電磁場的發射和接收天線的裝置製造方法
2023-07-05 13:12:21
電磁場的發射和接收天線的裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及用於最小化在電磁場的接收天線(7)中所感應的幹擾電流的方法，由位於所述接收天線鄰近的發射天線(8)生成所述場；所述方法的區別特徵在於，相對於發射天線(8)來布置接收天線(7)，使得所述感應電流至少部分地在接收天線中互相抵消。本發明也涉及一種天線裝置和包括所述天線裝置的設備。
【專利說明】電磁場的發射和接收天線的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於最小化由鄰近處的發射天線在電磁場的接收天線中所感應的幹擾電流的方法、天線裝置及實施所述方法的設備。
[0002]更特別地，本發明的目的在於激活的無接觸通信設備。
[0003]本發明的目的尤其在於規定信號、天線的特徵和使用無接觸技術的該新方法的原理。射頻通信原則上是短程的，並且由電磁耦合和感應執行，所述電磁耦合和感應的範圍為
0.01甚至至Im的數量級。
[0004]本發明尤其可以應用於可攜式電子物件，例如諸如(Sandisk公司的)SD卡的存儲卡、通信手錶。
[0005]這種卡當前被用於可攜式電話的接口卡中，用於尤其是遵照標準IS0/IEC14443或15693來執行無接觸類型的事務，在該情況下這些電話在出廠時沒有無接觸接口。
【背景技術】
[0006]現有技術IS0/IEC14443 和 NFC(英文「Near Field communication」:近場通信的首字母)是以由讀取器所發射的信號的逆向調製原理為基礎的。
[0007]根據該原理，應當由也被稱為PICC(英文Proximity Integrated Circuit Card的首字母，鄰近集成電路卡)的鄰近無接觸晶片物件來調製由讀取器提供的一定量的電磁場。為了與讀取器的靈敏度相符合，要求場的最小振幅用於由物件來調製。該讀取器的載波調製應當生成具有至少等於H/2°_5的振幅的兩個邊帶。為了滿足該條件，在讀取器和物件之間有最小耦合是必要的，用於生成足夠的載波信號。耦合因子直接取決於讀取器的天線表面和無接觸物件的天線表面。
[0008]在無接觸物件很小的情況下:例如微SD卡，射頻天線表面根本是太小的。而且，這種物件用於被整合在如可攜式電話的主機設備中。由於電話的金屬環境，該後者操作還更減小了無接觸物件與讀取器的耦合。
[0009]專利EP1801741(B1)描述了用於由可攜式數據載體(應答器)生成固有電磁場的方法，其中在激活的通信模式下執行向讀取器的數據傳輸，及其中物件的固有電磁場的傳輸被讀取器視為如同讀取器的場調製。然而，該解決方案似乎沒有被全面描述或沒有如所描述的那樣正確運行。
[0010]而且，該專利的教導很複雜。其實施需要較多的電子部件、尤其是濾波器、振蕩器、NFC部件。而且，現有的NFC控制器要求兩個天線，其中一個專用於能量回收及另一個專用於數據的發射/接收。
[0011]也已知的是一種使得能夠避免天線之間相互幹擾的裝置，其在於在通過發射天線的發射期間去活不使用的接收天線。
[0012]管理所述後者情況顯得特別複雜，因為所考慮的物件應當既在頻率上也在相位上同步其響應與由讀取器所發射的信號。此處，接收信號被暫時去活，所考慮的物件應當實施複雜的、昂貴的並且難以被集成在縮小的形式因素中的電子設備，以便補償同步的該損失，如例如鎖相環路設備，其以英文首字母PLL更為眾所周知。
