自包含式指纹识别装置的制作方法
本发明涉及包括指纹扫描器的无源rfid装置，具体地，涉及指纹数据的登记和匹配均由相同的rfid装置执行的自包含式(self-contained)指纹识别rfid装置。
背景技术：
图1示出了典型的无源rfid装置2的架构。供电的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
从控制电路14输出的数据被连接至在天线8两端连接的场效应晶体管16。通过接通和断开晶体管16，信号可以由rfid装置2发送并且由读取器4中的适当的控制电路18对信号进行解码。此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用于向返回其自身的消息供电。
作为附加的安全措施，一些rfid装置已经适应于附加地处理生物特征识别数据以提供改进的安全性。在此类系统中，向使用者提供具有存储在其上的生物特征模板的rfid卡。例如，为了使卡的所有者能够访问钱或建筑物或办公室的物理门禁，终端设置有指纹传感器，并且为了授权使用者，从终端读取的指纹从终端发送给rfid卡，在该rfid卡上与卡上存储的模板进行匹配。rfid卡然后向终端无线传送实时匹配的结果，匹配还是未匹配。
然而，已经发现此类型的装置是不可靠的，因为终端之间的指纹的扫描不一致。至少本发明的优选实施例寻求在使用便携式rfid指纹装置时提供改进的指纹匹配。
技术实现要素：
总之，本发明提供了无源rfid装置，其包括指纹认证引擎，指纹认证引擎包括处理单元和指纹扫描器，其中，指纹认证引擎能够对呈现给指纹扫描器的手指的指纹执行登记过程和匹配过程这两者。
在指纹生物统计学的情况下，当在一个地方，诸如专用登记终端发生初始登记时，，一个常见的问题是难以获得可重复的结果，并且用于匹配的后续登记发生在需要进行匹配的例如另一终端上。围绕每个指纹传感器的外壳的机械特征必须进行精心地设计，以在每次读取时以一致的方式引导手指。如果用多个不同的终端扫描指纹，每个终端略有不同，则在读取指纹时可能发生错误。相反，如果每次使用相同的指纹传感器，则降低发生此类错误的可能性。
根据所提出的装置，可使用相同的指纹传感器并且在相同的rfid装置内执行匹配和登记扫描。因此，可以平衡掉扫描错误，因为如果使用者倾向于在登记期间用横向偏置呈现他们的手指，则它们在匹配期间也可能这样做。
因此，对于与rfid装置一起使用的所有扫描，使用板载指纹传感器显着减少登记和匹配中的错误，并因此产生更可重现的结果。
此外，通过执行指纹认证引擎中的所有处理，可以提高安全性，因为使用者的指纹数据不需要对另一装置可用(如在单独登记的情况下)。优选地，rfid装置还被配置为使得指纹数据不能从rfid装置发送。
在现有技术的系统中，指纹传感器没有被包含在rfid装置自身中，而是作为单独终端的一部分；这是因为指纹传感器的功率要求相对较高。具体地，由于大多数rfid终端向其激励场施以脉冲的事实，由rfid装置接收的电力往往太低而不能无源地驱动指纹传感器。因此，可能需要在rfid装置中包括单独的电池(即，使其成为半无源rfid装置)，这增加了制造rfid装置的成本。此外，即使在具有板载指纹传感器的装置中，登记过程先前已与不同的装置单独执行。
因此，从第一方面来看，本发明提供了无源rfid装置，包括：用于从rf激励场收集能量的天线；以及指纹认证引擎，其包括处理单元、指纹扫描器和存储器，该指纹认证引擎和天线被布置成使得指纹认证引擎由天线收集的能量供电，其中，该指纹认证引擎能够执行登记过程，在该登记过程中表示呈现给指纹扫描器的手指的指纹的数据被存储在存储器中；并且其中，该指纹认证引擎能够执行匹配过程，在该匹配过程中将呈现给指纹扫描器的手指的指纹与存储在存储器中的指纹数据进行比较。
