電場式指紋識別裝置及其狀態(tài)控制方法和假體識別方法
【專利摘要】本發(fā)明提出電場式指紋識別裝置及其狀態(tài)控制方法和假體識別方法。所述電場式指紋識別裝置包括信號采集模塊和信號處理模塊。當(dāng)測量狀態(tài)信號處理單元電連接信號采集單元時，待測狀態(tài)信號處理單元至少電連接測量狀態(tài)信號采集單元周邊的至少一信號采集單元。協(xié)調(diào)測量狀態(tài)信號處理單元和待測狀態(tài)信號處理單元所電連接的傳感電容的充放電過程，抑制測量狀態(tài)信號采集單元與待測狀態(tài)信號采集單元之間的寄生電容的充放電量。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省器件成本；避免信號采集單元之間出現(xiàn)互相干擾的問題；所述指紋識別裝置能夠適于多種應(yīng)用要求。本發(fā)明還能夠判別假體手指指紋，提高了指紋識別裝置的安全性和可靠性。
【專利說明】電場式指紋識別裝置及其狀態(tài)控制方法和假體識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及指紋識別裝置及其數(shù)據(jù)處理方法，特別是涉及電場式指紋識別裝置及其數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)電場式指紋識別裝置，如圖13所示，包括至少一個指紋識別基本單元。所述指紋識別基本單元包括電極板71，作為受控開關(guān)器件的第一晶體管72，作為另一受控開關(guān)器件的第二晶體管73，以及電荷放大器74。在指紋識別過程中，首先開啟第一晶體管72，給電極板71充電，并對電荷放大器74完成復(fù)位；然后關(guān)斷第一晶體管72，開啟第二晶體管73，令電極板71上的電荷轉(zhuǎn)移到電荷放大器74的輸出端，通過電荷變化量大小的不同，確定指紋的特征圖像?，F(xiàn)有技術(shù)電場式指紋識別裝置還存在以下的缺陷和不足之處:
1.采用兩個作為受控開關(guān)器件的晶體管才實現(xiàn)基本的指紋識別功能，指紋識別基本單元結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，器件成本偏高；
2.電路構(gòu)成形式單一，不能根據(jù)應(yīng)用要求構(gòu)成多樣化的設(shè)計方案；
3.各指紋識別基本單元之間的存在電場互相干擾的問題；在指紋識別基本單元之間存在寄生電容,在對電極板充放電過程中，寄生電容也參與到電荷量變化過程中，并且因寄生電容導(dǎo)致的電荷變化量不可測，造成各指紋識別基本單元之間存在的電場互相干擾問題并影響電荷變化量的準(zhǔn)確測量，進(jìn)而影響指紋識別結(jié)果和準(zhǔn)確性；
4.現(xiàn)有技術(shù)指紋識別裝置不能判斷區(qū)分假體手指指紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種簡化基本單元，有效防止基本單元之間互相干擾，能夠適用于多種應(yīng)用需求的電場式指紋識別裝置，以及用于該電場式指紋識別裝置的識別假體手指指紋的方法。
[0004]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題可以通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
設(shè)計、制造一種電場式指紋識別裝置，包括信號采集模塊和信號處理模塊。尤其是，所述信號采集模塊包括至少兩個信號采集單元，所有信號采集單元填充整個手指觸碰區(qū)域，從而構(gòu)成信號采集單元陣列。所述信號采集單元包括一傳感電容。所述信號處理模塊包括能夠通過對傳感電容充放電從信號采集單元獲取因指紋凹凸紋路導(dǎo)致的電容變化量的測量狀態(tài)信號處理單元，以及僅能夠?qū)π盘柌杉瘑卧膫鞲须娙輰嵤┏浞烹姷拇郎y狀態(tài)信號處理單元。所述測量狀態(tài)信號處理單元和待測狀態(tài)信號處理單元都受控地電連接各信號采集單元。當(dāng)測量狀態(tài)信號處理單元電連接至少一信號采集單元而令該信號采集單元處于測量狀態(tài)時，所述待測狀態(tài)信號處理單元至少電連接所述測量狀態(tài)信號采集單元周邊的至少一信號采集單元而令這些信號采集單元處于待測狀態(tài)。通過控制測量狀態(tài)信號處理單元和待測狀態(tài)信號處理單元，協(xié)調(diào)它們電連接的傳感電容的充放電過程，抑制測量狀態(tài)信號采集單元與待測狀態(tài)信號采集單元之間的寄生電容的充放電量。[0005]具體地，在所述信號采集單元陣列上覆蓋有用于被手指觸碰的介質(zhì)層。
[0006]針對芯片設(shè)計方案，所述信號采集模塊和信號處理模塊都設(shè)置在同一集成電路芯片內(nèi)?；蛘?，所述信號采集模塊設(shè)置在第一集成電路芯片內(nèi)，所述信號處理模塊設(shè)置在第二集成電路芯片內(nèi)。所述設(shè)置有信號采集模塊的第一集成電路芯片采用薄膜晶體管ThinFilm Transistor制備工藝制成。
