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CN1290383A - 具有增益控制特性的指纹检测器及其相关方法 - Google Patents

具有增益控制特性的指纹检测器及其相关方法 Download PDF

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CN1290383A
CN1290383A CN98806249A CN98806249A CN1290383A CN 1290383 A CN1290383 A CN 1290383A CN 98806249 A CN98806249 A CN 98806249A CN 98806249 A CN98806249 A CN 98806249A CN 1290383 A CN1290383 A CN 1290383A
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戴尔·R·赛特拉克
约翰·科尼特
布莱恩·基戈尔
达尔·威廉斯
戴维·C·格保尔
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Abstract

一种指纹检测器包括一个指纹检测元件阵列;具有可控制范围的多个模数(A/D)转换器;用于对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A/D转换的一个扫描器;和用于根据先前的A/D转换结果控制所说A/D转换器的范围从而提高转换分辨率的一个范围确定和设置电路。使用多个A/D转换器同时转换来自相应的多个指纹检测元件的模拟信号。所说A/D转换器可以包括至少一个基准电压输入端,用于设置第一和第二范围点。所说范围标尺确定和设置电路根据先前的A/D转换结果产生一条频率曲线。

Description

具有增益控制特性的指纹检测器及其相关方法
本发明涉及个人识别和验证领域，更具体地说，本发明涉及指纹检测和处理领域。
指纹检测和比较技术是一种可靠而且被广泛应用的个人识别或验证技术。具体地说，普通的指纹识别方法包括扫描指纹取样或指纹图象，并保存所说图象和／或该指纹图象的独特特征。例如为了验证身份，可以将指纹取样的特征与已经记录在数据库中的参照指纹信息进行比较，以判定正确的人员身份。
一般的电子指纹检测器基于用可见光、红外光或超声波辐照手指表面。利用例如某种摄像机采集反射能量，对所得图象进行帧化、数字化处理，并以静止数字图象形式保存。美国专利说明书US-4210899中公开了与安全访问应用，例如许可一个人进入一个地点或允许进入一台计算机终端，的中央处理工作站配合使用的一种光学扫描指纹读取器。美国专利说明书US-4525859中也公开了用于摄取指纹图象的一种视频摄像机，并使用指纹中的小花纹，即指纹纹脊的分叉和末端来判断是否与参照指纹数据库匹配。
但是，光学检测方法会受到染污手指的影响，或者光学检测器可能会被指纹照片或印制图象而不是真实的活体指纹蒙骗。此外，光学检测方案可能需要在手指接触表面与相应的成象元件之间有较大的间隔。另外，这种检测器一般要求精确对准和光束的复杂扫描。
美国专利说明书US-4353056公开了另一种检测活体指纹的方法。具体地说，该专利公开了设置在与该装置检测表面平行的一个平面中的极小电容器的一个阵列。当一个手指触摸检测表面并使该表面变形时，这些串联连接的电容器的电压分布会发生变化。然后利用多重通道技术确定每个电容器上的电压。但是，检测器所使用的弹性材料存在长期稳定性的问题。
美国专利US-5325442中公开了一种包括多个检测电极的指纹检测器。通过为每一个检测电极提供一个相关的开关装置可以实现这些检测电极的灵敏寻址。每个检测电极与手指表面的对应覆盖部分有效地形成一个电容器，而所说手指表面为地电位。检测器可以利用半导体晶片和集成电路技术制作。放置手指的介电材料可以由氮化硅或聚酰亚胺制成，这些材料可以在检测电极阵列之上形成一个连续的覆层。
