CN105045441B - 用户接口单元、智能卡和制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种智能卡的用户接口单元，所述用户接口单元包括二维电容型传感器阵列，其中所述电容型传感器阵列包括角传感器元件的阵列，每个角传感器元件包括在它的区域上方的电容器，其中每个维度上相邻角传感器元件的对应电容器朝着彼此延伸，从而在它们之间限定了至少一个中间区，被对应电容器覆盖的每个中间区的面积具有对应固定比率。此外，还公开了一种对应的智能卡以及一种制造智能卡的用户接口单元的方法。

Description

用户接口单元、智能卡和制造方法
技术领域
本公开涉及针对智能卡的用户接口单元。此外，本公开涉及对应的智能卡和制造针对智能卡的用户接口单元的方法。
背景技术
当前在社会活动中广泛应用智能卡。例如，可以将智能卡用作电子身份(eID)卡。然而，用户端对这种eID卡的接受度仍是较低的。尽管eID卡由于它们的密码能力而相对安全，然而它们通常配备有适于输入用户凭证的用户接口(即，所谓的“认证接口”)。因此，大多数eID用户仍通过个人计算机和膝上型计算机输入他们的PIN码，这样增加了被诸如Trojans和键值记录器(key-logger)程序的恶意软件拦截其凭证的风险。
已知的将认证接口集成到智能卡中。例如，EP2667156A1描述了一种用于确定对象位置的电容型位置传感器系统，其中对象位于电容型位置传感器系统的敏感区域内，并改变布置在对象下方的电容器的电容。电容型位置传感器系统包括第一多个感测元件，每个感测元件包括：第一电容器，具有第一电极和第二电极，其中每个第一电极通过开关耦接到电压源以便形成切换电容滤波器，其中第二电极被耦接为形成感测线；感测单元，其中感测单元适于感测对感测线上存在的电荷量加以表示的电压电平；以及控制单元，其中控制单元适于向与第一电极耦接的每个开关施加驱动信号。在一个积分周期中，与第一电极相耦接的一部分开关接通，从而由第一驱动信号驱动第一电容器的一部分，其中感测单元适于感测对第一电容器的一部分的电荷量总和加以表示的电压电平，接通的开关的数目至少是两个。控制单元适于通过分析多个积分周期的多个感测电压电平的结果，来确定对象的位置。这种电容型位置传感器系统是基于触摸的用户接口的示例，可以将基于触摸的用户接口嵌入在智能卡中。
仍然难以制造具有嵌入式认证接口的多功能eID卡。例如，通常必须使用需要VIA的双侧内衬(inlay)(即，两层之间的接触)，并使用大量传感器端子。希望使用较少数目的传感器端子(继而需要较少的接口来与处理模块相连)，从而减少成本。可以通过减少嵌入在认证接口中的传感器数目来实现减少传感器终端的数目。例如，认证接口可以基于较简单的2x2的传感器阵列，如图1A所示。然而，在该情况下，认证接口的可用区域相对较小，如图1B所示。因此，在这种接口的制造要求和性能要求之间存在冲突。
图1A和1B示出了传统的用户接口单元。图1A示出了包括多个电容传感器102a、102b、102c、102d的用户接口单元100。电容传感器102a、102b、102c、102d被布置在尺寸为2×2的传感器阵列中。图1B示出了图1A所示的用户接口单元100的可用区域104。
在这种用户接口单元中，通常通过向针对传感器阵列中的每个传感器确定的活动级应用重心计算，来获得对象(例如用户手指)的位置。然而，外部传感器在它们外围存在盲区，在盲区内，位置的改变不会导致改变测量到的活动级。通常，每个维度中盲区的尺寸是该维度中传感器的尺寸减去手指的尺寸。当应用诸如重心公式的加权函数时，得到的位置仅在全部传感器区域的一部分中是有效的。本文将得到的位置是有效位置的区域称作“可用区域”。可用区域是被所有传感器覆盖的全部区域减去所有传感器的盲区，如图1B的黑点所示。对于2x2传感器阵列，如图1B所示，可用区域的尺寸可以是传感器阵列的总尺寸的1/4。对于3x3传感器阵列，可用区域的尺寸通常可以是传感器阵列的总尺寸的4/9。更多传感器通常导致更大的可用区域。例如，对于4x4传感器，可用区域的尺寸可以是传感器尺寸的9/16。
