新型電容式指紋傳感器

傳感器FPS110，具有體積小、成本低、功耗少和成像清晰等優(yōu)點，因而具有廣泛的應(yīng)用。文章給出了FPS110的各引腳功能和電氣特性。

傳感器 AFIS A/D轉(zhuǎn)換 FPS110

1 引言

指紋由于具有唯一性（人各不同，指指相異）和穩(wěn)定性（終生基本不變）而使其成為個人身份識別的一種有效手段。將某人的指紋采集下輸入計算機是進(jìn)行自動指紋識別（AFIS）的首要步驟。指紋圖象的獲取一般有兩類方法：一是眾所周知的使用墨水和紙的方法，這種方法費工費時且不可靠，不適合用于AFIS。另一類方法是利用設(shè)備取像，這種方法又分為光學(xué)設(shè)備取像、晶體傳感器取像和超聲波取像。

光學(xué)設(shè)備取像是利用光的全反射原理（FTIR），并使用CCD器件來獲得指紋的圖像，其優(yōu)點是圖像效果較好，器件本身耐磨損，但缺點是成本高和體積大；晶體指紋傳感器分為電容式和壓感式，用它獲取的圖像質(zhì)量比較好，且可以采用自動獲取控制（AGC）技術(shù)和軟件調(diào)整的方法來改善增益的圖像質(zhì)量，晶體傳感器的體積和功耗都比較小，成本也比光學(xué)設(shè)備低廉，只有耐磨損方面略遜；超聲波取像是一種新興的指紋提取手段，它直接掃描真皮組織，因此，積累在皮膚上的臟物和油脂對超聲波獲得的圖像的影響不大，但器件成本較高，目前還沒有成熟的產(chǎn)品在市場上出現(xiàn)。本文主要介紹美國Veridicom公司推出的FPS110電容式指紋傳感器，該傳感器是由著名的貝爾驗室聯(lián)合Intel等公司，投資幾十億美金，歷經(jīng)數(shù)十載才開發(fā)出來的，目前在國際晶體指紋傳感器市場上占主要份額。

2 FPS110傳感器的總體特性

FPS110電容式指紋傳感器表面集合了300×300個電容器，其外面是絕緣表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時，由皮膚來組成電容陣列的另一面。電容器的電容值由于導(dǎo)體間的距離而降低，這里指的是脊（近的）和谷（遠(yuǎn)的）相對于另一極之間的距離。通過讀取充、放電之后的電容差值，來獲取指紋圖像。該傳感器的生產(chǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)，大小為15×15mm2，獲取的圖像大小為300×300，分辨率為500DPI。FPS110提供有與8位微處理器相連的接口，并且內(nèi)置有8位高速A/D轉(zhuǎn)換器，可直接輸出8位灰度圖像。FPS110指紋傳感器整個芯片的功耗很低（<200mw），價格也比較便宜（人民幣600元以下）。圖1所示為FPS110的釗觀形狀，圖2為利用FPS110獲取的指紋圖象。

FPS110傳感器的每一列都有兩個采樣一保持電路，一個用來存儲放電前電容兩端的電壓，另一個用來存儲放電后電容兩端的電壓。兩個采樣一保持電路的差值可以度量電容的變化。該傳感器的靈敏度可以通過調(diào)整放電時間和放電電流來校正，而對放電時間和放電電流的修改又可以通過讀寫傳感器內(nèi)部的放電電流寄存器（DCR）和放電時間寄存器（DTR）來進(jìn)行。傳感器陣列數(shù)據(jù)讀出是以行為單位的，一行300個圖象數(shù)據(jù)被同時讀出?？梢酝ㄟ^編程來修改行高階地址寄存器（RAH）和行低階地址寄存器（RAL）中的數(shù)據(jù)以指定待讀取的行。一行的數(shù)據(jù)采集完畢后，要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，這就需要通過編程來改變列高階地址寄存器（CAH）和列低階地址寄存器（CAL）的值，以逐個讀出每個單元的模擬量，并送到內(nèi)置的8位A/D器件進(jìn)行處理。圖3所示為FPS110的功能結(jié)構(gòu)框圖。

3 FPS110傳感器的引腳功能

FPS110共有80個引腳，其中只使用40個，各管腳的功能如表1所列。

表1 FPS110管腳功能分析

4 結(jié)束語

FPS110指紋傳感器芯片具有體積小、成本低、耗電小、安全性高等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于任何需要安全性認(rèn)證的領(lǐng)域，如銀行、計算機網(wǎng)絡(luò)、指紋門禁、指紋考勤等許多方面，這無疑將取代原有的識別技術(shù)而成為二十一世紀(jì)識別技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展趨勢，因而在各個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和無比巨大的市場潛力。FPS110的使用開發(fā)也很便捷，筆者自行設(shè)計的自動指紋識別系統(tǒng)（AFIS）中使用了基于FPS110傳感器的串行和并行圖像采集設(shè)備，取得了良好的效果。