專利名稱：指紋檢測電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種指紋檢測電路。
背景技術：
指紋辨識技術在目前已成為一種常用的安全機制，因此也有越來越多的
指紋檢測電路被提出，例如美國專利US 4,210,899以及US 4， 525, 859分別 才是出以光學掃描(optical scanning)和fM象才聶影(video camera)的方式 來擷取指紋，但是這種以光學為基礎的辨識方法當光學感測組件受到污損時 可能會失靈，且容易遭到有意人士利用顯示有正確指紋的照片或圖案來蒙騙 過關。此外，US 6， 259， 804提出以電場為基礎的感測方法來檢測指紋，如該 專利的圖12所示，感測電極78所產生的感測信號經放大器73放大，放大 后的信號為模擬的交流信號，而后再由模擬數字轉換器U/D) 180轉換為數 字信號。然而此模擬的交流信號與激發信號源(未繪示)的頻率相關，激發 信號源的頻率越高，模擬的交流信號的頻率也就越高，也就是說此時模擬數 字轉換器180必須具備更高速的處理能力，這將會使電路的成本提高；然而 若不提升模擬數字轉換器180的處理速度，則檢測電路勢必因激發信號源的 頻率而局限其應用范圍。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種指紋檢測電路，用來檢測使用者的指 紋，其利用低通濾波器或高通濾波器作為檢測電路的一部分，并且通過判斷 低通濾波器或高通濾波器的輸出結果的峰值或平均能量值來產生一個直流 電平的判斷結果，如此可以提升判斷的準確性。此外，該判斷結果進一步被 模擬數字轉換器轉換為數字信號，由于模擬數字轉換器所分析的是直流的模 擬信號，因此模擬數字轉換器會較為省電且在取樣能力上并不用受到較嚴格 的限制，另 一 方面也代表該指紋檢測電路的信號產生源的頻率有較大的范 圍，使得指紋檢測電路的應用范圍更廣。
本發明披露一種指紋檢測器，用來檢測一使用者的指紋，包含有一信號 產生源、多個檢測單元、 一電阻、 一電極、 一輸出端以及一判斷電路。該信
號產生源用來提供一參考用的交流信號；該多個檢測單元根據使用者的指紋 而產生多個檢測值；該電阻耦接于該信號產生源與該檢測單元之間，該電極 耦接至一參考電平，該輸出端耦接于該檢測單元與該電阻，以及該判斷電路 耦接于該輸出端。其中該電阻、該檢測單元與該電極形成一低通濾波電路； 根據該信號產生源以及該多個檢測值，會有多個檢測信號在該輸出端產生， 并且該判斷電路判斷該檢測信號以產生一判斷結果，用來指示該使用者的指 紋。
本發明還披露一種指紋檢測器，用來檢測一使用者的指紋，包含有一信 號產生源、多個檢測單元、 一電阻、 一電極、 一輸出端以及一判斷電路。該 信號產生源用來提供一參考用的交流信號；該多個檢測單元根據使用者的指 紋而產生多個檢測值；該電阻耦接于該檢測單元與一參考電平之間，該電極 耦接至該信號產生源，該輸出端耦接于該檢測單元與該電阻，以及該判斷電 路耦接于該輸出端；其中該電阻、該檢測單元與該電極形成一高通濾波電路， 根據該信號產生源以及該多個檢測值，會有多個檢測信號在該輸出端產生， 并且該判斷電路判斷該檢測信號以產生一判斷結果，用來指示該使用者的指 紋。
圖1A顯示本發明指紋檢測器的外觀示意圖。
圖1B為指纟丈;險測器與使用者的手指的相對位置的示意圖。
圖2顯示本發明指紋檢測器的第一實施例的示意圖。
圖3顯示本發明指紋檢測器的第一實施例的等效電路圖。
圖4顯示本發明指紋檢測器的第一實施例的詳細電路圖。
圖5為低通濾波器的頻率響應與參考信號在頻域的關系圖。
圖6為本發明指紋檢測器的第二實施例的示意圖。
圖7顯示本發明指紋檢測器的第二實施例的等效電路圖。
圖8顯示本發明指紋檢測器的第二實施例的詳細電路圖。
圖9為高通濾波器的頻率響應與參考信號在頻域的關系圖。
圖10為本發明檢測單元的電路布局的第 一 實施例示意圖。
圖11為本發明檢測單元的電路布局的第二實施例示意圖。 圖12為本發明檢測單元的電路布局的第三實施例示意圖。
附圖符號說明
100、 200、 400、 600、 800指紋檢測器
110、 610外部電極
120、 620屏蔽層
130、 630檢測單元
150、 650電阻
160、 660信號產生源
210、 710電容組件
310判斷電路
410、 810復用器
