CN220189012U - 指纹识别模组及指纹识别系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于指纹识别技术领域，提供了一种指纹识别模组及指纹识别系统。该指纹识别模组包括：玻璃基指纹芯片、隔离器、单向隔离电路、指纹算法芯片和触摸金属环；玻璃基指纹芯片，输出端与隔离器的第一通信端连接，地信号端分别与隔离器的第一地信号端、单向隔离电路的负极连接，电源端与隔离器的第一电源端连接；隔离器，第二通信端与指纹算法芯片的通信端连接，第二地信号端与指纹算法芯片的地信号端连接，第二电源端与指纹算法芯片的电源端连接；单向隔离电路，正极与触摸金属环的地信号端连接。本实用新型能够通过单向隔离电路将手指触控在触摸金属环上时带入的干扰源隔离，起到较强的抗扰作用，进而较为理想的采集到准确的手指指纹。
Description
技术领域
本实用新型属于指纹识别技术领域，尤其涉及一种指纹识别模组及指纹识别系统。
背景技术
指纹识别模组是用于获取用户的指纹图像的关键部件，目前，指纹识别模组中硅基指纹芯片技术较成熟，但硅基指纹芯片的价格偏高，因此具有价格优势的玻璃基指纹芯片应运而生。
然而，不同于成熟的硅基指纹芯片，玻璃基指纹芯片的抗干扰能力较差。特别是在不摸指纹识别模组金属环的情况下，玻璃基指纹芯片采集的指纹的干扰纹波非常强烈，深度的指纹算法也无法解决其干扰纹波。
为了使玻璃基指纹芯片达到较强的抗干扰能力，提高玻璃基指纹芯片的采图质量和在各种环境下的产品性能，通常需要在玻璃基指纹芯片的外围配置较多电路。目前市场上流通的玻璃基指纹芯片通常为电容按压式模组，电容按压式模组通常通过连接触摸金属环的方式提升其抗干扰能力，并且为了提高成功提取生物活体指纹的准确率和成功率，还会增加隔离电路，在指纹识别模组中使用隔离芯片连接玻璃基指纹芯片和指纹算法芯片的两端交互信号。这种方式在干净的电源环境下确实能起到作用，但是在比较差的电源环境下，很容易将干扰源带入芯片，以至于使得提取的指纹图像会出现明显的水波纹，造成指纹采集误差较大，采集到的数据失真严重，模组存取和比对的指纹成功率低。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种指纹识别模组及指纹识别系统，以解决指纹识别模组在较差的电源环境下，不能很好的解决指纹采集干扰的问题。
本实用新型实施例第一方面提供了一种指纹识别模组，包括：玻璃基指纹芯片、隔离器、隔离电路、指纹算法芯片和触摸金属环；
所述玻璃基指纹芯片的输出端与所述隔离器的第一通信端连接，所述玻璃基指纹芯片的地信号端分别与所述隔离器的第一地信号端、所述隔离电路的负极连接，所述玻璃基指纹芯片的电源端与所述隔离器的第一电源端连接；
所述隔离器的第二通信端与所述指纹算法芯片的通信端连接，所述隔离器的第二地信号端与所述指纹算法芯片的地信号端连接，所述隔离器的第二电源端与所述指纹算法芯片的电源端连接；
所述隔离电路的正极与所述触摸金属环的地信号端连接。
在一种可能的实施方式中，所述单向隔离电路包括二极管D1和二极管D2；
所述二极管D1和所述二极管D2的负极均与所述玻璃基指纹芯片的地信号端连接，所述二极管D1和所述二极管D2的正极与所述触摸金属环的地信号端连接。
在一种可能的实施方式中，所述单向隔离电路还包括ESD保护器件；
所述ESD保护器件分别并联在所述二极管D1和所述二极管D2的两端。
在一种可能的实施方式中，所述ESD保护器件为瞬态抑制二极管或压敏电阻。
在一种可能的实施方式中，所述的指纹识别模组，还包括稳压芯片；
所述稳压芯片与所述指纹算法芯片的电源端连接，被配置为给所述指纹算法芯片提供稳定的电压。
在一种可能的实施方式中，所述的指纹识别模组，还包括接口模块；
所述接口模块通过通用串行总线和通用异步收发器与所述指纹算法芯片连接，被配置为将指纹识别模组与外部终端设备连接。
本实用新型实施例第二方面提供了一种指纹识别系统，包括如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的指纹识别模组。
