CN102714054A

CN102714054A - 信息存储和处理装置

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Publication number: CN102714054A
Application number: CN2009801632538A
Authority: CN
Inventors: V·V·列昂季耶夫; S·V·列昂季耶夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2009-11-02
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2029-11-02
Also published as: CN102714054B; WO2011053182A1; US9087848B2; US20120268886A1

Abstract

本发明属于无线电电子技术、计算技术、计算机技术和电信领域，并且涉及信息存储和处理装置(ISPD)。所述信息存储和处理装置包括保护外壳，并且包括：n-e个用于数据交换的工作平面；通信板的切换层的导电构件，所述通信板与所述保护外壳、磁性导体、基底、逻辑板的切换板的切换层电气隔离；磁性导体，其由具有磁性属性的导电材料薄层制成；其中所述磁性导体布置为与所述通信板的表面切换层共面、平行且邻近，并且电气隔离，同时微电子单元和其上的无线电电子元件布置在基底侧；电连接构件将每个逻辑板的电子电路、对应的通信板的电路、以及磁性导体连接到所述信息存储和处理单元的主电路中。

Description

信息存储和处理装置

技术领域

本发明涉及无线电电子学，计算，信息学和电信学，并且可以用作便携式集成固态装置，其被提供有来自其他电能装置的电能和信息信号的非接触输入。所述装置设计应用于储存和处理短期的、长期的、私人的、公司的和其他的信息数据。

背景技术

FR 2624284(公开于1989年9月16日，G06K 19/077)“Cartecomportant un composant electronique”(包括电子部件的卡)公开了一种模块，包括电子部件和基底，该基底具有填充有粘性防震介质单元。电子部件被放置到单元中，和公共板连接。该模块进一步包括回路，用来提供和电子部件的电连接。所述装置有一定程度的抗振性，但它不具有抵抗不良环境影响的保护。

SU 1451880(公开于1989年1月15日，H05K 5/06)“Sealed Casing”(密封外壳)，RU 2046397(公开于1995年6月20日，G06K 19/12)“Devicefor Storing and Processing Information”(信息存储和处理装置)，和RU 2190251(公开于2002年9月27日，G06K 19/18，H05K 7/02)“Devicefor Storing and Processing Information”(信息存储和处理装置)公开了一种逻辑板，具体而言为一种多芯片模块，以及微电子单元，和基底，如果需要，在基底里有加固肋和孔(凹槽)，其填充材料具体为导热减震绝缘材料、连接元件、密封外壳和通信板，以与耦合线圈进行通信。

其他的已知装置，其中对腐蚀和爆炸的保护可以用在其他已知装置上，带来改良模块的抗震性、电路密度和可用性。

然而，所述已知的装置有一定的局限性。例如，SU 1451880提供了特定构造元件和各种材料的复杂组合(特别是绝缘和金属合金)，用来密封外壳，从而显著地降低了在不利环境(例如水和溶于水的物质)的影响下，对所述密封装置里的无线电组件的保护和转换性，以及针对电磁辐射的保护(因为外壳结构是不均匀的)，从而导致了可靠性和持久性降低。RU 2190251提供了复杂的多级密封系统，用于非接触式数据交换，其中系统不适用于便携装置(因为其质量尺寸巨大)，但是其适用于复杂系统的便携、固定和机载设备。RU 2046397提供了一种非接触式数据交换装置，包括底部有孔的外壳，其中基于氧化铝陶瓷的无线电透明材料的插入物放置在孔里，从而在机械、气候、电磁条件的影响下，由于结构里使用的材料的不均匀性，特别是由于插入物材料的低导电性，氧化铝陶瓷对振动和冲击负载的低机械稳定性，并进一步由于线性膨胀系数变化引起的由各种材料组成的结构对热冲击的低稳定性，降低了装置的可靠性。

最接近的已知技术是RU 2133502(公布于1999年7月20日，G06K19/18，H05K 7/02)“Device for Storing and Processing Information”(信息存储和处理装置)。RU 2133502提供了一种模块形式的装置，包括：第一印刷板，承载有连接到微电子电路的电子单元；信息(接收/发送)线圈和电源线圈；第二多层板；第一膜；金属基底；接收所述基底、回路、粘性绝缘材料的外密封外壳；第三多层板，使用了内部承载金属外壳和第二膜，其中信息(接收/发送)线圈和第一膜设置在第二多层板上，而电源线圈和第二膜设置在第三多层板上，其中第二和第三板设置在基底的相对侧上，而信息线圈和电源线圈通过所述回路与所述电子单元电连接，其中第一板设置在内承载外壳内，内承载外壳安装在第三和第二多层板之间的基底上，其中内承载外壳的壁、第一板和电子单元之间的空间填充有粘性绝缘材料，外密封外壳被设置作为全金属外壳，其具有用来穿过所述回路的孔。

