專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)渦電流敏感的nfc卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及近距離無(wú)線通信卡(NFC卡)，以及更為特別地涉及旨在插入諸如移動(dòng)電話的手持設(shè)備的NFC卡。本發(fā)明還涉及用于在NFC卡和外部NFC設(shè)備之間執(zhí)行非接觸通信的方法。
背景技術(shù)：
已知的旨在插入手持設(shè)備的NFC例如是NFC用戶(hù)身份模塊，也被稱(chēng)為SIM-NFC，或 NFC安全數(shù)字(SD)卡。國(guó)際公布WO 98/58509公開(kāi)了一種包括接觸墊、微處理器、NFC模塊和天線線圈的SIM-NFC卡。天線線圈具有與卡的平面平行的一個(gè)或多個(gè)共面同軸繞組，以及因此呈現(xiàn)與卡的平面垂直的磁軸。其可以通過(guò)接觸墊與移動(dòng)電話執(zhí)行接觸通信以及通過(guò)天線線圈與外部NFC設(shè)備執(zhí)行NFC通信。當(dāng)將卡和外部NFC設(shè)備放置得彼此充分接近時(shí)，卡的天線線圈感應(yīng)地耦合到外部 NFC設(shè)備的天線線圈，并且使用諸如標(biāo)準(zhǔn)ISO 14443、IS015693以及索尼Felica 所定義的那些技術(shù)的傳統(tǒng)NFC技術(shù)來(lái)交換數(shù)據(jù)。在大部分應(yīng)用中，外部設(shè)備發(fā)射磁場(chǎng)，而NFC卡是無(wú)源的，并且通過(guò)負(fù)載調(diào)制來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。為了那個(gè)目的，將卡的天線線圈與無(wú)源組件(例如，電容)相關(guān)聯(lián)以形成被調(diào)諧為外部設(shè)備的工作頻率(例如，13. 56MHz)的天線電路。手持設(shè)備通常包含金屬部分或金屬組件，例如印刷電路板。當(dāng)將NFC卡插入到手持設(shè)備中時(shí)，這種金屬部分或組件降低天線線圈的感應(yīng)系數(shù)。因此改變天線電路的調(diào)諧頻率并且降低NFC卡和外部設(shè)備之間的最大通信距離。NFC卡制造商難以預(yù)先了解將在何種條件下使用NFC卡，即卡的金屬環(huán)境將會(huì)是什么以及如何相對(duì)于印刷電路板來(lái)安排NFC卡，這就是說(shuō)其縱軸平行或垂直于印刷電路板的一個(gè)邊緣?？ǖ奈恢每赡軓氖殖衷O(shè)備到手持設(shè)備進(jìn)行很大程度地改變。位置可以被更多或更少的電磁屏蔽，以及手持設(shè)備可能包括接近于卡的可變數(shù)量的金屬部分。因此，卡的最大通信距離很大程度依賴(lài)于卡周?chē)沫h(huán)境以及可能基于卡所插入的手持設(shè)備而變化很大。此外，外部設(shè)備所發(fā)射的磁場(chǎng)導(dǎo)致金屬部分中的渦電流，其生成了趨向于抵消磁場(chǎng)的逆磁場(chǎng)，由此甚至更多地降低了 NFC卡和外部設(shè)備之間的最大通信距離。因此可能期望提供一種NFC卡，當(dāng)將卡插入到手持設(shè)備中時(shí)、較少地依賴(lài)于卡周?chē)沫h(huán)境而提供最大通信距離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種近距離無(wú)線通信NFC卡，包括天線電路，包括具有一個(gè)磁軸的至少一個(gè)天線線圈，以及連接到天線電路的至少一個(gè)集成電路，其中天線線圈的磁軸與卡的平面基本上平行，以及天線線圈的磁軸相對(duì)于卡1的縱向軸成45° 士 10°的角度。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述卡進(jìn)一步包括在天線線圈附近擴(kuò)展的至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽，其不跨越磁軸，以及所述卡不包括在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽和天線線圈之間的任何磁滲透材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，天線電路具有在存在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽的情況下設(shè)置的調(diào)諧頻率，以及當(dāng)將金屬元件放置在導(dǎo)電屏蔽附近時(shí)不去調(diào)諧。在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電屏蔽在卡的上面或下面之上或附近擴(kuò)展。在一個(gè)實(shí)施方式中，NFC卡包括在天線線圈的一側(cè)擴(kuò)展且不跨越其磁軸的第一導(dǎo)電屏蔽，以及在天線線圈的另一側(cè)上擴(kuò)展且不跨越其磁軸的第二導(dǎo)電屏蔽。在一個(gè)實(shí)施方式中，其中天線線圈圍著磁滲透核心進(jìn)行纏繞。在一個(gè)實(shí)施方式中，其中天線線圈圍著磁滲透核心以相對(duì)于導(dǎo)磁核心的縱向軸成 45° 士 10°的角度進(jìn)行纏繞。