CN104040565B - 在插入nfc终端的接触式和非接触式的双接口nfc卡和nfc设备之间进行通信的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在安装于通信终端(HD2)中的具有接触式接口(C6)和非接触式接口(CLI)的双接口NFC卡(NFSE)和外部NFC设备(ED)之间进行非接触式通信的方法，所述终端包括耦合至卡的接触式接口的NFC模块(NFCC)并包括非接触式通信接口(AC1)，该方法包括以下步骤：选择卡的接触式接口和非接触式接口中的一个或另一个，通过所选择的接口在卡和NFC设备之间发射信号，并且，如果选择了卡的接触式接口，则通过NFC模块的非接触式接口(AC1)在卡和NFC设备之间发射信号，以及通过卡(NFSE)检测连接至其接触式接口(C6)的NFC模块(NFCC)的存在，对卡(NFSE)的接触式接口和非接触式接口(CLI)中的一个或另一个的选择由卡根据NFC模块的存在检测结果而执行。
Description
技术领域
本发明涉及NFC(近场通信)卡，更具体地涉及插入到如移动电话这样的终端中的NFC卡。本发明涉还及一种用于在NFC卡和外部NFC设备之间进行非接触式通信或近场通信的方法。
背景技术
为了使不包括任何非接触式通信接口的移动电话能够与外部NFC设备通信，已经开发了插入到电话中的接触式和非接触式双接口NFC卡。举例来说，这些卡的类型是UICC(通用集成电路卡)，例如，NFC SIM(用户身份识别卡)，或者类型是NFC SD(安全数字卡)。已经提供了包括接触垫、微处理器、NFC模块和天线线圈的NFC SIM卡。该卡能够通过接触垫与移动电话进行接触式通信，并通过天线线圈与外部NFC设备进行NFC通信。
当卡和外部NFC设备距离彼此足够近时，卡的天线线圈与外部NFC设备的天线线圈感应耦合，能够使用传统NFC技术，例如标准ISO14443、ISO15693和Sony 所定义的NFC技术来交换数据。
在大多数应用中，外部设备发射磁场，而NFC卡是无源的并通过负载调制来发送数据。为此，卡的天线线圈与无源部件(如，电容)相关联以形成天线电路，该天线电路被调谐至外部设备的工作频率，例如，13.56MHz。
图1概略示出了包括主处理器BBP的便携式终端HD1。称作NFSE的NFC卡被插入到终端HD1中，并通过接触式接口和电连接B1而连接至处理器BBP。卡NFSE包括天线电路AC以与外部NFC设备ED进行通信。连接B1可以符合ISO 7816规定。
这种方案不尽如人意，因为便携式终端一般包括金属零件或金属部件，例如，印刷电路板。当NFC卡被插入到这种终端中时，金属零件或部件降低天线线圈的感应，由此更改天线电路的调谐频率，并降低NFC卡和外部设备ED之间的最大通信距离。
NFC卡制造商难以预先了解NFC卡会在什么情况下被使用，即，卡的金属环境是什么样的，NFC卡如何相对于印刷电路板进行设置，特别是它的纵轴是平行还是垂直于印刷电路板的边缘。不同的终端中，卡的位置可以有巨大的差异。可以或多或少地对该位置进行电磁屏蔽，并且终端可以包括靠近卡的数量不定的金属零件。因此，卡的最大通信距离极大的取决于卡的环境，并且取决于卡所插入的终端而差异巨大。此外，外部设备发射的磁场在金属零件中引起涡电流，这会产生中和磁场的逆磁场，由此进一步降低NFC卡和外部设备之间的最大通信距离。
也有装配有NFC模块以与外部NFC设备进行通信的移动电话。在这种情况下，插入到电话中的SIM卡不需要包括非接触式接口。因此，图2概略示出了终端HD2，其包括主处理器BBP和称作NFCC的NFC模块，NFC模块连接至天线电路AC1并通过连接2而连接至主处理器BBP。称作SE的SIM卡被插入到终端中，其中SIM卡通过接触式接口及电连接B1而连接至处理器BBP。SIM卡还可以通过连接B3连接至NFC模块。
该方案的优势是提供了用于非接触式通信的天线电路，即电路AC1，天线电路可以安装到终端中并与终端中的金属零件相适应。天线电路AC1因此可以提供最大通信距离。
但是，终端HD2的用户可能需要向他们的终端中插入具有自己的非接触式接口的卡，如图1所示的卡NFSE。特别是在已经具有NFC SIM卡的用户购买新的具有其自己的NFC模块的电话时，可能会发生在图3中概略示出的这种情况。结果，当终端靠近外部NFC设备时，卡NFSE和模块NFCC之间可能发生冲突。实际上，卡NFSE和模块NFCC可以同时称为外部NFC设备，在其领域中视作两种不同的NFC设备。