但是，由于相邻的电极彼此相互影响，驱动密集排列的检测电极阵列可能是很困难的。这种检测器存在的另一个难点可能是，当皮肤和任何杂质的导电率可能会因人而极大地不同，甚至在一个指纹范围内也会存在差异时。它区分指纹纹脊和纹谷的能力。美国专利说明书US-4811414公开了对光学生成的指纹图象进行噪声平均、辐照均衡、定向滤光、曲率校正、和标度校正的多种方法。
本发明包括一种指纹检测器，该检测器包括一个指纹检测元件阵列、具有可控制范围并且用于将从指纹检测元件阵列输出的模拟信号转换为在所说范围内的数字信号的模数(A／D)转换装置、用于操作所说A／D转换装置和所说指纹检测元件阵列以对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A／D转换的扫描装置、用于根据先前的A／D转换结果控制所说A／D转换装置范围从而提高转换分辨率的范围确定和设置装置，其中所说A／D转换装置包括多个A／D转换器，用于同时将相应的多个指纹检测元件输出的模拟信号进行转换。
本发明还包括用于操作一种指纹检测器的一种方法，所说检测器包括一个指纹检测元件阵列，该方法包括以下步骤：
利用至少一个具有可控制范围的A／D转换器将从所说指纹检测元件阵列输出的模拟信号转换为数字信号；
对所说指纹检测元件阵列中预定元件顺序进行A／D转换；并根据先前的A／D转换结果确定和控制所说至少一个A／D转换器的范围，从而提高转换分辨率，其中所说至少一个A／D转换器的范围可以基于至少一个基准电压进行控制；所说确定和控制范围的步骤包括控制所说至少一个基准电压。
本发明的一个目的是提供一种指纹检测器和相关的方法，从而所说指纹检测器能够适应例如图象信号强度的变化，例如不同手指之间，以及不同的检测条件造成的变化，或者由于制造工艺产生的偏差引起的强度变化。
通常，一个指纹检测器包括一个指纹检测元件阵列、具有可控制范围的模数(A／D)转换装置、用于对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A／D转换的扫描装置、用于根据先前的A／D转换结果控制所说A／D转换装置范围从而提高转换分辨率的范围确定和设置装置。尽管被检测手指、检测条件可能发生变化，或者制造工艺会产生偏差，但是仍然能够提高转换分辨率。
在一个实施例中，可取的是，所说A／D转换装置包括多个或一组A／D转换器，用于同时转换从相应的多个指纹检测元件输出的模拟信号。通过动态使用所说A／D转换器的整个分辨率范围，可以显著提高检测精确度。
所说A／D转换装置可以包括至少一个基准电压输入端，以便设定所说范围。因此，所说范围确定和设置装置可以包括一个处理器，和连接在所说处理器与所说至少一个基准电压输入端之间的至少一个数模转换器。具体地说，所说A／D转换器一般包括用于设定相应的第一和第二范围点从而限定所说范围的一个第一基准电压输入端和一个第二基准电压输入端。此外，或者与此同时，所说A／D转换装置可以包括具有可控制增益以便能够设定所说范围的至少一个放大器。
所说范围确定和设置装置可以包括频率曲线(histogram)产生装置，用于根据先前的A／D转换结果产生频率曲线。此外，所说范围确定和设置装置可以包括默认值设置装置，用于为所说指纹检测元件初始化设置默认范围。
每个指纹检测元件可以由一个电场检测电极和一个与之相关的放大器构成。每个电场检测电极还可以配置一个屏蔽电极，并且所说屏蔽电极与相应的放大器相连。
本发明的一种方法涉及操作一种指纹检测器，所说指纹检测器包括一个指纹检测元件阵列。可取的是，该方法包括以下步骤：利用具有可控制范围的A／D转换器将所说指纹检测元件阵列输出的模拟信号转换为数字信号；对所说指纹检测元件阵列中预定元件顺序地执行A／D转换；和根据先前的A／D转换结果控制所说A／D转换器的范围以提高转换分辨率。