在一個(gè)實(shí)施方式中，集成電路被配置為實(shí)現(xiàn)有源負(fù)載調(diào)制方法，其包括當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)天線線圈來(lái)發(fā)射磁場(chǎng)的脈沖(burst)，以補(bǔ)償卡所提供的最大通信距離上屏蔽的負(fù)面效應(yīng)，直到考慮通過(guò)負(fù)載調(diào)制來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)為止。在一個(gè)實(shí)施方式中，導(dǎo)電屏蔽包括至少一個(gè)槽，以降低在存在外部磁場(chǎng))的情況下在導(dǎo)電屏蔽中循環(huán)的渦電流的效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方式中，將導(dǎo)電屏蔽分成至少兩個(gè)子屏蔽，以降低在存在外部磁場(chǎng)的情況下在導(dǎo)電屏蔽中循環(huán)的渦電流的效應(yīng)。本發(fā)明的實(shí)施方式還涉及一種用于調(diào)諧近距離無(wú)線通信NFC卡的天線線圈的方法，包括以下步驟提供根據(jù)本發(fā)明所述的卡，以及在存在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽的情況下設(shè)置天線電路的調(diào)諧頻率。本發(fā)明的實(shí)施方式還涉及一種用于在近距離無(wú)線通信NFC卡和NFC外部設(shè)備之間執(zhí)行非接觸通信的方法，包括以下步驟提供根據(jù)本發(fā)明所述的NFC卡，在存在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽的情況下設(shè)置所述卡的天線電路的調(diào)諧頻率，通過(guò)外部設(shè)備來(lái)發(fā)射第一振蕩磁場(chǎng)，將卡放置在印刷電路板的邊緣附近，以及利用NFC卡的天線線圈來(lái)感測(cè)印刷電路板中渦電流所生成的逆磁場(chǎng)，以增加卡和外部設(shè)備之間的最大通信距離。 在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括使用導(dǎo)電屏蔽來(lái)保護(hù)天線電路的調(diào)諧頻率防止印刷電路板的去調(diào)諧效應(yīng)，增加卡和外部設(shè)備之間的最大通信距離。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法進(jìn)一步包括當(dāng)外部設(shè)備發(fā)射第一振蕩磁場(chǎng)時(shí)，利用 NFC卡的天線線圈來(lái)發(fā)射第二振蕩磁場(chǎng)的脈沖，以將數(shù)據(jù)從卡傳送到外部設(shè)備。


現(xiàn)在將以非限制性的方式結(jié)合附圖來(lái)介紹本發(fā)明的實(shí)施方式，其中圖1A、1B、1C分別是根據(jù)本發(fā)明的NFC卡的第一實(shí)施方式的頂部、底部和橫截面視圖；圖2是NFC卡的集成電路的電子示意圖；圖3A到3E示出了說(shuō)明NFC卡的功能的不同電子信號(hào)；圖4示出了手持設(shè)備中的NFC卡的第一安排；圖5示出了 NFC卡的導(dǎo)電屏蔽的一個(gè)實(shí)施方式；圖6示出了手持設(shè)備中的NFC卡的第二安排；
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圖7和8示出了導(dǎo)電屏蔽的其它實(shí)施方式；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的NFC卡的第二實(shí)施方式的頂部視圖。
具體實(shí)施例方式圖1A、1B、1C分別是根據(jù)本發(fā)明的NFC卡1的第一實(shí)施方式的頂部、底部和橫截面視圖。NFC卡可以是旨在被插入到移動(dòng)電話中的SIM-NFC卡。在圖IA中，通過(guò)內(nèi)部元件所嵌入的材料來(lái)示出卡的內(nèi)部元件。NFC卡1包括塑料主體10、集成電路20、調(diào)諧天線電路，調(diào)諧天線電路包括天線線圈30和調(diào)諧電容40、41和一組接觸墊50 (以虛線示出)。集成電路20是雙重的接觸/ 非接觸設(shè)備并且被設(shè)計(jì)為執(zhí)行接觸和非接觸通信。集成電路20可以是用于SIM-NFC卡的安全集成電路。該組接觸墊50 包括 8 個(gè)傳統(tǒng)的 ISO 7816 接觸 Cl (Vcc)、C2 (RST)、C3 (CLK)、 C4 (RFU)、C5 (GND)、C6 (Vpp)、C7 (I/O)以及C8 (RFU)，集成電路20的端子連接到上述接觸。 集成電路20具有附加的端子ΤΑ、TB，其連接到天線線圈和電容器40、41。天線線圈30優(yōu)選地圍繞導(dǎo)磁核心31進(jìn)行纏繞，以及所述核心優(yōu)選地是高滲透材料，例如鐵酸鹽。天線線圈30具有多個(gè)同軸非共面繞組和磁軸MX，其基本上平行于卡的平面。“基本上平行于卡的平面”意思是磁軸MX平行于至少主體10的上或下表面，假設(shè)卡的上或下表面是平的，并且具有依賴(lài)于用于制造所述卡的方法的精確度，例如士 10°。