新型電容式指紋傳感器
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傳感器FPS110，具有體積小、成本低、功耗少和成像清晰等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣泛的應(yīng)用。文章給出了FPS110的各引腳功能和電氣特性。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201612/333191.htm傳感器 AFIS A/D轉(zhuǎn)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(gè)人身份識(shí)別的一種有效手段。將某人的指紋采集下輸入計(jì)算機(jī)是進(jìn)行自動(dòng)指紋識(shí)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(fèi)工費(fèi)時(shí)且不可靠，不適合用于AFIS。另一類方法是利用設(shè)備取像，這種方法又分為光學(xué)設(shè)備取像、晶體傳感器取像和超聲波取像。
光學(xué)設(shè)備取像是利用光的全反射原理（FTIR），并使用CCD器件來(lái)獲得指紋的圖像，其優(yōu)點(diǎn)是圖像效果較好，器件本身耐磨損，但缺點(diǎn)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(zhì)量比較好，且可以采用自動(dòng)獲取控制（AGC）技術(shù)和軟件調(diào)整的方法來(lái)改善增益的圖像質(zhì)量，晶體傳感器的體積和功耗都比較小，成本也比光學(xué)設(shè)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(duì)超聲波獲得的圖像的影響不大，但器件成本較高，目前還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品在市場(chǎng)上出現(xiàn)。本文主要介紹美國(guó)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(yàn)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(lái)的，目前在國(guó)際晶體指紋傳感器市場(chǎng)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(gè)電容器，其外面是絕緣表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，由皮膚來(lái)組成電容陣列的另一面。電容器的電容值由于導(dǎo)體間的距離而降低，這里指的是脊（近的）和谷（遠(yuǎn)的）相對(duì)于另一極之間的距離。通過(guò)讀取充、放電之后的電容差值，來(lái)獲取指紋圖像。該傳感器的生產(chǎn)采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)，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(nèi)置有8位高速A/D轉(zhuǎn)換器，可直接輸出8位灰度圖像。FPS110指紋傳感器整個(gè)芯片的功耗很低（<200mw），價(jià)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(gè)采樣一保持電路，一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)放電前電容兩端的電壓，另一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)放電后電容兩端的電壓。
兩個(gè)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(guò)調(diào)整放電時(shí)間和放電電流來(lái)校正，而對(duì)放電時(shí)間和放電電流的修改又可以通過(guò)讀寫傳感器內(nèi)部的放電電流寄存器（DCR）和放電時(shí)間寄存器（DTR）來(lái)進(jìn)行。傳感器陣列數(shù)據(jù)讀出是以行為單位的，一行300個(gè)圖象數(shù)據(jù)被同時(shí)讀出?？梢酝ㄟ^(guò)編程來(lái)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，這就需要通過(guò)編程來(lái)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(gè)讀出每個(gè)單元的模擬量，并送到內(nèi)置的8位A/D器件進(jìn)行處理。圖3所示為FPS110的功能結(jié)構(gòu)框圖。
3 FPS110傳感器的引腳功能
FPS110共有80個(gè)引腳，其中只使用40個(gè)，各管腳的功能如表1所列。
表1 FPS110管腳功能分析
| 序 號(hào) | 名 稱 | 類 型 | 說(shuō) 明 |
| 34～37 | A3～A0 | 輸入 | 地址輸入，根據(jù)不地址，讀出不同寄存器 |
| 38 | CE1 | 輸入 | 傳感器使能，低電平有效 |
| 39 | CE2 | 輸入 | 傳感器使能，高電平有效 |
| 40 | RD | 輸入 | 讀信號(hào)使能，低電平有效，讀取內(nèi)部寄存器，必須RD為低，WR為高 |
| 14 | WR | 輸入 | 寫信號(hào)使能，低電平效，寫入內(nèi)部寄存器，必須WR為低 |
| 18～27 | D7D0 | 雙向 | 數(shù)據(jù)讀寫通道 |
| 32 | CLKOUT | 輸出 | 內(nèi)部晶振時(shí)鐘輸出 |
| 31 | ENCLK | 輸入 | 晶振時(shí)鐘輸出命名能，高電平有效 |
| 15～14 | LED1LED2 | 輸出 | 驅(qū)動(dòng)外部LED設(shè)備 |
| 3 | SETCUR | 輸入 | 設(shè)置放電電流，該管腳與地之間必須接入270kΩ～680kΩ的電阻 |
| 13 | TEST | 輸入 | 保留，未使用 |
| 20，33 | VDD | 電源 | 提供模擬電源 |
| 1 | VDDA | 電源 | 提供模擬電源 |
| 16，23，28 | VSS | 接地 | 數(shù)字接地 |
| 4，5 | VSSA | 接地 | 模擬接地 |
| 29 | XTAL1 | 輸入 | 使用外部晶振時(shí)，需要把其輸出與該管腳相連 |
| 30 | XTAL2 | 輸出 | 內(nèi)部晶振的輸出 |
4 結(jié)束語(yǔ)
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(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于任何需要安全性認(rèn)證的領(lǐng)域，如銀行、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、指紋門禁、指紋考勤等許多方面，這無(wú)疑將取代原有的識(shí)別技術(shù)而成為二十一世紀(jì)識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展趨勢(shì)，因而在各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和無(wú)比巨大的市場(chǎng)潛力。FPS110的使用開發(fā)也很便捷，筆者自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)指紋識(shí)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(shè)備，取得了良好的效果。
評(píng)論