专利名称：具有集成电源的盘上芯片型记录载体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从记录载体上再现信息的系统，该系统包括一个记录载体，该记录载体包括用于携带代表信息的标记的轨道；和用于从该轨道中读取信息的设备。所述记录载体包括一个集成电路，该集成电路包括用于与所述设备无接触地进行通信的通信装置。所述设备包括用于读取标记的光头和与所述集成电路无接触地进行通信的通信装置。
背景技术：
从EP0966124中可以获知一种用于再现信息的设备和记录载体。该盘形记录载体配备有一个集成电路，该集成电路构成用于记录附加数据(例如记录管理数据)的存储器。该集成电路具有相关联的电磁耦合装置，用于对记录管理数据进行处理以及从记录和/或再现设备接收电源供应。该耦合装置以环状螺旋形式建立在盘上或集成电路中。按照第一种实施方式，使用了低传输频率并且需要很大的电感。因此环状形式的结构需要很大的线圈并且需要通过焊盘将线圈与集成电路连接起来。这种连接方式增大了记录载体的生产成本并且降低了可靠性。按照第二种实施方式，使用了高传输频率并且将电磁耦合装置像HF天线那样设置在集成电路上。使用高频带向集成电路供电会有这样的问题必须要在所述设备中包含大功率的HF源。由于传输效率较低，这种HF源需要相对较高的功率，以向集成电路转送足够的功率，并且受限于实现这些目的可用频带。政府规定只有有限频率的频率范围可用于家用，并且在全球范围内这些范围可能是不同的。此外，这样的HF源可能会造成与其附近的其它电子电路发生干扰。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于再现信息的系统，该系统具有记录载体上的集成电路用的可靠电源，该集成电路不与其它电子电路相接触。
为了这个目的，本文起始段落中所介绍的那种记录载体包括一个集成电路，该集成电路包括一个通过低频磁通量变化生成电源的电源线圈，所述低频磁通量变化是借助移动所述集成电路穿过具有正、负磁通量的磁通区域的磁场而感生的。为了这一目的，本文起始段落中所介绍的那种记录载体包括一个磁性阵列，该阵列具有多个磁极，这些磁极用于产生静磁场，该静磁场具有正、负磁通区域，该磁性阵列用于与所述电源线圈共同工作；和驱动装置，用于转动所述记录载体，以通过所述光头对所述轨道进行扫描，并且用于移动所述集成电路穿过所述磁场，以造成低频磁通量变化。采用这些方式的效果是，记录载体上的集成电路用的电源只有当记录载体以预定的最小速度旋转的时候才能使用，并且是直接使用。这样做具有优点对于试图篡改集成电路内容(例如安全措施或访问权限)的恶意用户而言，更加难于对集成电路进行访问，这是因为必须要使记录载体转动并且可以在设备中控制对集成电路的访问。此外，与使用集成在集成电路上的HF天线相比，没有必要使用任何高频源对芯片供电。磁场电源的使用，为通信和其它应用解放了可用HF频率。
本发明还基于下面的认识。本发明人发现，可以将至少一个小而强的高磁性材料的磁体(例如NeFeBo合金磁体，该磁体能够得到大约1特拉斯的强度)和具有低功率要求的集成电路处理技术以及实现相当数量匝数的线圈的几个金属层结合起来。这一结合为当前记录载体(比如CD或DVD)所用的旋转速度提供了刚好足够的电源。
在设备的实施方式中，磁性阵列设置为用于产生在所述集成电路的运动方向上具有与集成电路相同量级的尺寸的磁通区域。这具有这样的效果通过集成电路的小位移实现了磁通量的大变化。这样做的优点在于，以相对较小的速度产生了更大的电源。
在设备的实施方式中，所述磁性阵列设置为用于仅沿着基本小于集成电路在所述运动期间行进的路径的整个圆周的圆周段产生磁通区域。这样做的优点在于，只需要少量的磁体，这降低了设备的成本并且简化了设备的结构。在圆周段内的时间期间，访问集成电路，例如执行EEPROM写入周期的时间是充足的。