此外，安排天線線圈30使得其磁軸MX大概在與卡1的縱軸LX成45° 士 10°角度。如果卡具有方形，縱軸LX將是平行于卡的外側(cè)的卡的任意軸。在一個(gè)實(shí)施方式中，卡1還包括至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽(conductive screen)，此處為兩個(gè)屏蔽。將第一屏蔽71(圖1A、1B、1C)安排在天線線圈30下面與其磁軸距離為dl處。 將第二屏蔽73(圖1C)安排在天線線圈30上面與其磁軸距離為d2處。在天線線圈和導(dǎo)電屏蔽之間沒(méi)有安排導(dǎo)磁材料，特別是沒(méi)有安排鐵酸鹽。在圖IA到IC所示的實(shí)施方式中，第一和第二導(dǎo)電屏蔽71、73基本上是平面的并且優(yōu)選地面向基本上平行于天線線圈的磁軸MX?！盎旧掀叫小币馑际瞧帘纹叫杏诖泡SMX, 具有依賴(lài)于用于于制造所述卡的方法的精確度，例如士 10°。第一和第二導(dǎo)電屏蔽71、73 在卡的上和下表面上擴(kuò)展并且?guī)缀醺采w上和下表面的整個(gè)表面。在一些實(shí)施方式中，每個(gè)屏蔽具有可以是至少等于天線電路調(diào)諧頻率上的集膚效應(yīng)深度的厚度，例如對(duì)于13. 56MHz 調(diào)諧頻率大約等于18ym。在一個(gè)實(shí)施方式中，將至少一個(gè)屏蔽，例如屏蔽71，連接到集成電路的地電位。作為涉及導(dǎo)電屏蔽相對(duì)于天線線圈的磁軸MS的方向的通用規(guī)則，導(dǎo)電屏蔽必須被安排以使它們不跨越磁軸。當(dāng)屏蔽是平面的且實(shí)質(zhì)上面向平行于磁軸MS時(shí)，明顯滿足這個(gè)規(guī)則。包括天線線圈30和調(diào)諧電容40、41的天線電路被調(diào)諧到具體的工作頻率，例如標(biāo)準(zhǔn)ISO 14443、ISO 15693以及索尼Felica 所要求的13. 56MHz。在存在導(dǎo)電屏蔽71、73 的情況下完成所述調(diào)諧。然后，導(dǎo)電屏蔽71、73保護(hù)調(diào)諧的天線電路，免于一旦將卡安排到諸如移動(dòng)電話的手持設(shè)備內(nèi)部時(shí)金屬部分在調(diào)諧頻率上可能具有的去調(diào)諧效應(yīng)。
換句話說(shuō)，鑒于通常無(wú)法預(yù)先了解卡周?chē)慕饘侪h(huán)境并且依賴(lài)于卡所插入的設(shè)備，導(dǎo)電屏蔽允許在天線線圈附近創(chuàng)建固定已知的金屬干擾，并且在存在這種金屬干擾的情況下調(diào)諧所述天線電路。因此，如果提供了導(dǎo)電屏蔽71、73，則導(dǎo)電屏蔽創(chuàng)建當(dāng)調(diào)諧天線電路時(shí)考慮的天線電路的“自發(fā)干擾”，并且將勝過(guò)來(lái)自其將被插入的設(shè)備中的金屬部分的干擾。在圖IA到IC所示的實(shí)施方式中，卡1是由印刷電路板(PCB)制成的，印刷電路板包括電絕緣電介質(zhì)基底70，以及被安排在基底70的上和下表面的上和下導(dǎo)電層。蝕刻下導(dǎo)電層以形成接觸墊Cl到C8的組50和屏蔽71，其通過(guò)間隙彼此隔離。蝕刻上導(dǎo)電層以形成導(dǎo)電軌道61、62、63。集成電路20的端子TA是接合到導(dǎo)電軌道61的布線。集成電路20的端子TB是接合到導(dǎo)電軌道63的布線。集成電路的其它端子是通過(guò)基底70中構(gòu)成的開(kāi)口 80接合到接觸墊Cl到C8的布線?？蛇x地，第一導(dǎo)電屏蔽71是接合到地墊C5的布線，其使用穿過(guò)基底70中的另一開(kāi)口 81然后穿過(guò)開(kāi)口 80中的一個(gè)到接觸墊C5的布線。電容器40具有連接到導(dǎo)電軌道61的第一端子和連接到導(dǎo)電軌道62的第二端子。 電容器41具有連接到導(dǎo)電軌道62的第一端子以及連接到導(dǎo)電軌道63的第二端子。天線線圈30具有連接到導(dǎo)電軌道62的第一端子32以及連接到導(dǎo)電軌道63的第二端子33。電容器41因此被安排為與天線線圈40并行以及電容器41被安排為串聯(lián)在天線線圈的第一終端32和集成電路20的端子TA之間。將集成電路20、天線線圈30、電容器40、41以及接合線封裝到在基底70上擴(kuò)展的聚合材料72中，例如樹(shù)脂或聚氯乙烯(PVC)，其形成卡的主體10。在卡的上表面上形成或沉積第二導(dǎo)電屏蔽73。其可以是金屬盤(pán)或者可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電材料層，例如導(dǎo)電涂料。在一個(gè)實(shí)施方式中，卡具有804 μ m的整體厚度，基底70具有100 μ m的厚度，第一導(dǎo)電屏蔽71具有18 μ m的厚度，第二導(dǎo)電屏蔽73厚度為18 μ m以及天線線圈30包括它的核心31具有500 μ m的厚度。天線線圈的中央和第一導(dǎo)電屏蔽71之間的距離dl是368 μ m 以及天線線圈的中央和第一導(dǎo)電屏蔽71之間的距離d2是400 μ m。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，集成電路20被配置為通過(guò)感應(yīng)耦合使用有源負(fù)載調(diào)制方法來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。