CN107423672A - 一种射频式的指纹识别传感芯片架构 - Google Patents

一种射频式的指纹识别传感芯片架构 Download PDF

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吴劲
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Abstract

本发明公开了一种射频式的指纹识别传感芯片架构,其中,所述指纹识别传感芯片架构包括电源管理模块、垂直射频传感端和图像处理端,所述电源管理模块分别为所述垂直射频传感端和所述图像处理端供电,所述垂直射频传感端与所述图像处理端相互连接;所述垂直射频传感端包括依次连接的采集天线阵列、跟随器与滤波器、可变增益放大器、模数转换器、数字电路和振荡器;所述图像处理端包括微控制单元和存储单元,所述微控制单元与所述存储单元连接,所述数字电路与所述微控制单元双向连接。在本发明实施例中,采用射频式的指纹识别传感芯片架构可深入皮肤内层采集图像,免除手指污脏和其他附着物的影响,并且只能活体指纹,有效提高安全性和采集精度。

Description

一种射频式的指纹识别传感芯片架构
技术领域
本发明涉及信息采集技术领域,尤其涉及一种射频式的指纹识别传感芯片架构。
背景技术
过去的几年里,指纹解决方案已经得到了极大的关注。2013年10月苹果推出的iPhone5s采用了指纹识别功能。2014年4月,三星也宣布Galaxy S5集成了指纹传感器。由此引起的指纹的新潮流,现在大多数手机都集成了指纹识别系统。新的中国居民身份证法要求公民在更新或者更换居民身份证时,需采录他们的指纹记录;中国政府从2014年1月开始向其国民身份证上添加指纹信息。中国有超过十亿的居民身份证在流通,这个数字预计还在增长。印度独特的权威鉴定也拉开了序幕,雄心勃勃的计划给印度居民身份使用独特的身份证号码和指纹。越来越多的应用和设备一直在考虑使用安全又方便的指纹。这些都是指纹市场的重要驱动力。
指纹是人类天然的身份识别,它无需记忆,触手可及,且不像钥匙、密码、ID卡等容易被盗用或遗失;输入指纹的过程仅需轻轻一按,方便快捷。每个人的指纹都是独一无二的,且指纹数据长度约为0.5-2Kbyte之间,是普通密码长度的几百倍,其数据强度也是密码难以比拟的;而随着反欺诈技术的升级,当存在授权行为时,必然是“身临其境”的,也必然留下本人的授权记录。与其他生物识别技术相比,指纹识别早已经在消费电子、安防等产业中广泛应用。总体来说指纹识别技术在身份认证上拥有巨大优势。
指纹传感器的种类包括光学接触式、光学滑动式、光电式、晶体电容按压式、晶体压感、晶体热敏、晶体电容滑动式等等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,本发明提供了一种射频式的指纹识别传感芯片架构,可深入皮肤内层采集图像,免除手指污脏和其他附着物的影响,并且只能活体指纹,有效提高安全性和采集精度。
为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种射频式的指纹识别传感芯片架构,所述指纹识别传感芯片架构包括电源管理模块、垂直射频传感端和图像处理端,所述电源管理模块分别为所述垂直射频传感端和所述图像处理端供电,所述垂直射频传感端与所述图像处理端相互连接;其中,
所述垂直射频传感端包括采集天线阵列、跟随器与滤波器、可变增益放大器、模数转换器、数字电路和振荡器,所述采集天线阵列与所述跟随器与滤波器连接,所述跟随器与滤波器连接与所述可变增益放大器,所述可变增益放大器与所述模数转换器连接,所述模数转换器与所述数字电路电路双向连接,所述数字电路与所述可变增益放大器连接,所述振荡器与所述数字电路连接,为所述数字电路提供时钟;
所述图像处理端包括微控制单元和存储单元,所述微控制单元与所述存储单元连接,所述数字电路与所述微控制单元双向连接。
优选地,所述垂直射频传感端还包括采集阵列控制与射频时钟单元、基准偏置电路和动态参考电压产生器;
所述基准偏置电路分别与所述采集阵列控制与射频时钟单元、所述动态参考电压产生器和所述跟随器滤波器连接;
所述采集阵列控制与射频时钟单元与所述采集天线阵列连接;
所述动态参考电压产生器与所述可变增益放大器连接;
所述数字电路分别与所述采集阵列控制与射频时钟单元、所述动态参考电压产生器连接。
优选地,所述振荡器为环形振荡器,为所述数字电路提供时钟。
优选地,所述存储单元为Flash存储或ROM存储。
