CN109829394A

CN109829394A - 屏下指纹芯片

Info

Publication number: CN109829394A
Application number: CN201910033362.3A
Authority: CN
Inventors: 谭玉麟; 杨军; 程泰毅
Original assignee: Silead Inc
Current assignee: Silead Inc
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2039-01-14
Also published as: CN109829394B

Abstract

本发明的目的是提供一种屏下指纹芯片，本发明屏下指纹芯片集成在一个芯片中，不是芯片到芯片之间的通讯，信号带宽会更大，不容易受到外部EMI干扰，数据稳定性更好，噪声更低。同时，本发明的屏下指纹芯片的封装尺寸会更小，所用到的外部器件更少，成本更低。所以，本发明可以降低噪声，提高数据的稳定性，减小封装尺寸，减少外部元器件，从而降低成本。不需要在CIS和控制芯片之间增加MIPI接口进行数据传输，使得设计更加简单，数据处理更加方便。

Description

屏下指纹芯片

技术领域

本发明涉及一种屏下指纹芯片。

背景技术

随着技术的发展，指纹识别技术在智能移动终端等电子设备上的应用已经得到了非常大的普及。目前，智能移动终端等电子设备都在朝着全屏屏方向发展，屏下指纹技术应运而生。屏下指纹的意思是指纹装置可以放置于电子设备的屏幕下方，在屏幕显示区域范围内形成一个指纹识别区域，当用户将手指放置于指纹识别区域时，可以进行指纹识别。

光学指纹方案因其本身具有功耗低，成本低，研发速度快等优点成为当前主流的屏下指纹识别方案。然而，目前光学指纹识别模组都是采用双芯片方案的，双芯片的意思是指：一个光学指纹识别模组包括CMOS图像传感器(CIS)芯片和逻辑控制芯片，两个芯片之间的数据交互是通过FPC软板的走线来实现。这种方案可能会受到外界EMI干扰，影响数据的稳定性，同时数据传输的带宽也会受到限制，而且双芯片方案势必会导致外部元器件增加，成本增高。

如图1所示，目前应用于智能移动终端的光学指纹识别技术是采用双芯片方案，包括CIS芯片和逻辑控制芯片两部分，模组阶段再将两个芯片封装在一起或者独立封装。

现有技术中，CIS芯片和控制芯片之间必须存在数据传输的通讯线路，这样数据传输速度会受到限制，并且存在被外部EMI干扰的风险，容易引入噪声。现有技术封装尺寸太大，同时为了维持数据的稳定性，势必需要增加更多的外部元器件，从而导致成本上升。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种屏下指纹芯片。

根据本发明的一个方面，提供了一种屏下指纹芯片，该屏下指纹芯片包括：

该屏下指纹芯片包括：模拟前端电路和数字电路，其中，

所述数字电路包括：

与外部主机连接的通信接口；

与所述模拟前端电路连接的图像信号处理器；

与所述模拟前端电路连接的扫描控制器；

分别与所述图像信号处理器和扫描控制器连接的寄存器模块，所述寄存器模块通过数据总线与通信接口通信；

与所述图像信号处理器连接的数据处理模块；

与所述数据处理模块连接的存储器，所述存储器通过数据总线与所述通信接口通信；

时钟模块，分别与所述通信接口、图像信号处理器、扫描控制器、寄存器模块和数据处理模块连接。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述模拟前端电路，用于从所述扫描控制器接收扫描指令，根据所述扫描指令采集外部的指纹模拟信号，并将指纹模拟信号转化为指纹数字信号后，传输给图像信号处理器，所述模拟前端电路同时也为所述数字电路提供时钟信号。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述图像信号处理器，用于从所述模拟前端电路接收指纹数字信号，对所述指纹数字信号进行处理得到指纹图像数据后，将所述指纹图像数据发送数据处理模块。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述数据处理模块，用于接收来自图像信号处理器的所述指纹图像数据，并将所述指纹图像数据进行包括数据宽度的截取或拼接、减小所述指纹图像数据的噪声的处理。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述寄存器模块，用于存放所述图像信号处理器和扫描控制器的配置信息，其中，外部主机通过所述通信接口与所述寄存器模块通讯，以向所述寄存器模块发送所述配置信息。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述时钟模块，用于给所述通信接口、图像信号处理器、扫描控制器、寄存器模块和数据处理模块，分别分配对应的时钟信号。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述存储器，用于存放经过所述数据处理模块处理后的指纹图像数据，并通过总线将所述处理后的指纹图像数据从通信接口传输给外部主机。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述模拟前端电路，包括：

