CN111027369A - 具指纹感测系统的智能卡及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具指纹感测系统的智能卡以及一种具指纹感测系统的智能卡的控制方法，其中，该具有指纹感测系统的智能卡包括一控制器及一指纹感测装置，当该指纹感测装置在感测指纹以产生一指纹帧数据时，该控制器进入休眠模式，而当该控制器读取该指纹帧数据时，该指纹感测装置停止感测指纹，由于感测指纹及读取指纹帧数据的动作不会同时发生，因此可以避免出现高电流的情况，降低耗电量。

Description

具指纹感测系统的智能卡及其控制方法
技术领域
本发明有关一种具有指纹感测系统的智能卡，特别是关于一种能够降低耗电的智能卡及其控制方法。
背景技术
具有指纹感测系统的智能卡愈来愈普遍。智能卡的指纹感测系统用来注册用户的指纹，及验证使用者的身份。一般来说，智能卡内设有天线以从另一电子装置(例如卡片阅读机)获得电力。如果智能卡与该供应电力的电子装置之间的距离如果太远，智能卡获得的电力可能不足以供其指纹感测系统进行某些功能，例如指纹的注册。因此，降低智能卡的耗电就变得非常重要。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种降低耗电的智能卡及其控制方法。
根据本发明，一种具有指纹感测系统的智能卡包括一控制器及一指纹感测装置，该指纹感测装置是用以感测指纹以产生一指纹帧数据，该控制器从该指纹感测装置取得该指纹帧数据以进行指纹注册或比对。该智能卡的控制方法包括在一第一模式下，当该控制器读取该指纹帧数据时，让该指纹感测装置停止感测指纹，或是在该指纹感测装置感测指纹期间，使该控制器进入休眠模式。由于感测指纹及读取指纹帧数据的动作不会同时发生，因此可以避免出现高电流的情况，降低耗电量。
在一实施例中，该指纹感测装置包括一数据传输接口用以与该控制器沟通、一传感器用以感测指纹以产生该指纹帧数据以及一内存用以储存该传感器输出的该指纹帧数据。其中该控制器通过该数据传输接口读取该内存中的该指纹帧数据，在该智能卡的该第一模式下，当该控制器读取该指纹帧数据时，该传感器停止感测指纹。
在一实施例中，在该智能卡的该第一模式下，该传感器比对当前所感测到的新指纹帧数据是否相似于储存在该内存中的旧指纹帧数据，并且将该新指纹帧数据储存于该内存中。若该新指纹帧数据与旧指纹帧数据不相似，则该传感器输出一通知信号给该控制器，该控制器根据该通知信号读取该内存储存的该新指纹帧数据。
在一实施例中，该智能卡更包括一第二模式。在该第二模式下，该指纹感测装置在感测指纹时产生多笔指纹线数据，该多笔指纹线数据组成一个该指纹帧数据，并且该控制器在该指纹感测装置感测指纹的期间，从该指纹感测装置依序取得该多笔指纹线数据。在该第二模式时，该控制器可在该指纹感测装置感测指纹时读取指纹数据，以提高工作效率。
附图说明
图1显示根据本发明的一具有指纹感测系统的智能卡的实施例。
图2显示图1中的指纹感测装置。
图3显示在线模式下指纹感测装置的控制方法。
图4显示一帧指纹图像的指纹帧数据。
图5显示在线模式下控制器及传感器在各程序的总耗电量。
图6显示图2的指纹感测系统在帧模式的控制方法。
图7显示在帧模式下控制器及传感器在各程序的总耗电量。
图8是用以说明螺旋注册的方式。
图9显示图6中步骤S22进行去除多余数据的实施例。
图10用以说明图9中步骤S222。
图11显示本发明控制方法的另一实施例。
附图标记说明：10-智能卡；12-指纹感测系统；122-控制器；124-指纹感测装置；1242-数据传输接口；1244-传感器；1246-内存；14-近距离无线通信天线；16-芯片；18-电源回授电路；20-线性稳压器；22-线性稳压器；24-开关；30-LED灯；32-显示器；38-指纹帧数据。
具体实施方式