[0007]用于兩種狀態(tài)信號處理單元的具體方案，所述測量狀態(tài)信號處理單元包括至少一個用于檢測各傳感電容所在支路的電容變化量的采集處理子單元，以及至少一個用于控制各傳感電容與采集處理子單元電連接通斷的采集驅(qū)動子單元。所述待測狀態(tài)信號處理單元包括至少一個用于對傳感電容支路實施充放電的電位隨動子單元，以及至少一個用于控制各傳感電容與電位隨動子單元電連接通斷的待測驅(qū)動子單元。對于需要被測量的信號采集單元，所述采集驅(qū)動子單元控制各信號采集單元的傳感電容與采集處理子單元電連通，從而采集處理子單元偵測出傳感電容所形成電場區(qū)域內(nèi)因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量；對于需要工作在待測狀態(tài)的信號采集單元，所述待測驅(qū)動子單元控制各傳感電容與電位隨動子單元電連通，以使待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的電位變化隨測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的電位變化而變化。
[0008]為實現(xiàn)采集驅(qū)動子單元控制各傳感電容與采集處理子單元電連接通斷，所述信號采集單元還包括受控采集開關(guān)子單元。所述受控采集開關(guān)子單元的輸入端電連接傳感電容的一端，該傳感電容的另一端接地。所述受控采集開關(guān)子單元的輸出端輸出信號至采集處理子單元；所述受控采集開關(guān)子單元的受控端電連接所述采集驅(qū)動子單元。
[0009]具體地，所述受控采集開關(guān)子單元是絕緣柵型場效應(yīng)管。該絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極是受控采集開關(guān)子單元的受控端。所述絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的一極是受控采集開關(guān)子單元的輸入端，該絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的另一極是受控采集開關(guān)子單元的輸出端。
[0010]為實現(xiàn)待測驅(qū)動子單元控制各傳感電容與電位隨動子單元電連接通斷，所述信號采集單元還包括受控待測開關(guān)子單元。所述受控待測開關(guān)子單元的輸出端電連接所述傳感電容的一端，該傳感電容的另一端接地。所述受控待測開關(guān)子單元的輸入端接收從電位隨動子單元輸出的電壓信號。所述受控待測開關(guān)子單元的受控端電連接所述待測驅(qū)動子單
J Li ο
[0011]類似地，所述受控待測開關(guān)子單元是絕緣柵型場效應(yīng)管。該絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極是受控待測開關(guān)子單元的受控端。所述絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的一極是受控待測開關(guān)子單元的輸入端，該絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的另一極是受控待測開關(guān)子單元的輸出端。
[0012]具體而言，所述采集處理子單元包括運算放大器、反饋電容和模擬開關(guān)電路子單元。所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端電連接運算放大器的反相輸入端，所述反饋電容兩端分別電連接運算放大器的反相輸入端與輸出端；所述運算放大器的同相輸入端被輸入?yún)⒖茧妷骸Ｋ瞿M開關(guān)電路子單元的輸入端接收來自信號采集單元的輸出信號；所述運算放大器的輸出端輸出該信號采集單元的傳感電容所形成電場區(qū)域內(nèi)因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量的量化信號。
[0013]一種模擬開關(guān)電路子單元的實方案是，所述模擬開關(guān)電路子單元包括預(yù)放電模擬開關(guān)電路和充電模擬開關(guān)電路；所述運算放大器的同相輸入端被輸入恒定電壓值的參考電壓。所述預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸出端接地。所述充電模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該充電模擬開關(guān)電路的輸出端電連接所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端。在采集處理子單元偵測所述電容變化量之初，所述預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，令傳感電容完成預(yù)放電過程；在所述傳感電容被預(yù)放電結(jié)束后，所述充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，用于對傳感電容充電，從而借助運算放大器和反饋電容偵測出在傳感電容充電過程中因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量。
