CN103886359A - 一种具有射频识别功能的手机卡 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有射频识别功能的手机卡,该手机卡中增加了信号接收和发射处理芯片以及天线匹配电路,并且在天线中设置L型的铁氧体磁芯。所述天线匹配电路可以通过调整自身的电阻值和电容值,使发射信号和接收信号的效率达到最大化。另外L型磁芯天线可以增加读卡器天线匹配和抗金属干扰,采用L型铁氧体磁芯可以使纵横两个方向的磁力线均能穿过天线内部,这样将增加信号强度,提高通信质量。本发明提供的手机卡中的PCB天线与现有技术中的柔性PCB天线不同,现有技术中SIMPass天线方案的柔性PCB板天线需要叠入手机内,多次折叠后容易毁坏;而本发明中的PCB天线不需要折叠。本发明提供的手机卡可以很好地完成近场支付的功能。
Description
技术领域
本发明涉及手机智能卡技术领域,特别涉及一种具有射频识别功能的手机卡。
背景技术
随着近场支付功能应用的越来越广泛,其使用环境也越来越复杂。
第一,对应用的尺寸要求越来越小,如需要集成在手机SIM卡内或手机SD卡内;
第二,需要在SIM卡靠近金属的条件下正常工作。目前手机SIM卡托的结构均为金属材质;
第三,需要SIM卡置于手机电池里面,射频信号仍能穿透电池。
目前现有的SIM卡和SD卡设计无法很好满足以上工作条件和环境的要求。
现有技术中,在手机13.56M非接触支付应用中采用两个方案:一种是SIMPass天线方案,即从SIM卡外接上柔性PCB板天线;第二种是定制的NFC手机,事先在手机外壳内设计天线。
但是以上两种方案都存在其自身的缺点,其中,SIMPass天线方案的柔性PCB板天线需要叠入手机内,多次折叠后容易毁坏;而NFC定制手机的方案,则需要手机生产商和通信运营商合作才可以实施,而用户无法自由选择所需要的手机。这样为用户带来很大的局限性。
因此,如何提供一种具有良好近场支付功能的SIM卡、SD卡以及手机是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有射频识别功能的手机卡,具有良好的近场支付功能。
本发明提供一种具有射频识别功能的手机卡,包括:非接触通信芯片、信号接收和发射处理芯片、天线匹配电路、L型磁芯天线和PCB天线;
所述非接触通信芯片,用于完成手机通信功能,还用于对所述信号接收和发射处理芯片进行控制;
所述信号接收和发射处理芯片,用于将所述非接触通信芯片发送的信号放大后传送给射频RF天线,并将RF天线接收的信号传送回所述非接触通信芯片;
所述天线匹配电路与所述信号接收和发射处理芯片相连接,用于对所述信号接收和发射处理芯片接收的信号以及发射的信号进行效率匹配;
所述L型磁芯天线包括L型铁氧体磁芯和天线线圈;所述天线线圈的一端连接所述天线匹配电路,另一端连接所述PCB天线;
所述PCB天线布局在手机卡的最外圈。
优选地,所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路集成在一起。
优选地,还包括电源自动控制电路,该电源自动控制电路与所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路均集成在一起。
优选地,所述天线匹配电路包括串联和/或并联的电阻和电容。
优选地,所述手机卡为SIM卡,所述L型磁芯天线的一个边与SIM卡的一个边相平行。
本发明还提供一种具有射频识别功能的手机卡,包括:存储芯片、控制芯片、非接触通信芯片、信号接收和发射处理芯片、天线匹配电路、L型磁芯天线和PCB天线;
所述存储芯片连接所述控制芯片,所述存储芯片用于存储手机中的信息;
所述非接触通信芯片连接所述控制芯片,所述非接触通信芯片用于完成手机通信功能,还用于对所述信号接收和发射处理芯片进行控制;
所述控制芯片,用于对所述存储芯片和非接触通信芯片进行控制;
所述信号接收和发射处理芯片,用于所述将非接触通信芯片发送的信号放大后传送给射频RF天线,并将RF天线接收的信号传送回所述非接触通信芯片;
所述天线匹配电路与所述信号接收和发射处理芯片相连接,用于对所述信号接收和发射处理芯片接收的信号以及发射的信号进行效率匹配;
所述L型磁芯天线包括L型铁氧体磁芯和天线线圈;所述天线线圈的一端连接所述天线匹配电路,另一端连接所述PCB天线;
所述PCB天线布局在手机卡的最外圈。
优选地,所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路集成在一起。
优选地,还包括电源自动控制电路,该电源自动控制电路与所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路均集成在一起。
