電容，使得所屬單片機(jī)芯片在其電源引腳之間所感受到的電源電壓值，是從低到高逐漸上升的，該過程所持續(xù)的時(shí)間一般為I?100ms。在單片機(jī)的電壓上升到適合其低功耗振蕩電路31運(yùn)行的范圍并且穩(wěn)定下來之后，其低功耗振蕩電路31開始啟動，具體包括偏置、起振、鎖定和穩(wěn)定幾個過程，該過程所持續(xù)的時(shí)間為I?50ms。
[0037]所述電源管理模塊50包括低電壓差穩(wěn)壓電路51，所述低電壓差穩(wěn)壓電路51通過一個電容量為IuF的濾波電容與所述便攜式移動通信設(shè)備200的電源電路連接。在具體應(yīng)用中，該低電壓差穩(wěn)壓電路51的輸入電壓為3.3V。
[0038]所述低電壓差穩(wěn)壓電路51為，通過串聯(lián)調(diào)整管、兩個取樣電阻和比較放大器組成的基本的低電壓差穩(wěn)壓電路。取樣電壓加在比較放大器的同相輸入端，與加在反相輸入端的基準(zhǔn)電壓相比較，兩者的差值經(jīng)比較放大器放大后，控制串聯(lián)調(diào)整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓；當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，基準(zhǔn)電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅(qū)動電流增加，串聯(lián)調(diào)整管壓降減小，從而使輸出電壓升高；相反的，若輸出電壓超過所需要的設(shè)定值，比較放大器輸出的前驅(qū)動電流減小，從而使輸出電壓降低。供電過程中，輸出電壓校正連續(xù)進(jìn)行，調(diào)整時(shí)間只受比較放大器和輸出晶體管回路反應(yīng)速度的限制。該電路可以保障所述智能變頻3D指紋傳感器的輸入電壓可以盡量的低，使得所述智能變頻3D指紋傳感器100可以在更寬的電壓輸入范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。因此，需要通過一個電容量為IuF的濾波電容與所述便攜式移動通信設(shè)備200的電源電路連接，就能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的濾波效果，大大簡化了電路的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)降低了成本。引入濾波電容的原因是要獲得平滑穩(wěn)定的電壓，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔儯运芤种齐妷旱牟▌?，使電壓變得平穩(wěn)光滑。濾波電容的主要作用有兩個:一是，去除器件之間的交流射頻耦合；二是，并將器件的電源端上瞬間的尖峰、毛刺對地短路掉。
[0039]所述電源管理模塊50還包括與所述低電壓差穩(wěn)壓電路51連接的電流限制電路52。所述電流限制電路52為，通過一個比較放大器和一個限流電阻組成的基本的電流限制電路。其能夠?qū)λ鲋悄茏冾l3D指紋傳感器起到過流保護(hù)電路作用。當(dāng)?shù)碗妷翰罘€(wěn)壓電路51輸出的電流超過額定值時(shí)，所述電流限制電路52限制其調(diào)整管發(fā)射極電流固定在某一數(shù)值或迅速減小，從而保護(hù)其調(diào)整管不會因電流過大而燒壞。
[0040]所述智能變頻3D指紋傳感器100還包括集成在所述系統(tǒng)級芯片101外表面的、作為所述系統(tǒng)級芯片101中各模塊與所述便攜式移動通信設(shè)備200間的連接端口的SPI接口70。所述SPI (Serial Peripheral Interface)接口 70，是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使所述系統(tǒng)級芯片100與所述便攜式移動通信設(shè)備200以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。
[0041]如圖1所示，所述智能變頻3D指紋傳感器100為方狀體，其長度為8mm?15mm、寬度為8_?15mm、高度為0.3mm?0.8mm。
[0042]在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述智能變頻3D指紋傳感器100的長、寬、高分別為10mm、10mm、0.6mm。由于其體積較小，因而可以適用于大多數(shù)對尺寸有要求的小型設(shè)備上。在具體應(yīng)用中，所述便攜式移動通信設(shè)備200可以為手機(jī)、筆記本電腦或平板電腦等。