为解决该问题，文件WO2011/079606规定对终端的主处理器BBP进行调整，使其向NFC SIM卡发送切换命令，使NFC SIM卡不使用它的NFC接口终端进行非接触式通信，而使用终端的NFC接口终端或NFC模块。该方案也意味着互不相同的移动电话制造商和NFC SIM卡制造商在这种切换命令的定义和处理上达成一致。
此外，NFC SIM卡的非接触式接口在某些情况下可以提供比模块NFCC提供的通信距离更大的通信距离。优选使用具有最大通信距离的通信接口。预先知道那个非接触式接口的通信距离最大并非不可能。实际上，卡NFSE的非接触式接口的最大通信距离取决于其在终端HD2中的位置以及终端HD2中金属零件的配置，在不同型号的终端中，所述位置和配置差异巨大。此外，卡NFSE可以在不涉及处理器BBP的情况下开始同外部NFC设备ED进行通信。后者因此不能确定具有最大通信距离的非接触式接口，并由此根据通信距离来选择非接触式接口。
此外，如果卡NFSE配置为使用它自己的非接触式接口来发起非接触式通信请求或对非接触式通信请求进行响应，禁止模块NFCC对通过它的非接触式接口接收的信号进行响应，以避免冲突。
因此，需要在包括NFC模块和NFC SIM卡的终端和外部NFC设备之间实施近场通信，避免在NFC模块和NFC SIM之间产生冲突的风险。还需要能够选择具有最大通信距离或最好质量的近场通信接口。还希望该通信方法与终端保持兼容，该终端装配有SIM卡，并包括单一非接触式接口，非接触式接口设置于插入到终端中的SIM卡，或终端的NFC模块中。
发明内容
一些实施方式涉及在安装于通信终端中的具有接触式接口和非接触式接口的双接口NFC卡和外部NFC设备之间进行非接触式通信的方法，终端包括耦合至卡的接触式接口的NFC模块，并包括非接触式通信接口，该方法包括以下步骤：由所述卡检测连接至其接触式接口的NFC模块的存在，由所述卡基于NFC模块的存在检测结果来选择卡的接触式接口和非接触式接口中的一个或另一个，通过选择的接口在卡和NFC设备之间发射信号，并且，如果选择了卡的接触式接口，则通过NFC模块的非接触式接口在卡和NFC设备之间发射信号。根据一个实施方式，如果选择了卡的接触式接口，则卡保持其非接触式接口活动并继续监控其非接触式接口，以便能够接收和使用在所述NFC模块与所述外部NFC设备(ED)之间交换的数据。
根据一个实施方式，卡的接触式接口通过SWP类型的有线连接耦合至NFC模块，并且卡通过接收用于激活NFC模块的激活信号来检测连接至其接触式接口的NFC模块的存在，激活信号通过有线连接被接收。
根据一个实施方式，卡通过在有线连接上向NFC模块发送响应于激活信号的响应信号而激活有线连接。
根据一个实施方式，如果卡检测到连接至其接触式接口的NFC模块的存在，则卡激活将它的接触式接口连接至NFC模块的有线连接。
根据一个实施方式，如果卡检测到连接至其接触式接口的NFC模块的存在，则卡比较发送给NFC模块的数据和由NFC模块发送给外部NFC设备的数据，并比较NFC模块发送给它的数据和外部NFC设备发射的数据。
根据一个实施方式，如果卡检测到连接至其接触式接口的NFC模块的存在，则卡从外部NFC设备接收数据，并且，如果NFC模块在第一时间内未向它发送从外部设备接收的数据，则卡响应于接收到的数据通过它的非接触式接口向外部设备发射数据，否则，卡响应于NFC模块通过它的接触式接口发送数据，NFC模块响应于所述NFC设备通过它的非接触式接口发送数据。
根据一个实施方式，如果卡检测到NFC模块的存在，则卡响应于从外部NFC设备所接收到的数据通过它的非接触式接口发射数据，而NFC模块继续监控它的非接触式接口，以在卡在第二时间之内未响应于NFC设备而发送数据的情况下将从外部NFC设备接收的数据发送给卡。
根据一个实施方式，如果卡检测到NFC模块的存在，则卡不激活有线连接，而NFC模块将从外部NFC设备接收的数据转发给终端的连接至NFC模块的处理器，并将从处理器接收的数据转发给NFC设备。
根据一个实施方式，如果卡检测到NFC模块的存在，则卡不激活有线连接并通过它的非接触式接口将数据发送给NFC模块，NFC模块将该数据转发给终端的连接至NFC模块的处理器，NFC模块通过它的非接触式接口将从处理器接收的数据转发给卡。
