基于状态监视和握手的指纹传感器的闩锁恢复机制技术领域
本发明涉及用于在指纹识别中使用的传感器像素电路的闩锁恢复。
背景技术
各种电子设备或信息系统可以采用用户认证机制来保护个人数据并且防止未授权的访
问。电子设备或信息系统上的用户认证可以通过一种或多种形式的个人识别和认证方法来执
行，其中包括一个或多个生物特征标识符。生物特征标识符可以被单独使用或者作为诸如密
码认证方法的常规认证方法的附加。生物特征标识符的流行形式是个人的指纹图案。指纹传
感器可以内置于电子设备中以读取用户的指纹图案，使得设备只能通过授权用户的指纹图案
的认证由设备的授权用户来解锁。在一些实现中，这种指纹传感器可以包括具有用于为用户
识别捕获指纹图案的像素化像素传感器元件的传感器像素电路。
发明内容
本申请文件描述了用于提供设备、系统和技术来部分地基于状态监视和握手机制执行指
纹传感器电路的闩锁恢复的技术。
本申请文件中描述的技术可以提供用于从在指纹识别系统中使用的传感器像素电路的
闩锁状态中恢复的机制。
在一个方面，描述了从指纹传感器设备的闩锁状态中恢复的方法。该方法包括在指纹传
感器设备的微控制器接收来自与微控制器通信的传感器阵列的原始传感器数据。该方法包括
将接收到的原始传感器数据与预定阈值进行比较。该方法包括至少部分地基于比较，重置提
供给指纹传感器设备的电力以从闩锁状态中恢复。
该方法可以以各种方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个特征。至少部分地基于
比较重置提供给指纹传感器设备的电力以从闩锁状态中恢复可以包括当接收到的原始传感
器数据未能满足预定阈值时确定指纹传感器处于闩锁状态。重置提供给指纹传感器设备的电
力包括：关闭低压降(LDO)稳压器以关闭提供给指纹传感器设备的电力；使断电保持一段
时间以从闩锁状态中恢复；及再次打开LDO稳压器以恢复提供给指纹传感器设备的电力。
在另一方面，描述了从包括指纹传感器设备的设备的闩锁状态中恢复的方法。该方法包
括在设备的主机处理器读取存储在存储器中的初始校验码。该方法包括在主机处理器读取由
指纹传感器设备的微控制器计算出的校验码。该方法包括比较这两个读取的校验码用于匹
配；及至少部分地基于比较重置微控制器以从闩锁状态中恢复。
该方法可以以各种方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个特征。至少部分地基于
比较重置微控制器可以包括当比较的校验码不匹配时确定微控制器处于闩锁状态。
在另一方面，描述了从包括指纹传感器设备的设备的闩锁状态中恢复的方法。该方法包
括在设备的主机处理器请求与指纹传感器设备的微控制器的握手确认。该方法包括当确定微
控制器未能完成请求的握手确认时重置微控制器。
本申请文件中描述的方法可以在包括指纹传感器设备的设备中实现而不使用附加的硬
件。
在另一方面，指纹传感器设备包括检测原始指纹传感器数据的传感器阵列；电连接在传
感器阵列和电源之间以控制从电源到传感器阵列的电力传输的电源控制器；及与传感器阵列
和电源控制器通信的微控制器。微控制器可以执行以下操作，包括：从传感器阵列接收检测
到的原始传感器数据；将接收到的原始传感器数据与指示闩锁状态的预定阈值进行比较，及
至少部分地基于比较，向电源控制器发送信号以使得电源控制器重置提供给指纹传感器设备
的电力以从闩锁状态中恢复。
指纹传感器设备可以以各种方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个特征。例如，
电源控制器可以包括低压降(LDO)稳压器。当接收到的原始传感器数据未能满足预定阈值
时，微控制器可以确定指纹传感器处于闩锁状态。微控制器可以发送信号，其包括关闭电源
控制器以切断来自电源的电力的信号。微控制器可以使电源控制器保持关闭一段时间，以在
这段时间里切断电源并从闩锁状态中恢复。微控制器可以再次打开电源控制器以恢复提供给
指纹传感器设备的电力。
在又另一方面，电子设备可以包括指纹传感器设备。指纹传感器设备可以包括配置为检
测原始指纹传感器数据的传感器阵列，及与传感器阵列通信的微控制器，微控制器被配置为
计算校验码。电子设备可以包括与指纹传感器设备的微控制器通信的主机处理器。主机处理
器可以执行以下操作，包括：读取存储在存储器中的初始校验码、读取由指纹传感器设备的
微控制器计算出的校验码、比较这两个读取的校验码以获得微控制器处于闩锁状态的指示，
及至少部分地基于比较重置微控制器以从闩锁状态中恢复。
电子设备可以以各种方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个特征。例如，当比较
