电磁场的发射和接收天线的装置制造方法

电磁场的发射和接收天线的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于最小化在电磁场的接收天线(7)中所感应的干扰电流的方法，由位于所述接收天线邻近的发射天线(8)生成所述场；所述方法的区别特征在于，相对于发射天线(8)来布置接收天线(7)，使得所述感应电流至少部分地在接收天线中互相抵消。本发明也涉及一种天线装置和包括所述天线装置的设备。
【专利说明】电磁场的发射和接收天线的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于最小化由邻近处的发射天线在电磁场的接收天线中所感应的干扰电流的方法、天线装置及实施所述方法的设备。
[0002]更特别地，本发明的目的在于激活的无接触通信设备。
[0003]本发明的目的尤其在于规定信号、天线的特征和使用无接触技术的该新方法的原理。射频通信原则上是短程的，并且由电磁耦合和感应执行，所述电磁耦合和感应的范围为
0.01甚至至Im的数量级。
[0004]本发明尤其可以应用于便携式电子物件，例如诸如(Sandisk公司的)SD卡的存储卡、通信手表。
[0005]这种卡当前被用于便携式电话的接口卡中，用于尤其是遵照标准IS0/IEC14443或15693来执行无接触类型的事务，在该情况下这些电话在出厂时没有无接触接口。
【背景技术】
[0006]现有技术IS0/IEC14443 和 NFC(英文“Near Field communication”:近场通信的首字母)是以由读取器所发射的信号的逆向调制原理为基础的。
[0007]根据该原理，应当由也被称为PICC(英文Proximity Integrated Circuit Card的首字母，邻近集成电路卡)的邻近无接触芯片物件来调制由读取器提供的一定量的电磁场。为了与读取器的灵敏度相符合，要求场的最小振幅用于由物件来调制。该读取器的载波调制应当生成具有至少等于H/2°_5的振幅的两个边带。为了满足该条件，在读取器和物件之间有最小耦合是必要的，用于生成足够的载波信号。耦合因子直接取决于读取器的天线表面和无接触物件的天线表面。
[0008]在无接触物件很小的情况下:例如微SD卡，射频天线表面根本是太小的。而且，这种物件用于被整合在如便携式电话的主机设备中。由于电话的金属环境，该后者操作还更减小了无接触物件与读取器的耦合。
[0009]专利EP1801741(B1)描述了用于由便携式数据载体(应答器)生成固有电磁场的方法，其中在激活的通信模式下执行向读取器的数据传输，及其中物件的固有电磁场的传输被读取器视为如同读取器的场调制。然而，该解决方案似乎没有被全面描述或没有如所描述的那样正确运行。
[0010]而且，该专利的教导很复杂。其实施需要较多的电子部件、尤其是滤波器、振荡器、NFC部件。而且，现有的NFC控制器要求两个天线，其中一个专用于能量回收及另一个专用于数据的发射/接收。
[0011]也已知的是一种使得能够避免天线之间相互干扰的装置，其在于在通过发射天线的发射期间去活不使用的接收天线。
[0012]管理所述后者情况显得特别复杂，因为所考虑的物件应当既在频率上也在相位上同步其响应与由读取器所发射的信号。此处，接收信号被暂时去活，所考虑的物件应当实施复杂的、昂贵的并且难以被集成在缩小的形式因素中的电子设备，以便补偿同步的该损失，如例如锁相环路设备，其以英文首字母PLL更为众所周知。
[0013]专利申请US2010/0311328描述包括数据发射天线、能量接收天线和抵消设备的无接触卡。所述后者抵消设备执行由发射天线在发射天线中所感应的电流的抵消，以便几乎无失真地保持由接收天线所接收的和来自外部读取器的信号。在一个实施例中，接收和发射天线关于彼此被成形、定尺寸和定位，以便阻止由一个天线所发射的信号在另一天线中感应出电压。在能量和数据信号具有相同振幅但相位相反时发生信号抑制。
[0014]本发明的目的在于寻找一种更容易和有利的解决方案，用于在尤其是小尺寸的物件中实施发射，在所述物件中两个分离的天线可以具有干扰性的互感。

【发明内容】

[0015]为此，本发明的目的因此在于提供一种用于最小化在电磁场的接收天线中的感应干扰电流的方法，所述场是由位于所述接收天线邻近的发射天线生成的。
[0016]所述方法的区别特征在于相对于发射天线来布置接收天线，使得通过也由发射天线所生成的相反感应电流至少部分地在接收天线中抵消由发射天线所感应的所述电流。
[0017]根据所述方法的其它特征:
[0018]-通过在两个基本上平行的水平面上彼此部分相对而在相互之间布置所述天线；
