CN101344917A - 指纹检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指纹检测器，用来检测一使用者的指纹，包含有一信号产生源，用来提供一参考信号；多个检测单元，根据使用者的指纹而产生多个检测值；一电阻耦接于该信号产生源与该检测单元之间；一电极耦接至一参考电平；一输出端耦接于该检测单元与该电阻；以及一判断电路，耦接于该输出端。其中对该信号产生源而言，该电阻、该检测单元与该电极形成一滤波电路；根据该信号产生源以及该多个检测值，会有多个检测信号在该输出端产生，并且该判断电路判断该检测信号以产生一判断结果，用来指示该使用者的指纹。

Description

指纹检测电路

技术领域

本发明涉及一种指纹检测电路。

背景技术

指纹辨识技术在目前已成为一种常用的安全机制，因此也有越来越多的指纹检测电路被提出，例如美国专利US 4,210,899以及US 4,525,859分别提出以光学扫描(optical scanning)和影像摄影(video camera)的方式来撷取指纹，但是这种以光学为基础的辨识方法当光学感测组件受到污损时可能会失灵，且容易遭到有意人士利用显示有正确指纹的照片或图案来蒙骗过关。此外，US 6,259,804提出以电场为基础的感测方法来检测指纹，如该专利的图12所示，感测电极78所产生的感测信号经放大器73放大，放大后的信号为模拟的交流信号，而后再由模拟数字转换器(A/D)180转换为数字信号。然而此模拟的交流信号与激发信号源(未绘示)的频率相关，激发信号源的频率越高，模拟的交流信号的频率也就越高，也就是说此时模拟数字转换器180必须具备更高速的处理能力，这将会使电路的成本提高；然而若不提升模拟数字转换器180的处理速度，则检测电路势必因激发信号源的频率而局限其应用范围。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种指纹检测电路，用来检测使用者的指纹，其利用低通滤波器或高通滤波器作为检测电路的一部分，并且通过判断低通滤波器或高通滤波器的输出结果的峰值或平均能量值来产生一个直流电平的判断结果，如此可以提升判断的准确性。此外，该判断结果进一步被模拟数字转换器转换为数字信号，由于模拟数字转换器所分析的是直流的模拟信号，因此模拟数字转换器会较为省电且在取样能力上并不用受到较严格的限制，另一方面也代表该指纹检测电路的信号产生源的频率有较大的范围，使得指纹检测电路的应用范围更广。

本发明披露一种指纹检测器，用来检测一使用者的指纹，包含有一信号产生源、多个检测单元、一电阻、一电极、一输出端以及一判断电路。该信号产生源用来提供一参考用的交流信号；该多个检测单元根据使用者的指纹而产生多个检测值；该电阻耦接于该信号产生源与该检测单元之间，该电极耦接至一参考电平，该输出端耦接于该检测单元与该电阻，以及该判断电路耦接于该输出端。其中该电阻、该检测单元与该电极形成一低通滤波电路；根据该信号产生源以及该多个检测值，会有多个检测信号在该输出端产生，并且该判断电路判断该检测信号以产生一判断结果，用来指示该使用者的指纹。

本发明还披露一种指纹检测器，用来检测一使用者的指纹，包含有一信号产生源、多个检测单元、一电阻、一电极、一输出端以及一判断电路。该信号产生源用来提供一参考用的交流信号；该多个检测单元根据使用者的指纹而产生多个检测值；该电阻耦接于该检测单元与一参考电平之间，该电极耦接至该信号产生源，该输出端耦接于该检测单元与该电阻，以及该判断电路耦接于该输出端；其中该电阻、该检测单元与该电极形成一高通滤波电路，根据该信号产生源以及该多个检测值，会有多个检测信号在该输出端产生，并且该判断电路判断该检测信号以产生一判断结果，用来指示该使用者的指纹。