[0014]另一種模擬開關(guān)電路子單元的實方案是，所述模擬開關(guān)電路子單元包括預(yù)充電模擬開關(guān)電路和放電模擬開關(guān)電路；所述運算放大器的同相輸入端被輸入恒定電壓值的參考電壓。所述預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸出端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，在該預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸入端輸入充電電壓。所述放電模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該放電模擬開關(guān)電路的輸出端電連接所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端。在采集處理子單元偵測所述電容變化量之初，所述預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，令傳感電容完成預(yù)充電過程；在所述傳感電容被預(yù)充電結(jié)束后，所述放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，對傳感電容放電，從而借助運算放大器和反饋電容偵測出在傳感電容放電過程中因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量。
[0015]還有一種模擬開關(guān)電路子單元的實方案是，所述模擬開關(guān)電路子單元包括通斷控制模擬開關(guān)電路；所述運算放大器的同相輸入端被輸入具有放電周期和充電周期的波動參考電壓信號。所述通斷控制模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該通斷控制模擬開關(guān)電路的輸出端電連接所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端。當(dāng)通斷控制模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通時，在所述波動參考電壓信號的放電周期，令傳感電容完成預(yù)放電過程；在所述波動參考電壓信號的充電周期，令傳感電容充電，從而借助運算放大器和反饋電容偵測出在傳感電容充電過程中因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量。
[0016]上述三種方案中，所述反饋電容采用電容值可調(diào)的可調(diào)電容器。另外，所述采集處理子單元還包括電連接在反饋電容兩端的復(fù)位開關(guān)電路；通過控制復(fù)位開關(guān)電路閉合導(dǎo)通，令反饋電容回路短路，加快電荷放大器的恢復(fù)速度。所述電荷放大器包括采集處理子單元的運算放大器和反饋電容，以及電連接該采集處理子單元的信號采集單元的傳感電容。
[0017]從數(shù)字化數(shù)據(jù)處理角度，所述測量狀態(tài)信號處理單元還包括電連接所有采集處理子單元的至少一模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元。
[0018]對于受控采集開關(guān)子單元的控制，所述各受控采集開關(guān)子單元的受控端分別互相獨立地電連接所述采集驅(qū)動子單元?；蛘?，所述各受控采集開關(guān)子單元的受控端分組地電連接于至少兩個采集驅(qū)動節(jié)點，各采集驅(qū)動節(jié)點分別互相獨立地電連接所述采集驅(qū)動子單元。又或者，所有受控采集開關(guān)子單元的受控端都電連接于一采集驅(qū)動節(jié)點，該采集驅(qū)動節(jié)點電連接所述采集驅(qū)動子單元。[0019]對于受控采集開關(guān)子單元的輸出，各受控采集開關(guān)子單元的輸出端互相獨立地輸出信號至采集處理子單元?；蛘?，所述各受控采集開關(guān)子單元的輸出端分組地電連接于至少兩個信號采集節(jié)點，各信號采集節(jié)點分別互相獨立地輸出信號至采集處理子單元。又或者，所有受控采集開關(guān)子單元的輸出端分組地電連接于一信號采集節(jié)點，該信號采集節(jié)點輸出信號至采集處理子單元。
[0020]對于受控待測開關(guān)子單元的控制，所述各受控待測開關(guān)子單元的受控端分別互相獨立地電連接所述待測驅(qū)動子單元。或者，所述各受控待測開關(guān)子單元的受控端分組地電連接于至少兩個隨動驅(qū)動節(jié)點，各隨動驅(qū)動節(jié)點互相獨立地電連接所述待測驅(qū)動子單元。又或者，所有受控待測開關(guān)子單元的受控端都電連接于一隨動驅(qū)動節(jié)點，該隨動驅(qū)動節(jié)點電連接所述待測驅(qū)動子單元。
[0021]對于受控待測開關(guān)子單元的輸入，各受控待測開關(guān)子單元的輸入端互相獨立地接收從電位隨動子單元輸出的電壓信號?；蛘?，各受控待測開關(guān)子單元的輸入端分組地電連接于至少兩個隨動輸入節(jié)點，各隨動輸入節(jié)點分別互相獨立地接收從電位隨動子單元輸出的電壓信號。又或者，所有受控待測開關(guān)子單元的輸入端都電連接于一隨動輸入節(jié)點，該隨動輸入節(jié)點接收從電位隨動子單元輸出的電壓信號。
[0022]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題還可以通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
提出一種信號采集過程中的狀態(tài)控制方法，用于上述電場式指紋識別裝置，所述方法包括如下步驟:
A.當(dāng)測量狀態(tài)信號處理單元電連接至少一信號采集單元，使該信號采集單元處于測量狀態(tài)時，待測狀態(tài)信號處理單元至少電連接位于測量狀態(tài)的信號采集單元周邊的至少一信號采集單元，使電連接待測狀態(tài)信號處理單元的信號采集單元處于待測狀態(tài)；