然而，增加数目的传感器导致更多传感器信号，这通常需要更长的捕获和处理时间，因此，需要更多能量。此外，在每个维度上类似阵列的传感器结构的尺寸为3或更多个的情况下，内部传感器可能通过信号交错或VIA而发生接触。因此，可能需要具有VIA的两层内衬，这样会增加制造成本并减少用户接口的实用性。此外，需要双面内衬的传感器结构可能不支持诸如通过银墨打印制造的经济型内衬，而经济型内衬通常是一些智能卡制造商所需要的。
发明内容
公开了一种智能卡的用户接口单元，所述用户接口单元包括二维电容型传感器阵列，其中所述电容型传感器阵列包括角传感器元件的阵列，每个角传感器元件包括在它的区域上方的电容器，其中在每个维度上相邻角传感器元件的对应电容器朝着彼此延伸，从而在它们之间限定了至少一个中间区，被对应电容器覆盖的每个中间区的面积具有对应固定比率。
根据所示实施例，两个维度上的中间区在它们之间限定了至少一个中心区，来自每个角传感器元件的电容器以对应固定比率在所述每个对应中心区上方延伸。
根据另一所示实施例，每个电容器具有第一电极和第二电极，其中第一电极专用于包括对应电容器的传感器元件，第二电极是公共信号电极。
根据另一所示实施例，通过从相邻角传感器单元延伸的电容器的相互交叉的第一电极，来限定所述至少一个中间区。
根据另一所示实施例，通过从相邻角传感器单元延伸的电容器的相互螺旋排列的第一电极来限定所述至少一个中间区。
此外，公开了一种智能卡，包括所述类型的用户接口单元，所述智能卡还包括：处理单元，用于处理由用户接口单元产生的传感器信号；以及多个信号线，用于将来自所述用户接口单元的传感器信号传送到所述处理单元，其中电容器中的每一个与信号线之一相连，电容器中的每一个被布置为产生传感器信号之一，并通过所述信号线之一将所述传感器信号之一传送到处理单元。
根据示例实施例，所述处理单元被布置为执行计算机程序，所述计算机程序将加权函数应用到由用户接口单元产生的传感器信号。
根据其它示例实施例，所述智能卡还包括用于无线通信的无线通信模块和环路天线，其中所述无线通信模块包括集成天线跨接，所述集成天线跨接包括：无线通信模块的第一天线端子，位于天线环路的外部；以及无线通信模块的第二天线端子，位于天线环路的内部。
根据其它示例实施例，所述处理单元和所述无线通信模块被包括在单片集成电路中。
根据其它示例实施例，所述智能卡还包括键区，所述键区与用户接口单元相交叠和/或与用户接口单元是一体化的。
根据其它示例实施例，所述智能卡还包括用户反馈指示器，用于在基于触摸的用户输入过程中引导用户。
根据其它示例实施例，所述用户反馈指示器被布置为放置在智能卡的内衬上。
根据其它示例实施例，所述用户接口元件被布置为接收基于触摸的用户输入，所述基于触摸的用户输入表示用于激活智能卡功能的手势。
此外，公开了一种制造智能卡的用户接口单元的方法，所述方法包括：向用户接口单元提供二维电容型传感器阵列，向电容型传感器阵列提供角传感器元件阵列，每个角传感器元件包括在它的区域上方的电容器，其中在每个维度上相邻角传感器元件的对应电容器朝着彼此延伸，从而在它们之间限定了至少一个中间区，被对应电容器覆盖的每个中间区的面积具有对应固定比率。
附图说明
参考附图，更具体地描述了实施例，附图中：
图1A和1B示出了传统用户接口单元；
图2示出了用户接口单元的示意性实施例；
图3A示出了用户接口单元的实现方案的示例；
图3B示出了用户接口单元的实现方案的另一示例；
图3C示出了针对用户接口单元的多个区域的硬件加权因子的分布；
图3D示出了用户接口单元的实现方案的另一示例；
图4示出了在用户接口单元上的可用区域；
图5示出了用户接口单元的另一示意性实施例；
图6示出了智能卡的示意性实施例；
图7示出了处理模块的示例；
图8示出了处理模块的另一示例；
图9A示出了用户接口单元的示意性操作；
图9AA示出了流水线处理的实现方案的示例；
图9B示出了电容型传感器阵列所定义的区域分布；
图9C示出了电容型传感器阵列所定义的区域分布；
图9D示出了由电容型传感器阵列所定义的区域分布；
图9E示出了由电容型传感器阵列所定义的区域分布；
图10示出了智能卡的其它示意性实施例；
图11示出了智能卡的其它示意性实施例；
