一種超聲波電路及指紋識別傳感器和電子設(shè)備
閱讀：610發(fā)布：2020-05-08
專利匯可以提供一種超聲波電路及指紋識別傳感器和電子設(shè)備專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及到 超 聲波 技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種 超聲波 電路 及指紋識別 傳感器 和 電子 設(shè)備，包括依次電性連接的超聲波收發(fā)器、驅(qū)動電路和電源電路，其中所述驅(qū)動電路包括TFT晶體管M2、M4及M5，其中，所述TFT晶體管均包括柵極G及第一 電極 和第二電極，M2的第一電極與超聲波收發(fā)器電性連接，M2和M4的柵極G均與外部的電路連接并接入控制 信號 ，M2的第二電極和M5的柵極G實(shí)現(xiàn)電性連接，M5的第一電極、第二電極與M4的柵極G進(jìn)行電性連接，M4的第二電極輸出 采樣 電流 ?？杀ＷC在信號采樣階段，電路一直處于充電狀態(tài)而非飽和狀態(tài)，同時起到超聲波發(fā)射和接收的隔離 開關(guān) 效果，使獲取數(shù)據(jù)更精確可靠。，下面是一種超聲波電路及指紋識別傳感器和電子設(shè)備專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種超聲波電路，其特征在于：包括依次電性連接的超聲波收發(fā)器、驅(qū)動電路和電源電路，其中所述驅(qū)動電路包括TFT晶體管M2、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5，其中，TFT晶體管M2、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5均包括柵極G及第一電極和第二電極，TFT晶體管M2的第一電極與超聲波收發(fā)器電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)J，TFT晶體管M2的柵極G和TFT晶體管M4的柵極G均與外部的電路連接并接入控制信號，TFT晶體管M2的第二電極和TFT晶體管M5的柵極G實(shí)現(xiàn)電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)pe，TFT晶體管M5的第一電極、第二電極均與TFT晶體管M4的柵極G進(jìn)行電性連接，TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波電路，其特征在于：所述超聲波電路還包括電源電路，所述電源電路包括穩(wěn)壓電源Vi，所述驅(qū)動電路還包括TFT晶體管M3，TFT晶體管M3的第一電極與穩(wěn)壓電源Vi進(jìn)行電性連接，TFT晶體管M3的第二電極與所述TFT晶體管M4的第一電極電性連接，TFT晶體管M3的柵極G與所述電氣結(jié)點(diǎn)pe電性連接。
3.如權(quán)利要求2所述的超聲波電路，其特征在于：所述電源電路還包括可調(diào)電壓源Dv，所述驅(qū)動電路還包括TFT晶體管M1，TFT晶體管M1的第二電極與所述可調(diào)電壓源Dv電性連接，所述TFT晶體管M1的第一電極與所述電氣結(jié)點(diǎn)J電性連接，TFT晶體管M1的柵極G連接至外部的電路以輸入控制信號。
4.如權(quán)利要求3中所述的超聲波電路，其特征在于：當(dāng)輸入控制信號促使TFT晶體管M1、TFT晶體管M2和TFT晶體管M4都處于導(dǎo)通，所述超聲波電路處于復(fù)位/初始化狀態(tài)；
當(dāng)輸入控制信號促使當(dāng)TFT晶體管M1處于導(dǎo)通，TFT晶體管M2和TFT晶體管M4都處于關(guān)閉，可調(diào)電壓源Dv的電流流過TFT晶體管M1到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)J且尚未到達(dá)超聲波收發(fā)器，所述超聲波電路處于超聲波預(yù)發(fā)射狀態(tài)；
在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)發(fā)射狀態(tài)下，可調(diào)電壓源Dv的電流到達(dá)了超聲波收發(fā)器，所述超聲波電路處于超聲波發(fā)射狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的超聲波電路，其特征在于：當(dāng)輸入控制信號促使TFT晶體管M1處于非飽和時的充電模式，TFT晶體管M2處于導(dǎo)通，TFT晶體管M4處于關(guān)閉，可調(diào)電壓源Dv的電流流過TFT晶體管M1，通過TFT晶體管M2，尚未到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)pe，所述超聲波電路處于超聲波預(yù)接收狀態(tài)；
