防止无接触读卡器和触摸功能的干扰的方法
【专利摘要】一种通过使用设置在触摸传感器和显示屏下面用于传输近场通信信号的更强的近场通信天线和在触摸传感器顶部的用于接收近场通信信号的更小的近场通信天线，从而物理和逻辑地整合近场通信技术、触摸传感器技术和显示技术的系统。
【专利说明】防止无接触读卡器和触摸功能的干扰的方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及触摸传感器、比如在无接触智能卡中获得的NFC技术的近场通信技术和显示器。更具体地，本发明通过使用设置在触摸传感器和显示屏周长的下面或周围，用于传输的更强的近场通信天线，和在触摸传感器下面或顶上，用于接收近场通信信号的更小的近场通信天线，从而物理和逻辑地结合近场通信技术、触摸传感器技术和显示器技术。为了这些功能的每一个的目的，系统也可以实现特定组件的共用，由此提供增加的安全性，防止由于更紧密地整合物理和逻辑工作带来的破坏，同时提供每个组件的同时和独立的工作。
【背景技术】
[0002]对于电容敏感触摸板有若干种设计。对下面的技术进行审查是有用的，以便更好地理解怎样能够改变任意的电容敏感触摸板从而与本发明产品一起工作。
[0003]CIRQUE公司的触摸板为一种互容感测装置，并且将一个实例表示为图1中的方框图。在该触摸板10中，使用X(12)和Y(14)网格电极和感测电极16限定触摸板的触敏区域18。典型地，触摸板10为近似16乘12个电极，或者当有空间限制时为8乘6个电极的矩形网格。与这些Χ(12)和Υ(14)(或行和列)电极交错的是单个感测电极16。通过感测电极16进行全部位置测量。
[0004]CIRQUE公司的触摸板10测量在感测线16上电荷的失衡。当在触摸板10上或附近没有指示物体时，触摸板电路20处于平衡状态，并且在感测线16上无电荷失衡。当由于物体接近或接触触摸表面(触摸板10的感测区域18)时的电容耦合而使指示物体产生失衡时，在电极12、14上发生电容变化。所测量的是电容的变化，而不是在电极12、14上的绝对电容值。触摸板10通过测量为了重新建立或重新获得感测线上的电荷平衡而必需注入到感测线16上的电荷量来确定电容的变化。
[0005]如下所示利用上述系统确定在触摸板10上或附近的手指的位置。该实例描述了行电极12，并且对于列电极14的描述以同样的方式重复。从行和列电极测量中获得的值确定交叉点，该交叉点是触摸板10上或附近的指示物体的图心。
[0006]在第一步中，第一组行电极12用来自P、N发生器22的第一信号驱动，并且不同但是邻近的第二组行电极用来自P、N发生器的第二信号驱动。使用互容测量装置26，触摸板电路20获得了来自感测线16的值，该互容测量装置26表示哪个行电极最靠近指示物体。然而，在一些微控制器28控制下的触摸板电路20还不能确定指示物体位于行电极的哪一侧，触摸板电路20也不能确定指示物体恰好离电极有多远。因此，系统通过一个电极来移动电极组12以被驱动。也就是说，在组的一侧上添加电极，同时在组的相对侧上的电极再也不被驱动。然后由P、N发生器22驱动新的组并进行感测线16的第二次测量。
[0007]从这两次测量中能够确定指示物体位于行电极的哪一侧，以及有多远。使用等式来比较所测的两个信号的大小，然后进行指示物体的位置确定。
[0008]CIRQUE公司的触摸板的灵敏度或分辨率比16乘12个网格的行和列电极所具有的高得多。分辨率一般在每英寸960点或更大的量级上。准确的分辨率由组件的灵敏度、同一行和列上的电极12、14之间的间隔和对于本发明不重要的其它因素确定。
[0009]使用P、N发生器24对Y或列电极14重复上述过程。
[0010]尽管上述的CIRQUE的触摸板使用了 X和Y网格电极12、14以及分离的单独的感测电极16，但是通过使用多路技术，感测电极实际上也可以是X或Y电极12、14。
[0011]以前的专利技术描述了两因素或三因素的用户证明方法，比如在美国专利号
7,306, 144(144专利)中所述，其中借记ATM卡或使用受保护的信息或进入安全地点，经常可以期望集成认证用户身份的功能。使用两因素系统进行身份认证可通过使用(I)用户具有的某物，比如账号和无接触卡或手机内部产生的一次性密码，和(2)只有用户知道的某物，比如隐藏的PIN/密码而实现。使用三因素系统的认证通过添加(3) —些用户的生物辨识，比如用户的指纹而提供了附加的安全层。