优选地,所述天线匹配电路包括串联和/或并联的电阻和电容。
优选地,所述手机卡为SD卡,所述L型磁芯天线的一个边与SD卡的一个边相平行。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供的手机卡中增加了信号接收和发射处理芯片以及天线匹配电路,并且在天线中设置L型的铁氧体磁芯。所述天线匹配电路可以通过调整自身的电阻值和电容值,使发射信号和接收信号的效率达到最大化。另外L型磁芯天线可以增加读卡器天线匹配和抗金属干扰,采用L型铁氧体磁芯可以使纵横两个方向的磁力线均能穿过天线内部,这样将增加信号强度,提高通信质量。本发明提供的手机卡中的PCB天线与现有技术中的柔性PCB天线不同,现有技术中SIMPass天线方案的柔性PCB板天线需要叠入手机内,多次折叠后容易毁坏;而本发明中的PCB天线不需要折叠。本发明提供的手机卡可以很好地完成近场支付的功能。
附图说明
图1是本发明提供的标签和读卡器的磁场耦合示意图;
图2是本发明当标签被放置在金属附近时磁力线方向改变示意图;
图3是本发明提供的在天线内部加上铁氧体磁芯后磁力线的方向示意图;
图4是本发明提供的具有射频识别功能的手机卡实施例一示意图;
图5是本发明提供的具有射频识别功能的手机卡实施例二示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明提供的技术方案,下面首先介绍与本发明有关的专业知识。
射频识别(RFID,Radio Frequency IDentification)技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频(125k~134.2K)、高频(13.56Mhz)、超高频,无源等技术。RFID读写器分为移动式和固定式。
从RFID的工作原理可知,在标签与读写器数据通信过程中起关键作用是天线。
一方面,标签的芯片启动电路开始工作,需要通过天线从读写器产生的电磁场中获得足够的能量;另一方面,天线决定了标签与读写器之间的通信信道和通信方式。
对于工作在1M到100M频段的RFID系统,系统工作在天线的近场,标签所需的能量都是通过电感耦合的方式由读写器的耦合线圈辐射近场获得,工作方式为电感耦合。感应耦合系统使用的是近场感应线圈天线,由多匝电感线圈组成,电感线圈和与其相并联的电容构成并联谐振回路以耦合最大的射频能量。
当标签的线圈天线进入读卡器天线产生的交变电磁场中,读卡器线圈与标签线圈的功能结构就类似于变压器,读卡器线圈相当于变压器的初级线圈,标签线圈相当于变压器的次级线圈。通过初级线圈的高频交流电,在磁芯和气隙中耦合产生高频磁场。高频磁场穿过标签线圈,感应产生同频率的交流电。对交流电进行整流就可以获得标签芯片工作所需的电源电压。因此线圈型RF天线设计中的首要问题就是在其他条件都不变的情况下,如何根据具体的应用要求,尽可能地增大磁耦合。因为良好的磁耦合能够增强读卡器到标签的能量传输,同时也增强了标签芯片送回读卡器天线的信号强度。为了将能量更好地通过磁场传给标签,读卡器和标签RF天线一般设计为环形天线。
参见图1,该图为标签和读卡器的磁场耦合示意图。
工作原理为:如果在电流通过的第一导体回路A1附近还有第二导体回路A2,那么穿过A1的部分磁通量Φ21也穿过A2。两个导体回路将通过这部分耦合磁通量Φ21连接在一起。耦合磁通量Φ21取决于两个导体回路在布局中的几何尺寸,彼此的位置以及磁导率。所以两个导体回路经过磁场产生的耦合是电感耦合射频识别系统的物理基础。与单个导体回路的电感系数的定义相似,两个导体回路的互感系数M21是被第二导体回路A2包围的部分磁通量Φ21与第一导体回路A1中的电流之比为公式(1),其中I1为流经第一导体回路的电流:
同样两个导体回路还有一个互感系数M12,第二电流I2流经第二导体回路A2,决定了第一导体回路A1中的耦合磁通量Φ12。
因此,两个导体回路的互感系数相同:
M=M12=M21 (2)
当读卡器天线被第一电流I1激发时,天线之间的耦合磁通量Φ21表示如下:
Φ21=N*∫sHμds≈NSHμ (3)
公式(3)中N是应答器天线线圈匝数;S是线圈面积;μ是所用磁芯磁导率;H是读卡器天线在标签天线内产生的磁场强度。
根据公式(1)、公式(2)和公式(3)可得,当读卡器天线的S大大超过微型标签的S,并且微型标签的N也受大尺寸的限制;那么就只能从增大磁芯磁导率μ入手,铁氧体具有较强的导磁能力而不具有磁的吸引力,将它装入空心线圈内,其磁导率和电感量会大大增强。空心线圈的磁导率为1,而一般磁性材料的磁导率为几十到100,插入线圈的磁芯磁导率一般取5到12即可。
当标签被放置在金属附近或紧贴金属时,读写器RF天线发射的信号产生的交变磁场的磁力线方向会发生改变,如图2所示。
