指紋檢測電路和指紋檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種指紋檢測電路和指紋檢測裝置，所述指紋檢測電路包括：信號發(fā)生電路，用于產(chǎn)生交流信號；發(fā)射電極，用于傳遞所述交流信號至手指；感應(yīng)單元，用于采集手指的指紋信息；信號處理電路，用于處理所述指紋信息；所述信號發(fā)生電路與所述發(fā)射電極電連接，所述感應(yīng)單元與所述信號處理電路電連接。從而，通過發(fā)射電極將具有一定幅度的交流信號耦合至手指，使得該交流信號通過手指和感應(yīng)單元之間形成的第一電容與感應(yīng)單元和地之間形成的第二電容產(chǎn)生分壓信號，其經(jīng)信號處理電路處理后產(chǎn)生包含了指紋信息的輸出數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)指紋的檢測。由于整個電路采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，不包含任何反饋環(huán)路，因此電路成本低，可靠性高，指紋檢測速度快。
【專利說明】指紋檢測電路和指紋檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及指紋檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種指紋檢測電路和具有該指紋檢測電路的指紋檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在指紋檢測裝置中，指紋檢測電路是用于將指紋包含的“峰”和“谷”的圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號的核心模塊。中國專利200710129193.0披露了一種指紋檢測電路，其包括外部電極10、檢測單元20、電阻30和信號產(chǎn)生源40，外部電極10與信號產(chǎn)生源40分別耦接至參考電平Vcmb與Vcma，檢測單元20通過電阻30耦接至信號產(chǎn)生源40，檢測電路還包括一輸出端OUT耦接于檢測單元20與電阻30之間，輸出端OUT連接判斷電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。不同的檢測單元20與手指50表面不同的紋路之間等效構(gòu)成許多具有不同電容值的電容組件，對信號產(chǎn)生源40而言，電阻30以及電容組件則構(gòu)成一個濾波電路，因此在輸出端OUT上會根據(jù)信號產(chǎn)生源40所提供的參考信號，隨著電阻30的電阻值與電容組件的電容值的不同而對應(yīng)產(chǎn)生不同的檢測信號，從而實(shí)現(xiàn)指紋檢測。
[0003]然而，該技術(shù)方案存在以下缺陷:首先，由于電容組件的電容很小，要獲得適當(dāng)?shù)慕刂诡l率就要求電阻30非常大，集成在芯片上會消耗很大的成本；其次，在檢測單個指紋像素點(diǎn)時需要經(jīng)歷多個“比較器檢測_>輸入信號調(diào)節(jié)”周期來確定最終的直流電平，檢測精度越高要求的檢測周期越長，導(dǎo)致了檢測速度和檢測精度這兩個重要指標(biāo)不可兼得；最后，該專利的信號產(chǎn)生源40與模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成了一個閉環(huán)回路，使得電路存在環(huán)路不穩(wěn)定的風(fēng)險。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有的指紋檢測電路，電路成本較高，電路穩(wěn)定性較差，指紋檢測速度較慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種指紋檢測電路和指紋檢測裝置，旨在降低電路成本，提聞電路穩(wěn)定性和指紋檢測速度。
[0006]為達(dá)以上目的，本發(fā)明提出一種指紋檢測電路，包括:
[0007]信號發(fā)生電路，用于產(chǎn)生交流信號；
[0008]發(fā)射電極，用于傳遞所述交流信號至手指；
[0009]感應(yīng)單元，用于采集手指的指紋信息；
[0010]信號處理電路，用于處理所述指紋信息；
[0011]所述信號發(fā)生電路與所述發(fā)射電極電連接，所述感應(yīng)單元與所述信號處理電路電連接；所述感應(yīng)單元與所述手指之間有第一電容，所述感應(yīng)單元與GND之間有第二電容。
[0012]優(yōu)選地，所述信號發(fā)生電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器和直流升壓器，所述驅(qū)動器分別與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器、直流升壓器和發(fā)射電極電連接，其中所述驅(qū)動器的輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端電連接，所述驅(qū)動器的輸出端與所述發(fā)射電極電連接。[0013]優(yōu)選地，所述信號發(fā)生電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和LC諧振電路，所述LC諧振電路的輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端電連接，所述LC諧振電路的輸出端與所述發(fā)射電極電連接。
