一种集成式相控阵指纹传感器的制作方法

本发明涉及传感器技术，具体涉及一种集成式相控阵指纹传感器。

背景技术：

指纹传感器是实现指纹自动采集的关键器件。由于指纹的唯一性和便携性等特点，指纹传感器已经广泛应用于金融支付、安防设施、考勤系统等身份信息认证识别领域。

传统的指纹识别方式有光学识别、电容识别。其中电容识别方式存在的缺陷是对于脏手指、湿手指等识别率低。当前较为先进的指纹识别技术是射频指纹识别技术，但是采用的射频信号的频率和相位单一，导致其探测深度和维度局限在几十μm以内固定深度的指纹脊线二维图像上,不能进一步采集到包括指纹脊线、汗毛孔、毛细血管、骨骼等生物识别信息在内的三维图像，限制了识别率、精确性和防伪性的进一步提高。生物识别技术是指通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性，例如指纹、脸象、虹膜等和行为特征，例如笔迹、声音、步态等来进行个人身份鉴定的技术手段，具有抗干扰因素强、识别率高等优点。然而在特殊的领域中，需要“移动、距离”检测技术，来解决传感器唤醒、低功耗、移动报警、运动轨迹跟踪等问题，这些问题的解决方法仅仅依靠单一的生物识别技术是无法实现的。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种指纹识别率和准确性高且能够解决单一传感器高功耗、无法唤醒和移动报警等问题的集成式相控阵指纹传感器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种集成式相控阵指纹传感器，包括一个电路板，电路板上设置微控制器，用于发射和接收无线信号的相控阵收发模块，陀螺仪，加速度传感器，用于信号切换的模拟矩阵开关，a/d转换模块和用于供电的电源模块；微控制器用于处理实时相控阵收发模块、陀螺仪和加速度传感器的信息，相控阵收发模块、陀螺仪和加速度传感器通过模拟矩阵开关与a/d转换模块的输入端电连接，a/d转换模块的输出端与微控制器电连接。

进一步地，电路板上设置gps模块，gps模块与微控制器连接。

进一步地，相控阵收发模块包括多个发射天线，用于发出多种频率和/或相位的无线信号，对手指指纹进行波束电扫描；无线信号发生器，用于向发射天线输入多种频率和/或相位无线信号的无线信号；无限信号调节器，位于无限信号发生器和发射天线之间，用于调节无线输入信号的相位和/或频率；至少一个接收天线，用于接收无线信号穿透手指后产生多个载有指纹信息的反射信号。

优选地，微处理器是基于mcu和dsp架构的集成芯片。

优选地，陀螺仪为三轴陀螺仪。

优选地，加速度传感器为mems三轴加速度传感器。

优选地，微控制器通过i2c接口或spi接口进行信息传输。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明将陀螺仪和加速度传感器集成到相控阵指纹传感器上，一体化设计，结构简单，体积小，节省了安装空间，方便维护和安装，采用集成方式减少了外界对传感器信号的影响，提高了传感器的稳定性。本发明可广泛应用于手机、汽车、智能手环、印章等多种设备中，不仅可以用于指纹验证，而且能够进行动感体验操作、运动轨迹的跟踪或根据需求调整设备状态为休眠或唤醒，从而降低电源模块功耗，节能环保；

（2）本发明将相控阵原理应用到指纹传感器上，通过向手指发射多个具有不同相位和频率的无线信号来实现波束电扫描，从而获得多个载有不同深度指纹信息的反射信号，对反射信号进行处理后可获得具有丰富细节特征的三维图像，识别率和准确性高；由于采用的是多谱段的无线信号对指纹信息进行采集，因此可以排除汗水、护手霜、伤痕等干扰因素实现信息的识别，提高了识别率。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明中相控阵收发模块的结构示意图；

其中，1-发射天线、2-接收天线、3-无限信号发生器、4-无线信号调节器。

具体实施方式

下面结合图1和图2，对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明公开了一种集成式相控阵指纹传感器，包括一个电路板，如图1所示，电路板上设置微控制器，用于发射和接收无线信号的相控阵收发模块，陀螺仪，加速度传感器，用于信号切换的模拟矩阵开关，a/d转换模块和电源模块。微控制器用于处理实时相控阵收发模块、陀螺仪和加速度传感器的信息，电源模块用于为整个电路系统供电。