这样靠近金属的标签就无法接受读写器的信号或接受到读写器的信号很弱,自然就不会正常工作了。为了使贴近金属表面的天线能正常工作,本发明提供的技术方案可以通过图3所示的技术原理,以达到改变读写器的磁场磁力线方向的目的。
在RF天线内部加上铁氧体磁芯,这样可以使读写器的磁场磁力线穿过铁氧体磁芯,减少涡流损耗,从而达到RF线圈接收到的信号大大增强。与此同时,标签发射出的返回信号也可以克服金属的屏蔽,以铁氧体磁芯为中心将信号发射出去,也大大增加了返回信号的强度。同时在线圈中间加上铁氧体磁芯也可以大大提高RF线圈的Q值(衡量电感器件的一种参数),从而提高RF线圈的效率。但是Q也不宜过高,一般适宜控制在40到50。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
需要说明的是,完成近场支付功能的手机是通过手机中的SIM卡或者SD卡,因此,本发明实施例提供的技术方案可以在手机的SIM卡中实现,也可以在手机的SD卡中实现。下面首先介绍SIM卡实现近场支付的功能。
参见图4,该图为本发明实施例提供的具有近场支付功能的手机SIM卡示意图。
本实施例提供的具有射频识别功能的手机卡,包括:非接触通信芯片10、信号接收和发射处理芯片20、天线匹配电路30、L型磁芯天线40和PCB天线50;
所述非接触通信芯片10,用于完成手机通信功能,还用于对所述信号接收和发射处理芯片20进行控制;
所述非接触通信芯片10集成了13.56M射频识别功能。
所述信号接收和发射处理芯片20,用于将所述非接触通信芯片10发送的信号放大后传送给射频RF天线(包含L型磁芯天线40和PCB天线50两部分),并将RF天线接收的信号传送回所述非接触通信芯片10;
所述天线匹配电路30与所述信号接收和发射处理芯片20相连接,用于对所述信号接收和发射处理芯片20接收的信号以及发射的信号进行效率匹配;
所述L型磁芯天线40包括L型铁氧体磁芯和天线线圈;所述天线线圈的一端连接所述天线匹配电路30,另一端连接所述PCB天线50;
所述PCB天线50布局在手机卡的最外圈。采用这种方式可以降低手机卡槽周围的金属干扰,增加信号接收和发射的效率。
需要说明的是,图4实施例提供的手机卡为手机的SIM卡。
本发明提供的手机卡中增加了信号接收和发射处理芯片20以及天线匹配电路30,并且在天线中设置L型的铁氧体磁芯。所述天线匹配电路30可以通过调整自身的电阻值和电容值使发射信号和接收信号的效率达到最大化。另外L型磁芯天线40可以增加读卡器天线匹配和抗金属干扰,采用L型铁氧体磁芯可以使纵横两个方向的磁力线均能穿过天线内部,这样将增加信号强度,提高通信质量。本发明提供的手机卡中的PCB天线与现有技术中的柔性PCB天线不同,现有技术中SIMPass天线方案的柔性PCB板天线需要叠入手机内,多次折叠后容易毁坏;而本发明中的PCB天线不需要折叠。本发明提供的手机卡可以很好地完成近场支付的功能。
所述信号接收和发射处理芯片20与所述天线匹配电路30集成在一起。
还包括电源自动控制电路(图中未示出),该电源自动控制电路与所述信号接收和发射处理芯片20与所述天线匹配电路30均集成在一起。
所述天线匹配电路30包括串联和/或并联的电阻和电容。
所述L型磁芯天线40的一个边与SIM卡的一个边相平行,如图4所示。
下面介绍另外一种具有射频识别功能的手机卡,即手机中的存储SD卡。
参见图5,该图为本发明实施例提供的具有近场支付功能的手机SD卡示意图。
本实施例提供的具有射频识别功能的手机卡,包括:存储芯片31、控制芯片01、非接触通信芯片11、信号接收和发射处理芯片21、天线匹配电路41、L型磁芯天线51和PCB天线61;
所述存储芯片31连接所述控制芯片01,所述存储芯片31用于存储手机中的信息;
所述非接触通信芯片11连接所述控制芯片01,所述非接触通信芯片11用于完成手机通信功能,还用于对所述信号接收和发射处理芯片21进行控制;
所述控制芯片01,用于对所述存储芯片31和非接触通信芯片11进行控制;
所述信号接收和发射处理芯片21,用于所述将非接触通信芯片11发送的信号放大后传送给射频RF天线,并将RF天线接收的信号传送回所述非接触通信芯片11;
所述天线匹配电路41与所述信号接收和发射处理芯片21相连接,用于对所述信号接收和发射处理芯片21接收的信号以及发射的信号进行效率匹配;
所述L型磁芯天线51包括L型铁氧体磁芯和天线线圈;所述天线线圈的一端连接所述天线匹配电路,另一端连接所述PCB天线61;
所述PCB天线61布局在手机卡的最外圈。
所述PCB天线61布局在手机卡的最外圈。采用这种方式可以降低手机卡槽周围的金属干扰,增加信号接收和发射的效率。
需要说明的是,图5实施例提供的手机卡为手机的SD卡。