现在参照附图以举例方式介绍本发明，在所说附图中：
图1为一个指纹检测器的俯视平面图；
图2为图1所示指纹检测器的电路部分的示意图；
图3为图1所示指纹检测器电路部分的大比例放大俯视平面图；
图4为图1所示指纹检测器的另一个电路部分的示意图；
图5为图1所示指纹检测器局部的大比例放大侧面剖视图；
图6为指纹检测器的另一个实施例的局部大比例放大侧面剖视图；
图7为图1所示指纹检测器另一个局部的大比例放大侧面剖视图；
图8为图1所示指纹检测器的再一个电路部分的方框示意图；
图9为图8所示电路的一部分的电路示意图；
图10为图1所示指纹检测器的又一个电路部分的方框示意图；
图11为图10所示电路部分的另一个实施例的方框示意图；
图12为图1所示指纹检测器的附加电路部分的方框示意图；
图13为图12所示电路部分的另一个实施例的方框示意图。
图1-3表示一个指纹检测器30，该检测器包括一个外壳或包装51、设置在形成手指放置表面的所说外壳上表面上的一个介电层52、和多个输出管脚(未示出)。围绕在所说介电层52周边的一个第一导电条或外部电极54、和一个第二外部电极53形成手指79的接触电极。所说检测器30可以在根据所说外壳内执行的处理级别确定的精密标准范围内产生输出信号。
所说检测器30包括以最好是如图3所示阵列形式排列的多个分立的象素或检测元件30a。这些元件相对较小，所以能够检测到一般指纹的纹脊59和其间的纹谷60。由电场检测器30读取的活体指纹比光学检测更为可靠，因为一种纹脊和纹谷图案的手指皮肤的阻抗是极难模仿的。相反，光学检测器可能容易被例如指纹照片或其它类似图象蒙骗。
所说检测器30包括一个基板65、和形成在其上的一个或多个有源半导体器件，例如图中示意性表示的放大器73。一个第一金属层66将所说的有源半导体器件相互连接起来。在所说第一金属层66之上设置有一个第二或地电位面电极层68，并由一个介电层67隔开。一个第三金属层71设置在另一介电层70之上。所说第一外部电极54与一个激励驱动放大器74相连，而所说激励放大器以通常在大约1kHz至1MHz范围内的信号激励手指79。因此，所说驱动或激励电路相对较为简单，检测器30的总成本可以相对较低，而可靠性提高了。
在介电层70之上设置有圆形电场检测电极78。所说检测电极78可以与检测集成电路，例如如图所示形成在基板65附近的放大器73相连。
一个环形屏蔽电极80以间隔关系环绕着所说检测电极78。所说检测电极78及其环绕屏蔽电极80可以具有其它形状，例如六角形，以便于象素或检测元件30a密集配置或排列。所说屏蔽电极80是有源屏蔽，它是由所说放大器73的输出信号的一部分驱动的，以帮助聚焦电场能量，进而较少需要驱动相邻的电场检测电极78。
所说检测器30只包括三层金属或导电层66、68和71。所说检测器30无需其它金属层就可以制成，否则附加金属层会增加制造成本，而且还可能降低产量。因此，所说检测器30成本较为低廉，而且可以比包括四层或更多层金属层的检测器更加坚固和可靠。
所说放大器73可以以大于1的增益工作以驱动所说屏蔽电极80。稳定性问题不会对放大器73的工作产生负面影响。此外，大大增强了共模和广义噪声抑制。另外，增益大于1使得能够无需检测电极78就可以聚焦电场。
所说检测元件30a的工作电流非常小，而阻抗非常高。例如，每个检测电极78的输出信号最好为大约5至10毫伏，以减少噪声的影响和有利于进一步处理信号。每个检测元件30a的适合直径，如由所说屏蔽电极80的外径尺度所限定的，可以为大约0．002至0．005英寸。地电位面电极68保护有源电路元件不受有害激励的影响。电极78、80与所说有源电路之间的各种信号传输导体能够很容易地构成。
可取的是，所说检测器30的总接触或检测表面大约为0．5乘0．5英寸，这个尺寸较为容易制造，而且仍然具有对于精确检测指纹和识别来说足够大的表面。根据本发明制成的这种检测器30还允许有故障象素或检测元件30a。典型的检测器30包括大约256乘256个象素或检测元件的阵列，尽管根据本发明检测器可以具有其它阵列尺寸。所说检测器30还可以采用常规的半导体制造技术一次成型，从而大大降低制造成本。