该装置的缺点是适用性有限，主体和客体的短时认证和识别速度不足，在机械负载和电磁辐射的条件下的运行可靠性不足，从热负载的电子单元的传热效率低，性能速度不足，速度性能不足，装置体积的使用效率低，制造某些构造元件和装置组件的可加工指标低，维护能力低，金属和能源的消耗高，这是由以下原因引起的：

1.印制板设置在金属基底上，所述金属基底具有印制板线圈，所述线圈定向为从所述外部外壳壁朝内，在SPI(信息存储和处理)装置的线圈和用于信息写和/或读的外部装置的线圈之间造成更大的间隙(clearance)，从而降低了对电磁辐射的抵抗力，性能指标和信息交换的速度，并且增加了电能损耗。

2.SPI装置与用于读取/记录数据的外部装置的交互距离是受限的，所述距离是必要的，以使能某些用户系统的操作(例如看门狗或门系统或类似系统)。

3.内金属外壳安装在金属基底上。

4.内金属外壳的复杂结构需要大量精密制造成本。

5.内金属外壳(包括具有电子单元的印刷板)形成为盒子，从而阻碍了在台架测试、初步测试、和验收测试过程中对装置的现场调试的进行，阻碍了对无线电部件、电子单元和焊接的缺陷的矫正。

6.内金属外壳的承载表面上缺少加固肋，从而降低了对机械负载的抵抗力。

7.热负载电子单元的表面和内金属外壳的邻近表面之间的间隙太宽。

8.内承载金属外壳和金属基底之间存在工艺间隙。

发明内容

取得的技术成果体现在拓宽了SPI装置的适用性，增加了对信息的保护，改良了特性(例如对环境的影响的抵抗力)，更高的运行速度，可靠性，和多功能性能，改良了质量尺寸属性和生产加工性能指标。

技术成果的取得是通过一种信息存储和处理装置(SPI装置)，其包括非磁性导电材料制成的密封防护外壳，和信息存储和处理单元(SPI单元)，SPI单元包括基底，放在基底上的逻辑板(基底包括具有交换层的交换板)、组合在电路中的微电子单元和无线电部件，具有通信线圈和交换层的通信板(其中通信线圈安装在SPI单元工作平面的外侧)，被组合到独立的信息存储和处理单元(SPI单元)的电路中的磁芯和电耦合部件。

本装置的特征是在信息存储和处理单元(SPI单元)中，保护外壳具有n个数据交换工作平面，平面的数量和通信板的位置相对应，所述单元是独立的单元并且包括至少一个逻辑板(特别是多芯片模块)和一个通信板，每一个通信板都具有通信线圈，所述通信线圈为平面变压器的次级线圈，所述平面变压器形成于SPI装置被安装到一个读/写装置时，其中至少有一个通信线圈是电源通道通信线圈，而其他线圈是信息通道通信线圈；

其中通信板的导电元件电气隔离于磁芯、防护外壳和基底，其中每个通信板的通信线圈的输入/输出接触构件通过电耦合部件与逻辑板的电路部件相连接；

一个由薄层导磁材料制成的磁芯，该磁芯分别设置在基底和通信板之间和/或在逻辑板和通信板之间，其中所述磁芯平行于一个表面并且邻近通信板的表面交换层，并且电气隔离于所述交换层、基底材料和逻辑板的交换层，其中逻辑板交换板的交换层电气隔离于基底材料、磁芯，外壳材料，微电子单元和无线电部件安装在基底侧的逻辑板上，并且所述电耦合部件将逻辑板的电路、通信板的电路和磁芯组合到SPI单元的通用电路中。

此外，SPI装置可以实现为组合了至少一个微芯片模块(逻辑板)和相应数量的通信板、磁芯、电耦合部件和基底。保护外壳可以在工作平面里设置至少一个凹陷，其中绝缘材料制成的插入物安装在至少一个凹陷的平面里，防护外壳的前侧设置了图形信息和/或光学载体，和/或磁性载体，和/或其他与插入物的绝缘平面和/或外壳材料兼容的信息介质，所述数据介质或其他数据介质直接设置在外壳凹陷里。此外，图形信息可直接应用于保护外壳材料上。此外，插入物可设置具有有源和无源无线电部件以及天线的至少一个微芯片。插入物可以在SPI装置安装在防护外壳里之后插入凹陷中。SPI装置的密封是通过在外壳的边缘配合部分创建导电的真空密封缝实现。外壳包括由均质材料制成的至少一个元件。