附图说明

图1A显示本发明指纹检测器的外观示意图。

图1B为指纹检测器与使用者的手指的相对位置的示意图。

图2显示本发明指纹检测器的第一实施例的示意图。

图3显示本发明指纹检测器的第一实施例的等效电路图。

图4显示本发明指纹检测器的第一实施例的详细电路图。

图5为低通滤波器的频率响应与参考信号在频域的关系图。

图6为本发明指纹检测器的第二实施例的示意图。

图7显示本发明指纹检测器的第二实施例的等效电路图。

图8显示本发明指纹检测器的第二实施例的详细电路图。

图9为高通滤波器的频率响应与参考信号在频域的关系图。

图10为本发明检测单元的电路布局的第一实施例示意图。

图11为本发明检测单元的电路布局的第二实施例示意图。

图12为本发明检测单元的电路布局的第三实施例示意图。

附图符号说明

100、200、400、600、800  指纹检测器

110、610                 外部电极

120、620                 屏蔽层

130、630                 检测单元

150、650                 电阻

160、660                 信号产生源

210、710                 电容组件

310                      判断电路

410、810                 复用器

420、820                 可变电阻

430                      模拟数字转换器

432                      比较器

434                      计数器

1010、1110、1210         检测单元

1020、1120、1220         屏障层

具体实施方式

在说明书及权利要求中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应当理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参考图1A，图1A显示本发明指纹检测器的外观示意图。指纹检测器100的周围由外部电极110所包围，内部则包含一层屏蔽层120，其覆盖在多个检测单元130之上，用来保护检测单元130。请参考图1B，图1B为指纹检测器100与使用者的手指的相对位置的示意图。检测时，使用者的手指140置于外部电极110与屏蔽层120之上，并同时与两者接触，检测单元130位于屏蔽层120的下方，屏蔽层120的材质可以由介电质所构成。

图2显示本发明指纹检测器的第一实施例的示意图，图中仅以一个检测单元为例来说明其电路结构。指纹检测器200包含有外部电极110、屏蔽层120、检测单元130、电阻150以及信号产生源160。外部电极110与信号产生源160分别耦接至参考电平Vcmb与Vcma，Vcma与Vcmb在实作上可以指到相同或是不同的直流电平，屏蔽层120覆盖于检测单元130之上，检测单元130通过电阻150耦接至信号产生源160，检测器100还包括一输出端OUT耦接于检测单元130与电阻150之间。信号产生源160产生一参考信号，此参考信号例如是1KHz～1MHz的弦波交流信号。手指140与外部电极110和屏蔽层120接触，手指140的范围涵盖多个检测单元130。检测单元130实际上由一电极所构成，用来检测使用者的指纹而产生不同的检测值，更明确地说，不同的检测单元130与手指140表面不同的纹路之间等效上构成许多具有不同电容值的电容组件，该检测值即为电容组件的电容值，该电容组件的其中一个电极由检测单元130所构成，而另一个电极则由手指140的表面与外部电极110等效构成，且屏蔽层120即成为电容组件中的介电层，其等效电路图如图3所示，其中输出端OUT另外耦接至一判断电路310。

如图3所示，指纹检测器200中所包含的电容组件210即为上述的电容组件，由于其电容值随着手指140表面的纹路而改变，所以实际上是以一可变电容来表示的。对信号产生源160而言，电阻150以及电容组件210构成一个滤波电路，因此在输出端OUT上会根据信号产生源160所提供的参考信号，并且随着电阻150的电阻值与电容组件210的电容值的不同而对应产生不同的检测信号。检测信号随后由判断电路310判断并产生一判断结果，该判断结果即可以指示使用者的指纹。在实作上，该判断电路310可以例如是判断该检测信号的峰值或是平均能量值，所以该判断结果会是一个直流信号。