本发明提供的手机卡中增加了信号接收和发射处理芯片21以及天线匹配电路41,并且在天线中设置L型的铁氧体磁芯。所述天线匹配电路41可以通过调整自身的电阻值和电容值使发射信号和接收信号的效率达到最大化。另外L型磁芯天线51可以增加读卡器天线匹配和抗金属干扰,采用L型铁氧体磁芯可以使纵横两个方向的磁力线均能穿过天线内部,这样将增加信号强度,提高通信质量。本发明提供的手机卡中的PCB天线与现有技术中的柔性PCB天线不同,现有技术中SIMPass天线方案的柔性PCB板天线需要叠入手机内,多次折叠后容易毁坏;而本发明中的PCB天线不需要折叠。本发明提供的手机卡可以很好地完成近场支付的功能。
所述信号接收和发射处理芯片21与所述天线匹配电路30集成在一起。
还包括电源自动控制电路(图中未示出),该电源自动控制电路与所述信号接收和发射处理芯片21与所述天线匹配电路30均集成在一起。
所述天线匹配电路41包括串联和/或并联的电阻和电容。
所述L型磁芯天线51的一个边与SD卡的一个边相平行,如图5所示。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,包括:非接触通信芯片、信号接收和发射处理芯片、天线匹配电路、L型磁芯天线和PCB天线;
所述非接触通信芯片,用于完成手机通信功能,还用于对所述信号接收和发射处理芯片进行控制;
所述信号接收和发射处理芯片,用于将所述非接触通信芯片发送的信号放大后传送给射频RF天线,并将RF天线接收的信号传送回所述非接触通信芯片;
所述天线匹配电路与所述信号接收和发射处理芯片相连接,用于对所述信号接收和发射处理芯片接收的信号以及发射的信号进行效率匹配;
所述L型磁芯天线包括L型铁氧体磁芯和天线线圈;所述天线线圈的一端连接所述天线匹配电路,另一端连接所述PCB天线;
所述PCB天线布局在手机卡的最外圈。
2.根据权利要求1所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路集成在一起。
3.根据权利要求2所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,还包括电源自动控制电路,该电源自动控制电路与所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路均集成在一起。
4.根据权利要求1所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,所述天线匹配电路包括串联和/或并联的电阻和电容。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,所述手机卡为SIM卡,所述L型磁芯天线的一个边与SIM卡的一个边相平行。
6.一种具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,包括:存储芯片、控制芯片、非接触通信芯片、信号接收和发射处理芯片、天线匹配电路、L型磁芯天线和PCB天线;
所述存储芯片连接所述控制芯片,所述存储芯片用于存储手机中的信息;
所述非接触通信芯片连接所述控制芯片,所述非接触通信芯片用于完成手机通信功能,还用于对所述信号接收和发射处理芯片进行控制;
所述控制芯片,用于对所述存储芯片和非接触通信芯片进行控制;
所述信号接收和发射处理芯片,用于所述将非接触通信芯片发送的信号放大后传送给射频RF天线,并将RF天线接收的信号传送回所述非接触通信芯片;
所述天线匹配电路与所述信号接收和发射处理芯片相连接,用于对所述信号接收和发射处理芯片接收的信号以及发射的信号进行效率匹配;
所述L型磁芯天线包括L型铁氧体磁芯和天线线圈;所述天线线圈的一端连接所述天线匹配电路,另一端连接所述PCB天线;
所述PCB天线布局在手机卡的最外圈。
7.根据权利要求6所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路集成在一起。
8.根据权利要求7所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,还包括电源自动控制电路,该电源自动控制电路与所述信号接收和发射处理芯片与所述天线匹配电路均集成在一起。
9.根据权利要求6所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,所述天线匹配电路包括串联和/或并联的电阻和电容。
10.根据权利要求6-9任一项所述的具有射频识别功能的手机卡,其特征在于,所述手机卡为SD卡,所述L型磁芯天线的一个边与SD卡的一个边相平行。
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