[0012]作为对这一需求的回应，获得了 144专利，其将无接触读卡器触摸屏和生物辨识无接触触摸板集成，以提供支付产业中产生比如用于网络产业的近场通信(NFC)激活触摸屏PIN进入装置和NFC激活笔记本电脑的应用能力。这些装置可用于产生安全的VPN登录装置，以便进入远程商业网络，以及用于实体安全产业，以产生安全记号进入装置，比如用于建筑入口。NFC的功能包括无接触读卡器功能,该功能可实现智能卡、智能电话或其它装置上的数据阅读，所述装置可以存储使用无线通信比如通过NFC能够阅读的数据。
[0013]在144专利中，被集成的无接触读卡器被集成在触摸板的硬件中，其中触摸板的电路板基底提供机械的基底，无接触读卡器的硬件可被放在该基底上，而且其中触摸板已经被广泛分布在其它电子产品中，以及作为独立装置。这种集成了触摸板的电子产品包括很多便携式电子产品，比如笔记本电脑、个人数字助手(PDA)、移动电话、数字相机、数字便携摄像机等。CIRQUE的GLIDEP0INT技术也被集成到不被设计成可移动的装置中，比如销售点的输入装置。例如，当用户提供贷记卡或借记卡给出纳员用于购买时，通常为看到无声音的读卡器，其激活贷记卡或借记卡被刷卡，目的是读出磁条。然后用户一般使用连接至无声读卡器的钢笔，并或输入签名或输入借记卡号。因此，CIRQUE的GLIDEP0INT技术能够接收各种形状的用户输入。
[0014]通过在触摸传感器周围放置线圈天线或铜迹而构造集成无接触触摸板的实例。该设计的缺点为触摸板传感器和无接触读卡器的很多物理结构互相机械以及电子地干扰。
[0015]在机械问题的实例中，由于对无接触读卡器工作容积标准的限制，触摸板传感器经常太大而不能支撑合适尺寸的无接触读卡器天线的安放，因此限制了集成系统的实际尺寸。
[0016]在干扰问题的实例中，为无接触读卡器提供动力所需的强磁场在触摸板传感器内产生强的涡流，由此引起超出规定的工作，并产生失灵或不能工作的结果。
[0017]在有关的干扰问题中，触摸板产生检测手指所需的强的静电场。这些强场经常引起无接触读卡器具有不充足的信号强度。
[0018]静电场和磁场干扰两者的副作用经常为以下情况的结果:1)由于噪音/干扰信号水平足够大从而激活触摸板电路中的ESD 二极管，使得无接触读卡器信号产生非线性效应，2)触摸板前端电子或模拟数字转换器(ADC)在跟踪干扰上的难度也引起非线性效应和测量中的误差，和3)NFC的调幅频率也经常非常接近于触摸感测刺激频率，由此产生带内接地反弹。
[0019]因此，需要的是用于物理结合NFC技术和触摸传感器的新的技术，其将实现合适尺寸NFC天线靠近触摸传感器的集成，其适应组件的物理干扰，特别是当使用比如ITO和铜迹的不同材料时。
[0020]另一个优势是相互足够靠近地设置这些系统的电路，以避免对其间信号的偷听或窃听，由此提供比现有集成系统更安全的集成系统。一个优势为提供可移除无接触读卡器和触摸板两个系统之间的电和磁交互作用的新技术。另外具有的优点是将电子元件整合成单一的包装，以满足当今小巧和便携式电子产品一般非常有限的触摸板空间和相关的路径空间。由于控制NFC天线工作标准的限制，控制工作或有效容积也是重要的。
【发明内容】
[0021]在一个优选实施方案中，本发明为用于通过使用设置在触摸传感器和显示屏周长下面或周围用于传输的更强大的近场通信天线和设置在触摸传感器下面或顶上用于接收近场通信信号的更小的近场通信天线而物理和逻辑集成近场通信技术、触摸传感器技术和显示技术的系统，其中系统也能够实现特定组件对于触摸传感器技术、近场通信技术和显示技术的功能的共用，其中集成系统被制成通过将物理组件更靠近在一起并使其屏蔽物理探测而更安全地防备攻击，并且其中在集成系统内实现功能，使得完全在安全的区域内进行认证，由此保护交易避免外部操纵或泄露。
[0022]第一个目的是触摸传感器、NFC和显示功能可以同时和/或相互独立地物理实施。
[0023]第二个目的是集成系统的形状因素可以像具有用于无接触卡通信的集成NFC装置的单个触摸传感器那样小，以及像无键输入系统那样大。
[0024]第三个目的是集成系统的形状因素包括作为触摸传感器的触摸屏和无接触读卡器像PIN输入装置那样小以及像ATM或其它自动金融交易装置那样大。
[0025]结合所附附图，并考虑下面详细的描述，本发明的这些和其它目的、特点、优势和替代方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为可根据本发明原理工作的由CIRQUE公司制造的电容敏感触摸板组件的方框图。
[0027]图2A为表示两个分离的NFC天线，较大的一个用于传输NFC信号，较小的一个用于接收NFC信号的本发明第一实施方案的剖面图。
[0028]图2B为表示较小的NFC天线不同叠层配置的本发明替代实施方案的剖面图。
[0029]图3为其中表示多个接收NFC天线的替代实施方案的剖面图。
[0030]图4为表示共用电极的触摸传感器和第二 NFC天线的剖面图。