优选地,所述采集天线阵列由n个电感线圈组成,其中n大于一万个。
优选地,所述电感线圈由屏蔽层和射频天线线圈组成,其中所述屏蔽层由一圈接地金属线圈组成,所述射频天线线圈为至少两层金属线圈绕制而成。
在本发明实施例中,采用射频式的指纹识别传感芯片架构可深入皮肤内层采集图像,既是将一个低频的射频信号发射到真皮层,因为人体细胞液是导电的,读取真皮层的电场分布而获得整个真皮层最精确的图像,因为指纹的谷和脊的电场强弱的不同,所以传感器能获得很完整的图像,甚至人的汗孔;射频电波会直接检测皮肤下方的活体组织,而不是直接去扫皮肤表面;为了得到更明显的指纹谷和脊的电场分布,射频指纹传感器外面会加入一个驱动环,由它将射频信号发射出来,然后水晶石下面的感应组件读取从真皮层反射回来的信号,形成一幅指纹图像;这样抱着是在活体上采集到的指纹,有效的提高采集到指纹的准确性,保证用户的信息安全。
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,显而易见的,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它的附图。
图1是本发明实施例中的射频式的指纹识别传感芯片架构的结构组成示意图;
图2是本发明实施例中的采集天线阵列的电感线圈排列组成示意图;
图3是本发明实施例中的电感线圈垂直剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例中的射频式的指纹识别传感芯片架构的结构组成示意图,如图1所示,所述指纹识别传感芯片架构包括电源管理模块、垂直射频传感端和图像处理端,所述电源管理模块分别为所述垂直射频传感端和所述图像处理端供电,所述垂直射频传感端与所述图像处理端相互连接;其中,
所述垂直射频传感端包括采集天线阵列、跟随器与滤波器、可变增益放大器、模数转换器、数字电路和振荡器,所述采集天线阵列与所述跟随器与滤波器连接,所述跟随器与滤波器连接与所述可变增益放大器,所述可变增益放大器与所述模数转换器连接,所述模数转换器与所述数字电路电路双向连接,所述数字电路与所述可变增益放大器连接,所述振荡器与所述数字电路连接,为所述数字电路提供时钟;
所述图像处理端包括微控制单元和存储单元,所述微控制单元与所述存储单元连接,所述数字电路与所述微控制单元双向连接。
所述垂直射频传感端还包括采集阵列控制与射频时钟单元、基准偏置电路和动态参考电压产生器;
所述基准偏置电路分别与所述采集阵列控制与射频时钟单元、所述动态参考电压产生器和所述跟随器滤波器连接;
所述采集阵列控制与射频时钟单元与所述采集天线阵列连接;
所述动态参考电压产生器与所述可变增益放大器连接;
所述数字电路分别与所述采集阵列控制与射频时钟单元、所述动态参考电压产生器连接。
具体的,电源管理模块为整个芯片架构提供电能,使之能够正常运转;采集天线阵列将放在其上的手指指纹的相关信息转换为电信号,并将该电信号传输到跟随器与滤波器,因为采集天线阵列内的电路比较敏感,容易受到外界影响,因此采用跟随器与滤波器与外面的电路隔离,保证信号准确性;从跟随器与滤波器出来的信号经过可变增益放大器,对相应的信号进行放大处理,将从可变增益放大器出来的信号输入模数转换器中,通过模数转换器进行信号量化,将信号量化为8位的数字信号,并将8位数字信号传输到数字电路中以备下一步处理。
具体的,数字电路分别控制模数转换器、可变增益放大器、动态参考电压产生器和采集阵列控制与射频时钟,数字电路发送命令至模数转换器可实现对模数转换器控制;数字电路发送命令至可变增益放大器,可改变或控制可变增益放大器的放大效果;数字电路可以通过控制采集阵列控制与射频时钟的时钟控制采集天线阵列的采集速度或周期。
具体的,动态参考电压产生器主要采用积分取均值的方式生产参考电压,能够更好的处理整个差异情况,并给可变增益放大器和模数转换器提供动态参考电压。
具体的,基准偏置电路分别与跟随器与滤波器、采集阵列控制与射频时钟和动态参考电压产生器连接,为跟随器与滤波器、采集阵列控制与射频时钟和动态参考电压产生器提供提供相应的偏置电压。
具体的,数字电路将8位的数字信号传输到微控制单元,微控制单元对8位的数字信号作进一步处理(形成指纹图像的数据,再交给指纹算法处理,进行图像增强、图像特征性提取等)获取生物特征,并存于存储单元中,或者与存储单元中存储的生物特征进行匹配等处理,微控制器可以根据8位的数字信号的质量向数字电路发送控制命令。
具体的,振荡器为数字电路提供时钟。
在具体实施过程中,所述振荡器为环形振荡器,为所述数字电路提供时钟。
