CN113255418A - 指纹侦测系统及方法 - Google Patents

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陈弘凯
洪挺轩
张志远
詹丰林
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Abstract

本发明公开了一种指纹侦测系统及方法。所述指纹侦测系统包括一指纹模块，用来侦测一用户的一指纹，并根据侦测到的该指纹来输出一电流信号；以及一信号处理电路，耦接于该指纹模块，用来从该指纹模块接收该电流信号，对该电流信号执行偏移消除，以移除该电流信号的一偏移，并将移除该偏移后的该电流信号转换为一电压信号，以用于指纹数据分析。

Description

指纹侦测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种指纹侦测系统，尤其涉及一种利用电流感测的指纹侦测系统。
背景技术
随着科技的进步，各类型的移动装置，如智能型手机(smart phone)、平板计算机(tablet)、笔记本电脑(laptop)、卫星导航系统(GPS navigator system)及电子书(electronic book)等，已成为人们生活中不可或缺的部分。不同于传统的手机仅具有通话功能，现今的移动装置将通信、连网、拍照、游戏、数据处理等功能整合在一起，多功能的设计使得移动装置更受到消费者的喜爱。指纹识别是一种常见的功能，用来处理安全性及隐私问题。举例来说，移动电话可能具有内建于主页键(home button)或特定区域(如感应垫(sensor pad))的指纹识别模块，可用来侦测用户的指纹。
近年来，光学式指纹侦测成为最普及的指纹侦测方案之一。请参考图1，图1为一指纹侦测系统10的结构示意图。指纹侦测系统10包括一指纹模块及一读出集成电路(ReadoutIntegrated Circuit，ROIC)。除此之外，指纹模块还包括一感应垫，用来接触用户手指并感测由手指反射的光线。在指纹侦测的详细操作中，“Reset”信号可用来进行重置，指纹模块并可接收一指纹驱动信号“Write”以启用指纹模块的侦测功能，接着输出与指纹反射的感测光线相应的电压至读出集成电路ROIC，以判断手指纹谷(valley)和纹脊(ridge)之间的电压差。即，读出集成电路ROIC可根据手指纹谷和纹脊之间的电压差，判断指纹的纹谷和纹脊，以取得进行分析所需的指纹数据。
然而，由于手指纹谷和纹脊之间的电压变化极小，读出集成电路ROIC需要高分辨率来判断其电压差。此外，指纹模块的感应垫需要长时间的曝光来累积输出电压，由于感应垫感测的光线在不同时间点上可能存在不同强度(如高亮度或低亮度可大幅影响感应垫的输出电压范围)，使得读出集成电路ROIC需要更宽的电压动态范围来感测来自于感应垫的电压。如此一来，难以设计出能够满足这些需求的读出集成电路ROIC。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种指纹侦测系统，以解决上述问题。
本发明的一实施例公开了一种指纹侦测系统。该指纹侦测系统包括一指纹模块，用来侦测一用户的一指纹，并根据侦测到的该指纹来输出一电流信号；以及一信号处理电路，耦接于该指纹模块，用来从该指纹模块接收该电流信号，对该电流信号执行偏移消除，以移除该电流信号的一偏移，并将移除该偏移后的该电流信号转换为一电压信号，以用于指纹数据分析。
本发明的另一实施例公开了一种侦测指纹的方法，用于一指纹侦测系统的一信号处理电路。该方法包括从该指纹侦测系统的一指纹模块接收一电流信号；对该电流信号执行偏移消除，以产生一补偿信号；根据该补偿信号及该电流信号，产生一电流差信号；将该电流差信号转换为一电压信号；以及将该电压信号从一模拟信号转换为一数字信号，以用于指纹数据分析。
附图说明
图1为现有技术中一指纹侦测系统的示意图。
图2～3为本发明实施例一指纹侦测系统的示意图。
图4为本发明实施例一指纹侦测系统的操作的示意图。
其中，附图标记说明如下：
10、20 指纹侦测系统
Reset 信号
Write 指纹驱动信号
ROIC 读出集成电路
200、300 指纹模块
202 感应垫
210、310 信号处理电路
Iin 电流信号
Ioc 补偿信号
Io 电流差信号
Vo 电压信号
40 信号处理流程
400～440 步骤
具体实施方式
请参考图2，图2为一指纹侦测系统20的示意图。指纹侦测系统20包括一指纹模块200及一信号处理电路210，信号处理电路210耦接于指纹模块200。指纹模块200可接收指纹驱动信号“Write”(如直流电压信号)以启用指纹侦测功能。指纹模块200包括一感应垫(sensor pad)202，用来侦测从用户指纹反射的光线，并根据侦测到的信号来产生电流信号。在一实施例中，一恒定电压可提供给指纹模块200的感应垫202，使得感应垫202可根据侦测到的信号来输出电流信号。另一方面，信号处理电路210可从指纹模块200的感应垫202接收电流信号，以根据电流信号来执行指纹数据分析。详细来说，当信号处理电路210接收到电流信号之后，信号处理电路210可执行偏移消除以移除电流信号中的电流偏移。此外，信号处理电路210可根据电流信号和移除偏移后的电流信号来计算一电流差，以产生电流差信号。最后，信号处理电路210可将电流差信号转换为一电压信号，接着将其输出至信号处理电路210的一模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，ADC)，以将电压信号从模拟信号转换为数字信号，以用于指纹数据分析。需注意的是，在一实施例中，电流差信号不需转换为电压信号，而是直接输出至基于电流的模拟数字转换器(current-based ADC)，从而进行指纹数据分析。
