CN109871837A - 一种应用于电容式指纹检测系统的手指探测电路与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于电容式指纹检测系统的手指探测电路与方法，连接指纹模组，指纹模组包括手指探测模块和指纹检测模块；本发明包括探测信号输出单元和探测信号输入检测单元，探测信号输出单元包括低频振荡器、高频振荡器和PWM波形发生器；探测信号输入检测单元包括电压比较器和计数器，低频振荡器和PWM波形发生器连接，PWM波形发生器分别连接高频振荡器和电压比较器，高频振荡器和手指探测模块相连，手指探测模块和电压比较器相连，电压比较器和计数器相连，计数器和指纹检测模块相连；电压比较器用于对手指探测模块输入的电压和基准电压进行比较。本发明能有效降低电容式指纹检测系统待机功耗，而且所有模块均可采用现有技术模块，简单可靠。
Description
技术领域
本发明属于芯片技术领域，更具体地说，涉及一种应用于电容式指纹检测系统中的手指探测电路与方法。
背景技术
电容式指纹识别中，由于大部分检测时间短，而待机时间很长，如何降低待机功耗成为一个设计重点。在一些己有的设计方案中，会利用原系统中的16MHz振荡器，让其作为基频；再从基频上分频得到1MHz左右的高频，再分频得到10KHz的低频，利用低频10KHz的信号周期性扫描手指是否按下；再利于1MHz检测按下的时间，从而降低工作时间，降低功耗。采用此种方式需要维持16MHz的振荡器及其附属电路，需要的功耗也不小。
比如申请号为2013107444460，名称为“指纹传感器及指纹传感器的控制方法”的中国专利中就披露了一种方法，根据导体层和手指之间形成的感应电容判断手指与检测面板之间的距离是否较小，在较小时使多个指纹检测单元开始工作进行指纹扫描；当手指与检测面板之间的距离较大时，多个指纹检测单元停止工作，以降低指纹检测单元的功耗。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中电容式指纹检测中待机功耗过大的问题，有必要提出一种有效的解决办法。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种应用于电容式指纹检测系统的手指探测电路，其连接指纹模组，指纹模组包括手指探测模块和指纹检测模块；本发明包括探测信号输出单元和探测信号输入检测单元，其中，探测信号输出单元包括低频振荡器、高频振荡器和PWM波形发生器；探测信号输入检测单元包括电压比较器和计数器，其中，低频振荡器和PWM波形发生器连接，PWM波形发生器分别连接高频振荡器和电压比较器，高频振荡器和手指探测模块相连，手指探测模块和电压比较器相连，电压比较器和计数器相连，计数器和指纹检测模块相连；所述电压比较器用于对手指探测模块输入的电压和基准电压进行比较。
在没有手指按压的情况下，整个系统只有低频振荡器工作，其他的模块不工作。在低频振荡器工作期间，PWM波形发生器输出高电平时，高频振荡器和电压比较器都开始工作；在高频振荡器工作期间，当有手指按压时，手指探测模块检测到电压变低并将变低的电压信号传输给电压比较器，电压比较器将手指探测模块输出的电压和基准电压进行比较，然后输出给计数器，计数器加1；当计数器的值累计达到预先设定的数值时，计数器输出一个信号给指纹检测模块，指纹检测模块开始工作；如果计数器的值没有达到预先设定的数值，则继续工作，直到当前的占空比周期完成。采用这样的方式，待机时只有低频的振荡器在工作，可最大限度降低没有手指按压时电容式指纹检测系统的待机功耗。
进一步地，所述PWM波形发生器的占空比可调。
用户可以根据指纹系统的实际应用情况来调整PWM波形发生器的占空比，以实现指纹检测的最佳效果和降低功耗之间的最佳配置。
进一步地，所述基准电压由基准电压产生电路产生。
进一步地，所述高频振荡器的振荡频率为低频振荡器频率的10—100倍。
本发明中的所有模块均可采用现有技术中的通用设计，实现起来简单而且可靠性好。
本发明同时提供一种应用于电容式指纹检测的方法，包括以下步骤：
S1：PWM波形发生器以低频振荡器为时钟产生波形，当PWM波形发生器输出高电平时，进行步骤S2，否则高频振荡器和电压比较器不工作，计数器清零；
S2：高频振荡器和电压比较器开始工作，手指探测模块进行检测，并输出信号给电压比较器；
S3：电压比较器将手指模块输出的电压和基准电压进行比较，并将结果输出给计数器，当比较结果表示手指探测模块检测到手指，则计数器加1；
S4：当计数器的值累计到预先设定的数值后，计数器发送一个信号给指纹检测模块，指纹检测模块开始进行指纹检测。
采用这种方法，只有在PWM波形发生器输出高电平的情况下，高频振荡器、电压比较器、手指探测模块和指纹检测模块才开始工作，否则的话，只有低频振荡器工作，可以极大地降低电容式指纹检测系统中的待机功耗。
3.有益效果
(1)本发明能够有效降低电容式指纹检测系统待机功耗；
(2)本发明所有模块均可采用现有技术中的通用模块，简单可靠。
附图说明
图1为本发明的模块框图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
