指纹采集装置及其自动退出闩锁状态的方法

专利名称：指纹采集装置及其自动退出闩锁状态的方法
技术领域：
本发明涉及半导体指紋传感器的静电放电防护，尤其涉及该半导体传感器退 出闩锁状态的方法及电路。
背景技术：
静电在自然界中广泛存在，在人体上可以达到几千甚至上万伏，如此髙的静 电电压极易损毁裸露的集成电路。通常情况下，集成电路除引脚外的其它部分都被绝缘体 所包围，故静电放电事件多数经由引脚而发生。因此，为了保证集成电路内部不被损坏， 一般都在集成电路内引脚处设置有专门的保护电路。而且， 一般集成电路均随电路板被放 置在屏蔽机箱或机壳内，尽可能地减少了静电放电事件在集成电路上的发生。
但对于特定集成电路，例如正越来越广泛被应用在笔记本电脑、台式电脑、手机、移 动存储等个人信息安全领域的半导体指紋传感器来说，却不得不考虑静电影响。如图1所 示，半导体指紋传感器包括一个需要裸露在外面的感应阵列L,阵列的表面有一层很薄(通 常只有几个微米厚)的保护膜。如图2所示，在采集人体指紋时，该感应阵列需要经常性 地与用户的手指直接相接触。于是人体上的静电电压将可能隔着几微米厚的保护膜进入到 传感器内部电路，使其进入闩锁状态。在该状态，所述电路的一些寄生晶体管导通，从而 在电源和地端形成一个持续的电流。该电流的存在不仅影响指紋传感器工作，持续下去往 往还会烧毁电路。只有将电源关断才可以退出所述闩锁状态。
另外，在实际应用中，半导体指紋传感器往往还与其它集成电路相连接。在关断该指 紋传感器的电源供应后，指紋传感器仍有可能通过相互间的数据线从那些集成电路获得维 系闩锁状态的电流。
美国专利US 6， 661,631公开了一种指紋传感器自动从闩锁状态退出的技术方案，是通 过检测指紋传感器的工作电流来监测是否出现闩锁状态，再通过关断指紋传感器的电源和
断开指紋传感器与控制器间的数据连接线来使传感器退出闩锁状态。其中，闩锁状态的监 测利用了指紋传感器电源工作回路中的串联电阻来检测电压，以判断是否过流。
上述现有技术的不足之处在于指紋传感器与控制器之间数据连接线的断开需要额外 的器件，尤其是用总线开关，将增加方案成本；另外，所述用来检测过流的串联电阻，若 阻值偏大将限制指紋传感器的工作电压范围，若偏小却又需要更复杂的电路来提髙检测灵 敏度，从而不易可靠实施
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种方法 及电路，使半导体指紋传感器低成本地实现从闩锁状态中自动恢复，并易于实施。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思为当检测到闩锁状态发生时，同时切断对
指紋传感器和与该指紋传感器相连的集成电路的电源供应，从而可以省掉总线开关。此外，
利用PTC自恢复保险丝在过流状态下电阻迅速增大，而在切断电流或正常电流下具有低阻的 特性，将它串接在电源输入端作过流检测用，可以大大减小元件接入对集成电路供电的影 响，便于可靠地实现闩锁状态下的自动恢复。
作为实现本发明构思的技术方案是，提供一种指紋采集装置自动退出闩锁状态的方法， 所述指紋采集装置至少包括半导体指紋传感器及与该传感器总线相连的处理器，尤其是， 包括步骤
A. 检测所述半导体指紋传感器的电源电流，或该电源电流与连接该半导体指紋传感器 的若干集成电路的电源电流之和的总电流；
B. 判断所述电源电流或所述总电流是否超过相应的预定数值，若是，则判断闩锁状态 已经出现；否则继续步骤A;
C. 切断提供给所述半导体指紋传感器和所述处理器的电源；
D. 预定时间间隔后，自动恢复步骤C中的所述电源供应，继续步骤A。
这样，可以省掉在所述半导体指紋传感器和所述处理器之间设置的总线开关，降低实 现成本。
上述方案中，所述步骤A中，采用在相应的电源输入端串接PTC自恢复保险丝来监测 所述电源电流或所述总电流；这样，当所述步骤B判断闩锁状态出现后，所述PTC自恢复保险丝两端变大的电压降用来触发产生有效控制信号，提供给电源关断电路进行步骤C。
上述方案中，步骤C中电源被切断后，所述PTC自恢复保险丝的导通电阻恢复正常低 阻，两端电压降变小，从而延时步骤D中所述的预定时间间隔后，使控制信号自动无效来 恢复电源供应。
这样，可以减小检测元件对电路供电流的影响。
