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新型指纹识别传感器的应用分析

导读: 本文对两类传感器的工作原理和特点进行了详细分析,并介绍在互联网安全认证、汽车无钥匙进入系统等的应用。

单触型传感器与划擦型传感器是两种新型固态指纹传感器,都是通过在触摸过程中电容的变化来进行信息采集。本文对两类传感器的工作原理和特点进行了详细分析,并介绍在互联网安全认证、汽车无钥匙进入系统等的应用。

目前市场上有两种固态指纹传感器:第一种是单次触摸型传感器,要求手指在指纹采集区进行可靠的触摸;第二种则需要用手指在传感器表面擦过,传感器会采集一套特定的数据,然后进行快速分析和认证。这两类指纹传感器将得到越来越广泛的应用。

上述两类传感器工作原理为:当指纹中的凸起部分置于传感电容像素电极上时,电容会有所增加,通过检测增加的电容来进行数据采集。传感器中的像素点为45平方微米,间隔为50微米,电容像素阵列的分辨率略高于500dpi。这类传感器基于一种标准的单-多晶硅三层金属CMOS工艺,并采用0.5微米工艺进行设计。

金属互连的第三层构成电容像素层,由氮化钛制成并覆盖着一层氮化硅,厚度仅为7000埃米。这种硬金属电极与抗磨涂敷层组合形成的传感器十分坚实耐用,使用寿命可以达到很多年。

一、指纹检测

人类的指纹由紧密相邻的凹凸纹路构成,通过对每个像素点上利用标准参考放电电流,便可检测到指纹的纹路状况。每个像素先预充电到某一参考电压,然后由参考电流放电。电容阳极上电压的改变率与其上的电容成下面的比例关系:

Iref=C×dv/dt

处于指纹的凸起下的像素(电容量高)放电较慢,而处于指纹的凹处下的像素(电容量低)放电较快。这种不同的放电率可通过采样保持(S/H)电路检测并转换成一个8位输出,这种检测方法对指纹凸起和低凹具有较高的敏感性,并可形成非常好的原始指纹图像。

采用复杂的软件算法可以进行指纹识别。这种软件采集原始的指纹图像,将图像信息数字化并提取其中的细节模板,然后进行测试,确定提取的细节模板是否与参考模板吻合。

二、比较过程

单触型传感器与划擦型传感器的尺寸和成本都不一样。接触式传感器较大,通常有效接触面为15×15mm,可迅速地采集最大的指纹或拇指指纹。这种传感器易于使用,并可将整个指纹图像以500dpi(自动指纹识别标准)的精度进行快速传输。

目前这些传感器已完成设计,并用于美国政府机构及警察局进行指纹识别。不久的将来还将逐渐用于汽车单触式无钥匙进入系统,以及新兴的国家安全应用中。

这种传感器由256(列)×300(行)微型金属电极组成,每一列连接到一对S/H电路上。指纹图像依次进行逐行采集,每个金属电极均作为电容的一个极,与之接触的手指则是电容的另一个极。在器件表面有一层钝化层,作为两个电容极间的电介质层。将手指置于传感器上时,指纹上的凸起和低凹会在阵列上产生不同的电容值,并构成用于认证的一整幅图像。

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