用於手持設備的nfc卡的製作方法
2023-12-01 19:29:21
專利名稱：用於手持設備的nfc卡的製作方法
技術領域：
本發明涉及近場通信(也稱為近距離無線通信)卡(NFC卡)，更具體地，涉及用於插入諸如行動電話的手持設備內的NFC卡。本發明還涉及一種用於在NFC卡和外部NFC設備之間執行非接觸通信的方法。
背景技術：
已知的用於插入手持設備內的NFC卡例如是NFC用戶識別模塊(也稱為SIM-NFC) 或NFC安全數碼(SD)卡。國際公開號為W098/58509的專利申請公開了一種SM-NFC卡， 其包括接觸墊、微處理器、NFC模塊和天線線圈。天線線圈具有一個或多個與卡的平面平行的共面同軸繞組，因此呈現與卡的平面垂直的磁軸。它可以通過接觸墊與行動電話執行接觸通信，並通過天線線圈與外部NFC設備執行NFC通信。當卡和外部NFC設備被放置得彼此十分接近時，卡的天線線圈感應地耦合到外部 NFC設備的天線線圈，可使用諸如由IS014443、IS015693和Sony Feliea 定義的傳統NFC 技術交換數據。在大多數應用中，外部設備發射磁場，而NFC卡是無源的，並通過負載調製發送數據。因此，卡的天線線圈與無源組件(例如電容器)相關聯以形成天線電路，其被調諧到外部設備的工作頻率，例如13. 56MHz。手持設備通常包含金屬部件或金屬組件。當NFC卡被插入手持設備中時，這些金屬部件或組件減小了天線線圈的電感，從而改變了天線電路的調諧頻率，並降低了 NFC卡與外部設備之間的最大通信距離。對於NFC卡製造商來說，很難提前知道NFC卡將用於什麼環境，即，卡的金屬環境如何。卡的位置可隨手持設備的不同而變化很大。位置可或多或少地被電磁屏蔽，手持設備可包括不同數量的接近卡的金屬部件。因此，卡的最大通信距離嚴重依賴於卡周圍的環境，並可根據卡所插入的手持設備而變化很大。另外，手持設備有時被設計成以致NFC卡被放置在其電池的下面，這可以是例如接收卡的連接器被安裝在手持設備的主印刷電路板(母板)上的情況。在這種情況下，電池可在天線線圈上延伸並與它的磁軸相交叉。結果，最大通信距離被進一步減少，以致非接觸通信變得不可能或僅在非常短的通信距離內可能。另外，由外部設備發射的磁場在金屬部件中感應產生渦電流，其產生趨於中和磁場的反向磁場，從而更加降低NFC卡與外部設備之間的最大通信距離。因此，期望提供一種NFC卡，其在被插入手持設備中時提供最大通信距離，而較少依賴於卡周圍的環境。
發明內容
本發明的實施例涉及NFC卡，其包括天線電路，其包括具有至少一個磁軸的天線線圈；和至少一個連接到天線電路的集成電路。在一個實施例中，天線線圈的磁軸基本與卡的至少一側平行，卡還包括至少一個導電屏，其在天線線圈附近擴展而不與磁軸相交叉，卡在所述至少一個導電屏和天線線圈之間不包括任何導磁材料。在一個實施例中，天線電路具有調諧頻率，其在存在所述至少一個導電屏時已被設置，並在金屬元件被放置在導電屏附近時不解諧。在一個實施例中，NFC卡包括接觸墊，其設置在卡的第一側面。在一個實施例中，導電屏在卡的第一側面上或附近擴展。在一個實施例中，導電屏在卡的第二側面上或附近擴展。在一個實施例中，NFC卡包括第一導電屏，其在天線線圈的一側擴展而不與其磁軸相交叉；以及第二導電屏，其在天線線圈的另一側上擴展而不與其磁軸相交叉。在一個實施例中，天線線圈圍著導磁磁芯纏繞。在一個實施例中，集成電路被配置為實施有源負載調製方法，該方法包括就涉及通過負載調製發送數據而言，當數據將被發送時，通過天線線圈發射磁場的突發(burst)， 以補償導電屏對由卡提供的最大通信距離的負效應。