一種指紋處理裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種指紋處理裝置，包括：保護(hù)層、膠、指紋采集芯片、采集器、抵消電路1、PGA1、抵消電路2、PGA2、ADC、控制芯片；采集器用于放大并轉(zhuǎn)換手指電容Cf的電容信號(hào)以降低后續(xù)電路的噪聲影響；抵消電路1用于對(duì)偏移噪聲進(jìn)行二次精細(xì)抵消；PGA1用于對(duì)抵消電路1的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)輸入到抵消電路2中，PGA1采用較大增益以降低后續(xù)電路的設(shè)計(jì)要求；抵消電路2用于對(duì)偏移噪聲進(jìn)行二次精細(xì)抵消；PGA2用于對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行合適調(diào)整；ADC用于輸出數(shù)字信號(hào)到控制芯片；控制芯片用于基于數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反饋控制。本發(fā)明實(shí)施例有利于提高采集用戶指紋時(shí)用戶手指的谷和脊的信號(hào)的分辨率，以及抵消信號(hào)處理過(guò)程中產(chǎn)生的偏移噪聲。
【專利說(shuō)明】
一種指紋處理裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及指紋處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種指紋處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 如圖1所示，圖1為常用半導(dǎo)體指紋采集裝置采集用戶指紋的示例圖。其中，指紋采 集芯片（即傳感器芯片)置于保護(hù)層的下面，中間通過(guò)膠粘合到一起。如圖2所示，圖2為基于 圖1所示的半導(dǎo)體指紋采集傳感器的指紋采集原理。其中，手指與指紋采集芯片表面的金屬 電極形成寄生電容。由于手指的谷和脊到金屬電極的距離不同，因而形成的寄生電容也不 同，從而可以通過(guò)測(cè)量寄生電容來(lái)反映指紋圖形。由于膠厚度較小，不考慮膠對(duì)寄生電容的 影響。手指與金屬電極間的寄生電容（以下稱手指電容Cf)表達(dá)式為:Cf=(Cx*Cy)/(Cx+Cy)
[0003] 其中，Cx =(￡_0* e_f*s) /df，Cy =( e_0*e_x*s) /dx，Cx 為手指到保護(hù)層表面間的電 容，Cy為保護(hù)層表面到金屬電極間的電容，S為電極面積，dx為保護(hù)層的厚度，df為手指表面 到保護(hù)層表面的距離，￡_〇為真空介電常數(shù)，e_x為保護(hù)層的介電常數(shù)，e_f為手指與保護(hù)層 間的介電常數(shù)。
[0004] 本技術(shù)方案的發(fā)明人在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，保護(hù)層表面到金屬電極間的寄生電容Cy 使Cf呈顯偏移，即谷和脊只占總信號(hào)量的一部分，尤其是濕手指的情況下，Cx很大，Cf主要 由Cy主導(dǎo)，采集到的用戶手指的谷和脊的信號(hào)的分辨率較低。
[0005]此外，由于現(xiàn)有半導(dǎo)體指紋采集裝置中的保護(hù)層及膠制造時(shí)存在厚度不均勻的問(wèn) 題，且當(dāng)保護(hù)層表面不平整時(shí)，采集陣列各處Cy也不同，故而會(huì)形成偏移噪聲，因此也需要 抵消偏移噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種指紋處理裝置，以期提高采集用戶指紋時(shí)用戶手指的谷和 脊的信號(hào)的分辨率，以及抵消信號(hào)處理過(guò)程中產(chǎn)生的偏移噪聲。
[0007] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種指紋處理裝置，包括：
[0008] 保護(hù)層、膠、指紋采集芯片、采集器、抵消電路1、可編程增益放大器PGA1、抵消電路 2、PGA2、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC、控制芯片，其中：
[0009] 所述保護(hù)層通過(guò)所述膠與所述指紋采集芯片粘接；
[0010] 所述指紋采集芯片包括N*M個(gè)感應(yīng)電極，且所述N*M個(gè)感應(yīng)電極組成N行M列的感應(yīng) 電極陣列；
[0011] 所述感應(yīng)電極陣列中的感應(yīng)電極通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)連接所述采集器，所述選擇開(kāi)關(guān)由 行選使能信號(hào)和列選使能信號(hào)控制，所述采集器連接所述抵消電路1，所述抵消電路1連接 所述PGA1，所述PGA1連接所述抵消電路2，所述抵消電路2連接所述PGA2，所述PGA2連接所述 ADC，所述ADC的輸出端連接所述控制芯片；
[0012] 所述控制芯片的第一控制信號(hào)輸出端連接所述抵消電路1，所述控制芯片的第二 控制信號(hào)輸出端連接所述PGA1，所述控制芯片的第三控制信號(hào)輸出端連接所述抵消電路2， 所述控制芯片的第一控制信號(hào)輸出端連接所述PGA2;
[0013] 所述控制芯片的指紋圖像信號(hào)輸出端用于連接指紋圖像緩存設(shè)備。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述采集器用于放大并轉(zhuǎn)換手指電容Cf(用戶手指與感應(yīng)電極 之間的寄生電容)的電容信號(hào)為電壓信號(hào)，以降低后續(xù)電路的噪聲影響，提高信噪比；
[0015] 所述抵消電路1用于抵消輸入信號(hào)的絕大部分偏移噪聲，具體采取開(kāi)關(guān)電容方法， 對(duì)偏移信號(hào)進(jìn)行一次粗略抵消，并采用逐次逼近的方法，使所述ADC的輸出信號(hào)的平均值接 近于零，即采集到的指紋信號(hào)中心值接近零，從而抵消絕大部分偏移噪聲；
