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具有有源标签的识别模块

阅读：731发布：2021-03-03

IPRDB可以提供具有有源标签的识别模块专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于移动设备的识别模块，包含与所述移动装置接口的触点(10)以及设置有收发器集成电路和狭槽偶极天线(12)的有源标签。SIM卡还包含其自身的用作有源标签时基的晶体振荡器。，下面是具有有源标签的识别模块专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于移动设备的识别模块，包括使其与移动设备连接的触点(10)和具有天线(12)的收发器集成电路(11)，其特征在于，所述天线是偶极天线。

2.如权利要求1所述的识别模块，其中，天线结构(12)是基于共振狭槽。

3.如权利要求1或2中的一项所述的识别模块，其中，天线包括接地平面从而加强主电场向量，其中在电流产生与主磁场方向相反的电场的位置处反转(inverse)所述接地平面。

4.如权利要求3所述的识别模块，其中，在电流产生与主磁场方向相反的场的位置处，通过切断主平面实现接地平面的反转。

5.如权利要求4所述的识别模块，其中，通过焊线(bonding wire)实现所述反转，所述焊线也被连接到集成电路上。

6.如权利要求1所述的识别模块，其中，基于所述天线结构，围绕有线接偶极(wired dipole)结构。

7.如权利要求1至6中一项所述的识别模块，其中，天线呈现电对称性，并具有非对称几何结构。

8.如权利要求1至7中一项所述的识别模块，其中，使用放置在电路(11)的反馈点处的两个串联电容器(13)来补偿感应率。

9.如权利要求1至8中一项所述的识别模块，其中，使用嵌入衬底中的两个串联电容器(13)来补偿感应率。

10.如权利要求1至9中一项所述的识别模块，其中，通过安装在衬底上的至少一个感应器(14)来补偿阻抗。

11.如权利要求1至10中一项所述的识别模块，包括两个末端(A、B)，第一所述末端设置有所述触点，

以使得所述触点不覆盖所述天线的方式，将所述天线设置在另一个所述末端。

12.如权利要求1至10中一项所述的识别模块，包括电子识别电路(11)，将所述偶极天线(12)设置在所述电子识别电路(11)的末端处，并且不占据围绕电路的衬底的剩余部分。

13.如权利要求12所述的识别模块，其中，所述偶极天线不展现出共振天线的特征。

14.如权利要求1至13中一项所述的识别模块，包括晶体振荡器。

15.一种用于移动设备的识别模块(1)，包括：一组用于与移动设备接口的触点(10)；

收发器集成电路(11)；

偶极天线(12)；

石英振荡器。

说明书全文

具有有源标签的识别模块

技术领域

[0001] 本发明涉及具有有源标签的SIM卡。

背景技术

[0002] 在GSM或USIM或UMTS网络中移动电话经常使用例如SIM卡的识别卡来识别用户。

[0003] 装有短程识别标签的移动电话也是已知的；在美国专利申请US2005017068中描述了这种例子。在这个文献中，标签是无源标签，其从读取器的射频信号获得其能源。这种范围必然是有限的。

[0004] W006039946描述了另一种系统，以及在结合有RFID标签和SIM卡的系统中的不同应用。

[0005] 若干文献中描述了将RFID标签嵌入SIM卡内而不是嵌入电话内，这也是已知的。这允许即使改变移动电话也能进行卡识别以及用户识别；此外，由于可以在提供SIM卡的同时提供标签而不需要替换用户的移动电话，因此这种用于移动网络运营商的技术传播得很快。

[0006] US2009036166描述了包括SIM卡和智能卡的元件，其中智能卡使用SIM卡的特定功能。然而，卡内不包含标签天线，并且与该天线的连接、以及其在各种移动电话模型中的嵌入比较复杂。

[0007] DE102004046845A1描述了一种能被用作运输票(transport ticket)的卡，并包含同时用作SIM卡和标签的双界面。然而，该文献没有提供卡内的天线集成的任何描述。

[0008] US2007/0281549描述了一种SIM卡，其具有位于同一PCB上的RFID标签，以及用于外部天线的触点。SIM卡和外部天线之间的组装所需的空间比单独的SIM卡大，并且因此可能难于集成在现有的移动设备内。

发明内容

[0009] 本发明的一个目的是提供一种SIM卡，即使将该SIM卡安装在移动电话内，其也能够使用射频传输进行远程通信。

[0010] 本发明的另一个目的是提供一种SIM卡，其适用于例如自动检票的应用或适用于例如专利申请DE102004046845A1中所描述的其他应用。

[0011] 本发明的另一个目的是提供一种将天线集成在SIM卡内的方案，其生产价格能够适应大量生产，并具有足够好的传输质量从而覆盖数米的范围。

[0012] EP1777781描述了一种包含在SIM卡中的GPS接收器天线。这种天线不适合有源标签；此外，其需要特殊的电介质材料，这种电介质材料极大地增加了卡的生产成本。