[0031]图5为表示共用电极的触摸传感器和显示屏的剖面图。
[0032]图6为表示共用电极的触摸传感器、显示屏和第二 NFC天线46的剖面图。
[0033]图7为表示说明本发明概念的两层接地平面中的切口的第一实施方案的顶视图。
[0034]图8为图7的接地平面的替代实施方案的顶视图。
[0035]图9为与NFC天线安装在同一基底上的接地平面。[0036]图10为用于传输和接收的由触摸传感器、显示屏和NFC天线构成的叠层。
[0037]图11表示至少一个基底70可以设置在触摸传感器和第二 NFC天线之间。
【具体实施方式】
[0038]现在将参考附图，在附图中本发明的各种元件将给予数字标识并且在其中对本发明进行讨论，从而是本领域技术人员能够制造和使用本发明。可以理解的是，下面的说明只是本发明原理的距离，并且不应被看做缩小随附的权利要求的范围。
[0039]术语“触摸传感器”的使用应被认为是与术语“触摸感测装置”、“触摸板”、“触摸屏”、“触摸面板”和“触摸敏感装置”和其它类似的触摸装置可互换的。同样，术语“近场通信天线”应被认为是与术语“无接触读卡器”、“RFID阅读器”和“蓝牙天线”可互换的。而且，“系统”指的是包括使用全部可互换术语的包括触摸传感器、近场通信天线和显示器的两个或全部三个组件的任意组合。因此，一些实施方案涉及结合全部三个组件的触摸屏，而一些涉及具有NFC技术，而没有与触摸传感器本身直接关联显示器的触摸板。
[0040]本发明可以通过各种实施方案实施，从而解决由本发明所解决的不同问题。由这些实施方案提出的问题应被认为包括但不限于触摸传感器、NFC和显示器技术的系统:1)其中组件可互相干扰，2)避免窃听或侵入到系统中，3)使用对于集成系统的太多的空间，和4)需要对按照工作NFC技术标准的工作容积进行控制。
[0041]在现有技术中，NFC、显示器和触摸感测技术的集成通常包括将NFC天线围绕触摸传感器放置和使用分离的组件、通信容量和电源电缆，导致集成系统增大的尺寸和复杂性。因此期望重新使用或具有可被多于一个装置使用的共享用途的组件。
[0042]在支付应用中比如当使用POS PIN进入装置时，期望使系统安全，避免物理攻击而且仍提供与主机的安全连接。这可以使用本发明的实施方案来实现。
[0043]在本发明的实施方案中，NFC功能包括但不应被认为限制于无线通信功能，比如使用无接触读卡器与智能卡的通信，或在无键输入系统中阅读智能卡，或者任何需要NFC技术、显示器和触摸功能的其它功能。
[0044]因为NFC激活的触摸传感器一般用于与安全相关的应用中，对于现有技术具有重大改进的是同时物理和逻辑地将触摸、显示和通信功能组合成单一的物理安全装置。因此，本发明通过组合NFC、显示和触摸传感器技术，或三种功能中的至少两种成为单一的芯片包装，或组合在抗干扰安全模块或能够抵抗攻击者视图窃听或探听认证活动的安全加密装置中，以提供改进的整体和安全性。
[0045]尽管在抗干扰包装或模块中这样紧密地集成两个或三个形状因素的认证功能可具有新颖性，但对于NFC、显示和触摸技术的紧密集成存在独特的问题需要克服，目的是制造所期望的集成系统功能。
[0046]例如，考虑金融交易的认证需要。在两形状因素的过程中，第一个形状因素为假设只对用户已知的输入信息。该信息一般采取个人认证号码(PIN)的形式，并且可以在触摸传感器上输入。第二个形状因素为与交易认证号码(TAN)相结合的标记的使用。TAN表示对于认证交易的一次性密码。TAN可以不同方式传播。使用TAN的最安全的方式为通过需要使用安全标记而产生它们。这些产生标记的TAN取决于时间和储存在安全标记中的独特秘诀。通常经由使用SSL安全连接的网络浏览器进行具有PIN/TAN的在线银行业务，从而不需要额外的加密需求。
[0047]通过将触摸传感器的电路放置在非常靠近NFC电路的附近，能够保护为了实现认证而在这些系统之间必须产生的通信。安全性可以两种方式获得。通过物理地使系统靠近，其能够工作而不必使用物理上可接近的通信线路来通信。通过逻辑集成系统，其可以独立于工作系统或任何其它不安全的系统而工作，该不安全系统使入侵者在认证信息产生和加密前能够获取该认证信息。
[0048]本发明的实施方案涉及将物理组件紧密放在一起，然后教导怎样避免组件之间的干扰。
[0049]图2A为表不本发明第一实施方案的物理组件的剖面。在该第一实施方案中，系统被表示为具有触摸、显示和NFC技术。特别地，触摸传感器40被表示为放置在显示屏42的顶上。该附图涉及表示各种组件的堆叠或叠层配置，而不是特定的尺寸关系。第一 NFC天线44被表示为放置在触摸传感器40的下面，而第二 NFC天线46被表示为放置在显示屏42的底下。
