指紋感應(yīng)信號的處理方法、系統(tǒng)及指紋識別終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于指紋識別【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種指紋感應(yīng)信號的處理方法、系統(tǒng)及指紋識別終端。所述處理方法包括下述步驟：混頻處理步驟：將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號；放大處理步驟：對所述低頻信號進(jìn)行放大處理。本發(fā)明利用電容阻抗和信號頻率成反比的特性，通過頻譜搬移的方式將高頻指紋感應(yīng)信號搬移到低頻后再進(jìn)行放大，從而解決高頻指紋感應(yīng)信號放大困難的問題，提升其信噪比SNR。
【專利說明】指紋感應(yīng)信號的處理方法、系統(tǒng)及指紋識別終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于指紋識別【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種指紋感應(yīng)信號的處理方法、系統(tǒng)及指紋識別終端。

【背景技術(shù)】
[0002]指紋，由于其具有終身不變性、唯一性和方便性，已經(jīng)幾乎成為生物特征識別的代名詞。而指紋識別技術(shù)也廣泛應(yīng)用于各種終端設(shè)備，如移動(dòng)終端、銀行系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等，常用來提供對敏感電子設(shè)備和/或數(shù)據(jù)的安全訪問。
[0003]電容式指紋檢測電路是一種讀取指紋信息的前端模擬電路，圖1示出了現(xiàn)有設(shè)計(jì)中的一種電路結(jié)構(gòu)，其原理是將驅(qū)動(dòng)信號(如頻率為400KHZ的驅(qū)動(dòng)信號)傳導(dǎo)到觸碰平面上，當(dāng)有手指觸碰時(shí)，觸碰操作會透過平面上的電容將指紋感應(yīng)信號傳入系統(tǒng)內(nèi)。
[0004]公布號為CN 103376970A的中國發(fā)明專利申請揭露了另一種電容式指紋傳感器，該電容式指紋傳感器可由感測元件的陣列形成。該陣列的每個(gè)電容式感測元件記錄隨著電容耦合的電容而變化的電壓，且電容式感測元件位于手指與感測芯片之間，手指可電容地耦接至傳感器的各個(gè)電容式感測元件，從而使得傳感器可感測每個(gè)電容式感測元件與指紋的肌肉之間的電容。感測芯片通過感測電容式感測元件上的電壓變化來檢測電容信號，另夕卜，感測芯片也可通過感測電容式感測元件接收到的電荷變化來檢測電容信號。
[0005]上面描述的兩種指紋識別技術(shù)以及其他現(xiàn)有設(shè)計(jì)均存在的問題是:因?yàn)榉糯笃鞣答伝芈飞系碾娙軨太小，造成指紋感應(yīng)信號放大困難，SNR(Signal Noise Rat1，信噪比)較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種指紋感應(yīng)信號的處理方法，旨在提高指紋感應(yīng)信號的信噪比SNR。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種指紋感應(yīng)信號的處理方法，所述處理方法包括下述步驟:
[0008]混頻處理步驟:將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號；
[0009]放大處理步驟:對所述低頻信號進(jìn)行放大處理。
[0010]進(jìn)一步地，在所述混頻處理步驟之前，所述處理方法還包括下述步驟:
[0011]信號轉(zhuǎn)換步驟:將采集到的電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號；
[0012]然后以所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號為基礎(chǔ)執(zhí)行所述混頻處理步驟。
[0013]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)在于提供一種指紋感應(yīng)信號的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)包括:
[0014]混頻器，用于將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號；
[0015]電容反饋型放大器，用于對所述低頻信號進(jìn)行放大處理，其反相輸入端連接所述混頻器的輸出端，其反相輸入端與其輸出端之間連接有反饋電容，其同相輸入端接偏置電壓。
[0016]本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)在于提供一種指紋識別終端，包括多個(gè)陣列式分布的指紋感應(yīng)像素，每個(gè)指紋感應(yīng)像素均連接有一個(gè)指紋感應(yīng)信號的處理系統(tǒng)；所述處理系統(tǒng)包括:
[0017]混頻器，用于將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號；
[0018]電容反饋型放大器，用于對所述低頻信號進(jìn)行放大處理，其反相輸入端連接所述混頻器的輸出端，其反相輸入端與其輸出端之間連接有反饋電容，其同相輸入端接偏置電壓。
[0019]進(jìn)一步地，所述處理系統(tǒng)還包括:電壓-電流轉(zhuǎn)換器，用于將采集到的電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號，并將所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號輸出至所述混頻器，使所述混頻器以所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號為基礎(chǔ)進(jìn)行混頻處理。