[0013] 根据本发明，使用移动设备的识别模块来实现那些目标，所述识别模块包括一组将识别模块连接到移动设备上的触点，以及集成电路，该集成电路利用偶极天线实现发射-接收目的。偶极天线选为使得收发器被集成在与SIM卡相同的模块上，因此这代表了标准SIM卡格式的刚性单一单元，标准SIM卡能被集成在任何具有SIM卡标准接口的普通移动设备内。

[0014] 在优选实施例中，基于天线结构绕有共振槽，从而使位于整个模块的有限空间内的天线具有好的质量。

附图说明

[0015] 结合附图，通过实现方式的描述，会更好地理解本发明。附图中：

[0016] 图1为根据本发明第一实施例的模块的视图；

[0017] 图2为根据本发明第二实施例的模块的俯视图；

[0018] 图3为位于本发明第三实施例中连接器下方的天线的视图；

[0019] 图4为位于根据本发明第三实施例的天线的相反侧的连接器的视图；

具体实施方式

[0020] SIM卡包括标准SIM或USIM处理器11以及使用CMOS技术的收发器(发送器和发射器)集成电路，该集成电路具有有源标签的功能。例如，收发器IC在标准ISM 2.45GHz频带内通信；作为非限制性的示例目的，可以使用Nordic nRF2401电路。也可以使用其他包含在4.5GHz范围内或之上的频率。也可以使用超宽频带(UWB)调制。

[0021] 根据新的方面，并独立于本方案的其他特征，该SIM卡集成了晶体，使用该晶体来产生由有源标签调制的信号。该标签不使用由移动设备提供的时钟信号，从而不会产生于由这种时钟信号引起的稳定性问题。因此，本发明还涉及订户识别卡，其包括电子标签，如在本文件中描述的天线，或不同的天线，以及晶体振荡器，所述晶体振荡器用作生成标签载体频率的时基发生器。

[0022] 在优选实施例中，通过移动设备的稳定电压给有源标签供电，并且通过SIM卡的触点供给到有源标签。在不同实施例中，也可以在SIM卡内集成自备电源，从而即使在移动装置不通电时也能使用有源标签。

[0023] 在另一个实施例中，通过移动设备的电池直接给有源标签供电，因此绕开了该设备的处理器。因为有源标签电路所需的电压低于移动设备所需电压，标签的使用寿命比移动设备的使用寿命长，即使来自电池的可用电压不足以运行移动装置的处理器，或者关闭处理器或处理器处于待机模式。

[0024] 优选地，在SIM处理器顶部上安装标签电路，从而避免使用卡上的额外空间。优选地，通过同步三线接口(CK，In，Out)，这两个电路都彼此通信。SIM处理器的固件优选地被预编程，从而在处理器三个终端产生和接收SPI信号。

[0025] 在另一个实施例中，将SIM处理器和收发器集成电路组合在单个芯片中；这个实施例更适合于大批量生产，但是对于每一次标签调整都需要重新设计整个SIM处理器。

[0026] 在测量由读取器接收到的信号振幅后和/或作为由读取器接受到的指令的功能，收发器集成电路优选地自动适应其传输功率。这种方案避免了以高于读取器所需水平的功率进行传输，这提高了机密性，降低了能源消耗并保持了恒定的通信范围。

[0027] 收发器集成电路优选使用GFSK调制，从而与远程RFID读取器通信。接收灵敏度优选地等于或优于-85dBm。

[0028] 随后，在编程SIM处理器的监督下，收发器集成电路优选地是被动模式；收发器集成电路基本上包含模拟传输和接收元件，以及最少量的可编程数字单元。优选地，SIM处理器负责与RFID读取器的数据交换管理、编码管理以及解码管理等。

[0029] 当不需要使用收发器集成电路时，可通过SIM处理器将收发器集成电路设置为睡眠模式；这样，消耗量会在1微安培范围内。例如，使用在接收电路上调制的无线电频率信号来唤醒收发器集成电路，或者其被周期性唤醒作为对SIM处理器的特定事件的响应。另一方面，当组件处于待机模式或当接收到唤醒信号时，也可以使用收发器集成电路来唤醒SIM卡、移动设备或者其某些功能。

[0030] 优选地，有源标签所使用的用户识别与蜂窝网络IMSI识别一样；因此，在RFID网络和移动网络中是以相同方式识别移动订户的。SIM卡的加密电路优选用于对由有源标签接收或发送的数据进行识别和加密解密。然而，存储在标签自身中的不同id能够用于有源标签的识别。