图12示出了智能卡的其它示意性实施例。
具体实施方式
根据本公开，提供了一种智能卡的用户接口单元。用户接口单元包括二维的电容型传感器阵列。电容型传感器阵列包括角传感器元件的阵列，每个角传感器元件包括其区域上方的电容器。在每个维度上相邻角传感器元件的对应电容器朝着彼此延伸，从而在相邻的角传感器元件之间限定了至少一个中间区。此外，被对应电容器覆盖的每个中间区的面积具有对应固定比率。例如，如果电容型传感器阵列的尺寸是2乘2传感器元件，则由朝着彼此延伸的上方两个传感器元件限定的中间区的比率可以是50∶50。这样，可以向由传感器元件产生的信号应用的“硬件加权”函数，其中比率50∶50实际上表示0.5的加权因子。
图2示出了用户接口单元200的示例性实施例。在这种示例中，用户接口单元200包括四个电容型传感器202a、202b、202c、202d。电容型传感器202a、202b、202c、202d被布置在2乘2传感器元件的阵列中。电容型传感器202a、202b、202c、202d是角传感器元件的示例，其中角传感器元件的电容器以交错的方式朝着彼此延伸。因此，限定了中间区204a、204b、204c、204d。被对应电容器覆盖的每个中间区的面积具有50∶50的固定比率。例如，在第一中间区204a中，传感器元件202a和202c的对应电容器各自覆盖被电容器覆盖的总面积的50％。因此，如果触摸了这个中间区204a，则传感器元件202a、202c产生由因子0.5加权的信号。具体地，图2示出了对称交错的示例。相较于传统2x2的传感器阵列，将所示传感器进行交错会得到更大的可用区域。因此，按照这种方式，2x2的电容型传感器阵列实际上可以提供例如3x3电容型传感器阵列的分辨率。
图3A示出了用户接口单元300的实现方案的示例。具体地，可以由图3所示的结构来实现图2示意性示出的传感器阵列。用户接口单元300包括四个传感器专用电极302a、302b、302c、302d，其中每个传感器专用电极形成对应电容型传感器202a、202b、202c、202d的一部分。通过公共电极304形成电容型传感器202a、202b、202c、202d的另一部分。公共电极304可以对于所有电容型传感器202a、202b、202c、202d是共用的。因此，每个电容型传感器202a、202b、202c、202d包括可以检测非绝缘对象(例如，人类手指)存在的电容型结构。2x2的传感器阵列可以包含四个这种类型的电容型传感器；通常将每个电容型传感器的传感器专用电极电学连接到传感器专用信号线，而将公共电极电学连接到公共参考信号线。
图3B示出了用户接口单元306的实现方案的另一示例。在该示例中，在两个维度上的中间区限定了在它们之间的中心区(central region)。此外，来自每个角传感器元件的电容器以固定比率在中心区上延伸。通过电容器的第一电极限定中心区，其中该电容器从相互螺旋排列的相邻角传感器单元延伸。应注意，可以将这种相互螺旋排列用于中间区，代替附图所示的基于相互交错的第一电极的实现方案。
图3C示出了针对图3B所示的用户接口单元的多个区的硬件加权因子的分布。相邻角传感器元件之间的每个中间区的硬件加权因子是0.5。也就是说，如果触摸这些中间区之一，则相较于例如在触摸左上方区域的情况下仅由左上方传感器元件产生的信号，对应传感器元件每个都产生权重为0.5的信号。在中心区内，硬件加权因子是0.25。也就是说，如果触摸了中心区，则所有四个传感器元件将产生信号，其中相较于例如在触摸左上方的区域的情况下仅由左上方的传感器元件产生的信号，每个信号承载的权重为0.25。
图3D示出了用户接口单元308的实现方案的另一示例。这种实现方案简化了中心设计，没有上述类型的交错。
图4示出了上述类型的用户接口单元200的可用区域。相较于图1A和1B所示的传统传感器阵列，电容型传感器的不敏感区域的边界移向传感器阵列的角落。下文将对此进行解释。在阵列中，存在“盲区”，例如，在单个传感器的尺寸大于指尖尺寸的情况下。在这种区域中，移动手指将很难改变单个传感器的活动级，这是由于手指和其它单个传感器之间的距离太远。换言之，在所谓的盲区中，传感器阵列对于手指的移动是不敏感的。然而，实际上，根据本公开的中间区可以减小所谓的盲区，可用区域400可以变得更大。