在一個實施例中，天線線圈包括至少兩個串聯的線圈，所述線圈具有非平行的磁軸，以在卡在存在外部磁場時被放置在印刷電路板附近時，增強由渦電流產生的反向磁場的感應。在一個實施例中，導電屏包括至少一個槽，以減小在存在外部磁場時在導電屏中環流的渦電流的影響。在一個實施例中，導電屏被分成至少兩個子屏，以減小在存在外部磁場時在導電屏中環流的渦電流的影響。本發明的實施例還涉及一種用於調諧NFC卡的天線線圈的方法，包括以下步驟 提供根據本發明的一個實施例的NFC卡，以及設置天線電路在存在所述至少一個導電屏時的調諧頻率。本發明的實施例還涉及一種用於在NFC卡與NFC外部設備之間執行非接觸通信的方法，包括以下步驟提供根據本發明的一個實施例的NFC卡；設置卡的天線電路在存在所述至少一個導電屏時的調諧頻率；用外部設備發射第一振蕩磁場；將卡放置在印刷電路板的邊緣附近；以及使用導電屏保護天線電路的調諧頻率不受印刷電路板的解諧影響，以增加卡與外部設備之間的最大通信距離。在一個實施例中，該方法還包括用NFC卡的天線線圈感應由印刷電路板中的渦電流產生的反向磁場，以增加卡與外部設備之間的最大通信距離。
現在結合但不限於附圖，描述本發明的實施例，其中圖1A、1B、1C分別是根據本發明的NFC卡的第一實施例的頂視圖、底視圖和剖視圖；圖2是NFC卡的集成電路的電氣圖；圖3A至3E示出表示NFC卡的功能的不同電信號；圖4示出NFC卡在手持設備內的第一設置；圖5示出NFC卡的導電屏的一個實施例；
圖6和圖7示出導電屏的其它實施例；圖8示出NFC卡在手持設備內的第二設置；圖9A、9B示出NFC卡的天線線圈的實施例；圖10是根據本發明的NFC卡的第二實施例的頂視圖。
具體實施例方式圖1A、1B、1C分別是根據本發明的NFC卡1的頂視圖、底視圖和剖面圖。NFC卡可以是用於插入行動電話內的SIM-NFC卡。在圖IA中，卡的內部單元通過它們所嵌入的材料示出。NFC卡1包括塑料主體10、集成電路20、包括天線線圈30和調諧電容40、41的調諧天線電路、和接觸墊組50 (用虛線示出)。集成電路20是雙型接觸/非接觸器件，並被設計為執行接觸通信和非接觸通信。集成電路20可以是SIM-NFC卡的安全集成電路。接觸墊組50 包括 8 個傳統的 ISO 7816 觸點 Cl (Vcc)、C2 (RST)、C3 (CLK)、C4 (RFU)、 C5 (GND)、C6 (Vpp)、C7 (I/O)和C8 (RFU)，其中，集成電路20的端子被連接到這些觸點。集成電路20具有附加端子ΤΑ、TB，其被連接到天線線圈和電容40、41。天線線圈30具有幾個同軸非共面繞組和基本上與卡的平面平行的磁軸MA。「基本上」意味著磁軸MA以取決於製造卡的過程的精度(例如士 10° )平行於卡的平面。優選地，天線線圈31圍著導磁磁芯31纏繞，優選地，磁芯是諸如鐵氧體的高導磁材料。卡1還包括至少一個導電屏，在此是兩個。第一導電屏71 (圖1A、1B、1C)被設置在天線線圈30之下與其磁軸距離dl處。第二導電屏73(圖1C)被設置在天線線圈30之上與其磁軸距離d2處。非導磁材料，特別是非鐵氧體，被設置在天線線圈與導電屏之間。在圖IA至IC所示的實施例中，第一和第二導電屏71、73基本上是平面的，並優選地，方向與天線線圈的磁軸MA基本平行。「基本平行」意味著導電屏以取決於製造卡的過程的精度(例如士 10° )平行於磁軸MA。第一和第二導電屏71、73在卡的底面和頂面上擴展， 幾乎覆蓋底面和頂面的整個表面。每個導電屏具有一定厚度，在某些實施例中，該厚度可以至少等於在天線電路的調諧頻率處的集膚效應(skin effect)深度，例如，對於13.56MHz 的調諧頻率，其近似為18μπι。