通信板线圈可以是电感线圈的形式。逻辑板和微电子单元(MEU)包括半导体装置(SCD)、无源无线电部件(REC)和散热片。MEU、SCD和其他REC可以设置在逻辑板的交换板的一侧或两侧。在这种情况下，微电子单元和SCD可以选择性地设置有散热片。所述散热片可以电气隔离于基底、逻辑板的交换层、微电子单元、SCD和无线电部件，并且通过在基底和散热片之间的空间填充导热绝缘材料，具有和基底的热链路。逻辑板设置在基底上，从而微电子单元和无线电部件面对着基底的加固肋之间的空间。逻辑板部件和基底之间的空间填充有热传导抑制绝缘材料。散热片可以用热链路实现。此外，磁芯安装为邻近逻辑板和/或基底，并且分成至少两个磁芯，所述至少两个磁芯安装为邻近和平行于通信板交换层和相应的通信线圈。磁芯可以包括至少一层导磁材料。电源通道通信线圈相应的磁芯电气隔离于信息通道通信线圈相应的磁芯。此外，SPI单元可以设置有电连接于磁芯的公共总线，如果需要，还可以包括至少一个逻辑板，每个逻辑板包括具有微电子单元的交换板、SCD、其他无线电部件和散热片。基底在基底承载表面的一侧或两侧设置有加固肋。所述基底还设置有至少一个凹槽和/或沿端表面周边的钻孔，以机械地锁定密封外壳。基底里的凹槽闭合在端表面的周边上。基底设置有凹陷和钻孔以便放置包括认证芯片(例如，Dallas半导体公司的iButton系列电子钥匙中使用的芯片)的微外壳(microcasing)，所述微外壳与外壳制造自相同种类的材料，并且所述微外壳通过真空密封缝连接到外壳。微外壳可以直接结合到保护外壳元件中。包括单线端口、逻辑控制单元和存储装置的至少一个认证芯片可以安装到合适的位于基底端表面的基底凹陷里。一系列的认证芯片(每一个包括实时时钟、传感器装置(传感器)、密码微处理器、数字钱包等)可安装到位于基底端表面的基底凹陷里。基底可以是复合基底的形式，其中基底的多个部分用机械紧固件或导电胶(例如导电粘合剂(胶))相连，还可以通过超声波点焊接或其他提供维修能力的方法相连，逻辑板放置在基底的所述多个部分上，超声波焊接或其他方法提供了可靠的导电机械连接。基底的所述部分的数量可以小于或等于逻辑板的数量。复合基底包括凹陷，其中通信板和相应的磁芯安装在凹陷端面上。电耦合部件通过SPI单元的公共总线连接磁芯。电耦合部件可以穿过基底的孔或凹槽。电耦合部件可以实现为回路、插线或其他连接器件。通信板和磁芯可以定位为垂直于逻辑板，和与逻辑板的夹角α≠90°，并且可以固定在单个和复合基底的端面上。此外，集成到SPI单元的集成单元的磁芯可定位在同一水平(一层)。

附图说明

技术方案如图所示：

图1显示了SPI装置包括具有四个通信板和三个读/写装置的SPI单元，其中SPI装置包括n个集成单元(AU)，其中n≥1，并且AU封装的高度h1≥5毫米，并且在复合SPI装置的侧面设置有凹陷，所述凹陷用于安装额外的AU，所述这些AU包括通信板和磁芯。通信线圈被放置为邻近保护外壳。

图2显示了在SPI单元基底上安装逻辑板、磁芯和通信板的可能的方法，其中没有显示绝缘材料。

图2a显示了SPI单元，其是由两个集成单元(AU)集成的组件。集成单元之一包括逻辑板、通信板和设置在它们之间的磁芯(磁芯批)，另一集成单元包括通信板和磁芯(磁芯批)。所述集成单元安装在基底的两侧，通信线圈放在外壳(未显示)附近。

图2b显示了SPI单元，由两个集成单元(AU)集成。每一个集成单元包括逻辑板、通信板、设置在逻辑板和通信板之间的磁芯(磁芯批)，通信线圈放置在外壳(未显示)附近。

图2c显示了SPI单元，由两个集成单元(AU)集成。集成单元之一包括逻辑板(特别是多芯片模块)，其他集成单元包括通信板和磁芯(磁芯批)。集成单元安装为，使得微电子单元和无线电部件面向基底的加固肋之间的空间。设置在第二集成单元上的通信板的线圈放在外壳(未显示)附近。

图2d显示了SPI单元，由三个集成单元(AU)集成，安装在复合基底的两个部分上。一个集成单元包括通信板、逻辑板和在通信板和逻辑板之间的磁芯(磁芯批)。其他集成单元是第二逻辑板或多芯片模块，其中集成部件可以放置在两侧。全部上述集成单元均可以安装在基底的表面的两侧的一部分上，使板集成部件面向加固肋之间的空间。集成单元的通信线圈放在SPI单元保护外壳附近。第三集成单元包括磁芯(磁芯批)和放置在保护外壳(未显示)附近的通信板，他们放在基底的没有加固肋的第二部分的表面上。

