CN103886281A - 电场式指纹识别装置及其状态控制方法和假体识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出电场式指纹识别装置及其状态控制方法和假体识别方法。所述电场式指纹识别装置包括信号采集模块和信号处理模块。当测量状态信号处理单元电连接信号采集单元时，待测状态信号处理单元至少电连接测量状态信号采集单元周边的至少一信号采集单元。协调测量状态信号处理单元和待测状态信号处理单元所电连接的传感电容的充放电过程，抑制测量状态信号采集单元与待测状态信号采集单元之间的寄生电容的充放电量。本发明结构简单，节省器件成本；避免信号采集单元之间出现互相干扰的问题；所述指纹识别装置能够适于多种应用要求。本发明还能够判别假体手指指纹，提高了指纹识别装置的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别装置及其数据处理方法，特别是涉及电场式指纹识别装置及其数据处理方法。
背景技术
现有技术电场式指纹识别装置，如图13所示，包括至少一个指纹识别基本单元。所述指纹识别基本单元包括电极板71，作为受控开关器件的第一晶体管72，作为另一受控开关器件的第二晶体管73，以及电荷放大器74。在指纹识别过程中，首先开启第一晶体管72，给电极板71充电，并对电荷放大器74完成复位；然后关断第一晶体管72，开启第二晶体管73，令电极板71上的电荷转移到电荷放大器74的输出端，通过电荷变化量大小的不同，确定指纹的特征图像。现有技术电场式指纹识别装置还存在以下的缺陷和不足之处：
1. 采用两个作为受控开关器件的晶体管才实现基本的指纹识别功能，指纹识别基本单元结构较复杂，器件成本偏高；
2. 电路构成形式单一，不能根据应用要求构成多样化的设计方案；
3. 各指纹识别基本单元之间的存在电场互相干扰的问题；在指纹识别基本单元之间存在寄生电容，在对电极板充放电过程中，寄生电容也参与到电荷量变化过程中，并且因寄生电容导致的电荷变化量不可测，造成各指纹识别基本单元之间存在的电场互相干扰问题并影响电荷变化量的准确测量，进而影响指纹识别结果和准确性；
4. 现有技术指纹识别装置不能判断区分假体手指指纹。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出一种简化基本单元，有效防止基本单元之间互相干扰，能够适用于多种应用需求的电场式指纹识别装置，以及用于该电场式指纹识别装置的识别假体手指指纹的方法。
本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：
设计、制造一种电场式指纹识别装置，包括信号采集模块和信号处理模块。尤其是，所述信号采集模块包括至少两个信号采集单元，所有信号采集单元填充整个手指触碰区域，从而构成信号采集单元阵列。所述信号采集单元包括一传感电容。所述信号处理模块包括能够通过对传感电容充放电从信号采集单元获取因指纹凹凸纹路导致的电容变化量的测量状态信号处理单元，以及仅能够对信号采集单元的传感电容实施充放电的待测状态信号处理单元。所述测量状态信号处理单元和待测状态信号处理单元都受控地电连接各信号采集单元。当测量状态信号处理单元电连接至少一信号采集单元而令该信号采集单元处于测量状态时，所述待测状态信号处理单元至少电连接所述测量状态信号采集单元周边的至少一信号采集单元而令这些信号采集单元处于待测状态。通过控制测量状态信号处理单元和待测状态信号处理单元，协调它们电连接的传感电容的充放电过程，抑制测量状态信号采集单元与待测状态信号采集单元之间的寄生电容的充放电量。
具体地，在所述信号采集单元阵列上覆盖有用于被手指触碰的介质层。
针对芯片设计方案，所述信号采集模块和信号处理模块都设置在同一集成电路芯片内。或者，所述信号采集模块设置在第一集成电路芯片内，所述信号处理模块设置在第二集成电路芯片内。所述设置有信号采集模块的第一集成电路芯片采用薄膜晶体管Thin Film Transistor制备工艺制成。
用于两种状态信号处理单元的具体方案，所述测量状态信号处理单元包括至少一个用于检测各传感电容所在支路的电容变化量的采集处理子单元，以及至少一个用于控制各传感电容与采集处理子单元电连接通断的采集驱动子单元。所述待测状态信号处理单元包括至少一个用于对传感电容支路实施充放电的电位随动子单元，以及至少一个用于控制各传感电容与电位随动子单元电连接通断的待测驱动子单元。对于需要被测量的信号采集单元，所述采集驱动子单元控制各信号采集单元的传感电容与采集处理子单元电连通，从而采集处理子单元侦测出传感电容所形成电场区域内因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量；对于需要工作在待测状态的信号采集单元，所述待测驱动子单元控制各传感电容与电位随动子单元电连通，以使待测状态信号采集单元的传感电容的电位变化随测量状态信号采集单元的传感电容的电位变化而变化。
为实现采集驱动子单元控制各传感电容与采集处理子单元电连接通断，所述信号采集单元还包括受控采集开关子单元。所述受控采集开关子单元的输入端电连接传感电容的一端，该传感电容的另一端接地。所述受控采集开关子单元的输出端输出信号至采集处理子单元；所述受控采集开关子单元的受控端电连接所述采集驱动子单元。
具体地，所述受控采集开关子单元是绝缘栅型场效应管。该绝缘栅型场效应管的栅极是受控采集开关子单元的受控端。所述绝缘栅场效应管的漏极和源极中的一极是受控采集开关子单元的输入端，该绝缘栅场效应管的漏极和源极中的另一极是受控采集开关子单元的输出端。
为实现待测驱动子单元控制各传感电容与电位随动子单元电连接通断，所述信号采集单元还包括受控待测开关子单元。所述受控待测开关子单元的输出端电连接所述传感电容的一端，该传感电容的另一端接地。所述受控待测开关子单元的输入端接收从电位随动子单元输出的电压信号。所述受控待测开关子单元的受控端电连接所述待测驱动子单元。
类似地，所述受控待测开关子单元是绝缘栅型场效应管。该绝缘栅型场效应管的栅极是受控待测开关子单元的受控端。所述绝缘栅场效应管的漏极和源极中的一极是受控待测开关子单元的输入端，该绝缘栅场效应管的漏极和源极中的另一极是受控待测开关子单元的输出端。
具体而言，所述采集处理子单元包括运算放大器、反馈电容和模拟开关电路子单元。所述模拟开关电路子单元的输出端电连接运算放大器的反相输入端，所述反馈电容两端分别电连接运算放大器的反相输入端与输出端；所述运算放大器的同相输入端被输入参考电压。所述模拟开关电路子单元的输入端接收来自信号采集单元的输出信号；所述运算放大器的输出端输出该信号采集单元的传感电容所形成电场区域内因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量的量化信号。
