新型指紋識別傳感器的應用分析

　　單觸型傳感器與劃擦型傳感器是兩種新型固態指紋傳感器,都是通過在觸摸過程中電容的變化來進行信息采集。本文對兩類傳感器的工作原理和特點進行了詳細分析,并介紹在互聯網安全認證、汽車無鑰匙進入系統等的應用。

　　目前市場上有兩種固態指紋傳感器：第一種是單次觸摸型傳感器,要求手指在指紋采集區進行可靠的觸摸;第二種則需要用手指在傳感器表面擦過,傳感器會采集一套特定的數據,然后進行快速分析和認證。這兩類指紋傳感器將得到越來越廣泛的應用。

　　上述兩類傳感器工作原理為：當指紋中的凸起部分置于傳感電容像素電極上時,電容會有所增加,通過檢測增加的電容來進行數據采集。傳感器中的像素點為45平方微米,間隔為50微米,電容像素陣列的分辨率略高于500dpi。這類傳感器基于一種標準的單-多晶硅三層金屬CMOS工藝,并采用0.5微米工藝進行設計。

　　金屬互連的第三層構成電容像素層,由氮化鈦制成并覆蓋著一層氮化硅,厚度僅為7000埃米。這種硬金屬電極與抗磨涂敷層組合形成的傳感器十分堅實耐用,使用壽命可以達到很多年。

指紋檢測

　　人類的指紋由緊密相鄰的凹凸紋路構成,通過對每個像素點上利用標準參考放電電流,便可檢測到指紋的紋路狀況。每個像素先預充電到某一參考電壓,然后由參考電流放電。電容陽極上電壓的改變率與其上的電容成下面的比例關系：

　　Iref=C×dv/dt

　　處于指紋的凸起下的像素(電容量高)放電較慢,而處于指紋的凹處下的像素(電容量低)放電較快。這種不同的放電率可通過采樣保持(S/H)電路檢測并轉換成一個8位輸出,這種檢測方法對指紋凸起和低凹具有較高的敏感性,并可形成非常好的原始指紋圖像。

　　通過圖1所示的過程,采用復雜的軟件算法可以進行指紋識別。這種軟件采集原始的指紋圖像,將圖像信息數字化并提取其中的細節模板,然后進行測試,確定提取的細節模板是否與參考模板吻合。

比較過程

　　單觸型傳感器與劃擦型傳感器的尺寸和成本都不一樣。接觸式傳感器較大,通常有效接觸面為15×15mm,可迅速地采集最大的指紋或拇指指紋。這種傳感器易于使用,并可將整個指紋圖像以500dpi(自動指紋識別標準)的精度進行快速傳輸。

　　目前這些傳感器已完成設計,并用于美國政府機構及警察局進行指紋識別。不久的將來還將逐漸用于汽車單觸式無鑰匙進入系統,以及新興的國家安全應用中。

　　這種傳感器由256(列)×300(行)微型金屬電極組成,每一列連接到一對S/H電路上。指紋圖像依次進行逐行采集,每個金屬電極均作為電容的一個極,與之接觸的手指則是電容的另一個極。在器件表面有一層鈍化層,作為兩個電容極間的電介質層。將手指置于傳感器上時,指紋上的凸起和低凹會在陣列上產生不同的電容值,并構成用于認證的一整幅圖像。

　　劃擦型傳感器是一種新型指紋采集器件,要求用戶將手指在器件上劃過。劃擦型傳感器的優點是尺寸小(如富士通的MBF300尺寸僅為3.6×13.3 mm2)和成本低。這些器件主要用于移動設備的嵌入式安全識別應用,如手機和PDA。精密的圖像重建軟件以接近2000幀/秒的速度快速地從傳感器上采集多個圖像,并將每個幀的數據細節組織到一起。