420、 820可變電阻
430模擬數字轉換器
432比較器
434計數器
1010、 1110、 1210檢測單元
1020、 1120、 1220屏障層
具體實施例方式
在說明書及權利要求中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。本領域技術 人員應當理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說明 書及權利要求并不以名稱的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能 上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及權利要求中所提及的"包含" 為一開放式的用語，故應解釋成"包含但不限定于"。以外，"耦接" 一詞在 此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接 于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過其 它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
請參考圖1A,圖1A顯示本發明指紋檢測器的外觀示意圖。指紋檢測器 100的周圍由外部電極110所包圍，內部則包含一層屏蔽層120,其覆蓋在
多個檢測單元130之上，用來保護檢測單元130。請參考圖1B,圖1B為指 紋檢測器IOO與使用者的手指的相對位置的示意圖。檢測時，使用者的手指 140置于外部電極110與屏蔽層120之上，并同時與兩者接觸，檢測單元130 位于屏蔽層120的下方，屏蔽層120的材質可以由介電質所構成。
圖2顯示本發明指紋檢測器的第一實施例的示意圖，圖中僅以一個檢測 單元為例來說明其電路結構。指紋檢測器200包含有外部電極110、屏蔽層 120、檢測單元130、電阻150以及信號產生源160。外部電極110與信號產 生源160分別耦接至參考電平Vcmb與Vcma, Vc隨與Vcmb在實作上可以指 到相同或是不同的直流電平，屏蔽層120覆蓋于檢測單元130之上，檢測單 元130通過電阻150耦接至信號產生源160，檢測器100還包括一輸出端OUT 耦接于檢測單元130與電阻150之間。信號產生源160產生一參考信號，此 參考信號例如是lKHz ~ lMHz的弦波交流信號。手指140與外部電極110和 屏蔽層120接觸，手指140的范圍涵蓋多個檢測單元130。檢測單元130實 際上由一電極所構成，用來檢測使用者的指紋而產生不同的檢測值，更明確 地說，不同的檢測單元130與手指140表面不同的紋路之間等效上構成許多 具有不同電容值的電容組件，該檢測值即為電容組件的電容值，該電容組件 的其中一個電極由檢測單元130所構成，而另一個電極則由手指的表面 與外部電極110等效構成，且屏蔽層120即成為電容組件中的介電層，其等 效電路圖如圖3所示，其中輸出端0UT另外耦接至一判斷電路310。
如圖3所示，指紋檢測器200中所包含的電容組件210即為上述的電容 組件，由于其電容值隨著手指140表面的紋路而改變，所以實際上是以一可 變電容來表示的。對信號產生源160而言，電阻150以及電容組件210構成 一個濾波電路，因此在輸出端OUT上會根據信號產生源160所提供的參考信 號，并且隨著電阻150的電阻值與電容組件210的電容值的不同而對應產生 不同的檢測信號。檢測信號隨后由判斷電路310判斷并產生一判斷結果，該 判斷結果即可以指示使用者的指紋。在實作上，該判斷電路310可以例如是 判斷該檢測信號的峰值或是平均能量值，所以該判斷結果會是一個直流信 號。
請參考圖4,圖4顯示本發明指紋檢測器的第一實施例的詳細電路圖。 指紋檢測器400包含有多個電容組件210、 一復用器(固X) 410、信號產生 源160、可變電阻420、判斷電路310以及模擬數字轉換器430。如前所述，