[0050]图2A表示组件是离散的，并且不共用任何物理组件，比如电极。第一 NFC天线44的尺寸应被理解为小于第二 NFC天线46的尺寸。
[0051]第一实施方案的相关性可能不是立刻很清晰。例如，制造不同尺寸的NFC天线的目的是因为若干因素。第一个因素为第一 NFC天线44是接收天线。接收天线可以较小，因为其是系统叠层中的较高组件，并且不被其它产生电场和磁场干扰的高衰减组件覆盖。较小尺寸的另一个原因可能是因为NFC的规格，其提供关于NFC技术的工作容积的特定电源和尺寸限制。
[0052]制造较小接收天线的另一个原因可能是限制其可能接收的通信信号的达到范围。该限制方面对于实施方式具有实际原因。例如，现在的智能卡可同时包括词条和NFC天线。如果用户需要刷磁条而不使用智能卡中的NFC天线进行交易，则重要的是限制与第一 NFC天线44通信的能力。因此，第一 NFC天线44可以恰好安装在触摸传感器40的中心下面或者在与磁条阅读者最远的触摸传感器的侧面上。
[0053]图2B表示在一个替代实施方案中，第一 NFC天线44设置在触摸传感器的顶上而不是其底下。如果触摸传感器40能够补偿可能由第一 NFC天线44引起的干扰，则该设计
可以工作。
[0054]图3被设置为表不在不同实施方案中本发明的另一方面。在该实施方案中，多个接收信号的第一 NFC天线44被恰好设置在触摸传感器40的底下。第一 NFC天线44的接收范围被故意限制，使得第一 NFC天线可以设计特定应用，或者提供所需要的其它功能。例如，通过使用多个较小的NFC天线，多个被限制的第一 NFC天线44可实际上延伸NFC技术的接收范围。小的第一 NFC天线44的另一个功能可以是提供阅读小的NFC标识或卡片的能力。
[0055]图2的系统的其它组件包括触摸传感器40。触摸传感器40可以安装为秘密和单独的装置，或者其可以与其它组件集成。例如，触摸传感器40的XY电极网格可以是用作显示屏42的部分的全部或部分电极。电极也可以由触摸传感器40、显示屏42和第二 NFC天线46共用。电极也可以只由触摸传感器40和第二 NFC天线46共用。通过共用电极，需要更少的电极来安装系统。[0056]图4为表示共用电极的触摸传感器40和第二 NFC天线46的剖面图。
[0057]图5为表示共用电极的触摸传感器40和显示屏42的剖面图。
[0058]图6为表示共用电极的触摸传感器40、显示屏42和第二 NFC天线46的剖面图。
[0059]当共用电极时，有必要避免共用它们的组件之间的干扰。因此，在本发明的另一个实施方案中，用于触摸传感器40的时钟振荡器也可以被用作第一和第二 NFC天线44、46和显示屏42的时钟振荡器。共同的时钟振荡器信号的使用可在触摸传感器40、显示屏42和第一和第二 NFC天线44、46之间提供双率采样，由此避免在任何组件上的无用信号出现。双率采样可在第二 NFC天线46的基本载频上形成节点滤波器。该采样方法可提供优异的滤波方法，因为在触摸传感器40和第二 NFC天线46之间具有完美的同步性。
[0060]同样有可能将显示工作与其它组件协调或同步化。本发明教导怎样能够使本发明的组件之间的串音最小化。
[0061]关于滤波器，也应该理解的是，本发明的另一个实施方案涉及与触摸传感器40的电极串联设置的滤波器组件的使用。这些滤波器组件可用于制成节点滤波器或带通滤波器。触摸传感器40可以在小于IMHz的范围内工作，并且NFC天线可在靠近13MHz的范围工作。因此，滤波器可被用于避免在NFC天线和触摸传感器之间产生的干扰。
[0062]在本发明的一个实施方案中，可将电容器设置在电极和接地之间的触摸传感器40的每个电极上，由此分流来自传输NFC天线46的无用信号。
[0063]同样应该理解的是，本发明涉及系统组件的同时工作，以及一次激活单个组件工作的能力。因此，本发明的另一个实施方案涉及通过触摸传感器40检测第二 NFC天线46的激活。该对第二 NFC天线46的激活的检测可通过来自第二 NFC天线的信号采样实现。例如通过将GPIO输入连接到触摸传感器40的发送电路，可以实现检测。GPIO输入可以是靠近第二 NFC天线46设置的电极。触摸传感器40可以本身失效一段时间或与第二 NFC天线46的传输一样长的时间。
[0064]触摸传感器40和第二 NFC天线46的同时工作可以通过使用加法工作放大器、RF拆分器或组合器或本领域技术人员理解的类似装置，将触摸传感器驱动信号与第二 NFC天线上的信号叠加来实现。
[0065]在一个替代实施方案中，用于第二 NFC天线46电路的本发明的功能为检测触摸传感器40的电路何时被激活。第二 NFC天线46可以本身失效一段时间或与触摸传感器40的感测一样长的时间。