B.對測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電實施控制，同時對待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電也實施控制，根據(jù)傳感電容所在支路上的信號，使測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電過程與待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電過程同步，從而抑制處于測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容與待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容之間的寄生電容的充放電量。
[0023]具體地，步驟B所述傳感電容所在支路上的信號是指傳感電容所在支路上的頻率、電壓幅度、電流幅度、相位和電荷中的至少一種參數(shù)。
[0024]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題又可以通過采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
提出一種識別假體手指指紋的方法，用于所述基于自電容原理的電場式指紋識別裝置。所述方法包括如下步驟:
A.設(shè)置阻抗變化閾值；在實施指紋識別之前完成以下步驟B至E;
B.按照掃描頻率從大到小的順序，或者掃描頻率從小到大的順序，用不同的掃描頻率檢測被測手指的阻抗變化值；
C.用步驟B測得的阻抗變化值與阻抗變化閾值比較；
如果步驟B測得的阻抗變化值不小于阻抗變化閾值，執(zhí)行步驟D ；
如果步驟B測得的阻抗變化值小于阻抗變化閾值，執(zhí)行步驟E ；
D.判斷被測手指是真體手指，開始實施指紋識別；
E.判斷被測手指是假體手指，終止指紋識別。[0025]同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明“電場式指紋識別裝置及其狀態(tài)控制方法和假體識別方法”的技術(shù)效果在于:
1.本發(fā)明信號采集單元結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省器件成本；
2.本發(fā)明測量狀態(tài)信號處理單元和待測狀態(tài)信號處理單元，協(xié)調(diào)控制傳感電容的充放電狀態(tài)，消除傳感電容之間寄生電容的電位差，從而減少甚至消除整個裝置內(nèi)傳感電容之間的寄生電容對傳感電容所在支路的電容變化量的影響，確保沒有工作在測量狀態(tài)的信號采集單元不影響工作在測量狀態(tài)的信號采集單元，避免信號采集單元之間出現(xiàn)互相干擾的問題；
3.本發(fā)明各模塊之間，以及各單元之間的連接關(guān)系可以通過多種方式實現(xiàn)，令本發(fā)明指紋識別裝置能夠適于多種應(yīng)用要求；
4.本發(fā)明能夠判別假體手指指紋，提高了指紋識別裝置的安全性和可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明“電場式指紋識別裝置及其狀態(tài)控制方法和假體識別方法”的指紋識別原理示意圖；
圖2是本發(fā)明電場式指紋識別裝置的電原理示意第一框圖；
圖3是本發(fā)明電場式指紋識別裝置的電原理示意第二框圖；
圖4是本發(fā)明電場式指紋識別裝置的電原理示意第三框圖；
圖5是本發(fā)明電場式指紋識別裝置的電原理示意第四框圖；
圖6是本發(fā)明優(yōu)選實施例的掃描區(qū)域設(shè)置示意圖；
圖7本發(fā)明優(yōu)選實施例的基本電原理示意圖；
圖8是本發(fā)明采集處理子單元212的第一實現(xiàn)方案的電原理示意圖；
圖9是本發(fā)明采集處理子單元212的第二實現(xiàn)方案的電原理示意圖；
圖10是本發(fā)明采集處理子單元212的第三實現(xiàn)方案的電原理示意圖；
圖11是本發(fā)明優(yōu)選實施例的掃描區(qū)域Zl和Z2的電原理示意圖；
圖12是真體手指與假體手指各自的掃描頻率與阻抗關(guān)系示意圖；
圖13是現(xiàn)有技術(shù)指紋識別裝置基本單元的電原理示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖所示實施例作進(jìn)一步詳述。
[0028]本發(fā)明實現(xiàn)指紋識別的原理如圖1所示，手指5上存在指紋凸起區(qū)域51和指紋凹下區(qū)域52。指紋識別裝置的電容傳感模塊包括至少一上極板111，以及各上極板111上覆蓋的絕緣保護(hù)層4。上極板111與地之間形成基礎(chǔ)電容Cs。當(dāng)電容傳感模塊上方有手指5接觸時，電容傳感模塊的電容陣列中的每個上極板111和地之間的電容都會發(fā)生變化。
[0029]未觸摸前，A處的電容:
【權(quán)利要求】