[0014]優(yōu)選地，所述信號處理電路包括放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述放大器的輸入端與所述感應(yīng)單元電連接，所述放大器的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接。
[0015]優(yōu)選地，所述感應(yīng)單元包括多個感應(yīng)電極，所述放大器有多個，每一放大器電連接一感應(yīng)電極。
[0016]優(yōu)選地，所述發(fā)射電極和感應(yīng)單元集成于一感應(yīng)芯片。
[0017]優(yōu)選地，所述發(fā)射電極為環(huán)形發(fā)射電極，其環(huán)繞于所述感應(yīng)單元周圍。
[0018]優(yōu)選地，所述發(fā)射電極直接與手指接觸或通過一導(dǎo)電體間接與手指接觸來傳遞所述交流信號。
[0019]本發(fā)明同時提出一種指紋檢測裝置，包括一指紋檢測電路，所述指紋檢測電路包括:信號發(fā)生電路，用于產(chǎn)生交流信號；發(fā)射電極，用于傳遞所述交流信號至手指；感應(yīng)單元，用于采集手指的指紋信息；信號處理電路，用于處理所述指紋信息；所述信號發(fā)生電路與所述發(fā)射電極電連接，所述感應(yīng)單元與所述信號處理電路電連接；所述感應(yīng)單元與所述手指之間有第一電容，所述感應(yīng)單元與GND之間有第二電容。
[0020]本發(fā)明所提供的一種指紋檢測電路，通過發(fā)射電極將具有一定幅度的交流信號耦合至手指，使得該交流信號通過手指和感應(yīng)單元之間形成的第一電容與感應(yīng)單元和地(GND)之間形成的第二電容產(chǎn)生分壓信號，該分壓信號即為指紋感應(yīng)信號，其經(jīng)信號處理電路處理后產(chǎn)生包含了指紋信息的輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了指紋的檢測。由于整個電路采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，不包含任何反饋環(huán)路，電路成本低，且不存在環(huán)路穩(wěn)定性問題，可靠性高；而且本發(fā)明的指紋檢測電路最快可僅使用一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換周期的時間，即可將“峰”和“谷”的圖像信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，因此提高了指紋檢測速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的指紋檢測電路的電路圖；
[0022]圖2是本發(fā)明的指紋檢測電路一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖3是圖2中的指紋檢測電路的等效電路圖。
[0024]本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明?！揪唧w實(shí)施方式】
[0025]應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]本發(fā)明的指紋檢測電路，為電容分壓式指紋檢測電路，利用指紋上包含的“峰”和“谷”對應(yīng)的第一電容Cl (或稱感應(yīng)電容)大小不同，所以在同樣的交流信號激勵下輸出信號的幅度也不同的原理，將“峰”和“谷”的圖像信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號。
[0027]參見圖1、圖2，提出本發(fā)明的指紋檢測電路一實(shí)施例，所述指紋檢測電路包括信號發(fā)生電路100、發(fā)射電極200、感應(yīng)單元300和信號處理電路400，其中，信號發(fā)生電路100與發(fā)射電極200電連接，感應(yīng)單元300與信號處理電路400電連接。信號發(fā)生電路100用于產(chǎn)生交流信號；發(fā)射電極200用于傳遞交流信號至手指500，其可以直接與手指500接觸，或連接一導(dǎo)電體后通過該導(dǎo)電體間接與手指500接觸；感應(yīng)單元300用于采集手指500的指紋信息，即根據(jù)指紋產(chǎn)生相應(yīng)幅度的電壓信號，其表面覆蓋一絕緣層以隔絕手指500和感應(yīng)單元300 ;信號處理電路400用于對感應(yīng)單元300采集到的指紋信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而將電壓信號轉(zhuǎn)換為指紋數(shù)據(jù)。具體的等效電路圖如圖2所示，以下結(jié)合圖2進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]信號發(fā)生電路100包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器110、驅(qū)動器120和直流升壓器130，驅(qū)動器120分別與數(shù)模轉(zhuǎn)換器110、直流升壓器130和發(fā)射電極200電連接，其中驅(qū)動器120的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器110的輸出端電連接，驅(qū)動器120的輸出端與發(fā)射電極200電連接。輸入驅(qū)動器120的交流信號源為數(shù)模轉(zhuǎn)換器110的輸出電壓，數(shù)模轉(zhuǎn)換器110可根據(jù)不同的數(shù)字編碼輸出各種交流波形，如正弦波、方波、三角波等。驅(qū)動器120的工作電源電壓由直流升壓器130提供，直流升壓器130將系統(tǒng)中的低壓電源電壓升高為高壓電源電壓后輸出給驅(qū)動器120，以增大驅(qū)動器120輸出至發(fā)射電極200的交流信號的電壓幅值。在某些實(shí)施例中，所述驅(qū)動器120與直流升壓器130也可以由LC諧振電路代替，LC諧振電路的輸入端與數(shù)模轉(zhuǎn)換器110電連接，LC諧振電路的輸出端與發(fā)射電極200電連接，從而LC諧振電路將數(shù)模轉(zhuǎn)換器110輸入的交流信號的電壓幅值增大后輸出至發(fā)射電極200。
