我有指紋傳感器專(zhuān)利權(quán)，你有安全支付么？

　　2015年9月9日，邁瑞微電子申請(qǐng)的《電容式距離傳感器》(ZL201210403271.2)和《邊沿時(shí)間讀出電路》(ZL201210405080.X)兩個(gè)發(fā)明專(zhuān)利獲得中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的正式授權(quán)。這兩個(gè)專(zhuān)利文件首次披露了“C-Q-T”型電容測(cè)量電路，以及將邊沿發(fā)生時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的讀出電路。

　　“C-Q-T”從物理量轉(zhuǎn)換過(guò)程闡述了間接傳感器的原理：電容量轉(zhuǎn)換為電荷量，將電荷轉(zhuǎn)移積分，以積分電容充滿(mǎn)所花費(fèi)的時(shí)間量作為輸出。為區(qū)別于前三代Passive、Active、RF所基于的經(jīng)典“Any-V”直接傳感器定義，采用了“C-Q-T”這個(gè)符合術(shù)語(yǔ)規(guī)范的名稱(chēng)。

　　圖1，邁瑞微獲得授權(quán)的兩個(gè)原理級(jí)專(zhuān)利授權(quán)書(shū)

　　圖2，符合“大道至簡(jiǎn)”的C-Q-T電路原理圖

　　從誕生時(shí)間和技術(shù)水平發(fā)展程度來(lái)看，將Passive、Active、RF、C-Q-T稱(chēng)為第1、2、3、4代頗為妥帖。第1代假定手指為接地電極，如Egistec;第2代將手指本身作為傳感器部件，通過(guò)導(dǎo)電外框驅(qū)動(dòng)手指電位，如FPC，比第1代提高了對(duì)指紋耦合電容的靈敏度;第3代使用MHz級(jí)頻率的交流信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用同步解調(diào)電路放大帶內(nèi)信號(hào)并抑制帶外噪聲，如Authentec，在第2代基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高信噪比，但也付出了功耗提高、易受干擾、片上布局效率降低的代價(jià);第4代使用截然不同的電路原理，在制程偏差魯棒性、低功耗、電源干擾抑制、布局效率等方面比第3代有大幅度提升，甚至超越了第2代水平，同時(shí)又在傳感方程層面擁有第3代所合乎的所有數(shù)學(xué)特性，所以靈敏度與第3代處于伯仲之間。

　　下圖對(duì)比了第一代Touch ID(5S/6)、第二代Touch ID(6S)和AFS120采集的指紋圖像的面積比例。安裝在同樣大小的Home鍵里，AFS120完勝兩代Touch ID，這就是布局效率優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)。要知道指紋識(shí)別的安全性首先基于指紋數(shù)據(jù)的量，就跟密碼安全性首先取決于密碼長(zhǎng)度一樣。制程偏差魯棒性意味著更高的良率，低功耗就意味著低功耗以及避免對(duì)其他器件造成串?dāng)_，電源干擾抑制能力意味著對(duì)來(lái)自手機(jī)主板的電源串?dāng)_更加健壯，更適合匹配各種不同的手機(jī)主板。

　　圖3，Apple Touch ID 1.0 Apple Touch ID 2.0 Microarray AFS120對(duì)比

　　說(shuō)到專(zhuān)利權(quán)，蘋(píng)果是本領(lǐng)域?qū)＠罄匣⑹侨吮M皆知的事實(shí)，但這位大老虎有多大有多老虎還須仔細(xì)道來(lái)。被蘋(píng)果全資收購(gòu)的Authentec作為第2代技術(shù)理論發(fā)明者Harris的唯一繼承者，以及第三代RF技術(shù)的發(fā)明者，獨(dú)占了第3代技術(shù)的所有專(zhuān)利，還通過(guò)并購(gòu)Upek獲取了大量第2代技術(shù)專(zhuān)利作為原理專(zhuān)利的補(bǔ)充，通過(guò)收購(gòu)Autra獲得了1.5代專(zhuān)利(1代借鑒2代)。蘋(píng)果的專(zhuān)利武器可以隨時(shí)毀滅第3代技術(shù)的跟進(jìn)者，限制第2代廠商不得借鑒第3代技術(shù)，限制第1代廠商甚至不得借鑒1.5代技術(shù)。

