允许多种配置的非接触式生物特征识别装置的制作方法

本发明涉及一种非接触式生物特征识别装置，并且具体地涉及一种允许多种配置的非接触式生物特征识别装置，用于使用不同rfid协议的通信。

背景技术：

图1示出了典型的无源rfid装置2的架构。有源rfid读取器4经由天线6发送信号。对于由nxp半导体公司制造的和系统的信号通常为13.56mhz，但是对于由hidglobalcorp.制造的较低频率的产品可以为125khz。该信号由rfid装置2的天线8接收，天线8包括调谐线圈9和电容器10，然后该信号传递到rfid芯片11。信号由桥式整流器12整流，并且整流器12的dc输出被提供给控制逻辑14，其控制来自芯片11的消息收发。

从控制逻辑14输出的数据连接到在天线8两端连接的场效应晶体管16。通过接通和断开晶体管16，可以由rfid装置2发送信号并且由读取器4中的适当的控制电路18发送信号。这种类型的信令被称为反向散射调制，并且其特征在于，读取器4用于对向其自身返回消息供电。

已经提出将生物测定传感器诸如指纹扫描器结合到无源或半无源rfid装置中。期望生产与各种rfid协议兼容的生物测定rfid装置。然而，存在许多不同类型的rfid协议，每个使用例如不同的频率、不同的比特数、不同的调制方案、不同的数据保护方案等。

一种示例性rfid协议是hidglobalcorp.的邻近协议(proximityprotocol)，其使用125khz激励场、fsk键控、高达37比特的数据、无数据保护以及由曼彻斯特代码违反所表示的帧长度。在国际标准iso/iec14443a中定义了另一种通用协议，其使用13.56mhz激励场，但是符合该协议的装置可以存在于具有不同存储器大小、数据保护等的若干类型中。这些装置以名称出售。

为了使用特定协议，rfid装置需要与该协议对应的rfid芯片；然而，设计能够同时满足所有期望的rfid协议的单个装置是不实际的。此外，rfid芯片不是标准化的，因此必须生产用于每个协议的独特的rfid装置设计。这由于不同设计之间的转换成本而增加了制造成本。此外，其增加了符合各个协议中的每一个的rfid装置的过度生产或生产不足的风险，这可能引起供应延迟或浪费。

技术实现要素：

从第一方面来看，本发明提供一种制造生物测定rfid装置的方法，该方法包括：产生多个生物特征识别装置，每个生物特征识别装置适应于接收包括rfid芯片和调谐电容器的rfid模块，每个生物特征识别装置包括：容纳生物测定认证引擎的装置主体；在该装置主体内的天线；以及经布置以接收rfid模块的插座；该方法进一步包括：对于每个生物特征识别装置，从多个不同的rfid协议中选择rfid协议；以及在该生物特征识别装置的插座中安装与所选择的rfid协议相对应的rfid模块。

“rfid模块”是被制造为符合特定rfid协议的产品。rfid模块包括rfid芯片和调谐电容器，使得它们仅需要连接到适当的天线来操作。许多rfid模块仅可从某些制造商商业获得，并且不是标准化的，因此不同的模块需要不同的连接和使用不同的天线。

根据本发明，可以批量生产通用生物特征识别装置，其允许在制造基本装置之后根据生物特征识别装置的预期应用安装不同的rfid模块。选择rfid协议的步骤可以涉及为不同的装置选择不同的协议，因此该方法可以包括为多个装置中的不同装置安装不同的模块。这允许单个装置设计被批量生产并且用于使用不同rfid协议的应用，在制造过程期间降低成本，因为只需要做出一个设计，并且提高了库存的灵活性，因为可以对于所有协议使用相同的单元，而不是有一个设计太多而另一个设计太少的风险。

在产生相应的生物特征识别装置的步骤之后可有利地执行选择rfid协议的步骤。相反，在现有技术中，此类决定将需要在开始制造装置之前进行，因为每个rfid模块将需要定制的装置配置。

在一个示例实施例中，该方法包括从多个不同的rfid协议中选择第一rfid协议用于第一生物特征识别装置，以及在第一生物特征识别装置中安装相应的rfid模块；以及从多个不同的rfid协议中选择第二rfid协议用于第二生物测定装置，该第二rfid协议不同于所述第一rfid协议，并且在该第二生物特征识别装置中安装相应的rfid模块。