在优选的方面，无源rfid装置进一步包括被设置为执行方法的rfid装置控制器，该方法包括：由天线从供电的rfid读取器接收命令；在rfid读取器等待对命令的响应的同时，由天线接收基本上持续的射频激励场；在指纹认证引擎中执行登记过程或匹配过程；确定rfid装置已等待响应的时间段；以及响应于如果该过程尚未完成，则确定该时间段超过预定阈值，由天线向rfid读取器发送等待时间延长的请求。
如上所述，典型的rfid读取器施以脉冲将它们的激励信号打开和关闭，以便节省能量，而不是稳定地发射激励信号。通常，这种脉冲产生有用能量小由稳定发射所发射的电力的10％的占空比。这可能不足以为指纹认证引擎供电，特别是在指纹认证引擎包括具有相对高功耗的区域型指纹扫描器的情况下。实际上，在优选实施例中，指纹扫描器为区域型指纹扫描器。
由rfid装置控制器执行的上述方法通过利用符合例如国际标准iso/iec14443的rfid读取器的标准功能的某些方面来克服这个问题。具体地，当rfid读取器等待对命令的响应时，它必须保持非脉冲，该非脉冲优选为基本上持续的射频(rf)激励场。
因此，根据该方法，当rfid读取器向rfid装置发送命令时，装置不响应，而是等待并收集电力以驱动指纹认证引擎的功能。
由指纹认证引擎执行的过程优选为不需要响应于命令的过程，例如，该命令可为“请求提供识别码”的命令。也就是说，对来自rfid装置的命令的响应被有意地延迟，以允许执行处理。
在优选实施例中，当指纹认证引擎正在执行过程时，rfid装置并不对命令作出响应。此外，该方法优选进一步包括：在指纹认证引擎完成过程之后，由rfid装置对命令作出响应。
下列步骤优选被重复：“确定rfid装置已等待响应的时间段；以及响应于如果该过程还没有完成，则确定该时间段超过预定阈值，由rfid装置向rfid读取器发送等待时间延长的请求”，直到该过程完成和/或对命令的响应已经被发送为止。例如，在该过程已完成之后，如果不需要与rfid读取器进一步通信，则rfid装置可允许等待时间到期。另选地，例如，如果在对命令作出响应之前该过程为认证步骤的部分，则可发送对rfid读取器的响应。
优选地，该时间段为自从接收到命令以来或者自从作出最后的等待时间延长请求之后的时间。因此，等待时间延长的请求可以在当前等待时间到期之前发送，以确保rfid读取器继续保持rf激励场直到该过程完成为止。
在不使用对等待时间延长的请求的情况下，对于符合国际标准iso/iec14443的rfid读取器，可提供非脉rf激励场的最大默认时间为4.949秒。因此，由rfid装置控制器执行的方法特别适用于指纹匹配和登记，因为这些过程需要来自使用者的输入(即，一或更多次指纹扫描)，这些输入只能以它们由rfid装置的使用者提供的速率进行处理。该方法特别允许当过程需要大于5.0秒才能完成时由指纹认证引擎执行的这些过程。
如上所述，本方法特别适用于符合国际标准iso/iec14443的装置和读取器(尽管该方法也可应用于以类似方式操作的其他标准)，因此rfid装置优选为感应式集成电路卡(picc)，并且rfid读取器优选为感应式耦合装置(pcd)。picc和pcd优选地符合国际标准iso/iec14443中给出的定义。预定阈值优选地低于picc和pcd的预先布置的第一等待时间。
从第二方面来看，本发明还提供方法，包括：提供包括指纹认证引擎的无源rfid装置，该指纹认证引擎包括存储器和指纹扫描器；在第一时间，使用从rf激励场收集的能量来为rfid装置的指纹扫描器进行无源供电；以及将呈现给指纹扫描器的手指的指纹登记到rfid装置的存储器上；以及在随后的第二时间，使用从rf激励场收集的能量来为rfid装置的指纹扫描器进行无源供电；扫描呈现给指纹扫描器的手指的指纹；以及由指纹认证引擎将所扫描的指纹与登记到存储器上的指纹进行比较。
在登记和匹配步骤期间，指纹认证引擎优选仅由天线收集的能量供电。
指纹扫描器优选为区域型指纹扫描器。