[0020]進(jìn)一步地，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器包括:
[0021]第一開關(guān)管，其第一端接電源，其控制端接偏置電壓；
[0022]第二開關(guān)管，其第一端接所述第一開關(guān)管的第二端，其第二端作為輸出端接所述混頻器的一個(gè)輸入端，其控制端用于輸入電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號；
[0023]第三開關(guān)管，其第一端接所述第一開關(guān)管的第二端，其第二端接地，其控制端用于輸入?yún)⒖茧妷骸?br> [0024]進(jìn)一步地，所述電容反饋型放大器包括:
[0025]第四開關(guān)管，其第一端接電源，其控制端接偏置電壓；
[0026]第五開關(guān)管，其第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，其控制端作為所述電容反饋型放大器的同相輸入端接偏置電壓；
[0027]第六開關(guān)管，其第一端與控制端均連接至所述第五開關(guān)管的第二端，其第二端接地；
[0028]第七開關(guān)管，其第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，其控制端作為所述電容反饋型放大器的反相輸入端與所述混頻器的輸出端連接，其第二端作為所述電容反饋型放大器的輸出端通過一電容與其控制端連接；
[0029]第八開關(guān)管，其第一端接所述第七開關(guān)管的第二端，其控制端接偏置電壓，其第二端接地。
[0030]本發(fā)明利用電容阻抗和信號頻率成反比的特性，通過頻譜搬移的方式，將高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號混頻，將其搬移到低頻后再進(jìn)行放大，從而解決高頻指紋感應(yīng)信號放大困難的問題，提升其信噪比SNR。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的電容式指紋檢測電路的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋感應(yīng)信號的處理方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0033]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的以400KHZ和390KHz混頻處理后的頻譜搬移示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋識別終端邏輯結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖5是圖4中電壓-電流轉(zhuǎn)換器的一種具體電路圖；
[0036]圖6是圖4中電容反饋型放大器的一種具體電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0038]因?yàn)殡娙葑杩购托盘栴l率成反比:Z = l/(j*2*3.14*f*C)，其中，Z表示阻抗，f?表示信號頻率，C表示反饋電容的容值，j表示虛數(shù)單位。即，低頻時(shí)的電容阻抗比高頻時(shí)的電容阻抗高，如上述公式，頻率f從400KHz減為ΙΟΚΗζ，容值C不變，阻抗Z增為原來的40倍，也就是在使用相同的電路元件值的情況下，本發(fā)明實(shí)施例較以往的電路高出數(shù)十倍以上的增益，進(jìn)而提高了信噪比SNR。
[0039]基于上述原理，本發(fā)明實(shí)施例指紋感應(yīng)信號的處理方法的流程如圖2所示，其步驟詳述如下。
[0040]步驟SlOl為混頻處理步驟:將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號。
[0041]高頻驅(qū)動(dòng)信號(譬如信號頻率為400KHz)傳導(dǎo)至觸碰平面，在經(jīng)由手指觸碰傳導(dǎo)至電容后，得到一高頻指紋感應(yīng)信號，將此高頻指紋感應(yīng)信號和第一高頻信號(譬如信號頻率為390KHz)進(jìn)行混頻處理，產(chǎn)生一個(gè)低頻信號(信號頻率為1KHz)，頻譜搬移如圖3所示，可以看出能夠產(chǎn)生40倍增益。
[0042]步驟S102為放大處理步驟:對低頻信號進(jìn)行放大處理。
[0043]進(jìn)一步地，為方便對高頻指紋感應(yīng)信號做后續(xù)積分處理，在進(jìn)行放大之前，需將高頻指紋感應(yīng)信號從電壓形式轉(zhuǎn)換成電流形式，轉(zhuǎn)換后再將得到的電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號進(jìn)行混頻。
[0044]圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的指紋識別終端的邏輯結(jié)構(gòu)，為了便于描述，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0045]參照圖4，該指紋識別終端包括多個(gè)陣列式分布的指紋感應(yīng)像素，每個(gè)指紋感應(yīng)像素均連接有一個(gè)指紋感應(yīng)信號的處理系統(tǒng)，其中A表示輸出緩沖放大器。該處理系統(tǒng)包括混頻器I和電容反饋型放大器2，其中，混頻器I用于將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號(由第一高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生)進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號；然后由電容反饋型放大器2對所述低頻信號進(jìn)行放大處理，其中，電容反饋型放大器2的反相輸入端連接混頻器I的輸出端，并且反相輸入端與其輸出端之間還連接有反饋電容C，而其同相輸入端接偏置電壓BIAS。