图5示出了用户接口单元500的另一示意性实施例。在该示例中，用户接口单元500还包括四个电容型传感器502a、502b、502c、502d。此外，电容型传感器502a、502b、502c、502d被布置在2乘2的传感器元件的阵列中，其中所述2乘2的传感器元件是彼此交错的。具体地，图5示出了反射对称交错的示例。这种实施例可以改善对于手指在传感器阵列周围处移动的灵敏度。
图6示出了智能卡600的示意性实施例。具体地，智能卡600包括嵌入了根据本公开的用户接口单元的单层内衬。在该示例中，智能卡600包括如图2所示的用户接口单元200。此外，智能卡可以包括：处理模块602，包含无线通信模块(具体地，RFID模块)；以及上述类型的处理单元。此外，处理模块602可以通过传感器专用信号线806a、806b、806c、806d连接到用户接口单元200的对应电容型传感器。此外，处理模块602可以经由上述类型的公共信号线806e与用户接口单元200相连。智能卡600还可以包括用于无线通信的天线604(具体地，RFID天线)，与处理模块602的无线通信模块相连。
此外，RFID模块可以包括集成天线跨接(cross-over)。术语“集成天线跨接”是指集成在RFID模块中的天线端子，布置该天线端子，使得用于将天线与RFID模块相连的信号线不彼此跨接。具体地，可以以图6所示的方式(即，不需要将附加布线与天线布线交叉形式的跨接)布置将RFID模块与天线604相连的RFID模块的接触端子。例如，在天线是所示矩形环天线的情况下，集成天线跨接可以包括位于该天线环路外部的RFID模块的第一天线端子和位于天线环路内部的RFID模块的第二天线端子。这种设计可以实现天线604不与任何信号线606a、606b、606c、606d、606e交叉，以及可以不需要其它信号交叉。因此，这种设计还可以有利于产生单面印刷内衬而无需VIA。应注意，仅示出了信号线606a、606b、606c、606d、606e的示意性位置，即，本领域技术人员还应可以优化这种设计，以便最小化信号线606a、606b、606c、606d、606e和天线604之间的跨接。
图7示出了所述类型的处理模块700的示例。处理模块700包括第一子模块7002，第一子模块7002可以包括整流器、电源和安全元件。例如，这些特征中的每个可以通过已知的硬件组件来实现。第一子模块702包括如以上结合图6所述布置的第一天线端子710a和第二天线端子710b。第一子模块702可以与第二子模块704交换数据，第二子模块704可以包括输入/输出控制器和触摸传感器位置解码器。第二子模块704可以被布置为控制光学反馈指示器708。此外，第二子模块704可以与传感器专用信号线706a、706b、706c、706d相连，以及与公共信号线706e相连，这些信号线继而连接到用户接口单元(未示出)。第一子模块702和第二子模块704的组件可以是单个集成组件和分立组件或单片集成的组件。可以包括光学反馈指示器708，光学反馈指示器708可以在输入数据期间提供更好的用户引导。备选地且非限制性地，可以使用声学反馈指示器。
图8示出了处理模块800的另一示例。在该示例中，处理模块800包括单个集成的电路802，包括整流器、电源、安全元件和触摸传感器位置解码器。在这种单个集成的版本中，用户接口单元可以用作状态机，可以控制所需的处理模块800的输入/输出功能。