图1显示根据本发明的一具有指纹感测系统12的智能卡10的实施例，智能卡10可通过近距离无线通信(Near-Field Communication；NFC)天线14感应另一电子装置(例如卡片阅读机)的线圈来获取电力给指纹感测系统12，智能卡10也可通过芯片16从卡片阅读机取得电力给指纹感测系统12。由于NFC天线14是提供交流电，因此需要电源回授电路18将NFC天线14输出的交流电压转为直流电压。稳压器(Low Drop Out；LDO)20将来自芯片16或电源回授电路18的电压转换为电源电压V1，稳压器22再将电源电压V1转换为电源电压V2给指纹感测系统12，其中电源电压V1大于电源电压V2。开关24连接在稳压器20及指纹感测系统12之间，用以决定是否将电源电压V1供给指纹感测系统12。指纹感测系统12包括一控制器122及指纹感测装置124，指纹感测装置124用以感测指纹，控制器122接收来自该指纹感测装置124的指纹数据，并根据该指纹数据进行指纹注册或比对，控制器122还可以控制LED灯30或显示器32产生视觉性的指示，使得使用者可以知道指纹注册或指纹比对过程中的各种状态，例如指纹注册成功或指纹比对失败，其中显示器32可以是电子纸或LCD。在一实施例中，控制器122与指纹感测124装置是两个分开的集成电路装置。在其他实施例中，控制器122与指纹感测装置124也有可能整合在一个集成电路装置中。
图2显示图1中的指纹感测装置124，其包括数据传输接口1242、传感器1244以及一内存1246。数据传输接口1242连接控制器122用以与控制器122沟通。传感器1244连接数据传输接口1242与内存1246。传感器1244用以感测指纹，并且将感测到的数据经由数据传输接口1242传送给控制器122，或者是储存到内存1246。传感器1244的面积小于一般的手指。内存1246连接数据传输接口1242，用以储存指纹数据。内存1246的种类并没有限制，例如可以是动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)。数据传输接口1242并且连接传感器1244与内存1246。
指纹感测系统12可以操作在线模式(Line mode)或是帧模式(Framemode)。图3显示在线模式下，指纹感测系统12的控制方法。首先控制器122会设定初始指令并经数据传输接口1242将该初始指令传送给传感器1244，如步骤S10所示，传感器1244会根据该初始指令将状态初始化。接着执行步骤S12，传感器1244感测指纹并将指纹数据储存在其内部的缓冲器(图中未示出)。缓冲器的容量小，每次只储存一帧指纹图像中的一部分的指纹数据，例如图4显示了一帧指纹图像的指纹帧数据(fingerprint frame data)38，指纹帧数据38包括指纹线数据R1～R5。指纹帧数据38是传感器1244感测使用者的指纹所获得，其对应手指的一部份。假设缓冲器每次最多只能储存一列的指纹线数据(fingerprint line data)，传感器1244在获得第一列的指纹线数据R1后，将其储存在缓冲器中，同时送出一中断(interrupt)信号给控制器122，控制器122在收到中断信号后，通过数据传输接口1242读取缓冲器中的指纹线数据R1，而在控制器122读取指纹线数据R1的期间，传感器1244也同时进行感测指纹的操作以获得第二列的指纹线数据R2，当传感器1244获得指纹线数据R2且控制器122已取得指纹线数据R1后，传感器1244将指纹线数据R2储存到缓冲器中以取代指纹线数据R1，同时再送出中断信号给控制器122，使控制器122读取指纹线数据R2，在控制器122读取指纹线数据R2的期间，传感器1244也同时进行感测指纹的操作以获得第三列的指纹线数据R3，依此类推，传感器1244会依序取得多个指纹线数据R1～R5储存在缓冲器中，而控制器122在传感器1244感测指纹的期间从缓冲器中依序读取多个指纹线数据R1～R5。在控制器122取得所有指纹线数据R1～R5后，执行步骤S14，控制器122根据该多个指纹线数据R1～R5得到指纹帧数据38以进行指纹注册或指纹比对。在此范例中，缓冲器是用于储存一整列的指纹线数据，但依据缓冲器的大小，其也可能储存小于或大于一列的指纹线数据。
在上述指纹感测装置124的控制方法中，传感器1244感测指纹的期间，控制器122同时读取指纹线数据，工作效率较高，但控制器122及传感器1244同时运作，会造成较高的耗电量。如图5的表格所示，在程序2时，即图3的步骤S12，控制器122进行数据传输以读取指纹线数据，而传感器1244感测指纹，此时控制器122的处理速度为中速(即以中间频率进行操作)，传感器1244的处理速度为高速(即以高频进行操作)，此时需要提供高电流给控制器122及传感器1244，产生的总耗电量高达7.5mA。图5所示的低速、中速及高速的操作频率分别为16MHz、32MHz及64MHz。如果智能卡10从卡片阅读机获得的电力充足，使用线模式进行指纹感测的效率高。