[0046]同樣出于方便后續(xù)積分的考慮，該處理系統(tǒng)還包括電壓-電流轉(zhuǎn)換器3，電壓-電流轉(zhuǎn)換器3用于將采集到的電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號，并將電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號輸出至混頻器1，使混頻器I以電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號為基礎(chǔ)進(jìn)行混頻處理。
[0047]圖5示出了電壓-電流轉(zhuǎn)換器3的一種具體結(jié)構(gòu)，其包括第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3，其中，Ql的第一端接電源VDD，控制端接偏置電壓BIAS ；Q2的第一端接Ql的第二端，Q2的第二端作為輸出端接混頻器I的一個(gè)輸入端，Q2的控制端用于輸入電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號；Q3的第一端接Ql的第二端，Q3的第二端接地GND，Q3的控制端用于輸入?yún)⒖茧妷?。上述第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3均可以采用PMOS管實(shí)現(xiàn)。
[0048]圖5所示電路是一個(gè)差分對，其工作原理如下:Q1的第一端接電源VDD，BIAS的電壓與VDD滿足一定條件時(shí)(如BIAS小于VDD)使Ql導(dǎo)通，為Q2和Q3提供恒定電流，高頻電壓信號(即高頻指紋感應(yīng)信號)使Q2導(dǎo)通，參考電壓使Q3導(dǎo)通。若參考電壓保持不變，高頻電壓信號增大(即高頻電壓信號大于參考電壓)，根據(jù)PMOS管的特點(diǎn)，Q2第二端的電流減?。桓哳l電壓信號減小(即高頻電壓小于參考電壓)，Q2第二端的電流增大，Q2第二端的電流隨著高頻電壓信號的變化而反相變化。
[0049]另外，圖6示出了電容反饋型放大器2的一種具體結(jié)構(gòu)，其包括第四開關(guān)管Q4、第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6、第七開關(guān)管Q7、第八開關(guān)管Q8，其中，Q4的第一端接電源VDD，其控制端接偏置電壓BIAS ；Q5的第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，Q5的控制端INP作為電容反饋型放大器2的同相輸入端，接偏置電壓BIAS ；Q6的第一端與控制端均連接至Q5的第二端，Q6的第二端接地GND ；Q7的第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，Q7的控制端INN作為電容反饋型放大器2的反相輸入端與混頻器I的輸出端連接，Q7的第二端作為電容反饋型放大器2的輸出端OUTPUT通過一電容與Q7的控制端INN連接；Q8的第一端接所述第七開關(guān)管的第二端，Q8的控制端接偏置電壓BIAS，Q8的第二端接地GND。上述第四開關(guān)管Q4、第五開關(guān)管Q5、第七開關(guān)管Q7可采用PMOS管實(shí)現(xiàn)，而第六開關(guān)管Q6、第八開關(guān)管Q8則可采用NMOS管實(shí)現(xiàn)。
[0050]圖6所示電路是一個(gè)運(yùn)算放大器，其工作原理如下:Q4的作用與圖5中的Ql相同，若INP保持不變，INN增大(即INN大于INP)，根據(jù)PMOS管的特點(diǎn)，Q7的電流減小，則Q7的漏極電壓(即OUTPUT)會大幅降低。因?yàn)镮NN和OUTPUT之間信號反相并且增益很大，所以在INN端形成虛接地(virtual ground), INN和OUTPUT之間接反饋電容,流入INN的電流會完全積分至電容內(nèi)，從而達(dá)到低頻信號放大積分的效果。
[0051]綜上所述，本發(fā)明利用電容阻抗和信號頻率成反比的特性，通過頻譜搬移的方式，將高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號混頻，將其搬移到低頻后再進(jìn)行放大，在使用相同的電路元件值的情況下，可以得到較以往的電路高出數(shù)十倍以上的增益，提高了指紋感應(yīng)信號的信噪比SNR。另一方面，在指紋感應(yīng)信號進(jìn)入放大器之前，將指紋感應(yīng)信號從電壓形式轉(zhuǎn)換為電流形式，方便做積分。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種指紋感應(yīng)信號的處理方法，其特征在于，所述處理方法包括下述步驟: 混頻處理步驟:將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號； 放大處理步驟:對所述低頻信號進(jìn)行放大處理。
2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，在所述混頻處理步驟之前，所述處理方法還包括下述步驟: 信號轉(zhuǎn)換步驟:將采集到的電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號； 然后以所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號為基礎(chǔ)執(zhí)行所述混頻處理步驟。