所述方法包括在存在持續(xù)地發(fā)射第一交變磁場(chǎng)的外部NFC設(shè)備的情況下， 發(fā)射第二交變磁場(chǎng)的脈沖的步驟。外部設(shè)備將這種磁場(chǎng)脈沖視為無(wú)源負(fù)載調(diào)制。本申請(qǐng)人在專(zhuān)利EP 1327222 (US7098770B2)的附圖4A到4E、第8頁(yè)、表格4、段落074中提出了這種技術(shù)。只要涉及卡發(fā)送數(shù)據(jù)，這種負(fù)載調(diào)制方法允許在不管導(dǎo)電屏蔽幕71、73的存在的情況下獲得滿意的最大通信距離。圖2是示出了實(shí)現(xiàn)有源負(fù)載調(diào)制方法的集成電路20的示例結(jié)構(gòu)的框圖。如圖所示為裝備有天線線圈AC2的外部設(shè)備ED。集成電路20包括接觸通信接口 CINT、處理器PROC和非接觸通信裝置。將接觸通信接口 CINT連接到接觸墊Cl至C8的組50，并且接觸通信接口具有連接到處理器PROC的輸入/輸出。接口 CINT確保在處理器PROC和外部處理器(例如移動(dòng)電話的基帶處理器)之間的接觸通信期間的協(xié)議管理和數(shù)據(jù)編碼/解碼。
非接觸通信裝置包括編碼電路CCT、解碼電路DCT、調(diào)制電路MCT、解調(diào)電路DMCT、 時(shí)鐘電路CKCT、以及同步振蕩器0SC。它還包括天線電路ACT，其包括之前介紹的電容器40、 41和天線線圈30。在與外部設(shè)備ED進(jìn)行非接觸通信的過(guò)程中，外部設(shè)備ED發(fā)射以工作頻率振蕩的磁場(chǎng)FLDl。處理器PROC為非接觸通信裝置提供要被發(fā)送到外部設(shè)備ED的數(shù)據(jù)DTx，以及從外部設(shè)備接收的由非接觸通信裝置所提供的處理數(shù)據(jù)DTr。在所述非接觸通信中，在天線電路ACT中通過(guò)磁場(chǎng)FLDl來(lái)感應(yīng)天線信號(hào)AS。時(shí)鐘電路CKCT接收天線信號(hào)AS并且從其中提取外部時(shí)鐘信號(hào)CKe。一般來(lái)說(shuō)，外部時(shí)鐘信號(hào) CKe的頻率與載波頻率相同。同步振蕩器OSC接收外部時(shí)鐘信號(hào)CKe并且提供內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi。同步振蕩器 OSC具有同步操作模式，其中內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi的相位和頻率從屬于外部時(shí)鐘信號(hào)的相位和頻率，以及自由振蕩操作模式，其中外部時(shí)鐘信號(hào)不再驅(qū)動(dòng)振蕩器。當(dāng)外部設(shè)備ED將數(shù)據(jù)DTr發(fā)送到集成電路20時(shí)，其通過(guò)攜帶數(shù)據(jù)的調(diào)制信號(hào) MS(DTr)來(lái)調(diào)制磁場(chǎng)FLD1。由于感應(yīng)天線信號(hào)AS是磁場(chǎng)的影像，同樣在天線信號(hào)AS中發(fā)現(xiàn)攜帶數(shù)據(jù)的調(diào)制信號(hào)。解調(diào)電路DMCT從天線信號(hào)AS提取調(diào)制信號(hào)MS (DTr)，并且將其提供給解碼電路 DCT0解碼電路DCT解碼數(shù)據(jù)DTr并且將它們提供給處理器PR0C。當(dāng)集成電路20將數(shù)據(jù)DTx發(fā)送到外部設(shè)備ED時(shí)，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)DTx首先提供給編碼電路CCT并且將同步振蕩器OSC設(shè)置為自由振蕩操作模式。編碼電路CCT將數(shù)據(jù)攜帶調(diào)制信號(hào)MS (DTx)提供給調(diào)制電路MCT。調(diào)制電路MCT將數(shù)據(jù)攜帶調(diào)制信號(hào)MS (DTx)和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi相組合，并且將有源負(fù)載調(diào)制信號(hào)LS提供給天線電路。有源負(fù)載調(diào)制信號(hào)LS包括由信號(hào)LS具有默認(rèn)值的未調(diào)制時(shí)間段所分隔的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi的脈沖。例如，當(dāng)MS(DTx) = 1時(shí)，調(diào)制電路MCT 將內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi提供作為調(diào)制信號(hào)LS，以及當(dāng)MS(DTx) =0時(shí)將它的輸出設(shè)置為0。因此，當(dāng)信號(hào)MS(DTx)為0時(shí)信號(hào)LS為0，以及當(dāng)信號(hào)MS(DTx)為1時(shí)拷貝信號(hào)CKi。