[0013]專利申請US2010/0311328描述包括數據發射天線、能量接收天線和抵消設備的無接觸卡。所述後者抵消設備執行由發射天線在發射天線中所感應的電流的抵消，以便幾乎無失真地保持由接收天線所接收的和來自外部讀取器的信號。在一個實施例中，接收和發射天線關於彼此被成形、定尺寸和定位，以便阻止由一個天線所發射的信號在另一天線中感應出電壓。在能量和數據信號具有相同振幅但相位相反時發生信號抑制。
[0014]本發明的目的在於尋找一種更容易和有利的解決方案，用於在尤其是小尺寸的物件中實施發射，在所述物件中兩個分離的天線可以具有幹擾性的互感。
【發明內容】
[0015]為此，本發明的目的因此在於提供一種用於最小化在電磁場的接收天線中的感應幹擾電流的方法，所述場是由位於所述接收天線鄰近的發射天線生成的。
[0016]所述方法的區別特徵在於相對於發射天線來布置接收天線，使得通過也由發射天線所生成的相反感應電流至少部分地在接收天線中抵消由發射天線所感應的所述電流。
[0017]根據所述方法的其它特徵:
[0018]-通過在兩個基本上平行的水平面上彼此部分相對而在相互之間布置所述天線；
[0019]-天線相交疊，接收天線的大約一半的耦合表面基本上覆蓋發射天線的耦合表面；
[0020]-接收天線與發射天線相交疊，使得由在發射天線內部所產生的通量所生成的接收天線中的感應電流基本上等於由在發射天線外部所產生的反向通量所生成的並且由位於發射天線外部的一部分接收天線所接收的接收天線中的相反感應電流。
[0021]本發明的目的也在於一種電磁場的發射和接收天線的裝置，所述天線被彼此鄰近地安置；
[0022]所述裝置的區別特徵在於，相對於發射天線來布置接收天線，使得通過也由發射天線所生成的相反感應電流，由發射天線所感應的所述電流基本上至少大部分或幾乎全部相互抵消。
[0023]因而，本發明可以部分地抵消例如大於60%、80%或90%的感應。
[0024]根據其它特徵:
[0025]-天線被布置，使得發射天線的電磁通量以一個方向穿過發射天線的耦合表面的第一部分，並且反向通量以反向穿過接收天線的耦合表面的第二部分；
[0026]-天線被安置在載體的相同面上或相對立面上；
[0027]-天線之一在其耦合表面的一半上與另一個交疊。
[0028]本發明的目的也在於一種射頻通信設備，所述設備實施以上方法或包括以上天線
>J-U ρ?α裝直。
[0029]特別地，在激活的無接觸類型的通信情況下，所述設備包括傳送數據的電磁場的接收和發射裝置，其中發射與所述接收同步；所述設備的區別特徵在於與以上裝置相符合地布置第一數據接收天線和第二數據發射天線。
[0030]所述設備可以被集成在以下物件中或構成以下物件，所述物件具有集成電路卡或SD微型卡或手錶的形式因素。[0031]由於本發明，實現了在尤其是讀取器和PICC(SD卡)類型的物件之間的良好耦合；而且，易於在最少更改的情況下實施；本發明尤其適用於常規雙接口的所有晶片(有或沒有振蕩器)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]-圖1示出包括符合本發明實施例的電路的SD型卡；
[0033]-圖2示出上圖的RF射頻電路的更詳細的視圖；
[0034]-圖3A示出圖2的接收級的第一實施例；
[0035]-圖3B示出圖2的接收級的第二實施例；
[0036]-圖4示出圖2的發射級的實施例；
[0037]-圖5和6示出關於微SD卡所布置的接收天線及天線的等效電路值；
[0038]-圖7示出通過射頻SE部件(5)的調製電平；
[0039]-圖8示出從上圖的載波提取部件5的響應信號的濾波器；
[0040]-圖9示出載波和單個響應信號的組合電路；
[0041]-圖10示出相對於發射天線的LC電路；
[0042]-圖11示出分別根據以頻率為函數的電感和電容的阻抗值\和X。；
[0043]-圖12示出關於微SD卡的發射天線的布置和兩個天線之間的布置。
【具體實施方式】
