元件或一組元件鄰域中元件的列和行，能夠被切換為接地，以防止耦合或干擾。
[0112]圖13B按照本發(fā)明實(shí)施例，示出如何控制復(fù)用器1225的開(kāi)關(guān)。如本文所述，被連接到陣列1220的導(dǎo)體的復(fù)用器1225的每一開(kāi)關(guān)，能夠處于三種狀態(tài)之一:被接地、被連接到信號(hào)輸入發(fā)生器1202、或斷開(kāi)(高阻抗)。這能夠例如用兩個(gè)CMOS門(mén)實(shí)現(xiàn)，如圖14所示。其后，272比特長(zhǎng)乘2比特寬的移位寄存器能夠用于控制每一開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。來(lái)自控制器1230的比特被移位進(jìn)入移位寄存器1302，以控制復(fù)用器1225的開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。在實(shí)施例中，移位寄存器1302被耦聯(lián)到使用鎖存器的復(fù)用器1225的開(kāi)關(guān)，因此復(fù)用器開(kāi)關(guān)的狀態(tài)保持不變，直到新比特被移位進(jìn)入移位寄存器1302。如何實(shí)現(xiàn)該實(shí)施例，相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員是熟悉的。用于實(shí)現(xiàn)復(fù)用器1225功能的其他手段能夠被使用，而不偏離本發(fā)明的范圍。
[0113]圖14示出按照本發(fā)明實(shí)施例的電壓檢測(cè)器1244的例子。相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，傳感器陣列1220每一導(dǎo)體中的電壓降，比陣列元件的電壓降大，因?yàn)楸获盥?lián)到特定導(dǎo)體的所有元件都從信號(hào)源(即輸入信號(hào)發(fā)生器1202)引出。如果每一元件有500歐姆的阻抗，那么400個(gè)元件的并聯(lián)阻抗是1.25歐姆。然而，通過(guò)使用第二復(fù)用器以測(cè)量元件的真實(shí)輸出電壓，這種狀況能夠得到補(bǔ)償。如從圖14中能夠看到，復(fù)用器1402能夠在復(fù)用器1406開(kāi)關(guān)之前，用于移動(dòng)放大器1404的虛零點(diǎn)。
[0114]如本文所解釋，孔徑的選擇、它們?cè)趥鞲衅麝嚵?220中的相對(duì)位置、以及計(jì)劃同時(shí)操作的孔徑數(shù)量，都將影響復(fù)用器1225的邏輯的復(fù)雜性。因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，該邏輯用DSP實(shí)施。裝置1200的操作模式，能夠用模式開(kāi)關(guān)根據(jù)上述四個(gè)相同的ASIC而被選擇。這些模式開(kāi)關(guān)能夠用于操作開(kāi)關(guān)1250 (見(jiàn)圖12)，以便把復(fù)用器1225B的輸出引導(dǎo)到輸出信號(hào)發(fā)生器1240的適當(dāng)檢測(cè)器。
[0115]阻抗檢測(cè)器1242、信號(hào)傳播時(shí)間檢測(cè)器1246、以及多普勒頻移檢測(cè)器1248的操作，在下面描述。實(shí)施這些檢測(cè)器功能的電路，已知本文中對(duì)它們的描述的相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，是熟悉的。
[0116]輸出信號(hào)處理器1240的輸出是生物統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)能夠用存儲(chǔ)器控制器1260存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1270中。圖21是按照本發(fā)明實(shí)施例的方法的流程圖。該生物統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)的使用在下面描述。