在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)接收狀態(tài)下，再調(diào)整升高可調(diào)電壓源Dv的電壓值，可調(diào)電壓源Dv的電流到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)pe給TFT晶體管M5充電，這時電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值逐步升高，所述超聲波電路處于超聲波接收狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求5所述的超聲波電路，其特征在于：在給TFT晶體管M5充電達(dá)到預(yù)設(shè)時間后，依次關(guān)閉TFT晶體管M2、TFT晶體管M1，調(diào)整Dv電壓值降低到0V，所述超聲波電路處于超聲波預(yù)讀取狀態(tài)；
在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)讀取狀態(tài)下，當(dāng)輸入控制信號促使TFT晶體管M4處于導(dǎo)通，此時TFT晶體管M4輸出采樣電流，所述超聲波電路處于超聲波讀取狀態(tài)；
當(dāng)采集和讀取完反射超聲波信號后，上述TFT晶體管M1、M2、M3、M4和M5均恢復(fù)初始設(shè)置狀態(tài)，此時所述超聲波電路處于結(jié)束狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求5所述的超聲波電路，其特征在于：所述TFT晶體管M5的充電時間小于
50ns。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲波電路，其特征在于：所述TFT晶體管M5的寄生電容的電容量為0.1Pf-0.5Pf。
9.一種指紋識別傳感器，主要用于進(jìn)行指紋識別，其特征在于：所述指紋識別傳感器包括如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的超聲波電路、信號發(fā)生器及信號采集電路，所述信號發(fā)生器與所述驅(qū)動電路連接并為其提供輸入控制信號，所述驅(qū)動電路分別與所述超聲波收發(fā)器、所述信號采集電路電性連接，所述信號采集電路用于采集反饋回來的超聲波發(fā)射信號，并根據(jù)采樣電流計(jì)算獲得指紋信息。
10.一種電子設(shè)備，其特征在于：其包括如權(quán)利要求9所述指紋識別傳感器和觸控界面，其中所述指紋識別傳感器與觸控界面電性連接。
一種超聲波電路及指紋識別傳感器和電子設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 超聲波廣泛應(yīng)用于工業(yè)上的無損探傷、測距和測厚，農(nóng)業(yè)上的超聲育種、超聲培苗和超聲催產(chǎn)，生物醫(yī)學(xué)上的診斷和手術(shù)及消費(fèi)電子產(chǎn)品中的指紋識別等領(lǐng)域。
[0003] 在超聲波應(yīng)用領(lǐng)域中，超聲波發(fā)射電路是系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和測量裝置等在性能和精度方面的要求不斷提高，如指紋識別模組，其已朝向高精度、高靈敏度和低功耗方向發(fā)展。但目前，超聲波電路設(shè)計(jì)方法眾多，但其電路在對超聲波信號采樣過程中一直處于非飽和狀態(tài)，同時在接收和發(fā)送超聲波信號之間沒有隔離效果而使得獲取數(shù)據(jù)有偏差?！景l(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種超聲波電路及指紋識別傳感器和電子設(shè)備。
[0005] 本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案是提供一種超聲波電路：包括依次電性連接的超聲波收發(fā)器、驅(qū)動電路和電源電路，其中所述驅(qū)動電路包括TFT晶體管M2、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5，其中，TFT晶體管M2、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5均包括柵極G及第一電極和第二電極，TFT晶體管M2的第一電極與超聲波收發(fā)器電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)J，TFT晶體管M2的柵極G和TFT晶體管M4的柵極G均與外部的電路連接并接入控制信號，TFT晶體管M2的第二電極和TFT晶體管M5的柵極G實(shí)現(xiàn)電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)pe，TFT晶體管M5的第一電極、第二電極與TFT晶體管M4的柵極G進(jìn)行電性連接，TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流。
[0006] 優(yōu)選地，所述超聲波電路還包括電源電路，所述電源電路包括穩(wěn)壓電源Vi，所述驅(qū)動電路還包括TFT晶體管M3，TFT晶體管M3的第一電極與穩(wěn)壓電源Vi進(jìn)行電性連接，TFT晶體管M3的第二電極與所述TFT晶體管M4的第一電極電性連接，TFT晶體管M3的柵極G與所述電氣結(jié)點(diǎn)pe電性連接。
