CN106778702A - 指纹识别模组及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种指纹识别模组及装置，接地保护单元接地并能够在用户按压指纹传感器时先于指纹传感器接触用户，以将静电传导至大地。指纹传感器与控制器连接。ESD检测电路的输入端与接地保护单元连接，且ESD检测电路的输出端与控制器连接。ESD检测电路用于通过接地保护单元检测因静电放电而产生的高电压振铃现象，并将检测结果发送至控制器。控制器用于通过检测结果判断出现高电压振铃现象后，对指纹传感器采取相应保护措施。该指纹识别模组及装置中，控制器能够通过ESD检测电路及时发现高电压振铃现象，进而对指纹传感器采取相应的保护措施以避免指纹传感器发生闩锁效应，从而提高指纹识别模组的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域，特别是涉及一种指纹识别模组及装置。
背景技术
指纹识别利用人体的指纹特征对个人身份进行识别，在所有的生物识别技术中，其是目前最为成熟、应用最广的生物识别技术，已经开始广泛应用于各种电子设备中，比如手机等智能终端、门禁安防设备等。基于指纹识别技术的成像原理，为了能产生指纹图像，需要人的手指与指纹传感器表面充分接触，这样使得指纹传感器很容易受到静电放电(ESD，Electro-Static discharge)的影响。特别是在天气比较干燥、湿度低于60％的环境下，静电放电现象更为严重，因为人们在使用指纹识别模组时，在按压过程中往往是第一时间和第一点先接触到指纹传感器，而静电放电电压此时会非常高，这种人体接触式的静电放电电压有可能会达到1千伏至8千伏，从而对指纹识别模组造成非常大的伤害。如果指纹识别模组对静电放电现象的保护措施做得不够到位，极有可能损害指纹识别模组及其他传感器器件，从而导致功能失效。由此可见，设计一种可靠的静电放电检测及保护电路在指纹识别技术的应用中变得尤为重要。
如图1所示，是一种常见的指纹识别模组结构图，包括指纹传感器10和接地环20(Ring/Bezel)，其中接地环的材质采用的是金属材质，正常应用时，为了增强指纹识别模组的静电放电保护特性和有效减小指纹图像噪声，接地环需要接地。当手指按压到指纹传感器时，会首先接触到接地环，此时人体静电可通过接地环泄放到大地，从而起到保护指纹传感器的作用。另外，接地环的引入也使得电路中存在寄生的RC电路，在该寄生的RC电路中，电阻R1是等效于接地环接地的电阻，其电阻大小取决于接地环导电性能、接地环与FPC(Flexible Printed Circuit，柔性电路板)地线开窗接触的面积的大小、粘合环与FPC间的导电材料等有关。其中，FPC是指用于指纹识别模组所在的FPC。电容C1则是接地环与FPC间的寄生电容。一般指纹识别模组的设计生产要求为R1≤10Ω，对电容C1目前无特殊要求。
然而，在实际应用中，人的手指接触到接地环并且形成静电放电回路的情况时有发生，假如静电放电回路不理想，加上电路中形成的寄生RC电路，此时指纹传感器附近极有可能因为高压静电放电而产生高电压振铃(Ringing)现象，如图2所示，高电压振铃电压继而再引起指纹传感器内部发生闩锁效应(latch up)。一旦指纹传感器出现闩锁效应，其工作则会出现异常，工作电流会变大，从而可能导致指纹传感器因此而失效甚至出现永久性损坏。
发明内容
基于此，有必要针对传统指纹识别模组的指纹传感器因闩锁效应而出现异常的问题，提供一种指纹识别模组及装置。
一种指纹识别模组，包括指纹传感器、接地保护单元及控制器；所述接地保护单元接地，且所述接地保护单元能够在用户按压所述指纹传感器时先于所述指纹传感器接触所述用户，以将静电传导至大地；所述指纹传感器与所述控制器连接；所述指纹识别模组还包括ESD检测电路；所述ESD检测电路的输入端与所述接地保护单元连接，且所述ESD检测电路的输出端与所述控制器连接；
所述ESD检测电路用于通过所述接地保护单元检测因静电放电而产生的高电压振铃现象，并将检测结果发送至所述控制器；所述控制器用于通过所述检测结果判断出现所述高电压振铃现象后，对所述指纹传感器采取相应保护措施。
在其中一个实施例中，所述ESD检测电路包括振铃电压信号感应单元和接口保护单元；所述振铃电压信号感应单元的输入端为所述ESD检测电路的输入端，所述振铃电压信号感应单元的输出端通过所述接口保护单元接地；所述振铃电压信号感应单元与所述接口保护单元的公共端为所述ESD检测电路的输出端；
所述振铃电压信号感应单元用于通过耦合的方式来感应所述接地保护单元中由所述静电放电现象产生的振铃电压信号，并将感应的所述振铃电压信号输出至所述控制器；所述接口保护单元用于对所述控制器进行静电保护。
在其中一个实施例中，所述振铃电压信号感应单元包括电容。
在其中一个实施例中，所述接口保护单元包括TVS二极管。
在其中一个实施例中，所述控制器具体用于通过所述检测结果判断出现所述高电压振铃现象后，对所述指纹传感器采取包括重启所述指纹传感器、复位所述指纹传感器中的任一者或两者的保护措施。