一种模拟开关电路子单元的实方案是，所述模拟开关电路子单元包括预放电模拟开关电路和充电模拟开关电路；所述运算放大器的同相输入端被输入恒定电压值的参考电压。所述预放电模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该预放电模拟开关电路的输出端接地。所述充电模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该充电模拟开关电路的输出端电连接所述模拟开关电路子单元的输出端。在采集处理子单元侦测所述电容变化量之初，所述预放电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述充电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，令传感电容完成预放电过程；在所述传感电容被预放电结束后，所述充电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述预放电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，用于对传感电容充电，从而借助运算放大器和反馈电容侦测出在传感电容充电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
另一种模拟开关电路子单元的实方案是，所述模拟开关电路子单元包括预充电模拟开关电路和放电模拟开关电路；所述运算放大器的同相输入端被输入恒定电压值的参考电压。所述预充电模拟开关电路的输出端电连接模拟开关电路子单元的输入端，在该预充电模拟开关电路的输入端输入充电电压。所述放电模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该放电模拟开关电路的输出端电连接所述模拟开关电路子单元的输出端。在采集处理子单元侦测所述电容变化量之初，所述预充电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述放电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，令传感电容完成预充电过程；在所述传感电容被预充电结束后，所述放电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述预充电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，对传感电容放电，从而借助运算放大器和反馈电容侦测出在传感电容放电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
还有一种模拟开关电路子单元的实方案是，所述模拟开关电路子单元包括通断控制模拟开关电路；所述运算放大器的同相输入端被输入具有放电周期和充电周期的波动参考电压信号。所述通断控制模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该通断控制模拟开关电路的输出端电连接所述模拟开关电路子单元的输出端。当通断控制模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通时，在所述波动参考电压信号的放电周期，令传感电容完成预放电过程；在所述波动参考电压信号的充电周期，令传感电容充电，从而借助运算放大器和反馈电容侦测出在传感电容充电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
上述三种方案中，所述反馈电容采用电容值可调的可调电容器。另外，所述采集处理子单元还包括电连接在反馈电容两端的复位开关电路；通过控制复位开关电路闭合导通，令反馈电容回路短路，加快电荷放大器的恢复速度。所述电荷放大器包括采集处理子单元的运算放大器和反馈电容，以及电连接该采集处理子单元的信号采集单元的传感电容。
从数字化数据处理角度，所述测量状态信号处理单元还包括电连接所有采集处理子单元的至少一模数转换子单元。
对于受控采集开关子单元的控制，所述各受控采集开关子单元的受控端分别互相独立地电连接所述采集驱动子单元。或者，所述各受控采集开关子单元的受控端分组地电连接于至少两个采集驱动节点，各采集驱动节点分别互相独立地电连接所述采集驱动子单元。又或者，所有受控采集开关子单元的受控端都电连接于一采集驱动节点，该采集驱动节点电连接所述采集驱动子单元。
对于受控采集开关子单元的输出，各受控采集开关子单元的输出端互相独立地输出信号至采集处理子单元。或者，所述各受控采集开关子单元的输出端分组地电连接于至少两个信号采集节点，各信号采集节点分别互相独立地输出信号至采集处理子单元。又或者，所有受控采集开关子单元的输出端分组地电连接于一信号采集节点，该信号采集节点输出信号至采集处理子单元。
对于受控待测开关子单元的控制，所述各受控待测开关子单元的受控端分别互相独立地电连接所述待测驱动子单元。或者，所述各受控待测开关子单元的受控端分组地电连接于至少两个随动驱动节点，各随动驱动节点互相独立地电连接所述待测驱动子单元。又或者，所有受控待测开关子单元的受控端都电连接于一随动驱动节点，该随动驱动节点电连接所述待测驱动子单元。
对于受控待测开关子单元的输入，各受控待测开关子单元的输入端互相独立地接收从电位随动子单元输出的电压信号。或者，各受控待测开关子单元的输入端分组地电连接于至少两个随动输入节点，各随动输入节点分别互相独立地接收从电位随动子单元输出的电压信号。又或者，所有受控待测开关子单元的输入端都电连接于一随动输入节点，该随动输入节点接收从电位随动子单元输出的电压信号。
本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现：
提出一种信号采集过程中的状态控制方法，用于上述电场式指纹识别装置，所述方法包括如下步骤：
A. 当测量状态信号处理单元电连接至少一信号采集单元，使该信号采集单元处于测量状态时，待测状态信号处理单元至少电连接位于测量状态的信号采集单元周边的至少一信号采集单元，使电连接待测状态信号处理单元的信号采集单元处于待测状态；
B. 对测量状态信号采集单元的传感电容的充放电实施控制，同时对待测状态信号采集单元的传感电容的充放电也实施控制，根据传感电容所在支路上的信号，使测量状态信号采集单元的传感电容的充放电过程与待测状态信号采集单元的传感电容的充放电过程同步，从而抑制处于测量状态信号采集单元的传感电容与待测状态信号采集单元的传感电容之间的寄生电容的充放电量。
具体地，步骤B所述传感电容所在支路上的信号是指传感电容所在支路上的频率、电压幅度、电流幅度、相位和电荷中的至少一种参数。
本发明解决所述技术问题又可以通过采用以下技术方案来实现：
提出一种识别假体手指指纹的方法，用于所述基于自电容原理的电场式指纹识别装置。所述方法包括如下步骤：
A. 设置阻抗变化阈值；在实施指纹识别之前完成以下步骤B至E；
B. 按照扫描频率从大到小的顺序，或者扫描频率从小到大的顺序，用不同的扫描频率检测被测手指的阻抗变化值；
C. 用步骤B测得的阻抗变化值与阻抗变化阈值比较；
如果步骤B测得的阻抗变化值不小于阻抗变化阈值，执行步骤D；
如果步骤B测得的阻抗变化值小于阻抗变化阈值，执行步骤E；
D. 判断被测手指是真体手指，开始实施指纹识别；
E. 判断被测手指是假体手指，终止指纹识别。
同现有技术相比较，本发明“电场式指纹识别装置及其状态控制方法和假体识别方法”的技术效果在于：