图4表示检测器30的另一方面。所说检测器可以包括电源控制装置，用于当检测到手指与所说第一外部电极54接触时控制有源电路部分100的操作，所说检测结果由检测方框或电路101确定。例如，所说手指检测电路101可以在检测到一个振荡器的阻抗发生变化时开始工作，从而确定手指接触。当然，本发明还可以采用其它检测手指接触的方法。所说电源控制装置可以包括仅仅当检测到手指与所说第一外部电极接触时才接通有源电路部分的启动装置，从而节省电源能量。此外或者与此同时，所说电源控制装置还可以包括保护装置，用于当没有检测到手指与所说第一外部电极接触时使有源电路部分接地。图中表示了将启动装置和保护控制器电路101结合在一起的形式。
此外，所说指纹检测器30还包括手指电荷放电装置，用于当手指或其它物体与其接触时将其上的电荷放电。所说手指电荷放电装置可以由手指接触的外壳部分51充当的第二外部电极53，和连接在所说第二外部电极与地电位之间的电荷放电电阻器104构成。如在图4右上部分中示意性表示的，所说第二电极还可以由与所说外壳51滑动连接的一个可移动导电盖53’构成，所说导电盖用于遮盖暴露的上部介电层52的开口。本发明还可以采用利用枢轴连接的顶盖。因此，在正常条件下，当顶盖53’移动露出所说检测器30的检测部分时，已将手指上的电荷放电。
所说手指电荷放电装置和电源控制装置可以这样设置，使得在接通有源电路部分之前，而且在所说电荷放电装置能够消除手指上的电荷之前，所说有源电路部分始终保持接地，例如通过在启动过程中有一个足以使电荷经由电阻器104完成放电的短暂的延迟。因此，可以节省检测器30的电源能量，并且使检测器具有静电放电保护功能，从而所说检测器成本相对较低，而且坚固耐用，节省电源。
图5表示检测器30的另一个方面。所说介电覆层52包括一个Z-轴各向异性介电层110，用于如图中电场线所示将电场聚焦在每个电场检测电极78处。换句话说，所说介电层110可以相对较厚，但是因为这种材料具有沿Z-轴的各向异性特性，所以电场在其中传播时不会造成散焦。通常在电场聚焦和机械保护之间会采取权衡措施。但是，对于聚焦来说比较可取的薄膜却更容易使下面的电路遭受损坏。
本发明的Z-轴各向异性介电层110的厚度可以在例如大约0．0001至0．004英寸范围内。当然，所说Z-轴各向异性介电层110最好还具有化学防腐蚀性和较高的机械强度，以能够承受手指的接触，和允许定期用化学溶剂进行清洗。可取的是，所说Z-轴各向异性介电层110形成所说集成电路芯片120的最外层保护面。因此，总的介电覆层52在所说集成电路芯片120之上和所说Z-轴各向异性介电层110之下还可以包括至少一层相对较薄的氧化物、氮化物、碳化物或金刚石层111。所说薄层111通常较硬，因而需要所说Z-轴各向异性介电层110较软，从而吸收更多的机械作用力。
所说Z-轴各向异性介电层110可以由硫化基片中的多种定向介电粒子构成。例如，所说Z-轴各向异性介电层110可以包含聚酰亚胺基质中的钛酸钡。
图6表示了利用多个与相应电场检测电极78对齐的高绝缘部分112，和较低绝缘部分113的环绕基质构成的另一种Z-轴介电覆层52’。介电覆层52’的这个实施例可以由多种方式实现，例如通过形成所说高绝缘部分或低绝缘部分的覆层，有选择地进行蚀刻，并用相反特性的材料填充开口。另一种方法可以是使用可极化微体，并且在硫化基片材料过程中将它们放置在电场中。可以压缩一种材料以产生Z-轴各向异性特性。