在记录载体的实施方式中，所述轨道设置在传导性记录层上，并且所述层由包围着所述集成电路的环形区域切断。这一切断可垂直于运动的方向或者可以完全去掉环形区域中的层。这样做的优点在于，由于磁场造成的记录层中的涡电流得到了减小。这样的涡电流可能会削弱来自磁体的磁通量，可能导致记录层发热或者对盘的旋转具有制动效果。
按照一种实施方式，所述集成电路包括速度检测单元，用于检测所述集成电路穿过具有正、负磁通量的磁通区域的磁场的运动速度。这样做的优点在于，如果速度不在要求范围之内，可以阻断集成电路的功能。这样，通过校验记录载体是否以要求的速度旋转，或者通过防止集成电路由过低或过高的电源电平驱动，增强了对于篡改集成电路内容的抵抗能力。
请注意，EP0884729介绍了一种带有芯片的记录载体，该芯片是由记录载体中的线圈和设备中的静磁体供电的。不过，该线圈并没有集成到芯片中，并且具有分布在记录载体的很大区域上用于覆盖充足的通量的复杂多匝结构。芯片通过焊盘与线圈相连接。磁体的尺寸制作得适于与大面积的线圈共同工作。
通过进一步参考在下面的说明书中借助实例并参照附图介绍的实施方式，本发明的这些和其它方面将会变得显而易见，其中附图1表示包含集成电路的记录载体，附图2表示再现设备，附图3表示集成电路与设备之间的通信，附图4表示记录载体和磁性阵列，附图5表示磁通量变化和感生电压，附图6表示多磁极情况下的磁通量变化和感生电压，和附图7表示多极磁性阵列。
不同附图中的对应元件具有相一致的附图标记。
具体实施例方式
附图1表示一个带有中孔2和轨道3的记录载体1。轨道3以螺旋或同心图案方式设置，并且包括用于存储信息的第一区域。该记录载体可以是只读型的，例如，包含可采用光学手段读取的信息，或者可以是可记录型的，例如CD-R或DVD+RW。记录载体1上的第二区域包括一个集成电路4，该集成电路4带有发射装置和接收装置，用于无接触地发射和接收附加信息。对于适当的发射装置和接收装置，见附图3及其说明。集成电路4具有一个相当匝数的电源线圈20，用于通过低频磁通量变化生成电源。
附图2表示用于读取所述载体的设备。该设备6配备有用于转动记录载体1的驱动装置26和用于读取该记录载体上的轨道3的读取光头22。读取光头22包括公知类型的辐射单元27和光学系统，用于借助光束29产生聚焦在记录载体的轨道上的光斑8。光束29是由辐射源41产生的，该辐射源例如为波长780nm的红外激光二极管。该光学系统包括多个光学元件，比如，用于准直光束的准直透镜39、用于聚焦光束的物镜40以及分束单元43(例如偏振分束立方晶体)、半透膜或延迟器。在光束29由记录载体反射回来之后，由检测器42对其进行检测，检测器42例如四象限检测器，该检测器产生检测信号31，比如，读取信号、跟踪误差信号和聚焦误差信号。设备6具有跟踪装置32，该跟踪装置32与读取光头22相耦合，用于接收跟踪误差信号并且用于控制跟踪致动器30。读取光头22包括一个用于将光束29聚焦在记录载体上的致动器和用于在径向上将光斑28精确定位在轨道中央的跟踪致动器30。借助激光对轨道进行跟踪还可能受到物镜40位置变化的影响。在读取期间，读取信号在读取装置34中转换成输出信息，这一过程由箭头33表示。该读取装置34包括例如，一个通道解码器，用于将所检测到的通道字转换成源字；和一个误差修正器，用于修正存在于读取信号中的误差。设备6还包括定位装置36，用于在轨道的径向上粗略定位读取光头22；和一个系统控制单元37，用于从控制计算机系统或从用户接收命令，并且用于借助控制线38(例如，与驱动装置26、定位装置36、跟踪装置32和读取装置34相连的系统总线)对所述设备进行控制。为此，系统控制单元37包括一个控制电路(例如，微处理器)、程序存储器和控制门，用于执行后面介绍的进程。系统控制单元37还可以在逻辑电路的状态机中实现。