[0019]-天线相交叠，接收天线的大约一半的耦合表面基本上覆盖发射天线的耦合表面；
[0020]-接收天线与发射天线相交叠，使得由在发射天线内部所产生的通量所生成的接收天线中的感应电流基本上等于由在发射天线外部所产生的反向通量所生成的并且由位于发射天线外部的一部分接收天线所接收的接收天线中的相反感应电流。
[0021]本发明的目的也在于一种电磁场的发射和接收天线的装置，所述天线被彼此邻近地安置；
[0022]所述装置的区别特征在于，相对于发射天线来布置接收天线，使得通过也由发射天线所生成的相反感应电流，由发射天线所感应的所述电流基本上至少大部分或几乎全部相互抵消。
[0023]因而，本发明可以部分地抵消例如大于60%、80%或90%的感应。
[0024]根据其它特征:
[0025]-天线被布置，使得发射天线的电磁通量以一个方向穿过发射天线的耦合表面的第一部分，并且反向通量以反向穿过接收天线的耦合表面的第二部分；
[0026]-天线被安置在载体的相同面上或相对立面上；
[0027]-天线之一在其耦合表面的一半上与另一个交叠。
[0028]本发明的目的也在于一种射频通信设备，所述设备实施以上方法或包括以上天线
>J-U ρ?α装直。
[0029]特别地，在激活的无接触类型的通信情况下，所述设备包括传送数据的电磁场的接收和发射装置，其中发射与所述接收同步；所述设备的区别特征在于与以上装置相符合地布置第一数据接收天线和第二数据发射天线。
[0030]所述设备可以被集成在以下物件中或构成以下物件，所述物件具有集成电路卡或SD微型卡或手表的形式因素。[0031]由于本发明，实现了在尤其是读取器和PICC(SD卡)类型的物件之间的良好耦合；而且，易于在最少更改的情况下实施；本发明尤其适用于常规双接口的所有芯片(有或没有振荡器)。
【专利附图】

【附图说明】
[0032]-图1示出包括符合本发明实施例的电路的SD型卡；
[0033]-图2示出上图的RF射频电路的更详细的视图；
[0034]-图3A示出图2的接收级的第一实施例；
[0035]-图3B示出图2的接收级的第二实施例；
[0036]-图4示出图2的发射级的实施例；
[0037]-图5和6示出关于微SD卡所布置的接收天线及天线的等效电路值；
[0038]-图7示出通过射频SE部件(5)的调制电平；
[0039]-图8示出从上图的载波提取部件5的响应信号的滤波器；
[0040]-图9示出载波和单个响应信号的组合电路；
[0041]-图10示出相对于发射天线的LC电路；
[0042]-图11示出分别根据以频率为函数的电感和电容的阻抗值\和X。；
[0043]-图12示出关于微SD卡的发射天线的布置和两个天线之间的布置。
【具体实施方式】
[0044]激活的通信被理解为指无接触通信，其中通过发射对于应答器所固有的电磁场来执行应答器的响应，所述固有电磁场优选地为放大的。事实上，通过以确定的功率发射由应答器信号所调制的载波信号得到该发射。
[0045]优选地通过与读取器分离的外部能量源来供应放大和/或发射/接收应答器运行的能量。
[0046]通常，无接触通信或电路符合标准IS0/IEC14443和/或IS0/IEC15693或所有其它依据13.56MHz的电磁场激励频率的协议。由电流源给电路供电。
[0047]图1示出符合本发明的装备存储卡IA的无接触通信电路I的实施示例。但是，所有其它通信物件可以理论上装备有例如USB闪存盘、PCMCIA卡...电话、PDA、电脑。
[0048]物件关于主机设备是可移动或不可移动的，或者被永久固定在那里，尤其是被焊接在印刷电路卡上。如有必要，电路或物件可以预备连接外部天线而不是承载它们。
[0049]以已知方式，存储卡I包括接触接点2、微控制器3、被连接到微控制器的大容量存储器(NAND) 4。卡还包括通信处理元件5 ;其优选地为双接口类型(被配置用于管理接触类型的通信，例如IS07816-3和无接触的通信，IS0-14443 (SE));该部件或元件5 (SE)优选地被保障，如芯片卡领域已知的集成电路芯片；如果必要，可以配有密码的和/或防欺诈、防侵入等功能性。
[0050]SE部件通过输入/输出端口被连接至微控制器3 ；SE安全元件被连接至激活的接口 CL的电路6 ;该部件6容纳分别用于接收和发射的两个天线7、8。
[0051]在其原理中，观察到因为天线被安放在微SD(11X 15mm)或迷你SD卡中或在体积基本相等的物件中，本发明包括被增加于无接触SE元件的额外RF装置6，7，8，以便补偿天线的特别小的尺寸。
[0052]根据本发明的实施例的一个特征，配置发射装置5，6，7，8用于调制载波信号25。该载波信号在此处优选地从自外部读取器所接收的磁场导出或提取。