本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本实用新型实施例，通过玻璃基指纹芯片、隔离器、单向隔离电路、指纹算法芯片和触摸金属环构成指纹识别模组，并令玻璃基指纹芯片的地信号端与单向隔离电路的负极连接，触摸金属环的地信号端与单向隔离电路的正极连接，进而通过单向隔离电路将手指触控在触摸金属环上时带入的干扰源隔离在单向隔离电路之外，利用单向隔离电路的单向性，使手指接入干扰不会汇入内部电路，从而使得干扰相对较干净，起到较强的抗扰作用，进而解决指纹识别模组在较差的电源环境下，不能很好的解决指纹采集干扰的问题，较为理想的采集到准确的手指指纹。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的指纹识别模组的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的指纹识别模组中玻璃基指纹芯片的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的指纹识别模组中隔离器的结构示意图；
图4是本实用新型实施例提供的指纹识别模组中指纹算法芯片的结构示意图；
图5是本实用新型实施例提供的指纹识别模组中单向隔离电路的结构示意图；
图6是本实用新型实施例提供的指纹识别模组中稳压芯片的结构示意图；
图7是本实用新型实施例提供的指纹识别模组中接口模块的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参见图1，本实用新型实施例提供的指纹识别模组100，包括：玻璃基指纹芯片10、隔离器20、单向隔离电路30、指纹算法芯片40和触摸金属环(图中未示出)。
玻璃基指纹芯片10的输出端与隔离器20的第一通信端连接，玻璃基指纹芯片10的地信号端分别与隔离器20的第一地信号端、单向隔离电路30的负极连接(即玻璃基指纹芯片10的地信号端、隔离器20的第一地信号端和单向隔离电路30的负极均与第一个地信号点F_GND连接)，玻璃基指纹芯片10的电源端与隔离器的20第一电源端连接(即玻璃基指纹芯片10的电源端和隔离器的20第一电源端均与电源SENSOR_3V3连接)。
隔离器20的第二通信端与指纹算法芯片40的通信端连接，隔离器20的第二地信号端与指纹算法芯片40的地信号端连接(即隔离器20的第二地信号端和指纹算法芯片40的地信号端均与第二个地信号点GND连接)，隔离器20的第二电源端与指纹算法芯片40的电源端连接(即隔离器20的第二电源端和指纹算法芯片40的电源端均与电源MCU_3V3连接)。
单向隔离电路30的正极与触摸金属环的地信号端连接(即单向隔离电路30的正极与第三个地信号点M_GND连接)。
示例性的，如图2-图4所示，玻璃基指纹芯片10的输出端可以包括其CLK引脚、MISO引脚、MOSI引脚和CSN引脚，分别作为F_SPI_CLK端、F_SPI_MISO端、F_SPI_MOSI端和F_SPI_CS端，进而与隔离器20的OUTA引脚、IND引脚、OUTB引脚和OUTC引脚对应连接(即隔离器20的第一地信号端可以包括其OUTA引脚、IND引脚、OUTB引脚和OUTC引脚)。进而通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)在玻璃基指纹芯片10和隔离器20之间传输数据。玻璃基指纹芯片10的GND_A引脚和GND_D引脚作为玻璃基指纹芯片10的地信号端均连接到第一个地信号点F_GND。玻璃基指纹芯片10的VDDA引脚和VDDIO引脚作为玻璃基指纹芯片10的电源端均与电源SENSOR_3V3连接。