在一個實施例中，至少一個導電屏，例如導電屏71，被連接到集成電路的接地電位。作為有關導電屏相對於天線線圈的磁軸MA的方向的一般規則，必須設置導電屏以致其不與磁軸相交叉。當導電屏是平面的且方向基本與磁軸MA平行時，顯然滿足該規則。包括天線線圈30和調諧電容40、41的天線電路被調諧到特定工作頻率，例如，標準ISO 14443、ISO 15693和Sony Feliea 所要求的以56MHz。在存在導電屏的情況下完成調諧。然後，導電屏71、73將保護所調諧的天線電路不受解諧影響，該解諧影響是一旦卡被設置在諸如行動電話的手持設備內時金屬部件就可能對調諧頻率產生的。換句話說，假定環繞卡的金屬環境通常不是提前已知的，並取決於卡所插入的設備，導電屏考慮將在天線線圈附近生成的固定已知的金屬幹擾和在存在該金屬幹擾時將被調諧的天線電路。因此，導電屏71、73生成天線電路的「主動幹擾」，其在天線電路被調諧時
6考慮，並將壓倒來自卡將被插入的設備中的金屬部件的幹擾。在圖IA至IC所示的實施例中，卡1由印刷電路板(PCB)製成，該印刷電路板包括電絕緣介質基板70、和在基板70的頂面和底面上設置的頂部導電層和底部導電層。底部導電層被蝕刻，以形成接觸墊C1-C8的組50和導電屏71，它們通過間隙彼此隔離。頂部導電層被蝕刻以形成導電軌61、62、63。集成電路20的端子TA被引線接合到導電軌61。集成電路20的端子TB被引線接合到導電軌63。集成電路的其它端子通過在基板70上製成的開口 80引線接合到接觸墊 Cl-CS0可選地，第一導電屏71使用穿過基板70中的另一個開口 81、然後穿過一個開口 80 以與接觸墊C5接觸的引線被引線接合到接地墊C5。電容40具有連接到導電軌61的第一端子和連接到導電軌62的第二端子。電容 41具有連接到導電軌62的第一端子和連接到導電軌63的第二端子。天線線圈30具有連接到導電軌62的第一端子32和連接到導電軌63的第二端子33。因此，電容41被設置為與天線線圈30平行，並且電容41被設置為串聯在天線線圈的第一端子32與集成電路20 的端子TA之間。集成電路20、天線線圈30、電容40、41和接合引線被封裝到在基板70上延伸的高分子材料72中，諸如樹脂或聚氯乙烯(PVC)，其形成卡的主體10。第二導電屏73被形成或沉積在卡的頂面上。它可以是金屬板或者包括一層或多層導體材料，例如導電塗料。在一個實施例中，卡具有804 μ m的總厚度，基板70具有100 μ m的厚度，第一導電屏71具有18 μ m的厚度，第二導電屏73具有18 μ m的厚度，包括磁芯31的天線線圈30具有500 μ m的厚度。天線線圈的中心與第一導電屏71之間的距離dl是368 μ m，天線線圈的中心與第二導電屏73之間的距離d2是400 μ m。在優選實施例中，集成電路20被配置為使用有源負載調製方法通過感應耦合發送數據。該方法包括在存在持續發射第一交變磁場的外部NFC設備時發射第二交變磁場的突發的步驟。這種磁場突發被外部設備視為無源負載調製。該技術由本申請人在專利 EP1327222(US7, 098，770B2)中提出，參照附圖4A至4E，第8頁，表4和第074段。就涉及通過卡發送數據而言，該負載調製方法允許獲得滿意的最大通信距離，而不管是否存在導電屏71、73。圖2是示出實施有源負載調製方法的集成電路20的實例性結構的框圖。還示出了配備有天線線圈AC2的外部設備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。