[0007] 優(yōu)選地，所述電源電路還包括可調(diào)電壓源Dv，所述驅(qū)動電路還包括TFT晶體管M1，TFT晶體管M1的第二電極與所述可調(diào)電壓源Dv電性連接，所述TFT晶體管M1的第一電極與所述電氣結(jié)點(diǎn)J電性連接，TFT晶體管M1的柵極G連接至外部的電路以輸入控制信號。
[0008] 優(yōu)選地，當(dāng)輸入控制信號促使TFT晶體管M1、TFT晶體管M2和TFT晶體管M4都處于導(dǎo)通，所述超聲波電路處于復(fù)位/初始化狀態(tài)；
[0009] 當(dāng)輸入控制信號促使當(dāng)TFT晶體管M1處于導(dǎo)通，TFT晶體管M2和TFT晶體管M4都處于關(guān)閉，可調(diào)電壓源Dv的電流流過TFT晶體管M1到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)J且尚未到達(dá)超聲波收發(fā)器，所述超聲波電路處于超聲波預(yù)發(fā)射狀態(tài)；
[0010] 在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)發(fā)射狀態(tài)下，可調(diào)電壓源Dv的電流到達(dá)了超聲波收發(fā)器，所述超聲波電路處于超聲波發(fā)射狀態(tài)。
[0011] 優(yōu)選地，當(dāng)輸入控制信號促使TFT晶體管M1處于非飽和時的充電模式，TFT晶體管M2處于導(dǎo)通，TFT晶體管M4處于關(guān)閉，可調(diào)電壓源Dv的電流流過TFT晶體管M1，通過TFT晶體管M2，尚未到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)pe，所述超聲波電路處于超聲波預(yù)接收狀態(tài)；
[0012] 在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)接收狀態(tài)下，再調(diào)整升高可調(diào)電壓源Dv的電壓值，可調(diào)電壓源Dv的電流到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)pe給TFT晶體管M5充電，這時電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值逐步升高，所述超聲波電路處于超聲波接收狀態(tài)。
[0013] 優(yōu)選地，在給TFT晶體管M5充電達(dá)到預(yù)設(shè)時間后，依次關(guān)閉TFT晶體管M2、TFT晶體管M1，調(diào)整Dv電壓值降低到0V，所述超聲波電路處于超聲波預(yù)讀取狀態(tài)；
[0014] 在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)讀取狀態(tài)下，當(dāng)輸入控制信號促使TFT晶體管M4處于導(dǎo)通，此時TFT晶體管M4輸出采樣電流，所述超聲波電路處于超聲波讀取狀態(tài)；
[0015] 當(dāng)采集和讀取完反射超聲波信號后，上述TFT晶體管M1、M2、M3、M4和M5均恢復(fù)初始設(shè)置狀態(tài)，以便所述超聲波電路進(jìn)入下一個循環(huán)工作周期,此時所述超聲波電路處于結(jié)束狀態(tài)。
[0016] 優(yōu)選地，所述TFT晶體管M5的充電時間小于50ns。
[0017] 優(yōu)選地，所述TFT晶體管M5的寄生電容的電容量為0.1Pf-0.5Pf。
[0018] 優(yōu)選地，一種指紋識別傳感器包括所述的超聲波電路，信號發(fā)生器及信號采集電路，所述信號發(fā)生器與所述驅(qū)動電路連接并為其提供輸入控制信號，所述驅(qū)動電路與所述超聲波收發(fā)器、所述信號采集電路電性連接，所述信號采集電路用于采集反饋回來的超聲波發(fā)射信號，并根據(jù)采樣電流計(jì)算獲得指紋信息。
[0019] 優(yōu)選地，一種電子設(shè)備包括所述指紋識別傳感器和觸控界面，其中所述指紋識別傳感器與觸控界面電性連接。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的超聲波電路的有益效果如下：
[0021] 1、一種超聲波電路，包括依次電性連接的超聲波收發(fā)器、驅(qū)動電路和電源電路，其中所述驅(qū)動電路包括三個TFT晶體管M2、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5，其中所有TFT晶體管均包括柵極G及第一電極和第二電極，TFT晶體管M2的第一電極與超聲波收發(fā)器電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)J，TFT晶體管M2和TFT晶體管M4的柵極G均接輸入控制信號，TFT晶體管M2的第二電極和TFT晶體管M5的柵極G實(shí)現(xiàn)電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)pe，TFT晶體管M5的第一電極、第二電極與TFT晶體管M4的柵極G進(jìn)行電性連接，TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流。可保證在信號采樣階段，電路一直處于充電狀態(tài)而非飽和狀態(tài)，同時起到超聲波發(fā)射和接收的隔離開關(guān)效果，使獲取數(shù)據(jù)更精確可靠。