多個電容組件210由多個檢測單元130與手指140以及外部電極110等效構 成，每個電容組件210隨指紋的變化各自具有檢測值(即電容值)。復用器 410耦接至該多個電容組件210，用來從多個電容組件210中選取一個，被 選取的電容組件210與可變電阻420形成濾波電路。判斷電路310判斷經由 輸出端OUT所輸出的檢測信號的峰值或平均能量值，并將判斷后所產生的直 流信號輸出至模擬數字轉換器430。事實上，對信號產生源160而言，電容 組件210與可變電阻420形成一個低通濾波器，輸出端OUT所輸出的信號即 為將參考信號低通濾波的結果。本領域技術人員都知道，低通濾波器的截止 頻率為/c = l/(2;rf C), R為可變電阻420的電阻值，C為可變電容210的電
容值。請參考圖5，圖5為低通濾波器的頻率響應與參考信號在頻域的關系 圖。假設參考信號的頻率為fs，低通濾波器原本的截止頻率為fc,隨著電 阻值R減小，截止頻率逐漸往方向A移動，成為fc'與fc〃，而參考信號經 低通濾波后的強度也逐漸增大，也就是說判斷電路310所輸出的判斷結果的 直流電平也越來越高。比較器432將該判斷結果與一參考值Vrefl做比較， 比較之后會產生一指示信號，該指示信號控制計數器434將所產生的數字信 號往上遞增或往下遞減，而且可變電阻420受到該數字信號的控制而改變其 電阻值的大小。舉例來說，當判斷結果小于參考值Vrefl時，比較器432產 生向下的指示信號以指示計數器434減少數字信號的數值，而同時可變電阻 420的電阻值受到該數字信號的控制而減少。更明確地說，假設該數字信號 為一四位(4-bit)的信號，相對地，可變電阻420就有16個可供選擇的電 阻值分別對應至該四位數字信號的16個數值。因此，如圖5所示，當可變 電阻420的電阻值降低時，低通濾波器的頻率響應會往箭頭指示的A方向移 動，截止頻率由fc移至fc',導致輸出端OUT上的檢測信號的峰值提高， 因此判斷電路310的判斷結果的直流電平也跟著提高。比較器432再度根據 新的判斷結果與參考值Vrefl來產生新的指示信號，此步驟持續進行，直到 判斷結果大于參考值Vrefl,而此時計數器434輸出的數字信號即對應為該 被選取的可變電容210的輸出值。接下來，復用器410選取下一個可變電容 210，重復以上的步驟直到分析完所有的可變電容210。
請參考圖6，其為本發明指紋檢測器的第二實施例的示意圖，同樣地， 圖中僅以一個檢測單元為例來說明其電路結構。其檢測的原理與第一實施例 相同，然而其電路的配置稍有改變。指紋檢測器600的外部電極610耦接至
信號產生源660,信號產生源660再耦接至參考電平Vcmb;屏蔽層620覆蓋 在檢測單元630的上方，檢測單元630實作上為一電極，且耦接至電阻650, 電阻650再耦接至另一參考電平Vcma， Vcma與Vcmb在實作上可以指到相同 或是不同的直流電平，且檢測單元630與電阻650之間具有一輸出端OUT。 圖6示出的組件可以以圖7的等效電路表示，其中輸出端OUT還耦接至判斷 電路310。判斷電路310同樣用來判斷例如是;f全測信號的峰值或平均能量值， 并產生一直流信號的判斷結果。有別于第一實施例的低通濾波器，在第二實 施例中，對信號產生源660而言，可變電容710與電阻650構成高通濾波器。
請參考圖8,圖8顯示本發明指紋檢測器的第二實施例的詳細電路圖。 指紋檢測器800中的復用器810耦接至該多個可變電容710,用來在多個可 變電容710中選取其一。被選取的可變電容710與信號產生源660、可變電 阻820形成一高通濾波器，其頻率響應與參考信號的關系如圖9所示。同樣 的，比較器432將判斷結果與參考值Vref2做比較來產生指示信號，以指示 計數器434增加或減少數字信號的數值，而且可變電阻820受到該數字信號 的控制而改變其電阻值的大小。
在電路布局上，檢測單元的構造可以如圖10所示，其可以是圓形或者 是多邊形的結構，圖中的檢測單元1010以正八邊形為例來說明。而檢測單 元1010以外的其它區域互相連結構成屏障層1020，以防止個別一企測單元 IOIO上的電場受到周圍電場的影響，而導致檢測結果變差。其它的電路布局 方式還有如圖11所示的圓形或多邊形的檢測單元1110被同樣是圓形或是多 邊形的屏障層1120包圍，且各個屏障層互相分離；另外還有如圖U所示的 布區方式，圓形或是多邊形的檢測單元1210被四方形的屏障層1220包圍， 而屏障層1220相互連結。
