電磁場的發(fā)射和接收天線的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于最小化在電磁場的接收天線(7)中所感應的干擾電流的方法，由位于所述接收天線鄰近的發(fā)射天線(8)生成所述場；所述方法的區(qū)別特征在于，相對于發(fā)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(fā)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(fā)射和接收天線的裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于最小化由鄰近處的發(fā)射天線在電磁場的接收天線中所感應的干擾電流的方法、天線裝置及實施所述方法的設備。
[0002]更特別地，本發(fā)明的目的在于激活的無接觸通信設備。
[0003]本發(fā)明的目的尤其在于規(guī)定信號、天線的特征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，并且由電磁耦合和感應執(zhí)行，所述電磁耦合和感應的范圍為
0.01甚至至Im的數(shù)量級。
[0004]本發(fā)明尤其可以應用于便攜式電子物件，例如諸如(Sandisk公司的)SD卡的存儲卡、通信手表。
[0005]這種卡當前被用于便攜式電話的接口卡中，用于尤其是遵照標準IS0/IEC14443或15693來執(zhí)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(xiàn)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(fā)射的信號的逆向調制原理為基礎的。
[0007]根據(jù)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)的鄰近無接觸芯片物件來調制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于由物件來調制。該讀取器的載波調制應當生成具有至少等于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，用于生成足夠的載波信號。耦合因子直接取決于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，這種物件用于被整合在如便攜式電話的主機設備中。由于電話的金屬環(huán)境，該后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)描述了用于由便攜式數(shù)據(jù)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(zhí)行向讀取器的數(shù)據(jù)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制。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，該專利的教導很復雜。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(xiàn)有的NFC控制器要求兩個天線，其中一個專用于能量回收及另一個專用于數(shù)據(jù)的發(fā)射/接收。
[0011]也已知的是一種使得能夠避免天線之間相互干擾的裝置，其在于在通過發(fā)射天線的發(fā)射期間去活不使用的接收天線。
[0012]管理所述后者情況顯得特別復雜，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(fā)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復雜的、昂貴的并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(huán)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(shù)據(jù)發(fā)射天線、能量接收天線和抵消設備的無接觸卡。所述后者抵消設備執(zhí)行由發(fā)射天線在發(fā)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(fā)射天線關于彼此被成形、定尺寸和定位，以便阻止由一個天線所發(fā)射的信號在另一天線中感應出電壓。在能量和數(shù)據(jù)信號具有相同振幅但相位相反時發(fā)生信號抑制。
[0014]本發(fā)明的目的在于尋找一種更容易和有利的解決方案，用于在尤其是小尺寸的物件中實施發(fā)射，在所述物件中兩個分離的天線可以具有干擾性的互感。

【發(fā)明內容】

[0015]為此，本發(fā)明的目的因此在于提供一種用于最小化在電磁場的接收天線中的感應干擾電流的方法，所述場是由位于所述接收天線鄰近的發(fā)射天線生成的。
[0016]所述方法的區(qū)別特征在于相對于發(fā)射天線來布置接收天線，使得通過也由發(fā)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(fā)射天線所感應的所述電流。
[0017]根據(jù)所述方法的其它特征:
[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(fā)射天線的耦合表面；
[0020]-接收天線與發(fā)射天線相交疊，使得由在發(fā)射天線內部所產(chǎn)生的通量所生成的接收天線中的感應電流基本上等于由在發(fā)射天線外部所產(chǎn)生的反向通量所生成的并且由位于發(fā)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(fā)明的目的也在于一種電磁場的發(fā)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(qū)別特征在于，相對于發(fā)射天線來布置接收天線，使得通過也由發(fā)射天線所生成的相反感應電流，由發(fā)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(fā)明可以部分地抵消例如大于60%、80%或90%的感應。
[0024]根據(jù)其它特征:
[0025]-天線被布置，使得發(fā)射天線的電磁通量以一個方向穿過發(fā)射天線的耦合表面的第一部分，并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(fā)明的目的也在于一種射頻通信設備，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(shù)據(jù)的電磁場的接收和發(fā)射裝置，其中發(fā)射與所述接收同步；所述設備的區(qū)別特征在于與以上裝置相符合地布置第一數(shù)據(jù)接收天線和第二數(shù)據(jù)發(fā)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微型卡或手表的形式因素。[0031]由于本發(fā)明，實現(xiàn)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，易于在最少更改的情況下實施；本發(fā)明尤其適用于常規(guī)雙接口的所有芯片(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(fā)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(fā)射級的實施例；
[0037]-圖5和6示出關于微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)的調制電平；
[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示出相對于發(fā)射天線的LC電路；
[0042]-圖11示出分別根據(jù)以頻率為函數(shù)的電感和電容的阻抗值\和X。；
[0043]-圖12示出關于微SD卡的發(fā)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(fā)射對于應答器所固有的電磁場來執(zhí)行應答器的響應，所述固有電磁場優(yōu)選地為放大的。事實上，通過以確定的功率發(fā)射由應答器信號所調制的載波信號得到該發(fā)射。
[0045]優(yōu)選地通過與讀取器分離的外部能量源來供應放大和/或發(fā)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(jù)13.56MHz的電磁場激勵頻率的協(xié)議。由電流源給電路供電。
[0047]圖1示出符合本發(fā)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閃存盤、PCMCIA卡...電話、PDA、電腦。
[0048]物件關于主機設備是可移動或不可移動的，或者被永久固定在那里，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?？ㄟ€包括通信處理元件5 ;其優(yōu)選地為雙接口類型(被配置用于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(yōu)選地被保障，如芯片卡領域已知的集成電路芯片；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/輸出端口被連接至微控制器3 ；SE安全元件被連接至激活的接口 CL的電路6 ;該部件6容納分別用于接收和發(fā)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(fā)明包括被增加于無接觸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(jù)本發(fā)明的實施例的一個特征，配置發(fā)射裝置5，6，7，8用于調制載波信號25。該載波信號在此處優(yōu)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(xiàn)下文中電磁場的接收和發(fā)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安全元件的響應用于由外部讀取器聽到。
[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所表征；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部件用于響應于在其接點La，Lb上所接收的無接觸幀的接收來調制阻抗負載。
[0056]激活接口 6包括接收信號SRE的調節(jié)電路16和用于發(fā)射發(fā)射信號SEE的脈沖發(fā)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(jù)本發(fā)明的一個實施例，配置發(fā)射裝置5、17用于調制載波信號。載波信號優(yōu)選地是從所接收磁場SRE導出或提取的結果。
[0058]時鐘和數(shù)據(jù)接收。
[0059]根據(jù)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(fā)射的電磁場，所述電磁場包括調制的載波頻率。在示例中頻率為13.56MHz，但根據(jù)基于該13.56MHz頻率的、用于短或中程、尤其是小于10m、lm或0.lm、甚至接近O的通信或協(xié)議類型，頻率可以為所有其它值。
[0060]然而，本發(fā)明不排除通過任何其他方式生成載波信號，例如根據(jù)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(fā)送的數(shù)據(jù)。電子級包括可以為此目的所設計的專用接收電路，尤其是用于適配電壓。
[0062]所述方法也可以通過接收適配級(16)來實施適配步驟，用于將接收信號SRE適配于芯片5 ;在該級中，所述方法可以累積地或可替換地執(zhí)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(jīng)由下文所描述的接收電路被連接到芯片接點‘La’。
[0064]可以在提取對應于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，并且時鐘提取器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(jīng)由鏈接⑷被發(fā)送到圖4中詳述的脈沖發(fā)生器電路或發(fā)射適配級17。時鐘提取器31的輸出端此外也被連接到實現(xiàn)“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，用于比較解調得到的信號與參考電壓(TR)。
[0067]然后，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(xiàn)邏輯“與”功能的部件35的級別上相組合；在被注入到芯片5的接點La中之前，部件35的第一輸出支路可以經(jīng)由放大器36。[0068]在被接通到芯片的接點‘Lb’上之前，部件35的第二輸出支路可以經(jīng)由反相器然后經(jīng)由放大器36。