如上所述，典型的rfid读取器施以脉冲以将它们的激励信号打开和关闭，以便节省能量，而不是稳定地发射激励信号，这可能导致占空比不足以为指纹认证引擎供电，特别是包括区域型指纹扫描器的指纹认证引擎。因此，能量优选通过包括以下步骤的方法来收集：由rfid装置从供电的rfid读取器接收命令；在rfid读取器等待对命令的响应的同时，由rfid装置接收非脉冲的持续射频激励场；由rfid装置从激励场收集电力；将从激励场提取的电力提供给指纹认证引擎；在指纹认证引擎中执行匹配或登记过程；确定rfid装置已等待响应的时间段；以及响应于如果该过程尚未完成，则确定该过程超过预定阈值，由rfid装置向rfid读取器发送等待时间延长的请求。
因此，根据该方法，当rfid读取器向rfid装置发送命令时，装置优选不响应，而是等待并收集电力以驱动指纹认证引擎的登记和匹配功能。
由指纹认证引擎执行的过程为不需要响应于命令的过程，例如，该命令可为“请求提供识别码”的命令。也就是说，对来自rfid装置的命令的响应被有意地延迟，以允许执行处理。
在优选实施例中，当指纹认证引擎正在执行过程时，rfid装置并不对命令作出响应。此外，该方法优选进一步包括：在指纹认证引擎完成过程之后，由rfid装置对命令作出响应。
下列步骤优选被重复：“确定rfid装置已等待响应的时间段；以及响应于如果该过程还没有完成，则确定该时间段超过预定阈值，由rfid装置向rfid读取器发送等待时间延长的请求”，直到该过程完成和/或对命令的响应已经被发送为止。
优选地，该时间段为自从接收到命令以来或者自从作出最后的等待时间延长请求之后的时间。
匹配或登记过程优选需要大于5.0秒才能完成。
rfid装置优选为感应式集成电路卡(picc)，以及rfid读取器优选为感应式耦合装置(pcd)。picc和pcd优选地符合国际标准iso/iec14443中给出的定义。预定阈值优选地低于picc和pcd的预先布置的第一等待时间。
该方法的rfid装置可为如在第一方面中所述的rfid装置，可选地包括任何或所有优选特征。
rfid装置可为以下中的任一者：门禁卡、信用卡、借记卡、预付卡、会员卡、身份证、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无源rfid装置的电路；以及
图3示出了包含指纹扫描器的无源rfid装置的外壳。
具体实施方式
图2示出了rfid读取器104和无源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。
rfid读取器104为常规的rfid读取器，并且被配置成使用读取器天线106来生成rf激励场。读取器天线106进一步从rfid装置102接收输入的rf信号，其由rfid读取器104内的控制电路118解码。
rfid装置102包括用于接收rf(射频)信号的天线108、由天线供电的无源rfid芯片110和由天线108供电的无源指纹认证引擎120。
如本文所使用的，术语“无源rfid装置”应理解为意指rfid装置102，其中，rfid芯片110仅由从例如由rfid读取器118生成的射频激励场收集的能量供电。也就是说，无源rfid装置102依赖于rfid读取器118来提供其用于广播的电力。无源rfid装置102通常不包括电池，尽管可包括电池来为电路的辅助部件供电(但不是广播)；此类装置通常被称为“半无源rfid装置”。
类似地，术语“无源指纹/生物特征认证引擎”应理解为意指仅由从rf激励场，例如由rfid读取器118生成的rf激励场收集的能量供电的指纹/生物特征认证引擎。
天线包括调谐电路，在该布置中，调谐电路包括感应线圈和电容器，其被调谐以从rfid读取器104接收rf信号。当暴露于由rfid读取器104生成的激励场时，在天线108两端感应出电压。
天线108具有第一端输出线122和第二端输出线124，在天线108的每一端有一个输出线。天线108的输出线被连接至指纹认证引擎120以向指纹认证引擎120提供电力。在该布置中，提供整流器126以对由天线108接收的交流电压进行整流。使用平滑电容器对整流的dc电压进行平滑滤波并将其提供给指纹认证引擎120。