图2e显示了SPI单元，由五个集成单元(AU)集成，安装在复合基底的四个部分上。一个集成单元包括通信板、逻辑板和在通信板和逻辑板之间的磁芯(磁芯批)。第二、第三和第四集成单元是逻辑板或多芯片模块，集成部件可以放于所述逻辑板或多芯片模块的两侧。两个集成单元安装在基底的表面的两侧的一部分上，从而板集成部件面向加固肋之间的空间。第一集成单元的通信线圈放在SPI单元保护外壳附近。第三和第四集成单元分别安装在基底的第二和第三部分上，从而集成单元的集成部件面向基底加固肋之间的空间。第五集成单元包括磁芯(磁芯批)和通信板。第五集成单元放置在保护外壳(未显示)附加，在的基底的第四构建部分的表面上，其上没有设置加固肋。

图3显示了当通信线圈通过信息通道操作时，设计用于平面变压器的主线圈负载的信号发送器。

图4显示了当通信线圈通过信息通道操作时，信息信号的接收器。

图5显示了基底端的凹槽，外壳的机械紧固的例子，焊接或真空密封焊接以密封外壳的外围。

图6说明了在凹槽里面插入物和微芯片的图示。

图7是施工图，说明了在SPI装置里的认证芯片的位置。

具体实施方式

SPI装置实施如下：

SPI装置包括信息存储和处理单元2(SPI单元)的保护外壳1，所述单元包括基底3、设置有交换板5(具有交换层)的逻辑板4，所述交换层包括表面层《A》(不设置部件)和安装层《A1，A2》(设置部件)，其中组合成电路的微电子单元6、半导体装置和其他无线电部件7安装在《A1》层。此外，SPI单元包括通信板8，该通信板设置有交换层，所述交换层包括通信线圈9、10的绕组，其中所述通信板包括两个交换表面层《B和B1》，通信线圈9、10的外绕组设置在表面交换层《B1》上。通信板8的通信线圈9、10是平面变压器的次级线圈，当SPI装置安装在读和/或写装置中时，平面变压器形成。至少一个通信线圈是电源通道通信线圈9，而其他线圈是信息通道通信线圈10。通信板8设置在SPI单元2里，从而他们的具有通信线圈9、10外绕组的表面交换层《B1》在SPI单元2工作平面《C》的外侧。通信线圈9、10，逻辑板4和磁芯13a、13b与电耦合部件12组合到SPI单元2的电路中。保护外壳1有n个数据交换工作平面《C》，其数量和通信板8的位置相对应。所有导电元件是通信板8表面交换层《B》的导体14(未显示)，通信板8交换层《B》电气隔离于基底3，通信板8表面交换层《B》电气隔离于磁芯13a和13b，而且表面交换层《B1》电气隔离于保护外壳1。每个通信板8的通信线圈9、10的导电元件(线圈绕组-14，未显示)和逻辑板2的电路元件以及磁芯13a、13b通过电耦合部件12相连。

SPI单元2设置在保护外壳1里，其中SPI单元包括至少一个逻辑板4，其为用于存储和处理信息的多芯片模块，所述多芯片模块包括具有至少一个交换层的交换板，其中表面集成元件(MU、SCD、REC)放置在至少一个交换层的表面《A1》上，并且根据逻辑板4的原理电路通过导电元件(例如导体15(未显示))相连，原理电路是公共SPI单元电路图的一部分；

-至少一个通信板8，包括：接收/发送线圈9、10，特别是电源通道通信线圈9和信息通道通信线圈10，通过将外部读/写装置11的“主”接收/发送线圈9、10同轴定位在“次级”SPI单元线圈上而形成的平面变压器；和

-磁芯13a、13b，由磁性材料生产，磁芯提供了平面变压器空气间隙所需的参数《h》(μ＞＞μeq.＞μ0)；

-电耦合部件12，例如：柔性回路(电缆、插线、连接器)，其将通信板8的电源通道线圈9和信息通道线圈10与磁芯13a、13b和逻辑板4电连接；并且基底3包括加固肋16，其中基底3的表面、表面集成元件6、7和逻辑板4的《A1》层之间的空间填充有热导绝缘材料17。

密封保护外壳1电气隔离于通信板8表面B1的交换元件和逻辑板表面《A》的交换元件，并且SPI单元2的基底3电气隔离于包括逻辑板4表面集成元件6、7的表面A1的交换元件以及磁芯13a、13b。对应于电源通道通信线圈9的磁芯13b电气隔离于与信息通信通道线圈10相对应的磁芯13a，并且在基底3上制造孔或凹槽，用于将回路(电线插头)12从通信板8传递到多芯片模块4板。保护密封外壳1可以包括至少一个凹陷18(见图6)，用于接收绝缘材料生产的至少一个插入物(标签)19，其中绝缘材料可以承载至少下列信息数据：