的校验码不匹配时，主机处理器可以确定微控制器处于闩锁状态。电子设备可以包括智能手
机、平板电脑、膝上型电脑或者可穿戴设备。
在又另一方面，电子设备可以包括指纹传感器设备。指纹传感器设备可以包括检测原始
指纹传感器数据的传感器阵列和与传感器阵列通信的微控制器。电子设备可以包括与指纹传
感器设备的微控制器通信的主机处理器。主机处理器可以执行以下操作，包括：请求与指纹
传感器设备的微控制器的握手确认，及当确定微控制器未能完成请求的握手确认时重置微控
制器。
电子设备可以被实现为包括以下特征中的一个或多个特征。例如，当主机处理器确定微
控制器未能完成请求的握手确认时，主机处理器可以确定微控制器处于闩锁状态。
在一些实现中，本申请文件中描述的闩锁检测和恢复可以在包括指纹传感器设备和专用
静电放电检测电路硬件的设备中实现。
例如，用于电子设备的指纹传感器设备可以包括检测原始指纹传感器数据的传感器阵
列；与传感器阵列通信的微控制器；及与传感器阵列和微控制器通信的静电放电检测电路。
静电放电检测电路可以执行以下操作，包括：检测指示静电放电事件的异常电压或电流信号，
及通过微控制器旁路时钟信号以停止设备操作。
指纹传感器设备可以以各种方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个特征。例如，
静电放电检测电路可以使得检测到的异常电压或电流信号被放电。静电放电检测电路可以在
放电之后重新启用时钟信号。静电放电检测电路可以与微控制器通信静电放电事件。
在又另一个方面，电子设备包括主机处理器及与主机处理器通信的指纹传感器设备。指
纹传感器设备包括：配置为检测原始指纹传感器数据的传感器阵列、与传感器阵列通信的微
控制器及与传感器阵列和微控制器通信的静电放电检测电路。静电放电检测电路可以执行以
下操作，包括：检测指示静电放电事件的异常电压或电流信号，及通过微控制器旁路时钟信
号以停止设备操作。
电子设备可以以各种方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个特征。例如，静电放
电检测电路可以使得检测到的异常电压或电流信号被放电。静电放电检测电路可以在放电之
后重新启用时钟信号。静电放电检测电路可以与微控制器和主机处理器通信静电放电事件。
主机处理器可以执行自检及恢复状态和逻辑过程。微控制器可以执行自检及恢复状态和逻辑
过程。
在又另一方面，公开了从包括指纹传感器设备的电子设备的闩锁状态中恢复的方法。该
方法包括在静电放电检测电路检测指示静电放电事件的异常电压或电流信号；及旁路时钟信
号以停止引起电子设备的操作的错误。
该方法可以以各种方式来实现，以包括以下特征中的一个或多个特征。例如，该方法可
以包括把检测到的异常电压或电流放电。该方法可以包括在放电之后重新启用时钟信号。该
方法可以包括向微控制器和主机处理器指示静电放电事件。该方法可以包括在主机处理器执
行自检及恢复状态和逻辑过程。该方法可以包括在微控制器执行自检及恢复状态和逻辑过
程。
在附图、说明书和权利要求中更详细地描述了以上和其它方面及其实现。
附图说明
图1是示出在具有指纹传感器的设备中实现的示例性闩锁恢复机制的框图。
图2是用于基于原始传感器输出数据比较检测闩锁状态的示例性过程的过程流程图。
图3是用于基于校验码确认执行闩锁检测和恢复的示例性过程的过程流程图。
图4是用于基于握手确认执行闩锁检测和恢复的示例性过程的过程流程图。
图5是示出在具有指纹传感器的设备中实现的另一个示例性闩锁恢复机制的框图。
图6是用于基于静电放电(ESD)检测检测闩锁状态的示例性过程的过程流程图。
具体实施方式
在包括指纹电路的设备中，静电放电(ESD)会导致过大的电力流过指纹电路和设备，
从而引起指纹电路和设备的闩锁状态。此外，ESD事件会损坏指纹电路和设备，并且甚至对
与设备接触的用户造成伤害。由于靠近放置用户手指来执行指纹识别的设备的感测表面布置
的感测电极阵列(例如，电容式或其它)，ESD可以进入具有指纹电路的设备。触摸感测表
面以发起指纹检测的用户的手指会引起ESD。
由于指纹电路往往被布置在与诸如处理器或控制器的设备的其它计算组件靠近的物理
距离，因此导致过大电力流过指纹电路的ESD会流过附近放置的处理器或控制器并且造成
处理器和控制器发生故障。在本申请文件中公开的技术描述了用于检测闩锁状态并且从检测
到的闩锁状态中恢复的机制。所描述的用于检测闩锁状态并从中恢复的机制不依赖于或要求
附加的电路或其它硬件。可以使用诸如主机处理器和包括微控制器的指纹传感器设备的现有
