为何MX4 Pro白色总在缺货？都是指纹传感器 惹的祸

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。

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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；

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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。

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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。

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本文作者系迈瑞微电子的首席科学家李扬渊先生