[0066]可以期望的是触摸传感器40的功能具有比第二 NFC天线46的功能更优选或优先考虑，或反之亦然。因此，认为是本发明的一个方面的是激活一个装置使其比系统另一个装置优先考虑。当可以共用比如电极的物理结构时，使一个组件比另一个优先考虑是特别期望的。
[0067]在本发明的另一个方面中，可期望完成一个动作，该动作迫使触摸传感器40或NFC天线44、46对，例如触摸传感器40上的独特手势或触摸区域的识别可激活任一组件。
[0068]对于系统的另一个组件，可以使用适合的显示屏技术来安装显示屏42。按照任何与触摸传感器40和NFC天线44、46的单机或共享操作兼容的技术可以安装显示屏42。例如，显示屏42可以但不应认为限于使用比如液晶显示(IXD)、发光二极管(LED)显示和有机发光二极管(OLED)显示的显示技术来安装。[0069]本发明的另一个方面是第一 NFC天线44和第二 NFC天线46的相对尺寸。关于传输NFC天线的操作可具有较少或没有限制或操作标准。因此，较大的NFC天线可被设置在本发明的全部其他组件的底下，通过将传输NFC天线制造得比接收NFC天线更大，系统可补偿信号必需穿过的附加材料。传输NFC天线也可具有难于驱动的能力，目的是驱动信号通过其它组件。因此较大的传输NFC天线46可以通过可在其上面的组件并沿着接收NFC卡片或标签的方向引导较强的信号。因此，在图2中第二 NFC天线46被示出在显示屏42、触摸传感器40和较小的第一 NFC天线44的底下。
[0070]尽管优选的是对于第二 NFC天线46，使用低阻抗天线，但对于第一 NFC天线有可能使用低或高阻抗天线。使用氧化铟锡(ITO)制造的ITO电极对于高阻抗天线可很好地工作。ITO电极可以设置在显示屏42的顶上并在触摸传感器40下面，并且可具有优势，即对显示屏的视觉透明度产生最小的干扰。
[0071]将低阻抗的传输NFC天线设置在触摸传感器40的周围或下面，并将高阻抗的接收NFC天线设置在触摸传感器的下面或内部，可以使得NFC天线的有效体积设计为符合产业标准或更好地控制接收位置。第一 NFC天线44被耦合至可以处理接收信号的天线电路的高输入阻抗输入电路，并且第二 NFC天线46被耦合至可以产生和传输信号的天线电路的低输入阻抗输出电路。
[0072]本发明的另一个方面涉及使系统的组件之间的干扰最小化。因为本发明的组件产生电场和/或磁场，所以减小干扰是有用的。例如，由NFC天线44、46所使用的较高电压可以比触摸传感器40的电极上的电压高很多。
[0073]本发明可提供用于减小组件之间干扰的不同方法。例如，在本发明的另一个实施方案中，使用平衡驱动电极模式可降低干扰。平衡驱动电极模式用于使触摸传感器40的电压在NFC天线44、46上的耦合最小化。平衡驱动电极模式也可为触摸传感器40的电极提供附加测量净高，由此通过第二 NFC天线46补偿干扰。
[0074]在本发明的另一个实施方案中，通过使用电极的对称路径模式可降低干扰。通过使用对称路径模式，由设置在第二 NFC天线46上的电压产生的电场干扰可被消除，使得耦合在触摸传感器40的任何感测电极上的净电压最小化。类似地，通过使用对称电极路径模式，由第二 NFC天线46中的传输电流产生的磁场干扰可被消除，使得流入到任何触摸传感器40的电极销中的净电流最小化。
[0075]在本发明的另一个实施方案中，可将屏蔽环设置在触摸传感器40和第二 NFC天线46的电极之间，目的是抑制由第二 NFC天线产生的电场。对于第二 NFC天线46有利的是施加不同电压在屏蔽环上，以帮助消除出现在第二 NFC天线上的电势。
[0076]屏蔽是用于避免系统组件之间干扰的另一个方法。对于现有技术中的屏蔽目的，经常有帮助的是在触摸传感器的电极网格后面插入接地平面，由此避免与放置在XY电极网格后面，比如在XY电极网格基底的相对侧的触摸板传感器电路产生交互作用。如果将触摸板放置在IXD前面，则这样的屏蔽接地平面会避免与IXD的交互作用。
[0077]然而，在现有技术中使用的这种类型的接地平面可考虑到作为NFC天线激活的结果而在其中产生的涡流，导致对于NFC智能卡的磁场损失。因此，本发明的另一个实施方案是提供避免在屏蔽接地平面中产生涡流的方法。
[0078]图7提供了表示避免在屏蔽接地平面中产生涡流的一种方法。图7为表示触摸传感器的两层50和52的顶视图。通过在接地平面电极中制作切口同时保持对电场电势的抑制，可以避免涡流的产生。切口将电极分离成较小和离散的电极，其可使涡流的产生最小化。当在接地平面电极中制作切口时，重要的是切口可以制作成使得闭合环路不形成，除了如果需要的话用于形成适于形成NFC天线的导电路径之外。因此，任何能实现使涡流的产生最小化的目的而且其不产生闭合回路的设计都可被用于接地平面的电极。