在其中一个实施例中，所述接地保护单元包括接地环。
一种指纹识别装置，用于与控制器连接；所述指纹识别装置包括指纹传感器及接地保护单元；所述接地保护单元接地，且所述接地保护单元能够在用户按压所述指纹传感器时先于所述指纹传感器接触所述用户，以将静电传导至大地；所述指纹传感器与所述控制器连接；所述指纹识别装置还包括ESD检测电路；所述ESD检测电路的输入端与所述接地保护单元连接，且所述ESD检测电路的输出端与所述控制器连接；
所述ESD检测电路用于通过所述接地保护单元检测因静电放电而产生的高电压振铃现象，并将检测结果发送至所述控制器；所述控制器用于通过所述检测结果判断出现所述高电压振铃现象后，对所述指纹传感器采取相应保护措施。
在其中一个实施例中，所述ESD检测电路包括振铃电压信号感应单元和接口保护单元；所述振铃电压信号感应单元的输入端为所述ESD检测电路的输入端，所述振铃电压信号感应单元的输出端通过所述接口保护单元接地；所述振铃电压信号感应单元与所述接口保护单元的公共端为所述ESD检测电路的输出端；
所述振铃电压信号感应单元用于通过耦合的方式来感应所述接地保护单元中由所述静电放电现象产生的振铃电压信号，并将感应的所述振铃电压信号输出至所述控制器；所述接口保护单元用于对所述控制器进行静电保护。
在其中一个实施例中，所述振铃电压信号感应单元包括电容。
在其中一个实施例中，所述接口保护单元包括TVS二极管。
上述指纹识别模组及装置具有的有益效果为：该指纹识别模组及装置中，控制器能够通过ESD检测电路及时发现高电压振铃现象，进而对指纹传感器采取相应的保护措施以避免指纹传感器发生闩锁效应，从而提高指纹识别模组的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1为传统指纹识别模组的结构示意图；
图2为高电压振铃现象的电压变化示意图；
图3为一实施例提供的指纹识别模组的组成框图；
图4为图3所示实施例的指纹识别模组的其中一种具体组成框图；
图5为图4所示实施例的指纹识别模组的其中一种具体电路图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参考图3、图5，一实施例提供了一种指纹识别模组，包括指纹传感器100、接地保护单元200、控制器300及ESD检测电路400。
其中，指纹传感器100与控制器300连接。ESD检测电路400的输入端与接地保护单元200连接，且ESD检测电路400的输出端与控制器300连接。接地保护单元200接地，且接地保护单元200能够在用户按压指纹传感器100时先于指纹传感器100接触用户，以将静电传导至大地。换言之，用户在用手指按压指纹传感器100时，首先会接触到接地保护单元200，之后才会接触到指纹传感器100，从而使得人体静电通过接地保护单元传导至大地，以避免人体静电直接加载在指纹传感器100上而造成损坏。
本发明实施例中，指纹传感器100由电容阵列构成，当用户将手指放到指纹传感器100正面时，皮肤就组成了电容阵列的一个极板，电容阵列的背面是绝缘极板。由于不同区域指纹的脊和谷之间的距离不相等，使得每个单元的电容量随之而变，由此可获得指纹图像。
接地保护单元200能够导电，并且接地保护单元200能够使电路中产生寄生RC电路。如图5所示，寄生RC电路包括等效于接地保护单元200接地的电阻R1和接地保护单元200与FPC间的寄生电容C1。具体的，接地保护单元200为接地环。该接地环的材料为金属材质，并且，接地环环绕在指纹传感器100外围。
ESD检测电路400用于通过接地保护单元200检测因静电放电而产生的高电压振铃现象，并将检测结果发送至控制器300。其中，静电放电是指具有不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移。高电压振铃现象如图2所示，高电压振铃的信号为高频的交流电。由于高电压振铃现象是在发生静电放电现象后由寄生RC电路引起的，因此通过检测接地保护单元200的相关电学参数即可检测到是否发生高电压振铃现象。
控制器300用于通过上述检测结果判断出现高电压振铃现象后，对指纹传感器100采取相应保护措施。具体的，控制器300具体用于通过上述检测结果判断出现高电压振铃现象后，对指纹传感器100采取包括重启指纹传感器100、复位指纹传感器100中的任一者或两者的保护措施，从而避免发生闩锁效应。
具体的，检测结果包括有效的上升沿和下降沿，从而能够作为中断请求信号(IRQ)，这时ESD检测电路400将检测结果发送至控制器300的中断信号脚，以告知控制器300发生了高电压振铃现象。另外，在指纹识别模组的使用过程中，指纹传感器100也通过不停地检测手指，而向控制器300发送包括上升沿或下降沿的信号，以上报相应的中断请求信号。