1. 本发明信号采集单元结构简单，节省器件成本；
2. 本发明测量状态信号处理单元和待测状态信号处理单元，协调控制传感电容的充放电状态，消除传感电容之间寄生电容的电位差，从而减少甚至消除整个装置内传感电容之间的寄生电容对传感电容所在支路的电容变化量的影响，确保没有工作在测量状态的信号采集单元不影响工作在测量状态的信号采集单元，避免信号采集单元之间出现互相干扰的问题；
3. 本发明各模块之间，以及各单元之间的连接关系可以通过多种方式实现，令本发明指纹识别装置能够适于多种应用要求；
4. 本发明能够判别假体手指指纹，提高了指纹识别装置的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明“电场式指纹识别装置及其状态控制方法和假体识别方法”的指纹识别原理示意图；
图2是本发明电场式指纹识别装置的电原理示意第一框图；
图3是本发明电场式指纹识别装置的电原理示意第二框图；
图4是本发明电场式指纹识别装置的电原理示意第三框图；
图5是本发明电场式指纹识别装置的电原理示意第四框图；
图6是本发明优选实施例的扫描区域设置示意图；
图7本发明优选实施例的基本电原理示意图；
图8是本发明采集处理子单元212的第一实现方案的电原理示意图；
图9是本发明采集处理子单元212的第二实现方案的电原理示意图；
图10是本发明采集处理子单元212的第三实现方案的电原理示意图；
图11是本发明优选实施例的扫描区域Z1和Z2的电原理示意图；
图12是真体手指与假体手指各自的扫描频率与阻抗关系示意图；
图13是现有技术指纹识别装置基本单元的电原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例作进一步详述。
本发明实现指纹识别的原理如图1所示，手指5上存在指纹凸起区域51和指纹凹下区域52。指纹识别装置的电容传感模块包括至少一上极板111，以及各上极板111上覆盖的绝缘保护层4。上极板111与地之间形成基础电容Cs。当电容传感模块上方有手指5接触时，电容传感模块的电容阵列中的每个上极板111和地之间的电容都会发生变化。
未触摸前，A处的电容： 
触摸后，A处的电容：
,其中
触摸前后A处的电容变化量为：
未触摸前，B处的电容：
触摸后，B处的电容：
,其中
，
触摸前后B处的电容变化量为：
从上面的计算分析中可以看到，指纹凹凸不同，触摸后各点的电容变化量也会不同，因此，电容的变化量的大小代表了指纹凹凸的信息，从而获得指纹凹凸的特征信息。
本发明在手指触碰区域内设置两个以上的信号采集单元，采用上述指纹信息获取的基本原理，每个信号采集单元通过各自的传感电容获取手指触碰造成的电容变化量。在综合所有信号采集单元的电容变化量信息之后就能够获取完整的指纹信息。由于在很小的面积内设置了多个传感电容，各信号采集单元的传感电容之间存在寄生电容。现有技术不论采用何种驱动方式，由于对各信号采集单元的传感电容的充放电难以维持一致，致使在传感电容之间的寄生电容上的形成电位差，而该电位差势必造成寄生电容的充放电量，从而影响正在测量因指纹凹凸纹路造成电容变化量的传感电容所在支路的电容变化量和电荷变化量的准确测量，进而影响获取指纹信息的准确性。本发明力图克服传感电容之间的寄生电容的上述影响。
本发明提出一种电场式指纹识别装置，如图2至图5所示，包括信号采集模块1和信号处理模块2。所述信号采集模块1包括至少两个信号采集单元10，所有信号采集单元填充整个手指触碰区域9，从而构成信号采集单元阵列。所述信号采集单元10包括一传感电容。所述信号处理模块2包括能够通过对传感电容充放电从信号采集单元获取因指纹凹凸纹路导致的电容变化量的测量状态信号处理单元21，以及仅能够对信号采集单元的传感电容实施充放电的待测状态信号处理单元22。所述测量状态信号处理单元21和待测状态信号处理单元22都受控地电连接各信号采集单元10。当测量状态信号处理单元21电连接至少一信号采集单元10而令该信号采集单元10处于测量状态时，所述待测状态信号处理单元22至少电连接所述测量状态信号采集单元10周边的至少一信号采集单元10而令这些信号采集单元10处于待测状态。通过控制测量状态信号处理单元21和待测状态信号处理单元22，协调它们电连接的传感电容的充放电过程，抑制测量状态信号采集单元21与待测状态信号采集单元22之间的寄生电容的充放电量。
如上所述，当测量状态信号处理单元21电连接至少一信号采集单元10而令该信号采集单元10处于测量状态时，所述待测状态信号处理单元22“至少”电连接所述测量状态信号采集单元10周边的“至少”一信号采集单元10而令这些信号采集单元10处于待测状态，其中两个涉及待测状态信号处理单元22的“至少”包括多种情况，以下结合附图非穷举地说明这里两个“至少”的含义：
第一种情况，如图2所示，由编号是C1至C16共16个信号采集单元10构成信号采集单元阵列。当测量状态信号处理单元21电连接编号是C1的信号采集单元10而令该信号采集单元10处于测量状态时，在编号是C1的信号采集单元10周边有距离最近的编号是C2、C6和C5的信号采集单元10，它们与编号是C1的信号采集单元10之间存在的寄生电容应当对编号是C1的信号采集单元10的电容变化量测量影响最大。所述待测状态信号处理单元22仅电连接最靠近的编号是C5的信号采集单元。此种情况代表从位于最靠近测量状态信号采集单元周边的信号采集单元中选取至少一个信号采集单元并使其处于待测状态。由于编号是C1和C5的信号采集单元的传感电容的充放电过程都因受到控制而协调一致，编号是C1和C5的信号采集单元的传感电容之间的寄生电容两端不存在电位差，从而消除了该寄生电容的对编号的C1的信号采集单元的电容变化量的影响。由于编号是C1的信号采集单元与编号是C2和C6的信号采集单元10，以及其它所有既没有工作的测量状态也没有工作在待测状态的信号采集单元之间还存在寄生电容，这些寄生电容上还可能存在电位差，因此图2所示第一种情况属于减少了寄生电容对测量状态信号采集单元的电容变化量测量影响。
第二种情况，如图3所示，在图2所示第一种情况基础上，所述待测状态信号处理单元22还电连接编号是C1的信号采集单元10周边的最近的编号是C2和C6的信号采集单元10，编号是C2、C6和C5的信号采集单元10分别与编号是C1的信号采集单元10之间的寄生电容应当对编号是C1的信号采集单元10的电容变化量测量影响最大。此种情况代表从位于测量状态信号采集单元周边的众多信号采集单元中选取其中最靠近的一组信号采集单元并使其处于待测状态。由于编号是C1、C2、C5和C6的信号采集单元的传感电容的充放电过程都因受到控制而协调一致，编号是C1、C2、C5和C6的信号采集单元的传感电容之间的寄生电容两端不存在电位差，从而消除了寄生电容的对编号的C1的测量状态信号采集单元的电容变化量的影响。由于编号是C1的测量状态信号采集单元与其它既没有工作的测量状态也没有工作在待测状态的信号采集单元之间还存在寄生电容，这些寄生电容上还可能存在电位差，图3所示第二种情况属于减少了寄生电容对测量状态信号采集单元的电容变化量测量影响，其减少幅度应当大于图2所示第一种情况。
