我有指纹传感器专利权，你有安全支付么？

    2015年9月9日，迈瑞微电子申请的《电容式距离传感器》（ZL201210403271.2）和《边沿时间读出电路》（ZL201210405080.X）两个发明专利获得中国知识产权局的正式授权。这两个专利文件首次披露了“C-Q-T”型电容测量电路，以及将边沿发生时间转换为数字量的读出电路。

图1，迈瑞微获得授权的两个原理级专利授权书

“C-Q-T”从物理量转换过程阐述了间接传感器的原理：电容量转换为电荷量，将电荷转移积分，以积分电容充满所花费的时间量作为输出。为区别于前三代Passive、Active、RF所基于的经典“Any-V”直接传感器定义，采用了“C-Q-T”这个符合术语规范的名称。

图2，符合“大道至简”的C-Q-T电路原理图

从诞生时间和技术水平发展程度来看，将Passive、Active、RF、C-Q-T称为第1、2、3、4代颇为妥帖。第1代假定手指为接地电极，如Egistec；第2代将手指本身作为传感器部件，通过导电外框驱动手指电位，如FPC，比第1代提高了对指纹耦合电容的灵敏度；第3代使用MHz级频率的交流信号作为驱动信号，用同步解调电路放大带内信号并抑制带外噪声，如Authentec，在第2代基础上进一步提高信噪比，但也付出了功耗提高、易受干扰、片上布局效率降低的代价；第4代使用截然不同的电路原理，在制程偏差鲁棒性、低功耗、电源干扰抑制、布局效率等方面比第3代有大幅度提升，甚至超越了第2代水平，同时又在传感方程层面拥有第3代所合乎的所有数学特性，所以灵敏度与第3代处于伯仲之间。

下图对比了第一代Touch ID（5S/6）、第二代Touch ID（6S）和AFS120采集的指纹图像的面积比例。安装在同样大小的Home键里，AFS120完胜两代Touch ID，这就是布局效率优势的体现。要知道指纹识别的安全性首先基于指纹数据的量，就跟密码安全性首先取决于密码长度一样。制程偏差鲁棒性意味着更高的良率，低功耗就意味着低功耗以及避免对其他器件造成串扰，电源干扰抑制能力意味着对来自手机主板的电源串扰更加健壮，更适合匹配各种不同的手机主板。

图3，Apple Touch ID 1.0         Apple Touch ID 2.0            Microarray AFS120对比

说到专利权，苹果是本领域专利大老虎是人尽皆知的事实，但这位大老虎有多大有多老虎还须仔细道来。被苹果全资收购的Authentec作为第2代技术理论发明者Harris的唯一继承者，以及第三代RF技术的发明者，独占了第3代技术的所有专利，还通过并购Upek获取了大量第2代技术专利作为原理专利的补充，通过收购Autra获得了1.5代专利（1代借鉴2代）。苹果的专利武器可以随时毁灭第3代技术的跟进者，限制第2代厂商不得借鉴第3代技术，限制第1代厂商甚至不得借鉴1.5代技术。

图4，Harris/Authentec/Apple的“专利大老虎”US9540526

过犹不及，苹果拥有过多过强的专利也为自己带来了一些限制，即不得滥用垄断地位。如果苹果草率的发起专利诉讼，很大概率导致来自反垄断的干预，结果可能使第2代技术或第3代技术被认定为行业必要技术而被强制对外授权，对苹果而言得不偿失。至于什么时候能够“开门放苹果”其实取决于更新更优秀的独立技术体系的成熟程度，第4代技术成熟之日就是苹果卸下反垄断镣铐之时。但是，作为新生的理论体系，“C-Q-T”理论自提出日起至今不过3年，工程实践不超过2年。尽管迈瑞微在2015年初就发布了胜过苹果第二代Touch ID的AFS120，但毕竟时日尚浅，出货量和公共认知度还达不到“行业普遍应用技术”的水平。随着迈瑞微的研发深入和市场步伐的稳步推进，一方面通过穿透400um玻璃的可量产Under Glass方案自证超越第3代技术，另一方面通过大批的出货量提高公共认知度，那么苹果公司就可以无后顾之忧的挥舞起第3代和第2代的专利大棒。

