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備取像，這種方法又分為光學設備取像、晶體傳感器取像和超聲波取像。

光學設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，用它獲取的圖像質量比較好，且可以采用自動獲取控制（AGC）技術和軟件調整的方法來改善增益的圖像質量，晶體傳感器的體積和功耗都比較小，成本也比光學設備低廉，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體間的距離而降低，這里指的是脊（近的）和谷（遠的）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)采用標準CMOS技術，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，并且內置有8位高速A/D轉換器，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部的放電電流寄存器（DCR）和放電時間寄存器（DTR）來進行。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。可以通過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)進行數(shù)/模轉換，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，并送到內置的8位A/D器件進行處理。圖3所示為FPS110的功能結構框圖。

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，可廣泛應用于任何需要安全性認證的領域，如銀行、計算機網(wǎng)絡、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而成為二十一世紀識別技術應用的最新發(fā)展趨勢，因而在各個領域具有廣泛的應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備，取得了良好的效果。