因此，基本生物测定装置可以大量制造并与多个不同的rfid模块一起使用。实际上，优选地，在安装rfid模块之前，所有生物特征识别装置在结构上相同。应当理解，该方法不需要为每个装置改变rfid协议。实际上，可能需要产生具有第一协议的第一组装置，例如以满足来自客户的第一订单，然后使用第二协议产生第二组装置，例如以满足第二订单。对于当前方法重要的是，存在在协议之间切换而同时不改变生物特征识别装置的基本设计的能力。

优选地，每个生物特征识别装置在插座中包括多组端子，每组端子经布置以用于与不同类型的rfid模块一起操作。因此，在插座中可以存在用于与第一rfid模块一起操作的第一组端子，以及用于与第二rfid模块一起操作的第二组不同的端子。不同组的端子可以位于插座内，以便接收不同类型的rfid模块。

在一些实施例中，生物特征识别装置可适应于在多个频率下可操作。因此，第一rfid协议可以在第一频率下操作，并且第二rfid协议在第二频率下操作，第二频率不同于第一频率。

此外，在第一频率高于第二频率的情况下，生物测定认证引擎可以经配置以使用与天线串联耦合的开关激活连接到第一组端子的rfid模块，并且使用与天线并联耦合的开关激活连接到第二组端子的rfid模块。

开关可以是例如固态继电器。然而，典型的固态继电器不是完美的开关，而是具有寄生并联电容和寄生串联电阻，这使得作为开关的固态继电器的应用不完善。

当开关与天线线圈串联时，寄生串联电阻引起信号劣化。然而，当开关与天线线圈并联时，寄生并联电容引起天线的失谐。已经发现，当开关断开并且与天线并联时，典型固态继电器开关的并联寄生电容将使相对高频天线(诸如13.56mhz天线)失谐到不可接受的程度。然而，相对低频天线(诸如125khz)不太受开关的寄生电容的严重影响。因此，并联布置对于与低频rfid模块一起使用是最佳的，以便最小化由寄生电阻引起的信号劣化，而串联布置对于与高频rfid模块一起使用是最佳的，以便不使天线失谐。

在一种布置中，如上所述，第一rfid协议可以在13.56mhz操作，并且第二rfid协议可以在125khz操作。

优选地，生物测定装置是无源的或半无源的。也就是说，生物特征识别装置不包括经配置以为安装在插座中的rfid模块供电的电池。在一个实施例中，生物测定装置是(完全)无源装置，即它根本不包括电池。

在一个示例中，生物测定认证引擎是指纹认证引擎。

从第二方面来看，本发明提供了一种用于接收包括rfid芯片和调谐电容器的rfid模块的生物特征识别装置，该生物特征识别装置包括：容纳生物识别认证引擎的装置主体；在装置主体内的天线；以及经布置以接收rfid模块的插座，该插座包括端子，其适应于接收符合第一rfid协议的第一类型rfid模块，或者可选地接收符合第二rfid协议的第二类型rfid模块，该第二rfid协议不同于第一rfid协议。

如上所述，此类生物特征识别装置可以批量生产以利用规模经济的优点。在制造之后，可以安装适当的rfid模块以使得装置根据所需的rfid协议操作。在一个示例性实施例中，可以存在一组生物特征识别装置，每个装置如上所述，通过来自该组装置的单个装置可以装配有不同类型的rfid模块。在另一示例中，可以存在包括多个相同的生物特征识别装置的一组生物特征识别装置，其中一组装置配备有第一类型的rfid模块，另一组装置配备有第二类型的rfid模块。

生物特征识别装置可以包括可由生物测定认证引擎控制的开关，用于在连接到端子时激活rfid模块。开关可以与天线串联布置，或者与天线并联布置。

另选地，或另外地，端子可包括插座内的至少第一组端子和第二组端子，第一组端子经布置以接收第一类型的rfid模块，并且第二组端子具有与第一组端子不同的配置，并且第二组端子经布置以接收第二类型的rfid模块。

生物特征识别装置可以进一步包括：第一开关，其与天线串联布置，并且可由生物测定认证引擎控制，用于当连接到第一组端子时激活第一类型rfid模块；以及第二开关，其与天线并联布置，并且可由生物测定认证引擎控制，用于当连接到第二组端子时激活第二类型rfid模块。

