一种指纹采集电路及指纹传感器的制作方法

本发明属于指纹识别技术领域，尤其涉及一种指纹采集电路及指纹传感器。

背景技术：

指纹识别系统是通过采集并识别人体指纹的形态和细节点特征来进行指纹识别的。随着指纹识别系统应用范围的拓展，人们对系统的安全性提出了越来越高的要求，基于指纹形态和细节点特征的指纹识别系统已经越来越不能满足高安全领域的要求。因此，引入新的指纹特征即指纹汗孔来提高指纹识别系统的安全性显得越来越重要。

而在目前的指纹识别系统中，用于指纹图像采集的传感器主要有光学指纹传感器、半导体指纹传感器和超声波指纹传感器。光学指纹传感器的系统稳定性好、成本低，但需要的传感器体积大，采集的图像质量差，且其分辨率只有500dpi(dotsperinch，每英寸的像素)左右；半导体指纹传感器分辨率在600dpi左右，易受静电影响，严重时可能采集不到图像，甚至本身也会被破坏；超声波指纹传感器的分辨率高达1000dpi，采集的指纹图像质量高，但价格昂贵，且性能需进一步完善，并没有较广泛的使用。并且，因人体的毛孔过细，这些指纹采集传感器只能采集到指纹形态和细节点特征，而不能够采集到需要更高分辨率的指纹汗孔，导致传统的指纹识别系统只能对指纹形态和细节点特征进行识别，不能对人体的指纹汗孔进行识别，因此不能有效地识别假指纹或湿指纹，导致指纹识别的准确率降低。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种指纹采集电路，旨在解决传统的指纹采集传感器只能采集到指纹形态和细节点特征，而不能够采集需要更高分辨率的指纹汗孔，导致指纹识别的准确率降低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种指纹采集电路，所述指纹采集电路包括:

采集指纹的细节点特征和指纹汗孔的像素阵列；

接收外部输入的不同的控制信号，并根据所述不同的控制信号输出相应的驱动信号的时钟脉冲器；

分别与所述时钟脉冲器和所述像素阵列连接，根据所述时钟脉冲器输出的垂直扫描驱动信号对所述指纹进行垂直像素扫描并生成垂直扫描指纹图像的垂直扫描电路；

与所述时钟脉冲器连接，根据所述时钟脉冲器输出的噪声补偿驱动信号对所述垂直扫描指纹图像进行噪声补偿的固定模式噪声补偿电路；

分别与所述时钟脉冲器、所述像素阵列连接和所述固定模式噪声补偿电路连接，根据所述时钟脉冲器输出的水平扫描驱动信号对所述指纹进行水平像素扫描并生成水平扫描指纹图像的水平扫描电路；

分别与所述固定模式噪声补偿电路的输出端和所述像素阵列连接，将采集到的指纹图像进行输出的模拟输出模块。

进一步的，所述外部输入的控制信号包括：垂直转换器激活信号、垂直转换器时钟信号、水平转换器激活信号、水平转换器时钟信号、模式控制信号、选择像素线复位信号、第一存储控制信号和第二存储控制信号。

进一步的，所述时钟脉冲器包括：

与所述垂直扫描电路连接，根据外部输入的垂直转换器激活信号和垂直转换器时钟信号输出一垂直扫描驱动信号至所述垂直扫描电路，驱动所述垂直扫描电路对所述指纹进行垂直像素扫描的垂直转换寄存器；

与所述水平扫描电路连接，根据外部输入的水平转换器激活信号和水平转换器时钟信号输出一水平扫描驱动信号至所述水平扫描电路，驱动所述水平扫描电路对所述指纹进行水平像素扫描的水平转换寄存器。

进一步的，所述时钟脉冲器还包括：

与所述像素阵列连接，根据外部输入的模式控制信号输出一模式切换信号至所述像素阵列，对所述像素阵列的扫描模式进行切换的模式切换单元。

进一步的，所述模式切换单元可根据外部输入的模式控制信号切换三种不同的扫描模式，分别为：高清扫描模式、分级扫描模式和变焦扫描模式；

所述高清扫描模式是以一个像素单元为单位，对所述像素阵列中的所有像素单元进行全帧扫描；所述分级扫描模式是将每两行和每两列像素单元组合在一起对所述像素阵列进行扫描；所述变焦扫描模式只输出所述像素阵列中心的部分像素单元。