简单来说，指纹模块200输出电流信号(作为指纹信号)至信号处理电路210，可减少信号处理电路210的电压动态范围。除此之外，信号处理电路210可执行偏移消除以对系统偏移进行补偿，其中，电流偏移可能是因强光下的直流电流、装置漏光或感应垫误差等因素造成。通过电流补偿可减少电流动态范围，以简化模拟数字转换器的输入动态范围。
本发明的目的在于提供一种可用于指纹侦测系统20的信号处理方法。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。请参考图3，在图3中，指纹模块300的感应垫可根据侦测到的信号(如用户指纹反射的光线)来产生电流信号Iin。在一实施例中，信号处理电路310包括电流感测区块，其包括电流感测单元、运算单元、偏移消除单元及电流电压转换器(Current-to-Voltage Converter)。详细来说，电流感测单元可用来测量指纹模块300所输出的电流信号Iin，偏移消除单元可根据电流信号Iin来产生一补偿信号Ioc，运算单元(如运算符)可根据电流信号Iin及补偿信号Ioc来产生电流差信号Io，电流电压转换器可将电流差信号Io转换为电压信号Vo。因此，信号处理电路310的模拟数字转换器可将电压信号Vo从模拟信号转换为数字信号，以用于指纹数据分析。在一实施例中，电流电压转换器可以是一积分器，用来将电流信号转换为电压信号，即，电流电压转换器可对电流差信号进行放大，以将电流信号转换为电压信号。
简单来说，信号处理电路310可执行偏移消除，以补偿指纹模块所造成的电流偏移。在一实施例中，偏移消除单元可输出电流/电压/电荷形式的信号，而不限于此。在此情况下，仅电流差的部分(通过运算符)被转换为电压信号，接着传送至模拟数字转换器，以用于指纹数据分析。如此一来，由于模拟数字转换器/信号处理电路310的电压动态范围可通过电流差进行简化，模拟数字转换器的设计可轻易满足需求；相较之下，传统模拟数字转换器的设计需用来处理电压差，其需要较宽的电压动态范围。
上述关于指纹侦测系统的操作可归纳为一信号处理流程40，如图4所示。信号处理流程40可实现于图2～3所示的指纹侦测系统，其包括以下步骤：
步骤400：从指纹模块接收一电流信号。
步骤410：对电流信号执行偏移消除，以产生一补偿信号。
步骤420：根据补偿信号及电流信号，产生一电流差信号。
步骤430：将电流差信号转换为一电压信号。
步骤440：将电压信号从模拟信号转换为数字信号，以用于指纹数据分析。
根据信号处理流程40，电流信号被输入至信号处理电路，因此模拟数字转换器可对由电流信号转换而得的电压信号执行指纹数据分析，以减少模拟数字转换器/信号处理电路的电压动态范围。关于指纹侦测系统的详细运作方式可参考上述段落的说明，在此不赘述。
综上所述，本发明可提升指纹侦测系统的指纹识别正确性，从而提升指纹识别的可靠度。详细来说，指纹模块可输出电流信号(作为指纹信号)至信号处理电路。信号处理电路可执行偏移消除以取得电流差，并接着将电流差转换为电压差以用于指纹数据分析，从而减少模拟数字转换器/信号处理电路的电压动态范围。如此一来，可简化指纹侦测系统中的模拟数字转换器或信号处理电路的设计以满足需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种指纹侦测系统，包括：
一指纹模块，用来侦测一用户的一指纹，并根据侦测到的该指纹来输出一电流信号；以及
一信号处理电路，耦接于该指纹模块，用来从该指纹模块接收该电流信号，对该电流信号执行偏移消除，以移除该电流信号的一偏移，并将移除该偏移后的该电流信号转换为一电压信号，以用于指纹数据分析。
2.如权利要求1所述的指纹侦测系统，其特征在于，该信号处理电路包括一电流感测单元、一运算单元、一偏移消除单元、一电流电压转换器、及一模拟数字转换器，该电流感测单元用来测量该指纹模块所输出的该电流信号，该偏移消除单元用来移除该电流信号的该偏移以产生一补偿信号，该运算单元根据该电流信号及该补偿信号来产生一电流差信号，且该电流电压转换器用来将该电流差信号转换为一电压信号。
3.如权利要求2所述的指纹侦测系统，其特征在于，该电流电压转换器包括用于该电流差信号的一积分器。
4.如权利要求2所述的指纹侦测系统，其特征在于，该运算单元包括用于该电流信号及该补偿信号的一运算符，用以产生该电流差信号。
5.如权利要求1所述的指纹侦测系统，其特征在于，一恒定电压被提供给该指纹模块，用以输出该电流信号。
6.一种侦测指纹的方法，用于一指纹侦测系统的一信号处理电路，该方法包括：
从该指纹侦测系统的一指纹模块接收一电流信号；
对该电流信号执行偏移消除，以产生一补偿信号；
根据该补偿信号及该电流信号，产生一电流差信号；
将该电流差信号转换为一电压信号；以及
将该电压信号从一模拟信号转换为一数字信号，以用于指纹数据分析。
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