本发明的另一方面涉及能够完全覆盖和保护所说集成电路芯片120的整个上表面，而且可以与外部设备连接和通信，下面参照图7进一步详细介绍。可取的是，所说第三金属层71(图2)还包括多个电容性连接焊点116a-118a，用于与所说集成电路芯片120电容性连接。因此，可取的是，所说介电覆层52连续覆盖在所说电容性连接焊点116a-118a和象素30a(图1)的电场检测电极78阵列上。与本发明技术方案显著不同的是，人们已知通过外覆层的开口实现与焊点的电连接。但是，这些开口会形成水和／或其它污染物的通道，使之与芯片接触并造成损坏。
在外壳51的一部分上包括一个印刷电路板122，其上带有相应的焊点115b-118b。一个电源调制电路124与焊点115b-116b连接，而一个信号调制电路126如图所示与焊点117b-118b连接。电源和信号都很容易连接在印刷电路板122和集成电路芯片120之间，此外还利用了图示的电源解调／调整电路127和信号解调电路128。所说Z-轴各向异性介电层110还能够有效地减少相邻电容性连接焊点之间的串扰。本发明的这个实施例30没有穿透介电覆层52，从而湿气无法进入和损坏集成电路芯片120。此外，在集成电路与外部环境之间形成其它绝缘标准。
在检测器30中，所说外壳51包括与电场检测电极78阵列(图1-3)正对的一个开口。除了所述的指纹检测器30，所说的电容性连接和Z-轴各向异性覆层110还可以应用于除了图示指纹检测器30以外的许多其它用途，特别是需要用连续薄膜覆盖集成电路120和焊点116a-118a的上表面的场合。
现在参照图8和图9介绍本发明的阻抗矩阵滤波方面。在图8中，可以认为所说指纹检测器30由一个指纹检测元件130阵列和用于产生与指纹图象相关信号的相应有源电路131构成。所述检测器30还包括与所说有源电路相连用于对其输出信号进行滤波的一个阻抗矩阵135。
所说阻抗矩阵135包括多个阻抗元件136，各个阻抗元件可以连接在各个指纹检测元件的有源电路，如中央节点138所示，与其它有源电路(外侧节点140)之间。所说阻抗矩阵135还包括多个开关137，各个开关分别与每个阻抗元件136串联连接。可以通过图示开关142及其相应的阻抗元件143向中央节点138施加一个输入信号。所说阻抗元件可以如图所示由一个或多个电阻器，和一个电容器134构成。
滤波器控制装置可以操纵开关137对有源电路131产生的信号进行处理。在一个实施例中，所说指纹检测元件130可以是电场检测电极78，所说有源电路131可以是放大器73(图2)。
可以设置纹脊走向判定装置145以有选择地操纵矩阵135的开关137判断指纹图象的纹脊走向。更具体地说，所说纹脊走向判定装置145可以有选择地操纵所说开关137判断与指纹图象的纹脊走向相关的信号强度矢量。
所说检测器30可以包括与所说纹脊走向判定装置145配合工作用于确定所说指纹图象的纹心位置的纹心位置确定装置146。纹心位置在例如析取和处理指纹图象的小花纹时是很有用的。
在图8中，设置了一个数字化滤波器150，用于有选择地操纵开关137将灰度指纹图象转换为一个数字指纹图象。考虑另一种方式，可以利用所说阻抗矩阵135增强动态图象对比度。此外，可以很容易地采用一个边沿平滑滤波器155改善图象质量。如图所示，还可以包括其它空间滤波器152，利用所说阻抗矩阵135有选择地控制所说开关137对所说指纹图象进行空间滤波。因此，可以在检测器30执行指纹图象的处理，从而减少下游设备的计算量。
图9表示所说阻抗矩阵135，所说阻抗矩阵包括多个阻抗元件，各个阻抗元件136可以连接在给定指纹检测元件130的各个有源电路与相邻指纹检测元件的另外8个有源电路之间。
所说控制装置153顺序接通各组有源电路131以节省电源能量。当然，各个阻抗元件136也需要顺序相连以执行滤波功能。可以认为接通电源的有源电路131构成了核心部分。电源控制装置153可以以自适应方式工作，从而用于滤波的面积大小是动态变化的。此外，所说电源控制装置153还可以只接通对应于检测元件130阵列的预定区域的某些有源电路。