隔离器20的两个GND2引脚作为隔离器20的第一地信号端均连接到第一个地信号点F_GND，隔离器20的VISO引脚作为隔离器的20第一电源端与电源SENSOR_3V3连接。隔离器20的第二通信端包括其OUTD引脚、INC引脚、INB引脚和INA引脚，分别作为SPI_MISO端、SPI_CS端、SPI_MOSI端和SPI_CLK端，进而与指纹算法芯片40的MISO1引脚、SS1引脚、MOSI1引脚和SCK1引脚对应连接(即指纹算法芯片40的通信端可以包括其MISO1引脚、SS1引脚、MOSI1引脚和SCK1引脚)。隔离器20的VDD引脚作为隔离器20的第二电源端与电源MCU_3V3连接。隔离器20的两个GND1引脚作为隔离器20的第二地信号端均连接到第二个地信号点GND。其中，为了便于芯片配置，可以在隔离器20的PDIS引脚与第二个地信号点GND之间串入电阻R10，示例性的，电阻R10的阻值可以为100K。
指纹算法芯片40的GND引脚作为指纹算法芯片40的地信号端连接到第二个地信号点GND。指纹算法芯片40的VDDA引脚、VCCA引脚以及VDD引脚、VDD33/AVDD_PLL引脚、VDD33引脚、AVDD_MC_ADC引脚作为指纹算法芯片40的电源端均与电源MCU_3V3连接。其中，为了对电源MCU_3V3进行整流滤波，可以令电源MCU_3V3先连接磁珠FB1，然后令磁珠FB1分别连接指纹算法芯片40的AVDD_MC_ADC引脚、VDD33引脚、VDD33/AVDD_PLL引脚和VDD引脚，并令磁珠FB1通过电容C19接地。其中，电容C19可以为0.1μF的电容。
本实施例属于一种玻璃基指纹芯片的抗干扰方案，对目前的玻璃基指纹芯片模组在电源较差环境下的干扰进行优化。其中，玻璃基指纹芯片10用于生物指纹采集，隔离器20用来隔离信号串入的干扰，单向隔离电路30用于将手指触控在触摸金属环上时带入的干扰源隔离在单向隔离电路之外，指纹算法芯片40用来控制指纹采集及通信识别。进而利用单向隔离电路的单向性，使手指接入干扰不会汇入内部电路，从而使得干扰相对较干净，起到较强的抗扰作用。进而解决电源环境较差的情况下提取的生物活体指纹较差，难以识别当前提取活体指纹并用于配对的问题，能够准确的采集到手指的正确指纹图像，避免指纹采集的失真和错误图形录入，有效提升玻璃基指纹芯片模组产品的性能，保障玻璃基指纹芯片模组在电源环境较差的情况下的功能正常化。
可选的，如图5所示，单向隔离电路30可以包括二极管D1和二极管D2。
其中，二极管D1和二极管D2的负极均与玻璃基指纹芯片的地信号端连接，二极管D1和二极管D2的正极均与触摸金属环的地信号端连接。
本实施例中，通过设置二极管D1和二极管D2构成的单向隔离电路，不仅使用隔离器20处理干扰问题，同时采用二极管将玻璃基指纹芯片10的地信号端和触摸金属环的地信号端连接在一起，并使二极管D1和二极管D2的负极均与玻璃基指纹芯片的地信号端连接，二极管D1和二极管D2的正极均与触摸金属环的地信号端连接，进而使二极管正极朝触摸金属环的地信号端，使二极管负极朝玻璃基指纹芯片的地信号端。进而通过二极管的接入方式可以将手指触控在触摸金属环上时，手指带入的干扰源隔在二极管外部，利用二极管的单向性，手指接入干扰不会汇入内部电路，使得干扰相对较干净，起到及时较强的抗扰作用，从而通过这样的连接方式在指纹采集时有效解决在较差电源使用环境下采集指纹产生的较大干扰。并且由于二极管有较低的结电容，可以有效的保障了触摸金属环和内部地间的连接，使得玻璃基指纹芯片能够在采集指纹时隔离开触摸时带入的干扰，并保障和模组内部电路的合适连接，可以较为理想的采集到准确的手指指纹，取得较好的准确活体指纹图形。
可选的，如图5所示，单向隔离电路30还可以包括ESD保护器件。
其中，ESD保护器件分别并联在二极管D1和二极管D2的两端。
其中，ESD(Electro-Static discharge)保护器件即静电保护器件，可以包括保护电路避免脉冲、电源瞬变、浪涌等现象损坏芯片的器件，在二极管D1和二极管D2两端分别并联ESD保护器件，可以通过ESD器件及时对手指带入的静电干扰，起到及时较强的抗扰作用，使得玻璃基指纹芯片模组能够较为理想的采集到准确的手指指纹。
示例性的，ESD保护器件可以为瞬态抑制二极管或压敏电阻。
