TWI770409B

TWI770409B - 具指紋感測系統的智慧卡及其控制方法

Info

Publication number: TWI770409B
Application number: TW108128493A
Authority: TW
Inventors: 葉儀晧; 顏國隆; 劉大煌; 王明和
Original assignee: 義隆電子股份有限公司
Priority date: 2019-05-06
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2022-07-11
Also published as: TW202042115A

Abstract

一種具有指紋感測系統的智慧卡包括一控制器及一指紋感測裝置，當該指紋感測裝置在感測指紋以產生一指紋幀資料時，該控制器進入休眠模式，而當該控制器讀取該指紋幀資料時，該指紋感測裝置停止感測指紋，由於感測指紋及讀取指紋幀資料的動作不會同時發生，因此可以避免出現高電流的情況，降低耗電量。

Description

具指紋感測系統的智慧卡及其控制方法

本發明係有關一種具有指紋感測系統的智慧卡，特別是關於一種能夠降低耗電的智慧卡及其控制方法。

具有指紋感測系統的智慧卡愈來愈普遍。智慧卡的指紋感測系統用來註冊使用者的指紋，及驗證使用者的身份。一般來說，智慧卡內設有天線以從另一電子裝置(例如讀卡機)獲得電力。如果智慧卡與該供應電力的電子裝置之間的距離如果太遠，智慧卡獲得的電力可能不足以供其指紋感測系統進行某些功能，例如指紋的註冊。因此，降低智慧卡的耗電就變得非常重要。

本發明的目的，在於提出一種降低耗電的智慧卡及其控制方法。

根據本發明，一種具有指紋感測系統的智慧卡包括一控制器及一指紋感測裝置，該指紋感測裝置是用以感測指紋以產生一指紋幀資料，該控制器從該指紋感測裝置取得該指紋幀資料以進行指紋註冊或比對。該智慧卡的控制方法包括在一第一模式下，當該控制器讀取該指紋幀資料時，讓該指紋感測裝置停止感測指紋，或是在該指紋感測裝置感測指紋期間，使該控制器進入休眠模式。由於感測指紋及讀取指紋幀資料的動作不會同時發生，因此可以避免出現高電流的情況，降低耗電量。

在一實施例中，該指紋感測裝置包括一資料傳輸介面用以與該控制器溝通、一感測器用以感測指紋以產生該指紋幀資料以及一記憶體用以儲存該感測器輸出之該指紋幀資料。其中該控制器透過該資料傳輸介面讀取該記憶體中的該指紋幀資料，在該智慧卡的該第一模式下，當該控制器讀取該指紋幀資料時，該感測器停止感測指紋。

在一實施例中，在該智慧卡的該第一模式下，該感測器比對當前所感測到的新指紋幀資料是否相似於儲存在該記憶體中的舊指紋幀資料，並且將該新指紋幀資料儲存於該記憶體中。若該新指紋幀資料與舊指紋幀資料不相似，則該感測器輸出一通知信號給該控制器，該控制器因應該通知信號讀取該記憶體儲存的該新指紋幀資料。

在一實施例中，該智慧卡更包括一第二模式。在該第二模式下，該指紋感測裝置在感測指紋時產生多筆指紋線資料，該多筆指紋線資料組成一個該指紋幀資料，並且該控制器在該指紋感測裝置感測指紋的期間，從該指紋感測裝置依序取得該多筆指紋線資料。在該第二模式時，該控制器可在該指紋感測裝置感測指紋時讀取指紋資料，以提高工作效率。