该生物测定认证引擎优选地经配置以验证用户的身份并响应于肯定的识别(positiveidentification)，使得连接到端子的rfid模块使用天线来发送信息。这可以例如通过打开或关闭开关以激活rfid模块来实现。

在一个优选实施例中，生物测定认证引擎是指纹认证引擎。

rfid装置可以是以下中的任一种：访问卡、信用卡、借记卡、预付卡、会员卡、身份卡、密码卡等。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图更详细地描述本发明的某些优选实施例，其中：

图1示出了现有技术的无源rfid装置的电路；

图2示出了包含指纹扫描器的半无源rfid生物特征识别装置的电路；以及

图3示出了用于半无源生物特征识别装置的电路，其具有用于接收不同类型的高频rfid模块的插座；

图4示出了用于半无源生物特征识别装置的电路，其具有用于接收不同类型的低频rfid模块的插座

图5示出了用于半无源生物特征识别装置的电路，其具有用于接收不同类型的低频和高频rfid模块的插座。

图2示出了rfid读取器4和半无源rfid装置102的架构，其是图1所示的现有技术无源rfid装置2的变型。图2所示的rfid装置102已经适应于包括指纹认证引擎120。

具体实施方式

如本文所使用的，术语“无源rfid装置”应当理解为意指rfid装置102，其中rfid芯片110仅由，例如由rfid读取器118生成的rf激励场所收集的能量供电。也就是说，无源rfid装置102依赖于rfid读取器118来供应其用于广播的电力。无源rfid装置102通常不包括电池，虽然可以包括电池来为诸如指纹认证引擎120的电路的辅助组件(但不是广播)供电；此类装置被称为“半无源rfid装置”。

rfid读取器4是如图1中操作的常规rfid读取器。rfid读取器4经配置以使用读取器天线6生成rf激励场。读取器天线6进一步从rfid装置102接收输入的rf信号，其由rfid读取器4内的控制电路18解码。

rfid装置102包括用于接收rf(射频)信号的天线108，由天线108供电的无源rfid芯片111，以及由电池122供电的供电指纹认证引擎120。

天线108包括调谐电路，在该布置中，调谐电路包括天线线圈109和调谐电容器110，其被调谐以从rfid读取器104接收rf信号。天线108被调谐以接收对应于装置102的rfid芯片111的rfid协议的频率。当暴露于由rfid读取器4生成的激励场时，在天线108两端感应出电压。

天线108的输出线经由控制开关132连接到rfid芯片111，该控制开关132由指纹认证装置120所控制。

指纹认证装置120包括处理单元128和指纹读取器130。指纹认证装置120经布置以扫描呈现给指纹读取器130的手指或拇指，并使用处理单元128将所扫描的手指或拇指的指纹与预先存储的指纹数据进行比较。然后确定所扫描的指纹是否与预先存储的指纹数据匹配。

如果确定匹配，则rfid芯片110被授权向rfid读取器104发送信号。在图2的布置中，这通过关闭控制开关132以将rfid芯片110连接到天线108来实现。rfid芯片111是常规的，并且以与图1所示的rfid芯片10相同的方式操作，以通过接通和断开晶体管116使用反向散射调制经由天线108而广播信号。

在该布置中，天线线圈109和调谐电容器110的电感和电容被具体选择为以由rfid芯片111所定义的协议的频率操作。

图3示出了rfid读取器4和半无源生物测定rfid装置的架构，其是图2所示的半无源rfid装置2的变型。

图3所示的生物测定rfid装置与图2所示的rfid装置102类似地操作，并且与图2所示的那些相对应的组件共享相同的附图标记，增加100。为了避免重复，下面将仅讨论这些布置之间的差异。图2中所示的组件的讨论也适用于图3中所示的相应组件。

