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三、内部结构

FCD4B14的内部结构如图3所示。从图3可见，芯片内部电路分为传感器和资料转换两个主要部分。在传感数组中，当 280行中的某一行被选中时，被选择行的每一个象素的电信号传送到放大器（一次一列）放大。在有两列被同时选中时（奇数的和偶数的），两个特定的象素信息被传送到两个4位A/D转换器，两个象素就可在同一个时钟脉冲时间内被读出。

传感器部分，每一个象素本身就是一个传感器。传感器可检测从启动数据采集到读取信息之间的温度变化。整个时间从象素复位到预定的初始状态开始为止（这是一个时间的积分过程）。速度取决于焦热电层（pyroelectric layer）的灵敏度，在复位到积分时间结束之间的温度变化，和在积分时间的持续时间内，象素上的电荷被产生。

A/D转换器将象素的模拟信号转换为可以被微处理器使用的数字信号，重构8位的指纹图像。并行端口和USB接口的数据传输率为1MB/s，重构指纹图像最低需要500frame/s速率。两个4位ADC输出两个象素的内容，一次一个字节。

四、芯片应用

启动时序如图4所示，由以下步骤组成：

（1）设置RST为高；

（2）设置RST为低；

（3）发送4个时钟脉冲；

（4）发送1124个时钟脉冲读第一帧。

应当注意的是，第一帧不包含有关的资料，因为积分时间是不正确的。在采集每一帧资料之间复位不是必须的。

读一帧数据时序如图5所示。读取帧数据，一帧包括280个真实的行和一个虚拟的行，每行8个象素。由于一次输出两个象素，因此系统必须发送281x4=1124个时钟才能读完一帧。当读帧数据时，RST必须为低电平。

读一个字节数据，数据在时钟脉冲上升沿输出。在启动时序之后，对于每个时钟脉冲，引脚Do0-3和De0-3上都将输出新的字节。字节内容包含两个象素：在Do0-3上的4位为奇象素；在De0-3上的4位为偶象素。

输出资料时，输出使能OE引脚必须为低电平。当输出使能OE引脚为高电平时， Do0-3和De0-3都处于高阻状态。输出使能OE引脚可与微处理器直接连接，不需要附加电路。应注意的是：FCD4BI4芯片只能发送资料，不支持读/写模式。

从引脚****E和****O也可得到模拟信号。应注意的是：视频信号输出比相应的数字信号输出早一个时钟（因为A/D转换有一个时钟的延迟）。

象素次序，对于每一行的8个象素，1、3、5、7由Do0-3输出；2、4、6、8由De0-3输出。最高位为3，最低位为0。

附加在传感器的虚拟行作为一个特殊的模式用于检测第一个象素。所以，每一帧需要读出280个真实的行和一个虚拟的行数据。虚拟的行有4个字节，最初的两个字节具有固定的模式，后两个字节组包含温度信息。如表2所示。 

表2  虚拟行字节数据

注意：表中X表示0或1。 

序列111X0000 111X0000每一帧（ 1124个时钟）出现一次，所以常用作同步。

虚拟行第三个字节DB3和第四个字节DB4包含传感器的温度信息。在DB3的偶数半位元组nnnn能被用来测量芯片温度的增加或减少，即用来表示在同一个器件两次测量之间的差异。对于代码1111~0001表示绝对温标11.2~-11.2（每个代码差1.4绝对温标），0000表示小于绝对温标-16.8。

在手指与传感器之间的温度差很低的时候，图像对比度也低。通常使用温度稳定电路去增加手指与传感器之间的温度差代码，最少增加1.4绝对温标，以获得足够的对比度，来保证指纹的正确识别。

时间积分和时钟抖动（变化），FCD4B14对时钟抖动（变化）不很敏感。最重要的要求是规则的积分时间，以保证帧读取速率的稳定，从而获得一致的指纹图像片段。如果积分时间是不规则的，则各个帧的对比度将会发生变化。

在每一串1124个时钟之间可以设置等待时间，但每一帧总的读取时间要保持是规则的。等待时间往往被微处理器用来执行某些计算工作（例如检测是否有手指头等）。

电源管理，一些措施被用来减少电源消耗。FCD4B14具有睡眠模式，用以下方法可启动睡眠模式：

（1）设置RST端为高，使器件内部的模拟部分为低功耗状态；

（2）设置时钟PCLK端为高（或低），关闭整个数字部分；

（3）设置TPE端为低或断开TPP端，关闭温度稳定电路；

（4）设置OE端为高，迫使输出端为高阻状态。

在睡眠模式所有芯片内部的晶体管为关闭模式，仅有漏电流流过。

静态电流消耗，当设置时钟为1和复位为0，如果芯片的输出是被连接到标准的CMOS输入，模拟部分将消耗一些电流，而数字部分不消耗电流。此时电流消耗为5mA（电源电压3V~5.5V）。

动态电流消耗，当时钟运行，数字部分也消耗电流。对于输出负载，推荐最大值为50pF。如果连接到USB芯片，运行速度为1MHz，FCD4B14在VCC端电流消耗小于7mA。

温度稳定电路电源消耗。当TPP端设置为1时，电流经TPP端流入。这个电流被内部的等效电阻和可能存在的外部电阻限制。在大多数时间内，TPP端为0，电流不流入TPP端。当图像对比度很低时（当在手指与传感器之间的温度差低于一个绝对温标时）, TPP端设置为1，电流经TPP端流入，在芯片中消耗功率，温度被提升，使图像对比度恢复，以获得足够的对比度，来保证指纹的正确识别。对于增加一个绝对温标的芯片温度所必需的时间取决于消耗功率，以及在传感器和环境之间硅传感器和热敏电阻的热容量。一般在芯片中消耗功率300mW，提升一个绝对温标的温度需要1s。

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