[0029]發(fā)射電極200和感應(yīng)單元300集成于一感應(yīng)芯片。感應(yīng)單元300由多個陣列排布的感應(yīng)電極310構(gòu)成，發(fā)射電極200為環(huán)形發(fā)射電極，其環(huán)繞于感應(yīng)單元300周圍。所述感應(yīng)電極310通過檢測手指500的指紋而產(chǎn)生不同的檢測值而獲取指紋信息，更明確地說，不同的感應(yīng)電極310與手指500表面不同的紋路之間等效構(gòu)成許多具有不同電容值的電容組件，該檢測值即為電容組件的電容值，該電容組件的其中一個電極由感應(yīng)電極310構(gòu)成，而另一個電極則由手指500的表面與發(fā)射電極200等效構(gòu)成，且絕緣層即成為電容組件中的介電層。手指500按壓于感應(yīng)芯片時，直接或間接的與發(fā)射電極200接觸，以使發(fā)射電極200將交流信號耦合至手指500 ;同時手指500接觸感應(yīng)單元300表面的絕緣層，覆蓋多個感應(yīng)電極310，在交流信號的激勵下，手指500表面與感應(yīng)電極310之間形成第一電容Cl (或稱感應(yīng)電容)，根據(jù)平板電容的計算公式可知，電容值與電容上下極板之間的距離成反比，因此手指紋路中“峰”和“谷”對應(yīng)的第一電容Cl大小不同。
[0030]信號處理電路400包括放大器410和模數(shù)轉(zhuǎn)換器420，放大器410的輸入端與感應(yīng)單元300電連接，放大器410的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器420的輸入端電連接。放大器410的數(shù)量與感應(yīng)電極310的數(shù)量相同，每一放大器410電連接一感應(yīng)電極310 (為簡化起見，圖2中僅顯示了一個感應(yīng)電極與一個放大器的連接示意圖)，每個感應(yīng)電極310與地(Ground,GND)之間都存在一個第二電容C2 (或稱寄生電容)，手指500上的交流信號經(jīng)過第一電容Cl與第二電容C2之間的分壓電壓即為放大器410的輸入電壓,放大器410將輸入電壓放大后輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換器420，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器420將接收到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸出，輸出的數(shù)據(jù)即檢測到的指紋信息。通過采用合適精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器420，可確保輸出的數(shù)據(jù)包含足夠的灰度信息。
[0031]下面按照常規(guī)的電路參數(shù)給出本發(fā)明的指紋檢測電路中的相關(guān)參數(shù)計算:
[0032]假設(shè)感應(yīng)電極310與指紋的“峰”形成的第一電容Cl最大為IfF，第二電容C2為20fF,驅(qū)動器120輸出的交流信號的電壓幅值為10V，放大器410的放大倍數(shù)為3倍，可算得放大器410的輸出電壓為:[0033]Vl=IOV*[IfF/ (lfF+20fF)]*3=1.428V
[0034]假設(shè)感應(yīng)電極310與指紋的“谷”形成的第一電容Cl最小為0.95fF，其它參數(shù)不變(即其它參數(shù)與指紋的“峰”相同)，可算得放大器410的輸出電壓為:
[0035]V2=10V* [0.95fF/ (0.95fF+20fF) ] *3=1.36V
[0036]因此指紋的“峰”和“谷”之間的輸出電壓差值為:
[0037]Vl-V2=68mV
[0038]與該電壓差值對應(yīng)的8級灰度的分辨率電壓為:
[0039]VLSB=68mV/8=8.5mV ；
[0040]假設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器420的參考電壓Vref=2V，則根據(jù)公式:VLSB=Vref/2N (其中N代表精度等級)可算得對模數(shù)轉(zhuǎn)換器420的精度N要求為8-bit (8位)。
[0041]據(jù)此，本發(fā)明的指紋檢測電路，通過發(fā)射電極200將具有一定幅度的交流信號耦合至手指500，使得該交流信號通過手指500和感應(yīng)單元300之間形成的第一電容Cl與感應(yīng)單元300和地之間形成的第二電容C2產(chǎn)生分壓信號，該分壓信號即為指紋感應(yīng)信號，其經(jīng)信號處理電路400處理后產(chǎn)生包含了指紋信息的輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了指紋的檢測。由于整個電路采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，不包含任何反饋環(huán)路，電路成本低，且不存在環(huán)路穩(wěn)定性問題，可靠性高；而且本發(fā)明的指紋檢測電路最快可僅使用一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換周期的時間，即可將“峰”和“谷”的圖像信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，因此指紋檢測速度快。