-图形信息(文字、照片、图形、条形码、全息图像、全息标签、隐写(由隐写术(一种加密技术)形成)、立体图或其他)。

-单一磁性数据介质，如磁性材料的磁带，铁磁非晶合金的标志，磁性标记或磁性标签；

-单一光学数据介质，特别是至少一个光学层；

-数据介质，其形式为薄层材料制成的具有字母数字数据的多层结构；

-其他类型的数据介质，可安装在插入物19表面和/或外壳正面材料上；

-单一集成电路20芯片(例如《Memory-Spot》(记忆块)型(RFID和其他)微芯片)，包括固态电子存储单元、微处理器、调制解调器和其他单元、以及至少一个天线，以通过高频无线电通道与读取装置进行数据交换。

基底3可以包括凹陷22(见图7)，其中凹陷表面由电气隔离材料23保护，具有非磁性金属属性且厚度0＜t＜1毫米的材料制成的微外壳24放置在凹陷22里。微外壳24和保护外壳1的材料是真空密封导电相连，而且微外壳24的内表面电气隔离于绝缘材料25，绝缘材料25具有孔26，该孔在微外壳24的接触面27部分里，其中认证芯片28放置在微外壳24里，认证芯片通过总线“地/公共/外壳”，或通过“数据线”与微外壳24的接触面27电连接29，芯片28由具有非磁性金属属性的材料制成的封盖30闭合，所述封盖设置有接触构件(接触面)31，以便在微外壳中通过“数据线”或总线“地/公共/外壳”与芯片32进行电连接32，微外壳中的剩余空间填充有绝缘导热阻尼材料17，封盖30和微外壳24隔离。复合基底由紧固件33连接到一起。

技术的结果的实现是通过：信息存储和处理单元(SPI单元)2安装在由具有非磁性金属属性且厚度0＜t＜1毫米的材料制成的保护外壳1里，其中当SPI单元安装在保护外壳里时，外壳通过相结合的外壳部件的导电真空紧接缝被密封，其中SPI单元2至少包括：

-一个逻辑板(特别是多芯片模块4)，包括交换板5(印制电路板、光学板、固态板等)和无框架的(设置有微外壳)有源的(微电子单元：发送器/接收器、存储器、微处理器、其他IC、半导体装置)和无源无线电(R、C、L和其他)元件(分别为6和7)，所述元件根据原理电路通过交换板5的交换层中的导体布局相连；

-一个通信板8，包括由电路印刷方法(结合方法或其他方法)制成的接收/发送线圈9、10，和磁性材料(材料属性对应于选定的电路设计和信号的接收/发送频率)制成的磁芯13a、13b，其提供了增强的耦合系数，因为增加了在平面变压器的空气间隙《h》中的磁导率(μ＞＞μeq.＞μ0)，所述平面变压器可以通过将外部读/写装置11的“主”接收/发送线圈9、10同轴定位到“次级”SPI单元线圈上而形成。此外，有需要时，通过基底3里的孔和他们的线圈9从基底3朝向外，，通信板8通过回路(电缆，插线，和连接器12)电连接至磁芯13a、13b和模块的交换板5；

-一个基底3，由具有导热金属合金属性的材料制成，所述基底还设置有加固肋，其中基底3、交换板5、逻辑板4和该逻辑板的无线电部件6、7之间的空间，可以填充具有高导热和阻尼属性的绝缘材料17，并且每一个磁芯13a、13b，逻辑板4的交换元件和无线电部件，以及通信板通过绝缘材料(涂料)电气隔离于基底3的导电材料和保护外壳1。

保护外壳1可以包括在至少一个表面上的h≥0，15毫米的凹陷18，该凹陷接收绝缘材料制成的插入物19。

该装置如下操作：

当SPI装置安装在读/写装置11里时，具有被保护外壳围住的电源通道线圈9和信息通道线圈10的通信板8的SPI单元线圈，同轴交叠于读/写装置11的通信板上的对应线圈9、10，其中装置11以此方式形成了平面变压器。

于是，设置在与SPI单元2通信板8线圈和外部装置平行的平面里的磁芯13a、13b，防止了磁场超出他们的边界传播并且提高了磁导率值，因此，当电力提供给外部装置11的初级线圈9、10时，使得SPI单元2的次级线圈9、10可以更彻底的使用能量，而且提供与通信线圈9、10相关的正常定向的互感向量的计算参数，显著增加了与SPI单元2的次级线圈9、10的耦合系数，并允许创建一个电源，该电源需要通过SPI装置的密封的导电外壳1进行可靠的电磁连接，结果，当SPI单元2的负载电阻减少时，为电力和信息信号的稳定接收/发送提供了基础。

非接触电能传输通道(F≥10kHz--2,5MHz)如下操作：

平面变压器的电源通道初级线圈9从外部读/写装置11装载，该外部装置包括通信板8，其线圈9和外部装置11的直流/交流转换器电连接，所述转换器将直流电(U1dc)转化为频率F≥10kHz的幅值归一化的交流电(U1ac)，其中平面变压器次级线圈9的电压(U2ac)通过通信板8的电源通道进行测量，其中根据逻辑板4的电路的负载电源电压(U2dc)，对电压(U2ac)进行整流和归一化。通过电源通道的用于能源传输的其他方法也是可以的，例如一种，其中使用电压脉冲转换器，并通过对供给到外部装置11通信板8的初级线圈9的脉冲电压进行脉冲宽度调制，使得输出电压归一化。