[0016] 所述PGA1用于對(duì)所述抵消電路1的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)輸入到 抵消電路2中，所述PGA1應(yīng)采用較大增益(大于PGA2的增益），以降低后續(xù)電路的設(shè)計(jì)要求；
[0017] 所述抵消電路2用于采取開(kāi)關(guān)電容方法，對(duì)偏移噪聲進(jìn)行二次精細(xì)抵消，采用與抵 消電路1中同樣的逐次逼近方法，使輸出信號(hào)中心值約等于零，從而進(jìn)一步抵消電路中剩余 的偏移噪聲；
[0018] 所述PGA2用于對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行合適調(diào)整，以符合ADC輸入范圍要求；
[0019] 所述ADC用于輸出數(shù)字信號(hào)到控制芯片，以便于控制芯片基于接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn) 行反饋控制。
[0020] 可見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋處理裝置針對(duì)電路中的偏移噪聲，通過(guò)抵消電路1 進(jìn)行一次粗略抵消，通過(guò)抵消電路2進(jìn)行二次精細(xì)抵消，并配合采集器、PGA1、PGA2對(duì)指紋處 理裝置中的電路信號(hào)進(jìn)行合理的幅值調(diào)整，使得指紋處理裝置的信號(hào)處理電路處于最優(yōu)配 置狀態(tài)，有利于提高采集用戶指紋時(shí)用戶手指的谷和脊的信號(hào)的分辨率，以及抵消信號(hào)處 理過(guò)程中產(chǎn)生的偏移噪聲。
[0021] 結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述采集器包括開(kāi)關(guān)電路，所述開(kāi)關(guān)電 路在采集用戶指紋時(shí)先置位，并在檢測(cè)到向用戶手指施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vdr發(fā)生階躍時(shí)，輸出 變化信號(hào)，所述變化信號(hào)的變換量為：
[0022] A V = k*Vdr*Cf/(Cf+Cp)
[0023]其中，k為所述開(kāi)關(guān)電路的增益因子，Vdr為向用戶手指施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Cf為用戶 手指與感應(yīng)電極之間的寄生電容，所述Cp為感應(yīng)電極的寄生電容，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括正弦 波或者方波。
[0024] 結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述抵消電路1包括抵消電容選通開(kāi) 關(guān)、抵消電容陣列、反饋積分電容Ci、信號(hào)采集電容Cs、單端放大器，其中：
[0025] 所述信號(hào)采集電容Cs的第一端連接所述采集器的輸出端，對(duì)應(yīng)第一輸入信號(hào)Vin;
[0026] 所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸入端用于接入與所述輸入信號(hào)Vin的相位相反的 第二輸入信號(hào)Vcan 1，所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)連接抵消電容陣列中的N個(gè) 抵消電容的第一端，所述N個(gè)抵消電容的第二端、所述Cs的第二端連接所述Ci的第一端和所 述單端放大器的負(fù)輸入端，所述單端放大器的正輸入端接地；
[0027] 所述Ci的第二端和所述單端放大器的輸出端連接所述PGA1。
[0028] 結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述PGA1包括采樣開(kāi)關(guān)電容放大電路 或連續(xù)時(shí)間放大電路；
[0029]所述PGA 1為連續(xù)時(shí)間放大電路時(shí)，所述PGA1包括輸入電阻Ri、反饋電阻Rf、第二單 端放大器，其中：
[0030]所述Ri的第一端連接所述抵消電路1的輸出端，所述Ri的第二端連接所述Rf的輸 入端和所述第二單端放大器的負(fù)輸入端，所述Rf的控制信號(hào)輸入端用于接入增益控制信號(hào) Gainl [m]，所述增益控制信號(hào)Gainl [m]用于調(diào)節(jié)所述PGA1的放大電路增益；
[0031]所述第二單端放大器的正輸入端接地；
[0032]所述第二單端放大器的輸出端和所述Rf的輸出端連接抵消電路2。
[0033]結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述抵消電路2的電路結(jié)構(gòu)與所述抵消 電路1的電路結(jié)構(gòu)相同。
[0034]結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述PGA1的放大電路增益大于所述 PGA2的放大電路增益。
[0035]結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述ADC為差分ADC，所述差分ADC的輸 入范圍為-Vmax至+Vmax，所述差分ADC的輸出范圍為0~2Nade-l，所述差分ADC的位寬Nadc大 于或等于M，Vmax所述差分ADC的最大輸入電壓。
[0036] 結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述保護(hù)層至少包括以下任意一種:藍(lán) 寶石蓋板、玻璃蓋板以及陶瓷。
[0037] 結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述指紋采集芯片的表面積大于或等 于1600um2,所述指紋采集芯片中的感應(yīng)電極之間的中心間距為50um，所述指紋采集芯片的 分辨率為508DPI。
[0038] 結(jié)合第一方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述指紋圖像緩存設(shè)備包括存儲(chǔ)器和/ 或圖形處理器GPU。