CMOS图像传感器；

分别与所述CMOS图像传感器和图像信号处理器连接的模数转化模块；

振荡器；

分别与所述振荡器和时钟模块连接的PLL锁相环；

分别与所述扫描控制器和CMOS图像传感器连接的数模转化模块。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述CMOS图像传感器，用于采集指纹信息，将采集的指纹信息转化为指纹模拟信号后，发送给所述模数转化模块；

所述模数转化模块，用于将所述指纹模拟信号转化为指纹数字信号后，发送给所述图像信号处理器进行处理；

所述振荡器，用于产生时钟信号给PLL锁相环，以为所述PLL锁相环提供参考时钟；

所述PLL锁相环，用于输出信号给数字电路的时钟模块；

所述时钟模块，用于根据所述PLL锁相环输出的信号并通过分频得到不同频率的时钟，以分别提供给所述通信接口、图像信号处理器、扫描控制器、寄存器模块和数据处理模块；

所述数模转化模块块，用于接收数字电路的扫描控制器传来的扫描指令数字信号，并将扫描指令数字信号转化为扫描指令模拟信号后，发送给所述CMOS图像传感器。

进一步的，上述屏下指纹芯片中，所述外部主机通过写所述寄存器模块的寄存器值，向所述扫描控制器发送扫描方式、启动或停止的扫描指令，所述扫描控制器，用于根据启动的扫描指令启动扫描后，根据所述扫描方式的扫描指令产生时序信号，将时序信号输出给模拟前端电路的数模转化模块，以控制所述CMOS图像传感器的扫描方式。

与现有技术相比，本发明屏下指纹芯片集成在一个芯片中，不是芯片到芯片之间的通讯，信号带宽会更大，不容易受到外部EMI干扰，数据稳定性更好，噪声更低。同时，本发明的屏下指纹芯片的封装尺寸会更小，所用到的外部器件更少，成本更低。所以，本发明可以降低噪声，提高数据的稳定性，减小封装尺寸，减少外部元器件，从而降低成本。不需要在CIS和控制芯片之间增加MIPI接口进行数据传输，使得设计更加简单，数据处理更加方便。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出现有的屏下指纹芯片的模块图

图2示出本发明一实施例的屏下指纹芯片的模块图；

图3示出本发明一实施例的屏下指纹芯片的结构图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

在本申请一个典型的配置中，终端、服务网络的设备和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flashRAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

