电容式指纹识别驱动芯片的设计
发布时间：2020-09-26 17:47
【摘要】：近年来,伴随着集成电路技术和物联网技术的快速发展,指纹识别技术已成为生物识别技术里的最为成熟的技术,同时也是使用最为广泛的一种技术。目前主要有基于光学指纹识别、电容式指纹识别和超声波指纹识别三种原理的指纹识别技术。其中的电容式指纹识别成本最低,体积较小,应用最为广泛。传统的电容式指纹识别传感器需要配合金属环才能正常工作。发射电路发射的激励信号通过金属环传导到手指上,手指作为导体(电容的一极)与检测单元的极板阵列耦合,形成感应电容阵列。由于手指脊和谷与芯片金属极板的距离不同,感应电容的大小也不同,芯片内部的检测电路通过检测每一个电容阵列的电容值,便可以得出纹线和特征点的分布情况,也就得到了指纹图像,这种方案称为主动式指纹识别。但是,当传感器上不允许有金属环的情况下(如Under Glass方案),手指上因为没有激励信号而造成驱动能力不足,导致指纹信号无法穿透玻璃或盖板。在这种情况下,可以考虑让驱动信号接到指纹传感芯片的地上,驱动信号上的激励就可以让手指和地之间形成更加有效的感应电容。由于驱动电路与指纹传感器的地电位不同,所以就需要额外设计一个驱动芯片。本文为电容式指纹芯片设计了一个配套使用的驱动芯片,采用Silterra 0.18μm CMOS工艺设计,利用Cadence和Calibre系列EDA工具完成整体电路的设计和版图设计。整体芯片的长和宽分别为1199.2μm和648.3μm,整体版图的面积约为0.7774mm~2。从仿真结果来看,在3.3V的电源电压下,本文设计的驱动芯片实现的带负载的能力为1ns上升时间内带100pF电容,芯片工作功耗为4.97mW。LDO实现了从3.3V电源电压到1.8V输出电压的转换,为占空比调制电路进行供电。LDO的最大的输出电流为10mA,环路稳定性满足设计要求。电平转换电路实现了3.3V到1.8V的转换,其中的全差分两级运放电路的低频增益达到了91.4dB,单位增益带宽(Unity gain bandwidth)为51MHz,相位裕度(Phase margin)为75度。占空比调制电路实现了对电平转换电路输出信号时钟占空比的调制,完成调制以后,该电路输出信号的时钟占空比稳定在50%。信号最终通过驱动增强电路实现了对该信号的驱动能力的增强并达到了设计目标值。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TN402
【图文】：
第一章 绪论及稳定性的指纹识别技术在众多的生物识别技术中占、门禁以及其它应用，这使得人们的生活更加便捷。表 1-1 几种常见的生物识别技术对比[12]一性 易采集性 广泛性 稳定性 准确性 可接受高 中 中 高 高 中低 中 高 中 低 高高 高 高 高 高 低高 高 高 中 高 低生物识别技术里，指纹识别是较早普及的而且同时是动识别系统使用的是光电识别技术来获取指纹细节的判断一致性。自动识别认证的结构图如图 1-1 所示。
图 1-2 光学指纹采集器的基本结构式指纹传感器的结构如图 1-3 所示。芯片的表面被小于脊线宽度。手指表面的皮层被当作电容的一个的间距是不相等的，所以电容值也不同，通过测算。该电容信号通常较弱，因此需要手指尽可能靠近非常薄（通常为几微米），以提高灵敏度。但是薄抗静电能力不够强，电容式传感器的湿手和干手成图 1-3 电容式传感器的指纹采集
的干湿程度的影响较为明显。图 1-2 光学指纹采集器的基本结构式指纹传感器的结构如图 1-3 所示。芯片的表面被于脊线宽度。手指表面的皮层被当作电容的一个间距是不相等的，所以电容值也不同，通过测算该电容信号通常较弱，因此需要手指尽可能靠近非常薄（通常为几微米），以提高灵敏度。但是薄抗静电能力不够强，电容式传感器的湿手和干手成
本文编号：2827283
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TN402
【图文】：
第一章 绪论及稳定性的指纹识别技术在众多的生物识别技术中占、门禁以及其它应用，这使得人们的生活更加便捷。表 1-1 几种常见的生物识别技术对比[12]一性 易采集性 广泛性 稳定性 准确性 可接受高 中 中 高 高 中低 中 高 中 低 高高 高 高 高 高 低高 高 高 中 高 低生物识别技术里，指纹识别是较早普及的而且同时是动识别系统使用的是光电识别技术来获取指纹细节的判断一致性。自动识别认证的结构图如图 1-1 所示。
图 1-2 光学指纹采集器的基本结构式指纹传感器的结构如图 1-3 所示。芯片的表面被小于脊线宽度。手指表面的皮层被当作电容的一个的间距是不相等的，所以电容值也不同，通过测算。该电容信号通常较弱，因此需要手指尽可能靠近非常薄（通常为几微米），以提高灵敏度。但是薄抗静电能力不够强，电容式传感器的湿手和干手成图 1-3 电容式传感器的指纹采集
的干湿程度的影响较为明显。图 1-2 光学指纹采集器的基本结构式指纹传感器的结构如图 1-3 所示。芯片的表面被于脊线宽度。手指表面的皮层被当作电容的一个间距是不相等的，所以电容值也不同，通过测算该电容信号通常较弱，因此需要手指尽可能靠近非常薄（通常为几微米），以提高灵敏度。但是薄抗静电能力不够强，电容式传感器的湿手和干手成
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 姚辰松;自动指纹识别技术研究[D];合肥工业大学;2008年
3 张季;自动指纹识别算法研究与系统设计[D];西南交通大学;2007年
本文编号：2827283
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