请参考图4，图4显示本发明指纹检测器的第一实施例的详细电路图。指纹检测器400包含有多个电容组件210、一复用器(MUX)410、信号产生源160、可变电阻420、判断电路310以及模拟数字转换器430。如前所述，多个电容组件210由多个检测单元130与手指140以及外部电极110等效构成，每个电容组件210随指纹的变化各自具有检测值(即电容值)。复用器410耦接至该多个电容组件210，用来从多个电容组件210中选取一个，被选取的电容组件210与可变电阻420形成滤波电路。判断电路310判断经由输出端OUT所输出的检测信号的峰值或平均能量值，并将判断后所产生的直流信号输出至模拟数字转换器430。事实上，对信号产生源160而言，电容组件210与可变电阻420形成一个低通滤波器，输出端OUT所输出的信号即为将参考信号低通滤波的结果。本领域技术人员都知道，低通滤波器的截止频率为：fc＝1/(2πRC)，R为可变电阻420的电阻值，C为可变电容210的电容值。请参考图5，图5为低通滤波器的频率响应与参考信号在频域的关系图。假设参考信号的频率为fs，低通滤波器原本的截止频率为fc，随着电阻值R减小，截止频率逐渐往方向A移动，成为fc′与fc″，而参考信号经低通滤波后的强度也逐渐增大，也就是说判断电路310所输出的判断结果的直流电平也越来越高。比较器432将该判断结果与一参考值Vref1做比较，比较之后会产生一指示信号，该指示信号控制计数器434将所产生的数字信号往上递增或往下递减，而且可变电阻420受到该数字信号的控制而改变其电阻值的大小。举例来说，当判断结果小于参考值Vref1时，比较器432产生向下的指示信号以指示计数器434减少数字信号的数值，而同时可变电阻420的电阻值受到该数字信号的控制而减少。更明确地说，假设该数字信号为一四位(4-bit)的信号，相对地，可变电阻420就有16个可供选择的电阻值分别对应至该四位数字信号的16个数值。因此，如图5所示，当可变电阻420的电阻值降低时，低通滤波器的频率响应会往箭头指示的A方向移动，截止频率由fc移至fc′，导致输出端OUT上的检测信号的峰值提高，因此判断电路310的判断结果的直流电平也跟着提高。比较器432再度根据新的判断结果与参考值Vref1来产生新的指示信号，此步骤持续进行，直到判断结果大于参考值Vref1，而此时计数器434输出的数字信号即对应为该被选取的可变电容210的输出值。接下来，复用器410选取下一个可变电容210，重复以上的步骤直到分析完所有的可变电容210。

请参考图6，其为本发明指纹检测器的第二实施例的示意图，同样地，图中仅以一个检测单元为例来说明其电路结构。其检测的原理与第一实施例相同，然而其电路的配置稍有改变。指纹检测器600的外部电极610耦接至信号产生源660，信号产生源660再耦接至参考电平Vcmb；屏蔽层620覆盖在检测单元630的上方，检测单元630实作上为一电极，且耦接至电阻650，电阻650再耦接至另一参考电平Vcma，Vcma与Vcmb在实作上可以指到相同或是不同的直流电平，且检测单元630与电阻650之间具有一输出端OUT。图6示出的组件可以以图7的等效电路表示，其中输出端OUT还耦接至判断电路310。判断电路310同样用来判断例如是检测信号的峰值或平均能量值，并产生一直流信号的判断结果。有别于第一实施例的低通滤波器，在第二实施例中，对信号产生源660而言，可变电容710与电阻650构成高通滤波器。

请参考图8，图8显示本发明指纹检测器的第二实施例的详细电路图。指纹检测器800中的复用器810耦接至该多个可变电容710，用来在多个可变电容710中选取其一。被选取的可变电容710与信号产生源660、可变电阻820形成一高通滤波器，其频率响应与参考信号的关系如图9所示。同样的，比较器432将判断结果与参考值Vref2做比较来产生指示信号，以指示计数器434增加或减少数字信号的数值，而且可变电阻820受到该数字信号的控制而改变其电阻值的大小。

在电路布局上，检测单元的构造可以如图10所示，其可以是圆形或者是多边形的结构，图中的检测单元1010以正八边形为例来说明。而检测单元1010以外的其它区域互相连结构成屏障层1020，以防止个别检测单元1010上的电场受到周围电场的影响，而导致检测结果变差。其它的电路布局方式还有如图11所示的圆形或多边形的检测单元1110被同样是圆形或是多边形的屏障层1120包围，且各个屏障层互相分离；另外还有如图12所示的布区方式，圆形或是多边形的检测单元1210被四方形的屏障层1220包围，而屏障层1220相互连结。