[0043]利用所述智能變頻3D指紋傳感器100來采集指紋的具體原理為:當(dāng)手指放在所述智能變頻3D指紋傳感器100上之后，所述智能變頻3D指紋傳感器100會通過其線性采集單元31和指紋采集模塊10分別檢測所述金屬邊框和手指皮膚上的電場強(qiáng)度，并將該電場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為載有電壓信號的指紋采集信號，然后將所述線性采集單元31和指紋采集模塊10內(nèi)的每個指紋采集單元所產(chǎn)生的電壓信號按順序輸出到所述線性采集單元31和指紋采集模塊10內(nèi)部的電壓放大器使所述電壓信號的強(qiáng)度增加，然后通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器20將所述電壓信號轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字信號。
[0044]本實(shí)用新型的智能變頻3D指紋傳感器100通過同時(shí)采用基于射頻指紋識別技術(shù)的線性采集單元31和電容式指紋采集模塊10的方式，來采集指紋，使得所述智能變頻3D指紋傳感器100在任何環(huán)境條件下都能準(zhǔn)確地檢測和獲取人體的指紋和手指動作，通過該方式可以使所述智能變頻3D指紋傳感器100具有最佳的手指指紋識別性能和手指的運(yùn)動軌跡獲取性能。
[0045]本實(shí)用新型的智能變頻3D指紋傳感器100還遵循IEC61000-4-2級防靜電標(biāo)準(zhǔn)，能夠經(jīng)歷超過3千萬次按壓而不損壞，其還可適用于特別寒冷或特別酷熱的地區(qū)，運(yùn)行溫度范圍為-20°C?70°C，體積降到很小的情況下依然可以保證圖像質(zhì)量，并且成本低廉，可廣泛應(yīng)用于各種小尺寸或小體積的設(shè)備中。
[0046]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的智能變頻3D指紋傳感器，通過高度集成為系統(tǒng)級芯片，使其體積大為減小，可以安裝在各種便攜式移動通信設(shè)備上；通過電容式指紋采集模塊來采集指紋，使得指紋采集信號能夠深入手指真皮層，達(dá)到識別活體指紋，辨別假指紋的目的；通過線性采集單元發(fā)射射頻信號來采集指紋，使手指處于過干或者過濕狀態(tài)時(shí)，均能采集到清晰完整的指紋；通過內(nèi)部集成上電復(fù)位電路，保證了所述智能變頻3D指紋傳感器的正常開啟；通過內(nèi)部集成低電壓差穩(wěn)壓電路保障所述智能變頻3D指紋傳感器的輸入電壓較低且平穩(wěn)，時(shí)期能夠穩(wěn)定的工作，同時(shí)也使得所述智能變頻3D指紋傳感器接入不同的便攜式移動通信設(shè)備時(shí)，只需再額外接入一個濾波電容就能達(dá)到優(yōu)質(zhì)的濾波效果，保證接入時(shí)電壓的平滑和穩(wěn)定；通過內(nèi)部集成低功耗振蕩電路，使得所述智能變頻3D指紋傳感器休眠時(shí)的功耗更低，且無需再額外連接外部晶振器或脈沖時(shí)鐘；通過內(nèi)部集成電流限制電路，保證所述智能變頻3D指紋傳感器在電流過高時(shí)的安全性；通過采用SPI接口，使得所述智能變頻3D指紋傳感器能夠方便的接入各種外圍器件；通過內(nèi)部集成通過使各功能性部件模塊化，簡化了內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)，且價(jià)格適中，易于生產(chǎn)和推廣。
[0047]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能變頻3D指紋傳感器，其安裝在便攜式移動通信設(shè)備上，其特征在于，所述智能變頻3D指紋傳感器包括系統(tǒng)級芯片和設(shè)置在系統(tǒng)級芯片外周的金屬邊框，所述系統(tǒng)級芯片包括: 發(fā)出指紋采集信號以采集指紋，并生成3D指紋模擬信號的指紋采集模塊； 與所述指紋采集模塊連接，將所述3D指紋模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊； 與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接對其進(jìn)行控制，并對所述數(shù)字信號進(jìn)行處理和識別，生成處理和識別結(jié)果的主控模塊； 