[0044]激活的通信被理解為指無接觸通信，其中通過發射對於應答器所固有的電磁場來執行應答器的響應，所述固有電磁場優選地為放大的。事實上，通過以確定的功率發射由應答器信號所調製的載波信號得到該發射。
[0045]優選地通過與讀取器分離的外部能量源來供應放大和/或發射/接收應答器運行的能量。
[0046]通常，無接觸通信或電路符合標準IS0/IEC14443和/或IS0/IEC15693或所有其它依據13.56MHz的電磁場激勵頻率的協議。由電流源給電路供電。
[0047]圖1示出符合本發明的裝備存儲卡IA的無接觸通信電路I的實施示例。但是，所有其它通信物件可以理論上裝備有例如USB快閃記憶體盤、PCMCIA卡...電話、PDA、電腦。
[0048]物件關於主機設備是可移動或不可移動的，或者被永久固定在那裡，尤其是被焊接在印刷電路卡上。如有必要，電路或物件可以預備連接外部天線而不是承載它們。
[0049]以已知方式，存儲卡I包括接觸接點2、微控制器3、被連接到微控制器的大容量存儲器(NAND) 4。卡還包括通信處理元件5 ;其優選地為雙接口類型(被配置用於管理接觸類型的通信，例如IS07816-3和無接觸的通信，IS0-14443 (SE));該部件或元件5 (SE)優選地被保障，如晶片卡領域已知的集成電路晶片；如果必要，可以配有密碼的和/或防欺詐、防侵入等功能性。
[0050]SE部件通過輸入/輸出埠被連接至微控制器3 ；SE安全元件被連接至激活的接口 CL的電路6 ;該部件6容納分別用於接收和發射的兩個天線7、8。
[0051]在其原理中，觀察到因為天線被安放在微SD(11X 15mm)或迷你SD卡中或在體積基本相等的物件中，本發明包括被增加於無接觸SE元件的額外RF裝置6，7，8，以便補償天線的特別小的尺寸。
[0052]根據本發明的實施例的一個特徵，配置發射裝置5，6，7，8用於調製載波信號25。該載波信號在此處優選地從自外部讀取器所接收的磁場導出或提取。
[0053]在示例中，射頻電路6實現下文中電磁場的接收和發射的功能活動；其尤其拾取來自無接觸讀取器的外部RF射頻場，以便如果必要使所述外部RF射頻場與安全部件相兼容(電壓，等)；其放大SE安全元件的響應用於由外部讀取器聽到。
[0054]圖2更詳細地描述SE部件(5)和其連接。該模式的SE電路包括與外部能量源相連接的裝置。
[0055]在示例中，SE部件包括接觸接口，例如符合IS0-7816標準、由連接束9所表徵；SE部件包括電源接點Vcc，及分別被連接到激活接口 6和地的接點La，Lb。配置SE部件用於響應於在其接點La，Lb上所接收的無接觸幀的接收來調製阻抗負載。
[0056]激活接口 6包括接收信號SRE的調節電路16和用於發射發射信號SEE的脈衝發生器電路17。各個電路16、17被連接到處理部件5的接點(La)。
[0057]根據本發明的一個實施例，配置發射裝置5、17用於調製載波信號。載波信號優選地是從所接收磁場SRE導出或提取的結果。
[0058]時鐘和數據接收。
[0059]根據一個實施例，所述方法包括接收由讀取器所生成的載波頻率的步驟；由專用接收天線7接收載波頻率。天線7事實上接收由讀取器所發射的電磁場，所述電磁場包括調製的載波頻率。在示例中頻率為13.56MHz，但根據基於該13.56MHz頻率的、用於短或中程、尤其是小於10m、lm或0.lm、甚至接近O的通信或協議類型，頻率可以為所有其它值。
[0060]然而，本發明不排除通過任何其他方式生成載波信號，例如根據主機設備或物件的時鐘信號或內部信號。
[0061]該接收步驟的目的也是收集由讀取器向無接觸物件發送的數據。電子級包括可以為此目的所設計的專用接收電路，尤其是用於適配電壓。