接觸通信接口 CINT被連接到接觸墊C1-C8的組50，並具有連接到處理器PROC的輸入/輸出。接口 CINT確保在接觸通信期間處理器PROC與諸如行動電話的基帶處理器的外部處理器之間的協議管理和數據編碼/解碼。非接觸通信裝置包括編碼電路CCT、解碼電路DCT、調製電路MCT、解調電路DMCT、 時鐘電路CKCT和同步振蕩器0SC。它還包括天線電路ACT，其包括前述的電容41、42和天線線圈30。在與外部設備ED的非接觸通信期間，外部設備發射以工作頻率振蕩的磁場FLD1。 處理器PROC向非接觸通信裝置提供將被發送到外部設備ED的數據DTx，並處理從外部設備接收並由非接觸通信裝置提供的數據DTr。在這種非接觸通信期間，天線信號AS由磁場FLDl在天線電路ACT中感應產生。時鐘電路CKCT接收天線信號AS，並從中提取外部時鐘信號CKe。通常，外部時鐘信號CKe具有與載波頻率相同的頻率。同步振蕩器OSC接收外部時鐘信號CKe，並提供內部時鐘信號CKi。同步振蕩器OSC 具有同步運行模式和自由振蕩運行模式，其中，在同步運行模式中，內部時鐘信號CKi的相位和頻率受控於外部時鐘信號的相位和頻率，在自由振蕩運行模式中，外部時鐘信號不再驅動振蕩器。當外部設備ED向集成電路20發送數據DTr時，外部設備ED通過數據攜帶調製信號MS(DTr)調製磁場FLD1。由於所感應產生的天線信號AS是磁場的圖像，因此，數據攜帶調製信號也可在天線信號AS中找到。解調電路DMCT從天線信號AS中提取調製信號MS(DTr)，並將其提供給解碼電路 DCT0解碼電路DCT對數據DTr進行解碼，並將其提供給處理器PR0C。當集成電路20向外部設備ED發送數據DTx時，將被發送的數據DTx首先被提供給編碼電路CCT，同步振蕩器OSC被設置成自由振蕩運行模式。編碼電路CCT將數據攜帶調製信號MS (DTx)提供給調製電路MCT。調製電路MCT將數據攜帶調製信號MS (DTx)和內部時鐘信號CKi相結合，並向天線電路提供有源負載調製信號LS。有源負載調製信號LS包括被其中信號LS具有預設值的非調製周期分離的內部時鐘信號CKi的突發。例如，調製電路MCT在MS (DTx) = 1時提供內部時鐘信號CKi作為調製信號LS，在MS(DTx) = 0時將其輸出設置為0。這樣，當MS(DTx) =0時，信號LS是0，當MS(DTx) =1時，複製信號CKi。這樣，天線電路ACT接收內部時鐘信號CKi的突發，天線線圈30發射對應的磁場FLD2的突發。這些磁場突發被外部設備檢測為無源負載調製。外部設備從它的天線線圈AC2中提取數據攜帶調製信號MS (DTx)，然後解碼由集成電路20發送的數據DTx。圖3A至3E示意性地表示其中數據DTr由集成電路20接收的數據傳輸序列(圖的左半部分)和其中數據DTx由集成電路20發送的數據傳輸序列(圖的右半部分)。圖 3A示出天線信號AS。圖:3B示出調製信號MS(DTr)。圖3C示出內部時鐘信號CKi。圖3D 示出調製信號MS(DTx)，圖3E示出有源負載調製信號LS。當外部設備ED發送數據DTr時，它用取決於所選擇的通信協議的調製深度調製磁場FLDl的振幅。如圖3A的左側所示，天線信號AS示出其中天線信號的振幅具有最小值al 的調製周期M和天線信號的振幅具有最大值a2的非調製周期UM0如圖3A的右側所示，當集成電路20發送數據DTx時，天線信號示出與在數據接收期間相同的振幅a2的非調製周期UM和其中天線信號的振幅具有增大值a3的過電壓周期 0M。