[0053]在示例中，射频电路6实现下文中电磁场的接收和发射的功能活动；其尤其拾取来自无接触读取器的外部RF射频场，以便如果必要使所述外部RF射频场与安全部件相兼容(电压，等)；其放大SE安全元件的响应用于由外部读取器听到。
[0054]图2更详细地描述SE部件(5)和其连接。该模式的SE电路包括与外部能量源相连接的装置。
[0055]在示例中，SE部件包括接触接口，例如符合IS0-7816标准、由连接束9所表征；SE部件包括电源接点Vcc，及分别被连接到激活接口 6和地的接点La，Lb。配置SE部件用于响应于在其接点La，Lb上所接收的无接触帧的接收来调制阻抗负载。
[0056]激活接口 6包括接收信号SRE的调节电路16和用于发射发射信号SEE的脉冲发生器电路17。各个电路16、17被连接到处理部件5的接点(La)。
[0057]根据本发明的一个实施例，配置发射装置5、17用于调制载波信号。载波信号优选地是从所接收磁场SRE导出或提取的结果。
[0058]时钟和数据接收。
[0059]根据一个实施例，所述方法包括接收由读取器所生成的载波频率的步骤；由专用接收天线7接收载波频率。天线7事实上接收由读取器所发射的电磁场，所述电磁场包括调制的载波频率。在示例中频率为13.56MHz，但根据基于该13.56MHz频率的、用于短或中程、尤其是小于10m、lm或0.lm、甚至接近O的通信或协议类型，频率可以为所有其它值。
[0060]然而，本发明不排除通过任何其他方式生成载波信号，例如根据主机设备或物件的时钟信号或内部信号。
[0061]该接收步骤的目的也是收集由读取器向无接触物件发送的数据。电子级包括可以为此目的所设计的专用接收电路，尤其是用于适配电压。
[0062]所述方法也可以通过接收适配级(16)来实施适配步骤，用于将接收信号SRE适配于芯片5 ;在该级中，所述方法可以累积地或可替换地执行从接收信号SRE提取同步载波信号25。
[0063]图3A示出级16详细的第一实施例16B。接收级16A包括接收天线7，所述接收天线7在此处经由下文所描述的接收电路被连接到芯片接点‘La’。
[0064]可以在提取对应于载波信号的时钟信号之前放大由该天线所接收的信号；为此，电路包括被连接到天线的放大器30，并且时钟提取器31被连接到该放大器的输出端；
[0065]在提取器的输出端所得到的时钟信号25经由链接⑷被发送到图4中详述的脉冲发生器电路或发射适配级17。时钟提取器31的输出端此外也被连接到实现“与”功能的逻辑电路35。
[0066]级16A在此处也包括接收由放大器30所放大的接收信号SRE的解调器32a，解调器32a被连接到比较电路33a，用于比较解调得到的信号与参考电压(TR)。
[0067]然后，比较器33a的输出信号与来自时钟提取器31的时钟信号25在实现逻辑“与”功能的部件35的级别上相组合；在被注入到芯片5的接点La中之前，部件35的第一输出支路可以经由放大器36。[0068]在被接通到芯片的接点‘Lb’上之前，部件35的第二输出支路可以经由反相器然后经由放大器36。
[0069]图3B示出该级16的第二实施例16B，并且其中所使用的部件5还是接触和无接触(组合)双接口芯片。从一幅图到另一幅图相同的数字表示同样或基本相似的元件。在该变型中，在作用到模拟/数字转换器32b之前，时钟提取电路31也连接到移相器34。
[0070]接收级或电路16B—方面被接通到接收天线7,所述接收天线7此处被连接到芯片的接点“La”。电路16B可以包括被安置在芯片接点‘La’和‘Lb’端子的电容器13。该电容允许具有良好的质量因子。基于并联电路的原理来实现接收天线的谐振电路。
[0071]与电路16A不同，由模拟/数字转换器32b代替解调器32a，由具有参考数字值(DR)的数字比较器33b代替比较器33a，并且接点‘Lb’被接地而不是接收“与”电路的、分别由反相器37和放大器36反相和放大的输出信号。
[0072]而且，所述电路在时钟提取器31的输出支路上包括移相器34。该移相器然后接通到模拟/数字转换器32b。
[0073]因而，该级16A或16B各自允许提取时钟信号25和将所述信号适配于芯片5。在接收和放大之后，通过利用接口接点La/Lb将载波信号指引到组合芯片5的RF输入端。可以将额外电容器18增加到接口，以便适配输入阻抗。
[0074]电子级16A和16B如下运行:
[0075]考虑在如迷你SD卡的载体中的天线7的小耦合表面，由天线7所接收的信号SRE可能是相当弱的。
[0076]在由调解器32a或模拟/数字转换器32b解调之前，该信号由放大器30放大；由比较器提取并校准(calibrer)的有用信号由(与)门35与由时钟提取器31所提取的时钟信号相组合。在门35的输出端,通过由反相器37和放大器36而被预先放大成差动模式，被重新调节的射频信号被注入到部件5中。