在智能卡10使用无线感应取得电力的情况下，智能卡10离卡片阅读机愈远，从卡片阅读机获得的电力愈小，而如图5的表格所示，智能卡10操作在线模式时，控制器122及传感器1244同时操作时产生很高的耗电量。如果使用者在使用智能卡10进行指纹注册或比对时离卡片阅读机太远，就会没有足够的电力可供应给控制器122及传感器1244同时操作，造成使用上的不便。根据本发明的智能卡提供的帧模式可以解决这个问题。
图6显示图2的指纹感测系统12在帧模式下的控制方法。在步骤S10，控制器122设定初始指令并经数据传输接口1242将该初始指令传送给传感器1244，传感器1244会根据该初始指令进行初始化。步骤S20是在传感器1244初始化之后进行。在步骤S20，传感器1244感测指纹以产生一指纹帧数据38(如图4所示)。在传感器1244感测指纹的期间，控制器122进入休眠模式(sleepmode)。步骤S22是在传感器1244产生指纹帧数据38后进行。在步骤S22中，传感器1244将步骤S20所获得的指纹帧数据38储存在内存1246中，并且发出通知信号唤醒控制器122。在一实施例中，该通知信号为一中断信号(interrupt,int)。控制器122根据该通知信号而被唤醒。在步骤S24中，控制器122通过数据传输接口1242读取内存1246中的指纹帧数据38，在控制器122读取指纹帧数据38的期间，传感器1244进入休眠模式以停止感测指纹。最后在步骤S26，控制器122根据所取得的指纹帧数据38进行指纹注册或比对。在一实施例中，传感器1244可以是电容式指纹传感器。
在一实施例中，传感器1244具有实施运算及感测所需要的电路，其中不包括一微处理器。控制器122唤醒传感器1244进行指纹感测后便进入休眠模式，直到被传感器122唤醒。在控制器122被唤醒之后，便发送指令使传感器1244进入休眠模式，并且读取内存1246内的指纹帧数据。在其他实施例中，传感器1244亦可具有微处理器。传感器1244将指纹帧数据储存到内存1246并且唤醒控制器122之后，便进入休眠模式。控制器122被传感器1244唤醒并且读取内存1246内的指纹帧数据。在获得内存1246的指纹帧数据后，控制器122唤醒传感器1244进行指纹感测，并且进入休眠模式。
由上述可知，在帧模式中，控制器122一次读取一帧的指纹数据，而在线模式中，控制器122一次读取一帧指纹数据中的一列或一部分。
图7显示图2中控制器122及传感器1244在帧模式的耗电量，在程序2-1时，如图6的步骤S20所示，传感器1244进行感测，处理速度为高速(以高频进行操作)，控制器122则进入休眠模式，此时需要的总耗电量只有2.5mA。在程序2-2时，如图6的步骤S24，控制器122进行数据传输(读取指纹帧数据)，处理速度为低速(以低频进行操作)，传感器1244则进入休眠模式以停止感测，此时需要的总耗电量为4.5mA。相较于图5中让控制器122及传感器1244同时动作的程序2，帧模式在指纹感测过程中所需要的电流较低。因此当指纹感测系统12操作在帧模式时，智能卡10即使是在距离卡片阅读机较远的地方，仍然能够进行指纹注册及比对，具有便利性高的优点。图7所示的低速的操作频频率可以是例如16MHz，高速的操作频率可以是例如64MHz。
上述的帧模式具有低耗电的优点，即使智能卡在电力较低的情况下，仍可以支持各种不同的指纹注册方法，例如点击的方法以及螺旋注册的方法。点击的方法需要使用者的手指多次点击传感器1244以取得多个的指纹帧数据。螺旋注册方法的一个实施例是如图8所示，手指按压传感器1244后，以由内而外的顺时钟螺旋路径S移动，使手指的各区域都通过传感器1244，以取得手指各区域的指纹帧数据。传感器1244获得的多笔指纹帧数据被用来产生多笔指纹注册信息。相较于点击的方法，螺旋注册的方法完成指纹注册所需的时间较短。螺旋注册的方法需要传感器1244持续不断的感测指纹，如果指纹感测系统12是操作在线模式下，螺旋注册的方法在感测指纹的期间耗电量高，因此在智能卡10的电力较低的情况下就无法实施。如果指纹感测系统12是操作在帧模式下，由于感测指纹与控制器读取指纹帧数据的操作并不同时进行，耗电量较低。因此即使智能卡10是在电力较低的情况，仍然可以使用螺旋注册方法进行指纹注册。
上述帧模式的特征之一，是将控制器122读取指纹数据的时间与传感器1244感测指纹的时间错开，以降低智能卡在特定时段的耗电量。因此，智能卡10即使在距离卡片阅读机较远的地方也能进行指纹注册及比对，提高便利性。
