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新型指紋傳感器MBF200的特性及應(yīng)用
摘要：MBF200是富士通公司推出的一款先進(jìn)的固態(tài)指紋傳感器芯片，它除可自動(dòng)檢測(cè)指紋外，還帶有多種接口模式。文中介紹了MBF200指紋傳感器芯片的主要特性和功能，給出了其在USB總線接口形式下的電路實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)給出了讀取指紋數(shù)據(jù)的軟件控制流程。1 引言
指紋識(shí)別技術(shù)是新近發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)。指紋識(shí)別是利用人體指紋的唯一性與不變性生理特征，將指紋作為人的一種“活的身份證”或一個(gè)隨身攜帶的特殊印章來(lái)進(jìn)行身份識(shí)別的一種技術(shù)。MBF200是富士通公司推出的一款固態(tài)指紋傳感器芯片，該芯片具有自動(dòng)指紋檢測(cè)功能，可支持多種接口模式，設(shè)計(jì)方便。本文詳細(xì)介紹了MBF200的特性，給出了其在USB總線接口模式下的電路實(shí)現(xiàn)方法，以及讀取所采集數(shù)據(jù)的軟件流程。該設(shè)計(jì)可用于便攜式指紋數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能卡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)和當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)的安全進(jìn)入系統(tǒng)，以及其它安全訪問(wèn)控制系統(tǒng)。
2 MBF200的主要特點(diǎn)
MBF200具有高性能、低功耗和低成本等特點(diǎn)，屬于電容性傳感器。其電容性傳感器陣列由二維金屬電極組成，所有金屬電極充當(dāng)一個(gè)電容板，接觸的手指充當(dāng)?shù)诙䝼�(gè)電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層。當(dāng)手指觸摸傳感器表面時(shí)，指紋的高低不平就會(huì)在傳感器陣列上產(chǎn)生變化的電容，從而引起二維陣列上電壓的變化，并形成指紋傳感圖像。其主要特點(diǎn)有：
●是采用標(biāo)準(zhǔn)COMS技術(shù)的電容性固態(tài)器件；
●具有500dpi的分辨率；
●傳感器面積為1.28cm×1.50cm；
●傳感器陣列為256×300點(diǎn)；
●具有自動(dòng)指紋檢測(cè)能力；
●內(nèi)含8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
●可提供三種總線接口形式；
●帶有8位微處理器總線接口；
●帶有全速USB接口和SPI接口；
●可提供3.3V～5V的工作電壓；
●5V工作電壓下的功耗小于70mW。
MBF200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中256×300點(diǎn)傳感陣列用于產(chǎn)生感應(yīng)電壓；功能寄存器用于對(duì)芯片進(jìn)行操作控制；控制電路用于傳感器與外部接口電路的控制，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀出與寫(xiě)入；地址索引寄存器與數(shù)據(jù)寄存器分別用于對(duì)功能寄存器的地址選擇及數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)；采樣保持及AD轉(zhuǎn)換電路用于對(duì)傳感陣列所產(chǎn)生的電壓進(jìn)行采樣。另外，多頻振蕩電路用于為芯片提供時(shí)鐘信號(hào)。
3 器件功能
3.1 功能寄存器
MBF200是可編程的傳感器芯片，它所具有的強(qiáng)大功能是通過(guò)內(nèi)部寄存器設(shè)置完成的。表1所列是這些功能寄存器的地址和功能。在對(duì)這些寄存器進(jìn)行操作時(shí)，先向地址寄存器內(nèi)寫(xiě)入所要訪問(wèn)寄存器的地址，然后讀寫(xiě)數(shù)據(jù)寄存器即可。
表1 MBF200中的功能寄存器
由于列地址最大為256，所以，MBF200只有一個(gè)列開(kāi)始寄存器CAL和一個(gè)列結(jié)束寄存器CEL。另外，THR用于在自動(dòng)檢測(cè)指紋時(shí)設(shè)置門(mén)限電壓。PGC用于在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置放大器的增益。
3.2 MBF200的工作過(guò)程
MBF200的傳感器陣列由256列300行的傳感器單元組成。每一列有兩個(gè)采樣保持電路，每次捕獲一行指紋圖像數(shù)據(jù)。行捕獲分為兩個(gè)階段，第一階段，將電容板的被選行充電到3.3V或5V，在充電的同時(shí)，一個(gè)內(nèi)部信號(hào)使能一個(gè)采樣保持電路以采樣被選行的電容單元電壓；第二階段是傳感器板放電階段，放電快慢由放電電流寄存器決定。放電階段結(jié)束后，可由一個(gè)內(nèi)部信號(hào)使能另一個(gè)采樣保持電路去采樣電容單元的最后電壓，充電電壓與放電電壓之差就是所要測(cè)量的有用傳感信號(hào)電壓。行捕獲結(jié)束之后，接著對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，從而完成一次采樣。實(shí)際上，該芯片的靈敏度是由放電電流和放電時(shí)間寄存器來(lái)調(diào)節(jié)的。
3.3 MBF200的接口模式
MBF200支持三種接口形式和四種操作模式，這四種操作模式相互獨(dú)立，不能同時(shí)工作。其功能如表2所列。
表2 MBF200的操作模式
在微處理器接口模式中，可將MFB200與
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