[0039] 第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于第一方面提供的指紋處理裝置的指紋處 理方法，包括：
[0040] 配置目標(biāo)掃描區(qū)域；
[00411加載所述PGA1和所述PGA2的默認(rèn)增益；
[0042]控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，并基于預(yù)設(shè)逐次逼近策略，確定并配置所述抵消電 路1的第一抵消配置信號(hào)Scanl[nl];
[0043]控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，基于所述ADC輸出范圍確定并配置所述PGA1的第一 目標(biāo)增益；
[0044]控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，基于所述預(yù)設(shè)逐次逼近策略，確定并配置所述抵消 電路2的第二抵消配置信號(hào)Scan2[n2];
[0045]控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，基于所述ADC輸出范圍確定并配置所述PGA2的第二 目標(biāo)增益；
[0046]控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描用戶指紋，獲取用戶指紋圖像；
[0047]向所述指紋圖像緩存設(shè)備發(fā)送所述用戶指紋圖像。
[0048]結(jié)合第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述抵消電路1包括:抵消電容選通開(kāi) 關(guān)、抵消電容陣列、反饋積分電容Ci、信號(hào)采集電容Cs、單端放大器，其中：
[0049]所述信號(hào)采集電容Cs的第一端連接所述采集器的輸出端，對(duì)應(yīng)第一輸入信號(hào)Vin; 所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸入端用于接入與所述輸入信號(hào)Vin的相位相反的第二輸入 信號(hào)Vcan 1，所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)連接抵消電容陣列中的N個(gè)抵消電容 的第一端，所述N個(gè)抵消電容的第二端、所述Cs的第二端連接所述Ci的第一端和所述單端放 大器的負(fù)輸入端，所述單端放大器的正輸入端接地;所述Ci的第二端和所述單端放大器的 輸出端連接所述PGA1;
[0050]其中，所述N個(gè)抵消電容示意為抵消電容Cc (n) (n = 1~N)，且Cc (k)的電容值為Cc (k-1)的電容值的2倍，k = 2~N+1，N為所述感應(yīng)電極陣列的行數(shù)；
[0051 ] 所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)示意為Scan[n]，且所述Scan[n]有效時(shí)對(duì)應(yīng)選 通抵消電容Cc(n);
[0052]當(dāng)所述選通信號(hào)為Scan[n]時(shí)，所述Vin導(dǎo)致的第一輸出和所述Vcanl階躍導(dǎo)致的 第二輸出的輸出方向相反，進(jìn)行抵消，抵消后的輸出電壓為：
[0054] 其中，Vout為抵消后的輸出電壓。
[0055] 結(jié)合第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，并基 于預(yù)設(shè)逐次逼近策略，確定并配置所述抵消電路1的第一抵消配置信號(hào)Scanl [nl ]，包括： [0056]若當(dāng)前使能的選通信號(hào)Scan[j]對(duì)應(yīng)的所述ADC的輸出平均值大于所述ADC的輸出 上限2 Na(k;-l，則確定當(dāng)前使能的選通信號(hào)為所述當(dāng)前使能的選通信號(hào)Scan[j]的下一個(gè)選 通信號(hào)，并控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，獲取所述ADC的輸出平均值；
[0057]若當(dāng)前使能的選通信號(hào)Scan[j]對(duì)應(yīng)的所述ADC的輸出平均值小于或等于所述ADC 的輸出上限2Nade_l，則確定所述抵消電路1的第一抵消配置信號(hào)Scanl[nl]為Scan[j]。
[0058]結(jié)合第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述PGA1包括輸入電阻Ri、反饋電阻 Rf、第二單端放大器，其中：
[0059]所述Ri的第一端連接所述抵消電路1的輸出端，所述Ri的第二端連接所述Rf的輸 入端和所述第二單端放大器的負(fù)輸入端，所述Rf的控制信號(hào)輸入端用于接入增益控制信號(hào) Gainl[m]，所述增益控制信號(hào)Gainl[m]用于調(diào)整所述Rf?的電阻值;所述第二單端放大器的 正輸入端接地;所述第二單端放大器的輸出端和所述Rf的輸出端連接抵消電路2;
[0060] 所述PGA1的放大電路增益為：
[0062]其中，gain為所述PGA1的放大電路增益。
[0063] 結(jié)合第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述配置目標(biāo)掃描區(qū)域，包括：
[0064] 當(dāng)接收主機(jī)下發(fā)的電路初始化通知時(shí)，配置目標(biāo)掃描區(qū)域；
[0065] 或者，
[0066] 當(dāng)檢測(cè)到用戶手指對(duì)所述保護(hù)層的觸控操作時(shí)，配置目標(biāo)掃描區(qū)域。
[0067] 結(jié)合第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，若所述目標(biāo)掃描區(qū)域?yàn)樗龈袘?yīng)電極 陣列，則所述控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描用戶指紋，獲取用戶指紋圖像，包括：