指纹认证引擎120包括处理单元128和指纹读取器130，指纹读取器130优选为如图3所示的区域指纹读取器130。指纹认证引擎120为无源的，并因此仅由从天线108输出的电压供电。处理单元128包括被选择为具有非常低的电力和非常快的速度的微处理器，以便能够在合理的时间内执行生物特征匹配。
指纹认证引擎120被布置成扫描呈现给指纹读取器130的手指或拇指，并且使用处理单元128将所扫描的手指或拇指的指纹与预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存储的指纹数据匹配。在优选实施例中，捕获指纹图像和准确识别所登记的手指所需的时间小于1秒。
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，这通过闭合开关132以将rfid芯片110连接至天线108来实现。rfid芯片110为常规的，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广播信号。
图3示出了rfid装置102的示例性外壳134。图2所示的电路被容纳在外壳134内，使得指纹读取器130的扫描区域从外壳134露出。
在使用之前，rfid装置102的使用者必须首先将他的指纹日期登记到“未经使用的”装置上，即不包括任何预存储的生物特征数据。这可通过将他的手指一次或更多次地呈现给指纹读取器130，优选地至少三次并且通常五至七次来完成。在wo2014/068090a1中公开了使用低功率滑动型传感器来登记指纹的示例性方法，本领域的技术人员将能够适应于本文所述的区域指纹传感器130。
外壳可包括用于与rfid装置的使用者通信的指示器，诸如图3所示的led136、led138。在登记期间，使用者可被指示器136、指示器138引导，指示器136、指示器138告知使用者指纹是否已被正确登记。rfid装置102上的led136、led138可通过发送与其已通过rfid装置102接收的使用者的指令一致的闪光序列来与使用者通信。
在几次呈现之后，指纹应已被登记，并且装置102可永远只对其原始使用者作出响应。
在指纹生物统计学的情况下，当在一个地方，诸如专用登记终端发生初始登记时，一个常见的问题是难以获得可重复的结果，并且用于匹配的后续登记发生在需要进行匹配的例如另一终端上。围绕每个指纹传感器的外壳的机械特征必须进行精心地设计，以在每次读取时以一致的方式引导手指。如果用多个不同的终端扫描指纹，每个终端略有不同，则在读取指纹时可能发生错误。相反，如果每次使用相同的指纹传感器，则降低发生此类错误的可能性。
如上所述，本装置102包括具有板载指纹传感器130以及登记使用者的能力的指纹认证引擎120，并因此可使用相同的指纹传感器130来执行匹配和登记扫描。因此，可以平衡掉扫描错误，因为如果使用者倾向于在登记期间用横向偏置呈现他们的手指，则他们在匹配期间也可能这样做。
因此，对于与rfid装置102一起使用的所有扫描，使用相同的指纹传感器130显着减少登记和匹配中的错误，并且因此产生更可重现的结果。
在本布置中，rfid芯片110和指纹认证引擎120的电力从由rfid读取器104生成的激励场收集。也就是说，rfid装置102为无源rfid装置，并因此没有电池，而是改为以与基本rfid装置2类似的方式使用从读取器104收集的电力。
来自第二桥式整流器126的整流输出用于向指纹认证引擎120供电。然而，与正常rfid装置2的部件的电力需求相比，此装置所需的电力相对较高。为此，先前不可能将指纹读取器130并入无源rfid装置102中。在本布置中使用特殊设计考虑，以使用从rfid读取器104的激励场收集的电力为指纹读取器130供电。
当寻求为指纹认证引擎120供电时出现的一个问题是典型的rfid读取器104施加脉冲将其激励信号接通和断开，以便节省能量，而不是稳定地发射激励信号。通常，这种脉冲产生有用能量小于由稳定发射所发射的电力的10％的占空比。这不足以为指纹认证引擎120供电。
