を指示するワード線選択信号と前記多重選択制御信号との排他的論理和を出力するゲート回路からなることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
The surface shape recognition sensor device according to claim 3,
The block multiple selection circuit is provided for each of the word lines, and outputs an exclusive OR of a word line selection signal instructing selection of the word line based on the address signal and the multiple selection control signal. It is made of the surface shape recognition sensor device characterized by.
検出対象の表面形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、この検出素子で検出された電気量を計測しその電気量に応じた出力信号へ変換して出力するセンシング動作を行うセンサ回路とを有するセンサセルを2次元に配列して、これらセンサセルのいずれかを順にデコーダで選択し、選択されたセンサセルから順時得られたセンサ出力に基づき前記表面形状の凹凸を感知する表面形状認識センサ装置であって、
前記デコーダとして、当該表面形状認識センサ装置を制御する制御回路から出力されたアドレス信号に基づきこれらセンサセルのいずれかを順に選択するデコーダを備えるとともに、
前記各センサセルに共通して接続され、各センサセルに対してキャリブレーションを指示するために前記制御回路から出力されたキャリブレーション信号を同時に供給するキャリブレーション信号線と、
前記各センサセルのうち同時に選択される複数のセンサセルにそれぞれ共通して接続される複数のワード線とを備え、
前記デコーダは、キャリブレーション時に供給される多重選択制御信号に基づきすべてのワード線を同時に選択することにより、キャリブレーションの対象となるセンサセルをすべて選択する一括多重選択回路を有し、
前記各センサセルは、当該センサセルのセンサ回路でのセンシング動作で得られたセンサ出力に基づきそのセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路を有し、前記キャリブレーション信号線からキャリブレーション信号が供給されておりかつ前記デコーダにより選択された場合に、前記キャリブレーション回路を用いて前記センサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
A detecting element that detects an electric quantity that changes according to the surface shape of a detection target, and a sensor that performs a sensing operation that measures the electric quantity detected by the detecting element, converts the electric quantity into an output signal corresponding to the electric quantity, and outputs the output signal. And a sensor cell having a circuit is two-dimensionally arranged, one of these sensor cells is sequentially selected by a decoder, and surface shape recognition for detecting irregularities of the surface shape based on sensor outputs sequentially obtained from the selected sensor cell. A sensor device,
The decoder includes a decoder that sequentially selects any of these sensor cells based on an address signal output from a control circuit that controls the surface shape recognition sensor device,
A calibration signal line that is connected in common to the sensor cells and simultaneously supplies a calibration signal output from the control circuit to instruct calibration for each sensor cell,
A plurality of word lines commonly connected to a plurality of sensor cells selected simultaneously among the sensor cells,
The decoder has a batch multiple selection circuit that selects all sensor cells to be calibrated by simultaneously selecting all word lines based on a multiple selection control signal supplied at the time of calibration,
Each of the sensor cells has a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit based on a sensor output obtained by a sensing operation in the sensor circuit of the sensor cell, and a calibration signal is supplied from the calibration signal line. And performing a calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit by using the calibration circuit when selected by the decoder .
請求項5記載の表面形状認識センサ装置において、
前記一括多重選択回路は、前記各ワード線ごとに設けられ、これらワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に基づき当該ワード線の選択を指示するワード線選択信号と前記多重選択制御信号との論理和を出力するゲート回路からなることを特徴とする表面形状認識センサ装置。
The surface shape recognition sensor device according to claim 5,
The batch multiplex selection circuit is provided for each of the word lines, and based on an address signal for selecting any one of the word lines, a word line selection signal for instructing selection of the word line and the multiplex selection control signal. A surface shape recognition sensor device comprising a gate circuit that outputs a logical sum of
請求項6記載の表面形状認識センサ装置において、
前記デコーダは、各ワード線ごとに設けられ、これらワード線のいずれかを選択するための前記アドレス信号とすべてのワード線を非選択状態とする際に供給される非選択制御信号との論理積を前記ワード線選択信号として前記ゲート回路へ出力するワード線選択回路を有することを特徴とする表面形状認識センサ装置。
The surface shape recognition sensor device according to claim 6 ,
The decoder is provided for each word line, and is a logical product of the address signal for selecting one of the word lines and a non-selection control signal supplied when all the word lines are deselected. A word line selection circuit that outputs the word line selection signal to the gate circuit as the word line selection signal .