进一步的，所述时钟脉冲器还包括：

与所述固定模式噪声补偿电路连接，接收并存储外部输入的第一存储控制信号和第二存储控制信号的存储控制单元；

与所述固定模式噪声补偿电路连接，接收外部输入的选择像素线复位信号并根据所述选择像素线复位信号将经垂直像素扫描得到的垂直扫描指纹图像的列像素变暗的复位单元。

进一步的，所述固定模式噪声补偿电路包括：

与所述复位单元和所述存储控制单元连接，根据所述第一存储控制信号将经垂直像素扫描得到的垂直扫描指纹图像的列像素进行存储的一次模拟内存缓冲单元；

与所述存储控制单元连接，根据所述第二存储控制信号将处于变暗状态的所述列像素进行存储的二次模拟内存缓冲单元；

与所述一次模拟内存缓冲单元和所述二次内存缓冲单元存储的输出端连接，将所述一次模拟内存缓冲单元存储的所述列像素和所述二次内存缓冲单元存储的所述列像素进行处理并放大后输出至所述模拟输出模块的差分放大器。

进一步的，所述像素阵列包括1280×1024个像素单元。

进一步的，所述像素阵列中集成了一个亮度监控单元，所述像素阵列的每个像素单元包括一个监测光照度的光电二极管，所有的光电二极管构成了所述亮度监控单元，所有光电二极管的负极共接，构成所述亮度监测单元的输出端。

本发明实施例的另一目的在于提供一种指纹传感器，所述指纹传感器包括如上述所述的指纹采集电路，所述指纹采集电路的像素阵列被封装于所述指纹传感器的外表面，所述指纹采集电路的其他模块被封装于所述指纹传感器的内部，并向外引出引脚。

在本发明的实施例中，所述指纹采集电路包括：采集指纹的细节点特征和指纹汗孔的像素阵列、对指纹进行垂直扫描的垂直扫描电路、对经垂直扫描得到的指纹图像进行噪声补偿的固定模式噪声补偿电路以及对指纹进行水平扫描的水平扫描电路。在本发明的实施例中，所述像素阵列不仅可以采集到指纹的细节点特征，还可以清楚地采集到指纹汗孔，且所述指纹采集电路对指纹分别进行垂直像素扫描、噪声补偿和水平像素扫描，可更加有效、准确地采集到人体的指纹汗孔，即在传统指纹细节点特征识别的基础上，增加了对指纹汗孔的采集和识别，提高了指纹识别的准确率。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的指纹采集电路的模块结构图；

图2是本发明第一实施例提供的指纹采集电路的电路结构图；

图3是本发明第一实施例提供的指纹采集电路的三种不同的扫描模式的示意图，其中(a)为高清扫描模式的示意图，(b)为分级扫描模式的示意图，(c)为变焦扫描模式的示意图；

图4是本发明第一实施例提供的指纹采集电路中的亮度监控单元的电路图；

图5是本发明第二实施例提供的指纹传感器的引脚图；

图6是本发明第二实施例提供的指纹传感器的外形尺寸及像素阵列的位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

图1示出了本发明实施例提供的指纹采集电路的模块结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

一种指纹采集电路，所述指纹采集电路包括:

采集指纹的细节点特征和指纹汗孔的像素阵列1。在本实施例中，所述指纹的细节点特征包括指纹纹线的起点、终点、结合点和分叉点等。

作为本发明的一实施例，像素阵列1包括1280×1024个像素单元，即像素阵列1中所含的像素数为1280×1024个，分辨率可高达2400dpi，像素阵列1不仅可以采集到指纹的形态和细节点特征，还可以清楚地采集到人体的指纹汗孔。

接收外部输入的不同的控制信号，并根据所述不同的控制信号输出相应的驱动信号的时钟脉冲器2。

分别与时钟脉冲器2和像素阵列1连接，根据时钟脉冲器2输出的垂直扫描驱动信号对所述指纹进行垂直像素扫描并生成垂直扫描指纹图像的垂直扫描电路3。

与时钟脉冲器2连接，根据时钟脉冲器2输出的噪声补偿驱动信号对所述垂直扫描指纹图像进行噪声补偿的固定模式噪声补偿电路4。

分别与时钟脉冲器2、像素阵列1连接和固定模式噪声补偿电路4连接，根据时钟脉冲器2输出的水平扫描驱动信号对所述指纹进行水平像素扫描并生成水平扫描指纹图像的水平扫描电路5。

分别与固定模式噪声补偿电路4的输出端和像素阵列1连接，将采集到的指纹图像进行输出的模拟输出模块6。

图2示出了本发明实施例提供的指纹采集电路的电路结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明的一实施例，所述外部输入的控制信号包括：垂直转换器激活信号vsync、垂直转换器时钟信号vclk、水平转换器激活信号hsync、水平转换器时钟信号hclk、模式控制信号zoom、bin和hd、选择像素线复位信号rst、第一存储控制信号rd1和第二存储控制信号rd2。