[0068] 控制所述感應(yīng)電極陣列掃描用戶指紋，采集用戶指紋圖像。
[0069] 結(jié)合第二方面，在一些可能的實(shí)現(xiàn)方式中，若所述目標(biāo)掃描區(qū)域包括P個(gè)分區(qū)感應(yīng) 電極陣列，P為大于1的整數(shù)，則所述控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描用戶指紋，獲取用戶指紋圖 像，包括：
[0070] 基于所述P個(gè)分區(qū)感應(yīng)電極陣列對(duì)應(yīng)的P組采集電路配置參數(shù)，控制所述P個(gè)分區(qū) 感應(yīng)電極陣列掃描用戶指紋，采集P個(gè)用戶指紋分區(qū)圖像；
[0071] 針對(duì)所述P個(gè)用戶指紋分區(qū)圖像執(zhí)行拼接處理，以得到用戶指紋圖像。
【附圖說(shuō)明】
[0072] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0073]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種常用半導(dǎo)體指紋采集裝置采集用戶指紋的示例 圖；
[0074] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于圖1所示的半導(dǎo)體指紋采集傳感器的指紋采 集原理示意圖；
[0075] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0076] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置中的采集器的復(fù)位信號(hào)與施加在用 戶手指上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的場(chǎng)景圖和時(shí)序圖；
[0077] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置的抵消電路1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0078] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置的PGA11的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0079]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0080] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0081] 本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種指紋處理裝置，包括:保護(hù)層、膠、指紋采集芯片、采集 器、抵消電路1、PGA1、抵消電路2、PGA2、ADC、控制芯片;采集器用于放大并轉(zhuǎn)換手指電容Cf 的電容信號(hào)以降低后續(xù)電路的噪聲影響；抵消電路1用于對(duì)偏移噪聲進(jìn)行二次精細(xì)抵消； PGA1用于對(duì)抵消電路1的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)輸入到抵消電路2中，PGA1 采用較大增益以降低后續(xù)電路的設(shè)計(jì)要求;抵消電路2用于對(duì)偏移噪聲進(jìn)行二次精細(xì)抵消； PGA2用于對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行合適調(diào)整;ADC用于輸出數(shù)字信號(hào)到控制芯片;控制芯片用于基于 數(shù)字信號(hào)進(jìn)行反饋控制。本發(fā)明實(shí)施例有利于提高采集用戶指紋時(shí)用戶手指的谷和脊的信 號(hào)的分辨率，以及抵消信號(hào)處理過(guò)程中產(chǎn)生的偏移噪聲。
[0082]下面進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0083] 請(qǐng)參閱圖3,圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所 示，本指紋處理裝置包括：
[0084] 保護(hù)層、膠、指紋采集芯片、采集器、抵消電路1、可編程增益放大器PGA1、抵消電路 2、PGA2、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC、控制芯片，其中：
[0085] 所述保護(hù)層通過(guò)所述膠與所述指紋采集芯片粘接；
[0086] 所述指紋采集芯片包括N*M個(gè)感應(yīng)電極，且所述N*M個(gè)感應(yīng)電極組成N行M列的感應(yīng) 電極陣列；
[0087] 所述感應(yīng)電極陣列中的感應(yīng)電極通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)連接所述采集器，所述選擇開(kāi)關(guān)由 行選使能信號(hào)和列選使能信號(hào)控制，所述采集器連接所述抵消電路1，所述抵消電路1連接 所述PGA1，所述PGA1連接所述抵消電路2，所述抵消電路2連接所述PGA2，所述PGA2連接所述 ADC，所述ADC的輸出端連接所述控制芯片；
[0088]所述控制芯片的第一控制信號(hào)輸出端連接所述抵消電路1，所述控制芯片的第二 控制信號(hào)輸出端連接所述PGA1，所述控制芯片的第三控制信號(hào)輸出端連接所述抵消電路2， 所述控制芯片的第一控制信號(hào)輸出端連接所述PGA2;
[0089] 所述控制芯片的指紋圖像信號(hào)輸出端用于連接指紋圖像緩存設(shè)備。
[0090] 本發(fā)明實(shí)施例中，所述采集器用于放大并轉(zhuǎn)換手指電容Cf(用戶手指與感應(yīng)電極 之間的寄生電容)的電容信號(hào)為電壓信號(hào)，以降低后續(xù)電路的噪聲影響，提高信噪比；
