电容指纹传感器:利用电容式固体指纹采集传感器MBF200实现指纹采集系统的设计

2021/11/04 14:35 · 传感器知识资讯 ·  · 电容指纹传感器:利用电容式固体指纹采集传感器MBF200实现指纹采集系统的设计已关闭评论
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电容指纹传感器:利用电容式固体指纹采集传感器MBF200实现指纹采集系统的设计

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电容指纹传感器:指纹传感器

半导体指纹传感器因其制造工艺复杂,单位面积上传感单元多,包含高端的IC设计技术、大规模集成电路制造技术、IC芯片封装技术等,所以半导体指纹传感器几乎全部是由IC技术发达的国家或地区,如美国、欧洲、台湾等地设计、制造的。一颗不足0.5平方厘米的晶片表面集成了个以上的半导体传感单元。内部还包括了自动增益电路和逻辑控制芯片,以及串行、并行、USB等接口电路。半导体指纹传感器的灵敏度高,分辨率也达到了500dpi或以上。其功能已经突破了单一的传感能力,加上软件配合,可以用做全向导航器。半导体指纹传感器正朝小型化方向发展。2004年以前以1平方厘米见方的方型为主,多为滑动式SWIPE芯片。全球最小的滑动式采集芯片只有12x5 mm,是由Authentec最近推出的1610。光学传感器中存在棱镜,其体积较大,一般为半导体的几倍甚至10倍大小,所以限制了其在小型设备上的应用。在类似考勤机、门禁等大设备上使用没有体积限制的问题,但在U盘、移动硬盘、手持设备上使用,体积成了最大的障碍,所以光学指纹传感器也出现了滑动式的
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电容指纹传感器:利用电容式固体指纹采集传感器MBF200实现指纹采集系统的设计  第2张

电容指纹传感器:电容式指纹究竟是什么?原理又是什么?