图3所示的生物测定rfid装置包括生物测定装置202和rfid模块240两部分。生物测定装置202与多个rfid模块240兼容，每个rfid模块240遵循不同的rfid协议。生物测定装置202和rfid模块240可以单独制造，例如每个rfid模块可以由特定rfid协议的经营者制造。当rfid模块240安装在生物测定装置202中时，形成完整的生物测定rfid装置，其类似于图2中所示的rfid装置102进行操作，但是根据所选择的rfid模块240的rfid协议。

rfid模块240包括经配置以根据特定rfid协议操作的rfid芯片和调谐电容器210，调谐电容器210被设置尺寸来调谐生物测定装置202的天线线圈209，以在rfid协议的操作频率下接收rf信号。

rfid模块240通常是商业上可获得的并且由特定rfid协议的经营者制造。在一些情况下，rfid模块240可以与天线一起出售，其必须在其可以与生物测定装置202一起使用之前被移除。另选地，可以通过将rfid芯片与适当的调谐电容器210一起安装到板来创建rfid模块240。

rfid模块240的rfid芯片包括根据特定rfid协议向rfid读取器204发送返回信号所需的组件。这通常包括控制逻辑214和用于连接天线208两端以经由反向散射调制发送信号的开关216。rfid芯片还可以包括整流器212，用于对接收的电压进行整流以为控制逻辑214供电。在一些实施例中，rfid芯片可以是如图1或图2所示的自包含组件。

rfid模块240包括用于连接到生物测定装置202的一对端子242(尽管其它端子配置是可能的)。这些端子242经布置以横跨天线线圈209的端部连接，使得当天线线圈209连接端子两端时，rfid芯片能够经由调谐电容器210所调谐的天线线圈209发送信号。

生物测定装置202包括壳体(未示出)，其中设置有：天线线圈209；生物测定认证引擎220，诸如所示的指纹认证引擎；用于接收rfid模块240的插座236；以及控制装置232，其可由生物测定认证引擎220控制，用于当安装在插座236中时激活rfid模块240。

插座236基本上在壳体内包括足够大的空间，以便容纳最大的预期rfid模块240。插座236包括端子236，端子236经布置以与rfid模块240的相应端子242接合。插座236可以包括多个不同组的端子236，每个被定位成当安装在插座236中时与相应rfid模块240的端子242接合。为了简化构造，每组端子优选地包括一对端子，以将rfid模块240连接在天线线圈240两端，尽管该对端子中的一个可以在不同组的端子之间共享。

本实施例中的控制装置232包括与天线线圈209串联连接的开关232，诸如固态继电器232。开关232由生物测定认证引擎220控制。当生物测定认证引擎220确定接受条件诸如匹配的指纹，开关232被控制以激活rfid模块240的rfid芯片。在该实施例中，这通过闭合开关232来实现，以将来自天线线圈209的信号供应给插座234的端子236。

图4示出了rfid读取器4和可选的半无源生物测定rfid装置的架构，其是图3所示的半无源rfid装置的变型。

图4中所示的生物测定rfid装置类似于图3中所示的生物测定rfid装置，并且对应于图3中所示的组件共享相同的附图标记，增加100。为了避免重复，下面将仅讨论这些布置之间的差异。图3中所示的组件的讨论另外也适用于图4中所示的相应组件。

图4所示的生物测定装置302和图3所示的生物测定装置202之间的主要区别是控制装置333的布置。

本实施例中的控制装置333包括与天线线圈309并联连接的开关333，诸如固态继电器333。开关333由生物测定认证引擎320控制。当生物测定认证引擎320确定接受条件诸如匹配的指纹，开关被控制以激活rfid模块340的rfid芯片。在该实施例中，当开关333闭合时，天线线圈309短路，并且rfid模块340不接收任何电力。为了激活rfid模块340，响应于来自生物测定认证引擎320的命令，开关333被断开以激活rfid模块340。

典型的固态继电器232、固态继电器333不是完美的开关，但是实际上具有寄生并联电容和寄生串联电阻，这使得作为开关的固态继电器232、固态继电器233的应用不完善。也就是说，固态继电器232、固态继电器333在闭合时用作电阻器，而在打开时用作电容器。

在图3的布置中，当开关232断开时，rfid模块240不被激活，因此开关232的寄生电容不显着。然而，当开关232闭合时，rfid模块240被激活，并且接收的信号通过开关232。因此，开关232的寄生电阻影响由rfid模块240处理的信号。该寄生电阻能够显着地降低信号，因此被理想地避免。

在图4的布置中，避免了这种信号劣化，因为当开关333闭合时，rfid模块340不被激活，并且当开关333断开时，信号不通过开关333。因此，寄生电阻不会降低信号。然而，当开关333断开时，开关333的寄生电容与调谐电容器310并联，这能够使天线308失谐。