[0042]同時，鑒于移動終端系統(tǒng)中常用的電源電壓較低(通常為2.8V)，致使數(shù)模轉(zhuǎn)換器110產(chǎn)生交流信號的幅度較低，相應(yīng)的會導(dǎo)致產(chǎn)生的指紋感應(yīng)的有效信號幅度較低，本發(fā)明中采用直流升壓器130將移動終端系統(tǒng)中的電壓升高后輸出至驅(qū)動器120，使得數(shù)模轉(zhuǎn)換器110產(chǎn)生的交流信號通過驅(qū)動器120之后形成幅度足夠大的交流信號，最后再由放大器410將感應(yīng)單元300產(chǎn)生的指紋感應(yīng)信號進(jìn)行放大處理。從而，使得輸出數(shù)據(jù)包含了精度足夠的圖像灰度以分辨指紋信息，具備對應(yīng)8級圖像灰度的電壓精度，因此指紋檢測精度較聞。
[0043]本發(fā)明同時提出一種指紋檢測裝置，包括一指紋檢測電路，所述指紋檢測電路包括包括:信號發(fā)生電路，用于產(chǎn)生交流信號；發(fā)射電極，用于傳遞所述交流信號至手指；感應(yīng)單元，用于采集手指的指紋信息；信號處理電路，用于處理所述指紋信息；所述信號發(fā)生電路與所述發(fā)射電極電連接，所述感應(yīng)單元與所述信號處理電路電連接；所述感應(yīng)單元與所述手指之間有第一電容，所述感應(yīng)單元與GND之間有第二電容。本實(shí)施例中所描述的指紋檢測電路為本發(fā)明中上述實(shí)施例所涉及的指紋檢測電路，在此不再贅述。
[0044]本發(fā)明的指紋檢測裝置，采用了上述指紋檢測電路后，降低了成本，提高了可靠性，同時提高了指紋檢測速度和檢測精度。
[0045]應(yīng)當(dāng)理解的是，以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，不能因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種指紋檢測電路，其特征在于，包括: 信號發(fā)生電路，用于產(chǎn)生交流信號； 發(fā)射電極，用于傳遞所述交流信號至手指； 感應(yīng)單元，用于采集手指的指紋信息； 信號處理電路，用于處理所述指紋信息； 所述信號發(fā)生電路與所述發(fā)射電極電連接，所述感應(yīng)單元與所述信號處理電路電連接；所述感應(yīng)單元與所述手指之間有第一電容，所述感應(yīng)單元與GND之間有第二電容。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述信號發(fā)生電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器和直流升壓器，所述驅(qū)動器分別與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器、直流升壓器和發(fā)射電極電連接，其中所述驅(qū)動器的輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端電連接，所述驅(qū)動器的輸出端與所述發(fā)射電極電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述信號發(fā)生電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和LC諧振電路，所述LC諧振電路的輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端電連接，所述LC諧振電路的輸出端與所述發(fā)射電極電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述信號處理電路包括放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述放大器的輸入端與所述感應(yīng)單元電連接，所述放大器的輸出端與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述感應(yīng)單元包括多個感應(yīng)電極，所述放大器有多個，每一放大器電連接一感應(yīng)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述發(fā)射電極和感應(yīng)單元集成于一感應(yīng)芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述發(fā)射電極為環(huán)形發(fā)射電極，其環(huán)繞于所述感應(yīng)單元周圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述感應(yīng)單元由多個陣列排布的感應(yīng)電極構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的指紋檢測電路，其特征在于，所述發(fā)射電極直接與手指接觸或通過一導(dǎo)電體間接與手指接觸來傳遞所述交流信號。
10.一種指紋檢測裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9任一項所述的指紋檢測電路。
【文檔編號】G06K9/00GK103902971SQ201410089028
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】詹昶 申請人:深圳市匯頂科技股份有限公司