[0022] 2、所述超聲波電路中的TFT晶體管M3的第一電極與穩(wěn)壓電源Vi進(jìn)行電性連接，其第二電極與所述TFT晶體管M4的第一電極電性連接，這樣調(diào)節(jié)M3和M4的靜態(tài)工作點(diǎn)，向TFT晶體管M3和M4輸出電流。
[0023] 3、所述超聲波電路中采用TFT晶體管M1，主要是當(dāng)給TFT晶體管M5充電時間小于50ns時，采用TFT晶體管M2和TFT晶體管M1這兩個TFT晶體管相互導(dǎo)通和關(guān)閉之間的時間差會更加容易地產(chǎn)生窄脈寬信號。
[0024] 4、在本發(fā)明超聲波電路中，所述TFT晶體管M5在應(yīng)用過程中，我們是把它的作用看成是電容，其本身寄生電容容值大可以保證在超聲波電路讀取階段處于非飽和的充電狀態(tài)，可以將充得的電壓保持到下一次更新數(shù)據(jù)，所以，需借助TFT晶體管M5的寄生電容作為存儲電容來存儲較多電量來予以保持。
[0025] 5、本發(fā)明超聲波電路應(yīng)用到了一種指紋識別傳感器和一種電子設(shè)備的指紋識別領(lǐng)域當(dāng)中，說明此超聲波電路具有應(yīng)用價值。
【附圖說明】
【附圖說明】
[0027] 圖2是本發(fā)明基于第一實(shí)施例的第二實(shí)施例超聲波電路具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明超聲波電路的實(shí)際TFT晶體管分析示意圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明基于第二實(shí)施例的第三實(shí)施例超聲波電路的等效分析電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖5是本發(fā)明基于第二實(shí)施例的第三實(shí)施例超聲波電路電路仿真效果波形圖；
[0031] 圖6是本發(fā)明第四實(shí)施例指紋識別傳感器的模塊示意圖；
[0032] 圖7是本發(fā)明本發(fā)明第五實(shí)施例電子設(shè)備示意圖。
[0033] 附圖標(biāo)記說明：
[0035] 為了使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0036] 請參閱圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種超聲波電路10，包括依次電性連接的超聲波收發(fā)器13、驅(qū)動電路12以及電源電路11。其中，所述超聲波收發(fā)器13具有壓電效應(yīng)，用于發(fā)射超聲波信號和接收發(fā)射后反射回來的超聲波信號，所述驅(qū)動電路12用于將輸入控制信號進(jìn)行放大，以提供給超聲波收發(fā)器13作為驅(qū)動源，電源電路11為驅(qū)動電路12提供電源，還可提供一定的電流驅(qū)動能力以驅(qū)動后級的電路工作。
[0037] 本發(fā)明提供的超聲波電路10主要用于產(chǎn)生發(fā)射超聲波信號和接收反射回來的超聲波信號并將轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行采集輸出分析獲得的指紋信息，被廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備的指紋識別領(lǐng)域中。
[0038] 請參閱圖2，作為一種實(shí)施例，所述超聲波收發(fā)器13包括壓電薄膜131。壓電薄膜為原位極化的壓電膜，即所述壓電薄膜是采用原位極化的方式極化形成。具體為所述壓電薄膜是在基體一面原位形成壓電膜，所述壓電膜包括相對的第一表面和第二表面，使該壓電膜的第一表面電勢為零；在所述壓電膜的第二表面所在側(cè)提供第一電場及第二電場，第一電場的電勢高于第二電場的電勢；在第一電場的作用下電離所述壓電膜第二表面所在的一側(cè)的環(huán)境氣體，該環(huán)境氣體穿過第二電場而聚集在壓電膜的第二表面，使所述壓電膜內(nèi)形成沿薄膜厚度方向的膜內(nèi)電場，對所述壓電膜進(jìn)行極化形成所述壓電薄膜。
[0039] 在實(shí)際生產(chǎn)中，可以是采用化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、等離子體濺射等方式將壓電膜形成在基體上?，F(xiàn)有技術(shù)中，壓電膜通常是通過采購現(xiàn)有的成品通過一層粘結(jié)層粘附在基體上來進(jìn)行極化，通常，此種方法形成的壓電薄膜厚度均在30μm以上，不適應(yīng)現(xiàn)有電子器件輕薄的發(fā)展趨勢。而本發(fā)明的提供的壓電薄膜原位形成在基體上，因此厚度很薄，而且形成工藝簡單，從而減小信號的傳輸損耗。再者，本發(fā)明相較于直接在薄膜的上下表面設(shè)置電極，不會使壓電膜直接承受所施加的高壓電場，能避膜被擊穿。本發(fā)明可采用離子體極化(具體可參見申請號為201710108374.9的中國專利申請)或X射線極化(具體可參見申請?zhí)枮?01611222575.3的中國專利申請)的方式形成所述壓電薄膜，所形成的壓電薄膜能夠做到很薄，而且，壓電效應(yīng)較好以及使用壽命長，進(jìn)行了原位極化的所述壓電薄膜的壓電效應(yīng)的范圍為20-35pC/N。