图9A示出了用户接口单元的示意性操作。具体地，它示出了使用有限脉冲响应(FIR)噪声滤波器函数，其中可以结合上述类型的用户接口单元使用该FIR噪声滤波器函数：在扫描步骤902，触摸左上方的电容型传感器，但对该传感器的这种触摸是没有价值的(evaluated)。在附图中通过左上方传感器位置的空白圆圈(也就是说，白色)(示出了触摸该传感器)对此进行了描述。在三个其它扫描步骤904、906、908中，对左上方的电容型传感器进行触摸，对该传感器的这种触摸是有价值的。在附图中通过左上方传感器位置中的黑色圆圈(示出了触摸该传感器)对其进行了描述。应注意，术语“有价值的”意味着将传感器信号用于确定位置。相反，术语“没有价值的”意味着传感器由于被触摸而产生信号，但是在用于确定位置的随后计算中忽略这种信号。例如，可以通过启用/禁用对特定电容型传感器的电容变化进行测量的开关来进行控制。在这种情况下，“有价值的”意味着控制开关，使得真正地测量电容变化，而“没有价值的”意味着将开关保持在例如待用状态下，由此不测量电容变化。滤波和加权平均步骤910产生位置确定912。每个传感器可以具有活动级，即，它可以产生强度指示与非绝缘对象的契合(engagement)程度的信号，其中可以将该非绝缘对象(例如人的手指)靠近传感器。为了执行FIR噪声滤波器函数，可以捕获四个活动级中的三个活动级，使得四个传感器中的三个传感器是有价值的，在单个步骤中得到它们活动级的总和。在图9A所示的示例中，仅需要四个连续扫描，以便确定每个单独传感器的噪声滤波活动级。
在每个采样间隔下使一个传感器信号空白表示四个现场传感器设计，其中在方程组中具有4个等式和4个未知数，可以通过高斯消元进行求解：
(1)S2+S3+S4＝∑0
(2)S1+S3+S4＝∑1
(3)S1+S2+S4＝∑2
(4)S1+S2+S3＝∑3，
其中S1，2，3，4表示来自传感器1、2、3或4的采样信号，∑0，1，2，3表示在采样间隔0，1，2或3下的采样信号的总和。
该等式系统表示：以4个采样间隔中的仅3个采样间隔的总和采样提供与一个特定传感器相关的信息。也就是说，在4个现场传感器配置中，4个采样中仅有3个采样具有与一个传感器(例如，S1)相关的信息，而采样中的另一采样不具有任何信息。然而，可以通过流水线(pipeline)处理，对丢失的采样执行上采样。也就是说，可以以每个采样间隔提供经滤波的传感器信号集。
图9AA示出了流水线处理的实现方案的示例。在图9AA中，S1表示传感器X1的活动级，S2表示传感器X2的活动级，S3表示传感器X3的活动级，且S4表示传感器X4的活动级。此外，S’i表示传感器Xi的滤波活动级，其中i＝1，2，3或4。与这种实现方案相对应的滤波函数为：
3*S’i＝3*(Sumi1+Sumi2+Sumi3)-2*(Sum0+Sum1+Sum2+Sum3)，
其中，Sum0＝∑0，Sum1＝∑1，Sum2＝∑2，Sum3＝∑3，对于第一采样间隔，Sumi1+Sumi2+Sumi3＝∑1+∑2+∑3；对于第二采样间隔，Sumi1+Sumi2+Sumi3＝∑0+∑2+∑3；对于第三采样间隔，Sumi1+Sumi2+Sumi3＝∑0+∑1+∑3；以及对于第四采样间隔，Sumi1+Sumi2+Sumi3＝∑0+∑1+∑2。因此，可以在每个采样间隔提供经过滤波的传感器信号集合。通过这种滤波函数，可以增加滤波性能。
传感器信号处理可以被分为按列滤波或按行滤波。这种直接的采样传感器信号处理可以包括采样和滤波。这种方法可以支持快速采样，特别是在输入准静态位置数据(例如，PIN-pad)的情况下。可以通过重心(质心)公式，根据经滤波的活动级，获得影响对象(例如，人的手指)的位置。传感器配置可以保持为相对简单，以便在位置计算期间获得易于处理的整数加权因子。在四个传感器的情况下，可以用简单的整数系数来执行位置计算。可能只需要四个扫描(测量)以便确定单个PIN-pad位置。为了认证目的，可以将行位置分量X和Y提供给安全元件，以便验证卡片的PIN码。可以以加密的形式将认证结果传达到所连接的主机设备，以便进行其它处理。
图9B示出了通过例如图3B所示的电容型传感器阵列限定的区域分布。对应角区的位置为：P(-1，1)、P(1，1)、P(1，-1)和P(-1，-1)。对应中间区的位置为：P(0，1)、P(1，0)、P(0，-1)和P(-1，0)。中心区的位置为：P(0，0)。图9B示出了触摸位置P(-1，0)处的中间区。用户接口单元可以如下所示地确定该位置。由于触摸了位置P(-1，0)处的中间区，在该位置处的活动级是100％，而在所有其它位置处为0％。左上角的传感器元件(被称为“传感器X1”)捕获到：
对于传感器部分P(-1，1)：0*1.0
对于传感器部分P(0，1)：0*0.5