可以设置阅读器控制装置154以便仅仅读取每组有源电路131中预定的子组，从而来自相邻有源电路的贡献只用于滤波。换句话说，尽管相邻的有源电路131和相关的阻抗元件136也接通电源，并且分别相连，但是通常只会同时读取一个子组的有源电路131。例如，16个阻抗元件136可以形成一个子组，并且容易同时读取。子组大小可以根据所需判定的特征的不同尺寸最佳化。
因此，检测元件130的阵列可以快速读取，而且电源消耗大大减少，因为读取给定组的有源电路不需要将所有的有源电路131都接通电源。对于一个典型的检测器，这里所述的电源控制装置和阻抗矩阵特征的结合使得与为整个阵列供电相比可以节省1／10的电源能量。
这种指纹检测器30的另一个优点是能够防止对于检测器的电子欺骗或欺诈，不会将一个假图象错误地处理为一个活体指纹图象。而例如光学检测器就可能被使用带有指纹图象的纸张欺骗或蒙骗。这种指纹检测器30的电场检测方式通过利用手指的复数阻抗提供了一种避免电子欺骗的有效方法。
如图10所示，可以认为所说指纹检测器30包括一个阻抗检测元件160阵列，用以产生与一个手指79或其它与其相邻放置物体相关的信号。在这里所述的实施例中，所说阻抗检测元件160由电场检测电极78和与其相关的放大器73(图2)构成。此外，防护屏蔽电极80可以与每个电场检测电极78相关，并且与对应的放大器73相连。设置欺骗减少装置161用于判断放置在阻抗检测元件160阵列附近的物体阻抗是否对应于一个活体手指79，从而减少不是活体手指的其它物体对于指纹检测器的欺骗。可以利用如图所示的指示灯163指示欺骗的发生和／或阻断进一步处理。或者，还可以利用指示灯164指示确定为活体指纹的结果，和／或允许进一步处理指纹图象。
在一个实施例中，所说欺骗减少装置161可以包括阻抗确定装置165，以检测相位角在大约10至60度范围内的复数阻抗相应于一个活体手指79。或者，所说欺骗减少装置161可以检测相位角大约为0度的阻抗相应于并非活体手指的某种物体，例如其上印有图象的纸张。此外，所说欺骗减少装置161可以检测相位角为90度的阻抗相应于其它物体。
现在参照图11，解释欺骗减少装置的另一个实施例。可取的是，所说指纹检测器30可以包括用于驱动阻抗检测元件160阵列的驱动装置，例如图示的激励放大器74(图2)。所说检测器还包括同步解调装置170用于同步解调从阻抗检测元件160阵列输出的信号。因此，在本发明的一个特别优选的实施例中，所说欺骗减少装置包括用于在至少一个预定相位转动角控制所说同步解调装置170的装置。例如，所说同步解调装置170可以在大约10至60度的范围内工作，将所得相位角量值与指示活体指纹的一个预定阈值比较。活体指纹一般具有相位角在10至60度范围内的复数阻抗。
或者，可以设置比值产生和比较装置172，用于与所说同步解调装置170配合，在第一和第二相位角θ1、θ2同步解调信号，产生所说信号的幅角比值，并将所说幅角比值与一个预定阈值比较，以判断所检测物体是否是一个活体指纹或是其它物体。因此，所说同步解调器170可以很容易地用于产生减少利用不是活体手指的一个物体对于检测器30的欺骗所需的阻抗信息。第一相位角θ1与第二相位角θ2可以具有例如在大约45至90度范围内的差值。
所说指纹检测器30还包括一种自动增益控制特征，以考虑由不同的手指或在不同条件下所产生的图象信号强度的差异，而且还考虑由于程序变化所引起的检测器的差异。精确地产生指纹图象是重要的，这样检测器可以区别指纹的纹脊和纹谷。因此，所说检测器30包括一种增益控制特征，参照图2可以理解其第一实施例。
如图12所示，指纹检测器30的图示部分包括由所说电场检测电极78和与所说放大器73相连的环绕屏蔽电极80构成的一个指纹检测元件阵列。由于采用了下述的自动增益控制，还可以应用其它指纹检测元件。
