新型指紋傳感器MBF200的特性及應用

摘要：MBF200是富士通公司推出的一款先進的固態(tài)指紋傳感器芯片，它除可自動檢測指紋外，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現(xiàn)方法，同時給出了讀取指紋數(shù)據(jù)的軟件控制流程。

1 引言

指紋識別技術(shù)是新近發(fā)展起來的一項高新技術(shù)。指紋識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”或一個隨身攜帶的特殊印章來進行身份識別的一種技術(shù)。MBF200是富士通公司推出的一款固態(tài)指紋傳感器芯片，該芯片具有自動指紋檢測功能，可支持多種接口模式，設計方便。本文詳細介紹了MBF200的特性，給出了其在USB總線接口模式下的電路實現(xiàn)方法，以及讀取所采集數(shù)據(jù)的軟件流程。該設計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、網(wǎng)絡和當?shù)卮鎯Φ陌踩�進入系統(tǒng)，以及其它安全訪問控制系統(tǒng)。

2 MBF200的主要特點

MBF200具有高性能、低功耗和低成本等特點，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，所有金屬電極充當一個電容板，接觸的手指充當?shù)诙�個電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層。當手指觸摸傳感器表面時，指紋的高低不平就會在傳感器陣列上產(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。其主要特點有：

●是采用標準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；

●具有自動指紋檢測能力；

●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點傳感陣列用于產(chǎn)生感應電壓；功能寄存器用于對芯片進行操作控制；控制電路用于傳感器與外部接口電路的控制，主要負責數(shù)據(jù)的讀出與寫入；地址索引寄存器與數(shù)據(jù)寄存器分別用于對功能寄存器的地址選擇及數(shù)據(jù)的讀寫；采樣保持及AD轉(zhuǎn)換電路用于對傳感陣列所產(chǎn)生的電壓進行采樣。另外，多頻振蕩電路用于為芯片提供時鐘信號。

3 器件功能

3.1 功能寄存器

MBF200是可編程的傳感器芯片，它所具有的強大功能是通過內(nèi)部寄存器設置完成的。表1所列是這些功能寄存器的地址和功能。在對這些寄存器進行操作時，先向地址寄存器內(nèi)寫入所要訪問寄存器的地址，然后讀寫數(shù)據(jù)寄存器即可。

表1 MBF200中的功能寄存器

地 址標 識功 能0x00RAH行地址高位0x01RAL行地址低位0x02CAL列地址低位0x03REH行末地址低位0x04REL行末地址低位0x05CEL列末地址低位0x06DTR放電時間寄存器0x07DCR放電電流寄存器0x08CTRLA控制寄存器A0x09LTRLB控制寄存器B0x0ACTRLC控制寄存器C0x0BSRA狀態(tài)寄存器0x0CPGC可編程增益控制寄存器0x0DICR中斷控制寄存器0x0EISR中斷狀態(tài)寄存器0x0FTHR門限寄存器0x10CIDH芯片標識高0x11CIDL芯片標識低0x12TST測試模式寄存器

由于列地址最大為256，所以，MBF200只有一個列開始寄存器CAL和一個列結(jié)束寄存器CEL。另外，THR用于在自動檢測指紋時設置門限電壓。PGC用于在A/D轉(zhuǎn)換時設置放大器的增益。

3.2 MBF200的工作過程

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，一個內(nèi)部信號使能一個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，可由一個內(nèi)部信號使能另一個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量的有用傳感信號電壓。行捕獲結(jié)束之后，接著對該信號進行數(shù)字化，從而完成一次采樣。實際上，該芯片的靈敏度是由放電電流和放電時間寄存器來調(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立，不能同時工作。其功能如表2所列。

表2 MBF200的操作模式

MODE[1，0]描 述00微處理器接口模式01SPI接口模式10USB模式，用內(nèi)部ROM11USB模式，用外部ROM

在微處理器接口模式中，可將MFB200與

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