在具体实施过程中,所述存储单元为Flash存储或ROM存储。
图2是本发明实施例中的采集天线阵列的电感线圈排列组成示意图,图3是本发明实施例中的电感线圈垂直剖面图,如图2和图3所示,在具体实施过程中,所述采集天线阵列由n个电感线圈组成,其中n大于一万个。
在具体实施过程中,所述电感线圈由屏蔽层和射频天线线圈组成,其中所述屏蔽层由一圈接地金属线圈组成,所述射频天线线圈为至少两层金属线圈绕制而成。
射频式指纹识别传感芯片是将低频射频信号通过芯片外部的驱动环发射出去,并且在天线矩阵接收反馈信号,传感器芯片对反馈信号放大解调后,形成指纹图像的数据,再交给指纹算法处理,进行图像增强、图像特征性提取等;具体的流程如下:
通过采集天线阵列产生低射频信号对手指指纹信息进行采集;
将采集到的指纹信息通过跟随器与滤波器进行信号隔离和滤波处理;
将滤波处理后的信号通过可变增益放大器进行放大处理;
将放大处理的信号通过模数转换器进行转换,获取8位的数字信号;
将8位的数字信号传至数字电路,由数字电路传至微控制单元作进一步处理、存储和匹配。
矩形电感线圈的场强分布,可以根据电磁场与电磁波知识计算,假设矩形电感线圈长为a,宽为b,计算矩形电感线圈的场强分布公式如下:
其中,N为矩形电感线圈匝数,x为垂直矩形线圈平面的中心轴线的距离,I表示线圈产生的电流。
在本发明实施例中,采用射频式的指纹识别传感芯片架构可深入皮肤内层采集图像,既是将一个低频的射频信号发射到真皮层,因为人体细胞液是导电的,读取真皮层的电场分布而获得整个真皮层最精确的图像,因为指纹的谷和脊的电场强弱的不同,所以传感器能获得很完整的图像,甚至人的汗孔;射频电波会直接检测皮肤下方的活体组织,而不是直接去扫皮肤表面;为了得到更明显的指纹谷和脊的电场分布,射频指纹传感器外面会加入一个驱动环,由它将射频信号发射出来,然后水晶石下面的感应组件读取从真皮层反射回来的信号,形成一幅指纹图像;这样抱着是在活体上采集到的指纹,有效的提高采集到指纹的准确性,保证用户的信息安全。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:只读存储器(ROM,Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
另外,以上对本发明实施例所提供的一种射频式的指纹识别传感芯片架构进行了详细介绍,本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种射频式的指纹识别传感芯片架构,其特征在于,所述指纹识别传感芯片架构包括电源管理模块、垂直射频传感端和图像处理端,所述电源管理模块分别为所述垂直射频传感端和所述图像处理端供电,所述垂直射频传感端与所述图像处理端相互连接;其中,
所述垂直射频传感端包括采集天线阵列、跟随器与滤波器、可变增益放大器、模数转换器、数字电路和振荡器,所述采集天线阵列与所述跟随器与滤波器连接,所述跟随器与滤波器连接与所述可变增益放大器,所述可变增益放大器与所述模数转换器连接,所述模数转换器与所述数字电路电路双向连接,所述数字电路与所述可变增益放大器连接,所述振荡器与所述数字电路连接,为所述数字电路提供时钟;
所述图像处理端包括微控制单元和存储单元,所述微控制单元与所述存储单元连接,所述数字电路与所述微控制单元双向连接。
2.根据权利要求1所述的指纹识别传感芯片架构,其特征在于,所述垂直射频传感端还包括采集阵列控制与射频时钟单元、基准偏置电路和动态参考电压产生器;
所述基准偏置电路分别与所述采集阵列控制与射频时钟单元、所述动态参考电压产生器和所述跟随器滤波器连接;
所述采集阵列控制与射频时钟单元与所述采集天线阵列连接;
所述动态参考电压产生器与所述可变增益放大器连接;
所述数字电路分别与所述采集阵列控制与射频时钟单元、所述动态参考电压产生器连接。
3.根据权利要求1所述的指纹识别传感芯片架构,其特征在于,所述振荡器为环形振荡器,为所述数字电路提供时钟。
4.根据权利要求1所述的指纹识别传感芯片架构,其特征在于,所述存储单元为Flash存储或ROM存储。
5.根据权利要求1所述的指纹识别传感芯片架构,其特征在于,所述采集天线阵列由n个电感线圈组成,其中n大于一万个。
6.根据权利要求5所述的指纹识别传感芯片架构,其特征在于,所述电感线圈由屏蔽层和射频天线线圈组成,其中所述屏蔽层由一圈接地金属线圈组成,所述射频天线线圈为至少两层金属线圈绕制而成。
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