[0031] 标签天线12设置在衬底单面上，优选位于触点10相对侧的面上。衬底较薄，从而限制标签的生产成本。标签的外部尺寸优选为ID-000格式、可能是较小Mini-UICC SIM-格式的卡中的标准接头(plug)的尺寸。

[0032] 天线结构是实心金属的，并基于其绕有共振槽，因此当SIM卡位于移动电话内时，其对邻近金属元件具有较大的抗扰度(immunity)。天线内的电流以相反方向绕着狭槽循环，以使狭槽的辐射结构与电线的相反。

[0033] 天线呈现出电对称性，并具有非对称几何结构。

[0034] 在对称结构的两个平面上接收到无线电信号的电磁场，该对称结构的表面相当重要，以最小化SIM卡周围的邻近金属物质的影响。

[0035] 天线的几何形状使得其保留SIM卡电子组件所需的表面，尤其是卡上的晶体和电子集成电路10。

[0036] 接地平面(ground plane)在流动电流感应出与主磁场方向相反的电场的位置处反转(inverse)，从而再次加强远场中的主电场向量。在电流以与主方向相反的方向流动的位置处，通过切断主平面实现接地平面的反转。通过简单接线和压焊集成电路可以实现所述反转。

[0037] 由这种结构产生的重要的感应率通过两个直接位于电路的反馈点处的衬底上的串联低值电容器13来补偿。不使用任何分离的组件实现网络自适应，这优化了生产成本。

[0038] 因此，天线优选为偶极天线；偶极的一个第一部件120使用第一电磁路径，同时偶极的另一部件121使用几乎与第一电磁路径对称的第二电磁路径，并具有匹配阻抗。

[0039] 如果将特殊电介质用于天线，那么应该使用陶瓷电介质材料，和/或使用应用了物理气相沉积(PVD)的电介质材料。

[0040] 减少了SIM卡的触点10对整个电磁场辐射结构的的影响，因为触点被集成在天线结构的整个接地平面内。以这种方式，它们不会像移动电话的邻近金属元件那样干涉无线电模型。

[0041] 在图2所描述的本发明的另一个实施例中，发射和接收了最大部分辐射的天线12的有源部件集中在SIM卡末端A，与带有触点的末端相对。SIM卡的另一末端B在一侧具有触点。末端A处的偶极和末端B处的触点之间的间隔能够降低连接器影响，尤其是降低了金属条夹具的影响，所述金属条夹具经常被用来将SIM卡的触点10固定在其狭槽中。

[0042] 在这个特定的实施例中，偶极由狭槽(非金属区，其形成图上的白色“2”)构成，电流绕着这个狭槽流动。围绕狭槽120,121的金属区包括末端B处的较大的接地平面，所述接地平面覆盖金属条夹具和触点。在构思天线的过程中，将接地平面的影响考虑在内，并且降低触点的影响和金属条夹具的影响。

[0043] 在围绕偶极120，121的两个位置处反转接地平面，这增加了天线电流，而不是减少。围绕这两个狭槽流动的电流是从两个感应器14的中心和末端汇入的，尤其是通过焊线(bonding wire)140汇入。这两个感应器14用于网络自适应，并用于补偿天线的电长度，所述天线的电长度小于匹配共振的最佳长度。优选地，在电路11与天线的连接点处增加感应器。

[0044] 在这个例子中，感应器14在与天线相同的平面和相同的层内由金属区构成。这种方案在生产中不需要任何调谐，并且具有以下优点：其降低了对因生产过程而产生的尺寸或形状偏差的敏感性；因此，与使用分离的组件相比，共振阻抗更少地取决于加工偏差。然而，也能够将分离的感应器与其他实施例一起使用，从而匹配阻抗。

[0045] 在图3和图4描述的另一个实施例中，偶极产生于SIM模块外围。本实施例未展现共振天线的特征，因此其仅满足典型为5至10cm的短程通信要求，例如，访问控制和/或小额支付应用。

[0046] 受限于SIM模块尺寸的天线尺寸允许使用SIM卡工业中现有的常规生产工具，因此能够以理想价格立即投入生产。

标题	发布/更新时间	阅读量
集成电路卡-专利编号CN1916944A	2020-05-11	673
集成电路卡-专利编号CN1295648C	2020-05-11	833
集成电路卡-专利编号CN1137137A	2020-05-12	677
集成电路卡-专利编号CN101965582B	2020-05-12	769
集成电路卡-专利编号CN1877609B	2020-05-13	924
集成电路卡-专利编号CN1996351A	2020-05-13	496
集成电路卡-专利编号CN1996351B	2020-05-11	478
集成电路卡-专利编号CN100478987C	2020-05-11	402
集成电路卡-专利编号CN100380683C	2020-05-13	444
集成电路卡-专利编号CN1088875C	2020-05-12	1061

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