[0091] 所述抵消電路1用于抵消輸入信號(hào)的絕大部分偏移噪聲，具體采取開(kāi)關(guān)電容方法， 對(duì)偏移信號(hào)進(jìn)行一次粗略抵消，并采用逐次逼近的方法，使所述ADC的輸出信號(hào)的平均值接 近于零，即采集到的指紋信號(hào)中心值接近零，從而抵消絕大部分偏移噪聲；
[0092]所述PGA1用于對(duì)所述抵消電路1的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，并將放大后的信號(hào)輸入到 抵消電路2中，所述PGA1應(yīng)采用較大增益(大于PGA2的增益），以降低后續(xù)電路的設(shè)計(jì)要求；
[0093] 所述抵消電路2用于采取開(kāi)關(guān)電容方法，對(duì)偏移噪聲進(jìn)行二次精細(xì)抵消，采用與抵 消電路1中同樣的逐次逼近方法，使輸出信號(hào)中心值約等于零，從而進(jìn)一步抵消電路中剩余 的偏移噪聲；
[0094] 所述PGA2用于對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行合適調(diào)整，以符合ADC輸入范圍要求；
[0095] 所述ADC用于輸出數(shù)字信號(hào)到控制芯片，以便于控制芯片基于接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn) 行反饋控制。
[0096] 可見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋處理裝置針對(duì)電路中的偏移噪聲，通過(guò)抵消電路1 進(jìn)行一次粗略抵消，通過(guò)抵消電路2進(jìn)行二次精細(xì)抵消，并配合采集器、PGA1、PGA2對(duì)指紋處 理裝置中的電路信號(hào)進(jìn)行合理的幅值調(diào)整，使得指紋處理裝置的信號(hào)處理電路處于最優(yōu)配 置狀態(tài)，有利于提高采集用戶指紋時(shí)用戶手指的谷和脊的信號(hào)的分辨率，以及抵消信號(hào)處 理過(guò)程中產(chǎn)生的偏移噪聲。
[0097]進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖4,圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置中的采集器 的復(fù)位信號(hào)與施加在用戶手指上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的場(chǎng)景圖和時(shí)序圖；如圖所示，所述采集器包 括：
[0098] 開(kāi)關(guān)電路，所述開(kāi)關(guān)電路在采集用戶指紋時(shí)先置位，并在檢測(cè)到向用戶手指施加 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vdr發(fā)生階躍時(shí)，輸出變化信號(hào)，所述變化信號(hào)的變換量為：
[0099] A V = k*Vdr*Cf/(Cf+Cp)
[0100]其中，k為所述開(kāi)關(guān)電路的增益因子，Vdr為向用戶手指施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Cf為用戶 手指與感應(yīng)電極之間的寄生電容，所述Cp為感應(yīng)電極的寄生電容，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括正弦 波或者方波。
[0101]進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖5,圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置的抵消電路1 的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本抵消電路1包括：
[0102] 抵消電容選通開(kāi)關(guān)、抵消電容陣列、反饋積分電容Ci、信號(hào)采集電容Cs、單端放大 器，其中：
[0103] 所述信號(hào)采集電容Cs的第一端連接所述采集器的輸出端，對(duì)應(yīng)第一輸入信號(hào)Vin;
[0104] 所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸入端用于接入與所述輸入信號(hào)Vin的相位相反的 第二輸入信號(hào)Vcan 1，所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)連接抵消電容陣列中的N個(gè) 抵消電容的第一端，所述N個(gè)抵消電容的第二端、所述Cs的第二端連接所述Ci的第一端和所 述單端放大器的負(fù)輸入端，所述單端放大器的正輸入端接地；
[0105] 所述Ci的第二端和所述單端放大器的輸出端連接所述PGA1。
[0106] 進(jìn)一步地，請(qǐng)參閱圖6,圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理裝置的PGA11的結(jié) 構(gòu)示意圖，如圖所示，本PGA1包括：
[0107] 采樣開(kāi)關(guān)電容放大電路或連續(xù)時(shí)間放大電路；
[0108]所述PGA1為連續(xù)時(shí)間放大電路時(shí)，所述PGA1包括輸入電阻Ri、反饋電阻Rf、第二單 端放大器，其中：
[0109] 所述Ri的第一端連接所述抵消電路1的輸出端，所述Ri的第二端連接所述Rf的輸 入端和所述第二單端放大器的負(fù)輸入端，所述Rf的控制信號(hào)輸入端用于接入增益控制信號(hào) Gainl [m]，所述增益控制信號(hào)Gainl [m]用于調(diào)節(jié)所述PGA1的放大電路增益；
[0110] 所述第二單端放大器的正輸入端接地；
[0111] 所述第二單端放大器的輸出端和所述Rf的輸出端連接抵消電路2。
[0112] 可選的，本發(fā)明實(shí)施例中，所述抵消電路2的電路結(jié)構(gòu)與所述抵消電路1的電路結(jié) 構(gòu)相同。
[0113] 可選的，本發(fā)明實(shí)施例中，所述PGA1的放大電路增益大于所述PGA2的放大電路增 益，以降低后續(xù)電路的設(shè)計(jì)要求。