如图1所示，本发明用于连接指纹模组，指纹模组包括手指探测模块和指纹检测模块；本发明包括探测信号输出单元和探测信号输入检测单元，其中，探测信号输出单元包括低频振荡器、高频振荡器和PWM波形发生器，所述PWM波形发生器的占空比可调；探测信号输入检测单元包括电压比较器和计数器，其中，低频振荡器和PWM波形发生器连接，PWM波形发生器分别连接高频振荡器和电压比较器，高频振荡器和外部的手指探测模块相连，手指探测模块和电压比较器相连，电压比较器和计数器相连，计数器和外部的指纹检测模块相连；所述电压比较器将手指探测模块输入的电压和基准电压产生电路输出的基准电压进行比较。
低频振荡器产生低频振荡信号给PWM波形发生器，PWM波形发生器以其为基准节拍，开始产生指定占空比的PWM波形。当PWM波形发生器输出高电平时，高频振荡器和电压比较器，以及后面的探测信号输入检测单元都开始工作；高频振荡器输出探测信号给手指探测模块。
实际应用中，当没有手指按压时，系统只有低频振荡器工作，高频振荡器和其他模块均关闭。低频振荡器给PWM波形发生器提供时钟，生成PWM信号，当PWM波形发生器输出高电平时，PWM波形发生器分别给高频振荡器和电压比较器信号，高频振荡器和电压比较器开始工作；在高频振荡器工作期间，当有手指按压时，探测信号通过手指探测模块后，波形会变小，幅度会变低，手指探测模块输出波形变小、幅度变低的信号给电压比较器，电压比较器将其与基准电压进行比较，若其小于基准电压，计数器加“1”。当计数器统计的值大于预先设置的值时(这个值预先根据系统干扰结合各种实际情况进行确定)，判断此时有手指按下，计数器给指纹检测模块一个信号，指纹检测模块开始进行指纹采集工作。如果探测信号没有达到设定降低的幅度，则高频振荡器继续工作，直到一个占空比周期完成。采用这样的方式，待机时只有低频振荡器在工作，可最大限度地降低整个电容式指纹探测系统的待机功耗。
本发明的所有模块可采用现有技术中的通用模块来进行设计，简单可靠。
同时，本发明还提供一种应用于电容式指纹检测的方法，包括以下步骤：
S1：PWM波形发生器以低频振荡器为时钟产生波形，当PWM波形发生器输出为高电平时，进行步骤S2，否则高频振荡器和电压比较器不工作，计数器清零；
S2：高频振荡器和电压比较器开始工作，手指探测模块进行检测，并输出信号给电压比较器；若手指探测模块检测到手指，则手指探测模块的输出电压变低；否则保持不变。当有手指按下，探测信号通过指纹检测模块后，波形会变小，幅度会变低；否则的话探测信号的波形和幅度保持不变。
S3：电压比较器将手指探测模块输出的电压和基准电压进行比较，并将结果输出给计数器；若手指探测模块检测到手指，则计数器加1；否则计数器的值保持不变。本发明通过可配置的基准电压，利用电压比较器将探测信号的电压与基准电压进行比较，若达到设定降低的幅度，判断有手指按下，计数器加1；否则计数器的值保持不变。
S4：当计数器的值累计到预先设定的数值后，计数器发送一个信号给指纹检测模块，指纹检测模块开始进行指纹检测。
采用这种方法，只有在PWM波形发生器输出高电平的情况下，高频振荡器、电压比较器、手指探测模块和指纹检测模块才开始工作，否则的话，只有低频振荡器工作，可以极大地降低电容式指纹检测系统中的待机功耗。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明创造的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件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 (5)
1.一种应用于电容式指纹检测系统的手指探测电路，连接指纹模组，指纹模组包括手指探测模块和指纹检测模块；其特征在于：包括探测信号输出单元和探测信号输入检测单元，其中，探测信号输出单元包括低频振荡器、高频振荡器和PWM波形发生器；探测信号输入检测单元包括电压比较器和计数器，其中，低频振荡器和PWM波形发生器连接，PWM波形发生器分别连接高频振荡器和电压比较器，高频振荡器和手指探测模块相连，手指探测模块和电压比较器相连，电压比较器和计数器相连，计数器和指纹检测模块相连；所述电压比较器用于对手指探测模块输入的电压和基准电压进行比较。
2.根据权利要求1所述的应用于电容式指纹检测系统的手指探测电路，其特征在于：所述PWM波形发生器的占空比可调。
3.根据权利要求1所述的应用于电容式指纹检测系统的手指探测电路，其特征在于：所述基准电压由基准电压产生电路产生。
4.根据权利要求1所述的应用于电容式指纹检测系统的手指探测电路，其特征在于：所述高频振荡器的振荡频率为低频振荡器频率的10—100倍。
5.一种应用于电容式指纹检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：PWM波形发生器以低频振荡器为时钟产生波形，当PWM波形发生器输出高电平时，进行步骤S2，否则高频振荡器和电压比较器不工作，计数器清零；
S2：高频振荡器和电压比较器开始工作，手指探测模块进行检测，并输出信号给电压比较器；
S3：电压比较器将手指探测模块输出的电压和基准电压进行比较，并将结果输出给计数器，当比较结果表示手指探测模块检测到手指，则计数器加1；
S4：当计数器的值累计到预先设定的数值后，计数器发送一个信号给指纹检测模块，指纹检测模块开始进行指纹检测。
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