[0062]所述方法也可以通過接收適配級(16)來實施適配步驟，用於將接收信號SRE適配於晶片5 ;在該級中，所述方法可以累積地或可替換地執行從接收信號SRE提取同步載波信號25。
[0063]圖3A示出級16詳細的第一實施例16B。接收級16A包括接收天線7，所述接收天線7在此處經由下文所描述的接收電路被連接到晶片接點『La』。
[0064]可以在提取對應於載波信號的時鐘信號之前放大由該天線所接收的信號；為此，電路包括被連接到天線的放大器30，並且時鐘提取器31被連接到該放大器的輸出端；
[0065]在提取器的輸出端所得到的時鐘信號25經由連結⑷被發送到圖4中詳述的脈衝發生器電路或發射適配級17。時鐘提取器31的輸出端此外也被連接到實現「與」功能的邏輯電路35。
[0066]級16A在此處也包括接收由放大器30所放大的接收信號SRE的解調器32a，解調器32a被連接到比較電路33a，用於比較解調得到的信號與參考電壓(TR)。
[0067]然後，比較器33a的輸出信號與來自時鐘提取器31的時鐘信號25在實現邏輯「與」功能的部件35的級別上相組合；在被注入到晶片5的接點La中之前，部件35的第一輸出支路可以經由放大器36。[0068]在被接通到晶片的接點『Lb』上之前，部件35的第二輸出支路可以經由反相器然後經由放大器36。
[0069]圖3B示出該級16的第二實施例16B，並且其中所使用的部件5還是接觸和無接觸(組合)雙接口晶片。從一幅圖到另一幅圖相同的數字表示同樣或基本相似的元件。在該變型中，在作用到模擬/數字轉換器32b之前，時鐘提取電路31也連接到移相器34。
[0070]接收級或電路16B—方面被接通到接收天線7,所述接收天線7此處被連接到晶片的接點「La」。電路16B可以包括被安置在晶片接點『La』和『Lb』端子的電容器13。該電容允許具有良好的質量因子。基於並聯電路的原理來實現接收天線的諧振電路。
[0071]與電路16A不同，由模擬/數字轉換器32b代替解調器32a，由具有參考數字值(DR)的數字比較器33b代替比較器33a，並且接點『Lb』被接地而不是接收「與」電路的、分別由反相器37和放大器36反相和放大的輸出信號。
[0072]而且，所述電路在時鐘提取器31的輸出支路上包括移相器34。該移相器然後接通到模擬/數字轉換器32b。
[0073]因而，該級16A或16B各自允許提取時鐘信號25和將所述信號適配於晶片5。在接收和放大之後，通過利用接口接點La/Lb將載波信號指引到組合晶片5的RF輸入端。可以將額外電容器18增加到接口，以便適配輸入阻抗。
[0074]電子級16A和16B如下運行:
[0075]考慮在如迷你SD卡的載體中的天線7的小耦合表面，由天線7所接收的信號SRE可能是相當弱的。
[0076]在由調解器32a或模擬/數字轉換器32b解調之前，該信號由放大器30放大；由比較器提取並校準(calibrer)的有用信號由(與)門35與由時鐘提取器31所提取的時鐘信號相組合。在門35的輸出端,通過由反相器37和放大器36而被預先放大成差動模式，被重新調節的射頻信號被注入到部件5中。
[0077]同時，在電磁場SRE的存在期間，可以由適當電路(未示出)去活IS07816接觸側上的晶片電源Vcc。該後者電路可以被包括在電路16A或16B中。該動作可以是手動的。
[0078]所述後者電路可以優選地具有由來自接觸件2的電源供給電壓的部件(30、36、32a...)，所述接觸件2與主機設備相聯繫。
[0079]電路16B基本相同地運行；然而移相器34允許精確地調節射頻信號採集的觸發，以便由轉換器32b將所接收的信號包絡轉換成數位訊號。
[0080]「組合」晶片5可以要麼由其IS0/IEC7816接觸接點Vdd和Vss，要麼根據本發明的利用和電子組裝而利用由場在其接觸節點La、Lb所提供的能量供電。晶片也可以由以RF場的圖像所生成的電壓或由電路16供電，電路16本身由主機設備的接觸件2供電。