[0041] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述壓電薄膜的材料選用聚偏氟乙烯的共聚物為聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物，為了獲得壓電效應(yīng)較好的壓電薄膜，所述聚偏氟乙烯與三氟乙烯的質(zhì)量比的范圍是(60-95)：(5-30)，優(yōu)選地，其質(zhì)量比的范圍是(75-86)：(15-25)，進(jìn)一步優(yōu)選地，其質(zhì)量比為80：20，所述聚偏氟乙烯和三氟乙烯共聚物較單獨(dú)選用聚偏氟乙烯可降低成本，且其還具有較好的壓電效應(yīng)。
[0042] 所述壓電薄膜的厚度小于30μm，其厚度可進(jìn)一步為小于9μm，再進(jìn)一步地，其厚度可為1.5-7.4μm、1.9-7.2μm、2.2-8.6μm、2.8-8.4μm或者3.6-6.6μm，更進(jìn)一步地，可以具體是1.8μm、2.4μm、2.6μm、3.7μm、3.9μm、4.2μm、4.6μm、5.6μm、5.8μm、6.7μm、8.6μm、8.7μm。
[0043] 所述超聲波收發(fā)器13還包括在壓電薄膜131面向空氣的上表面噴涂有Ag薄膜132，因Ag薄膜132的表面電阻低，其與指紋接觸時，其電極傳導(dǎo)電荷的性能更好而被應(yīng)用；在壓電薄膜131面向電路，要與驅(qū)動電路12進(jìn)行電性連接的下表面噴涂有ITO薄膜133，因其具有高的導(dǎo)電率、高的可見過透過率、高的機(jī)械硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛應(yīng)用。
[0044] 請繼續(xù)參閱圖1和圖2，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種超聲波電路10，可以理解本實(shí)施例為第一實(shí)施例的具體電路配置方案。所述電源電路11包括穩(wěn)壓電源Vi和可調(diào)電壓源Dv，所述穩(wěn)壓電源Vi和可調(diào)電壓源Dv均具有正極和負(fù)極。所述驅(qū)動電路12包括五個TFT晶體管，分別為TFT晶體管M1、TFT晶體管M2、TFT晶體管M3、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5，其中，五個TFT晶體管均包括柵極G及第一電極和第二電極。TFT晶體管M1的柵極G、TFT晶體管M2的柵極G和TFT晶體管M4的柵極G均接輸入控制信號，TFT晶體管M1第一電極與TFT晶體管M2的第一電極和超聲波收發(fā)器13的ITO薄膜133電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)J，TFT晶體管M1的第二電極與所述的可調(diào)電壓源Dv電性連接，可調(diào)電壓源Dv可對輸入到TFT晶體管M1的第二電極的電壓值進(jìn)行調(diào)節(jié)，TFT晶體管M2的第二電極與TFT晶體管M3的柵極G和TFT晶體管M5的柵極G電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)pe，TFT晶體管M5的第一電極和第二電極與TFT晶體管M4的柵極G電性連接，TFT晶體管M3的第一電極與穩(wěn)壓電源Vi電性連接，為驅(qū)動電路12提供電源，TFT晶體管M3的第二電極與TFT晶體管M4的第一電極電性連接，最后，TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流Io，就可對所需測量的外界信息進(jìn)行分析識別。
[0045] 在本實(shí)施例另外的實(shí)施方式中，所述驅(qū)動電路12還可包括其中三個TFT晶體管，分別為TFT晶體管M2、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5，其中，TFT晶體管M2的第一電極與超聲波收發(fā)器電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)J，TFT晶體管M2和TFT晶體管M4的柵極G均與外部電路連接并接入控制信號，TFT晶體管M2的第二電極和TFT晶體管M5的柵極G實(shí)現(xiàn)電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)pe，TFT晶體管M5的第一電極、第二電極與TFT晶體管M4的柵極G進(jìn)行電性連接，TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流。就可對所需測量的外界信息進(jìn)行分析識別。
[0046] 請參閱圖3，為了更好地理解本發(fā)明第二實(shí)施例提供的一種超聲波電路10的工作原理及其所產(chǎn)生的技術(shù)效果，有必要先對TFT晶體管進(jìn)行分析如下：