在過電壓周期期間，天線信號的振幅由於內部時鐘信號CKi被注入天線電路ACT中而增大，信號CKi被疊加到由外部磁場FLDl在天線電路ACT中感應產生的信號上。內部時鐘信號CKi的注入使得磁信號FLD2的突發被卡發射。當卡在被放入手持設備的卡連接器後使用時，其通常相對於印刷電路板的XY平面以距離印刷電路板一定的垂直距離或「Z距離」接近於設備的印刷電路板(PCB)。就涉及 「通用」卡的製造而言(即，用於任何類型的行動電話的卡)，這種距離通常對於卡的製造商是不可預測的。該Z距離取決於設備的結構和卡連接器的位置。卡連接器可以直接安裝在 PCB上或設置為高於PCB幾毫米。同樣不可預測的是卡相對於PCB的XY位置，以及天線線圈的磁軸相對於PCB邊緣的方向。在非接觸通信期間，卡與外部設備之間的最大通信距離受到不同因素和物理現象的影響，其包括1)位於卡的下面的金屬材料對天線電路的調諧頻率的影響。這些金屬材料可包括 PCB的金屬部件及其上可能的金屬組件。幻位於卡的上面的金屬材料對天線電路的調諧頻率的影響。這些金屬材料可包括在卡上安置的電池的金屬部件。3)PCB中渦電流的出現。這樣的渦電流通過根據楞次定律生成感應本地反向磁場而趨向於中和由外部設備ED發射的磁場FLD1。它們通常在PCB的外圍環流，並且反向磁場出現在PCB的邊緣附近。4)第一和第二導電屏中渦電流的出現，其也生成接近每個導電屏的本地反向磁場。現在參照手持設備內卡1的設置的例子，以簡單的方式說明這些不同現象對卡1 的功能的影響。圖4示意性地示出根據第一設置的安裝或插入手持設備HD中的NFC卡。手持設備HD可以是行動電話、個人數字助理(PDA)等。手持設備包括印刷電路板PCB1，其包括金屬部件，諸如其上安裝有電子組件(未示出)的導電軌。例如，假定主機處理器HP被安裝在板PCBl上，諸如行動電話的基帶處理器。主機處理器HP具有連接到卡的接觸墊組50的輸入/輸出。圖4還示出發射磁場FLDl的外部設備ED。在該例子中，卡1被設置以致其底面，包括第一導電屏71，在板PCBl之上擴展，其磁軸MA接近並垂直於板PCBl的一個邊緣。為了簡化起見，圖4僅示出天線線圈30、天線磁芯31、接觸墊組50和導電屏71 ；卡的其它單元沒有被示出。在存在磁場FLDl下，渦電流ECl被感應產生，並在印刷電路板PCBl的外圍環流， 假定印刷電路板PCBl具有大的接地平面。渦電流ECl生成反向磁場FECI，其趨向於中和磁場FLDl。在卡的導電屏71中的渦電流EC2也生成反向磁場raC2，從天線線圈30來看，其具有與反向磁場FECI相同的極性。如圖5的導電屏73的底視圖所示(即，從天線線圈來看導電屏73)，導電屏73中的渦電流EC3也生成反向磁場FEC3，從天線線圈30來看，其具有與反向磁場FECI相反的極性。在此，假定導電屏具有基本相同的尺寸和基本相同的導電性，則反向磁場FEC2和FEC3在設置有天線線圈30的導電屏71、73之間的區域相互抵消。已經看出當卡如所示出的設置時，即以致天線線圈接近PCB的一個邊緣，而其磁軸垂直於該邊緣，並且當Z距離小時，反向磁場FECI的大小壓倒外部磁場FLDl的大小，增強了由外部設備EB發送的數據DTr的接收。因此，反向磁場FECI由天線線圈30感應，而不是原始磁場FLD1，從而允許卡1以更大的最大通信距離從外部設備ED接收數據。如果天線磁芯31由諸如鐵氧體的高導磁材料製成，則磁芯聚集磁場線，進一步增加最大通信距離。第一和第二導電屏還用作屏蔽以使NFC卡的性能更少依賴於位於其下面或上面的金屬環境。具體地，由於天線電路的調諧頻率在存在頂部導電屏73下設置，因此，由於卡上面存在電池而產生的解諧影響被極大地抑制。