一种射频式指纹识别传感芯片架构的制作方法

本发明涉及生物识别芯片技术领域，尤其涉及一种射频式指纹识别传感芯片架构。

背景技术

过去的几年里，指纹解决方案已经得到了极大的关注；2013年10月苹果推出的iphone5s采用了指纹识别功能；2014年4月，三星也宣布galaxys5集成了指纹传感器；由此引起的指纹的新潮流，现在大多数手机都集成了指纹识别系统；新的中国居民身份证法要求公民在更新或者更换居民身份证时，需采录他们的指纹记录；中国政府从2014年1月开始向其国民身份证上添加指纹信息；中国有超过十亿的居民身份证在流通，这个数字预计还在增长；印度独特的权威鉴定也拉开了序幕，雄心勃勃的计划给印度居民身份使用独特的身份证号码和指纹；越来越多的应用和设备一直在考虑使用安全又方便的指纹；这些都是指纹市场的重要驱动力。

指纹是人类天然的身份识别，它无需记忆，触手可及，且不像钥匙、密码、id卡等容易被盗用或遗失；输入指纹的过程仅需轻轻一按，方便快捷。每个人的指纹都是独一无二的，且指纹数据长度约为0.5-2kbyte之间，是普通密码长度的几百倍，其数据强度也是密码难以比拟的；而随着反欺诈技术的升级，当存在授权行为时，必然是“身临其境”的，也必然留下本人的授权记录；与其他生物识别技术相比，指纹识别早已经在消费电子、安防等产业中广泛应用；总体来说指纹识别技术在身份认证上拥有巨大优势。

指纹传感器的种类包括光学接触式、光学滑动式、光电式、晶体电容按压式、晶体压感、晶体热敏、晶体电容滑动式等等，它们分别存在图像尺寸小，潜在指印小；容易受到静电影响，容易形变，不耐磨等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种射频式指纹识别传感芯片架构，与其他指纹传感器信号采集方式有极大的不同，有更高的先进性和更强的实用性优势。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种射频式指纹识别传感芯片架构，所述指纹识别传感芯片架构包括：数字基带、模数转换器、采集单元矩阵扫描控制选择器、n个指纹建模电路和与所述指纹建模电路对应的采集单元矩阵电路；

其中，所述指纹建模电路用于获取指纹建模信号；

所述采集单元矩阵电路用于通过电磁耦合从所述指纹建模电路中获取指纹建模信号，并对所述指纹建模信号进行整流滤波处理；

所述采集单元矩阵扫描控制选择器用于对所述采集单元矩阵电路进行扫描；

所述模数转换器用于接受所述采集单元矩阵扫描控制选择器的扫描结果并进行模数转换处理；

所述数字基带用于对所述模数转换器和所述采集单元矩阵扫描控制选择器的控制。

优选地，所述n指纹建模电路为16384指纹建模电路。

优选地于，所述指纹建模电路为加入信号源的细胞等效电路，所述指纹建模电路由第一电容和耦合电感组成。

优选地，所述采集单元矩阵电路包括第二电容、耦合电感、第一n型场效应管、第二n型场效应管、第三n型场效应管、第四n型场效应管和运算放大器组成；

所述第一n型场效应管、所述第二n型场效应管、所述第三n型场效应管、所述第四n型场效应管为桥式整流管；

所述第一n型场效应管、所述第二n型场效应管采用交叉开关接法链接；

所述第三n型场效应管、所述第四n型场效应管采用二极管接法链接

优选地，所述运算放大器为源跟随器，用于放大信号倍数，加强信号的驱动能力。

优选地，所述电磁耦合的耦合系数为k1，k2，…，kn，其中所述k1，k2，…，kn由指纹脊和谷所形成的电磁场强差异性产生不同的耦合系数。

在本发明实施例中，提出了一种射频式指纹传感器芯片信号采集模块的电路和整体架构组成，与其他指纹传感器信号采集方式有极大的不同，有更高的先进性和更强的实用性优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的射频式指纹识别传感芯片架构的结构组成示意图；

图2是本发明实施例中的单个信号采集模块的结构组成示意图；

图3是本发明实施例中的细胞模型仿真电路结构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

射频式指纹传感器是将一个低频的射频信号发射到真皮层，因为人体细胞液是导电的，读取真皮层的电场分布而获得整个真皮层最精确的图像。由于指纹的谷和脊的电场强弱的不同，所以传感器能获得很完整的图像，甚至人的汗孔；射频电波会直接检测皮肤下方的活体组织，而不是直接去扫皮肤表面；为了得到更明显的指纹谷和脊的电场分布，射频指纹传感器外面会加入一个驱动环，由它将射频信号发射出来，然后通过感应组件读取从真皮层反射回来的信号，形成一幅指纹图像。