设备6包括一个磁性阵列21，该阵列具有多个磁极，这些磁极用于产生具有磁通量为正和负的磁通区域的静磁场。按照基本的实施方式，磁性阵列具有一个单一的强磁体，该磁体具有指向所述集成电路的两个极性相反的磁极，该磁体例如为成型磁体或安装在铁芯中的矩形磁体。所得到的磁场具有短距离内大幅变化的磁通量，并且因此适于在记录载体上的集成电路4中的小电源线圈20中产生电力。驱动装置26转动记录载体并由此移动所述集成电路4穿过所述磁场。借助移动集成电路4穿过这些磁通区域所造成的低频磁通量变化，电源线圈20生成电源。在附图4、5和6中给出了磁性阵列的其它实施方式。
设备6还包括接收和发射装置5，用于接收和发射存储在记录载体1上的集成电路4中的附加信息。按照一种实施方式，所述附加信息包括用于对信息进行加扰和/或解扰的密钥。这个解扰密钥会添加到解扰装置35中。加扰的输出信息33随后将会在这些解扰装置中进行解扰并且随后送出，这一过程由箭头44表示。这一解扰信息例如可以包括能在相配的设备上显示的音频或视频信息。应当注意，信息的加扰和解扰还可以理解为加密和解密的含义。本设备的一种实施方式包括写入设备，该写入设备用于在诸如CD-R盘或DVD+RW盘之类的可写型记录载体上设置可采用光学手段读取的记号。
附图3表示集成电路与所述设备之间的通信。按照本设备6的发射装置5的实施方式，数据9向集成电路4的传递是通过驱动器8和发光二极管(LED)7进行的。在集成电路4中，从LED 7发出的光线由光电二极管12采集，以产生接收信号13，该接收信号会供应给检测器10。该检测器从所述设备接收附加信息，例如，为了保存在存储器中或为了在复制保护算法中使用，在处理器14中对这一附加信息进行处理。按照一种实施方式，复制保护算法用于根据所接收到的附加信息产生用于对记录载体上的信息进行解扰的解扰密钥。从集成电路4输出的数据，例如，解扰密钥，可以供应给无线发射器11，该无线发射器11用于通过天线15将该数据发送给设备6。设备6包括一个无线电接收器17，用于通过天线16接收所述数据。然后将所述数据供应给，例如，运行复制保护算法的或者用于向解扰装置35输出密钥的处理器18。
集成电路4包括与电源电路19耦合的电源线圈20。该线圈具有集成在集成电路的金属层上的多匝线圈。为了产生能够实用的电源量，至少需要10匝，不过为了满足当前的功率要求，大约100匝是必要且可行的。
附图4表示一个记录载体和一个磁性阵列。记录载体1位于一个设备中，图中仅示出了该设备的光头22、定位滑架36和磁性阵列21。可以清楚地看出，通过转动记录载体1，使得集成电路(或芯片)4沿着磁性阵列21运动。磁性阵列仅覆盖了圆周的一部分，按照这种实施方式，覆盖了大约111度的圆周段。从而该磁性阵列大体上为香蕉形状。借助芯片穿过永磁体的磁场的运动，芯片内感应器内感生的感生电压为芯片供电。注意，磁性阵列与集成电路之间的工作距离必须保持为线圈尺寸的左右。
应当注意，可能会在盘1的传导层中感生出涡电流，尤其是在包含集成电路的环形区域中。可以通过切断所述区域周围的记录层来削弱这种涡电流，例如，通过形成条带，从而使得涡电流遇到高阻抗路径。
附图5表示磁通量变化和感生电压。在最上端给出了按照箭头51沿着磁性阵列21运动的包含线圈20的集成电路4。穿过线圈的总通量由磁通量曲线53表示。从单一磁极在线圈20中感生出来的电压由电压曲线54表示。所产生的功率可以按照如下方式求得。为方便起见，假设磁极尺寸等于内线圈尺寸，从而线圈中的每一匝都包含总磁通量。芯片在1T(Wb/m2)的永磁体的3×3mm磁极上方移动。实际使用的磁体由NeFeBo合金构成，并且大约为5的高长比。在芯片上，集成有一个内径尺寸lcoil，inner×wcoil，inner＝3×3mm的N匝感应器。盘每旋转一次，就在芯片内感应器中出现一个通量脉冲。设定在35mm直径处和100Hz旋转频率下，线速度共计v＝π·dchip·frot＝π·0.035·100＝11m/s。移动芯片完全进入和退出磁场的持续时间为ton=2·lcoil,innerv=2·0.00311=546μs.]]>假设总磁通量出现在线圈中，则感应电压等于 为了在负载上实现Ul＝2.5V，需要 取各匝的宽度wturn＝3.9μm并且它们的间隔wspacing＝0.64μm，线圈宽度变为