[0077]同时，在电磁场SRE的存在期间，可以由适当电路(未示出)去活IS07816接触侧上的芯片电源Vcc。该后者电路可以被包括在电路16A或16B中。该动作可以是手动的。
[0078]所述后者电路可以优选地具有由来自接触件2的电源供给电压的部件(30、36、32a...)，所述接触件2与主机设备相联系。
[0079]电路16B基本相同地运行；然而移相器34允许精确地调节射频信号采集的触发，以便由转换器32b将所接收的信号包络转换成数字信号。
[0080]“组合”芯片5可以要么由其IS0/IEC7816接触接点Vdd和Vss，要么根据本发明的利用和电子组装而利用由场在其接触节点La、Lb所提供的能量供电。芯片也可以由以RF场的图像所生成的电压或由电路16供电，电路16本身由主机设备的接触件2供电。
[0081]该后者选项的优点是对于部件5，其供电可以根据场的存在与否由级16管理及如果需要重新初始化芯片5。
[0082]在该阶段，电压VLab的振幅至少为3.3Vpp (峰值-峰值伏特)。该值对于示例芯片检测13.56MHz的时钟及能够提取来自读取器的数据是必要的。
[0083]通过示例，下表示出由两个实际示例芯片用于探测时钟和来自外场的数据所需的电压，所述两个实际示例芯片为Philips/NXP的P5CD072或Infineon公司的66CLX800。
[0084]
【权利要求】
1.用于最小化在电磁场的接收天线(7)中所感应的干扰电流的方法，由位于所述接收天线邻近的发射天线(8)生成所述场，其特征在于，相对于发射天线(8)来布置接收天线(7)，使得通过也由发射天线所生成的相反感应电流至少部分地在接收天线中抵消由发射天线所感应的所述电流。
2.根据前项权利要求所述的方法，其特征在于，通过在两个基本上平行的水平面上彼此部分相对而在相互之间布置所述天线(7，8)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，天线(7，8)相交叠，接收天线的大约一半的耦合表面基本上覆盖发射天线的耦合表面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接收天线与发射天线相交叠，使得由在发射天线内部所产生的通量所生成的接收天线中的感应电流(i)基本上等于由在发射天线外部所产生的反向通量所生成的并且由位于发射天线外部的一部分接收天线所接收的接收天线中的相反感应电流(j)。
5.电磁场的发射和接收天线的装置，所述天线被彼此邻近地安置，其特征在于，相对于发射天线来布置接收天线，使得通过也由发射天线所生成的相反感应电流，所述由发射天线所感应的电流在接收天线中基本上至少大部分或几乎全部相互抵消。
6.根据前项权利要求所述的天线装置，其特征在于，通过在两个基本上平行的水平面上彼此部分相对而在相互之间布置所述天线(7，8)。
7.根据权利要求5至6中之一所述的天线装置，其特征在于，天线中之一在其耦合表面的一半上与另一个交叠。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述天线被布置使得发射天线的电磁通量以第一方向穿过发射天线的耦合表面的第一部分，并且反向通量以与第一方向反向的方向穿过接收天线的I禹合表面的第二部分。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的天线装置，其特征在于，天线(7，8)被安置在载体的相同面上或相对立面上。
10.射频通信设备，其实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法或包括根据权利要求5至9中之一所述的天线装置。
11.根据前项权利要求所述的通信设备，所述通信是激活的无接触类型(I)，所述设备包括传送数据的电磁场的接收和发射装置(5，6，7，8)，所述发射与所述接收是同步的，其特征在于，其包括分别对应于发射和接收天线的第一数据接收天线(7)和第二数据发射天线⑶。
12.根据前述权利要求中任一项所述的通信设备，其特征在于，所述设备被集成于以下物件中或构成以下物件，所述物件具有集成电路卡或SD微型卡或手表的形式因素。
【文档编号】H01Q1/22GK103597660SQ201280018511
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】J-P·卡吕亚纳, G·卡波马焦, C·布东 申请人:格马尔托股份有限公司