執行不同的測試以評估在非接觸通信期間導電屏對卡的性能的影響。首先，研究不包括導電屏的NFC卡。該卡被直接放置在印刷電路板上，然後調諧到 13.56MHz。發射13. 56MHz的磁場，並測量天線信號的電壓。其次，卡被放置在印刷電路板之上2mm處，而並不重新調諧天線線圈。調諧頻率變小，而天線信號的電壓比第一種情況的電壓減小大約33%。對僅包括第一導電屏71的NFC卡1(用於卡的第二導電屏被指定設置在電池或金屬部件的下面)重複這些測量。卡1被直接放置在印刷電路板上，然後調諧到13. 56MHz。 天線電路的電壓等於沒有導電屏71時得到的電壓。當卡1被放置在印刷電路板PCB之上 2mm處時，調諧頻率沒有改變，天線信號的電壓也沒有改變。圖6示出第二導電屏的第一變形73'。導電屏73'具有縱向槽74，其變更渦電流 EC3的環流。渦電流沿著導電屏的邊緣流動，然後沿著槽的邊緣流動，因此沿著U形路徑而不是沿著環繞導電屏的外圍的迴路流動。圖7示出第二導電屏的第二變形。導電屏被分成兩個部分，以形成兩個子屏73a、 73b。每個子屏73a、7 被渦電流EC3a、EC3b穿過，其中，渦電流EC3a、EC3b在圖5中的渦電流EC3所沿著的迴路的一半大小的迴路中環流。這些第二導電屏73的變形允許由該導電屏生成的反向磁場FEC3降低。因此，由第一導電屏71生成的反向磁場FEC2不被反向磁場FEC3抵消，並被添加到由印刷電路板PCBl 生成的反向磁場FECI上。在其它實施例中，導電屏73可具有幾個與其邊緣垂直的槽，或者被分成更多數量的子屏，從而進一步地減少由渦電流所圍繞的區域的表面。圖8示意性地示出根據第二設置安裝在或插入手持設備HD中的NFC卡1。除了卡的設置是以致天線線圈30的磁軸MA與印刷電路板PCBl的邊緣平行，並因此與由渦電流 ECl生成的反向磁場FECI垂直以外，圖8與圖4類似。採用這樣的設置，本地反向磁場FECI不通過天線線圈30，並且不增加卡與外部設備ED之間的最大通信距離。在這種情況下，外部設備所發送的數據的接收是基於天線線圈對外部磁場FLDl的感應。需要注意，與用於接收數據的最大通信距離相反，當卡通過發射磁場FLD2的突發來發送數據時，用於發送數據的最大通信距離對於天線線圈相對於印刷電路板的XYZ位置很不敏感。因此，就涉及向外部設備的發送數據而言，最大通信距離大約與圖4和圖8中的距離相同。圖9A和9B示出天線線圈的兩個實施例30'和30〃，其被提供以在預先不知道如何相對於印刷電路板PCBl設置卡時提高卡感應反向磁場FECI的能力。在圖9A中，天線線圈30'包括圍繞公共磁芯31'纏繞的兩個線圈30-1，30-2。線圈30-1具有磁軸MA1，其與線圈30-2的磁軸MA2垂直。在圖9B中，天線線圈30〃包括圍繞公共方形環磁芯31〃纏繞的四個串聯的線圈 30-1、30-2、30-3和30-4。線圈30_1圍繞方形環磁芯31〃的第一段纏繞，並具有磁軸MAl。 線圈30-2圍繞方形環磁芯31"的第二段纏繞，並具有與磁軸MAl垂直的磁軸MA2。線圈 30-3圍繞方形環磁芯31"的第三段纏繞，並具有與磁軸MA2垂直的磁軸MA3。線圈30_4圍