根据一个实施方式，卡包括天线电路，天线电路包括至少一个具有磁轴的天线线圈、以及至少一个在天线线圈附近延伸的导电屏蔽体(screen)，天线线圈的磁轴基本上平行于卡的平面并且不与各个导电屏蔽体相交，如果卡发射数据，则其通过天线线圈发射磁场突发(burst)以补偿每个导电屏蔽体对通过负载调制发送数据的最大距离的负面影响。
某些实施方式还可以涉及终端，该终端包括NFC模块和具有接触式接口和非接触式接口的双接口卡，NFC模块耦合至卡的接触式接口并且包括非接触式接口，NFC模块和卡被配置为实施上面所限定的方法。
根据一个实施方式，卡包括天线电路，天线电路包括至少一个具有磁轴的天线线圈、连接至天线电路的集成电路、以及至少一个在天线线圈附近延伸的导电屏蔽体，天线线圈的磁轴基本上平行于卡的平面并且不与导电屏蔽体相交，在导电屏蔽体和天线线圈之间不设置导磁材料。
根据一个实施方式，卡包括天线电路，天线电路包括至少一个具有磁轴的天线线圈，及连接至天线电路的集成电路，天线线圈的磁轴基本上平行于卡的平面，并相对于卡的纵轴形成45°±25°的角度。
根据一个实施方式，卡的天线电路具有调谐频率，该调谐频率在存在导电屏蔽体的情况下设置，并且在导电屏蔽体附近设置有金属元件时不失谐。
根据一个实施方式，卡的天线线圈绕着导磁芯进行缠绕。
根据一个实施方式，终端包括处理器，处理器通过ISO 7816连接而连接至卡，卡通过SWP连接而耦合至NFC模块。
附图说明
下面参考但是不限于附图对本发明的一些实施方式的例子进行描述，在这些附图中：
图1如前所述概略示出了插入有NFC SIM卡的终端；
图2如前所述概略示出了包括NFC模块并插入有SIM卡的终端；
图3如前所述概略示出了包括NFC模块并插入有NFC SIM卡的终端；
图4至7示出了根据不同实施方式的由安装于终端中的NFC控制器和NFC SIM卡执行的步骤；
图8概略示出了根据一个实施方式的NFC SIM卡的内部结构；
图9和10是图8所示卡的前视图和纵向截面图；
图11概略示出了图8所示卡的内部电路；
图12概略示出了根据另一个实施方式的NFC SIM卡的内部结构；
具体实施方式
图4至7示出了对外部NFC设备ED进行初始化，并与外部NFC设备ED进行通信的步骤，这些步骤由安装于终端HD2中的称作NFCC的NFC模块和称作NFSE的NFC卡执行。卡NFSE可以是用于插入到移动电话中的NFC SIM卡。
在图4所示的实施方式中，模块NFCC和卡NFSE执行初始化程序，初始化程序包括步骤S1至S3。在步骤S1，模块NFCC在连接B3上发射激活信号ACS并触发超时T2。步骤S1可以在模块NFCC上电时被触发。至于卡NFSE，它在步骤S2中上电时触发超时T1。在超时T1结束之前，卡NFSE不在连接B3上接收任何激活信号，它认为自己未连接至NFC模块。
那样的话，卡NFSE可以确定它是否连接至能与外部读卡器进行近场通信的NFC模块，也就是说，它是否插入到HD2类型的终端(图2或3)中，或插入到HD1类型的终端(图1)中。卡NFSE接下来可以决定通过发射响应信号RS来对激活信号做出响应，响应信号RS表明卡NFSE准备好交换数据(步骤S2)，或不对该信号做出响应。卡NFSE还可以决定使其非接触式接口保持活动或禁用。如果卡NFSE在超时T2结束之前对激活信号做出响应(步骤S2)，则模块NFCC可以确定其连接至具有或不具有非接触式接口的SIM卡。
在图4所示的实施方式中，卡NFSE对模块NFCC发射的激活信号ACS做出响应，并在步骤S3禁用它的非接触式接口CLI。那样的话，如果卡NFSE检测到模块NFCC的存在，则它使用模块NFCC的非接触式接口，而非使用它自己的非接触式接口。接下来，模块NFCC在步骤S4切换到连接B3被激活的模式。在该模式中，执行步骤S5至S8。在步骤S5，模块NFCC通过它的非接触式接口从外部NFC设备ED接收数据。在步骤S6，模块NFCC通过连接B3将接收到的数据转发给卡NFSE。模块NFCC还将在步骤S7中通过连接B3从卡NFSE接收到的数据转发给它的非接触式接口(步骤S8)。
在另一个实施方式中，卡NFSE系统地对模块NFCC发射的激活信号ACS做出响应，此外还激活它的非接触式接口CLI或保持非接触式接口CLI激活。从而，在NFCC模块将通过它的非接触式接口从外部NFC设备ED接收的数据转发之前，卡NFSE可以从外部NFC设备ED接收数据。接下来，卡NFSE可以在从模块NFCC接收该数据之前准备对该数据的响应。
