3
| 本文作者： 井三胖 | 2015-02-10 18:29 |
【编者按】本文作者系迈瑞微电子的首席科学家李扬渊先生，雷锋网曾对其做过专访《打破苹果专利壁垒，国产手机指纹识别技术来了！》
进入魅族官网商城就能发现，MX4 Pro白色版本除了发布时间晚于灰色版本一个多月，还一直处在缺货的状态。
鉴于MX4 Pro因为指纹识别模组的量产困难一再延迟上市时间，是否白色MX4 Pro缺货也因为白色指纹识别模组的量产问题呢？
首先分析MX4 Pro所采用的指纹识别模组，蓝宝石盖片是透明的，依靠下表面涂布的油墨来显色。解剖iPhone5S装载的Touch ID得知，黑色油墨厚度为2-3um（黑色显色原理是吸收光线）；而白色油墨则达到26um，其最下层为灰色油墨（白色的显色原理是散射光线，为防止自下而上的光线透出，还需要阻挡层）。MX4 Pro与此类似。
由于电容式指纹传感器上方的保护层同时也是电容介质层，苹果之所以采用蓝宝石材料，因为单晶氧化铝的介电常数较好，同时还是自然界介电损耗最低的材料之一，特别利于作为指纹传感器的电介质材料。而油墨则成分复杂，不均匀，对指纹成像的干扰效应极大。形象点说，300um蓝宝石对指纹成像的衰减效应甚至低于10um厚的油墨。
接下来我们分析一下MX4 Pro指纹识别模组的技术原理：
通过侦测信号发射Ring的波形信号，MX4 Pro发射的是正弦波，幅度3.3V，频率约700KHz。
在电容式指纹传感器领域，这种发射信号被称为“RF”型，因为使用这种信号的指纹传感器的发射和接收电路与RF的发射和接收电路接近。下图来自Authentec的滑动式指纹传感器AES2510的Datasheet，阐述了使用DA电路将125KHz – 2MHz的high frequency AC signal输送至Ring作为信号发射激励，并由Pixel作为Antenna接收，经放大后由AD量化。
RF型的优势是信号增益大，电路结构简单，但其缺点是对电源耦合干扰敏感，同时对介质空间差异引入的图像干扰敏感。因为只有一台使用黑色指纹识别模组的灰色MX4 Pro作为样本，无法对油墨导致的背景分量进行分析，所以以下只能提供MX4 Pro指纹图像移除电源耦合干扰的算例。
在08年开发AES2510时，发现存在列干扰，其噪声原理是列优先传输序列对AD参考电压上耦合干扰的采样，其消除方法是将图像还原到一维传输序列上进行高通滤波。同样的方法也适用于MX4 Pro上的RF传感器：左图为从信道上截获的序列还原出的RAW图像，右图则是根据AES2510的图像矫正算法还原后的指纹图像。由于MX4 Pro所使用的96x96的方形指纹传感器相当于用3枚32x96的条形指纹传感器在空间上组合起来，分别对每一个32x96子图像进行矫正再重新组合起来，就得到了右图，已经可以看到指纹了。但由于不具备更具体的该传感器的设计信息用于建模，所以无法实现更好的指纹图像质量。
在介质干扰分量的移除方面，不妨以迈瑞微在白色盖板模组中遇到的问题来作为参照：
迈瑞微拥有自主知识产权的“C-Q-T”传感器技术路线，在AFS120这个规格上，使用的驱动信号是1.8V约6MHz的方波，不同于RF型：
AFS120的原始图像没有MX4 Pro的原始图像那么大的干扰，能够精确的呈现盖板作为电介质的差异导致的图像差异。下图是黑色盖板模组和白色盖板模组采集的原始指纹图像，前者非常干净但有中间量边缘暗的低频干扰，后者则有类纹样的中频干扰；
从原始图中将干扰分量和指纹分量进行分离，下方左图为原始图像，中图为干扰分量，而右图则为指纹分量。通过移除干扰分量，盖板颜色的不同导致指纹图像质量差异已经很小了。
由于真实的指纹图像总是可以被还原出来，模组成品就不会因图像不干净而报废，从而提高了白色盖板模组的良率。
这时我们可以回到最初提出的问题：“为什么MX4 Pro总在缺货？”在苹果已经将Touch ID大规模量产全面普及使用的时候，中国的制造商为什么连稳定可靠的生产都做不到？这背后的原因其实是对技术体系缺乏真正的理解。要知道，原创者不仅仅是做得更早这么简单，更因为作为技术体系的创始人而拥有独特的理解。这种理解是仿造不了的。
希望指纹识别这个产品能够教会中国的产业界，靠跟随和低价蚕食先行者市场份额的时代已经过去了。只有设计者可以挑战设计者，只有发明家可以挑战发明家。
雷峰网原创文章，未经授权禁止转载。详情见转载须知。