[0117]圖15按照本發(fā)明實(shí)施例，示出用于增加掃描速度和使傳感器陣列1500中串?dāng)_最小的手段。如在圖15所見(jiàn)，多個(gè)元件能夠是同時(shí)有效的，而用于使串?dāng)_最小的第一手段，是把陣列1500的有效的元件在地區(qū)上分開(kāi)。如本文所解釋，動(dòng)態(tài)接地方案(即，把有效的元件1502鄰域中的元件1504耦聯(lián)到地)能夠被使用，該方案在有效的元件1502跨越傳感器陣列1500掃描時(shí)，與有效元件1502 —起移動(dòng)。這樣降低與地的電容耦合和電串?dāng)_，同時(shí)對(duì)所有傳感頻率保持法拉第籠(Faraday Cage)。此外，間隙的填充物能夠被使用以降低串?dāng)_，從而降低被選定元件1502鄰域中的寄生電流。陣列1500的其他元件，如元件1506，被連接到被斷開(kāi)的導(dǎo)體。
[0118]II1.本發(fā)明實(shí)施例的方法例子
[0119]圖16是按照本發(fā)明實(shí)施例的方法1600的流程圖。方法1600包括兩個(gè)步驟1610和1620。在步驟1610中，生物學(xué)物體，例如手指或手，被貼近壓電陶瓷陣列放置。在步驟1620中，從傳感器陣列獲得輸出。如在下面的解釋，獲得的輸出被處理，以獲得能夠用于辨別或證實(shí)人的身份的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)，該人的例如手指或手，被貼近傳感器陣列放置。步驟1610和1620的每一步，下面還就上述裝置1200的各種操作模式進(jìn)一步描述。
[0120]如本文所述，識(shí)別裝置1200按與要獲得的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)有關(guān)的不同的模式操作。能夠用裝置1200獲得的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)包含:指紋、骨頭映射圖、動(dòng)脈血流、和/或毛細(xì)血管血流。
[0121]圖17按照本發(fā)明實(shí)施例，示出使用識(shí)別裝置1200獲得手指指紋。如在圖17中所見(jiàn)，手指1702被貼近裝置1200的傳感器陣列1220放置。在優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器陣列1220類似于壓電陶瓷傳感器陣列700。
[0122]手指1702的兩個(gè)指紋脊1704與保護(hù)防護(hù)層702直接接觸。手指1702的指紋谷(即凹槽)1706沒(méi)有與保護(hù)防護(hù)層702直接接觸。如在圖17中能夠看見(jiàn)，在相鄰的指紋脊1704之間大約有六個(gè)壓電陶瓷元件200。
[0123]開(kāi)始，裝置1200處于功率節(jié)省模式。在裝置1200的移動(dòng)型式中，該模式對(duì)延長(zhǎng)電池壽命特別有用。當(dāng)手指1702對(duì)傳感器陣列1220加力時(shí)，喚醒電路1800(見(jiàn)圖18)操作，以便把裝置1200接通。
[0124]喚醒電路1800包括電容器1802、二極管1804、和開(kāi)關(guān)1806。當(dāng)手指1702對(duì)壓電陶瓷元件200加力時(shí)，電壓借助元件使電容器1802累積電荷而升高。當(dāng)足夠的電荷已經(jīng)被累積時(shí)，這樣產(chǎn)生的電壓導(dǎo)致開(kāi)關(guān)1806被接通。電壓源1808用于一旦開(kāi)關(guān)1806被接通時(shí)向裝置1200供電。功率將繼續(xù)向裝置1200供應(yīng)，直到用斷開(kāi)電路使電容器1802放電(放電電阻沒(méi)有畫(huà)出)。
[0125]在裝置1200喚醒后，裝置1200能夠按或者阻抗檢測(cè)模式或者衰減模式(電壓模式)操作，以便從傳感器陣列1220獲得輸出，該輸出被處理以獲得手指1702的指紋。這些模式的每一個(gè)在下面解釋。