Wwinding＝N·(wturn+wspacing)＝152·(3.9·10-6+0.64·10-6)＝0.7mm。
所需的芯片面积为(lcoil，inner+2·Wwinding)×(wcoil，inner+2·Wwinding)＝4.4×4.4mm＝19.3mm2。
芯片尺寸共计4.4×4.4mm，其中中央的3×3mm可用于电子元件。线圈中每一匝的平均尺寸为3.7×3.7mm，从而平均匝长度等于lturn＝4×3.7＝14.8mm。可用的金属层可以得到平行利用。这将每匝阻抗变为Rturn=lturnwturn·Rsheet,5layers=14.8·10-33.9·10-6·12·10-3=45Ω.]]>线圈阻抗变为Rcoil＝N·Rturn＝152·45＝6822Ω。
通过将负载阻抗Rl选择为与线圈阻抗Rcoil相等，就可以得到最大电负载功率Pl。在这种情况下，电负载功率变为Pl=Ul2Rl=2.426286=0.92mW.]]>在盘旋一圈期间可以得到的能量为El＝Pl·ton＝0.92·10-3·546·10-6＝500nJ，并且平均功率为Pav=PI··tonTrot=PI·ton·frut=0.92·10-3·0.546·10-3·100=50μW.]]>所需的19mm2的芯片面积相对较大。当较小的电功率就足够的时候，所需的线圈阻抗会增大，而金属层中的线圈匝被串行连接。在重新计算之后，所需的芯片面积变成了1.3mm2，并且磁极尺寸为0.7×0.7mm，以采集5nJ每转。按照一种实施方式，芯片位于盘的外径上，例如，110mm处。由于线速度较高，因此感生电压增大而需要较少的匝数。
附图6表示多磁极情况下的磁通量变化和感生电压。在顶端，给出了按照箭头51沿着磁性阵列21运动的包括线圈20的集成电路4。所给出的磁性阵列具有极性交错的四个磁极50，引发了具有正、负通量的多个磁通区域。穿过线圈的总磁通量由磁通曲线53表示。线圈20中感生得到的电压由电压曲线54表示。芯片在永磁体阵列的上方移动。在磁极边界附近，所接收到的通量的方向发生反向转换，从而通量阶跃与单个磁极结构相比是其两倍大。结果使得感应电压加倍。显然，在磁体的首端和末端，通量减小到零，感生出了所需电压的一半。使用具有34个1×1mm尺寸的磁极的1特斯拉(＝Wb/m2)的永磁体，并且总芯片面积为1.5×1.5mm(2.26mm2)，能够在3ms内产生1.8伏的300μW功率。在实践中，这对于在盘的每一圈中在包括适当存储器(例如，EEPROM中的16字节)的芯片中写入数据来说已经足够了。芯片的位置选取在35mm直径处，并且旋转频率为100Hz，这得到了11.0m/s的速度。通量变化的时间，称为坡道时间(ramp time)52，对于34个1mm的磁极而言是0.091ms，得到了有效的3ms‘导通时间’，即，旋转时间的大约30％。164匝的线圈和0.022V/匝的感生电压得到了3.60伏的开路线圈电压。可以使用5个金属层和大约2.3mm2的芯片面积以及1.25mm的平均线圈宽度和长度来设置匝数。使用1.8伏的负载电压，在890nJ每转的能量的情况下，线圈中的功率为0.30mW，而平均功率为0.089mW。所需的IC面积相当实用，即2.3mm2。
附图7表示多磁极磁性阵列。轨道61支撑着宽63长64的磁体62。多个磁体62和轨道构成了具有交错的北磁极65和南磁极66的磁性阵列21。按照一种实际的实施方式，该阵列具有34个由1特斯拉的NeFeBo合金磁体构成的磁极。使各个1×1mm磁体磁化，并且一同安装到香蕉状的轨道61中，该轨道61例如由铁构成。