[0114] 可選的，本發(fā)明實(shí)施例中，所述ADC為差分ADC，所述差分ADC的輸入范圍為-Vmax至 +Vmax，所述差分ADC的輸出范圍為0~2 NadM，所述差分ADC的位寬Nadc大于或等于M，Vmax 所述差分ADC的最大輸入電壓。
[0115] 可選的，本發(fā)明實(shí)施例中，所述保護(hù)層至少包括以下任意一種：藍(lán)寶石蓋板、玻璃 蓋板以及陶瓷。其中，所述保護(hù)層必須具有一定的硬度和電學(xué)特性，不同材質(zhì)，不同采集方 案要求保護(hù)層厚度不一。
[0116] 可選的，本發(fā)明實(shí)施例中，所述指紋采集芯片的表面積大于或等于1600um2,所述 指紋采集芯片中的感應(yīng)電極之間的中心間距為5 0 u m，所述指紋采集芯片的分辨率為 508DPI。
[0117] 可選的，本發(fā)明實(shí)施例中，所述指紋圖像緩存設(shè)備包括存儲(chǔ)器和/或圖形處理器 GPU〇
[0118]結(jié)合上述實(shí)施例中所公開(kāi)的指紋處理裝置，下面具體描述基于上述指紋處理裝置 的指紋處理方法。
[0119]請(qǐng)參閱圖7,圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種指紋處理方法的流程示意圖；如圖7所 示，本指紋處理方法具體包括以下步驟：
[0120] S701，配置目標(biāo)掃描區(qū)域；
[0121] S702，加載所述PGA1和所述PGA2的默認(rèn)增益；
[0122] 其中，所述默認(rèn)增益可固化，亦可再配置。
[0123] S703，控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，并基于預(yù)設(shè)逐次逼近策略，確定并配置所述抵 消電路1的第一抵消配置信號(hào)Scanl[nl];
[0124] S704,控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，基于所述ADC輸出范圍確定并配置所述PGA1的 第一目標(biāo)增益；
[0125] S705，控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，基于所述預(yù)設(shè)逐次逼近策略，確定并配置所述 抵消電路2的第二抵消配置信號(hào)Scan2[n2];
[0126] S706,控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，基于所述ADC輸出范圍確定并配置所述PGA2的 第二目標(biāo)增益；
[0127] S707,控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描用戶指紋，獲取用戶指紋圖像；
[0128] S708,向所述指紋圖像緩存設(shè)備發(fā)送所述用戶指紋圖像。
[0129] 其中，所述ADC的輸出信號(hào)應(yīng)盡可能覆蓋ADC全量程。
[0130] 具體實(shí)現(xiàn)中，由于上述抵消電路1包括:抵消電容選通開(kāi)關(guān)、抵消電容陣列、反饋積 分電容Ci、信號(hào)采集電容Cs、單端放大器，其中：所述信號(hào)采集電容Cs的第一端連接所述采 集器的輸出端，對(duì)應(yīng)第一輸入信號(hào)Vin;所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸入端用于接入與所 述輸入信號(hào)Vin的相位相反的第二輸入信號(hào)Vcanl，所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸出端對(duì) 應(yīng)連接抵消電容陣列中的N個(gè)抵消電容的第一端，所述N個(gè)抵消電容的第二端、所述Cs的第 二端連接所述Ci的第一端和所述單端放大器的負(fù)輸入端，所述單端放大器的正輸入端接 地;所述Ci的第二端和所述單端放大器的輸出端連接所述PGA1;
[0131 ]其中，所述N個(gè)抵消電容示意為抵消電容Cc (n) (n = 1~N)，且Cc (k)的電容值為Cc (k-1)的電容值的2倍，k = 2~N+1，N為所述感應(yīng)電極陣列的行數(shù)；
[0132] 所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)示意為Scan[n]，且所述Scan[n]有效時(shí)對(duì)應(yīng)選 通抵消電容Cc(n);
[0133] 故而，當(dāng)所述選通信號(hào)為Scan[n]時(shí)，所述Vin導(dǎo)致的第一輸出和所述Vcanl階躍導(dǎo) 致的第二輸出的輸出方向相反，進(jìn)行抵消，抵消后的輸出電壓為：
[0135] 其中，Vout為抵消后的輸出電壓。
[0136] 結(jié)合上述推導(dǎo)出的抵消后的輸出電壓的計(jì)算公式可知，所述控制所述目標(biāo)掃描區(qū) 域掃描，并基于預(yù)設(shè)逐次逼近策略，確定并配置所述抵消電路1的第一抵消配置信號(hào)Scanl [nl]具體包括以下步驟：
[0137] 若當(dāng)前使能的選通信號(hào)Scan[j]對(duì)應(yīng)的所述ADC的輸出平均值大于所述ADC的輸出 上限2Na(k;-l，則確定當(dāng)前使能的選通信號(hào)為所述當(dāng)前使能的選通信號(hào)Scan[j]的下一個(gè)選 通信號(hào)，并控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，獲取所述ADC的輸出平均值；
[0138] 若當(dāng)前使能的選通信號(hào)Scan[j]對(duì)應(yīng)的所述ADC的輸出平均值小于或等于所述ADC 的輸出上限2Nade_l，則確定所述抵消電路1的第一抵消配置信號(hào)Scanl[nl]為Scan[j]。
