新型电容式指纹图像采集系统技术方案

本发明专利技术提供一种新型电容式指纹图像采集系统，包括一感测元阵列，包含多个感测元；一感测元阵列驱动电路，用于向感测元阵列输入电压信号；一绝缘表面，覆盖于该感测元阵列之上，作为一手指的接触面；一比较器阵列，配置于该感测元阵列旁，感测元阵列的输出作为其输入；一可编程的参考电压源，作为比较器阵列的一输入参考电压；一自适应过程算法逻辑电路，用于自适应调节可编程的参考电压源。本发明专利技术提供的系统能够增加电容传感器的灵敏性，可使得干，湿，油，以及正常手指都能够采集到清晰的指纹图像，更加适用于某些特殊的手指的采集。

【技术实现步骤摘要】
新型电容式指纹图像采集系统
本专利技术涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种适用于特殊手指采集的新型电容式指纹图像采集系统。
技术介绍
随着电子自动化设计的高速发展，活体生物特征认证和身份识别越来越多的运用到人们的生活中，指纹认证作为在生物特征认证中具有最高可靠性和性价比，已经成为了当前生物认证的主流。与此同时，指纹采集技术也高速发展，一个更低成本，更小体积的传感器将会占领巨大的市场，因此具有上述优点的传感器成为当前研究的重点。其中电容式传感器成为当前主流产品之一。随着指纹技术的逐渐成熟，以及成本的越来越低，相信指纹识别技术会广泛的应用到我们日常生活中来。与此同时，对传感器的要求也越来越高。一个好的指纹识别系统，不仅是从算法上解决指纹识别系统中存在的不足，更应该从根本上解决传感器采集到的图像质量问题，使得某些特殊手指都能够采集到清晰的指纹图像。现有的电容式传感器是通过利用电荷分享原理来实现的，比起过去利用电容充放电原理来感测微小电容值的结构有很大的改进，如中国专利编号ZL02105960.8，提供了一种电容式指纹读取芯片，包含以二维方式排列的电容感测元阵列以及一类动态随机存取存储器DRAM周边电路，此类感测元阵列利用DRAM的电荷分享原理检测指纹的纹峰和纹谷。该现有的电容式传感器的感测元结构不能消除背景电容（感测电极到其电极的寄生电容，包括感测电极到参考电极，感测电极到衬底等的寄生电容，而且每个感测元的寄生电容可能存在不一致性），其感测元输出信号通过一比较器或A/D转换器得到的二进制或者灰度级的影像信息，只通过改变感测元的参考电容值或者改变屏蔽电容大小及所接的电位来粗调指纹图像的质量，该方法对于太湿或者太油的手指存在采集到的图像模糊不清，对于干燥及断裂的手指，采集到的图像纹路太浅或者根本分辨不出指纹纹路，导致特殊手指应用受到限制，同时如果采集到不清晰的指纹图像，给后续指纹处理及识别造成一定的影响
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提供一种改进型的电容式指纹图像采集系统，在现有技术的基础上通过改善感测元电路和对感测元输出信号所通过的比较器的参考电压进行自适应调整。本专利技术提供一种新型电容式指纹图像采集系统，包括一感测元阵列，包含多个感测元；一感测元阵列驱动电路，用于向感测元阵列输入电压信号；一绝缘表面，覆盖于该感测元阵列之上，作为一手指的接触面；一比较器阵列，配置于该感测元阵列旁，感测元阵列的输出作为其输入；一可编程的参考电压源，作为比较器阵列的一输入参考电压；一自适应过程算法逻辑电路，用于自适应调节可编程的参考电压源；其特征在于，感测元阵列接被输入一第一电压信号，使该每一个感测元内的一参考电容两端或感测电容两端产生一电压差；之后输入一第二电压信号，使参考电容两端与屏蔽电容两端无电压差，或者感测电容两端和屏蔽电容两端无电压差；然后输入一第三电压信号，使屏蔽电极链接到一电压，使该感测电容，该屏蔽电容与该参考电容进行电荷分享之后再断开该参考电容与该感测电容和该屏蔽电容的链接；顺序的重复输入第二，第三电压信号，直到比较器发生翻转再将每一个比较器的翻转信号输出，作为采集到的灰度级影像信息。每一个感测元还包含：一传感器结构，包括：一感测电极，与手指、绝缘表面形成感测电容；两个参考电极；及一绝缘层，配置于两个参考电极间，且在两个参考电极及绝缘层之间会形成参考电容；一屏蔽电极及配置于屏蔽电极与感测电极间的一绝缘层，在屏蔽电极、绝缘层及感测电极之间形成屏蔽电容；及多个开关电路。自适应过程算法逻辑电路实时分析比较器阵列输入其中的灰度级指纹影像信息，之后输出一反馈信号用于调节比较器阵列的参考电压值。多个感测元的版图结构如下：最后一层金属作为感测电极，到数第二层金属作为屏蔽电极，用于隔绝其他电路从而消除背景电容，这两层金属之间的绝缘层与该两层金属之间形成屏蔽电容；每个感测元的屏蔽电极被顺序划分为多块,其中边缘两块连接恒定电压，使得各感测元之间的边缘寄生电容相同，其余的块连接在可变的电压源上，由感测元驱动电路驱动。本专利技术根据电荷分享原理，通过自适应调整感测元输出信号所通过的比较器的参考电压，改善现有的感测元阵列进行电容值的检测，该系统能够增加电容传感器的灵敏性，可使得干，湿，油，以及正常手指都能够采集到清晰的指纹图像，更加适用于某些特殊的手指的采集。自适应过程算法由数字逻辑电路实现。