　　圖4，Harris/Authentec/Apple的“專(zhuān)利大老虎”US9540526

　　過(guò)猶不及，蘋(píng)果擁有過(guò)多過(guò)強(qiáng)的專(zhuān)利也為自己帶來(lái)了一些限制，即不得濫用壟斷地位。如果蘋(píng)果草率的發(fā)起專(zhuān)利訴訟，很大概率導(dǎo)致來(lái)自反壟斷的干預(yù)，結(jié)果可能使第2代技術(shù)或第3代技術(shù)被認(rèn)定為行業(yè)必要技術(shù)而被強(qiáng)制對(duì)外授權(quán)，對(duì)蘋(píng)果而言得不償失。至于什么時(shí)候能夠“開(kāi)門(mén)放蘋(píng)果”其實(shí)取決于更新更優(yōu)秀的獨(dú)立技術(shù)體系的成熟程度，第4代技術(shù)成熟之日就是蘋(píng)果卸下反壟斷鐐銬之時(shí)。但是，作為新生的理論體系，“C-Q-T”理論自提出日起至今不過(guò)3年，工程實(shí)踐不超過(guò)2年。盡管邁瑞微在2015年初就發(fā)布了勝過(guò)蘋(píng)果第二代Touch ID的AFS120，但畢竟時(shí)日尚淺，出貨量和公共認(rèn)知度還達(dá)不到“行業(yè)普遍應(yīng)用技術(shù)”的水平。隨著邁瑞微的研發(fā)深入和市場(chǎng)步伐的穩(wěn)步推進(jìn)，一方面通過(guò)穿透400um玻璃的可量產(chǎn)Under Glass方案自證超越第3代技術(shù)，另一方面通過(guò)大批的出貨量提高公共認(rèn)知度，那么蘋(píng)果公司就可以無(wú)后顧之憂(yōu)的揮舞起第3代和第2代的專(zhuān)利大棒。

　　在2015年，1、2、3、4代技術(shù)同臺(tái)競(jìng)技，眾說(shuō)紛紜。作為第4代技術(shù)的提出者，在宣傳第4代技術(shù)優(yōu)越性的同時(shí)，不妨順便扒一扒這些虛假宣傳：

　　虛假宣傳1，“3D采集”。把圖像的像素坐標(biāo)作為X,Y分量，把像素灰度作為Z分量，則可將任意灰度圖像圖形化顯示為曲面，這就是所謂“3D”。第1代電容指紋傳感器面世就祭起“光學(xué)2D，電容3D”的口號(hào);第2代為顯示與第1代的區(qū)別，創(chuàng)造了“Passive”和“Active”這個(gè)分類(lèi)法，這時(shí)Passive成了2D，Active才是3D;第3代技術(shù)因使用了MHz頻段的信號(hào)驅(qū)動(dòng)自封“RF”，“電容2D，射頻3D”的宣傳讓不少人至今還以為射頻和電容是不同的東西。謠言止于智者，這個(gè)接力棒沒(méi)有延續(xù)到第4代，卻被高通搶過(guò)去宣布“電容2D，超聲波3D”。

　　圖5，“3D”只是一種二維圖像的圖形化顯示方法而已

　　虛假宣傳2，“真皮采集”。指紋的電學(xué)模型復(fù)雜，在電傳感意義上的“真皮層”指的是可等效為電容電極曲面的電等勢(shì)面。如果表皮潮濕導(dǎo)電率高，那么等勢(shì)面就趨近于表面，反之則趨近于內(nèi)層。電等勢(shì)面總能反映指紋紋理，所以電容式采集指紋紋理較為穩(wěn)定。這個(gè)“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”常用“真皮采集”來(lái)加以解釋?zhuān)鋵?shí)“真皮”只是算作一個(gè)比喻，而非生物學(xué)上的涵義。一些人甚至從“真皮采集”引申出可防假，就有點(diǎn)過(guò)了。