[0047] 可以理解的是，本發(fā)明所指的TFT晶體管的第一電極可以是TFT晶體管的漏極D亦或是源極S中任一電極，第二電極則與第一電極反之，也就是說，如果第一電極是TFT晶體管的漏極D，則第二電極是TFT晶體管的源極S；如果第一電極是TFT晶體管的源極S，則第二電極是TFT晶體管的漏極D。
[0048] 可以理解的是，所述的TFT晶體管可以是N型場效應(yīng)管或P型場效應(yīng)管中的任一種。
[0049] 在TFT晶體管的實(shí)際生產(chǎn)制造過程中，由于在TFT晶體管的柵極G、漏極D和源極S上采用在金屬層引線作為電極，因此，實(shí)際TFT晶體管包括理想晶體管和三個電極分別對大地GND的相互寄生電容，以及三個電極之間的相互寄生電容。即理想晶體管的柵極G和漏極D會形成寄生電容Cgd，柵極G和源極S會形成寄生電容Cgs，漏極D和源極S會形成寄生電容Cds，柵極G與大地GND會形成寄生電容Cgd，源極S對大地GND會形成寄生電容Csd，漏極D與大地GND會形成寄生電容Cdd。
[0050] 為了更好地對第二實(shí)施例中所提供的超聲波電路10進(jìn)行說明，通過圖3對TFT晶體管的分析，運(yùn)用電路分析方法中的等效電路分析方法，可進(jìn)一步將其中所述TFT晶體管M5在所述超聲波電路10中的作用等效于三個電容，請參閱圖4，其等效后的局部電路連接為：電容C1的第一電極和電容C2的第一電極與所述電氣結(jié)點(diǎn)pe電性連接，電容C2的第二電極和電容C3的第一電極與TFT晶體管M4的柵極G電性連接，電容C1的第二電極和電容C3的第二電極均接入大地GND。其等效后的電容C1的電容值約等于2個寄生電容Cgd的電容值即C1＝2Cgd，等效后的電容C2的電容值等于寄生電容Cgs與寄生電容Cds的電容值即C2＝Cgs+Cds，等效后的電容C3的電容值約等于寄生電容Cdd與寄生電容Csd的電容值C2＝Cdd+Csd。所述TFT晶體管M5為采用寄生電容容值大的TFT晶體管，例如其寄生電容的電容量為0.1Pf～0.5Pf之間，以保證在超聲波讀取階段處于非飽和的充電狀態(tài)。
[0051] 請繼續(xù)參閱圖4和圖5，通過分析超聲波電路10的等效電路工作原理，從而更好地理解第二實(shí)施例的超聲波電路10具體實(shí)際電路的工作原理，其包括8種工作模式或者說工作狀態(tài)及流程，如下：
[0052] 狀態(tài)S1：當(dāng)輸入控制信號分別為En1、En2和En3且分別輸入到TFT晶體管M1柵極G、TFT晶體管M2柵極G和TFT晶體管M4的柵極G，促使TFT晶體管M1、TFT晶體管M2和TFT晶體管M4均處于導(dǎo)通?？烧{(diào)電壓源Dv的電流流過TFT晶體管M1，通過TFT晶體管M2，電容C2和電容C3到達(dá)大地GND，同時TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流Io等于0。此時，所述超聲波電路10處于復(fù)位/初始化狀態(tài)(簡稱RST)，可以測得電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值、超聲波收發(fā)器13上的Ag薄膜132的電壓值以及超聲波收發(fā)器13上ITO薄膜133的電壓值均為0V，因此，電容C1、電容C2和電容C3上的電荷量均為0。
[0053] 狀態(tài)S2：當(dāng)輸入控制信號分別為En1、En2和En3且分別輸入到TFT晶體管M1柵極G、TFT晶體管M2柵極G和TFT晶體管M4的柵極G，促使TFT晶體管M1處于導(dǎo)通，TFT晶體管M2和TFT晶體管M4都處于關(guān)閉?？烧{(diào)電壓源Dv的電流流過TFT晶體管M1，到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)J且尚未到達(dá)超聲波收發(fā)器13的ITO薄膜133，同時TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流Io等于0。此時，所述超聲波電路10處于超聲波預(yù)發(fā)射狀態(tài)(簡稱Pre?Tx)，可以測得電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值、超聲波收發(fā)器上的Ag薄膜的電壓值以及超聲波收發(fā)器上ITO薄膜的電壓值均為0V，因此，電容C1、電容C2和電容C3上的電荷量均為0。
[0054] 狀態(tài)S3：所述超聲波電路10處于超聲波預(yù)發(fā)射狀態(tài)(簡稱Pre?Tx)下，可調(diào)電壓源Dv的電流到達(dá)了超聲波收發(fā)器13的ITO薄膜133，同時TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流Io等于0。此時，所述超聲波電路10處于超聲波發(fā)射狀態(tài)(簡稱Tx)，可以測得電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值為0V，超聲波收發(fā)器13上ITO薄膜133會產(chǎn)生高電壓信號，超聲波收發(fā)器13上的Ag薄膜132從ITO薄膜133上耦合高電壓信號，因此，電容C1、電容C2和電容C3上的電荷量均為0。