[0126]壓電傳感器200的元件的輸出能夠被求和，以確定手指與裝置的接觸點(diǎn)的重心。手指橫過(guò)裝置的任何運(yùn)動(dòng)由此能夠被傳感，而傳感器200能夠被用作指針裝置。例如，手指與壓電傳感器200接觸的重心，能夠在互聯(lián)的監(jiān)視裝置上指出。傳感器元件的總和也能夠用于確定用戶是否正在以太輕或太重的力按壓，并把結(jié)果反饋給用戶。
[0127]圖18所示實(shí)施例也能夠被用作在互聯(lián)的監(jiān)視裝置上作出選擇的開(kāi)關(guān)。例如，如果模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未畫(huà)出)被耦聯(lián)到電容器1802，電容器1802兩端的電壓被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)能夠被用戶交互地用于作出選擇。隨著用戶改變加于傳感器200的壓力，電容器1802兩端的電壓將改變。模數(shù)轉(zhuǎn)換器把該時(shí)間變化的電壓，例如轉(zhuǎn)換為00000000(基數(shù)2)到11111111(基數(shù)2)之間的一系列數(shù)字。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出周期地被抽樣并用于作出和/或指示某一選擇(如，該數(shù)字能夠被輸入到處理器，并用于作出和/或指示特定的選擇)。監(jiān)視裝置上的圖形用戶接口，根據(jù)加于傳感器200的壓力，向用戶提供反饋并向用戶指出，哪一個(gè)可能選擇正在被用戶選擇。要改變選擇，用戶簡(jiǎn)單地向傳感器200施加要么更大要么更小的壓力。
[0128]A.阻抗模式
[0129]圖19按照本發(fā)明實(shí)施例，示出被指紋谷1706加載的單個(gè)壓電陶瓷元件200的阻抗。在約19.8MHz的頻率上，被指紋谷加載的元件200的阻抗，約為800歐姆。在20.2MHz的頻率上，該阻抗約為80，000歐姆。在20MHz的頻率上，該阻抗約為40，000歐姆。能夠看到，當(dāng)把圖19與圖20比較時(shí)，以指紋谷加載的元件200的絕對(duì)阻抗，和以指紋谷加載的元件200的阻抗隨頻率的變化兩者，顯著不同于以指紋脊加載的元件200的該兩者。該差別能夠用于從傳感器陣列1220獲得輸出，該輸出能夠被輸出信號(hào)處理器1240處理以產(chǎn)生指紋數(shù)據(jù)。
[0130]圖20按照本發(fā)明實(shí)施例，示出被指紋脊1704加載的單個(gè)壓電陶瓷元件200的阻抗。在圖20中能夠看到，在約19.8MHz的頻率上，被指紋脊加載的元件200的阻抗，約為2，000歐姆。在20.2MHz的頻率上，該阻抗約為40，000歐姆。在20MHz的頻率上，該阻抗約為20，000歐姆。由此，以指紋脊加載的元件200的絕對(duì)阻抗，和以指紋脊加載的元件200的阻抗隨頻率的變化兩者，顯著不同于以指紋谷加載的元件200的該兩者。
[0131]當(dāng)按阻抗模式操作時(shí)，識(shí)別裝置1200確定元件200的絕對(duì)阻抗和/或元件200的阻抗隨頻率的變化，以確定給定的元件200是被指紋脊1704加載還是被指紋谷(凹槽)1706加載。為獲得元件200的阻抗的測(cè)量，輸入信號(hào)發(fā)生器1202被用于產(chǎn)生低電壓脈沖，該低電壓脈沖用復(fù)用器1225A輸入到傳感器陣列1220的元件。在復(fù)用器1225B上獲得的輸出信號(hào)，與陣列1220的元件200的絕對(duì)阻抗有關(guān)。這些輸出信號(hào)被開(kāi)關(guān)1250路由至阻抗檢測(cè)器1242，以確定陣列1220的元件的絕對(duì)阻抗的測(cè)量。為獲得指紋，只需阻抗檢測(cè)器1242能確定給定的元件200是被指紋脊加載還是被指紋谷加載。特定元件200是被指紋脊還是指紋谷加載的這些確定，能夠用于產(chǎn)生代表手指1702的指紋的像素?cái)?shù)據(jù)。該指紋被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器1270中。該指紋還能夠被發(fā)送到其他裝置，如下所述。