这是9月25号小米5s的预热海报。确认将使用电容式指纹,想知道这是怎样一个技术,解锁方式具体是怎样的?工作原理又是如何?之前有没有什么手机使用过这个技术?
百度中并没有明确的说明手机上的电容式指纹到底是什么。求大神解读。
指纹识别通常是使用光学式、电容式、温差感应式和超声波式。门禁、派出所登记一般用的都是光学式,耐操。手机用的最多的指纹识别方式是电容式,分辨率各家不同。小米5用的比水果5s用的不知快到哪里去了就是比较。
小米特别喜欢的宣传语言就是把一个很确定的概念再科学化文艺化表达,如不锈钢304之旅,六片光学玻璃镜头,这些梗不胜枚举。听着没什么不对,但总觉得有点高(hu)深(you)。
具体原理移步:
电容式指纹是最常见的指纹识别方案,小米用的是更先进的超声波指纹,所以才会写“除了电容式指纹,还有什么?”
一只哈士奇路过。
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指纹是手指上的皮肤纹路,它具有可靠的稳定性与唯一性。稳定性体现在你没法将你的指纹改变成另一个样子。唯一性则是你很难找到两个人指纹特征完全一致。所以指纹是一种非常可靠的身份识别特征。
地球人很早就发现了这一点。据说战国末年的著作,湖北省云梦睡虎地出土的秦简记录了"内中及穴中外壤上有膝,手迹,膝,手各六处。"这表明秦代司法人员已将"手迹"作为现场堪查的重要证据之一。不过对于大多数人而言,指纹的应用仍然以按手印最为直观。在契约书券上按上指印,留下一个独一无二的个人印记。
纸张和墨水也许可以被称为最早的指纹图像采集设备。当手指按在纸上,沾在指纹的嵴上的墨水距离纸近,会沾在纸上,而沟中的墨水距离纸远则不会。但是显然,这种方式是如此的原始以至于显得有点滑稽。尽管如此,我们从一开始就是将指纹图像转化为手指上每个点距离纸张的距离来处理指纹的。
对于人眼来看,按出来的手印是一张布满纹路的图画,人眼可以比较纹路的形状。但是很显然,这并不够方便,因为指纹的比对是一个非常费力且没啥作用的工作。相比于现代传感器,纸张不够平滑,塞进指纹沟里的纤维会把沟印成嵴。同时,人眼对纹路的辨认性能也比较糟糕。
地球人需要传感器。
传感器是将不易识别处理的非电学量转换为易于识别处理的电学量的设备。而对与指纹传感器,传感器测量的其实是距离。如下图所示,传感器在指纹上独立的取点,并且测量点到传感器的距离。有的点落在指纹的嵴上,有的落在沟里。落在嵴上的距离短,落在沟里的距离长。反过来根据测得距离的长短就能得到指纹的形状。
这些点距离传感器表面的距离反映了这些点的位置。如果取点取得少,恐怕并不能很好的获取指纹的图像。每一个检测的点被称为一个像素,单位面积上的像素点数量被称为分辨率。换句话说,像素越多,我们得到的指纹的细节就越多。为了在手指大小的传感器上得到足够的信息,我们需要尽可能的提高传感器的分辨率。分辨率越高,传感器对指纹的识别精度也就越高。通过这样的方法,我们得到了可靠的指纹图像。
这是地球人设计指纹传感器的基本思路,将指纹图像的识别转换为指纹上许多个点的距离测量。我们有很多种指纹传感器,他们的区别只在于采取什么样的方式来检测采样点到指纹表面的距离。
地球人开发出使用不同的设备取像的方式。粗略的分有光学设备取像、晶体传感器取像和超声波取像。
光学设备取像是利用光的全反射原理(FTIR),并使用CCD器件来获得指纹的图像,其优点是图像效果较好,器件本身耐磨损,但缺点是成本高和体积大。
晶体指纹传感器分为电容式和压感式,用它获取的图像质量比较好,且可以采用自动获取控制(AGC)技术和软件调整的方法来改善增益的图像质量,晶体传感器的体积和功耗都比较小,成本也比光学设备低廉,只有耐磨损方面略逊。
超声波取像是一种新兴的指纹提取手段,它直接用超声波扫描真皮组织,通过回波检测距离。因此,积累在皮肤上的脏物和油脂对超声波获得的图像的影响不大,但器件成本较高。
题主问的电容传感器是晶体传感器的一种。这一类传感器不仅被应用于指纹识别,老式的智能手机的触屏也通过电容式传感器来实现。
在讨论电容式传感器之前,我们需要回顾一下平板式电容器的样子。两个平行排布,距离为d的极板,极板间充满了某种相对介电常数为电介质,这样就构成了一个经典的平板电容器。此时,两极板间的电容为
对于电容式指纹传感器,运用的原理就是这平板电容器的电容公式。在传感器上有无数面积S相同的小的电容器极板,当你的手指贴上传感器,皮肤表面与传感器上的电容器极板一一匹配。无数的平板电容器出现了,他们各有各的电容值,量级在几百pF。而这个电容值仅仅取决于传感器上的极板到指纹表明的距离d。贴在指纹嵴上的电容距离小而电容大,贴在沟上的电容器距离大而电容小。此时,传感器将给所有的电容充电,所有的电容都被充到一个预先设计好的电压值。然后开始用标准放电电流进行放电。处于指纹的嵴下的像素(电容量高)放电较慢,而处于指纹的沟下的像素(电容量低)放电较快。这种不同的放电率可通过采样保持电路检测并转换成一个8位输出,这种检测方法对指纹嵴和沟具有较高的敏感性,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。
在整个过程中,指纹图像被转化为一个含有大量距离数据的矩阵,距离数据的不同对应着电容值的差异,相互差异电容则在充到相同电压后的放电过程中给出相互差异的放电速率。
每一本传感器的教科书上都有这样的一句话:
传感器是一种将非电学量转换为电学量的设备。它将难以感知与处理的非电学量转换为易于处理的电学量,并将其放大到足以识别的程度。传感器老师在讲课的时候布置了一个让我现在都心有余悸的作业——去图书馆找十本中英文的传感器教材——读完——写摘要——每本都要。所以别问我为什么知道每本教科书里都有这句话以及为什么黑眼圈这么重。电容指纹传感器:利用电容式固体指纹采集传感器MBF200实现指纹采集系统的设计  第3张

电容指纹传感器:电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法


Int.CI?
?
权利要求说明书
说明书
幅图
?

54
)发明名称
?
?
电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法
?

57
)摘要
?
?
本发明提供一种电容式的指纹传感器封装
结构及封装的方法,电容式的指纹传感器封装结
构包括:独立封装的芯片;指纹感应元件,设置
在所述芯片上方且与所述芯片电连接;基板,设
置在所述芯片下方,所述基板与所述指纹感应元
件通过锡球电连接,且所述基板通过锡球和所述
指纹感应元件与所述芯片电连接。根据本发明的
电容式的指纹传感器封装结构及封装的方法,通
?

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