[0069]圖3B示出該級16的第二實施例16B，并且其中所使用的部件5還是接觸和無接觸(組合)雙接口芯片。從一幅圖到另一幅圖相同的數(shù)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(shù)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此處被連接到芯片的接點“La”。電路16B可以包括被安置在芯片接點‘La’和‘Lb’端子的電容器13。該電容允許具有良好的質量因子。基于并聯(lián)電路的原理來實現(xiàn)接收天線的諧振電路。
[0071]與電路16A不同，由模擬/數(shù)字轉換器32b代替解調器32a，由具有參考數(shù)字值(DR)的數(shù)字比較器33b代替比較器33a，并且接點‘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。該移相器然后接通到模擬/數(shù)字轉換器32b。
[0073]因而，該級16A或16B各自允許提取時鐘信號25和將所述信號適配于芯片5。在接收和放大之后，通過利用接口接點La/Lb將載波信號指引到組合芯片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(shù)字轉換器32b解調之前，該信號由放大器30放大；由比較器提取并校準(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(jié)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接觸側上的芯片電源Vcc。該后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]所述后者電路可以優(yōu)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(lián)系。
[0079]電路16B基本相同地運行；然而移相器34允許精確地調節(jié)射頻信號采集的觸發(fā)，以便由轉換器32b將所接收的信號包絡轉換成數(shù)字信號。
[0080]“組合”芯片5可以要么由其IS0/IEC7816接觸接點Vdd和Vss，要么根據(jù)本發(fā)明的利用和電子組裝而利用由場在其接觸節(jié)點La、Lb所提供的能量供電。芯片也可以由以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]該后者選項的優(yōu)點是對于部件5，其供電可以根據(jù)場的存在與否由級16管理及如果需要重新初始化芯片5。
[0082]在該階段，電壓VLab的振幅至少為3.3Vpp (峰值-峰值伏特)。該值對于示例芯片檢測13.56MHz的時鐘及能夠提取來自讀取器的數(shù)據(jù)是必要的。
[0083]通過示例，下表示出由兩個實際示例芯片用于探測時鐘和來自外場的數(shù)據(jù)所需的電壓，所述兩個實際示例芯片為Philips/NXP的P5CD072或Infineon公司的66CLX800。
[0084]
【權利要求】
1.用于最小化在電磁場的接收天線(7)中所感應的干擾電流的方法，由位于所述接收天線鄰近的發(fā)射天線(8)生成所述場，其特征在于，相對于發(fā)射天線(8)來布置接收天線(7)，使得通過也由發(fā)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(fā)射天線所感應的所述電流。
2.根據(jù)前項權利要求所述的方法，其特征在于，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(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，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(fā)射天線的耦合表面。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，接收天線與發(fā)射天線相交疊，使得由在發(fā)射天線內部所產(chǎn)生的通量所生成的接收天線中的感應電流(i)基本上等于由在發(fā)射天線外部所產(chǎn)生的反向通量所生成的并且由位于發(fā)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(fā)射和接收天線的裝置，所述天線被彼此鄰近地安置，其特征在于，相對于發(fā)射天線來布置接收天線，使得通過也由發(fā)射天線所生成的相反感應電流，所述由發(fā)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(jù)前項權利要求所述的天線裝置，其特征在于，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(jù)權利要求5至6中之一所述的天線裝置，其特征在于，天線中之一在其耦合表面的一半上與另一個交疊。
8.根據(jù)權利要求5至7中任一項所述的天線裝置，其特征在于，所述天線被布置使得發(fā)射天線的電磁通量以第一方向穿過發(fā)射天線的耦合表面的第一部分，并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(jù)權利要求5至8中任一項所述的天線裝置，其特征在于，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(jù)權利要求1至5中任一項所述的方法或包括根據(jù)權利要求5至9中之一所述的天線裝置。
11.根據(jù)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(shù)據(jù)的電磁場的接收和發(fā)射裝置(5，6，7，8)，所述發(fā)射與所述接收是同步的，其特征在于，其包括分別對應于發(fā)射和接收天線的第一數(shù)據(jù)接收天線(7)和第二數(shù)據(jù)發(fā)射天線⑶。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的通信設備，其特征在于，所述設備被集成于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微型卡或手表的形式因素。
【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(yōu)先權日:2011年4月15日
【發(fā)明者】J-P·卡呂亞納, G·卡波馬焦, C·布東 申請人:格馬爾托股份有限公司