相控阵收发模块用于发射和接收无线信号进行指纹识别，如图2所示，包括多个发射天线1，用于发出多种频率和/或相位的无线信号，对手指指纹进行波束电扫描，无线信号的频率在1mhz~5mhz间，可以穿透金属、塑料、玻璃等材料，排除汗水、护手霜、伤痕等干扰因素实现信息的识别，提高识别率，波束电扫描的方式是相扫、频扫、相/相扫或者相/频扫，采用多种波束电扫描方式的组合，可以进一步提高指纹的识别度和抗干扰性能，实现自适应采集、拓扑搜索和智能识别等功能；无线信号发生器3，用于向发射天线输入多种频率和/或相位无线信号的无线信号；无限信号调节器4，位于无限信号发生器3和发射天线1之间，用于调节无线输入信号的相位和/或频率；至少一个接收天线2，用于接收无线信号穿透手指后产生多个载有指纹信息的反射信号。

模拟矩阵开关通过收发电路与相控阵收发模块连接，接收天线2接收的载有指纹信息的反射信号通过收发电路进行滤波降噪和放大处理后输送给模拟矩阵开关，相控阵收发模块、陀螺仪和加速度传感器通过模拟矩阵开关与a/d转换模块的输入端电连接，a/d转换模块的输出端与微控制器电连接。模拟矩阵开关根据需求命令将相控阵收发模块、陀螺仪、加速度传感器的信号进行切换，选择性将信号传输给a/d转换模块，a/d转换模块将接收的电信号转换成数字信号；微处理器接收数字信号并根据需要对信号进行图像处理或计算得出相应的数据。在本实施例中，微处理器是基于mcu和dsp架构的集成芯片，具有强大的信号处理功能，且具有低功耗、低成本和小封装等优点；陀螺仪采用的是三轴陀螺仪，加速度传感器为mems三轴加速度传感器。微控制器通过i2c接口或spi接口进行信息传输。

电路板上还可设置gps模块，用于定位位置信息，gps模块与微控制器连接，当gps模块的信号丢失时，微控制器也可根据陀螺仪和加速度传感器的信号进行运动轨迹跟踪。

本发明可广泛应用于手机、汽车、智能手环、印章等多种设备中，不仅可以用于指纹验证，而且能够进行动感体验操作、运动轨迹的跟踪或根据需求调整设备状态为休眠或唤醒，从而降低电源模块功耗，节能环保。

以本发明应用于印章为例，需要使用印章时，首先进行指纹验证，相控阵收发模块启动，待指纹验证一致后方可使用。印章平放时，陀螺仪和加速度传感器检测到印章处于静止状态，将此信号传输给微控制器，微控制器调整电源模块为低功耗供电模式，即休眠模式，降低电源模块功耗，节能环保；当需要使用印章时，陀螺仪和加速度传感器检测到印章移动，将此信号传输给微控制器，微控制器再调整电源模块为正常供电模式，即唤醒模式，便于使用。

以本发明应用于汽车或电动车为例，需要指纹解锁时，相控阵收发模块启动，进行指纹验证；需要定位汽车或电动车的位置信息时，gps模块启动，获取位置信息；需要了解汽车或电动车的运动轨迹，而gps模块的信号较弱或信号丢失时，陀螺仪和加速度传感器检测信号并将信号传输给微控制器，获得它们的运动轨迹。

以本发明应用于老年人带的智能手表为例，需要启动智能手表进行指纹解锁时，相控阵收发模块启动，进行指纹验证；需要定位位置信息时，gps模块启动，获取位置信息；当陀螺仪和加速度传感器检测到老人跌倒失重的瞬间信号时，将此信号传输给微控制器，微控制器可以控制外接的警报器发出警报，提醒其他人把跌倒老人及时扶起和救治。

本发明将陀螺仪和加速度传感器集成到相控阵指纹传感器上，一体化设计，结构简单，体积小，节省了安装空间，方便维护和安装，采用集成方式减少了外界对传感器信号的影响，提高了传感器的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。