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为何MX4 Pro白色总在缺货?都是指纹传感器惹的祸

发布日期:2015-02-11 来源:雷锋网 阅读:25816 评论:0

摘要: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?

机型:3

ROM:6

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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。

(本文作者系迈瑞微电子的首席科学家李扬渊先生)

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