圖1顯示根據本發明之一具有指紋感測系統12的智慧卡10的實施例，智慧卡10可透過近距離無線通訊(Near-Field Communication; NFC)天線14感應另一電子裝置(例如讀卡機)的線圈來獲取電力給指紋感測系統12，智慧卡10也可透過晶片16從讀卡機取得電力給指紋感測系統12。由於NFC天線14是提供交流電，因此需要電源回授電路18將NFC天線14輸出的交流電壓轉為直流電壓。穩壓器(Low Drop Out; LDO)20將來自晶片16或電源回授電路18的電壓轉換為電源電壓V1，穩壓器22再將電源電壓V1轉換為電源電壓V2給指紋感測系統12，其中電源電壓V1大於電源電壓V2。開關24連接在穩壓器20及指紋感測系統12之間，用以決定是否將電源電壓V1供給指紋感測系統12。指紋感測系統12包括一控制器122及指紋感測裝置124，指紋感測裝置124用以感測指紋，控制器122接收來自該指紋感測裝置124的指紋資料，並根據該指紋資料進行指紋註冊或比對，控制器122還可以控制LED燈30或顯示器32產生視覺性的指示，使得使用者可以知道指紋註冊或指紋比對過程中的各種狀態，例如指紋註冊成功或指紋比對失敗，其中顯示器32可以是電子紙或LCD。在一實施例中，控制器122與指紋感測124裝置是兩個分開的積體電路裝置。在其他實施例中，控制器122與指紋感測裝置124也有可能整合在一個積體電路裝置中。

圖2顯示圖1中的指紋感測裝置124，其包括資料傳輸介面1242、感測器1244以及一記憶體1246。資料傳輸介面1242連接控制器122用以與控制器122溝通。感測器1244連接資料傳輸介面1242與記憶體1246。感測器1244用以感測指紋，並且將感測到的資料經由資料傳輸介面1242傳送給控制器122，或者是儲存到記憶體1246。感測器1244的面積小於一般的手指。記憶體1246連接資料傳輸介面1242，用以儲存指紋資料。記憶體1246的種類並沒有限制，例如可以是DRAM。資料傳輸介面1242並且連接感測器1244與記憶體1246。

指紋感測系統12可以操作在線模式(Line mode)或是幀模式(Frame mode)。圖3顯示在線模式下，指紋感測系統12的控制方法。首先控制器122會設定初始指令並經資料傳輸介面1242將該初始指令傳送給感測器1244，如步驟S10所示，感測器1244會根據該初始指令將狀態初始化。接著執行步驟S12，感測器1244感測指紋並將指紋資料儲存在其內部的緩衝器(圖中未示出)。緩衝器的容量小，每次只儲存一幀指紋圖像中的一部分的指紋資料，例如圖4顯示了一幀指紋圖像的指紋幀資料(fingerprint frame data)38，指紋幀資料38包括指紋線資料R1~R5。指紋幀資料38是感測器1244感測使用者的指紋所獲得，其對應手指的一部份。假設緩衝器每次最多只能儲存一列的指紋線資料(fingerprint line data)，感測器1244在獲得第一列的指紋線資料R1後，將其儲存在緩衝器中，同時送出一中斷(interrupt)信號給控制器122，控制器122在收到中斷信號後，透過資料傳輸介面1242讀取緩衝器中的指紋線資料R1，而在控制器122讀取指紋線資料R1的期間，感測器1244也同時進行感測指紋的操作以獲得第二列的指紋線資料R2，當感測器1244獲得指紋線資料R2且控制器122已取得指紋線資料R1後，感測器1244將指紋線資料R2儲存到緩衝器中以取代指紋線資料R1，同時再送出中斷信號給控制器122，使控制器122讀取指紋線資料R2，在控制器122讀取指紋線資料R2的期間，感測器1244也同時進行感測指紋的操作以獲得第三列的指紋線資料R3，依此類推，感測器1244會依序取得多個指紋線資料R1~R5儲存在緩衝器中，而控制器122在感測器1244感測指紋的期間從緩衝器中依序讀取多個指紋線資料R1~R5。在控制器122取得所有指紋線資料R1~R5後，執行步驟S14，控制器122根據該多個指紋線資料R1~R5得到指紋幀資料38以進行指紋註冊或指紋比對。在此範例中，緩衝器是用於儲存一整列的指紋線資料，但依據緩衝器的大小，其也可能儲存小於或大於一列的指紋線資料。