1.一種電場式指紋識別裝置，包括信號采集模塊和信號處理模塊；其特征在于: 所述信號采集模塊包括至少兩個信號采集單元，所有信號采集單元填充整個手指觸碰區(qū)域，從而構(gòu)成信號采集單元陣列；所述信號采集單元包括一傳感電容； 所述信號處理模塊包括能夠通過對傳感電容充放電從信號采集單元獲取因指紋凹凸紋路導(dǎo)致的電容變化量的測量狀態(tài)信號處理單元，以及僅能夠?qū)π盘柌杉瘑卧膫鞲须娙輰嵤┏浞烹姷拇郎y狀態(tài)信號處理單元；所述測量狀態(tài)信號處理單元和待測狀態(tài)信號處理單元都受控地電連接各信號采集單元； 當(dāng)測量狀態(tài)信號處理單元電連接至少一信號采集單元而令該信號采集單元處于測量狀態(tài)時，所述待測狀態(tài)信號處理單元至少電連接所述測量狀態(tài)信號采集單元周邊的至少一信號采集單元而令這些信號采集單元處于待測狀態(tài)；通過控制測量狀態(tài)信號處理單元和待測狀態(tài)信號處理單元，協(xié)調(diào)它們電連接的傳感電容的充放電過程，抑制測量狀態(tài)信號采集單元與待測狀態(tài)信號采集單元之間的寄生電容的充放電量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 在所述信號采集單元陣列上覆蓋有用于被手指觸碰的介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述信號采集模塊和信號處理模塊都設(shè)置在同一集成電路芯片內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述信號采集模塊設(shè)置在第一集成電路芯片內(nèi)，所述信號處理模塊設(shè)置在第二集成電路芯片內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述`的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述設(shè)置有信號采集模塊的第一集成電路芯片采用薄膜晶體管Thin FilmTransistor制備工藝制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述測量狀態(tài)信號處理單元包括至少一個用于檢測各傳感電容所在支路的電容變化量的采集處理子單元，以及至少一個用于控制各傳感電容與采集處理子單元電連接通斷的采集驅(qū)動子單元； 所述待測狀態(tài)信號處理單元包括至少一個用于對傳感電容支路實施充放電的電位隨動子單元，以及至少一個用于控制各傳感電容與電位隨動子單元電連接通斷的待測驅(qū)動子單元； 對于需要被測量的信號采集單元，所述采集驅(qū)動子單元控制各信號采集單元的傳感電容與采集處理子單元電連通，從而采集處理子單元偵測出傳感電容所形成電場區(qū)域內(nèi)因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量；對于需要工作在待測狀態(tài)的信號采集單元，所述待測驅(qū)動子單元控制各傳感電容與電位隨動子單元電連通，以使待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的電位變化隨測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的電位變化而變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述信號采集單元還包括受控采集開關(guān)子單元； 所述受控采集開關(guān)子單元的輸入端電連接傳感電容的一端，該傳感電容的另一端接地；所述受控采集開關(guān)子單元的輸出端輸出信號至采集處理子單元；所述受控采集開關(guān)子單元的受控端電連接所述采集驅(qū)動子單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述受控采集開關(guān)子單元是絕緣柵型場效應(yīng)管； 該絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極是受控采集開關(guān)子單元的受控端； 所述絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的一極是受控采集開關(guān)子單元的輸入端，該絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的另一極是受控采集開關(guān)子單元的輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述信號采集單元還包括受控待測開關(guān)子單元； 所述受控待測開關(guān)子單元的輸出端電連接所述傳感電容的一端，該傳感電容的另一端接地；所述受控待測開關(guān)子單元的輸入端接收從電位隨動子單元輸出的電壓信號；所述受控待測開關(guān)子單元的受控端電連接所述待測驅(qū)動子單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述受控待測開關(guān)子單元是絕緣柵型場效應(yīng)管； 該絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極是受控待測開關(guān)子單元的受控端； 所述絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的一極是受控待測開關(guān)子單元的輸入端，該絕緣柵場效應(yīng)管的漏極和源極中的另一極是受控待測開關(guān)子單元的輸出端。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述采集處理子單元包括運算放大器、反饋電容和模擬開關(guān)電路子單元； 所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端電`連接運算放大器的反相輸入端，所述反饋電容兩端分別電連接運算放大器的反相輸入端與輸出端；所述運算放大器的同相輸入端被輸入?yún)⒖茧妷海? 