考电压定义。从图3可以看出，当Vrefh-Vrefl变小时，ADC转换的增益变大;反之ADC转换的增益变小。因此本发明提出的动态范围调整方法通过控制Vrefh和Vrefl的值来调整ADC的增益。该方法在调整ADC增益时，对Vrefh和Vrefl同时同步进彳丁相同步长，且相反方向的调整。即如果Vrefh-Vrefl需要减小电压变化量绝对值A，该方法设计为:Vrefh变化为Vrefh- Δ /2，Vrefl变化为Vrefl+ Δ /2。从图3可以看出，通过这样的设计，(VREFH+VREFL)/2始终保持不变，即不同增益条件下，所有转换曲线在输入为(Vrefh+Vrefl ) /2的点相交。
[0032]以10-bitADC量化精度为例，不同增益下ADC的转换曲线正向在数字输出码为十进制数768的位置相交，负向在十进制数256的位置相交。因此当系统最终截取正向输入范围之后并将数据缩放至8-bit输出之后，所有增益调整曲线将在输出动态范围的中点即为十进制数128的点相交。
[0033]参考电压Vrefh和Vrefl可以通过各种方式产生，如电阻分压的方式。产生电路需要保证两者调整的步径相同。增益的调整可以通过寄存器的控制字进行设定。
[0034]ADC还包括一个比较器，偏移量Soffset的调整可以通过调整比较器差分输入端的共模参考电压来实现。比较器差分输入端施加不同的共模参考电压，其压差为△，对应的数字输出为:
[0035]code = ( (Vin-Δ )/Vrange)*code_max;
[0036]code为模数转换器ADC的数字输出代码，与数字输出信号相对应，其中Vrange为ADC输入最大值，code_max为数字输出最大值。从上式可以看出，在Vrange—定的情况下，Δ会使整个转换曲线发生平移。共模参考电压可以采用类似于产生Vrefh和Vrefl的分压电路，其调整可以通过寄存器的控制字进行设定。
[0037]结合上述ADC增益及偏移量调整电路，本发明提出的相应的系统动态范围调整方法，其由图2中的动态范围调整模块实现。如图3所示，前端放大器的增益为Aamp，ADC的增益SAadc，偏移量调整为Soff set，方法通过调整Aamp、Aadc以及Soff set来实现系统动态范围的最优化。
[0038]作为系统检测的一种应用，指纹识别检测设备还可以通过斩波的方式对系统共模噪声进行抑制，该实施例如图4所不。系统在Tl时刻切换模数互换器的正向Vinp与负向Vinn输入，将后一时刻Tl与前一时刻TO的模数转换器输出作差，再除以2得到最终输出。Tl与TO之间为固定时间间隔，其选取根据模数转换器架构以及系统噪声抑制频率而定，一般选取在10ns?2ys之间。在此应用中，用于调整偏移量的共模参考电压也在Tl时刻进行正负输入端互换。通过同时正负向切换共模参考电压来实现偏移量和输入信号的同向变化。通过这种方法，偏移量的设置在数据处理中得以保留，从而完成偏移量的调整功能。
[0039]作为实际使用中的一种实施方式，为了节省方法时间，调整方法可以选取一定区域的图像进行处理，而不必选取整幅指纹图像。
[0040]图5示出了动态范围调整方法的一个具体实现实施例。图5中的方法包括如下步骤:
[0041 ] A 初始化 Aamp、Aadc 以及 Soffset;
[0042]B调整前端放大器增益Aamp;
[0043]C调整模数转换器偏移量Soff set;
[0044]△_丄如以及3(^861:的初始值设定为厶_—:11^1;丄(]。—:11^1;以及3(^861:—:11^1；。初始值选取系统动态范围最大的参数设定，设定原则为在进行初次图像采集时不出现数据的饱和。
[0045]然后，方法进行前端放大器增益的调整，通过遍历的方式选择前端放大器增益的最优值。采集图像，统计图像数据的最大值Dmax，最小值Dmin以及平均值Davg，并计算Range =Dmm-Dhn，最终放大器增益控制字选取图像数据范围最大且数据最大值和最小值均未超过预设阈值范围[DL_set，DH_set]的增益设置。
[0046]作为本发明的另一种实现方式，前端放大器增益最优值也可通过搜索计算或查表的方式得到。以上三种实现方式遍历、搜索计算及查表可单独使用，也可任意相互结合使用。
[0047 ]随后进行偏移量的调整。米集图像，统计图像数据的最大值Dmax，最小值Dmin以及平均值Davg，通过统计采集图像的数据求得图像的平均值，以256灰阶图像为例，调整方法的目标是将图像的平均值调整在数据输出的中点即十进制数128附近。实际应用中，可以以中点值为中心选取一定的邻近范围[Davg_H，Davg_L]作为调整目标。如果平均值Davg<Davg_L，则偏移量Soffset+1，如果平均值Davg>Davg_H，则偏移量Soffset-1，最终，将平均值Davg调整到目标范围内(Davg_L < Davg < Davg_H)，即[Davg_H，Davg_L]内。