如图2和3所示，本发明提供一种屏下指纹芯片，包括：模拟前端电路AFE(Analogfront end)和数字电路DIGITAL，其中，

所述数字电路DIGITAL包括：

与外部主机AP连接的通信接口SPI；

在此，通信接口SPI是屏下指纹芯片与智能移动终端的通信接口；

与所述模拟前端电路AFE连接的图像信号处理器ISP；

与所述模拟前端电路AFE连接的扫描控制器SCAN CTRL；

分别与所述图像信号处理器ISP和扫描控制器SCAN CTRL连接的寄存器模块REG，所述寄存器模块REG通过数据总线BUS与通信接口SPI通信；

与所述图像信号处理器ISP连接的数据处理模块DATA Process；

与所述数据处理模块DATA Process连接的存储器SRAM，所述存储器SRAM通过数据总线BUS与通信接口SPI通信；

时钟模块CLOCKGEN，分别与所述通信接口SPI、图像信号处理器ISP、扫描控制器SCAN CTRL、寄存器模块REG和数据处理模块DATA Process连接。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述模拟前端电路AFE，用于从扫描控制器SCAN CTRL接收扫描指令，根据所述扫描指令采集外部的指纹模拟信号，并将指纹模拟信号转化为指纹数字信号后，传输给图像信号处理器ISP，同时也为数字电路DIGITAL提供稳定的高速时钟信号。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述图像信号处理器ISP，用于从所述模拟前端电路AFE接收指纹数字信号，对所述指纹数字信号进行处理得到指纹图像数据后，将所述指纹图像数据发送数据处理模块DATA Process。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述数据处理模块DATA Process，用于接收来自图像信号处理器ISP的所述指纹图像数据，并将所述指纹图像数据按照需求进行处理，例如数据宽度的截取或拼接，并通过一系列将图像数据优化的算法功能，可以减小所述指纹图像数据的噪声。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述寄存器模块REG，用于存放所述图像信号处理器ISP和扫描控制器SCAN CTRL的配置信息，可以通过更改配置信息，来控制图像信号处理器ISP和扫描控制器SCAN CTRL这两个模块的工作方式，外部主机AP如智能终端设备可以通过所述通信接口SPI与所述寄存器模块REG通讯，以向寄存器模块REG发送所述配置信息。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述时钟模块CLOCKGEN给数字电路DIGITAL的各个模块如所述通信接口SPI、图像信号处理器ISP、扫描控制器SCAN CTRL、寄存器模块REG和数据处理模块DATA Process，分配所需的时钟信号，不同的模块可能需求的时钟频率不一样。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述存储器SRAM，用于存放经过所述数据处理模块DATA Process处理后的指纹图像数据，并通过总线将所述处理后的指纹图像数据从通信接口SPI传输给外部主机AP。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述模拟前端电路AFE，包括：

CMOS图像传感器；

分别与所述CMOS图像传感器和图像信号处理器ISP连接的模数转化模块ADC；

振荡器；

分别与所述振荡器和时钟模块CLOCKGEN连接的PLL锁相环；

分别与所述扫描控制器SCAN CTRL和CMOS图像传感器连接的数模转化模块DAC。

本发明的屏下指纹芯片一实施例中，所述CMOS图像传感器，用于采集指纹信息，将采集的指纹信息转化为指纹模拟信号(电压信号)后，发送给所述模数转化模块ADC；

所述模数转化模块ADC，用于将所述指纹模拟信号转化为指纹数字信号后，发送给所述图像信号处理器ISP进行处理；

所述振荡器，用于产生时钟信号给PLL锁相环，以为PLL锁相环提供参考时钟；

所述PLL锁相环，用于输出信号给数字电路DIGITAL的时钟模块CLOCKGEN；

所述时钟模块CLOCKGEN，用于根据所述PLL锁相环输出的信号并通过分频得到不同频率的时钟，以分别提供给所述通信接口SPI、图像信号处理器ISP、扫描控制器SCANCTRL、寄存器模块REG和数据处理模块DATA Process；

所述数模转化模块DAC，用于接收数字电路DIGITAL的扫描控制器SCAN CTRL传来的扫描指令数字信号，并将扫描指令数字信号转化为扫描指令模拟信号后，发送给所述CMOS图像传感器；

所述扫描控制器SCAN CTRL，用于控制所述CMOS图像传感器的扫描方式、启动或停止，通过扫描控制器SCAN CTRL来控制芯片的工作模式，外部主机AP通过写寄存器模块REG的寄存器值，向所述扫描控制器SCAN CTRL发送扫描方式、启动或停止的扫描指令，所述扫描控制器SCAN CTRL根据启动的扫描指令启动扫描后，根据所述扫描方式的扫描指令产生时序信号，将时序信号输出给模拟前端电路AFE的数模转化模块DAC，以控制所述CMOS图像传感器的扫描方式。