在图5所示的另一个实施方式中，卡NFSE系统地对激活信号ACS做出响应，激活它的非接触式接口CLI或保持非接触式接口CLI激活。在该实施方式中，卡NFSE通过模块NFCC与外部NFC设备ED进行通信，并且借助于它的保持活动的非接触式接口对模块NFCC和设备ED之间交换的数据进行监控。因此，步骤S5和S6与步骤S9同步执行，在步骤S9中，卡NFSE在它的非接触式接口CLI上接收设备ED发送的数据。接下来，卡NFSE执行步骤S10，比较在步骤S6中接收到的数据和在步骤S9中接收到的数据。同样，步骤S7和S8与步骤S11同步执行，在步骤S11中，卡NFSE在它的非接触式接口CLI上接收步骤S8中由模块NFCC发送的数据。接下来，卡NFSE执行步骤S12，比较在步骤S7中发射的数据和在步骤S11中接收到的数据。如果检测到在卡NFSE从模块NFCC接收或发送至模块NFCC的数据和从它的非接触式接口接收的数据之间存在任何的不一致，其切换到错误模式。
在图6所示的其它实施方式中，卡NFSE系统地对激活信号ACS做出响应，激活它的非接触式接口CLI或保持非接触式接口CLI激活。在一个实施方式中，模块NFCC和卡NFSE的非接触式接口是活动的，以选择最有效率的非接触式接口，或获得外部NFC设备发送的数据的非接触式接口。该数据可以在步骤S5中由模块NFCC的非接触式接口接收，并且可以在步骤S9中由卡NFSE的非接触式接口CLI接收。
如果模块NFCC独自通过它的非接触式接口接收该数据，则该数据在步骤S6中由模块NFCC通过连接B3转发给卡NFSE。卡NFSE接下来在步骤S7中对使用连接B3接收到的数据做出响应，模块NFCC在步骤S8中通过它的非接触式接口将从卡NFSE接收到的响应转发给设备ED。
举例来说，如果模块NFCC在超时T3结束之前未接收到设备ED发射的数据，则卡NFSE在步骤S13中使用它的接口CLI对该数据做出响应，超时T3由卡NFSE在步骤S9中接收到数据时触发。
如果模块NFCC和卡NFSE的非接触式接口都接收到设备ED发射的数据，则步骤S10至S12(图5)可以由卡NFSE执行。在图6所示的另一个实施方式中，卡NFSE被赋予优先权。为此，模块NFCC在接收到设备ED发射的数据(步骤S5)时触发超时T4，并开始监控它的非接触式接口。如果模块NFCC在超时T4结束之前在步骤S14中检测到卡NFSE已经在步骤S13中对设备ED做出了响应，则它不执行步骤S6和S8。
在图7所示的另一个实施方式中，卡NFSE在超时T2结束之前不通过连接B3向模块NFCC发送响应于激活信号ACS的响应信号RS。模块NFCC接下来切换到它认为自己未连接到SIM卡的模式中(步骤S15)。此外，卡NFSE保持它的非接触式接口活动。因此，终端HD2具有两个同时活动的近场或非接触式通信接口。在这种情况下，模块NFCC将在步骤S5中由它的非接触式接口接收到的数据通过连接B2发送给主处理器BBP(步骤S17)，并响应于步骤S5中由设备ED发射的数据而将在步骤S18中由处理器BBP通过连接B2发射的数据转发给它的非接触式接口(步骤S8)。
此外，卡NFSE可以通过它的非接触式接口CLI与主处理器BBP进行通信。因此，卡NFSE的非接触式接口发射的数据(步骤S16)被模块NFCC的非接触式接口接收并通过连接B2转发给主处理器(步骤S17)。相反，处理器BBP响应于步骤S16中接收到的数据而发射的数据(S18)被模块NFCC的非接触式接口转发，并且因此可以被卡NFSE的非接触式接口获得(步骤S19)。模块NFCC接下来以NFC读卡器模式运行。
在一个实施方式中，卡NFSE根据ISO 7816协议与主处理器BBP(连接B1)通信，并根据SWP协议(单线协议-Cf.ETSI TS 102 613)与模块NFCC(连接B3)通信。
图8、9、10分别是根据一个实施方式的卡NFSE的内部顶视图，仰视图和截面图。KaNFSE包括塑料主体10，集成电路20，调谐的天线电路，及一组接触垫50(图8中的虚线)，调谐的天线电路包括天线线圈30和调谐电容器C1，C2。集成电路20为接触式/非接触式双设备，并设计为进行接触式或非接触式通信。集成电路20可以是用于NFC SIM卡的安全集成电路。
接触垫组50包括八个常规接触垫ISO 7816C1(Vcc)、C2(RST)、C3(CLK)、C4(RFU)、C5(GND)、C6(Vpp)、C7(I/O)、以及C8(RFU)，集成电路20的端子连接至这八个常规接触垫。集成电路20包括连接至天线线圈30和电容器C1、C2的附加连接端子TA、TB。