如图所示，所说检测器30的信号处理电路包括多个模数(A／D)转换器180。此外，这些A／D转换器180中的每一个都可以包括一个可控制标尺。扫描装置182顺序地将不同元件连接到这组A／D转换器180。图示的增益处理器185包括范围确定和设定装置，用于根据先前的A／D转换控制A／D转换器180的增益范围，从而提高转换分辨率。所说A／D转换器180可以包括图示的基准电压输入端Vref和补偿电压输入端Voffset，以便设置所说范围。因此，所说范围确定和设置装置还可以包括连接在所说增益处理器185与所说A／D转换器180的基准电压输入端Vref之间的一个第一数模(D／A)转换器186。此外，如图所示在所说增益处理器185与所说补偿电压输入端Voffset之间还连接有一个第二D／A转换器189。
所说增益处理器185还包括频率曲线产生装置，用于如上所述根据先前的A／D转换生成频率曲线。图12中位于所说增益处理器185附近的曲线图表示典型的频率曲线图191。所说频率曲线图191包括对应于检测到的指纹纹脊和纹谷的两个峰值。通过设定所说A／D转换器180的范围，可以按照要求容易地确定各个峰值的位置，从而将上述变化考虑在内，并且利用所说A／D转换器180的全部分辨率。
如图13所示，所说A／D转换器180可以包括一个相应的输入放大器，以便设定所说范围。在这个变型实施例中，所说范围确定和设定装置还可以包括图示的增益处理器185，其中所说放大器是与所说处理器相连的一个可编程增益放大器(PGA)187。从所说增益处理器185输出的一个数字字设定所说PGA187的增益，从而能够在高精度下充分利用所说A／D转换器180的分辨率。从所说增益处理器185输出并通过所示D／A转换器192传输到所说放大器187的一个第二数字字也可以控制放大器的补偿电压。
所说增益处理器185的范围确定和设定装置可以包括默认值设定装置，用于为初始的指纹检测元件设定一个默认值范围。本发明的自动增益控制特征使得所说D／A转换器180能够在它们的完全分辨率范围内工作，从而提高图象信号处理的精度。
一种指纹检测器包括一个指纹检测元件阵列；具有可控制范围的一个模数(A／D)转换装置；用于对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A／D转换的扫描装置；和用于根据先前的A／D转换结果控制所说A／D转换装置范围从而提高转换分辨率的范围确定和设置电路。使用了多个A／D转换器，用于同时将相应的多个指纹检测元件输出的模拟信号进行转换。所说A／D转换器可以包括用于设定第一和第二范围点的至少一个基准电压输入端。所说范围确定和设置电路根据先前的A／D转换结果产生一条频率曲线。

Claims (12)

1、一种指纹检测器，它包括一个指纹检测元件阵列、具有可控制范围并且用于将从指纹检测元件阵列输出的模拟信号转换为在所说范围内的数字信号的模数(A／D)转换装置、用于操作所说A／D转换装置和所说指纹检测元件阵列以对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A／D转换的扫描装置、用于根据先前的A／D转换结果控制所说A／D转换装置范围从而提高转换分辨率的范围确定和设置装置，其中所说A／D转换装置包括多个A／D转换器，用于同时将相应的多个指纹检测元件输出的模拟信号进行转换。
2、如权利要求1所述的一种指纹检测器，其特征在于所说A／D转换装置包括用于设定至少一个范围点的至少一个范围输入端；所说范围确定和设置装置包括一个处理器，和连接在所说处理器与所说至少一个范围输入端之间的至少一个数模转换器，所说A／D转换装置包括用于设置一个第一范围点的一个第一基准电压输入端。
3、如权利要求2所述的一种指纹检测器，其特征在于所说A／D转换装置还包括用于设置一个第二范围点的一个第二基准电压输入端，所说A／D转换装置包括用于设置所说范围的至少一个放大器，其中所说范围确定和设置装置包括用于根据先前的A／D转换结果产生频率曲线的频率曲线产生装置。
4、如权利要求1和3中任意一项所述的一种指纹检测器，其特征在于所说范围确定和设置装置包括用于为初始指纹检测元件设置默认值范围的默认值设置装置，每个所说指纹检测元件包括一个电场检测电极和与之相关的一个放大器，并且包括与每个电场检测电极对应和与相应放大器相连的一个屏蔽电极。