作为实现本发明构思的技术方案还是，提供一种指紋采集装置，至少包括半导体指紋
传感器及与该传感器总线相连的处理器，以及电源电流检测控制电路，电源关断电路；尤 其是，所述电源电流检测控制电路包括过流感应器，该过流感应器串接在提供给所述半导 体指紋传感器和所述处理器的电源的输入端，或串接在提供给所述半导体指紋传感器的电 源的输入端；所述检测控制电路还输出一控制信号；所述电源关断电路包括至少一个晶体 管，开关两端串接在提供给所述半导体指紋传感器和所述处理器的电源的输入端；或包括 至少两个晶体管，开关两端分别串接在提供给所述半导体指紋传感器的电源的输入端和提 供给所述处理器的电源的输入端；各所述晶体管的控制端接收所述控制信号。
上述方案中，所述过流感应器为PTC自恢复保险丝，当出现闩锁现象时，该保险丝迅 速变大的导通电阻使保险丝上的压降变大；当所述半导体指紋传感器的电源输入被关断后， 该保险丝恢复正常低阻。
上述方案中，所述电源电流检测控制电路还包括控制信号发生器，通过电压检测电路 接收所述过流感应器上的压降变化信号，来产生所述控制信号；所述电源电流检测控制电 路还包括定时单元，输出送往所述控制信号发生器的定时信号，将所述控制信号的逻辑有 效时间控制在预定的时间范围内。
上述方案中，所述控制信号发生器包括一个晶体管Ml,它的基极和发射极，或栅极和 源极通过电连接与所述PTC自恢复保险丝并联；集电极或漏极通过电阻R2接地，并提供所 述控制信号。
上述方案中，所述定时单元包括串联的电容C1和电阻R1，该串联支路与所述PTC自 恢复保险丝并联，所述晶体管Ml的发射极或源极连接所述PTC自恢复保险丝的一端，基极 或栅极通过所述电容Cl和电阻Rl的连接点电连接该PTC自恢复保险丝的另 一端。
采用上述各技术方案，产品简单，具有更易实施、更加可靠的的优点，从而降低了静 电危害。


图1是现有半导体指紋传感器剖面示意图
图2是使用图1传感器采集指紋的示意图
图3是本发明方法及装置第一实施例示意图
图4是本发明方法及装置第二实施例示意图
图5是本发明电源电流检测控制电路的结构框图
图6是基于图4的图5具体电路实施例
具体实施方式
下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。
本发明指紋采集装置如图3所示，至少包括半导体指紋传感器及与该传感器总线相连 的处理器，其中指紋传感器釆集用户的指紋图像并转换成数据信息，处理器控制指紋传感 器的工作，并接收它所采集到的指紋图像数据。还包括电源电流检测控制电路，以及包括 开关SW1或SW2的电源关断电路。本发明中，该装置自动退出闩锁状态的方法将包括步 骤
A. 检测所述半导体指紋传感器的电源电流，可以如图3所示，将所述电源电流检测控 制电路的两检测端U、 2)串接在提供给所述半导体指紋传感器的电源的输入端来实现；
B. 判断所述电源电流是否超过相应的预定数值，若是，则判断闩锁状态已经出现；否 则继续步骤A;
C. 切断提供给所述半导体指紋传感器和所述处理器的电源；
D. 预定时间间隔后，自动恢复步骤C中的所述电源供应，继续步骤A。
其中步骤C和D，可以利用所示电流检测控制电路控制端(3)输出的控制信号，控制分
别串接在所述半导体指紋传感器和处理器电源输入端的开关SW1和SW2的开合来实现。这 样，当指紋传感器在使用过程中遇到静电放电事件而进入闩锁状态，消耗较大的电源电流 时，这种状态将被电流检测控制电路所检测到并控制开关SW1、 SW2,先使其断开处理器和 指紋传感器的供电源，而后又使其接通电源以恢复工作。
当然，上述相关步骤中的电流检测还可以如图4所示，针对指紋传感器电源电流与连接该指紋传感器的处理器的电源电流之和的总电流进行检测和判断。所述电源电流检测控 制控制电路串接在提供给所述半导体指紋传感器和所述处理器的电源的输入端，这样，仅 需使用一个总电源开关SW3来关断或接通所述供电源。
所述开关SW1-SW3可以用晶体管来实现。这样针对图3的实施例，所述电源关断电路 包括至少两个晶体管，开关两端分别串接在提供给所述半导体指紋传感器的电源的输入端 和提供给所述处理器的电源的输入端；针对图4的实施例，所述电源关断电路包括至少一
个晶体管，开关两端串接在提供给所述半导体指紋传感器和所述处理器的电源的输入端；