通过瞬态抑制二极管或压敏电阻可以快速吸收或阻止静电干扰，避免芯片损坏。
可选的，如图6所示，指纹识别模组还可以包括稳压芯片。
其中，稳压芯片与指纹算法芯片40的电源端连接，被配置为给指纹算法芯片40提供稳定的电压。
如图6所示，稳压芯片可以将5V电源稳压为指纹算法芯片40所需的3.3V电源，从而给指纹算法芯片40提供稳定的电压。其中，电阻R21作为限流电阻，电容C24和电容C26作为滤波电容。
可选的，如图7所示，指纹识别模组还可以包括接口模块。
其中，接口模块通过通用串行总线和通用异步收发器与指纹算法芯片连接，被配置为将指纹识别模组与外部终端设备连接。
结合图4和图7所示，接口模块的USB_DM端和USB_DP端与指纹算法芯片40的DM引脚、DP引脚对应连接，以通过通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)在接口模块和指纹算法芯片40之间通信。接口模块的UART_RXD端和UART_TXD端与指纹算法芯片40的GIBT(1)引脚、GIBT(1)引脚对应连接，以通过通用异步收发器(Universal AsynchronousReceiver Transmitter，UART)在接口模块和指纹算法芯片40之间通信。
其中，接口模块USB_DM端和USB_DP端处的电阻R22可以用来做阻抗控制。
本实施例的指纹识别模组100在使用时，可以将接口模块的插入端子连接到安卓设备、windows设备等外部终端设备上，手指触摸玻璃基指纹芯片10的采集区域，以在玻璃基指纹芯片10处采集指纹信息，通过隔离器20和单向隔离电路30隔离干扰，然后经过指纹算法芯片40处理后在安卓设备、windows设备等外部终端设备上显示准确指纹信息。当录入准确指纹后，指纹可存储在指纹识别模组、安卓设备、windows设备上，用于可能用到的识别、比对等。
作为本实用新型的另一实施例，本实用新型还包括一种指纹识别系统，包括如上任一实施例的指纹识别模组，且与上述指纹识别模组具有相同的有益效果，在此不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种指纹识别模组，其特征在于，包括：玻璃基指纹芯片、隔离器、单向隔离电路、指纹算法芯片和触摸金属环；
所述玻璃基指纹芯片的输出端与所述隔离器的第一通信端连接，所述玻璃基指纹芯片的地信号端分别与所述隔离器的第一地信号端、所述单向隔离电路的负极连接，所述玻璃基指纹芯片的电源端与所述隔离器的第一电源端连接；
所述隔离器的第二通信端与所述指纹算法芯片的通信端连接，所述隔离器的第二地信号端与所述指纹算法芯片的地信号端连接，所述隔离器的第二电源端与所述指纹算法芯片的电源端连接；
所述单向隔离电路的正极与所述触摸金属环的地信号端连接。
2.如权利要求1所述的指纹识别模组，其特征在于，所述单向隔离电路包括二极管D1和二极管D2；
所述二极管D1和所述二极管D2的负极均与所述玻璃基指纹芯片的地信号端连接，所述二极管D1和所述二极管D2的正极与所述触摸金属环的地信号端连接。
3.如权利要求2所述的指纹识别模组，其特征在于，所述单向隔离电路还包括ESD保护器件；
所述ESD保护器件分别并联在所述二极管D1和所述二极管D2的两端。
4.如权利要求3所述的指纹识别模组，其特征在于，所述ESD保护器件为瞬态抑制二极管或压敏电阻。
5.如权利要求1-4任一项所述的指纹识别模组，其特征在于，还包括稳压芯片；
所述稳压芯片与所述指纹算法芯片的电源端连接，被配置为给所述指纹算法芯片提供稳定的电压。
6.如权利要求1-4任一项所述的指纹识别模组，其特征在于，还包括接口模块；
所述接口模块通过通用串行总线和通用异步收发器与所述指纹算法芯片连接，被配置为将指纹识别模组与外部终端设备连接。
7.一种指纹识别系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的指纹识别模组。
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