[0055] 狀態(tài)S4：根據(jù)TFT晶體管M1的轉(zhuǎn)移電流曲線設(shè)置合適的輸入控制信號En1輸入到TFT晶體管M1柵極G，例如5V，目的是調(diào)整TFT晶體管M1處于非飽和時充電模式狀態(tài)，同時將輸入控制信號En2和En3分別輸入到TFT晶體管M2柵極G和TFT晶體管M4的柵極G，促使TFT晶體管M2的處于導(dǎo)通而TFT晶體管M4處于關(guān)閉。可調(diào)電壓源Dv的電流Ids流過TFT晶體管M1，通過TFT晶體管M2且尚未到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)pe，同時TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流Io等于
0。此時，所述超聲波電路10處于超聲波預(yù)接收狀態(tài)(簡稱Pre?Rx)，可以測得電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值、超聲波收發(fā)器13上的Ag薄膜132的電壓值以及超聲波收發(fā)器上13上的ITO薄膜133的電壓值均為0V，因此，電容C1電容C2和電容C3上的電荷量均為0。
0。此時，所述超聲波電路10處于超聲波預(yù)接收狀態(tài)(簡稱Pre?Rx)，可以測得電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值、超聲波收發(fā)器13上的Ag薄膜132的電壓值以及超聲波收發(fā)器上13上的ITO薄膜133的電壓值均為0V，因此，電容C1電容C2和電容C3上的電荷量均為0。
[0056] 狀態(tài)S5：在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)接收狀態(tài)下，再根據(jù)接收反射回來的超聲波的時間和TFT晶體管M1的轉(zhuǎn)移電流曲線調(diào)整升高可調(diào)電壓源Dv的電壓值。可調(diào)電壓源Dv的電流Ids到達(dá)電氣結(jié)點(diǎn)pe給TFT晶體管M5等效后電容C1和電容C2充電，這時電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值逐步升高，此時，所述超聲波電路10處于超聲波接收狀態(tài)(簡稱Rx)。
[0057] 狀態(tài)S6：在給TFT晶體管M5等效后的電容C1和C2充電達(dá)到預(yù)設(shè)的時間后，輸入控制信號En2輸入到TFT晶體管M2使其關(guān)閉，接著輸入控制信號En1輸入到TFT晶體管M1使其關(guān)閉，最后調(diào)整可調(diào)電壓源Dv電壓值降低到0V。此時，所述超聲波電路10處于超聲波預(yù)讀取狀態(tài)(簡稱Pre?Readout)?？梢灾溃?dāng)充電時間<50ns時，采用單個TFT晶體管較難產(chǎn)生一個窄脈寬信號，因此采用TFT晶體管M2和TFT晶體管M1這兩個TFT晶體管相互導(dǎo)通和關(guān)閉之間的時間差會較容易產(chǎn)生相同窄脈寬信號。
[0058] 狀態(tài)S7：在所述超聲波電路處于超聲波預(yù)讀取狀態(tài)下，因充電后電容C2的電容值大于電容C1的電容值，則加載在TFT晶體管M4柵極G的輸入控制信號En3促使TFT晶體管M4處于導(dǎo)通，TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流Io。此時，所述超聲波電路10處于超聲波讀取狀態(tài)(簡稱Readout)。
[0059] 狀態(tài)S8：采集和讀取完反射的超聲波信號后，當(dāng)輸入控制信號分別為En1、En2和En3且分別輸入到TFT晶體管M1的柵極G、TFT晶體管M2的柵極G和TFT晶體管M4的柵極G以恢復(fù)超聲波電路工作過程中產(chǎn)生的各種信號的設(shè)置，也即，使TFT晶體管M1、M2、M3、M4和M5均恢復(fù)初始設(shè)置狀態(tài)，以便所述超聲波電路10進(jìn)入下一個循環(huán)工作周期。此時，所述超聲波電路10處于結(jié)束狀態(tài)(簡稱End)。
[0060] 總之，所述超聲波電路10進(jìn)行指紋識別的分析運(yùn)行過程如下：
[0061] 步驟P1：在所述超聲波電路10處于超聲波接收狀態(tài)(簡稱Rx)，通過發(fā)射超聲波信號到接收反射的超聲波信號，可以獲悉超聲波信號的大小變化；
[0062] 也即可以理解為，在上述的步驟P1中會在所述TFT晶體管M1的柵極G電壓VEn1和TFT晶體管M1的第一電極的電壓VITO之間產(chǎn)生電壓差ΔVg1；就會在TFT晶體管M1產(chǎn)生電流變化量ΔIds，也就會引起電荷量的變化ΔQ；
[0063] 步驟P2：在所述超聲波電路10處于超聲波預(yù)讀取狀態(tài)(簡稱Pre?Readout)，可以測得電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值，對應(yīng)的計(jì)算公式如式(1)中所示：
[0064]
[0065] 其中， 為ΔIds給TFT晶體管M5等效后的電容C1和電容C2充電時間t內(nèi)的電流平均值，對應(yīng)的計(jì)算公式如式(2)中所示：