rfid读取器104可符合iso/iec14443，iso/iec14443为定义用于识别的感应卡的国际标准，以及用于与它们通信的传输协议。当与此种rfid装置104通信时，rfid装置102能够利用这些协议的某些特征(将在下面描述)将来自rfid读取器104的激励信号切换为持续足够长的时间以执行必要的计算。
iso/iec14443-4标准定义了感应卡的传输协议。iso/iec14443-4规定了在感应式集成电路卡(picc)(即rfid装置102)和感应式耦合装置(pcd)(即rfid读取器104)之间的信息的初始交换以部分地用于协商帧等待时间(fwt)。fwt定义了在pcd传输帧结束之后picc开始其响应的最大时间。picc可以在出厂时设置成请求fwt范围为从302微秒到4.949秒。
iso/iec14443-4规定了当pcd向picc发送命令，诸如对picc发出提供识别码的请求时，pcd必须保持rf场并在它决定已发生响应超时之前针对来自picc的响应等待至少一个fwt时间段。如果picc需要比fwt更多的时间来处理从pcd接收的命令，则picc可以向pcd发送等待时间延长(s(wtx))的请求，这致使fwt定时器被重置返回其全协商值。然后，在声明超时条件之前，pcd需要等待另一完整fwt时间段。
如果在复位fwt到期之前向pcd发送另一等待时间延长(s(wtx))，则fwt定时器被再次重置返回其全协商值，并且在声明超时条件之前，pcd需要等待另一完整fwt时间段。
发送等待时间延长的请求的这种方法可以用于在无限期的时间段内保持rf场。当保持该状态时，停止pcd和picc之间的通信进程，并且rf场可以用于收集电力以驱动通常不与智能卡通信相关联的其他过程，诸如指纹登记或验证。
因此，通过在卡和读取器之间进行消息收发的一些精心设计，可以从读取器提取足够的电力以实现认证周期。该收集电力的方法克服了对无源rfid装置102中的无源指纹认证引擎120供电的一个主要问题，特别是当进行指纹登记时。
此外，该电力收集方法允许使用更大的指纹扫描器130，并且具体地，允许区域指纹扫描器130，其输出对过程计算不太密集的数据。
如上所述，在使用rfid装置102之前，装置102的使用者必须首先将自己登记在“未经使用的”装置102上。在登记之后，rfid装置102然后将仅响应于该使用者。因此，重要的是，只有预期使用者能够将他们的指纹登记在rfid装置102上。
经由邮件接收新信用卡或芯片卡的人的典型安全措施是通过一个邮寄和与另一个卡相关联的pin来发送卡。然而，对于如上所述的生物特征认证的rfid装置102，该过程更复杂。下面描述确保仅rfid装置102的预期接收者能够登记其指纹的示例性方法。
如上所述，rfid装置102和与rfid装置102相关联的独特pin被单独地发送给使用者。然而，使用者不能使用rfid卡102的生物特征认证功能，直到他将他的指纹登记到rfid装置102上为止。
使用者被指示来到销售点终端，其被配备成能够不接触地读取卡并且将其rfid装置102呈现给终端。同时，他通过其小型键盘将其pin输入终端中。
终端将向rfid装置102发送所输入的pin。由于使用者的指纹尚未登记到rfid装置102，因此rfid装置102将把小型键盘输入与rfid装置102的pin进行比较。如果两者是相同的，则卡变成可登记的。
然后，卡使用者可使用上述方法登记他的指纹。另选地，如果使用者具有在家中可用的合适的电源，则他可将rfid装置102带回家并在稍后的时间进行生物特征登记程序。
一旦登记，rfid装置102则可在没有pin或者仅具有依赖于发生的交易的量的pin的情况下不接触地使用指纹。
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