[0081]該後者選項的優點是對於部件5，其供電可以根據場的存在與否由級16管理及如果需要重新初始化晶片5。
[0082]在該階段，電壓VLab的振幅至少為3.3Vpp (峰值-峰值伏特)。該值對於示例晶片檢測13.56MHz的時鐘及能夠提取來自讀取器的數據是必要的。
[0083]通過示例，下表示出由兩個實際示例晶片用於探測時鐘和來自外場的數據所需的電壓，所述兩個實際示例晶片為Philips/NXP的P5CD072或Infineon公司的66CLX800。
[0084]
【權利要求】
1.用於最小化在電磁場的接收天線(7)中所感應的幹擾電流的方法，由位於所述接收天線鄰近的發射天線(8)生成所述場，其特徵在於，相對於發射天線(8)來布置接收天線(7)，使得通過也由發射天線所生成的相反感應電流至少部分地在接收天線中抵消由發射天線所感應的所述電流。
2.根據前項權利要求所述的方法，其特徵在於，通過在兩個基本上平行的水平面上彼此部分相對而在相互之間布置所述天線(7，8)。
3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，天線(7，8)相交疊，接收天線的大約一半的耦合表面基本上覆蓋發射天線的耦合表面。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，接收天線與發射天線相交疊，使得由在發射天線內部所產生的通量所生成的接收天線中的感應電流(i)基本上等於由在發射天線外部所產生的反向通量所生成的並且由位於發射天線外部的一部分接收天線所接收的接收天線中的相反感應電流(j)。
5.電磁場的發射和接收天線的裝置，所述天線被彼此鄰近地安置，其特徵在於，相對於發射天線來布置接收天線，使得通過也由發射天線所生成的相反感應電流，所述由發射天線所感應的電流在接收天線中基本上至少大部分或幾乎全部相互抵消。
6.根據前項權利要求所述的天線裝置，其特徵在於，通過在兩個基本上平行的水平面上彼此部分相對而在相互之間布置所述天線(7，8)。
7.根據權利要求5至6中之一所述的天線裝置，其特徵在於，天線中之一在其耦合表面的一半上與另一個交疊。
8.根據權利要求5至7中任一項所述的天線裝置，其特徵在於，所述天線被布置使得發射天線的電磁通量以第一方向穿過發射天線的耦合表面的第一部分，並且反向通量以與第一方向反向的方向穿過接收天線的I禹合表面的第二部分。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的天線裝置，其特徵在於，天線(7，8)被安置在載體的相同面上或相對立面上。
10.射頻通信設備，其實施根據權利要求1至5中任一項所述的方法或包括根據權利要求5至9中之一所述的天線裝置。
11.根據前項權利要求所述的通信設備，所述通信是激活的無接觸類型(I)，所述設備包括傳送數據的電磁場的接收和發射裝置(5，6，7，8)，所述發射與所述接收是同步的，其特徵在於，其包括分別對應於發射和接收天線的第一數據接收天線(7)和第二數據發射天線⑶。
12.根據前述權利要求中任一項所述的通信設備，其特徵在於，所述設備被集成於以下物件中或構成以下物件，所述物件具有集成電路卡或SD微型卡或手錶的形式因素。
【文檔編號】H01Q1/22GK103597660SQ201280018511
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月13日 優先權日:2011年4月15日
【發明者】J-P·卡呂亞納, G·卡波馬焦, C·布東 申請人:格馬爾託股份有限公司