[0066]
[0067] 其中，給TFT晶體管M5等效后的電容C1和電容C2的充電時間t等于TFT晶體管M2關(guān)閉時間tM2減去可調(diào)電壓源Dv升高時間tDv，對應(yīng)的計(jì)算公式如式(3)中所示：
[0068] t＝tM2-tDv；???(3)
[0069] 步驟P3：在所述超聲波電路10處于超聲波讀取狀態(tài)(簡稱Readout)，可以測得此時電氣結(jié)點(diǎn)pe的電壓值，對應(yīng)的計(jì)算公式如式(4)中所示：
[0070] Vpe2＝Vpe1+VgM4*C2/(C1+C2)；???(4)
[0071] 其中VgM4為此時加載在TFT晶體管M4柵極G控制信號En3的電壓值；
[0072] 步驟P4：結(jié)合以上式子(1)-(3)，根據(jù)電荷守恒定律，對應(yīng)的電荷量的變化ΔQ、在TFT晶體管M1產(chǎn)生電流變化量ΔIds與時間t的關(guān)系可用如下式(5)表示：
[0073] ΔQ＝ΔIds*t；???(5)
[0074] 這樣結(jié)合以上公式(1)-(5)計(jì)算就可分析TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流Io的變化值ΔIO，從而可對所需測量的外界信息進(jìn)行分析識別。
[0075] 請參閱圖6，本發(fā)明超聲波驅(qū)動電路應(yīng)用于一種指紋識別傳感器20，主要用于進(jìn)行指紋識別，其包括電源電路11、驅(qū)動電路12、超聲波收發(fā)器13、信號發(fā)生器21和信號采集電路22，所述電源電路11為指紋識別傳感器20的整個電路系統(tǒng)提供電源，所述信號發(fā)生器21與所述驅(qū)動電路12電性連接并為其提供輸入控制信號，所述驅(qū)動電路12與所述超聲波收發(fā)器13和所述信號采集電路22電性連接，所述信號采集電路22用于采集反饋回來的超聲波發(fā)射信號，并根據(jù)采樣電流計(jì)算獲得指紋信息。
[0076] 請參閱圖7，本發(fā)明超聲波電路應(yīng)用于一種電子設(shè)備30，其包括觸控界面301主要用于進(jìn)行指紋識別，其指紋識別傳感器20與觸控界面電性連接。所述電子設(shè)備30可以是手機(jī)，電腦、智能穿戴設(shè)備、智能家居設(shè)備等。
[0077] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的超聲波電路的有益效果如下：
[0078] 1、一種超聲波電路，包括依次電性連接的超聲波收發(fā)器、驅(qū)動電路和電源電路，其中所述驅(qū)動電路包括三個TFT晶體管M2、TFT晶體管M4及TFT晶體管M5，其中所有TFT晶體管均包括柵極G及第一電極和第二電極，TFT晶體管M2的第一電極與超聲波收發(fā)器電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)J，TFT晶體管M2和TFT晶體管M4的柵極G均接輸入控制信號，TFT晶體管M2的第二電極和TFT晶體管M5的柵極G實(shí)現(xiàn)電性連接形成電氣結(jié)點(diǎn)pe，TFT晶體管M5的第一電極、第二電極與TFT晶體管M4的柵極G進(jìn)行電性連接，TFT晶體管M4的第二電極輸出采樣電流。由于其中TFT晶體管M5的設(shè)置，可保證在信號采樣階段，使所述超聲波傳感電路一直處于充電狀態(tài)而非飽和狀態(tài)，同時可在整個超聲波電路的超聲波發(fā)射和接收起到隔離開關(guān)效果，使獲取數(shù)據(jù)更精確可靠。
[0079] 2、所述超聲波電路中的TFT晶體管M3的第一電極與穩(wěn)壓電源Vi進(jìn)行電性連接，其第二電極與所述TFT晶體管M4的第一電極電性連接，這樣調(diào)節(jié)M3和M4的靜態(tài)工作點(diǎn)，向TFT晶體管M3和M4輸出電流。
[0080] 3、所述超聲波電路中采用TFT晶體管M1，主要是當(dāng)給TFT晶體管M5充電時間小于50ns時，采用TFT晶體管M2和TFT晶體管M1這兩個TFT晶體管相互導(dǎo)通和關(guān)閉之間的時間差會更加容易地產(chǎn)生窄脈寬信號。
[0081] 4、在本發(fā)明超聲波電路中，所述TFT晶體管M5在應(yīng)用過程中，我們是把它的作用看成是電容作用，其本身寄生電容容值大可以保證在超聲波電路讀取階段處于非飽和的充電狀態(tài)，可以將充得的電壓保持到下一次更新數(shù)據(jù)，所以，需借助TFT晶體管M5的寄生電容作為存儲電容存儲較多電量來予以保持。
[0082] 5、本發(fā)明超聲波電路應(yīng)用到了一種指紋識別傳感器和一種電子設(shè)備的指紋識別領(lǐng)域當(dāng)中，說明此超聲波電路具有應(yīng)用價值。
[0083] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)所作的任何修改，等同替換和改進(jìn)等均應(yīng)包含本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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