如图2和3所示，本发明的方案采用单芯片结构，CIS和控制逻辑都集成在一个芯片中，从CIS采集到的指纹数据通过ADC直接输出给控制逻辑模块，不需要跨芯片传输，所以不用增加额外的通信接口。本发明在芯片设计时需要同时兼容CIS工艺和数字逻辑工艺。

综上所述，本发明屏下指纹芯片集成在一个芯片中，不是芯片到芯片之间的通讯，信号带宽会更大，不容易受到外部EMI干扰，数据稳定性更好，噪声更低。同时，本发明的屏下指纹芯片的封装尺寸会更小，所用到的外部器件更少，成本更低。所以，本发明可以降低噪声，提高数据的稳定性，减小封装尺寸，减少外部元器件，从而降低成本。不需要在CIS和控制芯片之间增加MIPI接口进行数据传输，使得设计更加简单，数据处理更加方便。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

另外，本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。而调用本发明的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本发明的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本发明的多个实施例的方法和/或技术方案。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims

1.一种屏下指纹芯片，其中，该屏下指纹芯片包括：模拟前端电路和数字电路，其中，

所述数字电路包括：

与外部主机连接的通信接口；

与所述模拟前端电路连接的图像信号处理器；

与所述模拟前端电路连接的扫描控制器；

与所述图像信号处理器连接的数据处理模块；

2.根据权利要求1所述的屏下指纹芯片，其中，所述模拟前端电路，用于从所述扫描控制器接收扫描指令，根据所述扫描指令采集外部的指纹模拟信号，并将指纹模拟信号转化为指纹数字信号后，传输给图像信号处理器，所述模拟前端电路同时也为所述数字电路提供时钟信号。

3.根据权利要求2所述的屏下指纹芯片，其中，所述图像信号处理器，用于从所述模拟前端电路接收指纹数字信号，对所述指纹数字信号进行处理得到指纹图像数据后，将所述指纹图像数据发送数据处理模块。

4.根据权利要求3所述的屏下指纹芯片，其中，所述数据处理模块，用于接收来自图像信号处理器的所述指纹图像数据，并将所述指纹图像数据进行包括数据宽度的截取或拼接、减小所述指纹图像数据的噪声的处理。

5.根据权利要求4所述的屏下指纹芯片，其中，所述寄存器模块，用于存放所述图像信号处理器和扫描控制器的配置信息，其中，外部主机通过所述通信接口与所述寄存器模块通讯，以向所述寄存器模块发送所述配置信息。

6.根据权利要求5所述的屏下指纹芯片，其中，所述时钟模块，用于给所述通信接口、图像信号处理器、扫描控制器、寄存器模块和数据处理模块，分别分配对应的时钟信号。

7.根据权利要求6所述的屏下指纹芯片，其中，所述存储器，用于存放经过所述数据处理模块处理后的指纹图像数据，并通过总线将所述处理后的指纹图像数据从通信接口传输给外部主机。

8.根据权利要求7所述的屏下指纹芯片，其中，所述模拟前端电路，包括：

CMOS图像传感器；

振荡器；

分别与所述振荡器和时钟模块连接的PLL锁相环；

9.根据权利要求8所述的屏下指纹芯片，其中，所述CMOS图像传感器，用于采集指纹信息，将采集的指纹信息转化为指纹模拟信号后，发送给所述模数转化模块；

所述PLL锁相环，用于输出信号给数字电路的时钟模块；

10.根据权利要求9所述的屏下指纹芯片，其中，所述外部主机通过写所述寄存器模块的寄存器值，向所述扫描控制器发送扫描方式、启动或停止的扫描指令，所述扫描控制器，用于根据启动的扫描指令启动扫描后，根据所述扫描方式的扫描指令产生时序信号，将时序信号输出给模拟前端电路的数模转化模块，以控制所述CMOS图像传感器的扫描方式。