10繞方形環磁芯31 「的第四段纏繞，並具有與磁軸MA3垂直的磁軸MA4。這樣，天線線圈30'或30〃可通過兩個線圈30-1、30-2中的一個(圖9A)或者通過四個線圈30-1至30-4(圖9B)來捕獲反向磁場FECI，而不管卡是否如圖4或圖8所示地設置。圖10是根據本發明的NFC卡2的另一個實施例的頂視圖，其中，卡的內部單元通過其所嵌入的材料示出。卡2包括與卡1類似的單元，其用相同的標記標識，具體地，包括圍著磁芯30纏繞的天線線圈30、電容40、41和接觸墊組50，在此接觸墊是ISO 7816墊C1-C8。卡2還具有底部導電屏71和頂部導電屏73(未示出)。如前所述，電容40具有連接到導電軌61的第一端子和連接到導電軌62的第二端子。電容41具有連接到導電軌62的第一端子和連接到導電軌63的第二端子。天線線圈 30具有連接到導電軌62的第一端子32和連接到導電軌63的第二端子33。卡2實質與卡1不同的地方在於其包括兩個半導體晶片上的集成電路21、22。集成電路21被設計成與諸如圖4中的處理器HP的手持設備的處理器建立接觸通信，並具有連接到接觸墊C1-C8的端子。集成電路22被設計成與諸如圖4中的設備ED的外部設備建立非接觸通信，並被連接到天線線圈30。集成電路21、22還相互連接，以致它們之間能夠通集成電路21可被配置為通過集成電路22管理非接觸事務，而集成電路22可被配置為作為非接觸耦合器運行。可選擇地，集成電路22可被配置為管理非接觸事務，並在諸如認證步驟的某些特定步驟將在事務期間執行時「參考」集成電路21。集成電路21被設置在接觸墊組50之上的基板70上，並具有通過基板70中的開口 80被引線接合到接觸墊C1-C8的端子。集成電路21還包括兩個數據總線端子Tl、T2， 其被引線接合到兩個導電軌66、67。集成電路22被設置在基板70上集成電路21與天線線圈30之間。它包括被引線接合到導電軌61的端子TA'、被引線接合到導電軌63的端子TB'、被引線接合到卡的導電軌64的電源端子、被引線接合到卡的導電軌65的接地端子、被引線接合到導電軌66的數據總線端子、和被引線接合到導電軌67的數據總線端子。導電軌64被引線接合到接觸墊Cl，導電軌65被引線接合到接觸墊C6。顯然，對於本領域的普通技術人員來說，根據本發明的NFC卡允許各種其它的實施例。在晶片卡製造領域中的不同已知方法可以用於製造根據本發明的卡的不同實施例。 在某些實施例中，導電屏可內嵌入卡的主體內，並可在卡的一個側面附近擴展。卡的頂部和 /或底部表面可以不是平面的。導電屏可以是彎曲的，而不是平面的。導電屏可以僅在卡的表面的一部分擴展。接觸墊組可以僅包括兩個接觸墊以在卡發射磁場時向它供電。卡還可以用電池供電，並可以不具有任何接觸墊。卡還可以完全是無源的，並被配置為通過無源負載調製發送數據，並從外部磁場FLDl中提取電源電壓。另外，在本說明書和權利要求書中，術語「NFC」應當被認為是指通過感應耦合執行的任何類型的非接觸通信，而不管所使用的協議和工作頻率。另外，術語「NFC卡」應當被認為是指具有NFC功能的任何類型的手持支持物。
權利要求
1.一種 NFC 卡(1，2)，包括天線電路(ACT)，其包括具有至少一個磁軸(MA，MA1-MA4)的天線線圈(30，30'， 30")；以及至少一個連接到所述天線電路的集成電路O0，21，22)；其特徵在於，所述天線線圈的磁軸基本上與所述卡的至少一側平行；所述卡還包括至少一個導電屏(71，73，73'，73a，7 )，其在所述天線線圈附近擴展， 而不與所述磁軸相交叉；所述卡在所述至少一個導電屏與所述天線線圈之間不包括任何導磁材料。
2.根據權利要求1所述的NFC卡，其中，所述天線線圈具有調諧頻率，其在存在所述至少一個導電屏時已被設置，並在金屬元件被放置在所述導電屏附近時不解諧。
3.根據權利要求1或2所述的NFC卡，包括被設置在所述卡的第一側面上的接觸墊 (50，C1-C8)。
4.根據權利要求3所述的NFC卡，其中，所述導電屏(7 在所述卡的所述第一側面上或附近擴展。