天线线圈30具有数个同轴不共面的绕组，以及基本上与卡的平面平行的磁轴MX。“基本上与卡的平面平行”的意思是，假定卡的上表面或下表面是平的，磁轴MX至少以一定精确度平行于主体10的上表面或下表面，该精确度取决于卡的制造工艺，例如，±10°。天线线圈30可以绕导磁芯31进行缠绕，芯可以是高导磁材料，例如，铁氧体。
在一个实施方式中，卡NFSE还包括至少一个导电屏蔽体，在这里是两个。第一屏蔽体(图8，9，10)设置在天线线圈30的下面，与它的磁轴的距离为d1。第二屏蔽体(图10)设置在天线线圈30的上面，与它的磁轴的距离为d2。在天线线圈和导电屏蔽体71、73之间不设置导磁材料，尤其是铁氧体。
在图8和10所示的实施方式中，第一和第二导电屏蔽体71、73基本上是平面的，并且方向设置为基本上平行于天线线圈30的磁轴MX。“基本上平行于”的意思是屏蔽体以一定精确度平行于磁轴MX，该精确度取决于卡的制造工艺，例如，±10°。导电屏蔽体71，73分别在卡的上下表面上延伸，并几乎完全覆盖上下表面的面积。在一些实施方式中，导电屏蔽体71、73各自的厚度可以至少等于天线电路调谐频率的集肤效应深度，例如，对于13.56MHz的调谐频率，集肤效应深度为18μm。在一个实施方式中，至少一个屏蔽体，例如，屏蔽体被连接至集成电路的地电位。
作为相对于天线线圈的磁轴MX来定向导电屏蔽体的一般规则，导电屏蔽体必须设置为不与磁轴相交。很显然，当屏蔽体71、73是平面的并且定向为基本上平行于磁轴MX时，满足这个规则。
包括天线线圈30和调谐电容器C1，C2的天线电路调谐为特定工作频率，例如，标准ISO 14443、ISO 15693、和Sony 所要求的13.56MHz。在存在屏蔽体71、73的情况下完成调谐。屏蔽体71、73保护调谐过的天线电路在卡被安装到手持设备，如移动电话时免受金属零件对调谐频率的失谐影响。
换句话说，假定卡NFSE的金属环境预先不被了解，并且取决于卡所插入的设备，屏蔽体71、73允许在天线线圈30附件产生固定的已知金属干扰。因此，能够对天线电路进行调谐，因为天线的金属干扰是固定的并且不取决于卡所插入的设备。因此，如果已经提供的话，屏蔽体71、73产生天线电路的“自愿干扰”，该“自愿干扰”在调谐天线电路时纳入考虑，并将胜过来自设备中的金属零件的干扰，卡NFSE将插入到设备中。
在图8至10所示的实施方式中，卡NFSE由印刷电路板(PCB)制成，PCB包括电绝缘介电基底70、以及设置在基底70的上表面和下表面上的上导电层和下导电层。下导电层被蚀刻为形成彼此由间隙隔离的接触垫C1-C8组50和屏蔽体71。上导电层被蚀刻为形成导电轨61、62、63。
集成电路20的端子TA被引线接合(bond)至导电轨61。集成电路20的端子TB被引线接合至导电轨63。集成电路的其它端子通过基底70上形成的开口80被引线接合至接触垫C1-C8。可选地，使用穿过基底70中的另一个开口81，然后穿过开口80中的一个到达接触垫C5的引线将第一导电屏蔽体71引线接合至地垫C5。
电容器C1具有连接至导电轨62的第一端子和连接至导电轨63的第二端子。电容器C2具有连接至导电轨61的第一端子和连接至导电轨62的第二端子。天线线圈30具有连接至导电轨62的第一端子32和连接至导电轨63的第二端子33。因此，电容器C1平行于天线线圈30连接，电容器C2在天线线圈30的第一端子32和集成电路20的端子TA之间串联连接。
集成电路20、天线线圈30、电容器C1、C2以及接合引线被封装到在基底70上延伸的聚合物材料72中，例如，树脂或聚氯乙烯(PVC)，聚合物材料72形成卡的主体10。
第二导电屏蔽体73形成或沉积在卡的上表面上。它可以是金属板，或者可以包括一层或多层导电材料，例如，导电涂料。
在一个实施方式中，卡的总厚度为804μm，基底70的厚度为100μm，每个导电屏蔽体71、73的厚度为18μm，包括芯31的天线线圈30的厚度为500μm。天线线圈的中心和第一导电屏蔽体71之间的距离d1为368μm，天线线圈的中心和第一导电屏蔽体71之间的距离d2为400μm。
