CN108363991B - 一种灵敏度增强型指纹传感器 - Google Patents

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Abstract

一种灵敏度增强型指纹传感器，包括N个检测单元，N个检测单元为阵列分布，检测单元包括内置的检测电极，检测电极与手指之间可以形成检测电容Cplate，任意两个相邻的检测电极均通过开关连接。传感器电路增设一种工作模式，可以与传统模式互相切换，两种模式输出结果也可以进行互相对比。通过将检测单元的电极通过开关互相连接，达到增强传感器分辨率的效果。增强型模式的结果与常规模式的结果可以互相对比，增强芯片的分辨率与准确率。

Description

一种灵敏度增强型指纹传感器
技术领域
本发明涉及指纹识别领域，具体涉及一种灵敏度增强型指纹传感器。
背景技术
随着社会的进步和技术的发展，近年来，移动银行、手机钱包、网络购物等电子商务业务在智能移动设备上的应用日趋广泛。相对的，公众对于集成的电子元器件性能以及网络信息安全的要求也越来越高。指纹由于具有唯一性和稳定性而使其成为个人身份识别的一种有效手段。指纹传感器有很多种类型，目前主流的有三种类型：光学取像指纹传感器、晶体电容式(或者压感式)指纹传感器和超声波取像指纹传感器。光学设备取像是利用全反射原理并使用CCD 器件来获取指纹图像，效果较好、器件本身耐磨损但成本高、体积大，不适用于集成度要求很高的移动终端上。超声波取像直接扫描真皮组织，积累在皮肤表面的赃物或油脂对获得图像影响不大，但器件成本极高，目前没有成熟的产品市场。晶体电容式指纹传感器生产采用标准CMOS技术，获取图像质量比较好 (可以通过软件调整来改善增益的图像质量)且体积和功耗都比较小，成本相对于另两种传感器低廉很多。
晶体电容式指纹传感器包括阵列排布的多个检测单元，当手指触摸检测单元时，指纹单元相当于电容器的阳极，手指的皮肤变成了电容另一极，手指的纹路深浅(即手指的“峰”和“谷”)与检测单元的实际距离不同，电容(或电感)也不同，根据该原理可检测到手指的纹路深浅形成指纹图像。
现有的电容式指纹传感器识别手指到芯片内部金属电极的距离，希望尽量放大手指脊和谷产生电容的差值，进而能够准确的识别人体指纹特征。增加检测单元感应电极的面积，可以有效的增加指纹传感器的精确度，但是现在综合各方面因数考虑，单个指纹检测单元的大小在业界已经有了统一标准，所以现在的单个检测电极，最大面积是确定的，想要增加识别率，需要采用新的结构。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种灵敏度增强型指纹传感器，具体技术方案如下：
一种灵敏度增强型指纹传感器，其特征在于：包括N个检测单元，所述N 个检测单元为阵列分布，所述检测单元包括内置的检测电极，所述检测电极与手指之间可以形成检测电容Cplate，任意两个相邻的检测电极均通过开关连接。
为更好的实现本发明，可进一步为：所述检测电容Cplate与求和电路的输入端口相连。
进一步地：所述检测单元包括放大器OPA，该放大器OPA反向端接地，同向端经检测电容Cplate与激励电源Vin相连，在所述放大器OPA输出端与所述放大器OPA同向输入端之间跨级有反馈电容Cf。
本发明的有益效果为：第一，传感器电路增设一种工作模式，可以与传统模式互相切换，两种模式输出结果也可以进行互相对比。通过将检测单元的电极通过开关互相连接，达到增强传感器分辨率的效果。增强型模式的结果与常规模式的结果可以互相对比，增强芯片的分辨率与准确率。第二，可以根据需求不同进行自行调节，选取规则没有限制，选取上下左右四个传感器单元检测电容效果更好，斜对角的传感器距离较远，所以效果不及上下左右四个传感器单元检测电容。
附图说明
图1为一种典型的指纹传感器检测电路单元；
图2为三个相邻检测电路单元的具体电路图；
图3为不同检测电路单元对应的输出波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示：检测单元包括放大器OPA，该放大器OPA反向端接地，同向端经检测电容Cplate与激励电源Vin相连，在放大器OPA输出端与放大器OPA 同向输入端之间跨级有反馈电容Cf。其中检测电容Cplate为人体手指与检测单元内置电极板形成的电容，实际传感器阵列是通过检测人体指纹脊和谷所对应的检测电容Cplate值的不同进行识别的，Vin是输入激励信号，可以设置为电源电压， Vout为传感器输出。
如图2所示：通过将检测单元的检测电容Cplate2与相邻的两个检测电容Cplate1和检测电容Cplate3连接起来，其中检测电容Cplate2、检测电容Cplate1和检测电容 Cplate3为任意的传感器阵列当中检测单元的电极与人体手指形成的检测电容。
所有的检测单元共享一个输入激励信号Vin，通过开关控制，可以设置为两个模式，当开关S1，开关S3，开关S5导通，开关S2和开关S4断开时，就是常规的指纹传感器采集模式。
当开关S2和开关S4接入后就工作在增强型模式，多个电极板连接在一起，效果相当于多个检测电容Cplate并联，因此形成的检查电容Cplate值比原来增大很多，即方便后续处理，也可以更好的抑制后续噪声信号。
两种工作模式可以互相进行比较处理，既可以增强指纹传感器的识别率，还可以减少因偶然情况导致的采集错误的问题。
可以用于叠加的指纹传感器检测单元电容不只限于相邻的两个检测单元，可以包括周围相邻的1～8个传感器检测单元。
如图3所示：深蓝色1、绿色2、浅蓝色3、黑色4、红色5分别对应着一个检测单元单独连接、两个检测单元连接、三个检测单元连接，四个检测单元连接和5个检测单元连接。输出都进行了5次积分，从图中可见，多个检测单元的连接在一起可以显著的提升输出电压的幅度，在第一次积分时尤为明显，随着积分次数的增加，多个检测单元连接的结构可能最后会达到饱和，当多次采集累计的效果变差，这个可以通过减少积分次数，比如两个检测单元互联只需要积分三次就能达到单个传感器积分5次的效果，还能通过减少积分次数节省功耗。

Claims (1)

1.一种灵敏度增强型指纹传感器，其特征在于：包括N个检测单元，所述N个检测单元为阵列分布，所述检测单元包括内置的检测电极，所述检测电极与手指之间可以形成检测电容Cplate，任意两个相邻的检测电极均通过开关连接；
所述检测电容Cplate与求和电路的输入端口相连；
所述检测单元包括放大器OPA，该放大器OPA反向端接地，同向端经检测电容Cplate与激励电源Vin相连，在所述放大器OPA输出端与所述放大器OPA同向输入端之间跨级有反馈电容Cf。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1406069A1 (en) * 2001-07-12 2004-04-07 Sony Corporation Electrostatic capacitance sensor and fingerprint collator comprising it
CN105981040A (zh) * 2014-10-13 2016-09-28 深圳市汇顶科技股份有限公司 用于指纹识别的传感器像素电路
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