5.根據權利要求3所述的NFC卡，其中，所述導電屏(71)在所述卡的第二側面上或附近擴展。
6.根據權利要求1至5任意一項所述的NFC卡，包括第一導電屏(71)，其在所述天線線圈的一側上擴展而不與其磁軸相交叉；以及第二導電屏(73，73'，73a，7 )，其在所述天線線圈的另一側上擴展而不與其磁軸相交叉
7.根據權利要求1至6任意一項所述的NFC卡，其中，所述天線線圈圍著導磁磁芯(31， 31'，31')纏繞。
8.根據權利要求1至7任意一項所述的NFC卡，其中，所述集成電路00)被配置為實施有源負載調製方法，所述方法包括就涉及通過負載調製發送數據而言，在數據將被發送時，通過所述天線線圈發射磁場(FLD2)的突發，以補償所述導電屏(71，73，73'，73a，73b) 對由所述卡提供的最大通信距離的負效應。
9.根據權利要求1至8任意一項所述的NFC卡，其中，所述天線線圈包括至少兩個串聯的線圈(30-1，30-2，30-3，30-4)，所述線圈具有非平行的磁軸(MA1-MA4)，以在所述卡在存在外部磁場(FLDl)時被設置在印刷電路板(PCBl)的附近時，增強由渦電流(ECl)生成的反向磁場(FECI)的感應。
10.根據權利要求1至9任意一項所述的NFC卡，其中，所述導電屏(73')包括至少一個槽(74)，以減少在存在外部磁場(FLDl)時在所述導電屏中環流的渦電流(EC3)的影響。
11.根據權利要求1至9任意一項所述的NFC卡，其中，所述導電屏被分成至少兩個子屏(73a，7 )，以減少在存在外部磁場時在所述導電屏中環流的渦電流(EC3a，EC3b)的影響。
12.一種用於調諧NFC卡的天線線圈的方法，包括以下步驟提供根據權利要求1至11任意一項所述的卡(1, ；以及設置所述天線電路(ACT)在存在所述至少一個導電屏(71，73，73'，73a，73b)時的調諧頻率。
13.一種用於在NFC卡(1，2)和NFC外部設備(ED)之間實現非接觸通信的方法，包括以下步驟提供根據權利要求1至11任意一項所述的卡(1，2)；設置所述卡的天線電路在存在所述至少一個導電屏時的調諧頻率；用所述外部設備(ED)發射第一振蕩磁場；將所述卡放置在印刷電路板(PCBl)的邊緣附近；以及使用所述導電屏(71)保護所述天線線圈的調諧頻率不受所述印刷電路板的解調影響，以增加所述卡與所述外部設備(ED)之間的最大通信距離。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括用所述NFC卡的天線線圈感應由所述印刷電路板(PCBl)中的渦電流生成的反向磁場FECI)，以增加所述卡與所述外部設備(ED)之間的最大通信距離。
15.根據權利要求13或14所述的方法，還包括用所述NFC卡的天線線圈發射第二振蕩磁場(FLM)的突發，而所述外部設備(ED)發射所述第一振蕩磁場(FLDl)，以從所述卡向所述外部設備傳送數據(DTx)。
全文摘要
本發明涉及一種NFC卡(1)，其包括天線電路(ACT)，該天線電路包括具有至少一個磁軸(MA)的天線線圈(30)，以及至少一個連接到天線電路的集成電路(20)。天線線圈的磁軸基本與卡的至少一側平行，卡還包括至少一個導電屏(71，73)，其在天線線圈附近擴展，不與磁軸相交叉。卡在所述至少一個導電屏和天線線圈之間不包括任何導磁材料。本發明特別適用於SIM-NFC卡和SD-NFC卡。
文檔編號H04B5/00GK102412872SQ20111028106
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者N·科爾迪耶 申請人:英賽瑟庫爾公司