検出対象の表面形状に応じて変化する電気量を検出する検出素子と、この検出素子で検出された電気量を計測しその電気量に応じた出力信号へ変換して出力するセンシング動作を行うセンサ回路とを有するセンサセルを2次元に配列して、これらセンサセルのいずれかを順にデコーダで選択し、選択されたセンサセルから順時得られたセンサ出力に基づき前記表面形状の凹凸を感知する表面形状認識センサ装置であって、
前記デコーダとして、当該表面形状認識センサ装置を制御する制御回路から出力されたアドレス信号に基づきこれらセンサセルのいずれかを順に選択するデコーダを備えるとともに、
前記各センサセルに共通して接続され、各センサセルに対してキャリブレーションを指示するために前記制御回路から出力されたキャリブレーション信号を同時に供給するキャリブレーション信号線と、
前記各センサセルのうち同時に選択される複数のセンサセルにそれぞれ共通して接続される複数のワード線とを備え、
前記デコーダは、前記各ワード線を所定数ずつブロックに分けて制御し、これらワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に基づき前記各ブロックのうちのいずれかを選択するブロック選択信号を出力するブロック選択回路と、前記ブロック選択信号と前記アドレス信号との論理積に基づきいずれか1本のワード線を選択することにより、キャリブレーションの対象となるセルを選択するワード線選択回路と、前記各ワード線のいずれかを選択するためのアドレス信号に代えて、すべてのワード線を同時に選択するための一括選択アドレスを出力する一括選択アドレス出力回路とを有し、
前記各センサセルは、当該センサセルのセンサ回路でのセンシング動作で得られたセンサ出力に基づきそのセンサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション回路を有し、前記キャリブレーション信号線からキャリブレーション信号が供給されておりかつ前記デコーダにより選択された場合に、前記キャリブレーション回路を用いて前記センサ回路の検出感度を調整するキャリブレーション動作を行うことを特徴とする表面形状認識センサ装置。
A detecting element that detects an electric quantity that changes according to the surface shape of a detection target, and a sensor that performs a sensing operation that measures the electric quantity detected by the detecting element, converts the electric quantity into an output signal corresponding to the electric quantity, and outputs the output signal. And a sensor cell having a circuit is two-dimensionally arranged, one of these sensor cells is sequentially selected by a decoder, and surface shape recognition for detecting irregularities of the surface shape based on sensor outputs sequentially obtained from the selected sensor cell. A sensor device,
The decoder includes a decoder that sequentially selects any of these sensor cells based on an address signal output from a control circuit that controls the surface shape recognition sensor device,
A calibration signal line that is connected in common to the sensor cells and simultaneously supplies a calibration signal output from the control circuit to instruct calibration for each sensor cell,
A plurality of word lines commonly connected to a plurality of sensor cells selected simultaneously among the sensor cells,
The decoder controls the word lines by dividing the word lines into blocks by a predetermined number, and outputs a block selection signal for selecting one of the blocks based on an address signal for selecting one of the word lines. A word line selection circuit for selecting a cell to be calibrated by selecting any one word line based on a logical product of the block selection signal and the address signal; A batch selection address output circuit for outputting a batch selection address for simultaneously selecting all word lines, instead of an address signal for selecting any of the word lines,
Each of the sensor cells has a calibration circuit that adjusts the detection sensitivity of the sensor circuit based on a sensor output obtained by a sensing operation in the sensor circuit of the sensor cell, and a calibration signal is supplied from the calibration signal line. And performing a calibration operation for adjusting the detection sensitivity of the sensor circuit by using the calibration circuit when selected by the decoder .
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