3.一種指紋感應(yīng)信號的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)包括: 混頻器，用于將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號； 電容反饋型放大器，用于對所述低頻信號進(jìn)行放大處理，其反相輸入端連接所述混頻器的輸出端，其反相輸入端與其輸出端之間連接有反饋電容，其同相輸入端接偏置電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述處理系統(tǒng)還包括: 電壓-電流轉(zhuǎn)換器，用于將采集到的電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號，并將所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號輸出至所述混頻器，使所述混頻器以所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號為基礎(chǔ)進(jìn)行混頻處理。
5.如權(quán)利要求4所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器包括: 第一開關(guān)管，其第一端接電源，其控制端接偏置電壓； 第二開關(guān)管，其第一端接所述第一開關(guān)管的第二端，其第二端作為輸出端接所述混頻器的一個(gè)輸入端，其控制端用于輸入電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號； 第三開關(guān)管，其第一端接所述第一開關(guān)管的第二端，其第二端接地，其控制端用于輸入?yún)⒖茧妷骸?br> 6.如權(quán)利要求3至5任一項(xiàng)所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述電容反饋型放大器包括: 第四開關(guān)管，其第一端接電源，其控制端接偏置電壓； 第五開關(guān)管，其第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，其控制端作為所述電容反饋型放大器的同相輸入端接偏置電壓； 第六開關(guān)管，其第一端與控制端均連接至所述第五開關(guān)管的第二端，其第二端接地；第七開關(guān)管，其第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，其控制端作為所述電容反饋型放大器的反相輸入端與所述混頻器的輸出端連接，其第二端作為所述電容反饋型放大器的輸出端通過一電容與其控制端連接； 第八開關(guān)管，其第一端接所述第七開關(guān)管的第二端，其控制端接偏置電壓，其第二端接地。
7.一種指紋識別終端，包括多個(gè)陣列式分布的指紋感應(yīng)像素，其特征在于，每個(gè)指紋感應(yīng)像素均連接有一個(gè)指紋感應(yīng)信號的處理系統(tǒng)；所述處理系統(tǒng)包括: 混頻器，用于將采集到的高頻指紋感應(yīng)信號與第一高頻信號進(jìn)行混頻處理，得到一低頻信號； 電容反饋型放大器，用于對所述低頻信號進(jìn)行放大處理，其反相輸入端連接所述混頻器的輸出端，其反相輸入端與其輸出端之間連接有反饋電容，其同相輸入端接偏置電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的指紋識別終端，其特征在于，所述處理系統(tǒng)還包括: 電壓-電流轉(zhuǎn)換器，用于將采集到的電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號，并將所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號輸出至所述混頻器，使所述混頻器以所述電流形式的高頻指紋感應(yīng)信號為基礎(chǔ)進(jìn)行混頻處理。
9.如權(quán)利要求8所述的指紋識別終端，其特征在于，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器包括: 第一開關(guān)管，其第一端接電源，其控制端接偏置電壓； 第二開關(guān)管，其第一端接所述第一開關(guān)管的第二端，其第二端作為輸出端接所述混頻器的一個(gè)輸入端，其控制端用于輸入電壓形式的高頻指紋感應(yīng)信號； 第三開關(guān)管，其第一端接所述第一開關(guān)管的第二端，其第二端接地，其控制端用于輸入?yún)⒖茧妷骸?br> 10.如權(quán)利要求7至9任一項(xiàng)所述的指紋識別終端，其特征在于，所述電容反饋型放大器包括: 第四開關(guān)管，其第一端接電源，其控制端接偏置電壓； 第五開關(guān)管，其第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，其控制端作為所述電容反饋型放大器的同相輸入端接偏置電壓； 第六開關(guān)管，其第一端與控制端均連接至所述第五開關(guān)管的第二端，其第二端接地；第七開關(guān)管，其第一端接所述第四開關(guān)管的第二端，其控制端作為所述電容反饋型放大器的反相輸入端與所述混頻器的輸出端連接，其第二端作為所述電容反饋型放大器的輸出端通過一電容與其控制端連接； 第八開關(guān)管，其第一端接所述第七開關(guān)管的第二端，其控制端接偏置電壓，其第二端接地。
【文檔編號】G06K9/20GK104182745SQ201410403230
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】楊孟達(dá), 宋明儒 申請人:深圳市匯頂科技股份有限公司