在本发明的帧模式的控制方法中，可以让每一笔感测到的指纹帧数据38都储到内存1246中让控制器122读取，但也可以只读取相似度较低的指纹帧数据38，如此一来可以降低要传输的数据量。图9显示图6中步骤S22的一个实施例，在步骤S222中，传感器1244将当前感测到的新指纹帧数据与储存在内存1246中的旧指纹帧数据进行比对，以产生这两笔指纹帧数据的相似度，并且将该新指纹帧数据储存至内存1246中。在一实施例中，传感器1244将当前获得的每一笔指纹线数据与内存1246中的指纹帧数据的每一笔指纹线数据作比对。以图10为例，图号38是代表储存在内存1246中旧的指纹帧数据，图号38’是代表传感器1244当前感测指纹所获得的新指纹帧数据。在传感器1244获得第一列的指纹线数据R1’时，传感器1244也同时去内存1246中读取指纹帧数据38的第一列指纹线数据R1，并且将指纹线数据R1与R1’进行比对。比对的方式可以是将指纹线数据R1’的各个数值的总和减去指纹线数据R1的各个数值的总和获得一线差异值，如果该线差异值的绝对值小于一预设值，就将一计数值加1，如果该线差异值的绝对值大于等于一预设值，则不调整该计数值，其中该计数值的初始值为0。线差异值的绝对值小于该预设值，代表指纹线数据R1与R1’相似或相同。
传感器1244并且将新的指纹线数据R1’储存至指纹线数据R1在内存1246的地址，也就是以新的指纹线数据R1’取代指纹线数据R1。在传感器1244获得第二列的指纹线数据R2’时，传感器1244也同时去内存1246中读取指纹帧数据38的第二列指纹线数据R2，并且将指纹线数据R2与R2’进行比对。传感器1244也将新的指纹线数据R2’储存至指纹线数据R2在内存1246的地址。传感器1244就以前述的方式依序将新的指纹线数据R1’～R5’与指纹线数据R1～R5进行比对获得一计数值，并且将新的指纹帧数据38’储存到内存1246中。在这个例子中，内存1246储存的内容都是传感器1244最新获得的指纹帧数据。该计数值代表新的指纹帧数据38’与旧指纹帧数据38之间的相似度。该计数值愈大，代表指纹帧数据38与38’愈相似。
接下来进行步骤S224。在步骤S224中，传感器1244根据该计数值(即相似度)判断新指纹帧数据38’与旧指纹帧数据38是否相似。在一实施例中，传感器1244将该计数值与一临界值进行比较，该临界值为一正整数。如果该计数值大于该临界值，则判断新指纹帧数据38’相似于旧指纹帧数据38，并且回到步骤S20取得下一笔指纹帧数据。如果该计数值小于该临界值，则判断新指纹帧数据38’不相似于旧指纹帧数据38，并且进行步骤S226。在步骤S226中，传感器1244发出通知信号唤醒控制器122。在一实施例中，该通知信号为一中断信号(interrupt,int)。
本发明的指纹感测系统12可以同时具有帧模式(第一模式)及线模式(第二模式)，让用户可以根据需求选择其中一种模式，例如用户希望有较高的工作效率时，可以将指纹感测系统12设定为线模式，而当用户希望降低耗电量时，可以将指纹感测系统12设定为帧模式。指纹感测系统12也可以根据当前状况切换线模式或帧模式，如图11的控制方法所示，指纹感测系统12启动后先进行步骤S10，控制器122设定初始指令并经数据传输接口1242将该初始指令传送给传感器1244，传感器1244根据该初始指令进行初始化。接着在步骤S34时，控制器122侦测目前智能卡10所获得的电力，当该电力大于一预设电压值时，指纹感测系统12进入线模式，执行如图3所述的步骤S12及S14，当该电力小于该预设电压值时，指纹感测系统12进入帧模式，执行如图6所述的步骤S20、S22、S24及S26。在此实施例中，在步骤S22中也可以进行如图9所示的比对指纹数据相似度的操作。在其他实施例中，在步骤S12结束后，可以回到步骤S34再进行电力的判断，若电力仍大于预设电压值，则维持线模式，若此时电力小于预设电压值，则从线模式切换到帧模式，执行步骤S20、S22、S24及S26。同样的，在步骤S24结束后，可回到步骤S34再进行电力的判断，若电力仍小于预设电压值，则维持帧模式，若此时电力大于预设电压值，则从帧模式切换到线模式，执行步骤S12及S14。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求范围及其均等来决定。

Claims (16)

1.一种具指纹感测系统的智能卡，其特征在于，包括：
一指纹感测装置，用以感测指纹以产生一指纹帧数据；以及
一控制器，连接该指纹感测装置，该控制器从该指纹感测装置取得该指纹帧数据，并且根据该指纹帧数据进行指纹注册或比对；