在上述指紋感測裝置124的控制方法中，感測器1244感測指紋的期間，控制器122同時讀取指紋線資料，工作效率較高，但控制器122及感測器1244同時運作，會造成較高的耗電量。如圖5的表格所示，在程序2時，即圖3的步驟S12，控制器122進行資料傳輸以讀取指紋線資料，而感測器1244感測指紋，此時控制器122的處理速度為中速(即以中間頻率進行操作)，感測器1244的處理速度為高速(即以高頻進行操作)，此時需要提供高電流給控制器122及感測器1244，產生的總耗電量高達7.5mA。圖5所示的低速、中速及高速的操作頻率分別為16MHz、32MHz及64MHz。如果智慧卡10從讀卡機獲得的電力充足，使用線模式進行指紋感測的效率高。

在智慧卡10使用無線感應取得電力的情況下，智慧卡10離讀卡機愈遠，從讀卡機獲得的電力愈小，而如圖5的表格所示，智慧卡10操作在線模式時，控制器122及感測器1244同時操作時產生很高的耗電量。如果使用者在使用智慧卡10進行指紋註冊或比對時離讀卡機太遠，就會沒有足夠的電力可供應給控制器122及感測器1244同時操作，造成使用上的不便。根據本發明的智慧卡提供的幀模式可以解決這個問題。

圖6顯示圖2的指紋感測系統12在幀模式下的控制方法。在步驟S10，控制器122設定初始指令並經資料傳輸介面1242將該初始指令傳送給感測器1244，感測器1244會根據該初始指令進行初始化。步驟S20是在感測器1244初始化之後進行。在步驟S20，感測器1244感測指紋以產生一指紋幀資料38(如圖4所示)。在感測器1244感測指紋的期間，控制器122進入休眠模式(sleep mode)。步驟S22是在感測器1244產生指紋幀資料38後進行。在步驟S22中，感測器1244將步驟S20所獲得的指紋幀資料38儲存在記憶體1246中，並且發出通知信號喚醒控制器122。在一實施例中，該通知信號為一中斷信號(interrupt, int)。控制器122因應該通知信號而被喚醒。在步驟S24中，控制器122透過資料傳輸介面1242讀取記憶體1246中的指紋幀資料38，在控制器122讀取指紋幀資料38的期間，感測器1244進入休眠模式以停止感測指紋。最後在步驟S26，控制器122根據所取得的指紋幀資料38進行指紋註冊或比對。在一實施例中，感測器1244可以是電容式指紋感測器。

在一實施例中，感測器1244具有實施運算及感測所需要的電路，其中不包括一微處理器。控制器122喚醒感測器1244進行指紋感測後便進入休眠模式，直到被感測器122喚醒。在控制器122被喚醒之後，便發送指令使感測器1244進入休眠模式，並且讀取記憶體1246內的指紋幀資料。在其他實施例中，感測器1244亦可具有微處理器。感測器1244將指紋幀資料儲存到記憶體1246並且喚醒控制器122之後，便進入休眠模式。控制器122被感測器1244喚醒並且讀取記憶體1246內的指紋幀資料。在獲得記憶體1246的指紋幀資料後，控制器122喚醒感測器1244進行指紋感測，並且進入休眠模式。

由上述可知，在幀模式中，控制器122一次讀取一幀的指紋資料，而在線模式中，控制器122一次讀取一幀指紋資料中的一列或一部分。

圖7顯示圖2中控制器122及感測器1244在幀模式的耗電量，在程序2-1時，如圖6的步驟S20所示，感測器1244進行感測，處理速度為高速(以高頻進行操作)，控制器122則進入休眠模式，此時需要的總耗電量只有2.5mA。在程序2-2時，如圖6的步驟S24，控制器122進行資料傳輸(讀取指紋幀資料)，處理速度為低速(以低頻進行操作)，感測器1244則進入休眠模式以停止感測，此時需要的總耗電量為4.5mA。相較於圖5中讓控制器122及感測器1244同時動作的程序2，幀模式在指紋感測過程中所需要的電流較低。因此當指紋感測系統12操作在幀模式時，智慧卡10即使是在距離讀卡機較遠的地方，仍然能夠進行指紋註冊及比對，具有便利性高的優點。圖7所示的低速的操作頻頻率可以是例如16MHz，高速的操作頻率可以是例如64MHz。

