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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方法，同時給出了讀取指紋數據的軟件控制流程。1 引言
指紋識別技術是新近發(fā)展起來的一項高新技術。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。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方法，以及讀取所采集數據的軟件流程。該設計可用于便攜式指紋數據采集系統、智能卡系統、數據庫、網絡和當地存儲的安全進入系統，以及其它安全訪問控制系統。
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，接觸的手指充當第二個電容板，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；
●內含8位模數轉換器；
●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的內部結構如圖1所示。其中256×300點傳感陣列用于產生感應電壓；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，主要負責數據的讀出與寫入；地址索引寄存器與數據寄存器分別用于對功能寄存器的地址選擇及數據的讀寫；采樣保持及AD轉換電路用于對傳感陣列所產生的電壓進行采樣。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，先向地址寄存器內寫入所要訪問寄存器的地址，然后讀寫數據寄存器即可。
表1 MBF200中的功能寄存器
由于列地址最大為256，所以，MBF200只有一個列開始寄存器CAL和一個列結束寄存器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據。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。放電階段結束后，可由一個內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。行捕獲結束之后，接著對該信號進行數字化，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
在微處理器接口模式中，可將MFB200與
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