天線電路ACT因此接收內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi的脈沖并且天線線圈30發(fā)射磁場(chǎng)FLD2的相應(yīng)脈沖。外部設(shè)備ED檢測(cè)這些磁場(chǎng)脈沖，作為無(wú)源負(fù)載調(diào)制。外部設(shè)備從其天線線圈AC2提取數(shù)據(jù)攜帶調(diào)制信號(hào)MS(DTx)，然后解碼由集成電路20發(fā)送的數(shù)據(jù)DTx。圖3A到3E示例性地說(shuō)明由集成電路20接收數(shù)據(jù)DTr的數(shù)據(jù)傳輸序列(圖的左半部分)，以及由集成電路20發(fā)送數(shù)據(jù)DTx的數(shù)據(jù)傳輸序列(圖的右半部分)。圖3A示出了天線信號(hào)AS。圖:3B示出了調(diào)制信號(hào)MS (DTr)。圖3C示出了內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi。圖3D示出了調(diào)制信號(hào)MS (DTx)，以及圖3E示出了有源負(fù)載調(diào)制信號(hào)LS。當(dāng)外部設(shè)備ED發(fā)送數(shù)據(jù)DTr時(shí)，其利用依賴(lài)于所選通信協(xié)議的調(diào)制深度來(lái)調(diào)制磁場(chǎng)FLDl的幅度。如圖3A的左側(cè)所示，天線信號(hào)AS示出了調(diào)制的時(shí)間段M，其中它的幅度具有最小值al，以及未調(diào)制的時(shí)間段UM，其中它的幅度具有最大值a2。如圖3A的右側(cè)所示，當(dāng)集成電路20發(fā)送數(shù)據(jù)DTx時(shí)，天線信號(hào)示出了與數(shù)據(jù)接收期間相同幅度a2的未調(diào)制時(shí)間段UM,以及過(guò)電壓時(shí)間段0M，其中其幅度具有升高的值a3。 在過(guò)電壓時(shí)間段期間，通過(guò)將內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi射入天線電路ACT來(lái)升高天線信號(hào)的幅度， 并且通過(guò)外部磁場(chǎng)FLDl在天線電路ACT中感應(yīng)的信號(hào)上重疊信號(hào)CKi。內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKi的射入導(dǎo)致由卡發(fā)射的磁信號(hào)FLD2的脈沖。當(dāng)將卡置于手持設(shè)備的卡連接器中之后處于使用狀態(tài)時(shí)，其通常對(duì)于印刷電路板的XY平面，與后者在垂直距離或“ζ-距離”上接近設(shè)備的印刷電路板(PCB)。只要考慮“通用”卡(例如旨在用于任意類(lèi)型的移動(dòng)電話的卡)的制造，這種距離對(duì)于卡制造商來(lái)說(shuō)通常是不可預(yù)測(cè)的。所述Z-距離依賴(lài)于設(shè)備的結(jié)構(gòu)和卡連接器的位置?？梢詫⒖ㄟB接器直接地安裝在PCB上或布置在幾個(gè)毫米之上。同樣不可預(yù)測(cè)的是卡相對(duì)于PCB的XY位置，以及天線線圈的磁軸相對(duì)于PCB邊緣的方向。在非接觸通信期間，卡和外部之間的最大通信距離受到不同因素和物理現(xiàn)象的影響，其包括1)位于卡下面的在天線電路的調(diào)諧頻率上的金屬材料的影響。這些金屬材料可以包括PCB的金屬部分以及其上可能的金屬組件；幻位于卡上面的在天線電路的調(diào)諧頻率上的金屬材料的影響。這些金屬材料可以包括在卡上安排的電池的金屬部分；3)PCB中渦電流的出現(xiàn)。這種渦電流趨于根據(jù)楞次定律通過(guò)生成感應(yīng)本地逆磁場(chǎng)來(lái)抵消由外部設(shè)備ED所發(fā)射的磁場(chǎng)FLD1。它們通常在在PCB的周?chē)魍ú⑶夷娲艌?chǎng)出現(xiàn)在PCB邊緣附近；4)第一和第二導(dǎo)電屏蔽71、73中渦電流的出現(xiàn)，其也生成靠近每個(gè)屏蔽的本地逆磁場(chǎng)。根據(jù)手持設(shè)備中的卡1的安排的實(shí)例，現(xiàn)在將通過(guò)簡(jiǎn)單的方式來(lái)介紹卡1的功能上這些不同現(xiàn)象的影響。圖4示例性地示出了根據(jù)第一安排的安裝或插入到手持設(shè)備HD中的NFC卡1。手持設(shè)備HD可以是移動(dòng)電話，個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)等。手持設(shè)備包括印刷電路板PCBl，其包括金屬部分，諸如導(dǎo)電軌道，并且電子組件(未示出)被安裝在所述金屬部分上。假設(shè)，例如將主處理器HP安裝在板PCBl上，例如移動(dòng)電話的基帶處理器。主處理器HP具有連接到卡的接觸墊的組50的輸入/輸出。圖4還示出了發(fā)射磁場(chǎng)FLDl的外部設(shè)備ED。在本實(shí)例中，卡1被安排使得其包括第一導(dǎo)電屏蔽蔽71的下面在板PCBl上擴(kuò)展， 并且使得其縱向邊緣中的一個(gè)靠近且平行于板PCBl的一個(gè)邊緣。因此，卡的縱軸LX還平行于板的邊緣并且天線線圈的磁軸MX相對(duì)于板的邊緣近似為45°。