[0079]图8为表示可与图7的触摸传感器一起使用的接地平面的一个实施方案的顶视图。注意到当接地平面的两层54和56互相重叠时，其相互交叉并将提供对于磁场和电场两者的完全屏蔽。
[0080]图9为本发明的另一个实施方案的顶视图。该附图表示安装在与NFC天线同一个基底上的接地平面。NFC天线60被示出在基底中间，被屏蔽NFC天线的“分开的甜甜圈”接地环62所围绕。
[0081]在接地平面的电极中制造切口的另一个目的是，除了使来源于磁场的无用电流最小化之外，使对电场的屏蔽最大化。
[0082]本发明描述了在本发明的组件之间电极的共用。在本发明的另一个实施方案中，接地平面可以与传输NFC天线共用。
[0083]在本发明的另一个实施方案中，触摸传感器和NFC天线的电极可以交错在同一个基底上。
[0084]图10例示了涉及定向耦合器的本发明的另一个方面。定向耦合器可被用于增大NFC天线的灵敏度。例如，当放置在触摸传感器40、显示屏42或者触摸传感器和显示屏两者的下面的NFC天线可能被用于接收NFC信号以及传输NFC信号时，这可能是有用的。因此，定向耦合器可被用于增大传输和接收NFC天线的信号的范围或灵敏度。在图10所示的一个实施方案中，叠层由触摸传感器40、显不屏42和NFC天线80构成,用于同时传输和接收NFC信号。触摸传感器40、显示屏42和NFC天线80也可以共用比如电极的物理构造。
[0085]在本发明的另一个实施方案中，为了降低来自电磁场的干扰，有可能抑制由系统组件产生的场。将铁氧体放置在组件基底上或附近可以抑制场。作为实际情况，铁氧体可以悬浮在硅或其它材料中，然后，可将悬浮在硅中的铁氧体放置在基底上。也可将铁氧体以环或者其它合适构造的形式直接放置在基底上。
[0086]图11提供了本发明的另一个实施方案。在图2所示的实施方案的变型中，图11表示可以在触摸传感器40和第二 NFC天线46之间设置至少一个附加基底70。至少一个附加基底可包括导电表面72。导电表面72可以在公共点处稱合在一起。导电表面的目的是抑制可能由第二 NFC天线46产生的电场和磁场引起的干扰。
[0087]可以理解的是，上面所述的配置只是对本发明原理的应用的例示。在不背离本发明的主旨和范围的情况下，本领域技术人员可以对多种修改和替代配置进行设计。所附的权利要求用于包含这些修改和配置。
【权利要求】
1.一种整合触摸传感器和近场通信天线技术从而提供在触敏便携式电子产品内的通信的系统，所述系统包括: 显示屏； 设置在所述显示屏顶部的触摸传感器，由此形成触摸屏； 设置在所述触摸屏之下用于接收信号的第一近场通信天线；以及 设置在所述显示屏下面用于通过所述触摸屏传输信号的第二近场通信天线。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述第二近场通信天线和所述触摸传感器之间的接地平面，其中所述接地平面包括多个电极，所述电极形成为不存在闭合回路，由此使所述电极中的涡流最小化。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括与所述第二近场通信天线在相同基底上的接地平面，其中所述接地平面包括多个电极，所述电极形成为不存在闭合回路，由此使所述电极中的涡流最小化。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括设置在所述第二近场通信天线之下的接地平面，其中所述接地平面包括多个电极，所述电极形成为不存在闭合回路，由此使所述电极中的涡流最小化。
5.如权利要求1所 述的系统，其中所述系统还包括: 用于所述第一近场通信天线的低或高阻抗材料；和 用于所述第二近场通信天线的低阻抗材料。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述系统进一步包括天线电路，所述天线电路具有用于从所述第一近场通信天线接收输入信号的高输入阻抗输入电路，和用于传输信号至所述第二近场通信天线的低输出阻抗驱动电路。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括将铁氧体材料设置在所述系统的至少一个基底上，由此压缩由所述系统产生的电场或磁场。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述触摸传感器和所述第二 NFC天线之间的至少一个基底，其中导电材料被设置在所述至少一个基底的表面上，从而减小所述第二 NFC天线对所述触摸传感器的电场干扰。