5、一种指纹检测器，它包括一个指纹检测元件阵列、至少一个模数(A／D)转换器，所说A／D转换器具有至少一个基准电压输入端，用于根据所说至少一个基准电压将从至少一个指纹检测元件输出的模拟信号转换为数字信号；还包括用于操作所说至少一个A／D转换器和所说指纹检测元件阵列以对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A／D转换的扫描装置、用于根据先前的A／D转换结果控制所说至少一个A／D转换器的至少一个基准电压从而提高转换分辨率的基准电压确定和设置装置。
6、如权利要求5所述的一种指纹检测器，其特征在于所说的至少一个A／D转换器包括多个A／D转换器，用于同时转换来自相应的多个指纹检测元件的模拟信号。
7、如权利要求5或6所述的一种指纹检测器，其特征在于基准电压确定和设置装置包括一个处理器，和连接在所说处理器和所说至少一个基准电压输入端之间的至少一个数模转换器，还包括与所说至少一个A／D转换器配合用于设定其范围的至少一个放大器，其中所说基准电压确定和设置装置包括用于根据先前的A／D转换结果产生频率曲线的频率曲线产生装置。
8、如权利要求5至7所述的一种指纹检测器，其特征在于所说基准电压确定和设置装置包括默认值设置装置，用于为所说指纹检测元件的初始信号设定至少一个默认值基准电压，每个所说的指纹检测元件包括一个电场检测电极和与之相关的一个放大器，还包括与每个电场检测电极相关并与相应的放大器相连的一个屏蔽电极。
9、一种指纹检测器，它包括一个指纹检测元件阵列、多个模数(A／D)转换器，每个所说的A／D转换器具有至少一个基准电压输入端，用于根据所说的至少一个基准电压将来自至少一个指纹检测元件的模拟信号转换为数字信号，它还包括用于操作所说的多个A／D转换器和所说的指纹检测元件阵列对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A／D转换的扫描装置、用于根据先前的A／D转换结果控制所说的至少一个A／D转换器的至少一个基准电压以提高转换分辨率的基准电压确定和设置装置，所说的基准电压确定和设置装置包括用于根据先前的A／D转换结果产生一个频率曲线的频率曲线产生装置，其中所说基准电压确定和设置装置包括一个处理器、和连接在所说处理器与所说至少一个基准电压输入端之间的至少一个数模转换器，和与每个A／D转换器配合用于设定其范围的一个相应的放大器。
10、如权利要求9所述的一种指纹检测器，其特征在于所说基准电压确定和设置装置包括用于为所说指纹检测元件的初始信号设置至少一个默认值基准电压的默认值设置装置，每个所说的指纹检测元件包括一个电场检测电极和与之相关的一个放大器，并且包括与每个电场检测电极相关并与一个相应的放大器相连的一个屏蔽电极。
11、用于操作一种指纹检测器的一种方法，所说指纹检测器包括一个指纹检测元件阵列，所说方法包括以下步骤：
利用具有可控制范围的至少一个A／D转换器将来自指纹检测元件阵列的模拟信号转换为数字信号；
对所说指纹检测元件阵列中预定元件执行顺序A／D转换；和
根据先前的A／D转换结果确定和控制所说至少一个A／D转换器范围，从而提高转换分辨率，其中所说至少一个A／D转换器的范围可以根据至少一个基准电压进行控制；所说确定和控制范围的步骤包括控制所说的至少一个基准电压。
12、如权利要求11所述的一种方法，其特征在于所说转换模拟信号的步骤包括利用具有可控制增益并用于设定所说范围的至少一个放大器转换所说模拟信号，所说确定和控制所说范围的步骤包括利用所说放大器控制所说范围，所说确定和控制范围的步骤还包括根据先前的A／D转换结果产生频率曲线的步骤，控制所说范围包括为所说指纹检测元件的初始信号设定默认值范围。
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