根據本發明，檢測單元與電阻串接，并且能夠與信號產生源連接形成低 通或高通濾波器，其利用改變濾波器截止頻率來分析所得的檢測信號。該檢 測信號經判斷電路判斷其峰值后產生直流信號的判斷結果，因此整個指紋檢 測電路會更省電且結果將更為準確，整個電路也較不易受到信號產生源的頻 率所影響，而且后級的模擬數字轉換器處理的是直流信號，因此不須受限于 信號產生源而提升其高頻處理能力。總之本發明的指紋檢測電路可以準確的 檢測結果，而且電路簡單、省電、易于實現，有助降低電路成本；此外，其 還可以不受信號源的限制，進而提升其應用范圍。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變 化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種指紋檢測器，用來檢測一使用者的指紋，包含有一信號產生源，用來提供一參考信號；多個檢測單元，根據使用者的指紋而產生多個檢測值；一電阻，耦接于該信號產生源與該檢測單元之間；一電極，耦接至一參考電平；一輸出端，耦接于該檢測單元與該電阻；以及一判斷電路，耦接于該輸出端；其中該電阻、該檢測單元與該電極形成一濾波電路，根據該信號產生源以及該多個檢測值有多個檢測信號在該輸出端產生，并且該判斷電路判斷該檢測信號以產生一判斷結果，用來指示該使用者的指紋。
2. 如權利要求1所述的指紋檢測電路，其中該判斷電路判斷該檢測信 號的峰值或平均能量值以產生該判斷結果，該判斷結果為一直流信號。
3. 如權利要求1所述的指紋檢測電路，還包含有 一模擬數字轉換器，耦接于該判斷電路，用來將該判斷結果轉換成一數字信號。
4. 如權利要求3所述的指紋檢測電路，其中該電阻為一可變電阻，該 模擬數字轉換器包含有一比較器，耦接于該判斷電路，用來將該判斷結果與一參考值作比較， 以產生一指示信號；以及一計數器，耦接于該比較器與該可變電阻，用來根據該指示信號來產生 該數字信號，并且該可變電阻的電阻值受到該數字信號控制。
5. 如權利要求1所述的指紋檢測電路，還包含有一復用器，耦接于該多個檢測單元，用來在該多個檢測單元中選取其中 之一。
6. 如權利要求1所述的指紋檢測電路，其中對信號產生源而言，該濾 波電路為一低通濾波器。
7. —種指纟丈檢測器，用來檢測一使用者的指紋，包含有 一信號產生源，用來提供一參考信號；多個檢測單元，根據使用者的指紋而產生多個檢測值； 一電阻，耦接于該4企測單元與一參考電平之間； 一電極，耦接至該信號產生源； 一輸出端，耦接于該;險測單元與該電阻；以及 一判斷電路，耦接于該輸出端；其中該電阻、該檢測單元與該電極形成一濾波電路，根據該信號產生源 以及該多個檢測值有多個檢測信號在該輸出端產生，并且該判斷電路判斷該 檢測信號以產生一判斷結果，用來指示該使用者的指紋。
8. 如權利要求7所述的指紋檢測電路，其中該判斷電路判斷該檢測信 號的峰值或平均能量值以產生該判斷結果，該判斷結果為一直流信號。
9. 如權利要求7所述的指紋檢測電路，還包含有 一模擬數字轉換器，耦接于該判斷電路，用來將該判斷結果轉換成一數字信號。
10. 如權利要求9所述的指紋檢測電路，其中該電阻為一可變電阻，該 模擬數字轉換器包含有一比較器，耦接于該判斷電路，用來將該判斷結果與一參考值作比較， 以產生一指示信號；以及一計數器，耦接于該比較器與該可變電阻，用來根據該指示信號來產生 該數字信號，并且該可變電阻的電阻值受到該數字信號控制。
11. 如權利要求7所述的指紋檢測電路，還包含有一復用器，耦接于該多個檢測單元，用來在該多個檢測單元中選取其中 之一。
12. 如權利要求7所述的指紋檢測電路，其中對信號產生源而言，該濾 波電路為一高通濾波器。
全文摘要
本發明提供一種指紋檢測器，用來檢測一使用者的指紋，包含有一信號產生源，用來提供一參考信號；多個檢測單元，根據使用者的指紋而產生多個檢測值；一電阻耦接于該信號產生源與該檢測單元之間；一電極耦接至一參考電平；一輸出端耦接于該檢測單元與該電阻；以及一判斷電路，耦接于該輸出端。其中對該信號產生源而言，該電阻、該檢測單元與該電極形成一濾波電路；根據該信號產生源以及該多個檢測值，會有多個檢測信號在該輸出端產生，并且該判斷電路判斷該檢測信號以產生一判斷結果，用來指示該使用者的指紋。
文檔編號G06K9/00GK101344917SQ20071012919
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月13日 優先權日2007年7月13日
發明者楊朝棟, 白洪全, 陳壽芳 申請人:晨星半導體股份有限公司