非接触式的信息传输通道(F≥10kHz--2,5MHz)如下操作：

信息信号传输通道包括在逻辑板4内的信号发送器(LF1，图3)，该信号发送器被设计成平面变压器初级线圈10(外部装置11的通信板8)和用于接收信息信号的接收器(LF2，图4)的负载。变压器(SPI单元2的通信板8)接收线圈10的输出端和接收器LF2的输入相连接，同样的，平面变压器(SPI单元2的通信板8)发送线圈10的输出端和发送器LF1的输出相连接。

当在发送器LF1的输入处形成逻辑脉冲时，电源电压(E)应用于变压器(通信板8)线圈10，其中流入线圈的电流转化到线圈10(通信板8)的次级绕组。当逻辑脉冲结束时，能量返回到电源来源。此外，在线圈10(通信板8)上形成电源电压(E1≠E)。在外部装置(例如在读/写装置11)里设置类似的信息信号的传输通道。

电源通道和信息信号通道的数量分别取决于相应的电源通道线圈9和信息通道线圈10的数量，其中当外部读/写装置11提供电力能量和信息信号时，当SPI装置工作平面《C》放在离外部读/写装置11的相应平面《C》有一定距离的地方，距离为制造空隙(t≥0)时，所述通道接收和/或发送信息，并且用原始逻辑LSI控制器发送信息信号，LSI控制器和/或LSI微处理器6结合到逻辑板4电路，并且提供写(收集和读取)信息到电子存储单元6，并且在需要时，根据单元2中的程序提供重新编程。

在高频率范围(F≥1GHz)内的非接触式远程通道操作如下：

通过来自读取装置11的无线电通信，数据远程写入微芯片20的(记忆点型的)芯片并从中读取，所述微芯片不包括电源元件并且设置在SPI装置的插入物19里，所述读取装置11包括以距离t1(t2)读取芯片20的信号的读取器，其中所述距离可以≥1米，而交换速度可以≥10M比特/秒，无线电信号的频率F≥2,45GHz，用于无线电通信和微芯片数据处理的能量从读取装置11通过电磁感应提供，其中芯片20和读取器11之间的数据交换通过有一定的加密标准(例如SHA-1型算法)的数据通信协议进行。当SPI装置安装在外部读/写装置时，外部装置包括用于从芯片20读取信息的装置(读取器)，在芯片20和SPI单元2之间的数据交换根据具体程序进行。

SPI装置流电式接触读取装置的双向模式如下操作：

认证芯片28的读/写信息设置在SPI单元2的基底3材料的凹陷里，包括对唯一代码的请求、对该请求的响应、更新代码和芯片28的其他信息，上述过程在如下时刻进行：在双向信息交流模式下当SPI装置安装到集成的读/写装置11时；当通过总线29“地/共同/外壳”与微外壳24和认证芯片28电路相连接的SPI装置外壳1与集成的读取装置11电连接时，所述读取装置与用于读取芯片28的数据的集成读取器的总线“地/公共/外壳”电相连；当与SPI装置外壳1隔离并且通过“信息线”32和认证芯片28电连接的封盖30，通过“数据线”与集成到用于读/写的装置的数据读取器电连接时。认证芯片28的固态电路包括单线端口、控制逻辑和存储装置，其中存储装置可以是只读存储器、可写存储器或非易失性存储器，芯片电路可以进一步包括加密微处理器、时钟、和传感器。当设置有认证芯片28(所述认证芯片具有可编程的非易失性存储装置)的SPI装置安装到外部读/写装置11中时，所述外部装置设置有用于读取芯片28数据的读取器，数据在芯片28和SPI单元2之间进行交换。可选择地，认证芯片28可通过总线29“地/公共/外壳”和微外壳封盖30连接，并通过“数据线”和SPI装置保护外壳1连接。

因此，所述装置提高的性能特点如下：

-扩展的无线电通信频率范围，从F≥10kHz到2和更多；

-扩展的SPI装置与读取器的无线电通信的距离范围；

-扩展的SPI装置的适用性；

-响应于环境因素临界值及其他们的组合，提高的SPI装置的通用可靠性和抵抗力；

-提高的针对环境因素和未授权访的数据保护水平；

-降低的金属消耗，装置的尺寸和质量；

-增加的可加工指数。

通过使用非接触式技术，从外部装置接收和/或发送电源和数据信号，所述外部装置从电封闭数据介质中进行读/写，技术的结果得到完成。

-依靠存储和处理数据的便携式密封装置，

通过在SPI装置外壳和/或插入物的表面上引入额外的图形信息，

并且通过安装额外的SPI装置的外部数据介质，外部数据介质可以实现为安装在插入物内的微芯片，并通过认证芯片与安装在基底材料中的微外壳电气隔离，连同集成的外部读/写装置，增加识别和认证用户和装置的可靠性水平，并提供了SPI装置在数据技术和电信领域的广泛应用，特别是以下系统的研发中：