所述模擬開關(guān)電路子單元的輸入端接收來自信號采集單元的輸出信號；所述運算放大器的輸出端輸出該信號采集單元的傳感電容所形成電場區(qū)域內(nèi)因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量的量化信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述模擬開關(guān)電路子單元包括預(yù)放電模擬開關(guān)電路和充電模擬開關(guān)電路；所述運算放大器的同相輸入端被輸入恒定電壓值的參考電壓； 所述預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸出端接地； 所述充電模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該充電模擬開關(guān)電路的輸出端電連接所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端； 在采集處理子單元偵測所述電容變化量之初，所述預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，令傳感電容完成預(yù)放電過程；在所述傳感電容被預(yù)放電結(jié)束后，所述充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述預(yù)放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，用于對傳感電容充電，從而借助運算放大器和反饋電容偵測出在傳感電容充電過程中因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述模擬開關(guān)電路子單元包括預(yù)充電模擬開關(guān)電路和放電模擬開關(guān)電路；所述運算放大器的同相輸入端被輸入恒定電壓值的參考電壓；所述預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸出端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，在該預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸入端輸入充電電壓； 所述放電模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該放電模擬開關(guān)電路的輸出端電連接所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端； 在采集處理子單元偵測所述電容變化量之初，所述預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，令傳感電容完成預(yù)充電過程；在所述傳感電容被預(yù)充電結(jié)束后，所述放電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通，所述預(yù)充電模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端關(guān)斷開路，對傳感電容放電，從而借助運算放大器和反饋電容偵測出在傳感電容放電過程中因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述模擬開關(guān)電路子單元包括通斷控制模擬開關(guān)電路；所述運算放大器的同相輸入端被輸入具有放電周期和充電周期的波動參考電壓信號； 所述通斷控制模擬開關(guān)電路的輸入端電連接模擬開關(guān)電路子單元的輸入端，該通斷控制模擬開關(guān)電路的輸出端電連接所述模擬開關(guān)電路子單元的輸出端； 當(dāng)通斷控制模擬開關(guān)電路的輸入端和輸出端閉合導(dǎo)通時，在所述波動參考電壓信號的放電周期，令傳感電容完成預(yù)放電過程；在所述波動參考電壓信號的充電周期，令傳感電容充電，從而借助運算放大器和反饋電容偵測出在傳感電容充電過程中因手指紋路的凹凸變化而導(dǎo)致的電容變化量。`
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述反饋電容采用電容值可調(diào)的可調(diào)電容器。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述采集處理子單元還包括電連接在反饋電容兩端的復(fù)位開關(guān)電路；通過控制復(fù)位開關(guān)電路閉合導(dǎo)通，令反饋電容回路短路，加快電荷放大器的恢復(fù)速度； 所述電荷放大器包括采集處理子單元的運算放大器和反饋電容，以及電連接該采集處理子單元的信號采集單元的傳感電容。
17.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述測量狀態(tài)信號處理單元還包括電連接所有采集處理子單元的至少一模數(shù)轉(zhuǎn)換子單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述各受控采集開關(guān)子單元的受控端分別互相獨立地電連接所述采集驅(qū)動子單元。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述各受控采集開關(guān)子單元的受控端分組地電連接于至少兩個采集驅(qū)動節(jié)點，各采集驅(qū)動節(jié)點分別互相獨立地電連接所述采集驅(qū)動子單元。