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述系统进一步包括与在所述至少一个基底上的全部导电材料耦合的导电电极，由此电耦合全部所述导电材料。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述触摸传感器的每个电极上的滤波器，由此避免所述第二 NFC天线对所述触摸传感器的干扰。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述触摸传感器的每个电极上的电容器，由此分流从所述第二 NFC天线至接地的信号。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括由所述触摸传感器、所述显示屏和所述NFC天线使用的共用振荡时钟信号，由此使所述触摸传感器、所述显示屏和所述NFC天线之间的不需要的信号最小化。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括用于检测所述第二NFC天线激活的传感器，由此使所述触摸传感器能够改变感测功能。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括用于检测所述触摸传感器激活的传感器，由此能够使所述第二 NFC天线能够终止通信功能。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括所述触摸传感器中的开关，其能够使所述第一 NFC天线、所述第二 NFC天线或者其两者的组合激活。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括用于所述触摸传感器、所述第一近场通信天线、所述第二近场通信天线和所述显示屏的同步功能的同步电路。
17.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括互电容触摸传感器。
18.如权利要求1所述的系统，其中所述系统进一步包括从由液晶显示器、发光二极管显示器和有机发光二极管显示器构成的显示屏的组中选择的显示屏。
19.如权利要求1所述的系统，其中如果所述第一近场通信天线被用于接收信号，则所述系统进一步包括与所述第一近场通信天线连接的定向耦合器。
20.一种集成触摸传感器和近场通信天线技术，以提供触敏便携式电子产品通信的方法，所述方法包括: .1)提供显示屏，设置在所述显示屏顶部由此制成触摸屏的触摸传感器，设置在所述触摸屏之下用于接收信号的第一近场通信天线，以及设置在所述触摸屏之下或周围用于传输信号的第二近场通信天线；和 . 2)通过所述显示屏、所述触摸传感器和所述第一近场通信天线传输来自所述第二近场通信天线的近场通信信号；以及 . 3)在所述第一近场通信天线上接收近场通信信号。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括: . 1)设置在所述第二近场通信天线和所述触摸传感器之间的接地平面；和. 2)形成多个接地平面电极，使得闭合回路不存在，由此使所述电极中的涡流最小化。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括: .1)将接地平面设置在与所述第二近场通信天线相同的基底上；以及 . 2)形成多个接地平面电极，使得闭合回路不存在，由此使所述电极中的涡流最小化。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述系统进一步包括: . 1)将接地平面设置在所述第二近场通信天线下面的基底上；和 .2)形成多个接地平面电极，使得闭合回路不存在，由此使所述电极接地平面中的涡流最小化。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括:. 1)提供用于所述第一近场通信天线的低或高阻抗材料；和. 2)提供用于所述第二近场通信天线的低阻抗材料。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述方法进一步包括提供具有高输入阻抗输入电路的，用于接收来自所述第一近场通信天线的输入信号的天线电路，和用于将信号传输至所述第二近场通信天线的低输出阻抗驱动电路。
26.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述系统的至少一个基底上设置铁氧体材料，由此抑制由所述系统产生的电场或磁场。