為了簡(jiǎn)化的目的，圖 4僅示出了天線線圈30、天線核心31、接觸墊組50、以及導(dǎo)電屏蔽71 ；卡的其它元件并未示出ο在存在磁場(chǎng)FLDl的情況下，渦電流ECl被感應(yīng)并且在印刷電路板PCBl的周?chē)魍?，假設(shè)后者具有較大的接地平面。渦電流ECl生成趨于抵消磁場(chǎng)FLDl的逆磁場(chǎng)FECI。 卡的導(dǎo)電屏蔽71中的渦電流EC2也生成逆磁場(chǎng)FEC2，從天線線圈30來(lái)看其具有與逆磁場(chǎng) FECI相同的極性。如圖5所示，通過(guò)導(dǎo)電屏蔽73的底部視圖(即，從天線線圈來(lái)觀察導(dǎo)電屏蔽73)，導(dǎo)電屏蔽73中的渦電流EC3還生成逆磁場(chǎng)FEC3，從天線線圈30來(lái)看其具有與逆磁場(chǎng)FECI和FEC2相反的極性。此處假設(shè)如果屏蔽實(shí)質(zhì)上具有相同的尺寸和相同的電導(dǎo)率， 逆磁場(chǎng)FEC2和FEC3在天線線圈30被安排的屏蔽71、73之間的區(qū)域中彼此抵消?？梢宰⒁獾氖牵?dāng)按圖所示的來(lái)安排卡時(shí)，即使得天線線圈接近PCB邊緣中的一個(gè)，其磁軸與這個(gè)邊緣處于45°，并且當(dāng)Z-距離較小時(shí)，逆磁場(chǎng)FECI的幅度勝過(guò)外部磁場(chǎng)FLDl的幅度，并且提升對(duì)由外部設(shè)備ED所發(fā)送的數(shù)據(jù)DTr的接收。因此，由天線線圈30而不是原始磁場(chǎng)FLDl來(lái)感測(cè)逆磁場(chǎng)FECI，允許卡1從具有更大的最大通信距離的外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)。如果天線核心31是由高滲透材料(例如，鐵酸鹽)制成的，核心集中于磁場(chǎng)線并且進(jìn)一步增加最大通信距離。將會(huì)了解的是，如果天線線圈的磁軸相對(duì)于PCB的邊緣為90°，將會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)由外部設(shè)備ED發(fā)送的數(shù)據(jù)DTr的接收。然而，安排天線線圈30使得其磁軸MX相對(duì)于卡的縱軸LX近似地成45°的角度是考慮如下事實(shí)的折中，事實(shí)是如圖6所示，還可以將卡安排為與邊緣垂直。圖6與圖4相類(lèi)似，除了卡的安排是使得卡1的縱軸LX垂直于印刷電路板PCBl的邊緣。借助于磁軸MX相對(duì)于卡的縱軸LX的45°的安排，天線線圈30接近于PCB的邊緣， 其磁軸與邊緣成45°。因此，當(dāng)Z-距離較小時(shí)，逆磁場(chǎng)FECI的幅度還勝過(guò)外部磁場(chǎng)FLDl 的幅度，并且改進(jìn)對(duì)由外部設(shè)備ED所發(fā)送的數(shù)據(jù)DTr的接收。將會(huì)了解的是，如果天線線圈的磁軸與PCB的邊緣平行，本地逆磁場(chǎng)FECI不會(huì)通過(guò)天線線圈30，并且不會(huì)增加卡和外部設(shè)備ED之間的最大通信距離。第一和第二導(dǎo)電屏蔽還充當(dāng)屏蔽以使得NFC卡的性能更小地依賴(lài)于位于其下或其上的金屬環(huán)境。特別地，由于在存在上層導(dǎo)電屏蔽73的情況下設(shè)置天線線路的調(diào)諧頻率，由卡上的電池的存在所導(dǎo)致的去調(diào)諧效應(yīng)被極大地削弱了。執(zhí)行不同的測(cè)試來(lái)評(píng)估可選導(dǎo)電屏蔽在非接觸通信過(guò)程中對(duì)卡的性能的影響。首先研究不包括導(dǎo)電屏蔽的NFC卡。將卡直接地放置在印刷電路板上，然后調(diào)諧到13. 56MHz。發(fā)射13. 56MHz的磁場(chǎng)并且測(cè)量天線信號(hào)的電壓。接下來(lái)，在天線線圈不去調(diào)諧的情況下，將卡放置在印刷電路板上2mm處。減小調(diào)諧頻率，并且天線信號(hào)的電壓大約小于第一實(shí)例的電壓33%。利用僅包括第一導(dǎo)電屏蔽71 (第二屏蔽被用于預(yù)定安排在電池或金屬部分之下的卡)的NFC卡1來(lái)重復(fù)這些測(cè)量。將卡1直接地放置在印刷電路板上，并且然后調(diào)諧為 13.56MHz。天線電路的電壓與不利用導(dǎo)電屏蔽71來(lái)獲得的電壓相等。當(dāng)將卡1放置在印刷電路板PCB之上2mm時(shí)，調(diào)諧頻率不改變，也不改變天線信號(hào)的電壓。圖7示出了第二導(dǎo)電屏蔽的第一變形73’。屏蔽73’具有縱向槽74，其改變渦電流EC3的流通。渦電流遵循屏蔽的邊緣，然后遵循槽的邊緣，并且因此遵循U型路徑而不是圍繞屏蔽周?chē)沫h(huán)形。圖8示出了第二導(dǎo)電屏蔽的第二變形。將屏蔽分成形成兩個(gè)子屏蔽73a、73b的兩部分。每個(gè)子屏蔽73a、7!3b都經(jīng)過(guò)渦電流EC3a、EC3b，其在是被圖6中的渦電流EC3所跟隨的環(huán)形尺寸的一半的環(huán)形中流通。第二屏蔽73的這些變形允許降低由屏蔽所生成的逆磁場(chǎng)FEC3。因此，由第一屏蔽 71所生成的逆磁場(chǎng)FEC2不會(huì)被逆磁場(chǎng)FEC3抵消并且將逆磁場(chǎng)FEC2增加到由印刷電路板 PCBl所生成的逆磁場(chǎng)FECI。在其它實(shí)施方式中，屏蔽73可以具有與其邊緣垂直的多個(gè)槽或者其可以被分成更多數(shù)量的子屏蔽，以進(jìn)一步減少渦電流所環(huán)繞的區(qū)域的表面?？梢宰⒁獾氖?，與用于接收數(shù)據(jù)的最大通信距離相反，當(dāng)卡通過(guò)發(fā)射磁場(chǎng)FLD2的脈沖來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，用于發(fā)送數(shù)據(jù)的最大通信距離對(duì)天線線圈相對(duì)于印刷電路板的XYZ位