图1是本发明实施例中的射频式指纹识别传感芯片架构的结构组成示意图，如图1所示，所述指纹识别传感芯片架构包括：数字基带、模数转换器、采集单元矩阵扫描控制选择器、n个指纹建模电路和与所述指纹建模电路对应的采集单元矩阵电路；

其中，所述指纹建模电路用于获取指纹建模信号；

所述采集单元矩阵电路用于通过电磁耦合从所述指纹建模电路中获取指纹建模信号，并对所述指纹建模信号进行整流滤波处理；

所述采集单元矩阵扫描控制选择器用于对所述采集单元矩阵电路进行扫描；

所述模数转换器用于接受所述采集单元矩阵扫描控制选择器的扫描结果并进行模数转换处理；

所述数字基带用于对所述模数转换器和所述采集单元矩阵扫描控制选择器的控制。

具体的，首先指纹建模电路获取指纹建模信号，采集单元矩阵电路通过电磁耦合在指纹建模电路中获取指纹建模信号，通过不同的k值(k1，k2，…，kn)来实现指纹脊和谷所形成的场强差异性，形成不同的耦合系数k，射频式指纹识别传感芯片架构采集单元矩阵电路接收到指纹建模信号后，分别进行整流滤波后输入到源跟随器中，提高指纹建模信号的驱动能力；再由采集单元矩阵扫描控制选择器进行分批扫描，每8位一次传入adc(模数转换器)中进行模数转换处理，adc和采集单元矩阵扫描选择器都由数字基带控制。

在本发明具体实施过程中，所述n指纹建模电路为16384指纹建模电路；用于将每个采集信号构建128*128的信号矩阵。

图2是本发明实施例中的单个信号采集模块的结构组成示意图，如图2所示：

在本发明具体实施过程中，所述指纹建模电路为加入信号源的细胞等效电路，所述指纹建模电路由第一电容和耦合电感组成。

在本发明具体实施过程中，所述采集单元矩阵电路包括第二电容、耦合电感、第一n型场效应管、第二n型场效应管、第三n型场效应管、第四n型场效应管和运算放大器组成；

所述第一n型场效应管、所述第二n型场效应管、所述第三n型场效应管、所述第四n型场效应管为桥式整流管；

所述第一n型场效应管、所述第二n型场效应管采用交叉开关接法链接；

所述第三n型场效应管、所述第四n型场效应管采用二极管接法链接。

具体的，指纹建模电路为加入信号源vin的细胞等效电路，耦合电容c1和耦合电感lf1组成；lr1是采集单元矩阵电路内部的单个采集线圈所形成的电感lr1，c2是寄生电容；p1、p2、p3、p4是桥式整流管，mos管形式的桥式整流电路有两个管的门限压降，对天线电压消耗过大，电源电压波动也比较大，本发明对桥式整流器进行改进，可将输出电压由两个门限电压降减小为一个门限电压降，得到非常稳定的电源电压，电路结构如图所示，p3、p4采用二极管接法，p1、p2采用交叉开关接法，使得输出电压由两个门限压降减少到一个门限压降，桥式整流的输入时是天线的输入，具有对称性(相位差180°)；vmid参考电平，由带隙基准电路产生；最右边的运算放大器是源跟随器，按1：1倍数放大，加强信号的驱动能力。

在本发明具体实施过程中，所述运算放大器为源跟随器，用于放大信号倍数，加强信号的驱动能力。

在本发明具体实施过程中，所述电磁耦合的耦合系数为k1，k2，…，kn，其中所述k1，k2，…，kn由指纹脊和谷所形成的电磁场强差异性产生不同的耦合系数；具体的，通过指纹脊和谷的所形成的场强差异性来形成不同的耦合系数值k1，k2，…，kn。

图3是本发明实施例中的细胞模型仿真电路结构组成示意图，如图3所示：

由于细胞膜的存在，细胞具有膜电容；对于频率较低的交流电和频率较高的交流电，膜电容所具有的容抗是不一样的，前者容抗较大，因此，可认为频率较低的交流电是不能通过细胞内部的，电流主要通过细胞外液；而后者容抗较小，交流电能够通过细胞内部，面且交流电的频率越高，通过细胞内部的电流也越强。细胞的这种阻抗特点可以用如图3的细胞等效电路图来表示，图3中c表示细胞膜的电容，ri表示细胞内液的电阻，re表示细胞外液的电阻。

在本发明实施例中，提出了一种射频式指纹传感器芯片信号采集模块的电路和整体架构组成，与其他指纹传感器信号采集方式有极大的不同，有更高的先进性和更强的实用性优势。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的一种射频式指纹识别传感芯片架构进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。