第三种情况，如图4所示，在图3所示第二种情况基础上，从稍微远离编号是C1的测量状态信号采集单元10的一组编号是C3、C7、C9至C11的信号采集单元10中再选取其中编号是C9和C10的信号采集单元10电连接所述待测状态型号处理单元22。此种情况代表从位于测量状态信号采集单元周边的众多信号采集单元中选取其中一组信号采集单元并使其处于待测状态，该组待测状态信号采集单元既有位置上最靠近的测量状态信号采集单元的信号采集单元，又有位置上稍远离的测量状态信号采集单元的信号采集单元。由于编号是C1、C2、C5和C6的信号采集单元的传感电容的充放电过程都因受到控制而协调一致，编号是C1、C2、C5、C6、C9和C10的信号采集单元的传感电容之间的寄生电容两端不存在电位差，从而消除了寄生电容的对编号的C1的测量状态信号采集单元的电容变化量的影响。由于编号是C1的测量状态信号采集单元与其它既没有工作的测量状态也没有工作在待测状态的信号采集单元之间还存在寄生电容，这些寄生电容上还可能存在电位差，图4所示第三种情况属于减少了寄生电容对测量状态信号采集单元的电容变化量测量影响，其减少幅度应当大于图3所示第二种情况。
第四种情况，如图5所示，除编号是C1的测量状态的信号采集单元10外，所有其它的信号采集单元都电连接所述待测状态型号处理单元22而处于待测状态。此种情况代表所有位于测量状态信号采集单元周边的信号采集单元都处于待测状态。由于所有信号采集单元的传感电容的充放电过程都因受到控制而协调一致，信号采集单元的传感电容之间的寄生电容两端不存在电位差，从而基本消除了寄生电容的对编号是C1的测量状态信号采集单元的电容变化量的影响。由于与编号是C1的测量状态信号采集单元存在的寄生电容上都没有电位差，图5所示第四种情况属于消除了寄生电容对测量状态信号采集单元的电容变化量测量影响。
综上，除了测量状态信号采集单元外的信号采集单元中至少有一个电连接待测状态信号处理单元；随着待测状态信号采集单元的数量增加，以及待测状态信号采集单元与测量状态信号采集单元的接近程度增加，能够达到减少甚至消除测量状态信号采集单元与待测状态信号采集单元之间的寄生电容的充放电量的效果，即抑制寄生电容对电容变化量测量的影响。因此，抑制测量状态信号采集单元与待测状态信号采集单元之间的寄生电容的充放电量中的“抑制”包括“减少”和“消除”两层意思。
本发明优选实施例，在所述信号采集单元阵列上覆盖有用于被手指触碰的介质层。
针对芯片的具体设计方案，所述信号采集模块1和信号处理模块2都设置在同一集成电路芯片内。为了便于修订升级数据处理程序，以及便于维护信号采集单元阵列，上述两模块可以设置在不同的芯片内，即所述信号采集模块1设置在第一集成电路芯片内，所述信号处理模块2设置在第二集成电路芯片内。而为了优化信号采集单元阵列性能，适配主流工艺加工条件，作为优选方式，所述设置有信号采集模块1的第一集成电路芯片采用薄膜晶体管Thin Film Transistor制备工艺制成。
本发明优选实施例，如图7所示，所述测量状态信号处理单元21包括至少一个用于检测各传感电容CS所在支路的电容变化量的采集处理子单元212，以及至少一个用于控制各传感电容CS与采集处理子单元212电连接通断的采集驱动子单元211。所述待测状态信号处理单元22包括至少一个用于对传感电容支路实施充放电的电位随动子单元222，以及至少一个用于控制各传感电容CS与电位随动子单元222电连接通断的待测驱动子单元221。对于需要被测量的信号采集单元10，所述采集驱动子单元211控制各信号采集单元10的传感电容CS与采集处理子单元212电连通，从而采集处理子单元212侦测出传感电容CS所形成电场区域内因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量；对于需要工作在待测状态的信号采集单元10，所述待测驱动子单元221控制各传感电容CS与电位随动子单元222电连通，以使待测状态信号采集单元10的传感电容CS的电位变化随测量状态信号采集单元10的传感电容CS的电位变化而变化。
为实现用于采集驱动子单元211控制各传感电容CS与采集处理子单元212电连接通断， 如图7所示，所述信号采集单元还包括受控采集开关子单元12。所述受控采集开关子单元12的输入端I12电连接传感电容CS的一端，该传感电容CS的另一端接地。所述受控采集开关子单元12的输出端O12输出信号至采集处理子单元212。所述受控采集开关子单元12的受控端Ctrl12电连接所述采集驱动子单元211。
再如图7所示，所述受控采集开关子单元12是绝缘栅型场效应管。该绝缘栅型场效应管的栅极G是受控采集开关子单元12的受控端Ctrl12。所述绝缘栅场效应管的漏极D和源极S中的一极是受控采集开关子单元12的输入端I12，该绝缘栅场效应管的漏极D和源极S中的另一极是受控采集开关子单元12的输出端O12。
为实现待测驱动子单元221控制各传感电容CS与电位随动子单元222电连接通断，如图7所示，所述信号采集单元10还包括受控待测开关子单元13。所述受控待测开关子单元13的输出端O13电连接所述传感电容CS的一端，该传感电容CS的另一端接地。所述受控待测开关子单元13的输入端I13接收从电位随动子单元222输出的电压信号。所述受控待测开关子单元13的受控端Ctrl13电连接所述待测驱动子单元221。
类似地，再如图7所示，所述受控待测开关子单元13是绝缘栅型场效应管。该绝缘栅型场效应管的栅极G是受控待测开关子单元的受控端Ctrl13。所述绝缘栅场效应管的漏极D和源极S中的一极是受控待测开关子单元13的输入端I13，该绝缘栅场效应管的漏极D和源极S中的另一极是受控待测开关子单元13的输出端O13。
如图8至图10所示，所述采集处理子单元212包括运算放大器2121、反馈电容CF和模拟开关电路子单元223。所述模拟开关电路子单元223的输出端O223电连接运算放大器2121的反相输入端，所述反馈电容CF两端分别电连接运算放大器2121的反相输入端与输出端。所述运算放大器2121的同相输入端被输入参考电压。所述模拟开关电路子单元223的输入端I223接收来自信号采集单元10的输出信号，例如图7所示受控采集开关子单元12的输出信号。所述运算放大器2121的输出端O221输出该信号采集单元10的传感电容CS所形成电场区域内因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
针对采集处理子单元212的模拟开关电路子单元223，本发明提出三种实现方案。
第一种实现方案，如图8所示，所述模拟开关电路子单元223包括预放电模拟开关电路2231和充电模拟开关电路2232。所述运算放大器2121的同相输入端被输入恒定电压值的参考电压VRef。所述预放电模拟开关电路2231的输入端I2231电连接模拟开关电路子单元223的输入端I223，该预放电模拟开关电路2231的输出端O2231接地。所述充电模拟开关电路2232的输入端I2232电连接模拟开关电路子单元223的输入端I223，该充电模拟开关电路2232的输出端O2232电连接所述模拟开关电路子单元223的输出端O223。在采集处理子单元212侦测所述电容变化量之初，所述预放电模拟开关电路2231的输入端I2231和输出端O2231闭合导通，所述充电模拟开关电路2232的输入端I2232和输出端O2232关断开路，令传感电容CS完成预放电过程。在所述传感电容CS被预放电结束后，所述充电模拟开关电路2232的输入端I2232和输出端O2232闭合导通，所述预放电模拟开关电路2231的输入端I2231和输出端O2231关断开路，用于对传感电容CS充电，从而借助运算放大器2121和反馈电容CF侦测出在传感电容CS充电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