在上述情形下，由于ESD检测电路400和指纹传感器100向控制器300发送的信号都是中断请求信号，因此控制器300需要分辨出中断请求源是ESD检测电路400还是指纹传感器100。具体的判断方式可以为：当控制器300接收到中断请求信号后，控制器300可以通过读写一些设定寄存器的值来检测指纹传感器100的相关运行参数，从而判断指纹传感器100是否正常运行，如果是，则判定中断请求信号是由指纹传感器100发送的，代表这时没有出现静电放电现象，该指纹识别模组处于正常运行状态，这时控制器100按照正常的控制方式执行(例如：正常解锁)；否则，判定中断请求信号是由ESD检测电路400发送的，代表出现了高电压振铃现象，这时控制器100可以控制指纹传感器100重启或复位，从而及时消除闩锁效应。
综上，本发明实施例提供的上述指纹识别模组的工作原理为：当用户的手指接触到指纹识别模组后，若出现了人体静电放电现象，则静电可以通过接地保护单元200泄放到大地，同时，寄生RC电路会造成高电压振铃现象。当ESD检测电路400检测到接地保护单元200中出现的高电压振铃现象后，上报至控制器300，控制器300确认发生了高电压振铃现象后则采取相应的保护措施，从而抑制指纹传感器100发生闩锁效应。
因此，在上述指纹识别模组中，控制器300能够通过ESD检测电路400及时发现高电压振铃现象，进而对指纹传感器100采取相应的保护措施以避免指纹传感器100发生闩锁效应，让指纹识别模组恢复正常工作，从而提高指纹识别模组的使用寿命。
在其中一个实施例中，请参考图4和图5，ESD检测电路400包括振铃电压信号感应单元410和接口保护单元420。振铃电压信号感应单元410的输入端为ESD检测电路400的输入端，振铃电压信号感应单元410的输出端通过接口保护单元420接地。振铃电压信号感应单元410与接口保护单元420的公共端为ESD检测电路400的输出端，即振铃电压信号感应单元410与接口保护单元420的公共端与控制器300连接。
其中，振铃电压信号感应单元410用于通过耦合的方式来感应接地保护单元200中由静电放电现象产生的振铃电压信号，并将感应的振铃电压信号输出至控制器300。耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络等的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。振铃电压信号是指高电压振铃现象对应的电压信号。本发明实施例中，振铃电压信号感应单元410采用耦合的方式来检测高电压振铃现象，可以达到隔离的效果。
具体的，请参考图5，振铃电压信号感应单元410包括电容Cg。其中，电容Cg的电容大小可以为10pF。由于高电压振铃现象产生的信号属于高频的交流电，因此通过电容耦合即可将该交流电从电容Cg靠近接地保护单元200的一侧极板传递至靠近控制器300的一侧极板，进而传输至控制器300。
可以理解的是，振铃电压信号感应单元410的具体实现方式不限于上述情况，例如还可以增加一些其他关于信号处理的器件(例如：放大器等)来提高控制器300对检测结果的可辨识度，以提高控制器300识别高电压振铃现象的精确度。
接口保护单元420用于对控制器300进行静电保护，从而保护控制器300的输入端对应的I/O口、与此I/O口连接的控制器300的内部电路及与此I/O口相连接的其他内部器件，不会被引入的静电所击穿。
具体的，请参考图5，接口保护单元420包括TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态抑制)二极管。由于TVS二极管具有的特性为：当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS二极管能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，以保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击，因此本发明实施例通过采用TVS二极管，可以对控制器300及其他相关的电路进行静电保护。
可以理解的是，接口保护单元420也可以采用其他类型的ESD静电保护器件，例如：聚合体器件、压敏电阻和抑制器等。
在另一实施例中，提供了一种指纹识别装置，用于与控制器连接。所述指纹识别装置包括指纹传感器及接地保护单元。所述接地保护单元接地，且所述接地保护单元能够在用户按压所述指纹传感器时先于所述指纹传感器接触所述用户，以将静电传导至大地。所述指纹传感器与所述控制器连接。所述指纹识别装置还包括ESD检测电路。所述ESD检测电路的输入端与所述接地保护单元连接，且所述ESD检测电路的输出端与所述控制器连接。
所述ESD检测电路用于通过所述接地保护单元检测因静电放电而产生的高电压振铃现象，并将检测结果发送至所述控制器。所述控制器用于通过所述检测结果判断出现所述高电压振铃现象后，对所述指纹传感器采取相应保护措施。
在其中一个实施例中，所述ESD检测电路包括振铃电压信号感应单元和接口保护单元。所述振铃电压信号感应单元的输入端为所述ESD检测电路的输入端，所述振铃电压信号感应单元的输出端通过所述接口保护单元接地。所述振铃电压信号感应单元与所述接口保护单元的公共端为所述ESD检测电路的输出端。