虽然主要是通过使用光盘的实施方式对本发明进行的说明，但是也可以采用类似的实施方式，比如光卡。要注意，在这篇文献中，词“包括”并不排除所列的元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在，而置于元件前面的词“一”或“一个”并不排除存在多个这样的元件的情况，任何附图标记对权利要求的范围都不构成限制，本发明既可以借助硬件也可以借助软件实现，并且几个“设备”可由硬件的同一单元代表。此外，本发明的范围并不局限于具体的实施方式，并且本发明在于上面介绍的各个和每个新颖的特征或这些特征的组合。
权利要求
1.用于从记录载体上再现信息的系统，该系统包括记录载体，包括用于携带代表信息的标记的轨道，和用于从所述轨道上读取信息的设备，该记录载体包括一个集成电路，该集成电路包括用于与所述设备进行无接触通信的通信装置和用于通过低频磁通量变化生成电源的电源线圈，所述设备包括-用于读取所述标记的光头，-用于与所述集成电路进行无接触通信的通信装置，-磁性阵列，具有多个磁极，这些磁极用于产生静磁场，该静磁场具有正、负磁通区域，该磁性阵列用于与所述电源线圈共同工作，和-驱动装置，用于转动所述记录载体，以通过所述光头对所述轨道进行扫描，并且用于移动所述集成电路穿过所述磁场，以造成低频磁通量变化。
2.用于从记录载体的轨道上读取信息的设备，该记录载体包括一个集成电路，该集成电路包括用于与该设备进行无接触通信的通信装置和用于通过低频磁通量变化生成电源的电源线圈，所述设备包括-用于读取所述标记的光头，-用于与所述集成电路进行无接触通信的通信装置，-磁性阵列，具有多个磁极，这些磁极用于产生静磁场，该静磁场具有正、负磁通区域，该磁性阵列用于与所述电源线圈共同工作，和-驱动装置，用于转动所述记录载体，以通过所述光头对所述轨道进行扫描，并且用于移动所述集成电路穿过所述磁场，以造成低频磁通量变化。
3.按照权利要求2所述的设备，其中磁性阵列设置为用于产生在所述集成电路的运动方向上具有与集成电路尺寸量级相同的尺寸的磁通区域。
4.按照权利要求2所述的设备，其中所述磁性阵列设置为用于仅沿着基本小于集成电路在所述运动期间行进的路径的整个圆周的圆周段产生磁通区域。
5.按照权利要求2所述的设备，其中所述磁性阵列包括安装在导磁轨道中的多个矩形磁体。
6.记录载体，包括用于携带代表信息的标记的轨道，该记录载体包括一个集成电路，该集成电路包括用于与一个设备进行无接触通信的通信装置和用于通过低频磁通量变化生成电源的电源线圈，所述低频磁通量变化是借助移动所述集成电路穿过具有正、负磁通区域的磁场而感生的。
7.按照权利要求6所述的记录载体，其中所述轨道设置在传导性记录层上，并且所述层由包围着所述集成电路的环形区域切断。
8.集成电路，该集成电路包括用于与一个设备进行无接触通信的通信装置和用于通过低频磁通量变化生成电源的电源线圈，所述低频磁通量变化是借助移动所述集成电路穿过具有正、负磁通区域的磁场而感生的。
9.按照权利要求8所述的集成电路，其中所述电源线圈至少具有10匝。
10.按照权利要求8所述的集成电路，其中所述集成电路包括速度检测单元，用于检测所述集成电路穿过具有正、负磁通区域的磁场的运动速度。
全文摘要
描述了一种用于从记录载体上再现信息的系统。所述记录载体(1)具有内建于其中的集成电路(4)。该芯片无接触地与设备进行通信。该芯片(4)的电源是由集成在芯片中的电源线圈通过低频磁通量变化产生的。所述设备包括读取光头(22)和磁性阵列(21)，该磁性阵列(21)具有多个磁极，这些磁极用于产生静磁场，该静磁场具有正、负磁通区域，该磁性阵列(21)用于与所述电源线圈共同工作；以及驱动装置(26)，用于转动记录载体，以通过所述读取光头(22)对轨道进行扫描，并且用于移动所述集成电路(4)穿过磁场，以造成低频磁通量变化。
文档编号G11B7/135GK1659645SQ03813631
公开日2005年8月24日 申请日期2003年6月4日 优先权日2002年6月14日
发明者J·A·H·M·卡赫曼, I·W·F·保鲁斯森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司