第二种实现方案，如图9所示，所述模拟开关电路子单元223包括预充电模拟开关电路2233和放电模拟开关电路2234。所述运算放大器2121的同相输入端被输入恒定电压值的参考电压VRef。所述预充电模拟开关电路2233的输出端O2233电连接模拟开关电路子单元223的输入端I223，在该预充电模拟开关电路2233的输入端I2233输入充电电压Vdd。所述放电模拟开关电路2234的输入端I2234电连接模拟开关电路子单元223的输入端I223，该放电模拟开关电路2234的输出端O2234电连接所述模拟开关电路子单元223的输出端O223。在采集处理子单元212侦测所述电容变化量之初，所述预充电模拟开关电路2233的输入端I2233和输出端O2233闭合导通，所述放电模拟开关电路2234的输入端I2234和输出端O2234关断开路，令传感电容CS完成预充电过程。在所述传感电容CS被预充电结束后，所述放电模拟开关电路2234的输入端I2234和输出端O2234闭合导通，所述预充电模拟开关电路2233的输入端I2233和输出端O2233关断开路，对传感电容CS放电，从而借助运算放大器2121和反馈电容CF侦测出在传感电容CS放电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
第三种实现方案，如图10所示，所述模拟开关电路子单元223包括通断控制模拟开关电路2235。所述运算放大器2121的同相输入端被输入具有放电周期和充电周期的波动参考电压信号vRef。所述通断控制模拟开关电路2235的输入端I2235电连接模拟开关电路子单元223的输入端I223，该通断控制模拟开关电路2235的输出端O2235电连接所述模拟开关电路子单元223的输出端O223。当通断控制模拟开关电路2235的输入端I2235和输出端O2235闭合导通时，在所述波动参考电压信号vRef的放电周期，令传感电容CS完成预放电过程；在所述波动参考电压信号vRef的充电周期，令传感电容CS充电，从而借助运算放大器2121和反馈电容CF侦测出在传感电容CS充电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
如图8至图10所示，所述反馈电容采用容值可调的可调电容器CF。反馈电容CF采用可调电容器一者可以补偿各个通道之间的差异；二者可以适应不同的外部环境，如手指指纹有覆盖物，或分辨率要求不同等。
如图8至图10所示，所述采集处理子单元212还包括电连接在反馈电容CF两端的复位开关电路224。通过复位开关电路224闭合导通，令反馈电容CF回路短路，加快电荷放大器的恢复速度。所述电荷放大器包括信号处理单元22的运算放大器221和反馈电容CF，以及电连接该采集处理子单元212的信号采集单元10的传感电容CS。
对于电位随动子单元222，其电路设计可以参照上述采集处理子单元212中的充放电电路设计，用采集处理子单元212所采用的充放电电路，以便协调控制传感电容上的充放电过程。在电位随动子单元222和采集处理子单元212之间还可以设置反馈电容，进一步确保电位随动子单元222和采集处理子单元212对各自电连接的传感电容同步地实施充放电。
在上述电场式指纹识别装置基础上，本发明提出一种信号采集过程中的状态控制方法，所述方法包括如下步骤：
A. 当测量状态信号处理单元电连接至少一信号采集单元，使该信号采集单元处于测量状态时，待测状态信号处理单元至少电连接位于测量状态的信号采集单元周边的至少一信号采集单元，使电连接待测状态信号处理单元的信号采集单元处于待测状态；
B. 对测量状态信号采集单元的传感电容的充放电实施控制，同时对待测状态信号采集单元的传感电容的充放电也实施控制，根据传感电容所在支路上的信号，使测量状态信号采集单元的传感电容的充放电过程与待测状态信号采集单元的传感电容的充放电过程同步，从而抑制处于测量状态信号采集单元的传感电容与待测状态信号采集单元的传感电容之间的寄生电容的充放电量。
本发明通过图2至图5详细说明了待测状态信号处理单元22的几种电连接情况，其中测量状态信号采集单元10仅采用一个，而在本发明优选实施例，如图6所示，提出更为实用的方案，就是将信号采集单元10分成几个区域，分时地分区域地获取指纹信息数据，在所有区域都被测量的过程就是一个扫描周期，每个区域定义为扫描区域，那么针对扫描区域完成一次电容变化量测量就是一次扫描。本发明优选实施例，在手指触碰区域9内设置了编号C1至C16共十六个信号采集单元10。所述手指触碰区域9被划分为编号Z1至Z4共四个由多个信号采集单元10构成的扫描区域。从图6中可以明确，扫描区域可以具有规则形状，例如编号是C1、C2、C5和C6的信号采集单元10组成的正方形的扫描区域Z1，编号是C9、C10、C13和C14的信号采集单元10组成的正方形的扫描区域Z2，编号是C7、C11和C15的信号采集单元10组成的矩形的扫描区域Z3。扫描区域还可以是不规则形状，例如编号是C3、C4、C8、C12和C16的信号采集单元10组成的形似倒“L”状的扫描区域Z4。并且，在同一手指触碰区域内9的扫描区域的形状可以不同，当然也可以相同。假设设定的扫描时序是，按照扫描区域Z1、Z2、Z3、Z4的顺序分区域的完成一个扫描周期。如果扫描区域Z1进行扫描时，即扫描区域Z1内各信号采集单元10处于测量状态，根据被扫描区域Z1内信号采集单元10的传感电容CS所在支路上的信号，判断传感电容CS所在支路上存在信号变化时，即扫描区域Z1内存在指纹信息，那么就应当令该扫描区域Z1周边的扫描区域处于待测状态，扫描区域Z1周边的扫描区域可以是扫描区域Z2、Z3和Z3中的至少一个扫描区域；或者应当令其它所有扫描区域处于待测状态，即所有除扫描区域Z1外的扫描区域Z2、Z3和Z4。所述存在指纹信息的扫描区域周边的扫描区域并不一定涵盖除存在指纹信息的扫描区域外的所有其它扫描区域，例如，如果扫描区域Z4进行扫描时，扫描区域Z4内的信号采集单元处于测量状态，根据被扫描区域Z4内信号采集单元10的传感电容CS所在支路上的信号，判断传感电容CS所在支路上存在信号变化时，即扫描区域Z4内存在指纹信息，那么就应当令该扫描区域Z4周边的扫描区域处于待测状态，此时扫描区域Z4周边的扫描区域是扫描区域Z1和Z3中的至少一个扫描区域。当然此种情况下也可以采用令其它所有扫描区域处于待测状态的方式，即所有除扫描区域Z4外的扫描区域Z1、Z2和Z3。在出现指纹信息时，令处于扫描状态的扫描区域处于测量状态，处于非扫描状态的扫描区域处于待测状态能够有效防止待测状态的扫描区域内的信号采集单元影响测量状态的扫描区域内的信号采集单元，确保指纹信息采集的准确性。