所述振铃电压信号感应单元用于通过耦合的方式来感应所述接地保护单元中由所述静电放电现象产生的振铃电压信号，并将感应的振铃电压信号输出至所述控制器。所述接口保护单元用于对所述控制器进行静电保护。
在其中一个实施例中，所述振铃电压信号感应单元包括电容。
在其中一个实施例中，所述接口保护单元包括TVS二极管。
在其中一个实施例中，所述保护措施包括重启所述指纹传感器、复位所述指纹传感器中的任一者或两者。
在其中一个实施例中，所述接地保护单元包括接地环。
需要说明的是，本发明实施例提供的指纹识别装置涉及的指纹传感器、接地保护单元、控制器、ESD检测电路分别对应与上述实施例提供的指纹识别模组中涉及的指纹传感器100、接地保护单元200、控制器300、ESD检测电路400相同，这里就不再赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种指纹识别模组，包括指纹传感器、接地保护单元及控制器；所述接地保护单元接地，且所述接地保护单元能够在用户按压所述指纹传感器时先于所述指纹传感器接触所述用户，以将静电传导至大地；所述指纹传感器与所述控制器连接；其特征在于，所述指纹识别模组还包括ESD检测电路；所述ESD检测电路的输入端与所述接地保护单元连接，且所述ESD检测电路的输出端与所述控制器连接；
所述ESD检测电路用于通过所述接地保护单元检测因静电放电而产生的高电压振铃现象，并将检测结果发送至所述控制器；所述控制器用于通过所述检测结果判断出现所述高电压振铃现象后，对所述指纹传感器采取相应保护措施。
2.根据权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述ESD检测电路包括振铃电压信号感应单元和接口保护单元；所述振铃电压信号感应单元的输入端为所述ESD检测电路的输入端，所述振铃电压信号感应单元的输出端通过所述接口保护单元接地；所述振铃电压信号感应单元与所述接口保护单元的公共端为所述ESD检测电路的输出端；
所述振铃电压信号感应单元用于通过耦合的方式来感应所述接地保护单元中由所述静电放电现象产生的振铃电压信号，并将感应的所述振铃电压信号输出至所述控制器；所述接口保护单元用于对所述控制器进行静电保护。
3.根据权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于，所述振铃电压信号感应单元包括电容。
4.根据权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于，所述接口保护单元包括TVS二极管。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的指纹识别模组，其特征在于，所述控制器具体用于通过所述检测结果判断出现所述高电压振铃现象后，对所述指纹传感器采取包括重启所述指纹传感器、复位所述指纹传感器中的任一者或两者的保护措施。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的指纹识别模组，其特征在于，所述接地保护单元包括接地环。
7.一种指纹识别装置，用于与控制器连接；所述指纹识别装置包括指纹传感器及接地保护单元；所述接地保护单元接地，且所述接地保护单元能够在用户按压所述指纹传感器时先于所述指纹传感器接触所述用户，以将静电传导至大地；所述指纹传感器与所述控制器连接；其特征在于，所述指纹识别装置还包括ESD检测电路；所述ESD检测电路的输入端与所述接地保护单元连接，且所述ESD检测电路的输出端与所述控制器连接；
所述ESD检测电路用于通过所述接地保护单元检测因静电放电而产生的高电压振铃现象，并将检测结果发送至所述控制器；所述控制器用于通过所述检测结果判断出现所述高电压振铃现象后，对所述指纹传感器采取相应保护措施。
8.根据权利要求7所述的指纹识别装置，其特征在于，所述ESD检测电路包括振铃电压信号感应单元和接口保护单元；所述振铃电压信号感应单元的输入端为所述ESD检测电路的输入端，所述振铃电压信号感应单元的输出端通过所述接口保护单元接地；所述振铃电压信号感应单元与所述接口保护单元的公共端为所述ESD检测电路的输出端；
所述振铃电压信号感应单元用于通过耦合的方式来感应所述接地保护单元中由所述静电放电现象产生的振铃电压信号，并将感应的所述振铃电压信号输出至所述控制器；所述接口保护单元用于对所述控制器进行静电保护。
9.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，所述振铃电压信号感应单元包括电容。
10.根据权利要求8所述的指纹识别装置，其特征在于，所述接口保护单元包括TVS二极管。
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