[0139] 舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)N為8,對(duì)應(yīng)的抵消電路1中的抵消電容陣列為并聯(lián)的8個(gè)抵消電容， 且抵消電容選通開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)Scan[8]有效時(shí)，抵消電容選通開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)選通電容值最大 的抵消電容Cc(8)，以此類推可知，抵消電容選通開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)Scan[n]有效時(shí)，抵消電容 選通開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)選通電容值最大的抵消電容Cc(n)，若第一抵消配置信號(hào)Scanl[nl]中的nl的 值為7，則對(duì)應(yīng)的指紋處理裝置控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描，并基于預(yù)設(shè)逐次逼近策略，確 定并配置所述抵消電路1的第一抵消配置信號(hào)Scanl [nl ]的具體過(guò)程為：
[0140] 首先使能抵消電容選通開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)Scan[8]，即抵消電容選通開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)選通 電容值最大的抵消電容Cc (8 )，控制芯片控制感應(yīng)電極陣列掃描，并采集本次掃描過(guò)程中對(duì) 應(yīng)接收到的所述ADC的輸出平均值；
[0141] 比較出本次掃描過(guò)程對(duì)應(yīng)的所述ADC的輸出平均值大于所述ADC的輸出范圍上限 2^-1，則禁能抵消電容選通開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)Scan[8];
[0142] 其次，使能抵消電容選通開(kāi)關(guān)的選通信號(hào)Scan[7]，即抵消電容選通開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)選通 電容值次大的抵消電容Cc (7 )，控制芯片控制感應(yīng)電極陣列掃描，并采集本次掃描過(guò)程中對(duì) 應(yīng)接收到的所述ADC的輸出平均值；
[0143] 比較出本次掃描過(guò)程對(duì)應(yīng)的所述ADC的輸出平均值小于或等于所述ADC的輸出范 圍上限2Nade-l，則控制芯片確定nl的值為7,并退出當(dāng)前逐次逼近過(guò)程。
[0144] 具體實(shí)現(xiàn)中，由于上述PGA1包括輸入電阻Ri、反饋電阻Rf、第二單端放大器，其中： 所述Ri的第一端連接所述抵消電路1的輸出端，所述Ri的第二端連接所述Rf的輸入端和所 述第二單端放大器的負(fù)輸入端，所述Rf的控制信號(hào)輸入端用于接入增益控制信號(hào)Gainl [m]，所述增益控制信號(hào)Gainl [m]用于調(diào)整所述Rf?的電阻值;所述第二單端放大器的正輸入 端接地;所述第二單端放大器的輸出端和所述Rf的輸出端連接抵消電路2;
[0145] 故而，可以推導(dǎo)出所述PGA1的放大電路增益為：
[0147] 其中，gain為所述PGA1的放大電路增益。
[0148] 具體實(shí)現(xiàn)中，所述配置目標(biāo)掃描區(qū)域，包括：
[0149] 當(dāng)接收主機(jī)下發(fā)的電路初始化通知時(shí)，配置目標(biāo)掃描區(qū)域；
[0150] 或者，
[0151] 當(dāng)檢測(cè)到用戶手指對(duì)所述保護(hù)層的觸控操作時(shí)，配置目標(biāo)掃描區(qū)域。
[0152] 具體實(shí)現(xiàn)中，若所述目標(biāo)掃描區(qū)域?yàn)樗龈袘?yīng)電極陣列，則所述控制所述目標(biāo)掃 描區(qū)域掃描用戶指紋，獲取用戶指紋圖像，包括：
[0153] 控制所述感應(yīng)電極陣列掃描用戶指紋，采集用戶指紋圖像。
[0154] 具體實(shí)現(xiàn)中，若所述目標(biāo)掃描區(qū)域包括P個(gè)分區(qū)感應(yīng)電極陣列，P為大于1的整數(shù)， 則所述控制所述目標(biāo)掃描區(qū)域掃描用戶指紋，獲取用戶指紋圖像，包括：
[0155] 基于所述P個(gè)分區(qū)感應(yīng)電極陣列對(duì)應(yīng)的P組采集電路配置參數(shù)，控制所述P個(gè)分區(qū) 感應(yīng)電極陣列掃描用戶指紋，采集P個(gè)用戶指紋分區(qū)圖像；
[0156] 針對(duì)所述P個(gè)用戶指紋分區(qū)圖像執(zhí)行拼接處理，以得到用戶指紋圖像。
[0157] 可以理解的是，由于上述指紋處理裝置中的保護(hù)層表面可能不平整，導(dǎo)致采集過(guò) 程中產(chǎn)生偏移噪聲，針對(duì)此種情況，可以針對(duì)感應(yīng)電極陣列進(jìn)行分區(qū)處理，即將感應(yīng)電極陣 列分成P個(gè)分區(qū)感應(yīng)電極陣列，在每一個(gè)分區(qū)感應(yīng)電極陣列中，可以假設(shè)對(duì)應(yīng)的保護(hù)層表面 是平整的，并針對(duì)每一個(gè)分區(qū)感應(yīng)電極陣列執(zhí)行上述的采集電路配置參數(shù)的調(diào)整過(guò)程(抵 消電路1和抵消電路2的初次逼近調(diào)整過(guò)程，以及PGA1和PGA2的增益調(diào)整過(guò)程），從而得到每 一個(gè)分區(qū)感應(yīng)電極陣列對(duì)應(yīng)的采集電路配置參數(shù)，如此，可以進(jìn)一步提高指紋處理裝置的 分辨率，降低偏移噪聲對(duì)采集精度的影像。