與所述主控模塊連接，控制所述主控模塊和所述便攜式移動通信設(shè)備之間進(jìn)行信息交互的I/O控制模塊； 與所述指紋采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、主控模塊和I/O控制模塊均連接，并提供電能的電源管理模塊； 所述指紋采集模塊為集成了 N個硅電容傳感器的電容式指紋采集模塊； 所述主控模塊包括通過發(fā)射射頻脈沖信號來采集指紋、并對該射頻信號進(jìn)行變頻處理以提取合格的3D指紋射頻信號的線性采集單元，所述線性采集單元通過所述金屬邊框發(fā)送射頻脈沖信號至手指，以采集指紋。2.如權(quán)利要求1所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述主控模塊和電源管理模塊之間連接有上電復(fù)位電路。3.如權(quán)利要求2所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述上電復(fù)位電路包括一個電阻和一個電容，其中，所述電阻的一端連所述電源管理模塊、另一端與所述電容的一端共接于所述主控模塊，所述電容的另一端接地。4.如權(quán)利要求1所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述主控模塊為單片機(jī)，其還包括可生成時(shí)鐘脈沖的低功耗振蕩電路。5.如權(quán)利要求1所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述電源管理模塊包括低電壓差穩(wěn)壓電路，所述低電壓差穩(wěn)壓電路通過一個電容量為IuF的濾波電容與所述便攜式移動通信設(shè)備的電源電路連接。6.如權(quán)利要求5所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述電源管理模塊還包括與所述電壓差穩(wěn)壓電路連接的電流限制電路。7.如權(quán)利要求1所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，智能變頻3D指紋傳感器還包括集成在所述系統(tǒng)級芯片外表面的、作為所述系統(tǒng)級芯片中各模塊與所述便攜式移動通信設(shè)備間的連接端口的SPI接口。8.如權(quán)利要求1所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述智能變頻3D指紋傳感器為方狀體，其長度為8mm?15mm、寬度為8mm?15mm、高度為0.3mm?0.8mm。9.如權(quán)利要求1所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述N^ 128 X 128。10.如權(quán)利要求1所述的智能變頻3D指紋傳感器，其特征在于，所述便攜式移動通信設(shè)備為手機(jī)、筆記本電腦或平板電腦。
【專利摘要】本實(shí)用新型適用于指紋識別領(lǐng)域，提供了一種智能變頻3D指紋傳感器，其安裝在便攜式移動通信設(shè)備上，其包括系統(tǒng)級芯片和設(shè)置在系統(tǒng)級芯片外周的金屬邊框，所述系統(tǒng)級芯片包括：電容式指紋采集模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，主控模塊，I/O控制模塊，電源管理模塊和線性采集單元；所述智能變頻3D指紋傳感器為高度集成的系統(tǒng)級芯片。本實(shí)用新型的智能變頻3D指紋傳感器通過高度集成為系統(tǒng)級芯片，使其體積大為減小，可以安裝在各種便攜式移動通信設(shè)備上；通過結(jié)合電容式指紋采集模塊和線性采集單元來采集指紋，使得指紋采集信號能夠深入手指真皮層，達(dá)到識別活體指紋，辨別假指紋，采集過干或過濕指紋的目的；其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡單、功耗低，且價(jià)格適中，易于生產(chǎn)和推廣。
【IPC分類】G06K9/00
【公開號】CN204731798
【申請?zhí)枴緾N201520460930
【發(fā)明人】余俊, 易海平
【申請人】深圳指芯智能科技有限公司
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年6月30日