本专利技术另提供一种感测元的版图结构，使得数百上千个感测元的电荷分享一致性（各个感测元寄生电容的一致性），进一步提高指纹输出图像的品质。附图说明图1是本专利技术电容式指纹采集系统示意图；图2是本专利技术实施例的电容式指纹采集系统的感测元结构示意图；图3是本专利技术实施例的电容式指纹采集系统的感测元版图结构示意图；图4是本专利技术电容式指纹采集系统采集到的干手指指纹图像，其中图4a是未调整比较器参考电压值采集到的图像；图4b是调整比较器参考电压值采集到的图像。图5是本专利技术电容式指纹采集系统采集到的湿手指指纹图像，其中图5a是未调整比较器参考电压值采集到的图像；图5b是调整比较器参考电压值采集到的图像。图中符号说明：1指纹采集系统10感测元阵列11感测元阵列驱动电路12输入参考电压可编程的比较器阵列121输入参考电压可编程的比较器13自适应过程算法逻辑电路14可编程参考电压源2手指20感测电极201感测电容202参考电容203a、203b、203c、203d、203e、203e屏蔽电容301302303304a304b305a305b306a306b开关401402403404a404b405a405b406a406b电压源5节点具体实施方式本专利技术提供了一种电容式指纹图像采集系统，包含：一感测元阵列，包含多个感测元；一感测元阵列驱动电路；一绝缘表面，覆盖于该感测元阵列之上，作为一手指的接触面；一比较器阵列，配置于该电容感测元阵列旁，感测元阵列的输出作为其输入；一可编程的参考电压源，作为比较器阵列的一输入参考电压；一自适应过程算法逻辑电路，用于自适应调节可编程的参考电压源。该感测元阵列被输入一第一电压信号，使该每一个感测元内的一参考电容两端产生一电压差；之后输入一第二电压信号，使感测电容两端和屏蔽电容两端无电压差；然后输入一第三电压信号，使屏蔽电极链接到某一电压，使该感测电容、该屏蔽电容与该参考电容进行电荷分享之后再断开该参考电容与该感测电容和该屏蔽电容的链接；顺序的重复输入第二，第三电压信号，直到比较器发生翻转再将每一个比较器的翻转信号输出作为采集到的灰度级影像信息。该输出信号输入到自适应过程算法逻辑电路处理后反馈回一信号用于调节可编程参考电压源，反复循环该过程，直到输出一副清晰的指纹图像。根据本专利技术的一实施例，此电容式指纹图像采集系统，包含：一感测元阵列、一感测元阵列驱动电路、一绝缘表面、一比较器阵列、一可编程的参考电压源和一自适应过程算法逻辑电路；其中感测元阵列包含多个感测元，每一个感测元：还包含一传感器结构，包括一感测电极、两参考电极及配置于参考电极间的一绝缘层、一屏蔽电极及配置于屏蔽电极与感测电极间的一绝缘层、多个开关电路。其中，绝缘表面覆盖于感测元阵列之上，作为一手指接触面；手指、绝缘表面及感测电极会形成感测电容，在两参考电极及绝缘层之间会形成参考电容，在屏本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型电容式指纹图像采集系统，包括一感测元阵列，包含多个感测元；一感测元阵列驱动电路，用于向感测元阵列输入电压信号；一绝缘表面，覆盖于该感测元阵列之上，作为一手指的接触面；一比较器阵列，配置于该感测元阵列旁，感测元阵列的输出作为其输入；一可编程的参考电压源，作为比较器阵列的一输入参考电压；一自适应过程算法逻辑电路，用于自适应调节可编程的参考电压源；其特征在于，感测元阵列接被输入一第一电压信号，使该每一个感测元内的一参考电容两端或感测电容两端产生一电压差；之后输入一第二电压信号，使参考电容两端与屏蔽电容两端无电压差，或者感测电容两端和屏蔽电容两端无电压差；然后输入一第三电压信号，使屏蔽电极链接到一电压，使该感测电容，该屏蔽电容与该参考电容进行电荷分享之后再断开该参考电容与该感测电容和该屏蔽电容的链接；顺序的重复输入第二，第三电压信号，直到比较器发生翻转再将每一个比较器的翻转信号输出，作为采集到的灰度级影像信息。

【技术特征摘要】
1.新型电容式指纹图像采集系统，包括一感测元阵列，包含多个感测元；一感测元阵列驱动电路，用于向感测元阵列输入电压信号；一绝缘表面，覆盖于该感测元阵列之上，作为一手指的接触面；一比较器阵列，配置于该感测元阵列旁，感测元阵列的输出作为其输入；一可编程的参考电压源，作为比较器阵列的一输入参考电压；一自适应过程算法逻辑电路，用于自适应调节可编程的参考电压源；其特征在于，感测元阵列接被输入一第一电压信号，使该每一个感测元内的一参考电容两端或感测电容两端产生一电压差；之后输入一第二电压信号，使参考电容两端与屏蔽电容两端无电压差，或者感测电容两端和屏蔽电容两端无电压差；然后输入一第三电压信号，使屏蔽电极链接到一电压，使该感测电容，该屏蔽电容与该参考电容进行电荷分享之后再断开该参考电容与该感测电容和该屏蔽电容的链接；顺序的重复输入第二，第三电压信号，直到比较器发生翻转再将每一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐启波，
申请(专利权)人：成都方程式电子有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51