其中，在该智能卡的一第一模式下，当该控制器读取该指纹帧数据时，该指纹感测装置停止感测指纹，或者在该指纹感测装置感测指纹期间，该控制器进入休眠模式。
2.如权利要求1所述的智能卡，其特征在于，该指纹感测装置包括：
一数据传输接口，耦接该控制器，用以与该控制器沟通；
一传感器，连接该数据传输接口，用以感测指纹以产生该指纹帧数据；以及
一内存，连接该数据传输接口及该传感器，用以储存该传感器输出的该指纹帧数据；
其中，该控制器通过该数据传输接口读取该内存中的该指纹帧数据，在该智能卡的该第一模式下，当该控制器读取该指纹帧数据时，该传感器进入休眠模式而停止感测指纹。
3.如权利要求2所述的智能卡，其特征在于，该传感器为电容式指纹传感器。
4.如权利要求2所述的智能卡，其特征在于，该控制器获得该指纹帧数据后，唤醒该传感器。
5.如权利要求2所述的智能卡，其特征在于，在该智能卡的该第一模式下，该传感器比对当前所感测到的新指纹帧数据是否相似于储存在该内存中的旧指纹帧数据，并且将该新指纹帧数据储存于该内存中；若该新指纹帧数据与该旧指纹帧数据不相似，则该传感器输出一通知信号给该控制器，该控制器根据该通知信号而被唤醒，然后读取该内存储存的该新指纹帧数据。
6.如权利要求5所述的智能卡，其特征在于，该通知信号为一中断信号。
7.如权利要求1所述的智能卡，其特征在于，该智能卡更包括一第二模式，在该第二模式下，该指纹感测装置在感测指纹时产生多笔指纹线数据，该多笔指纹线数据组成一个该指纹帧数据，并且该控制器在该指纹感测装置感测指纹的期间，从该指纹感测装置依序取得该多笔指纹线数据。
8.如权利要求7所述的智能卡，其特征在于，该控制器依据该智能卡获得的电力来决定将该智能卡操作于该第一模式或第二模式。
9.一种具指纹感测系统的智能卡的控制方法，该智能卡包括一控制器及一指纹感测装置，该指纹感测装置用以感测指纹以产生一指纹帧数据，该控制器用以从该指纹感测装置取得该指纹帧数据并根据该指纹帧数据进行指纹注册或比对，其特征在于，该控制方法包括下列步骤：
在该智能卡的第一模式下，当该控制器读取该指纹帧数据时，该指纹感测装置停止感测指纹，或者在该指纹感测装置感测指纹期间，该控制器进入休眠模式。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，更包括储存该传感器输出的该指纹帧数据于一内存中以供该控制器读取。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，该储存该传感器输出的该指纹帧数据的步骤包括：
比对当前所感测到的新指纹帧数据是否相似于储存在该内存中的旧指纹帧数据，并且将该新指纹帧数据储存于该内存中；以及
若该新指纹帧数据与该旧指纹帧数据不相似，则输出一通知信号给该控制器，其中该控制器根据该通知信号而被唤醒，然后读取该内存储存的该新指纹帧数据。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，该通知信号为一中断信号。
13.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，更包括以下步骤：
在该智能卡的一第二模式下，该指纹感测装置在感测指纹时产生多笔指纹线数据，其中该多笔指纹线数据组成一个该指纹帧数据；以及
在该指纹感测装置感测指纹的期间，该控制器从该指纹感测装置依序取得该多笔指纹线数据。
14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，更包括依据该智能卡获得的电力来决定将该智能卡操作于该第一模式或第二模式。
15.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，该指纹感测装置包括一数据传输接口，耦接该控制器，用以与该控制器沟通；一传感器，连接该数据传输接口，用以感测指纹以产生该指纹帧数据；以及一内存，连接该数据传输接口及该传感器，用以储存该传感器输出的该指纹帧数据，该控制方法更包括：
该控制器通过该数据传输接口读取该内存中的该指纹帧数据，在该智能卡的该第一模式下，当该控制器读取该指纹帧数据时，该传感器进入休眠模式而停止感测指纹。
16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于，该控制器获得该指纹帧数据后，唤醒该传感器。
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