27.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述触摸传感器和所述第二 NFC天线之间设置至少一个基底，以减小所述第二 NFC天线对所述触摸传感器的电场干扰，其中导电材料被设置在所述至少一个基底的表面上。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述触摸传感器的每个电极上设置滤波器，以避免所述第二 NFC天线对所述触摸传感器的干扰。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述方法进一步包括通过在所述触摸传感器的每个电极上设置电容器，由此将来自所述第二 NFC天线的信号分流至接地。
30.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括通过使用由所述触摸传感器和所述第二 NFC天线所用的共用振荡时钟信号，以使来自所述第二 NFC天线的在所述触摸传感器上的不需要的信号最小化。
31.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括通过使用传感器检测所述第二 NFC天线的激活而终止感测功能。
32.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括通过检测所述触摸传感器的激活而终止通信功能。
33.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括通过激活所述触摸传感器中的开关而实现所述第一 NFC天线、所述第二 NFC天线或所述两者的组合的激活。
34.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括所述触摸传感器、所述第一近场通信天线、所述第二近场通信天线和所述显示屏的同步功能，由此使所述组件的干扰最小化。
35.如权利要求20所述的方法，其中所述方法进一步包括从由液晶显示器、发光二极管显示器和有机发光二极管显示器构成的显示屏的组中选择显示屏。
36.如权利要求20 所述的方法，其中所述方法进一步包括如果使用所述第二近场通信天线接收信号，则通过将定向耦合器耦合至所述第二近场通信天线而增加所述第二 NFC天线的灵敏度。
37.一种集成触摸传感器和近场通信天线技术，以提供触敏便携式电子产品通信的系统，所述系统包括: 具有多个显示器电极用于产生显示的显示屏； 共用所述多个显示器电极，旨在完成近距离和触摸感测，并制成与所述显示屏一起使用的触摸屏的触摸传感器；和 设置在所述显示屏之下或周围，用于通过所述触摸屏传输信号的第一近场通信天线；和 设置在所述触摸屏之下，用于接收信号的第二近场通信天线。
38.一种集成触摸传感器和近场通信天线技术，以提供触敏便携式电子产品通信的系统，所述系统包括: 具有多个显示器电极，用于产生显示的显示屏； 共用多个显示器电极，旨在完成近距离和触摸感测，并制成触摸屏和所述显示屏的触摸传感器； 共用所述多个显示器电极，旨在通过所述触摸屏传输和接收信号的第一近场通信天线；和 控制所述多个显示器电极使用的装置，以便能够使所述显示屏、所述触摸传感器和所述第一近场通信天线共享所述多个显示器电极的使用。
39.如权利要求38所述的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述触摸屏顶上，用于接收信号的第二近场通信天线。
40.一种集成触摸传感器和近场通信天线技术，以提供触敏便携式电子产品通信的系统，所述系统包括: 显示屏； 具有多个设置在所述显示屏顶部的传感器电极，由此制成触摸屏的触摸传感器；和 共用所述多个传感器电极，用于通过所述触摸屏传输信号的第一近场通信天线。
41.如权利要求40所述的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述触摸屏之下或内部，用于接收信号的第二近场通信天线。
42.一种集成触摸传感器和近场通信天线技术，以提供触敏便携式电子产品通信的系统，所述系统包括: 显示屏； 具有多个设置在所述显示屏之下的传感器电极，由此制成触摸屏的触摸传感器；和 共用所述多个传感器电极，用于通过所述触摸屏传输信号的第一近场通信天线。
43.如权利要求42所述的系统，其中所述系统进一步包括设置在所述触摸屏之下或内部用于接收信号的第二近场通信天线。
【文档编号】H04B5/00GK104012010SQ201280064021
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月23日
【发明者】基思·L·保尔森, 安德鲁·保尔森 申请人:瑟克公司