根据一个实施方式，集成电路20被配置为使用有源负载调制方法通过感应耦合来在它的非接触式接口上发送数据。该方法包括在存在连续发射第一交变磁场的外部NFC设备的情况下发射第二交变磁场突发的步骤。这些磁场突发被外部设备感知为无源负载调制。该技术由申请人在专利EP1327222(US7098770B2)的图4A至4E、第8页、表4、074段中提出。
就通过卡发送数据而言，尽管存在导电屏蔽体71、73，这种负载调制方法能够获得令人满意的最大通信距离。
图11是示出了实施有源负载调制方法的集成电路20的架构的一个例子的框图。集成电路20包括接触式通信接口CINT，处理器PRC，以及非接触式通信接口CLI。
接触式通信接口CINT连接至接触垫C1-C8组50，并具有连接至处理器PRC的输入/输出。接口CINT在处理器PRC和外部处理器，如移动电话HD1，HD2的宽带处理器BBP(图1、3)之间进行接触式通信的过程中执行协议管理和数据编码/解码。接口CINT还在吹起PRC和终端HD2的模块NFCC之间进行接触式通信的过程中执行协议管理和数据编码/解码。
在一个实施方式中，接触垫C1、C5分别连接至终端HD1、HD2的电压源和接地。接触垫C2连接至终端HD1、HD2的复位电路的输出。接触垫C3连接至终端HD1、HD2的时钟电路。接触垫C6连接至模块NFCC的数据输入/输出，接触垫C7连接至处理器BBP的数据输入/输出。
非接触式通信接口CLI包括编码电路CCT、解码电路DCT、调制电路MCT、解调电路DMCT、时钟电路CKCT和同步振荡器OSC。非接触式通信接口CLI还包括前面描述的天线电路AC，该天线电路AC包括电容器C1、C2和天线线圈30。
在与外部设备ED进行非接触式通信的过程中，外部设备ED发射以工作频率振荡的磁场。处理器PRC向非接触式接口CLI提供将被发送至外部设备ED的数据DTx，并处理从外部设备接收，由非接触式接口提供的数据DTr。
在这种非接触式通信的过程中，由磁场在天线电路AC中诱发天线信号AS。时钟电路CKCT接收天线信号AS并从中提取外部时钟信号CKe。通常，外部时钟信号CKe的频率和载波频率相同。
同步振荡器OSC接收外部时钟信号Cke并提供内部时钟信号CKi。同步振荡器OSC具有同步运行模式和自由振荡运行模式，在同步运行模式中，内部时钟信号CKi的相位和频率受控于外部时钟信号CKe的相位和频率，在自由振荡运行模式中，外部时钟信号不再驱动振荡器。
当外部设备ED向集成电路20发送数据DTr时，它通过数据承载调制信号MS(DTr)对磁场进行调制。由于诱发的天线信号AS是磁场的影像，也可以在天线信号AS中找到数据承载调制信号。
解调电路DMCT从天线信号AS提取调制信号MS(DTr)，并将其提供给解码电路DCT。解码电路DCT对数据DTr进行解码，并将其提供给处理器PRC。
当集成电路20将数据DTx发送给外部设备ED时，将要发送的数据DTx首先被提供给编码电路CCT，并且同步振荡器OSC被设置为自由振荡运行模式。编码电路CCT将数据承载调制信号MS(DTx)发送给调制电路MCT。
调制电路MCT组合数据承载调制信号MS(DTx)和内部时钟信号CKi，并将有源负载调制信号LS提供给天线电路AC。有源负载调制信号LS包括由未调制的周期隔开的内部时钟信号CKi突发，其中信号LS具有默认值。例如，调制电路MCT在MS(DTx)＝1时将内部时钟信号CKi提供为调制信号LS，并在MS(DTx)＝0时将它的输出设置为0。因此，当信号MS(DTx)＝0时信号LS为0，并且当信号MS(DTx)为1时复制信号CKi。天线电路AC接收内部时钟信号CKi突发，并且天线线圈30发射相应的磁场突发。这些磁场突发被外部设备检测为无源负载调制。外部设备ED从其天线线圈AC2提取数据承载调制信号MS(DTx)，然后对集成电路20发送的数据DTx进行解码。
在图12所示的一个实施方式中，卡NFSE的天线线圈设置为使其磁轴MX相对于卡NFSE的纵轴LX具有大约为45°(±10°)的角度。图12所示的实施方式与图8至10所示的实施方式的不同之处仅仅在于线圈的磁轴MX相对于卡NFSE的纵轴LX形成45°(±10°)的角度。如果卡的形状为正方形，则纵轴LX可以是卡的平行于卡的侧面的任意轴。
当卡NFSE在放置到便携式设备的卡连接器中之后被使用时，它通常靠近设备的印刷电路板，相对于印刷电路板的XY平面，离印刷电路板的距离为垂直距离或“距离Z”。就生产“通用”卡(即，用于任意类型的移动电话的卡)而言，这种距离对于卡制造商通常是不可预知的。该Z-距离取决于设备的结构和卡连接器的位置。卡连接器可以直接安装在印刷电路板上，或者设置在它上面数毫米。同样不可预知的是卡相对于印刷电路板的XY位置，以及天线线圈30的磁轴MA相对于印刷电路板的边缘的定向。
