新型指紋識別傳感器的應用分析

　　單觸型傳感器與劃擦型傳感器是兩種新型固態(tài)指紋傳感器,都是通過(guò)在觸摸過(guò)程中電容的變化來(lái)進(jìn)行信息采集。本文對兩類(lèi)傳感器的工作原理和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細分析,并介紹在互聯(lián)網(wǎng)安全認證、汽車(chē)無(wú)鑰匙進(jìn)入系統等的應用。

　　目前市場(chǎng)上有兩種固態(tài)指紋傳感器：第一種是單次觸摸型傳感器,要求手指在指紋采集區進(jìn)行可靠的觸摸;第二種則需要用手指在傳感器表面擦過(guò),傳感器會(huì )采集一套特定的數據,然后進(jìn)行快速分析和認證。這兩類(lèi)指紋傳感器將得到越來(lái)越廣泛的應用。

　　上述兩類(lèi)傳感器工作原理為：當指紋中的凸起部分置于傳感電容像素電極上時(shí),電容會(huì )有所增加,通過(guò)檢測增加的電容來(lái)進(jìn)行數據采集。傳感器中的像素點(diǎn)為45平方微米,間隔為50微米,電容像素陣列的分辨率略高于500dpi。這類(lèi)傳感器基于一種標準的單-多晶硅三層金屬CMOS工藝,并采用0.5微米工藝進(jìn)行設計。

　　金屬互連的第三層構成電容像素層,由氮化鈦制成并覆蓋著(zhù)一層氮化硅,厚度僅為7000埃米。這種硬金屬電極與抗磨涂敷層組合形成的傳感器十分堅實(shí)耐用,使用壽命可以達到很多年。

指紋檢測

　　人類(lèi)的指紋由緊密相鄰的凹凸紋路構成,通過(guò)對每個(gè)像素點(diǎn)上利用標準參考放電電流,便可檢測到指紋的紋路狀況。每個(gè)像素先預充電到某一參考電壓,然后由參考電流放電。電容陽(yáng)極上電壓的改變率與其上的電容成下面的比例關(guān)系：

　　Iref=C×dv/dt

　　處于指紋的凸起下的像素(電容量高)放電較慢,而處于指紋的凹處下的像素(電容量低)放電較快。這種不同的放電率可通過(guò)采樣保持(S/H)電路檢測并轉換成一個(gè)8位輸出,這種檢測方法對指紋凸起和低凹具有較高的敏感性,并可形成非常好的原始指紋圖像。

　　通過(guò)圖1所示的過(guò)程,采用復雜的軟件算法可以進(jìn)行指紋識別。這種軟件采集原始的指紋圖像,將圖像信息數字化并提取其中的細節模板,然后進(jìn)行測試,確定提取的細節模板是否與參考模板吻合。

比較過(guò)程

　　單觸型傳感器與劃擦型傳感器的尺寸和成本都不一樣。接觸式傳感器較大,通常有效接觸面為15×15mm,可迅速地采集最大的指紋或拇指指紋。這種傳感器易于使用,并可將整個(gè)指紋圖像以500dpi(自動(dòng)指紋識別標準)的精度進(jìn)行快速傳輸。

　　目前這些傳感器已完成設計,并用于美國政府機構及警察局進(jìn)行指紋識別。不久的將來(lái)還將逐漸用于汽車(chē)單觸式無(wú)鑰匙進(jìn)入系統,以及新興的國家安全應用中。

　　這種傳感器由256(列)×300(行)微型金屬電極組成,每一列連接到一對S/H電路上。指紋圖像依次進(jìn)行逐行采集,每個(gè)金屬電極均作為電容的一個(gè)極,與之接觸的手指則是電容的另一個(gè)極。在器件表面有一層鈍化層,作為兩個(gè)電容極間的電介質(zhì)層。將手指置于傳感器上時(shí),指紋上的凸起和低凹會(huì )在陣列上產(chǎn)生不同的電容值,并構成用于認證的一整幅圖像。

　　劃擦型傳感器是一種新型指紋采集器件,要求用戶(hù)將手指在器件上劃過(guò)。劃擦型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小(如富士通的MBF300尺寸僅為3.6×13.3 mm2)和成本低。這些器件主要用于移動(dòng)設備的嵌入式安全識別應用,如手機和PDA。精密的圖像重建軟件以接近2000幀/秒的速度快速地從傳感器上采集多個(gè)圖像,并將每個(gè)幀的數據細節組織到一起。