20.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所有受控采集開關(guān)子單元的受控端都電連接于一采集驅(qū)動節(jié)點，該采集驅(qū)動節(jié)點電連接所述采集驅(qū)動子單元。
21.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 各受控采集開關(guān)子單元的輸出端互相獨立地輸出信號至采集處理子單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述各受控采集開關(guān)子單元的輸出端分組地電連接于至少兩個信號采集節(jié)點，各信號采集節(jié)點分別互相獨立地輸出信號至采集處理子單元。
23.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所有受控采集開關(guān)子單元的輸出端分組地電連接于一信號采集節(jié)點，該信號采集節(jié)點輸出信號至采集處理子單元。
24.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述各受控待測開關(guān)子單元的受控端分別互相獨立地電連接所述待測驅(qū)動子單元。
25.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所述各受控待測開關(guān)子單元的受控端分組地電連接于至少兩個隨動驅(qū)動節(jié)點，各隨動驅(qū)動節(jié)點互相獨立地電連接所述待測驅(qū)動子單元。
26.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所有受控待測開關(guān)子單元的受控端都電連接于一隨動驅(qū)動節(jié)點，該隨動驅(qū)動節(jié)點電連接所述待測驅(qū)動子單元。
27.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 各受控待測開關(guān)子單元的輸入端互相獨立地接收從電位隨動子單元輸出的電壓信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 各受控待測開關(guān)子單元的輸入端分組地電連接于至少兩個隨動輸入節(jié)點，各隨動輸入節(jié)點分別互相獨立地接收從電位隨動子單兀輸出的電壓信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電場式指紋識別裝置，其特征在于: 所有受控待測開關(guān)子單元的輸入端都電連接于一隨動輸入節(jié)點，該隨動輸入節(jié)點接收從電位隨動子單兀輸出的電壓信號。
30.一種信號采集過程中的狀態(tài)控制方法，用于權(quán)利要求1所述電場式指紋識別裝置，其特征在于所述方法包括如下步驟: A.當(dāng)測量狀態(tài)信號處理單元電連接至少一信號采集單元，使該信號采集單元處于測量狀態(tài)時，待測狀態(tài)信號處理單元至少電連接位于測量狀態(tài)的信號采集單元周邊的至少一信號采集單元，使電連接待測狀態(tài)信號處理單元的信號采集單元處于待測狀態(tài)； B.對測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電實施控制，同時對待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電也實施控制，根據(jù)傳感電容所在支路上的信號，使測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電過程與待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容的充放電過程同步，從而抑制處于測量狀態(tài)信號采集單元的傳感電容與待測狀態(tài)信號采集單元的傳感電容之間的寄生電容的充放電量。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的信號采集過程中的狀態(tài)控制方法，其特征在于: 步驟B所述傳感電容所在支路上的信號是指傳感電容所在支路上的頻率、電壓幅度、電流幅度、相位和電荷中的至少一種參數(shù)。
32.—種識別假體手指指紋的方法，用于權(quán)利要求1所述基于自電容原理的電場式指紋識別裝置，其特征在于所述方法包括如下步驟: A.設(shè)置阻抗變化閾值；在實施指紋識別之前完成以下步驟B至E; B.按照掃描頻率從大到小的順序，或者掃描頻率從小到大的順序，用不同的掃描頻率檢測被測手指的阻抗變化值； C.用步驟B測得的阻抗變化值與阻抗變化閾值比較； 如果步驟B測得的阻抗變化值不小于阻抗變化閾值，執(zhí)行步驟D ； 如果步驟B測得的阻抗變化值小于阻抗變化閾值，執(zhí)行步驟E ； D.判斷被測手指是真體手指，開始實施指紋識別； E.判斷被測手指是假體 手指，終止指紋識別。
【文檔編號】G06K9/00GK103886281SQ201410015816
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】莫良華, 胡海軍 申請人:敦泰科技有限公司