10置不是非常敏感。因此，只要考慮向外部設(shè)備ED發(fā)送數(shù)據(jù)，圖4和圖6中的最大通信距離近似相同。圖9是圖1中示出的NFC卡的變形1’的頂部視圖。這個(gè)變形與圖1的僅有區(qū)別在于，線圈的導(dǎo)磁核心31’具有相對(duì)于卡1的縱軸LX近似成90°的縱軸，而線圈的磁軸MX 仍然相對(duì)于卡1的縱軸LX近似成90°。大意是，線圈圍著核心31以相對(duì)于導(dǎo)磁核心31’ 的縱軸成45° 士 10°的角度進(jìn)行纏繞。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是清楚明了的是，根據(jù)本發(fā)明的NFC卡容易為各種其他實(shí)施方式。特別地，天線線圈可以包括兩個(gè)串聯(lián)的線圈，每個(gè)線圈具有相對(duì)于卡的縱軸LX 成45° 士 10°安排的磁軸。在另一實(shí)施方式中，天線線圈可以包括串聯(lián)的四個(gè)線圈，兩個(gè)線圈具有相對(duì)于縱軸LX成45° 士 10°安排的磁軸并且彼此成90°，以及另外兩個(gè)線圈具有相對(duì)于縱軸LX成0°和90° 士 10°安排的磁軸。此外，本發(fā)明不限于天線線圈的磁軸MX相對(duì)于卡的縱軸LX成45° 士 10°的實(shí)施方式。在其它實(shí)施方式中，天線線圈的磁軸MX相對(duì)于卡的縱軸LX可以成45° 士 25°，即包括在20 °和70 °之間。一般來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)定義磁軸MX和縱軸LX之間的最小和最大角度，使得逆磁場(chǎng)FECI的幅度改進(jìn)對(duì)在圖4和圖6中示出的卡排列中的外部設(shè)備ED 所發(fā)送的數(shù)據(jù)的接收?？梢詫⑿酒ㄖ圃祛I(lǐng)域中的不同已知方法用于制造根據(jù)本發(fā)明的卡的不同實(shí)施方式。在一些實(shí)施方式中，可以將導(dǎo)電屏蔽嵌入到卡的主體之內(nèi)并且可以在卡的上面和下面附近擴(kuò)展。卡的上和/或下面可以不是平面。屏蔽可以是彎曲的，而代替平面。屏蔽可以?xún)H在卡表面的部分上擴(kuò)展。接觸墊組可以?xún)H包括兩個(gè)接觸墊，以當(dāng)卡發(fā)射磁場(chǎng)時(shí)向其供電。還可以通過(guò)電池來(lái)向卡供電，并且所述卡可能沒(méi)有任何接觸墊?？ㄟ€可以是純無(wú)源的并且被配置為通過(guò)無(wú)源負(fù)載調(diào)制來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，并且從外部磁場(chǎng)FLDl提取電源電壓。此外，在本說(shuō)明和權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)“NFC”應(yīng)當(dāng)理解為通過(guò)感應(yīng)耦合執(zhí)行的任意類(lèi)型的非接觸通信，不管所使用的協(xié)議和工作頻率。此外，術(shù)語(yǔ)“NFC卡”應(yīng)當(dāng)理解為具有NFC 能力的任意類(lèi)型的手持支持。
權(quán)利要求
1.一種近距離無(wú)線通信NFC卡(1，2)，包括天線電路ACT，包括具有一個(gè)磁軸MX的至少一個(gè)天線線圈(30)；以及連接到天線電路的至少一個(gè)集成電路O0、21、22)； 其特征在于天線線圈的磁軸MX與卡的平面基本上平行；以及天線線圈的磁軸MX相對(duì)于卡1的縱向軸成45° 士25°的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NFC卡，其中所述卡進(jìn)一步包括在天線線圈附近擴(kuò)展的至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽(71，73，73’，73a, 73b)， 其不跨越磁軸，以及所述卡不包括在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽和天線線圈之間的任何磁滲透材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的NFC卡，其中天線電路具有在存在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽的情況下設(shè)置的調(diào)諧頻率，以及當(dāng)將金屬元件放置在導(dǎo)電屏蔽附近時(shí)不去調(diào)諧。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的一項(xiàng)所述的NFC卡，其中導(dǎo)電屏蔽(71，73，73’，73a，73b)在卡的上面或下面之上或附近擴(kuò)展。