根据本发明，检测单元与电阻串接，并且能够与信号产生源连接形成低通或高通滤波器，其利用改变滤波器截止频率来分析所得的检测信号。该检测信号经判断电路判断其峰值后产生直流信号的判断结果，因此整个指纹检测电路会更省电且结果将更为准确，整个电路也较不易受到信号产生源的频率所影响，而且后级的模拟数字转换器处理的是直流信号，因此不须受限于信号产生源而提升其高频处理能力。总之本发明的指纹检测电路可以准确的检测结果，而且电路简单、省电、易于实现，有助降低电路成本；此外，其还可以不受信号源的限制，进而提升其应用范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种指纹检测器，用来检测一使用者的指纹，包含有：

一信号产生源，用来提供一参考信号；

多个检测单元，根据使用者的指纹而产生多个检测值；

一电阻，耦接于该信号产生源与该检测单元之间；

一电极，耦接至一参考电平；

一输出端，耦接于该检测单元与该电阻；以及

一判断电路，耦接于该输出端；

其中该电阻、该检测单元与该电极形成一滤波电路，根据该信号产生源以及该多个检测值有多个检测信号在该输出端产生，并且该判断电路判断该检测信号以产生一判断结果，用来指示该使用者的指纹。

2.如权利要求1所述的指纹检测电路，其中该判断电路判断该检测信号的峰值或平均能量值以产生该判断结果，该判断结果为一直流信号。

3.如权利要求1所述的指纹检测电路，还包含有：

一模拟数字转换器，耦接于该判断电路，用来将该判断结果转换成一数字信号。

4.如权利要求3所述的指纹检测电路，其中该电阻为一可变电阻，该模拟数字转换器包含有：

一比较器，耦接于该判断电路，用来将该判断结果与一参考值作比较，以产生一指示信号；以及

一计数器，耦接于该比较器与该可变电阻，用来根据该指示信号来产生该数字信号，并且该可变电阻的电阻值受到该数字信号控制。

5.如权利要求1所述的指纹检测电路，还包含有：

一复用器，耦接于该多个检测单元，用来在该多个检测单元中选取其中之一。

6.如权利要求1所述的指纹检测电路，其中对信号产生源而言，该滤波电路为一低通滤波器。

7.一种指纹检测器，用来检测一使用者的指纹，包含有：

一信号产生源，用来提供一参考信号；

多个检测单元，根据使用者的指纹而产生多个检测值；

一电阻，耦接于该检测单元与一参考电平之间；

一电极，耦接至该信号产生源；

一输出端，耦接于该检测单元与该电阻；以及

一判断电路，耦接于该输出端；

其中该电阻、该检测单元与该电极形成一滤波电路，根据该信号产生源以及该多个检测值有多个检测信号在该输出端产生，并且该判断电路判断该检测信号以产生一判断结果，用来指示该使用者的指纹。

8.如权利要求7所述的指纹检测电路，其中该判断电路判断该检测信号的峰值或平均能量值以产生该判断结果，该判断结果为一直流信号。

9.如权利要求7所述的指纹检测电路，还包含有：

一模拟数字转换器，耦接于该判断电路，用来将该判断结果转换成一数字信号。

10.如权利要求9所述的指纹检测电路，其中该电阻为一可变电阻，该模拟数字转换器包含有：

一比较器，耦接于该判断电路，用来将该判断结果与一参考值作比较，以产生一指示信号；以及

一计数器，耦接于该比较器与该可变电阻，用来根据该指示信号来产生该数字信号，并且该可变电阻的电阻值受到该数字信号控制。

11.如权利要求7所述的指纹检测电路，还包含有：

一复用器，耦接于该多个检测单元，用来在该多个检测单元中选取其中之一。

12.如权利要求7所述的指纹检测电路，其中对信号产生源而言，该滤波电路为一高通滤波器。

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