在这些情况下，在非接触式通信的过程中，在印刷电路板中出现涡电流。根据楞次定律，这种涡电流会产生诱发的局部逆磁场，中和外部设备ED所发射的磁场。涡电流一般在印刷电路板的外围上循环，逆磁场在印刷电路板的边缘附近出现。
可以发现，当卡NFSE设置为使天线线圈30靠近移动电话的印刷电路板的一个边缘时，它的磁轴和边缘的角度为45°，并且当Z-距离较小时，逆磁场的量级超过外部磁场的量级并改善外部设备ED对数据DTr的接收。因此，天线线圈30检测到逆磁场而非原始磁场，允许卡NSFE以更大的最大通信距离来从外部设备ED接收数据。如果线圈30的芯31由高导磁材料，如铁氧体制成，则芯使磁力线集中，进一步增加最大通信距离。
此外，可以理解，如果天线线圈的磁轴与PCB的边缘呈90°，则可以进一步改善对外部设备ED所送的数据DTr的接收。但是，考虑到卡也可以设置为垂直于边缘这一事实，将天线线圈30设置为使它的磁轴MX相对于卡的纵轴LX呈大约为45°的角度也是一种不错的折衷。
本领域技术人员清楚，本发明容许各种实施方式和应用。特别地，本发明不限于卡NFSE和模块NFCC之间的SWP类型的有线连接，并且不限于相应的通信协议。
本发明不限于图8至12所示的卡的实施方式，这些图仅仅示出了集成有自己的天线线圈的卡的例子。相反，本发明适用于任意能够插入到终端，如移动电话中，并具有接触式或非接触式或近场通信接口的卡。
本发明不限于这样的实施方式：天线线圈的磁轴MX相对于卡的纵轴LX呈45°±10°的角度。在其它的实施方式中，天线线圈的磁轴MX可以相对于卡的纵轴LX呈45°±25°的角度，即，20°和70°之间。一般而言，磁轴MX和纵轴LX之间的最小和最大角度可以根据经验来限定，由此，在卡的两种设置中，逆磁场的幅度改善了对外部设备ED发送的数据的接收。
此外，可以使用芯片卡制造领域中的不同方法来制造本发明的不同实施方式的卡。在一些实施方式中，每个导电屏蔽体可以嵌入到卡的主体中，并可以在卡的下表面或上表面附近延伸。卡的上表面和/或下表面可以是非平面的。屏蔽体中的一个和/或另一个可以是弯曲的而非平面的。每个屏蔽体可以仅仅在卡表面的一部分上延伸。卡可以由电池供电，因此可以不具有任何用于对卡进行供电的接触垫。卡还可以是纯无源的，并被配置为通过无源负载调制来发送数据，并从外部NFC设备发射的磁场提取电源电压。
此外，在本说明书和权利要求中，术语“NFC”应该理解为指任意类型的通过感应耦合进行的非接触式通信，无论使用什么样的协议和工作频率。此外，术语“NFC”应该理解为指任意类型的具有NFC能力的手持设备。
Claims (16)
1.一种在安装于通信终端中的具有接触式接口和非接触式接口的双接口的近场通信NFC卡和外部NFC设备之间进行非接触式通信的方法，所述终端包括耦合至所述卡的接触式接口的NFC模块并包括非接触式通信接口，该方法包括以下步骤：
由所述卡检测连接至所述卡的接触式接口的NFC模块在终端中的存在，所述NFC模块包括非接触式通信接口，
由所述卡基于所述NFC模块的存在检测结果来选择所述卡的接触式接口和非接触式接口中的一个或另一个，以及
通过所选择的接口在所述卡和所述外部NFC设备之间发射信号，并且，如果选择了所述卡的接触式接口，则通过所述NFC模块的非接触式通信接口在所述卡和所述外部NFC设备之间发射信号，
特征在于，如果选择了所述卡的接触式接口，则所述卡保持所述卡的非接触式接口活动并监控所述卡的非接触式接口，以便能够接收和使用在所述NFC模块与所述外部NFC设备之间交换的数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述卡的接触式接口通过SWP类型的有线连接耦合至所述NFC模块，并且所述卡通过接收用于激活所述NFC模块的激活信号来检测连接至所述卡的接触式接口的NFC模块的存在，所述激活信号通过所述有线连接被接收。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述卡通过在所述有线连接上向所述NFC模块发送响应于所述激活信号的响应信号而激活所述有线连接。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，如果所述卡选择了所述卡的接触式接口，则所述卡激活将所述卡的接触式接口连接至所述NFC模块的有线连接。