各所述晶体管的控制端接收来自电流检测控制电路的控制信号。所述晶体管包括双极型晶 体管或场效应管。
为了减少接入电流检测控制电路对各集成电路供电流的影响，本发明方法可以如图5
所示，该检测控制电路包括(位于所述两检测端之间，从而被)串接在相应电源输入端进
行电流过流监测的过流感应器，该过流感应器可以采用PTC (Positive Temperature Coefficient,即，正温度系数)自恢复保险丝。这样，当所述步骤B判断闩锁状态出现后， 所述PTC自恢复保险丝两端迅速变大的导通电阻使保险丝上的压降变大，该电压降可以用 来触发产生所述控制信号，提供给电源关断电路进行步骤C。待所述相关电源被切断后，所 述PTC自恢复保险丝的导通电阻恢复正常低阻，两端电压降变小，从而延时步骤D中所述 的预定时间间隔计算，使控制信号自动无效来恢复电源供应。
相应地，如该图5虛线框所示，本发明指紋采集装置的电源电流检测控制电路还包括 控制信号发生器，通过电压检测电路电连接接收所述过流感应器(例如PTC自恢复保险丝) 上的压降变化信号，来产生所述控制信号，由该电源电流检测控制电路的控制端输出；还 包括定时单元，输出送往所述控制信号发生器的定时信号，将所述控制信号的逻辑有效时 间控制在预定的时间范围内。该定时单元可以接收所述PTC自恢复保险丝上的压降变化信 号(如虛线①所示)，也可以接收所述电源关断电路的输出信号(如虛线②所示)，来触发 或启动延时计算，当达到预定时间后，所述定时信号使所述控制信号逻辑翻转。
图6是以图4为例实现上述电路的一个具体实施例。其中，电源关断电路用PM0S管M2 来实现。所述定时单元包括串联的电容C1和电阻Rl,该串联支路与所述PTC自恢复保险
丝Fl并联。控制信号发生器包括晶体管Ml (以PM0S为例，不排除使用PNP三极管)，它 的栅极和源极(或基极和发射极)通过电连接与所述保险丝F1并联，即，源极连接所述保 险丝F1的一端，栅极通过所述电容C1和电阻R1的连接点电连接该保险丝F1的另一端； 它的集电极或漏极通过电阻R2接地，并提供所述控制信号往所述晶体管M2的栅极。这样， 正常情况下，PTC自恢复保险丝F1的导通电阻很小，两端的压降接近为零，电容C1两端的 电压也接近为零，从而PM0S管M1截止，节点C的电位为低电平，PM0S管M2导通。电源经 保险丝Fl、晶体管M2向处理器和指紋传感器供电。
当静电放电事件发生导致闩锁状态出现时，因电流过流，所述PTC自恢复保险丝F1进 入保护状态，导通电阻迅速变大，两端的压降也变大，使得节点A的电位迅速降低。为了 快速控制晶体管M2进入截止状态，本实施例中还包括并联在所述电阻R1上的肖特基二极 管D1(压降很小，通常只有0.2V)，它的阴极接所述PTC自恢复保险丝F1的一端；这样节 点B的电位也迅速降低，所述PMOS管Ml导通，拉高节点C的电位，使PMOS管M2截止， 处理器和指紋传感器的供电源被切断。因此，维系所述指紋传感器闩锁状态的相关路径(电 源线、数据连接线)信号均中断，有效地保护了指紋传感器并使其退出闩锁状态。
当所述电源被切断后，所述PTC自恢复保险丝F1恢复到正常的低导通电阻状态，节点 A恢复为高电位，且髙于节点B的电位，二极管D1处于截止状态。电容C1通过电阻R1和 保险丝F1缓慢放电，经过预定时间(使指紋传感器退出闩锁状态)后，PM0S管M1恢复救 止状态，PM0S管M2再次导通，从而所述处理器和指紋传感器的供电得到恢复，自动上电工 作。
本实施例中的定时单元还可以采用其它定时集成电路，例如触发器来代替，控制信号 发生单元也可以用其它现有技术来等同替换，不在此赘述。
上述实施例经过试验验证，可靠地实现了闩锁状态的自动退出，并具有电路简单、低 成本、几乎无副影响的优势。
权利要求
1.一种指纹采集装置自动退出闩锁状态的方法，所述指纹采集装置至少包括半导体指纹传感器及与该传感器总线相连的处理器，其特征在于，包括步骤A.检测所述半导体指纹传感器的电源电流，或该电源电流与连接该半导体指纹传感器的处理器的电源电流之和的总电流；B.判断所述电源电流或所述总电流是否超过相应的预定数值，若是，则判断闩锁状态已经出现；否则继续步骤A；C.切断提供给所述半导体指纹传感器和所述处理器的电源；D.预定时间间隔后，自动恢复步骤C中的所述电源供应，继续步骤A。