上述的幀模式具有低耗電的優點，即使智慧卡在電力較低的情況下，仍可以支援各種不同的指紋註冊方法，例如點擊的方法以及螺旋註冊的方法。點擊的方法需要使用者的手指多次點擊感測器1244以取得多個的指紋幀資料。螺旋註冊方法的一個實施例是如圖8所示，手指按壓感測器1244後，以由內而外的順時鐘螺旋路徑S移動，使手指的各區域都通過感測器1244，以取得手指各區域的指紋幀資料。感測器1244獲得的多筆指紋幀資料被用來產生多筆指紋註冊資訊。相較於點擊的方法，螺旋註冊的方法完成指紋註冊所需的時間較短。螺旋註冊的方法需要感測器1244持續不斷的感測指紋，如果指紋感測系統12是操作在線模式下，螺旋註冊的方法在感測指紋的期間耗電量高，因此在智慧卡10的電力較低的情況下就無法實施。如果指紋感測系統12是操作在幀模式下，由於感測指紋與控制器讀取指紋幀資料的操作並不同時進行，耗電量較低。因即使智慧卡10是在電力較低的情況，仍然可以使用螺旋註冊方法進行指紋註冊。

上述幀模式的特徵之一，是將控制器122讀取指紋資料的時間與感測器1244感測指紋的時間錯開，以降低智慧卡在特定時段的耗電量。因此，智慧卡10即使在距離讀卡機較遠的地方也能進行指紋註冊及比對，提高便利性。

在本發明的幀模式的控制方法中，可以讓每一筆感測到的指紋幀資料38都儲到記憶體1246中讓控制器122讀取，但也可以只讀取相似度較低的指紋幀資料38，如此一來可以降低要傳輸的資料量。圖9顯示圖6中步驟S22的一個實施例，在步驟S222中，感測器1244將當前感測到的新指紋幀資料與儲存在記憶體1246中的舊指紋幀資料進行比對，以產生這兩筆指紋幀資料的相似度，並且將該新指紋幀資料儲存至記憶體1246中。在一實施例中，感測器1244將當前獲得的每一筆指紋線資料與記憶體1246中的指紋幀資料的每一筆指紋線資料作比對。以圖10為例，圖號38是代表儲存在記憶體1246中舊的指紋幀資料，圖號38’是代表感測器1244當前感測指紋所獲得的新指紋幀資料。在感測器1244獲得第一列的指紋線資料R1’時，感測器1244也同時去記憶體1246中讀取指紋幀資料38的第一列指紋線資料R1，並且將指紋線資料R1與R1’進行比對。比對的方式可以是將指紋線資料R1’的各個數值的總和減去指紋線資料R1的各個數值的總和獲得一線差異值，如果該線差異值的絕對值小於一預設值，就將一計數值加1，如果該線差異值的絕對值大於等於一預設值，則不調整該計數值，其中該計數值的初始值為0。線差異值的絕對值小於該預設值，代表指紋線資料R1與R1’相似或相同。

感測器1244並且將新的指紋線資料R1’儲存至指紋線資料R1在記憶體1246的位址，也就是以新的指紋線資料R1’取代指紋線資料R1。在感測器1244獲得第二列的指紋線資料R2’時，感測器1244也同時去記憶體1246中讀取指紋幀資料38的第二列指紋線資料R2，並且將指紋線資料R2與R2’進行比對。感測器1244也將新的指紋線資料R2’儲存至指紋線資料R2在記憶體1246的位址。感測器1244就以前述的方式依序將新的指紋線資料R1’~R5’與指紋線資料R1~R5進行比對獲得一計數值，並且將新的指紋幀資料38’儲存到記憶體1246中。在這個例子中，記憶體1246儲存的內容都是感測器1244最新獲得的指紋幀資料。該計數值代表新的指紋幀資料38’與舊指紋幀資料38之間的相似度。該計數值愈大，代表指紋幀資料38與38’愈相似。