　　圖6，“真皮”只是一個(gè)比喻，“電波”亦非空間傳播

　　虛假宣傳3，“信噪比”。有廠商宣傳Passive信噪比高，Active信噪比低，其實(shí)是因?yàn)樗麄兪軐?zhuān)利限制不能自由的借鑒第2代技術(shù)來(lái)提高性能。要是Passive真好，犯得著摻雜大比例鋇鹽來(lái)提高molding compound的介電常數(shù)到100量級(jí)?極端材料往往具有毒性，這種鋇鹽可和鹽酸反應(yīng)生成氯化鋇，而氯化鋇的致死量是0.8-0.9克，約合4顆芯片的用量。

　　圖7，某1代廠商用參雜高比例鋇鹽的方式來(lái)提高性能

　　虛假宣傳4，“射頻”“電容”雙模采集。只要明白了“射頻”這個(gè)詞的歷史由來(lái)，不妨一笑了之。

　　其實(shí)，不管1、2、3、4代，電容式指紋傳感器只有兩個(gè)外部指標(biāo)是值得關(guān)心的：圖像面積和介質(zhì)穿透能力。指紋傳感器采集的圖像畢竟是用來(lái)識(shí)別的，必須給指紋識(shí)別算法提供充足的原始數(shù)據(jù)信息。再優(yōu)秀的算法只能轉(zhuǎn)換信息，不能捏造信息。有不少供應(yīng)商為更小的指紋傳感器不遺余力的打廣告，但事實(shí)是面積越小硬件技術(shù)越簡(jiǎn)單，做得多小取決于節(jié)操的下限而不是技術(shù)能力的上限。另一個(gè)重要指標(biāo)是介質(zhì)穿透能力。畢竟手指表面也是絕緣介質(zhì)而非良導(dǎo)體，所以傳感器的介質(zhì)穿透能力要有充分的冗余度，以覆蓋保護(hù)材料的電介性偏差和手指的電介性偏差。如果總的介質(zhì)穿透能力不足，或者在制造中用盡沒(méi)有留足夠余量給手指，都是必定失敗的做法。

　　講到這里，邁瑞微擁有指紋傳感器專(zhuān)利權(quán)的所有內(nèi)涵已呼之欲出。專(zhuān)利權(quán)并不只是一個(gè)法律上的符號(hào)，原理級(jí)的專(zhuān)利權(quán)意味著其發(fā)明創(chuàng)造者對(duì)整個(gè)領(lǐng)域可以完全hold住。Authentec一統(tǒng)天下的根基也正在于原理級(jí)專(zhuān)利權(quán)，主要憑借專(zhuān)利訴訟而非商業(yè)成功成長(zhǎng)為壟斷性企業(yè)，所以經(jīng)營(yíng)能力上根基不牢只好抱蘋(píng)果大腿去了。結(jié)合到產(chǎn)業(yè)大背景，以及蘋(píng)果獨(dú)占技術(shù)壁壘的現(xiàn)實(shí)，由中國(guó)大陸內(nèi)資公司持有的開(kāi)創(chuàng)性的原理級(jí)專(zhuān)利權(quán)，還有更多的內(nèi)涵。這也許是希望，也許是火種，也許是一代人真正站起來(lái)，用國(guó)際通行的游戲規(guī)則在正面戰(zhàn)場(chǎng)與跨國(guó)企業(yè)巨頭硬捍的宣誓。

　　現(xiàn)在，我手里有指紋傳感器專(zhuān)利權(quán)，你有安全支付么?