2. 根据权利要求l所述指紋采集装置自动退出闩锁状态的方法，其特征在于所述步骤A中，采用在相应的电源输入端串接PTC自恢复保险丝来监测所述电源电 流或所述总电流；这样，当所述步骤B判断闩锁状态出现后，所述PTC自恢复保险丝两 端变大的电压降用来触发产生有效控制信号，提供给电源关断电路进行步骤C。
3. 根据权利要求2所述指紋采集装置自动退出闩锁状态的方法，其特征在于所述电源关断电路包括至少一个晶体管，开关两端串接在提供给所述半导体指紋传 感器和所述处理器的电源的输入端；或包括至少两个晶体管，开关两端分别串接在提供 给所述半导体指紋传感器的电源的输入端和提供给所述处理器的电源的输入端；各所述晶体管的控制端接收所述控制信号。
4. 根据权利要求2所述指紋采集装置自动退出闩锁状态的方法，其特征在于步骤C中电源被切断后，所述PTC自恢复保险丝的导通电阻恢复正常低阻，两端电 压降变小，从而延时步骤D中所述的预定时间间隔后，使控制信号自动无效来恢复电源 供应。
5. —种指紋采集装置，至少包括半导体指紋传感器及与该传感器总线相连的处理器，以及电源电流检测控制电路，电源关断电路；其特征在于所述电源电流检测控制电路包括过流感应器，该过流感应器串接在提供给所述半导 体指紋传感器和所述处理器的电源的输入端，或串接在提供给所述半导体指紋传感器的 电源的输入端；所述检测控制电路还输出一控制信号；所述电源关断电路包括至少一个晶体管，开关两端串接在提供给所述半导体指紋传 感器和所述处理器的电源的输入端；或包括至少两个晶体管，开关两端分别串接在提供 给所述半导体指紋传感器的电源的输入端和提供给所述处理器的电源的输入端；各所述 晶体管的控制端接收所述控制信号。
6. 根据权利要求5所述的指紋采集装置，其特征在于所述过流感应器为PTC自恢复保险丝，当出现闩锁现象时，该保险丝迅速变大的导 通电阻使保险丝上的压降变大；当所述半导体指紋传感器的电源输入被关断后，该保险 丝恢复正常低阻。
7. 根据权利要求5或6所述的指紋采集装置，其特征在于所述电源电流检测控制电路还包括控制信号发生器，通过电压检测电路接收所述过 流感应器上的压降变化信号，来产生所述控制信号；所述电源电流检测控制电路还包括定时单元，输出送往所述控制信号发生器的定时 信号，将所述控制信号的逻辑有效时间控制在预定的时间范围内。
8. 根据权利要求7所述的指紋采集装置，其特征在于所述定时单元接收所述过流感应器上的压降变化信号，或接收所述电源关断电路的 输出信号，来启动预定时间的延时计算。
9. 根据权利要求7所述的指紋采集装置，其特征在于所述控制信号发生器包括晶体管M1，它的基极和发射极，或栅极和源极通过电连接与所述PTC自恢复保险丝并联；集电极或漏极通过电阻R2接地，并提供所述控制信 号。
10. 根据权利要求9所述的指紋采集装置，其特征在于所述定时单元包括串联的电容Cl和电阻Rl,该串联支路与所述PTC自恢复保险丝 并联，所述晶体管M1的发射极或源极连接所述PTC自恢复保险丝的一端，基极或栅极 通过所述电容C1和电阻R1的连接点电连接该PTC自恢复保险丝的另一端。
11. 根据权利要求10所述的指紋采集装置，其特征在于所述电源电流检测控制电路还包括肖特基二极管Dl,并联在所述电阻R1上，它 的阴极接所述PTC自恢复保险丝的一端。
全文摘要
一种指纹采集装置及其自动退出闩锁状态的方法，所述指纹采集装置至少包括半导体指纹传感器及与该传感器总线相连的处理器，在它们的电源输入端或所述指纹传感器的电源输入端串接入电源电流检测控制电路的过流感应器，当闩锁状态发生时，检测控制电路根据所述过流感应器上的电压变化输出有效控制信号使电源关断电路切断提供给所述半导体指纹传感器和所述处理器的电源，并延长一段时间后，自动接通所述电源供应。所述过流感应器采用PTC自恢复保险丝，大大减小元件接入的影响。采用本发明，便于指纹传感器可靠、低成本地实现闩锁状态下的自动恢复，且易于实施。
文档编号E05B49/00GK101173578SQ200610063500
公开日2008年5月7日 申请日期2006年11月1日 优先权日2006年11月1日
发明者军 叶, 熊从庆, 马新民 申请人:芯微技术(深圳)有限公司