硬件来实现所描述的闩锁检测和恢复机制。
图1是示出在具有指纹传感器的设备100中实现的示例性闩锁恢复机制的框图。设备100
可以是包括用于向设备100提供安全访问的指纹传感器的任何电子设备。例如，设备100可
以包括便携式设备，诸如智能手机、平板电脑、膝上型计算机、智能手表等。设备100包括
各种电子电路和组件，诸如与指纹传感器设备110通信耦合的主机处理器102(例如，芯片)。
主机处理器102与指纹传感器设备110通信，以从指纹传感器设备110中包括的传感器阵列
106接收传感器数据。主机处理器通过执行与指纹传感器设备110中的微控制器单元(MCU)
104的握手与指纹传感器设备110通信。一旦在主机处理器102和MCU104之间完成成功
的握手，主机处理器102和指纹传感器设备110就可以彼此通信，以发送和接收包括请求、
命令、数据等的各种信号。在主机处理器102和MCU104之间传送的信号的例子在图1中
被示为附图标记108。
MCU104控制传感器阵列106的操作，包括控制到传感器阵列106的电力(PWCTR)。
电力控制可以通过利用低压降(LDO)稳压器打开和关闭从电源(VDD)到传感器阵列106
的电力来执行。此外，MCU104和传感器阵列106之间的各种信号的传送可能包括TX(发
送)、RX(接收)和I2C(内部集成电路)。例如，可以响应于来自MCU104的请求，将来
自传感器阵列106中的各个传感器的传感器输出数据发送到MCU104。MCU104可以将接
收到的传感器数据在处理之后或在处理之前中继或转发到主机处理器102。
当ESD或其它干扰会引起闩锁状态时，指纹传感器设备110和主机处理器102会受到
影响。图2是用于基于原始传感器输出数据比较检测闩锁状态的示例性过程的过程流程图。
可以基于来自传感器阵列106中的各个传感器的原始传感器输出数据检测由于ESD或其它
干扰进入闩锁状态的指纹传感器106。MCU104可以从传感器阵列106中的传感器接收原始
数据。当MCU104确定接收到的原始传感器数据比预定阈值大时，指纹传感器设备106被
确定为不处于闩锁状态。这种正常操作在流程图的左手侧上被示为正常循环。当MCU104
确定接收到的原始传感器数据小于预定阈值时，MCU104确定指纹传感器设备106处于闩
锁状态并且MCU104将重置提供给指纹传感器设备106的电力，以从闩锁状态中恢复。从
闩锁状态中恢复的过程可以包括关闭LDO以关闭提供给指纹传感器设备106的电力；使电
力在从闩锁状态恢复所需的一段时间内保持关闭；及再次打开LDO以恢复提供给指纹传感
器设备106的电力。
图3是用于基于校验码确认执行闩锁检测和恢复的示例性过程的过程流程图。当ESD
或其它干扰影响MCU104时，MCU104自身可以进入闩锁状态。在MCU104不能执行闩
锁恢复的情况下，主机处理器102可以执行闩锁恢复。当MCU104处于闩锁状态时，具有
常量的SRAM段会改变。主机通过将初始校验码与由MCU104计算出的校验码比较可以确
定MCU104是否处于闩锁状态。由主机处理器102执行的闩锁恢复过程可以包括：读取初
始校验码；读取由MCU104计算出的校验码；及比较这两个校验码是否匹配。当这两个校
验码不匹配时，主机处理器102确定MCU104处于闩锁状态并且将重置MCU104。这种异
常或闩锁状态由过程流程图的右手侧上的异常循环来表示。当主机处理器102确定这两个校
验码匹配时，主机处理器102确定MCU104不处于闩锁状态并且将不重置MCU104。这种
正常操作由过程流程图的左手侧上的正常循环来表示。主机处理器可以继续比较这两个校验
码，以确定MCU104是否处于闩锁状态。
图4是用于基于握手确认执行闩锁检测和恢复的示例性过程的过程流程图。在一些实现
中，主机处理器102可以基于握手确认的完成确定MCU104是否处于闩锁状态。当MCU104
处于闩锁状态时，MCU的代码段会由于ESD或其它干扰而被改变。当MCU的代码段被改
变时，主机处理器102在其程序跑飞的情况下不能完成与MCU104的握手。当主机处理器
102确定MCU104没有完成与主机处理器102的握手时，主机处理器确定MCU104处于闩
锁状态并且将重置MCU104。这种异常操作由过程流程图的右手侧上的异常循环来表示。
当主机处理器102确定MCU104完成握手确认时，主机处理器102确定MCU104不处于闩
锁状态并且主机处理器102将不重置MCU。
图5是示出在具有指纹传感器510的设备500中实现的另一个示例性闩锁恢复机制的框
图。设备500可以是包括用于向设备500提供安全访问的纹传感器设备的任何电子设备。例