-控制系统、安全系统、登记系统、门禁系统、专用、工业和私人设施(保险柜、交通工具，如汽车、飞机等)的数据保护系统；

-用于保护电子备份文档和版权著作(包括音频和视频作品和软件)的系统；

-用于获取、处理和控制由环境因素的临界值(湿度过高、轻度腐蚀性液体、过度的火灾和爆炸的风险、电磁辐射过量、过多的悬浮物浓度等)表征的设施中的数据的系统；

-用于识别主体和客体的识别系统，用于认定(pass portization)房产、汽车和公民的认定系统。

-医疗服务和个人健康监测系统；

-银行信息技术；

-用于建立基于水下或空间密封对象之间的通信的应急通信系统；

-文件模式的快递通信系统；

-社会和支付系统、搜索系统。

数据存储和处理的移动装置(SPI装置)可以用作：

-以下装置的受保护可移动非易失性写入存储器：

-用于固定电脑和便携式电脑系统；

-用于便携式计算装置(笔记本电脑和其他装置)；

-用于移动装置(PPC、智能手机、PDA、导航装置、数字音频和/或视频装置)；

-作为收银机、用于确定车辆重量的电子系统、家用电子称、赌博机、用来控制和检查的海关和边境控制系统、密码锁的财务存储器；

-作为数据介质保护，防止未经授权的存储和复制受版权保护的作品，如文学作品，音频和视频作品和软件；

-作为用于将图书馆馆藏资料转换成电子格式的数据介质；

-作为私人使用、社会、付款的借记卡，以及信用卡，其包括可以快速远程访问操作数据和，防止未经授权的访问的增加了安全级别的数据；

-作为用于工业装置和机器人装置的控制装置。

因此，该装置允许：

1.扩展SPI装置的应用，这是通过有效地利用SPI装置的工作平面，并且放置其表面上有额外的数据和额外的数据介质的至少一个标签：

-图形信息(文字、照片、图形、条形码、全息图像、全息标签、密码图、立体图或其他)；

-磁性数据介质，如磁性材料制成的磁带、由铁磁非晶合金制成的标记、磁性标记或签条；

-至少有一个光学层的光学数据介质；

-具有多层结构的数据介质，多层结构具有图形和字符数据，多层结构由薄层材料制成；

-可以放在插入物表面和/或外壳前侧的材料上的其他数据介质类型；

-允许通过高频无线电频道与读取装置进行数据交换的集成电路芯片。

2.当SPI装置安装到集成的外部装置时，通过提供了与SPI单元的的数据交换的特殊认证芯片，提高了针对SPI装置的用户身份识别和认证的质量以及数据保护水平。

3.通过在SPI单元端面上放置额外的通信线圈，扩展SPI装置和用于读/写的外部装置之间的无线电通信的频率范围(从10kHz到几GHz)。

4.扩展数据读出的距离范围。

5.将SPI装置中存储的数据分成短期的远程访问数据和需要一定保护级别的数据，防止未经授权的访问。

6.通过将SPI装置用作集成的和可移除存储器装置，增加固定式和便携式计算机系统和数字装置，和企业计算机网络的可靠性和安全性水平。

7.增加了针对使用了SPI装置的系统的病毒的抵抗性。

8.提高了装置的性能特点，如运行速度、耐机械负载和湿度、抗电磁辐射、在外部装置的潮湿和肮脏的相邻平面的情况下提供的可操作性、提高质量-尺寸属性。

9.通过增加对环境贡献因素(电磁辐射、机械负载、湿度，等)的耐力，提高了SPI装置运行的可靠性特性：在时间t内的无故障运行的概率P，故障之间的平均时间间隔(MTBF)，读取错误的概率。

10.提供SPI装置的多系统应用。

11.改进的SPI装置的完整性。

12.提高单一的构造元件和SPI装置作为整体的可加工性能指标。

13.减少装置的金属消耗。

最能预见的，SPI装置应用是移动的，免受环境贡献因素影响和未经授权访问的固态数据介质，集成在各种自动化控制系统、数据保护系统、门禁系统、目标认证系统及其它自动化系统中，并实现为数字化和计算机设备的固定、便携和移动装置的可改变的存储器装置，或用于自动化的工业和机器人设备的控制软件介质。