作为本发明的一实施例，时钟脉冲器2包括：

与垂直扫描电路3连接，根据外部输入的垂直转换器激活信号vsync和垂直转换器时钟信号vclk输出一垂直扫描驱动信号至垂直扫描电路3，驱动垂直扫描电路3对所述指纹进行垂直像素扫描的垂直转换寄存器21。具体的，当垂直转换器激活信号vsync和垂直转换器时钟信号vclk均为高电平时，垂直转换寄存器21输出垂直扫描驱动信号至垂直扫描电路3，垂直扫描电路3开始进行垂直像素扫描，每当一个高电平信号到达垂直转换寄存器21时，垂直转换器时钟信号vclk将移动一行。在扫描初始化时，在至少一个垂直转换器时钟信号vclk周期内，垂直转换器激活信号vsync需要被切换回低电平。

与水平扫描电路5连接，根据外部输入的水平转换器激活信号hsync和水平转换器时钟信号hclk输出一水平扫描驱动信号至水平扫描电路5，驱动水平扫描电路5对所述指纹进行水平像素扫描的水平转换寄存器22。具体的，当水平转换器激活信号hsync和水平转换器时钟信号hclk均为高电平时，水平转换寄存器22输出水平扫描驱动信号至水平扫描电路5，水平扫描电路5开始进行水平像素扫描，每当一个高电平信号到达水平转换寄存器22时，水平转换器时钟信号hclk将移动一行。在扫描初始化时，在至少一个水平转换器时钟信号hclk周期内，水平转换器激活信号hsync需要被切换回低电平。

作为本发明的一实施例，时钟脉冲器2还包括：

与像素阵列1连接，根据外部输入的模式控制信号zoom、bin或hd输出一模式切换信号至像素阵列1，对像素阵列1的扫描模式进行切换的模式切换单元23。

作为本发明的一实施例，模式切换单元23可根据外部输入的模式控制信号zoom、bin或hd切换三种不同的扫描模式，分别为：高清扫描模式、分级扫描模式和变焦扫描模式。

图3是本发明第一实施例提供的指纹采集电路的三种不同的扫描模式的示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

在本实施例中，所述高清扫描模式(图3中的(a)图)是对像素阵列1中的所有像素单元进行全帧扫描，每个像素单元构成一个像素，例如，像素阵列1包含1280×1024个像素单元，则在高清扫描模式下，每帧由1280×1024个像素组成；所述分级扫描模式(图3中的(b)图)是将每两行和每两列像素单元组合在一起进行扫描，每四个像素单元构成一个像素，例如，像素阵列1包含1280×1024个像素单元，则在分级扫描模式下，每帧由640×512个像素组成；变焦扫描模式(图3中的(c)图)只输出像素阵列1中心的部分像素单元，例如，输出像素阵列1中心的640×480像素单元，在变焦扫描模式下，像素阵列1的分辨率可低至1200dpi。

在本实施例中，各个扫描模式的激活是通过外部输入的模式控制信号zoom、bin或hd来控制的，当hd为高电平时，高清扫描模式激活；当bin为高电平时，分级扫描模式激活；当zoom为高电平时，变焦扫描模式激活。扫描模式的激活可以在任意时刻进行，每次只能选择一种扫描模式。

作为本发明的一实施例，时钟脉冲器2还包括：

与固定模式噪声补偿电路4连接，接收并存储外部输入的第一存储控制信号rd1和第二存储控制信号rd2的存储控制单元25；

与固定模式噪声补偿电路4连接，接收外部输入的选择像素线复位信号rst并根据所述选择像素线复位信号rst将经垂直像素扫描得到的垂直扫描指纹图像的列像素变暗的复位单元24。在本实施例中，选择像素线复位信号rst高电平有效。

作为本发明的一实施例，固定模式噪声补偿电路4包括：

与复位单元24和存储控制单元25连接，根据所述第一存储控制信号rd1将经垂直像素扫描得到的垂直扫描指纹图像的列像素进行存储的一次模拟内存缓冲单元41。在本实施例中，第一存储控制信号rd1高电平有效。

与存储控制单元25连接，根据所述第二存储控制信号rd2将处于变暗状态的所述列像素进行存储的二次模拟内存缓冲单元42。在本实施例中，第二存储控制信号rd2高电平有效。

与一次模拟内存缓冲单元41和二次内存缓冲单元42存储的输出端连接，将一次模拟内存缓冲单元41存储的所述列像素和二次内存缓冲单元42存储的处于变暗状态的所述列像素进行处理并放大后输出至模拟输出模块6的差分放大器43。

在本实施例中，模拟输出模块6的两个输出端分别为out1和out2。

在本实施例中，经垂直像素扫描所得到的垂直扫描指纹图像的列像素，在第一存储控制信号rd1为高电平时，被存入一次模拟内存缓冲单元内，然后，外部输入的像素线复位信号rst将迫使经垂直像素扫描所得到的垂直扫描指纹图像的列像素变暗，这种变暗状态在在第二存储控制信号rd2为高电平时，被存储到二次模拟内存缓冲单元内，差分放大器43将将两次不同曝光率和敏感度的列像素进行处理，可有效解决图像的噪声问题。