接下來進行步驟S224。在步驟S224中，感測器1244根據該計數值(即相似度)判斷新指紋幀資料38’與舊指紋幀資料38是否相似。在一實施例中，感測器1244將該計數值與一臨界值進行比較，該臨界值為一正整數。如果該計數值大於該臨界值，則判斷新指紋幀資料38’相似於舊指紋幀資料38，並且回到步驟S20取得下一筆指紋幀資料。如果該計數值小於該臨界值，則判斷新指紋幀資料38’不相似於舊指紋幀資料38，並且進行步驟S226。在步驟S226中，感測器1244發出通知信號喚醒控制器122。在一實施例中，該通知信號為一中斷信號(interrupt, int)。

本發明的指紋感測系統12可以同時具有幀模式(第一模式)及線模式(第二模式)，讓用戶可以根據需求選擇其中一種模式，例如用戶希望有較高的工作效率時，可以將指紋感測系統12設定為線模式，而當用戶希望降低耗電量時，可以將指紋感測系統12設定為幀模式。指紋感測系統12也可以根據當前狀況切換線模式或幀模式，如圖11的控制方法所示，指紋感測系統12啟動後先進行步驟S10，控制器122設定初始指令並經資料傳輸介面1242將該初始指令傳送給感測器1244，感測器1244根據該初始指令進行初始化。接著在步驟S34時，控制器122偵測目前智慧卡10所獲得的電力，當該電力大於一預設電壓值時，指紋感測系統12進入線模式，執行如圖3所述的步驟S12及S14，當該電力小於該預設電壓值時，指紋感測系統12進入幀模式，執行如圖6所述的步驟S20、S22、S24及S26。在此實施例中，在步驟S22中也可以進行如圖9所示的比對指紋資料相似度的操作。在其他實施例中，在步驟S12結束後，可以回到步驟S34再進行電力的判斷，若電力仍大於預設電壓值，則維持線模式，若此時電力小於預設電壓值，則從線模式切換到幀模式，執行步驟S20、S22、S24及S26。同樣的，在步驟S24結束後，可回到步驟S34再進行電力的判斷，若電力仍小於預設電壓值，則維持幀模式，若此時電力大於預設電壓值，則從幀模式切換到線模式，執行步驟S12及S14。

以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由之後的申請專利範圍及其均等來決定。

10:智慧卡 12:指紋感測系統 122:控制器 124:指紋感測裝置 1242:資料傳輸介面 1244:感測器 1246:記憶體 14:近距離無線通訊天線 16:晶片 18:電源回授電路 20:線性穩壓器 22:線性穩壓器 24:開關 30:LED燈 32:顯示器 38:指紋幀資料

圖1顯示根據本發明之一具有指紋感測系統的智慧卡的實施例。圖2顯示圖1中的指紋感測裝置。圖3顯示在線模式下指紋感測裝置的控制方法。圖4顯示一幀指紋圖像的指紋幀資料。圖5顯示在線模式下控制器及感測器在各程序的總耗電量。圖6顯示圖2的指紋感測系統在幀模式的控制方法。圖7顯示在幀模式下控制器及感測器在各程序的總耗電量。圖8是用以說明螺旋註冊的方式。圖9顯示圖6中步驟S22進行去除多餘資料的實施例。圖10用以說明圖9中步驟S222。圖11顯示本發明控制方法的另一實施例。