步骤B所述传感电容所在支路上的信号是指传感电容所在支路上的频率、电压幅度、电流幅度、相位和电荷中的至少一种参数。
针对受控采集开关子单元12分别与采集驱动子单元211和采集处理子单元212的连接形式，以及受控待测开关子单元13分别与待测驱动子单元221和电位随动子单元222的连接形式，可以选取以下连接方式的组合。
对于受控采集开关子单元12的控制信号采集，所述各受控采集开关子单元12的受控端Ctrl12可以分别互相独立地电连接所述采集驱动子单元211。或者，所述各受控采集开关子单元12的受控端Ctrl12分组地电连接于至少两个采集驱动节点，各采集驱动节点分别互相独立地电连接所述采集驱动子单元211。又或者，所有受控采集开关子单元12的受控端Ctrl12都电连接于一采集驱动节点，该采集驱动节点电连接所述采集驱动子单元211。
对于受控采集开关子单元12的输出信号，各受控采集开关子单元12的输出端O12可以互相独立地输出信号至采集处理子单元212。或者，所述各受控采集开关子单元12的输出端O12分组地电连接于至少两个信号采集节点，各信号采集节点分别互相独立地输出信号至采集处理子单元212。又或者，所有受控采集开关子单元12的输出端O12分组地电连接于一信号采集节点，该信号采集节点输出信号至采集处理子单元212。
类似地，对于受控待测开关子单元13的控制信号，所述各受控待测开关子单元13的受控端Ctrl13可以分别互相独立地电连接所述待测驱动子单元221。或者，所述各受控待测开关子单元13的受控端Ctrl13分组地电连接于至少两个随动驱动节点，各随动驱动节点互相独立地电连接所述待测驱动子单元221。又或者，所有受控恒压开关子单元13的受控端Ctrl13都电连接于一随动驱动节点，该随动驱动节点电连接所述待测驱动子单元221。
对于受控待测开关子单元13的输入信号，各受控待测开关子单元13的输入端I13可以互相独立地接收从电位随动子单元222输出的电压信号。或者，各受控待测开关子单元13的输入端I13分组地电连接于至少两个随动输入节点，各随动输入节点分别互相独立地接收从电位随动子单元222输出的电压信号。又或者，所有受控待测开关子单元13的输入端I13都电连接于一随动输入节点，该随动输入节点接收从电位随动子单元222输出的电压信号。
在一个指纹识别装置内可以根据应用需求从上述四组方案中分别选取一个方案，从而由四个方案构成整个指纹识别装置的各单元之间电连接方案。可见本发明所能实现的各单元之间电连接方案非常丰富。
本发明优选实施例，以扫描区域Z1内的各信号采集单元10为例，说明上述四组方案的实例，如图11所示，对于受控采集开关子单元12的控制信号采集，所述各受控采集开关子单元12的受控端Ctrl12分组地电连接于两个采集驱动节点BDG1和BDG2，各采集驱动节点BDG1和BDG2分别互相独立地电连接所述采集驱动子单元211。本优选实施例中，所述采集驱动子单元211按照采集驱动节点BDG1和BDG2一对一的设置，显然用一个采集驱动子单元211的不同输入端口分别电连接两采集驱动节点BDG1和BDG2也是可行的。对于受控采集开关子单元12的输出信号，所述各受控采集开关子单元12的输出端O12分组地电连接于两个信号采集节点B CG1和BCG2，各信号采集节点B CG1和BCG2分别互相独立地输出信号至采集处理子单元212。本优选实施例中，所述采集处理子单元212按照信号采集节点B CG1和BCG2一对一的设置，显然用一个采集处理子单元212的不同输入端口分别电连接两信号采集节点B CG1和BCG2也是可行的。对于受控待测开关子单元13的控制信号，所述各受控待测开关子单元13的受控端Ctrl13分别互相独立地电连接所述待测驱动子单元221。本优选实施例中，所述待测驱动子单元221按照受控待测开关子单元13的受控端Ctrl13一对一的设置，显然用一个待测驱动子单元221的四个不同输入端口分别电连接受控待测开关子单元13的受控端Ctrl13也是可行的。对于受控待测开关子单元13的输入信号，所有受控恒压开关子单元13的输入端I13都电连接于一随动输入节点BVT，该随动输入节点BVT接收从电位随动子单元222输出的电压信号。所以只要能够实现本发明的基本要求，即“对于需要被测量的信号采集单元10，所述采集驱动子单元211控制各信号采集单元10的传感电容CS与采集处理子单元212电连通，从而采集处理子单元212侦测出传感电容CS所形成电场区域内因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量；对于需要工作在待测状态的信号采集单元10，所述待测驱动子单元221控制各传感电容CS与电位随动子单元222电连通，以使待测状态信号采集单元10的传感电容CS的电位变化随测量状态信号采集单元10的传感电容CS的电位变化而变化”，选取任何一种连接方案组合都是可行的。
显然在所有方案中，采集驱动子单元211、采集处理子单元212、待测驱动子单元221和电位随动子单元222选取数量少的方案能够节省器件成本，但会造成扫描频率下降的问题；而采集驱动子单元211、采集处理子单元212、待测驱动子单元221和电位随动子单元222选取数量偏多的方案虽然需要配置较多的器件，但能够提高扫描频率。
从数字化数据处理角度，所述信号处理模块2还包括电连接所有采集处理子单元212的至少一模数转换单元24。本发明优选实施例，如图11所示，信号处理模块2设置一模数转换单元24，该模数转换单元24电连接两采集处理子单元212。如果分别为各采集处理子单元212配置一模数转换单元24，显然也是可行的。
如图12所示的实验数据，针对各种假的手指指纹欺骗指纹识别系统，以及手指头皮肤表面容易被污染，破坏等问题，本发明根据真体手指头的角质层stratum corneum，真皮层viable skin不同的电特性，如图9所示，即假体手指指纹角质层的阻抗在不同频率下的变化要比真体手指指纹真皮层的小的多，因此，可以采用多种不同的扫描频率来检测手指头皮肤里面的特性，从而可以获取到手指头皮肤内部的信息，以判别假体手指指纹。本发明提出一种识别假体手指指纹的方法，用于所述基于自电容原理的电场式指纹识别装置。所述方法包括如下步骤：
A. 设置阻抗变化阈值；在实施指纹识别之前完成以下步骤B至E；
B. 按照扫描频率从大到小的顺序，或者扫描频率从小到大的顺序，用不同的扫描频率检测被测手指的阻抗变化值；
C. 用步骤B测得的阻抗变化值与阻抗变化阈值比较；
如果步骤B测得的阻抗变化值不小于阻抗变化阈值，执行步骤D；
如果步骤B测得的阻抗变化值小于阻抗变化阈值，执行步骤E；
D. 判断被测手指是真体手指，开始实施指纹识别；
E. 判断被测手指是假体手指，终止指纹识别。
Claims (32)
1.一种电场式指纹识别装置，包括信号采集模块和信号处理模块；其特征在于：
所述信号采集模块包括至少两个信号采集单元，所有信号采集单元填充整个手指触碰区域，从而构成信号采集单元阵列；所述信号采集单元包括一传感电容；
所述信号处理模块包括能够通过对传感电容充放电从信号采集单元获取因指纹凹凸纹路导致的电容变化量的测量状态信号处理单元，以及仅能够对信号采集单元的传感电容实施充放电的待测状态信号处理单元；所述测量状态信号处理单元和待测状态信号处理单元都受控地电连接各信号采集单元；