Claims

1.一种信息存储和处理装置，所述装置包括：

密封的保护外壳，其由导电非磁性材料制成；和

信息存储和处理单元，所述单元包括：基底；具有组合至电路中的微电子单元和无线电部件的逻辑板；具有通信线圈的通信板，通信线圈安装在所述信息存储和处理单元里，在工作平面的外侧；磁芯和电耦合部件，所述磁芯和电耦合部件被组合至单独的所述信息存储和处理单元的电路中，

其特征在于，

所述保护外壳具有n个数据交换工作平面，其数量对应于所述通信板的位置；

所述信息存储和处理单元包括至少一个逻辑板和至少一个通信板，每一个通信板具有为平面变压器的次级线圈的通信线圈，当所述信息存储和处理装置安装到读/写装置中时形成了所述平面变压器，其中通信线圈中的至少一个是电源通道通信线圈，而其他通信线圈是信息通道通信线圈；

每一个通信板的通信线圈的输入/输出接触构件通过电耦合部件连接到所述逻辑板的电路部件；

一个磁芯由薄层导磁材料制成，其中逻辑板的交换层电气隔离于基底的材料和磁芯，微电子单元和无线电部件安装在逻辑板上基底侧，其中基底由高导热金属合金制成，其中电耦合部件将逻辑板的电路、通信板的电路和磁芯组合到所述信息存储和处理单元的通用电路中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信息存储和处理单元的逻辑板为多芯片模块。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，保护外壳进一步具有在工作平面里自由形成的至少一个凹陷，其中由绝缘材料制成的插入物安装在至少一个凹陷的平面里。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，保护外壳进一步具有图形信息。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，插入物前侧具有图形信息、和/或光学载体、和/或磁载体、和/或其他与插入物的绝缘平面和/或外壳的材料兼容的信息载体。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，插入物体内包括具有有源和无源无线电部件以及天线的至少一个微芯片。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述信息存储和处理单元安装在防护外壳里之后并且装置被密封后，插入物插入凹陷中。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，保护外壳包括至少一个元件。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通信线圈为感应线圈。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，逻辑板包括散热片。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，磁芯安装为邻近逻辑板和/或基底。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，磁芯分成至少两个磁芯，所述至少两个磁芯安装为邻近和平行于通信板交换层和相应的通信线圈。

13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电源通道通信线圈相应的磁芯电气隔离于信息通道通信线圈相应的磁芯。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，磁芯包括至少一层导磁材料。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置装备有电气连接于磁芯的公共总线。

16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少两个以多芯片模块为形式的逻辑板。

17.根据权利要求1和10所述的装置，其特征在于，微电子组件、半导体装置和其他电子无线电元件设置在交换板的一侧或两侧。

18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，微电子单元和半导体装置选择性地设置有散热片。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述散热片是散热器。

20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述散热片电气隔离于通信板的交换层、微电子单元、半导体装置和无线电部件。

21.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述散热片具有和基底的热链路。

22.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，在基底和散热片之间的空间填充有导热绝缘材料。

23.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，逻辑板设置在基底上，从而微电子单元和无线电部件面对着基底的加固肋之间的空间。

24.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，逻辑板部件和基底之间的空间填充有热传导抑制绝缘材料。

25.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基底在基底承载表面的一侧设置有加固肋。

26.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基底在基底承载表面的两侧都设置有加固肋。

27.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基底沿端表面周边设置有至少一个凹槽。

28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述凹槽沿端表面的周边闭合。

29.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基底在端表面上设置有至少一个凹陷用于放置认证芯片。

30.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，包括单线端口、逻辑控制单元和存储装置的至少一个认证芯片能够安装到位于基底端表面的凹陷里。

31.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一系列的认证芯片中的每一个包括实时时钟、传感器装置(传感器)、密码微处理器、数字钱包，所述一系列的认证芯片被安装到位于基底端表面的凹陷里。

32.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基底是复合基底。

33.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，基底的多个部分用机械紧固件相连。

34.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，基底的多个部分用导电胶、超声波点焊接或其他提供维持能力的方法相连。

35.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，基底的所述部分的数量小于或等于逻辑板的数量。

36.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，基底的复合部分包括凹陷，其中通信板和相应的磁芯安装在基底的端面上。

37.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，电耦合部件将磁芯与过信息存储和处理单元的公共总线相连。

38.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电耦合部件穿过基底的孔或凹槽。

39.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电耦合部件是回路、插线、电缆或连接插座。

40.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通信板和磁芯定位为垂直于逻辑板。

41.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通信板和磁芯与逻辑板的夹角α≠90°。

42.根据权利要求40，41所述的装置，其特征在于，通信板和磁芯固定在基底的端面上。

43.根据权利要求40，41所述的装置，其特征在于，通信板和磁芯放置在复合基底的端工作平面上。

44.根据权利要求32所述的装置，其特征在于，当逻辑板放置在基底的所述部分上时，基底的所述部分通过机械紧固件互相地连接。

45.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的自由设计包括至少一个以斜面、曲面或槽形式的元件，其提供所述读/写装置中的器件的工作位置。