[0158]以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的指紋處理裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體 個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明 的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施 方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種指紋處理裝置，其特征在于，包括： 保護(hù)層、膠、指紋采集芯片、采集器、抵消電路1、可編程增益放大器PGA1、抵消電路2、 PGA2、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC、控制芯片，其中： 所述保護(hù)層通過(guò)所述膠與所述指紋采集芯片粘接； 所述指紋采集芯片包括N*M個(gè)感應(yīng)電極，且所述N*M個(gè)感應(yīng)電極組成N行M列的感應(yīng)電極 陣列； 所述感應(yīng)電極陣列中的感應(yīng)電極通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)連接所述采集器，所述選擇開(kāi)關(guān)由行選 使能信號(hào)和列選使能信號(hào)控制，所述采集器連接所述抵消電路1，所述抵消電路1連接所述 PGAl，所述PGAl連接所述抵消電路2，所述抵消電路2連接所述PGA2，所述PGA2連接所述ADC， 所述ADC的輸出端連接所述控制芯片； 所述控制芯片的第一控制信號(hào)輸出端連接所述抵消電路1，所述控制芯片的第二控制 信號(hào)輸出端連接所述PGA1，所述控制芯片的第三控制信號(hào)輸出端連接所述抵消電路2,所述 控制芯片的第一控制信號(hào)輸出端連接所述PGA2; 所述控制芯片的指紋圖像信號(hào)輸出端用于連接指紋圖像緩存設(shè)備。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述采集器包括開(kāi)關(guān)電 路，所述開(kāi)關(guān)電路在采集用戶指紋時(shí)先置位，并在檢測(cè)到向用戶手指施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vdr發(fā) 生階躍時(shí)，輸出變化信號(hào)，所述變化信號(hào)的變換量為： AV = k*Vdr*Cf/(Cf+Cp) 其中，k為所述開(kāi)關(guān)電路的增益因子，Vdr為向用戶手指施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Cf為用戶手指 與感應(yīng)電極之間的寄生電容，所述Cp為感應(yīng)電極的寄生電容，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括正弦波或 者方波。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述抵消電路1 包括抵消電容選通開(kāi)關(guān)、抵消電容陣列、反饋積分電容Ci、信號(hào)采集電容Cs、單端放大器，其 中： 所述信號(hào)采集電容Cs的第一端連接所述采集器的輸出端，對(duì)應(yīng)第一輸入信號(hào)Vin; 所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸入端用于接入與所述輸入信號(hào)Vin的相位相反的第二 輸入信號(hào)Vcan 1，所述抵消電容選通開(kāi)關(guān)的N個(gè)輸出端對(duì)應(yīng)連接抵消電容陣列中的N個(gè)抵消 電容的第一端，所述N個(gè)抵消電容的第二端、所述Cs的第二端連接所述Ci的第一端和所述單 端放大器的負(fù)輸入端，所述單端放大器的正輸入端接地； 所述Ci的第二端和所述單端放大器的輸出端連接所述PGAl。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述PGAl包括采 樣開(kāi)關(guān)電容放大電路或連續(xù)時(shí)間放大電路； 所述PGAl為連續(xù)時(shí)間放大電路時(shí)，所述PGAl包括輸入電阻Ri、反饋電阻Rf、第二單端放 大器，其中： 所述Ri的第一端連接所述抵消電路1的輸出端，所述Ri的第二端連接所述Rf的輸入端 和所述第二單端放大器的負(fù)輸入端，所述Rf的控制信號(hào)輸入端用于接入增益控制信號(hào) Gainl [m]，所述增益控制信號(hào)Gainl [m]用于調(diào)節(jié)所述PGAl的放大電路增益； 所述第二單端放大器的正輸入端接地； 所述第二單端放大器的輸出端和所述Rf的輸出端連接抵消電路2。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述抵消電路2 的電路結(jié)構(gòu)與所述抵消電路1的電路結(jié)構(gòu)相同。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述PGAl的放大 電路增益大于所述PGA2的放大電路增益。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述ADC為差分 ADC，所述差分ADC的輸入范圍為-Vmax至+Vmax，所述差分ADC的輸出范圍為O~2Nade-l，所述 差分ADC的位寬Nadc大于或等于M，Vmax所述差分ADC的最大輸入電壓。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述保護(hù)層至少 包括以下任意一種:藍(lán)寶石蓋板、玻璃蓋板以及陶瓷。9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述指紋采集芯 片的表面積大于或等于1600um2,所述指紋采集芯片中的感應(yīng)電極之間的中心間距為50um， 所述指紋采集芯片的分辨率為508DPI。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體指紋處理裝置，其特征在于，所述指紋圖像 緩存設(shè)備包括存儲(chǔ)器和/或圖形處理器GPU。
【文檔編號(hào)】G06K9/00GK105913048SQ201610345108
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月23日
【發(fā)明人】劉鳴宇, 孫志寶
【申請(qǐng)人】深圳市奔凱安全技術(shù)股份有限公司