当测量状态信号处理单元电连接至少一信号采集单元而令该信号采集单元处于测量状态时，所述待测状态信号处理单元至少电连接所述测量状态信号采集单元周边的至少一信号采集单元而令这些信号采集单元处于待测状态；通过控制测量状态信号处理单元和待测状态信号处理单元，协调它们电连接的传感电容的充放电过程，抑制测量状态信号采集单元与待测状态信号采集单元之间的寄生电容的充放电量。
2.根据权利要求1所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
在所述信号采集单元阵列上覆盖有用于被手指触碰的介质层。
3.根据权利要求1所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述信号采集模块和信号处理模块都设置在同一集成电路芯片内。
4.根据权利要求1所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述信号采集模块设置在第一集成电路芯片内，所述信号处理模块设置在第二集成电路芯片内。
5.根据权利要求4所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述设置有信号采集模块的第一集成电路芯片采用薄膜晶体管Thin Film Transistor制备工艺制成。
6.根据权利要求1所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述测量状态信号处理单元包括至少一个用于检测各传感电容所在支路的电容变化量的采集处理子单元，以及至少一个用于控制各传感电容与采集处理子单元电连接通断的采集驱动子单元；
所述待测状态信号处理单元包括至少一个用于对传感电容支路实施充放电的电位随动子单元，以及至少一个用于控制各传感电容与电位随动子单元电连接通断的待测驱动子单元；
对于需要被测量的信号采集单元，所述采集驱动子单元控制各信号采集单元的传感电容与采集处理子单元电连通，从而采集处理子单元侦测出传感电容所形成电场区域内因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量；对于需要工作在待测状态的信号采集单元，所述待测驱动子单元控制各传感电容与电位随动子单元电连通，以使待测状态信号采集单元的传感电容的电位变化随测量状态信号采集单元的传感电容的电位变化而变化。
7.根据权利要求6所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述信号采集单元还包括受控采集开关子单元；
所述受控采集开关子单元的输入端电连接传感电容的一端，该传感电容的另一端接地；所述受控采集开关子单元的输出端输出信号至采集处理子单元；所述受控采集开关子单元的受控端电连接所述采集驱动子单元。
8.根据权利要求7所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述受控采集开关子单元是绝缘栅型场效应管；
该绝缘栅型场效应管的栅极是受控采集开关子单元的受控端；
所述绝缘栅场效应管的漏极和源极中的一极是受控采集开关子单元的输入端，该绝缘栅场效应管的漏极和源极中的另一极是受控采集开关子单元的输出端。
9.根据权利要求6所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述信号采集单元还包括受控待测开关子单元；
所述受控待测开关子单元的输出端电连接所述传感电容的一端，该传感电容的另一端接地；所述受控待测开关子单元的输入端接收从电位随动子单元输出的电压信号；所述受控待测开关子单元的受控端电连接所述待测驱动子单元。
10.根据权利要求9所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述受控待测开关子单元是绝缘栅型场效应管；
该绝缘栅型场效应管的栅极是受控待测开关子单元的受控端；
所述绝缘栅场效应管的漏极和源极中的一极是受控待测开关子单元的输入端，该绝缘栅场效应管的漏极和源极中的另一极是受控待测开关子单元的输出端。
11.根据权利要求6所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述采集处理子单元包括运算放大器、反馈电容和模拟开关电路子单元；
所述模拟开关电路子单元的输出端电连接运算放大器的反相输入端，所述反馈电容两端分别电连接运算放大器的反相输入端与输出端；所述运算放大器的同相输入端被输入参考电压；
所述模拟开关电路子单元的输入端接收来自信号采集单元的输出信号；所述运算放大器的输出端输出该信号采集单元的传感电容所形成电场区域内因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量的量化信号。
12.根据权利要求11所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述模拟开关电路子单元包括预放电模拟开关电路和充电模拟开关电路；所述运算放大器的同相输入端被输入恒定电压值的参考电压；
所述预放电模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该预放电模拟开关电路的输出端接地；
所述充电模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该充电模拟开关电路的输出端电连接所述模拟开关电路子单元的输出端；
在采集处理子单元侦测所述电容变化量之初，所述预放电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述充电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，令传感电容完成预放电过程；在所述传感电容被预放电结束后，所述充电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述预放电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，用于对传感电容充电，从而借助运算放大器和反馈电容侦测出在传感电容充电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
13.根据权利要求11所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述模拟开关电路子单元包括预充电模拟开关电路和放电模拟开关电路；所述运算放大器的同相输入端被输入恒定电压值的参考电压；
所述预充电模拟开关电路的输出端电连接模拟开关电路子单元的输入端，在该预充电模拟开关电路的输入端输入充电电压；
所述放电模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该放电模拟开关电路的输出端电连接所述模拟开关电路子单元的输出端；