分析表明，当开关333断开时，与天线线圈308并联的典型固态继电器开关333的并联寄生电容将使相对高频天线308(诸如13.56mhz天线)失谐到不可接受的程度。然而，低频rfid模块340具有相对低的阻抗，因此较少受开关333的寄生电容的严重影响。

因此，图4所示的布置对于与低频rfid模块240一起使用是最佳的，以便使寄生电阻引起的信号劣化最小化，而图3所示的布置对于与高频rfid模块340一起使用是最佳的，以便不使天线208失谐。

为了进一步降低制造成本，期望生产具有能够用于高频和低频rfid模块的单一设计的生物测定装置。

图5示出了rfid读取器4和另一个可选的半无源生物测定rfid装置的架构，其是图3和图4所示的半无源rfid装置的变型。

图5中所示的生物测定rfid装置组合了图3和图4中所示的那些元件，并且与图3或图4中所示的组件相对应的组件共享相同的附图标记，分别增加200或100。为了避免重复，下面将仅讨论这些布置之间的差异。图3和图4所示的组件的讨论另外也适用于图5所示的相应组件。

在该布置中，生物测定装置402的插座434具有两对可选的端子434a、端子434b。生物测定装置402还包括第一开关432和第二开关433。第一开关432与天线线圈409和第一组端子436a串联连接。第二开关与天线线圈409和第二组端子436b并联连接。

第一组端子436a和第二组端子436b不同地布置在用于连接的插座内，使得rfid装置440可以连接到一组或其他组端子。例如，在该实施例中，端子组436a、端子组436b沿插座434的边缘彼此轴向偏移，然而根据rfid模块440的配置，其它布置也是可能的。

可以看出，当在插座434中安装例如以13.56mhz操作的高频rfid模块440a时，rfid模块440a的端子与第一组端子436a连接，使得rfid模块440a的调谐电容器410a与串联天线线圈409的开关432连接。该配置对应于图3所示的配置。

相反地，当在插座434中安装例如以125khz操作的低频rfid模块440b时，rfid模块440b的端子与第二组端子436b连接，使得rfid模块440b与并联天线线圈409的开关433连接。该配置对应于图4所示的配置。

所得到的生物测定rfid装置将操作的频率，由天线线圈409的电感和调谐电容器410a、调谐电容器410b的电容限定，其被选择为使得天线408由rf场以安装的rfid模块440a、rfid模块440b的rfid芯片的rfid协议所指定的频率激发。

因此，单个生物测定装置设计可以与多个rfid协议一起使用，其还具有向安装的rfid模块440的rfid芯片提供最优信号的开关布置。

一种制造生物测定rfid装置的方法包括生产如图3、图4或图5中任一个所示的多个生物测定装置202、生物测定装置302、生物测定装置402。在已经生产生物测定装置202、生物测定装置302、生物测定装置402之后，可以存储它们，直到对符合特定协议的生物测定rfid装置进行订购。响应于该订购，选择合适的rfid模块240、rfid模块340、rfid模块440a、rfid模块440b并将其安装到生物测定装置202、生物测定装置302、生物测定装置402的插座234、插座334、插座344中。

当安装rfid模块240、rfid模块340、rfid模块440a、rfid模块440b时，可以进行各种进一步的修改。例如，可以物理地禁用开关中的一个，例如通过物理移除或通过切断未使用的线以便切断到开关的连接。

此外，可以附加地在天线两端添加微调电容器，以精确地调谐天线208、天线308、天线408的工作频率。本领域技术人员将理解调谐电容器和微调电容器之间的差异，例如微调电容器可以将天线208、天线308、天线408的频率改变小于10％，并且优选地小于5％。

尽管上述讨论涉及半无源生物测定装置202、生物测定装置302、生物测定装置402，其中指纹认证引擎220、指纹认证引擎320、指纹认证引擎420由电池222、电池322、电池422供电，但是将理解的是，可以使用无源指纹认证引擎220、无源指纹认证引擎320、无源指纹认证引擎420选择性地实现任何或所有的布置，其中无源指纹认证引擎220、无源指纹认证引擎320、无源指纹认证引擎420使用在天线208、天线308、天线408中感应的电压来供电，即，不使用电池222、电池322、电池422。