如，设备500可以包括便携式设备，诸如智能手机、平板电脑、膝上型计算机、智能手表等。
设备500包括各种电子电路和组件，诸如与指纹传感器设备510通信耦合的主机处理器502
(例如，芯片)。主机处理器502与指纹传感器设备510通信，以从指纹传感器设备510中
包括的传感器阵列506接收传感器数据。主机处理器502经由输入/输出(I/O)接口508通
过执行与指纹传感器设备510中的微控制器单元(MCU)504的握手与指纹传感器设备510
通信。一旦在主机处理器502和MCU504主机之间完成成功的握手，主机处理器502和指
纹传感器设备510就可以彼此通信以发送和接收包括请求、命令、数据等的各种信号。在图
5中示出了经由I/O接口508在主机处理器502和MCU504之间传送的信号的多个例子。
MCU504控制传感器阵列506的操作，包括控制到传感器阵列506的电力。电力控制
可以通过利用LDO稳压器以打开和关闭从电源(VDD)到传感器阵列506的电力来执行。
此外，MCU504和传感器阵列506之间的各种信号的传送可能包括TX(发送)、RX(接收)
和I2C(内部集成电路)。例如，可以响应于来自MCU504的请求，将来自传感器阵列506
中的各个传感器的传感器输出数据发送到MCU504。MCU504可以将接收到的传感器数据
在处理之后或处理之前中继或转发到主机处理器502。
此外，ESD检测电路512与MCU504和传感器阵列506通信，以在由ESD事件引起的
闩锁状态之后完成恢复机制。ESD检测电路512可以防止由ESD事件产生的高压信号直接
与电子设备500交互，这种交互会损坏设备500。ESD检测电路可以利用包括ESD放电管
或电路的不同电路来实现。
例如，ESD事件会使得高电压(通常大于4000V)信号进入I/O接口508，从而增加内
部电源的电压。ESD检测电路512中的ESD放电管可以限制内部电源的电压增加超过阈值
电平。ESD检测电路512中的ESD放电管可以打开，以启用I/O接口来释放之前存储的电
荷，并且形成大电流作为异常电流或者形成高电压作为异常电压。
图6是用于利用ESD检测电路检测闩锁状态的示例性过程600的过程流程图。过程600
在左手侧上示出了正常循环并且在右手侧上示出了异常循环。在异常循环中，当ESD检测
电路512检测到由于ESD事件产生的异常电压或电流时，ESD检测电路旁路系统或设备时
钟(数字和模拟)来停止系统或设备500操作以避免在异常电压或电流下可能发生的错误。
在把异常电流或电压放电一段时间之后，当电压或电流回到正常操作范围时，ESD检测电路
512可以重新启用系统或设备时钟，并且通知主机处理器502和MCU504发生的异常情况。
主机处理器502和MCU504可以执行自检并且恢复相应的环境(例如，状态和逻辑过程)，
直到完成恢复机制。
当电流或电压处于正常操作范围内时，过程600在正常循环中操作。
已经描述了所公开技术的各种实现和例子。所公开的技术利用了用于存储由触摸感测电
容器积累的电荷的积分器、利用了用于输出可变电压和调整存储在寄生电容中的电荷的电压
发生器、并且利用了具有专用积分器的传感器像素电路，其中专用积分器用于跨一组并联的
传感器像素电路执行积分以提高SNR。在本申请文件中描述的传感器像素电路和指纹识别
系统在没有金属环的情况下提供精确的指纹识别。
虽然本申请文件包含许多细节，但是这些不应当被解释为对任何发明或可以被要求保护
的范围的限制，而是作为可以特定于特定发明的特定实施例的特征的描述。在本申请文件中
在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实
施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合来实
现。此外，虽然特征可以如上被描述为以某些组合操作并且甚至最初就是如此要求保护的，
但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从组合中去除，并且所要求
保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
类似地，虽然在附图中操作以特定的顺序绘出，但是这不应当被理解为需要这些操作以
所示出的特定顺序或以连续的顺序来执行，或者需要执行所有示出的操作才能达到期望的结
果。此外，在本申请文件中描述的实施例中的各种系统组件的分离不应当被理解为在所有的
实施例中都需要这种分离。
只描述了几种实现和例子，并且基于在本申请文件中所描述和示出的，可以做出其它的
实现、增强和变化。