5.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，如果选择了所述卡的接触式接口，则所述卡比较通过所述卡的接触式接口发送给所述NFC模块的数据和由所述NFC模块发送给外部NFC设备并通过所述卡的非接触式接口接收的数据，并比较所述NFC模块通过所述卡的接触式接口接收的数据和通过所述卡的非接触式接口从所述外部NFC设备接收的数据。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，如果选择了所述卡的接触式接口，则所述卡通过所述卡的非接触式接口从外部NFC设备接收第一数据，并且，如果所述NFC模块在第一时间内未通过所述卡的接触式接口接收到来自所述NFC模块的第一数据，则所述卡通过所述卡的非接触式接口向所述外部NFC设备发射针对第一数据的第二数据，否则，所述卡通过所述卡的接触式接口向所述NFC模块发送第二数据，所述NFC模块通过所述NFC模块的非接触式通信接口向所述外部NFC设备发送第二数据。
7.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，如果选择了所述卡的接触式接口，则所述卡响应于从外部NFC设备所接收到的第一数据通过所述卡的非接触式接口发射第二数据，而所述NFC模块继续监控所述NFC模块的非接触式通信接口，以在所述卡在第二时间之内未向所述外部NFC设备发送第二数据的情况下通过所述卡的接触式接口接收第一数据和将第一数据发送给所述卡。
8.如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其中，如果选择了所述卡的接触式接口，则所述卡不激活有线连接，而所述NFC模块将从外部NFC设备接收的数据转发给所述终端的连接至所述NFC模块的处理器，并将从所述处理器接收的数据转发给所述外部NFC设备。
9.如权利要求1和2中任意一项所述的方法，其中，如果选择了所述卡的接触式接口，则所述卡通过所述卡的非接触式接口将第一数据发送给所述NFC模块，所述NFC模块将该第一数据转发给所述终端的连接至所述NFC模块的处理器，所述NFC模块通过所述NFC模块的非接触式通信接口将从所述处理器接收的第二数据转发给所述卡。
10.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中所述卡包括天线电路，该天线电路包括至少一个具有磁轴的天线线圈、以及至少一个在所述天线线圈附近延伸的导电屏蔽体，所述天线线圈的磁轴基本上平行于所述卡的平面并且不与各个导电屏蔽体相交，如果所述卡发射数据，则其通过所述天线线圈发射磁场突发以补偿每个导电屏蔽体对通过负载调制发送数据的最大距离的负面影响。
11.一种包括NFC模块和具有接触式接口和非接触式接口的终端，所述NFC模块耦合至卡的接触式接口并且所述NFC模块包括非接触式通信接口，
其特征在于，所述NFC模块和所述卡被配置为实施如权利要求1至10中任意一项所述的方法。
12.如权利要求11所述的终端，其中所述卡包括天线电路，该天线电路包括至少一个具有磁轴的天线线圈、连接至所述天线电路的集成电路、以及至少一个在所述天线线圈附近延伸的导电屏蔽体，所述天线线圈的磁轴基本上平行于所述卡的平面，并且不与所述导电屏蔽体相交，在所述导电屏蔽体和所述天线线圈之间不设置导磁材料。
13.如权利要求11或12所述的终端，其中所述卡包括天线电路，该天线电路包括至少一个具有磁轴的天线线圈、以及连接至所述天线电路的集成电路，所述天线线圈的磁轴基本上平行于所述卡的平面，并相对于所述卡的纵轴形成45°±25°的角度。
14.如权利要求12所述的终端，其中所述卡的天线电路具有调谐频率，该调谐频率在存在所述导电屏蔽体的情况下设置，并且在所述导电屏蔽体附近设置有金属元件时不失谐。
15.如权利要求12和14中任意一项所述的终端，其中所述卡的天线线圈圈绕着导磁芯进行缠绕。
16.如权利要求11和12中任意一项所述的终端，该终端包括处理器，该处理器通过ISO7816连接而连接至所述卡，所述卡通过SWP连接而耦合至所述NFC模块。
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