[0048]调整同样可以采用查表和或搜索方法进行。之后可根据系统实际应用进行其它处理操作。如进行ADC增益Aad。的调整等等，调整可以采用查表或者搜索方法进行。
[0049]由以上实施例的具体实现可知，本发明提出的动态范围调整方法中，AD(^|SAadc，ADC的偏移量Soffset以及其它参数调整具有实现上的独立性，相互之间无直接影响，避免了现有技术中，各电路参数变量的调整存在依赖关系的缺陷。
[0050]从而在具体应用中，可以当ADC的偏移量Soffset调整完毕后，再进行ADC增益Aadc以及/或放大器的增益Aamp的调整，从而避免了现有技术中偏移量设置对系统动态范围的负面影响，简化了调整过程，提高了指纹识别传感设备的响应速度和辨识性能。
[0051]通过上述实施例，放大器的增益Aamp，ADC增益Aad。都能实现系统动态范围的放大或缩小，实际使用中可以将Aamp设为粗调，将六^。设为细调，也可以将厶_设为细调，将六^。设为粗调，二者可以单独进行调整或相互配合，从而获得得更大范围的精细调整。
[0052]作为本发明的其它较佳实施例，所述模数转换器ADC可以是pipeline-ADC ,flashADC等，而且并不限于以上类型。
【主权项】
1.一种指纹识别传感设备的模数转换器动态范围调整方法，对所述模数转换器ADC的偏移量Soffset进行动态调整，包括以下步骤: 首先，初始化前端放大器增益Aamp以及偏移量SofTset; 其次，调整前端放大器增益Aamp; 其次，调整模数转换器偏移量SofTset。2.如权利要求1所述的模数转换器动态范围调整方法，在所述偏移量Soffset调整完毕后，可以进行模数转换器ADC增益Aad。和/或放大器的增益Aamp的调整。3.如权利要求1或2所述的模数转换器动态范围调整方法，所述模数转换器的偏移量Soffset的调整目标是使得指纹图像数据的平均值调整到ADC数据输出的中点附近的预设阈值范围内。4.如权利要求1或2所述的模数转换器动态范围调整方法，所述模数转换器ADC的偏移量Soffset的初始值设定原则为首次图像采集时不出现数据饱和。5.如权利要求1或2所述的模数转换器动态范围调整方法，所述调整前端放大器增益Aamp的步骤中，通过遍历和/或搜索和或/查表的方式选择增益Aamp，使得图像数据最大值Dmax和最小值Dmin均未超过预设阈值范围。6.—种指纹识别传感设备，其包括偏移量可调节的模数转换器ADC以及动态范围调整模块，可对所述模数转换器ADC的偏移量Sof f set进行动态调整;所述模数转换器ADC用于将前端处理后的模拟信号转换为一定范围的数字信号，所述模数转换器ADC包括比较器。7.如权利要求6所述指纹识别传感设备，调整所述比较器差分输入端的共模参考电压实现对偏移量Soffset的调整。8.如权利要求6或7所述指纹识别传感设备，包括前端放大器AMP，接收并放大指纹传感像素电极阵列输出的模拟信号，并传送给所述模数转换器ADC。9.如权利要求7或8所述的指纹识别传感设备，所述模数转换器ADC的数字输出代码与所述比较器差分输入端共模参考电压的压差A满足以下关系:code= ((Vin-Δ )/Vrange)*code_max; 其中code为模数转换器ADC的数字输出代码，与数字输出信号相对应，Vin为输入信号，Vrange为ADC输入最大值，code_max为数字输出最大值。10.如权利要求6?9任一项所述的指纹识别传感设备，包含数据处理模块，将模数转换器ADC输出信号转换为灰阶数据，对ADC的输出数据进行动态调整。
【专利摘要】本发明提出了一种指纹识别传感设备的模数转换器动态范围优化的方法及实现电路，并提出了实现该优化方法的具体算法。该方法通过分别独立调整前端放大器的增益，模数转换器的增益和偏移量，能够最大限度利用系统动态范围，提高指纹图像的对比度，提高指纹识别的辨识性能，并减小了优化迭代次数，减小了指纹识别检测时间。发明提出了一种模数转换器的偏移量调整的方法，通过调整模数转换器的比较器差分输入端的参考电压实现偏移量的调整，该方法可以与模数转换器的增益调整分别独立实现，在偏移量调整完毕后，模数转换器的增益调整不会影响偏移量调整结果。
【IPC分类】G06K9/00
【公开号】CN105469066
【申请号】CN201510890657
【发明人】李卓, 刘成, 赵帆, 张晋芳
【申请人】北京集创北方科技有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月8日