在2015年，1、2、3、4代技术同台竞技，众说纷纭。作为第4代技术的提出者，在宣传第4代技术优越性的同时，不妨顺便扒一扒这些虚假宣传：

虚假宣传1，“3D采集”。把图像的像素坐标作为X,Y分量，把像素灰度作为Z分量，则可将任意灰度图像图形化显示为曲面，这就是所谓“3D”。第1代电容指纹传感器面世就祭起“光学2D，电容3D”的口号；第2代为显示与第1代的区别，创造了“Passive”和“Active”这个分类法，这时Passive成了2D，Active才是3D；第3代技术因使用了MHz频段的信号驱动自封“RF”，“电容2D，射频3D”的宣传让不少人至今还以为射频和电容是不同的东西。谣言止于智者，这个接力棒没有延续到第4代，却被高通抢过去宣布“电容2D，超声波3D”。

图5，“3D”只是一种二维图像的图形化显示方法而已

虚假宣传2，“真皮采集”。指纹的电学模型复杂，在电传感意义上的“真皮层”指的是可等效为电容电极曲面的电等势面。如果表皮潮湿导电率高，那么等势面就趋近于表面，反之则趋近于内层。电等势面总能反映指纹纹理，所以电容式采集指纹纹理较为稳定。这个“实验结论”常用“真皮采集”来加以解释，但其实“真皮”只是算作一个比喻，而非生物学上的涵义。一些人甚至从“真皮采集”引申出可防假，就有点过了。

图6，“真皮”只是一个比喻，“电波”亦非空间传播

虚假宣传3，“信噪比”。有厂商宣传Passive信噪比高，Active信噪比低，其实是因为他们受专利限制不能自由的借鉴第2代技术来提高性能。要是Passive真好，犯得着掺杂大比例钡盐来提高molding compound的介电常数到100量级？极端材料往往具有毒性，这种钡盐可和盐酸反应生成氯化钡，而氯化钡的致死量是0.8-0.9克，约合4颗芯片的用量。
 
图7，某1代厂商用参杂高比例钡盐的方式来提高性能

虚假宣传4，“射频”“电容”双模采集。只要明白了“射频”这个词的历史由来，不妨一笑了之。

其实，不管1、2、3、4代，电容式指纹传感器只有两个外部指标是值得关心的：图像面积和介质穿透能力。指纹传感器采集的图像毕竟是用来识别的，必须给指纹识别算法提供充足的原始数据信息。再优秀的算法只能转换信息，不能捏造信息。有不少供应商为更小的指纹传感器不遗余力的打广告，但事实是面积越小硬件技术越简单，做得多小取决于节操的下限而不是技术能力的上限。另一个重要指标是介质穿透能力。毕竟手指表面也是绝缘介质而非良导体，所以传感器的介质穿透能力要有充分的冗余度，以覆盖保护材料的电介性偏差和手指的电介性偏差。如果总的介质穿透能力不足，或者在制造中用尽没有留足够余量给手指，都是必定失败的做法。

讲到这里，迈瑞微拥有指纹传感器专利权的所有内涵已呼之欲出。专利权并不只是一个法律上的符号，原理级的专利权意味着其发明创造者对整个领域可以完全hold住。Authentec一统天下的根基也正在于原理级专利权，主要凭借专利诉讼而非商业成功成长为垄断性企业，所以经营能力上根基不牢只好抱苹果大腿去了。结合到产业大背景，以及苹果独占技术壁垒的现实，由中国大陆内资公司持有的开创性的原理级专利权，还有更多的内涵。这也许是希望，也许是火种，也许是一代人真正站起来，用国际通行的游戏规则在正面战场与跨国企业巨头硬捍的宣誓。

现在，我手里有指纹传感器专利权，你有安全支付么？