Claims

一種具指紋感測系統的智慧卡，包括：一指紋感測裝置，用以感測指紋以產生一指紋幀資料；以及一控制器，連接該指紋感測裝置，該控制器從該指紋感測裝置取得該指紋幀資料，並且根據該指紋幀資料進行指紋註冊或比對；其中，在該智慧卡的一第一模式下，當該控制器讀取該指紋幀資料時，該指紋感測裝置停止感測指紋，或者在該指紋感測裝置感測指紋期間，該控制器進入休眠模式。
如請求項1的智慧卡，其中該指紋感測裝置包括：一資料傳輸介面，耦接該控制器，用以與該控制器溝通；一感測器，連接該資料傳輸介面，用以感測指紋以產生該指紋幀資料；以及一記憶體，連接該資料傳輸介面及該感測器，用以儲存該感測器輸出之該指紋幀資料；其中，該控制器透過該資料傳輸介面讀取該記憶體中的該指紋幀資料，在該智慧卡的該第一模式下，當該控制器讀取該指紋幀資料時，該感測器進入休眠模式而停止感測指紋。
如請求項2的智慧卡，其中該感測器為電容式指紋感測器。
如請求項2的智慧卡，其中該控制器獲得該指紋幀資料後，喚醒該感測器。
如請求項2的智慧卡，其中在該智慧卡的該第一模式下，該感測器比對當前所感測到的新指紋幀資料是否相似於儲存在該記憶體中的舊指紋幀資料，並且將該新指紋幀資料儲存於該記憶體中；若該新指紋幀資料與該舊指紋幀資料不相似，則該感測器輸出一通知信號給該控制器，該控制器因應該通知信號而被喚醒，然後讀取該記憶體儲存的該新指紋幀資料。
如請求項5的智慧卡，其中該通知信號為一中斷信號。
如請求項1的智慧卡，該智慧卡更包括一第二模式，在該第二模式下，該指紋感測裝置在感測指紋時產生多筆指紋線資料，該多筆指紋線資料組成一個該指紋幀資料，並且該控制器在該指紋感測裝置感測指紋的期間，從該指紋感測裝置依序取得該多筆指紋線資料。
如請求項7的智慧卡，其中該控制器依據該智慧卡獲得的電力來決定將該智慧卡操作於該第一模式或第二模式。
一種具指紋感測系統的智慧卡的控制方法，該智慧卡包括一控制器及一指紋感測裝置，該指紋感測裝置用以感測指紋以產生一指紋幀資料，該控制器用以從該指紋感測裝置取得該指紋幀資料並根據該指紋幀資料進行指紋註冊或比對，該控制方法包括下列步驟：在該智慧卡的第一模式下，當該控制器讀取該指紋幀資料時，該指紋感測裝置停止感測指紋，或者在該指紋感測裝置感測指紋期間，該控制器進入休眠模式。
如請求項9的控制方法，更包括儲存該指紋幀資料於一記憶體中以供該控制器讀取。
如請求項10的控制方法，其中該儲存該指紋幀資料的步驟包括：比對當前所感測到的新指紋幀資料是否相似於儲存在該記憶體中的舊指紋幀資料，並且將該新指紋幀資料儲存於該記憶體中；以及若該新指紋幀資料與該舊指紋幀資料不相似，則輸出一通知信號給該控制器，其中該控制器因應該通知信號而被喚醒，然後讀取該記憶體儲存的該新指紋幀資料。
如請求項11的控制方法，其中該通知信號為一中斷信號。
如請求項9的控制方法，更包括：在該智慧卡的一第二模式下，該指紋感測裝置在感測指紋時產生多筆指紋線資料，其中該多筆指紋線資料組成一個該指紋幀資料；以及在該指紋感測裝置感測指紋的期間，該控制器從該指紋感測裝置依序取得該多筆指紋線資料。
如請求項13的控制方法，更包括依據該智慧卡獲得的電力來決定將該智慧卡操作於該第一模式或第二模式。
如請求項9的控制方法，其中該指紋感測裝置包括一資料傳輸介面，耦接該控制器，用以與該控制器溝通；一感測器，連接該資料傳輸介面，用以感測指紋以產生該指紋幀資料；以及一記憶體，連接該資料傳輸介面及該感測器，用以儲存該感測器輸出之該指紋幀資料，該控制方法更包括：該控制器透過該資料傳輸介面讀取該記憶體中的該指紋幀資料，在該智慧卡的該第一模式下，當該控制器讀取該指紋幀資料時，該感測器進入休眠模式而停止感測指紋。
如請求項15的控制方法，其中該控制器獲得該指紋幀資料後，喚醒該感測器。