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中的一項(xiàng)所述的NFC卡，包括在天線線圈的一側(cè)擴(kuò)展且不跨越其磁軸的第一導(dǎo)電屏蔽(71)，以及在天線線圈的另一側(cè)上擴(kuò)展且不跨越其磁軸的第二導(dǎo)電屏蔽(73，73，，73a，73b)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的一項(xiàng)所述的NFC卡，其中天線線圈圍著磁滲透核心(31， 31，)進(jìn)行纏繞。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的NFC卡，其中天線線圈圍著磁滲透核心(31’)以相對(duì)于導(dǎo)磁核心的縱向軸成45° 士 10°角度進(jìn)行纏繞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的一項(xiàng)所述的NFC卡，其中集成電路00)被配置為實(shí)現(xiàn)有源負(fù)載調(diào)制方法，其包括當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)天線線圈來(lái)發(fā)射磁場(chǎng)(FLM)的脈沖，以補(bǔ)償卡所提供的最大通信距離上屏蔽(71，73，73’，73a，7 )的負(fù)面效應(yīng)，直到考慮通過(guò)負(fù)載調(diào)制來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)為止。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中的一項(xiàng)所述的NFC卡，其中導(dǎo)電屏蔽(73’)包括至少一個(gè)槽 (74)，以降低在存在外部磁場(chǎng)(FLDl)的情況下在導(dǎo)電屏蔽中循環(huán)的渦電流(EC3)的效應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到8中的一項(xiàng)所述的NFC卡，其中將導(dǎo)電屏蔽分成至少兩個(gè)子屏蔽(73a，7 )，以降低在存在外部磁場(chǎng)(FLDl)的情況下在導(dǎo)電屏蔽中循環(huán)的渦電流(EC3a， EC3b)的效應(yīng)。
11.一種用于調(diào)諧近距離無(wú)線通信NFC卡的天線線圈的方法，包括以下步驟 提供根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的卡(1，2)；在存在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽(71，73，73’，73a，73b)的情況下設(shè)置天線電路ACT的調(diào)諧頻率。
12.一種用于在近距離無(wú)線通信NFC卡(1, 和NFC外部設(shè)備ED之間執(zhí)行非接觸通信的方法，包括以下步驟提供根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的NFC卡(1，2)；在存在所述至少一個(gè)導(dǎo)電屏蔽的情況下設(shè)置所述卡的天線電路的調(diào)諧頻率；通過(guò)外部設(shè)備ED來(lái)發(fā)射第一振蕩磁場(chǎng)；將卡放置在印刷電路板PCBl的邊緣附近；以及利用NFC卡的天線線圈來(lái)感測(cè)印刷電路板PCBl中渦電流所生成的逆磁場(chǎng)FECI，以增加卡和外部設(shè)備ED之間的最大通信距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括使用導(dǎo)電屏蔽(71)來(lái)保護(hù)天線電路的調(diào)諧頻率防止印刷電路板的去調(diào)諧效應(yīng)，增加卡和外部設(shè)備ED之間的最大通信距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求12和13中的一個(gè)所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)外部設(shè)備ED發(fā)射第一振蕩磁場(chǎng)FLDl時(shí)，利用NFC卡的天線線圈來(lái)發(fā)射第二振蕩磁場(chǎng)FLD2的脈沖，以將數(shù)據(jù) (DTx)從卡傳送到外部設(shè)備。
全文摘要
公開(kāi)一種對(duì)渦電流敏感的NFC卡。本發(fā)明涉及一種近距離無(wú)線通信NFC卡(1)，包括天線電路，包括具有一個(gè)磁軸(MX)的至少一個(gè)天線線圈(30)，以及連接到天線電路的至少一個(gè)集成電路(20)。天線線圈的磁軸與卡的平面基本上平行，以及天線線圈的磁軸相對(duì)于卡1的縱向軸成45°±25°的角度。本發(fā)明特別適用于SIM-NFC卡和SD-NFC卡。
文檔編號(hào)H04B5/00GK102412871SQ20111028090
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者B·查拉特, N·科爾迪耶 申請(qǐng)人:英賽瑟庫(kù)爾公司