[0132]如果手指1702的指紋被用兩個(gè)不同輸入信號(hào)頻率掃描兩次，則元件200的阻抗隨頻率的變化能夠被計(jì)算。如本文已經(jīng)描述的，元件200的阻抗隨頻率的變化的差別，取決于元件200是被指紋脊還是指紋谷加載。如在圖12中能夠看到的，輸入信號(hào)發(fā)生器1202產(chǎn)生的輸入信號(hào)，被傳送到輸出信號(hào)處理器1240。由此，輸出處理器1240能夠確定被輸入到傳感器陣列1220的信號(hào)的頻率和電壓兩者。
[0133]阻抗檢測(cè)器電路(未畫(huà)出)能夠用運(yùn)算放大器(op amp)實(shí)施。復(fù)用器1225B的輸出被傳送到運(yùn)算放大器的負(fù)端口，而被放大信號(hào)在輸出端口獲得。如相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所周知，運(yùn)算放大器的正端口被耦聯(lián)到地，而電阻被置于運(yùn)算放大器的負(fù)端口和輸出端口之間。如果輸出端口上被放大的電壓超過(guò)預(yù)定閾值電壓，被測(cè)量的特定元件200是被指紋脊加載。這是由于如下的事實(shí):被指紋脊加載的元件200的絕對(duì)阻抗(對(duì)給定頻率)，約為被指紋谷加載的元件200的阻抗的一半。因此，從被指紋脊加載的元件200向運(yùn)算放大器提供的輸出信號(hào)電壓，約為從被指紋谷加載的元件200向運(yùn)算放大器提供的輸出信號(hào)的電壓的兩倍。
[0134]B.衰減/電壓模式
[0135]如上面的陳述，裝置1200還能夠按衰減或電壓模式操作，以獲得手指1702的指紋。該操作模式無(wú)論傳感器陣列1220是壓電陶瓷陣列(如陣列700)還是壓電膜陣列(如陣列500)都可用。裝置1200的衰減模式，所根據(jù)的原理是，由指紋脊1704加載而給予元件200的能量能夠被傳遞給手指1702，而由指紋谷1706加載而給予元件200的能量不能夠被傳遞給手指1702。
[0136]在衰減模式中，輸入信號(hào)發(fā)生器1202產(chǎn)生的高電壓脈沖信號(hào)，用復(fù)用器1225A提供給傳感器陣列1220的元件。圖21示出一個(gè)周期的輸入脈沖。然而，輸入信號(hào)通常比一個(gè)周期更長(zhǎng)。在實(shí)施例中，輸入信號(hào)是約十個(gè)周期長(zhǎng)。這些輸入信號(hào)引起陣列元件振動(dòng)，并產(chǎn)生聲波。這些聲波能夠從元件通過(guò)防護(hù)層傳播到元件之上的指紋脊1704。這些聲波能夠傳送進(jìn)入指紋脊1704，因?yàn)榉雷o(hù)層的聲阻抗與手指1702的聲阻抗匹配。沒(méi)有由指紋脊1704和防護(hù)層之間的界面形成的對(duì)該聲波的聲學(xué)壁皇。由指紋脊1704加載的給予元件200的能量而由此被耗散。在被指紋谷加載的情形中，給予元件的能量依舊束縛在元件中更長(zhǎng)的時(shí)間周期。這是因?yàn)橹讣y谷中的空氣起聲學(xué)壁皇的作用。
[0137]在許多周期之后，從陣列獲得的輸出信號(hào)的電壓被確定并處理，以獲得手指1702的指紋。圖22示出輸出信號(hào)的例子。在實(shí)施例中，因?yàn)橛芍讣y脊1704加載而給予元件的能量，比由指紋谷1706加載而給予元件的能量耗散得更快，所以從被指紋脊1704加載的元件獲得的輸出信號(hào)電壓，僅約為輸入信號(hào)電壓的1/10。在該實(shí)施例中，從被指紋谷1706加載的元件獲得的輸出信號(hào)電壓，約為輸入信號(hào)電壓的1/2。這一電壓差異能夠被電壓檢測(cè)器1244檢測(cè)并處理，以產(chǎn)生手指1702的指紋。實(shí)現(xiàn)電壓檢測(cè)器1244的手段已在上面描述。其他手段是相關(guān)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的。
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