在采集处理子单元侦测所述电容变化量之初，所述预充电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述放电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，令传感电容完成预充电过程；在所述传感电容被预充电结束后，所述放电模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通，所述预充电模拟开关电路的输入端和输出端关断开路，对传感电容放电，从而借助运算放大器和反馈电容侦测出在传感电容放电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
14.根据权利要求11所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述模拟开关电路子单元包括通断控制模拟开关电路；所述运算放大器的同相输入端被输入具有放电周期和充电周期的波动参考电压信号；
所述通断控制模拟开关电路的输入端电连接模拟开关电路子单元的输入端，该通断控制模拟开关电路的输出端电连接所述模拟开关电路子单元的输出端；
当通断控制模拟开关电路的输入端和输出端闭合导通时，在所述波动参考电压信号的放电周期，令传感电容完成预放电过程；在所述波动参考电压信号的充电周期，令传感电容充电，从而借助运算放大器和反馈电容侦测出在传感电容充电过程中因手指纹路的凹凸变化而导致的电容变化量。
15.根据权利要求11所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述反馈电容采用电容值可调的可调电容器。
16.根据权利要求11所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述采集处理子单元还包括电连接在反馈电容两端的复位开关电路；通过控制复位开关电路闭合导通，令反馈电容回路短路，加快电荷放大器的恢复速度；
所述电荷放大器包括采集处理子单元的运算放大器和反馈电容，以及电连接该采集处理子单元的信号采集单元的传感电容。
17.根据权利要求6所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述测量状态信号处理单元还包括电连接所有采集处理子单元的至少一模数转换子单元。
18.根据权利要求7所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述各受控采集开关子单元的受控端分别互相独立地电连接所述采集驱动子单元。
19.根据权利要求7所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述各受控采集开关子单元的受控端分组地电连接于至少两个采集驱动节点，各采集驱动节点分别互相独立地电连接所述采集驱动子单元。
20.根据权利要求7所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所有受控采集开关子单元的受控端都电连接于一采集驱动节点，该采集驱动节点电连接所述采集驱动子单元。
21.根据权利要求7所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
各受控采集开关子单元的输出端互相独立地输出信号至采集处理子单元。
22.根据权利要求7所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述各受控采集开关子单元的输出端分组地电连接于至少两个信号采集节点，各信号采集节点分别互相独立地输出信号至采集处理子单元。
23.根据权利要求7所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所有受控采集开关子单元的输出端分组地电连接于一信号采集节点，该信号采集节点输出信号至采集处理子单元。
24.根据权利要求9所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述各受控待测开关子单元的受控端分别互相独立地电连接所述待测驱动子单元。
25.根据权利要求9所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所述各受控待测开关子单元的受控端分组地电连接于至少两个随动驱动节点，各随动驱动节点互相独立地电连接所述待测驱动子单元。
26.根据权利要求9所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所有受控待测开关子单元的受控端都电连接于一随动驱动节点，该随动驱动节点电连接所述待测驱动子单元。
27.根据权利要求9所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
各受控待测开关子单元的输入端互相独立地接收从电位随动子单元输出的电压信号。
28.根据权利要求9所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
各受控待测开关子单元的输入端分组地电连接于至少两个随动输入节点，各随动输入节点分别互相独立地接收从电位随动子单元输出的电压信号。
29.根据权利要求9所述的电场式指纹识别装置，其特征在于：
所有受控待测开关子单元的输入端都电连接于一随动输入节点，该随动输入节点接收从电位随动子单元输出的电压信号。
30.一种信号采集过程中的状态控制方法，用于权利要求1所述电场式指纹识别装置，其特征在于所述方法包括如下步骤：
A. 当测量状态信号处理单元电连接至少一信号采集单元，使该信号采集单元处于测量状态时，待测状态信号处理单元至少电连接位于测量状态的信号采集单元周边的至少一信号采集单元，使电连接待测状态信号处理单元的信号采集单元处于待测状态；
B. 对测量状态信号采集单元的传感电容的充放电实施控制，同时对待测状态信号采集单元的传感电容的充放电也实施控制，根据传感电容所在支路上的信号，使测量状态信号采集单元的传感电容的充放电过程与待测状态信号采集单元的传感电容的充放电过程同步，从而抑制处于测量状态信号采集单元的传感电容与待测状态信号采集单元的传感电容之间的寄生电容的充放电量。
31.根据权利要求30所述的信号采集过程中的状态控制方法，其特征在于：
步骤B所述传感电容所在支路上的信号是指传感电容所在支路上的频率、电压幅度、电流幅度、相位和电荷中的至少一种参数。
32.一种识别假体手指指纹的方法，用于权利要求1所述基于自电容原理的电场式指纹识别装置，其特征在于所述方法包括如下步骤：
A. 设置阻抗变化阈值；在实施指纹识别之前完成以下步骤B至E；
B. 按照扫描频率从大到小的顺序，或者扫描频率从小到大的顺序，用不同的扫描频率检测被测手指的阻抗变化值；
C. 用步骤B测得的阻抗变化值与阻抗变化阈值比较；
如果步骤B测得的阻抗变化值不小于阻抗变化阈值，执行步骤D；
如果步骤B测得的阻抗变化值小于阻抗变化阈值，执行步骤E；
D. 判断被测手指是真体手指，开始实施指纹识别；
E. 判断被测手指是假体手指，终止指纹识别。
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