图4示出了本发明第一实施例提供的指纹采集电路中的亮度监控单元11的电路图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明的一实施例，像素阵列1中集成了一个亮度监控单元11，像素阵列1的每个像素单元包括一个监测光照度的光电二极管，所有的光电二极管构成了亮度监控单元11，所有光电二极管的负极共接，构成亮度监测单元11的输出端mpd。在本实施例中，在光电模式下，像素阵列1的传感主要依赖于这些光电二极管，亮度监控单元11的输出端输出的信号mpd提供瞬间光照度信息，且该信号没有扫描延迟，因此，亮度监控单元11可对像素阵列1的扫描进行直接监控，对所述指纹采集电路中的各元器件起到保护和控制的作用。

第二实施例

本发明第二实施例提供了一种指纹传感器，所述指纹传感器包括第一实施例所提供的指纹采集电路，所述指纹采集电路中的像素阵列1被封装于所述指纹传感器的外表面，用于采集指纹，所述指纹采集电路中的其他模块被封装于所述指纹传感器的内部，并向外引出引脚。

图5示出了本发明第二实施例提供的指纹传感器的引脚图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

表一是对所述指纹传感器的部分引脚的说明。

表一

作为本发明的一实施例，所述引脚可采用贴片的方式。

图6示出了本发明第二实施例提供的指纹传感器的外形尺寸及像素阵列的位置示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

作为本发明的一实施例，所述指纹传感器的外形尺寸为：长×宽：15165um×11731um，有效采集区域的面积(即像素阵列1的尺寸)为：长×宽：13568um×10855um，有效采集区域在所述指纹传感器外表面的位置为：距离所述指纹传感器的上长、下长、左宽、右宽分别为：136um、740um、820um、777um。

作为本发明的一实施例，所述指纹传感器的外部封装尺寸为：长×宽×高：20mm×15mm×1.35mm，也可以自定义封装尺寸；所述指纹传感器的像素大小为：10.6um×10.6um；所述指纹传感器的最大像素扫描速率(即时钟频率)为80mhz；所述指纹传感器的工作电压为3.0～3.3v。

以下结合工作原理，对本发明的实施例作进一步说明：

整个指纹采集过程分为三个步骤：垂直像素扫描、固定模式噪声补偿和水平像素扫描，具体过程如下：当像素阵列1上有指纹输入，且外部输入的垂直转换器激活信号vsync和垂直转换器时钟信号vclk均为高电平时，垂直转换寄存器21输出一垂直扫描驱动信号至垂直扫描电路3，垂直扫描电路3开始进行垂直像素扫描，每当一个高电平信号到达垂直转换寄存器21时，垂直转换器时钟信号vclk将移动一行，扫描初始化时，在至少一个垂直转换器时钟信号vclk周期内，垂直转换器激活信号vsync需要被切换回低电平；而经垂直像素扫描所得到的垂直扫描指纹图像的列像素，在第一存储控制信号rd1为高电平时，被存入一次模拟内存缓冲单元内，然后，外部输入的像素线复位信号rst将迫使经垂直像素扫描所得到的垂直扫描指纹图像的列像素变暗，这种变暗状态在在第二存储控制信号rd2为高电平时，被存储到二次模拟内存缓冲单元内，差分放大器43将将两次不同曝光率和敏感度的列像素进行处理，可有效解决图像的噪声问题；当外部输入的水平转换器激活信号hsync和水平转换器时钟信号hclk均为高电平时，水平转换寄存器22输出一水平扫描驱动信号至水平扫描电路5，水平扫描电路5开始进行水平像素扫描，每当一个高电平信号到达水平转换寄存器22时，水平转换器时钟信号hclk将移动一行。在扫描初始化时，在至少一个水平转换器时钟信号hclk周期内，水平转换器激活信号hsync需要被切换回低电平。

在本发明的实施例中，所述指纹采集电路包括：采集指纹的细节点特征和指纹汗孔的像素阵列、对指纹进行垂直扫描的垂直扫描电路、对经垂直扫描得到的指纹图像进行噪声补偿的固定模式噪声补偿电路以及对指纹进行水平扫描的水平扫描电路。在本发明的实施例中，所述像素阵列不仅可以采集到指纹的细节点特征，还可以清楚地采集到指纹汗孔，且所述指纹采集电路对指纹分别进行垂直像素扫描、噪声补偿和水平像素扫描，可更加有效、准确地采集到人体的指纹汗孔，即在传统指纹细节点特征识别的基础上，增加了对指纹汗孔的采集和识别，提高了指纹识别的准确率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。