对于传感器部分P(-1，0)：100*0.5
对于传感器部分P(0，0)：0*0.25
因子1.0、0.5、0.5和0.25与图3C所示的不同区域的硬件加权因子相对应。因此，传感器X1的硬件加权捕获的活动级为：
(100*0.5)/(1+0.5+0.5+0.25)＝22
此外，位于右上角和右下角的传感器X2和X3捕获为0的硬件加权活动级，位于左上角的传感器X4捕获为22的硬件加权活动级。位置计算可以涉及软件加权函数，可以将该软件加权函数应用于对应传感器元件的硬件加权活动级。例如，现在可以如下所示地计算该位置：
X＝(-22+0+0-22)/(22+0+0+22)＝-1
Y＝(22+0-0-22)/(22+0+0+22)＝0
图9C示出了由例如图3B所示的电容型传感器阵列限定的区域分布。对应角区的位置为：P(-1，1)、P(1，1)、P(1，-1)和P(-1，-1)。对应中间区的位置为：P(0，1)、P(1，0)、P(0，-1)和P(-1，0)。中心区的位置为P(0，0)。图9C示出了触摸位置P(-1，1)处的中间区。用户接口单元可以如下所示地确定该位置。由于触摸了位置P(-1，1)处的中间区，在该位置处的活动级是100％，而在所有其它位置处为0％。左上角的传感器元件(被称为“传感器X1”)捕获到：
对于传感器部分P(-1，1)：100*1.0
对于传感器部分P(0，1)：0*0.5
对于传感器部分P(-1，0)：0*0.5
对于传感器部分P(0，0)：0*0.25
因子1.0、0.5、0.5和0.25与图3C所示的不同区域的硬件加权因子相对应。因此，传感器X1的硬件加权捕获的活动级为：
(100*1.0)/(1+0.5+0.5+0.25)＝44
此外，作为该阵列的其它传感器元件的传感器X2、X3和X4捕获为0的硬件加权活动级。位置计算可以涉及软件加权函数，可以将该软件加权函数应用于对应传感器元件的硬件加权活动级。例如，现在可以如下所示地计算该位置：
X＝(-44+0+0-0)/(44+0+0+0)＝-1
Y＝(44+0-0-0)/(44+0+0+0)＝1
图9D示出了由如图3B所示的电容型传感器阵列定义的多个区域的分布。对应角区的位置为：P(-1，1)、P(1，1)、P(1，-1)和P(-1，-1)。对应中间区的位置为：P(0，1)、P(1，0)、P(0，-1)和P(-1，0)。中心区的位置为P(0，0)。图9D示出了触摸了位置P(0，0)处的中间区。用户接口单元可以如下所示地确定该位置。由于触摸了该位置P(0，0)处的中间区，在该位置处的活动级是100％，而在所有其它位置处为0％。左上角的传感器元件(被称为“传感器X1”)捕获到：
对于传感器部分P(-1，1)：0*1.0
对于传感器部分P(0，1)：0*0.5
对于传感器部分P(-1，0)：0*0.5
对于传感器部分P(0，0)：100*0.25
因子1.0、0.5、0.5和0.25与图3C所示的不同区域的硬件加权因子相对应。因此，传感器X1的硬件加权捕获的活动级为：
(100*0.25)/(1+0.5+0.5+0.25)＝11
此外，作为该阵列的其它传感器元件的传感器X2、X3和X4还捕获为11的硬件加权活动级。位置计算可以是涉及软件加权函数，可以将该软件加权函数应用于对应传感器元件的硬件加权活动级。例如，现在可以如下所示地计算该位置：
X＝(-11+11+11-11)/(11+11+11+11)＝0
Y＝(11+11-11-11)/(11+11+11+11)＝0
图9E示出了由如图3B所示的电容型传感器阵列定义的多个区域的分布。对应角区的位置为：P(-1，1)，P(1，1)，P(1，-1)和P(-1，-1)。对应中间区的位置为：P(0，1)、P(1，0)、P(0，-1)和P(-1，0)。中心区的位置为P(0，0)。图9E示出了触摸在中间区和中心区之间的位置。用户接口单元可以如下所示地确定该位置。在位置P(-1，0)处的活动级是50％，在位置P(0，0)处的活动级是50％。在所有其它位置处为0％。左上角的传感器元件(被称为“传感器X1”)捕获到：
对于传感器部分P(-1，1)：0*1.0
对于传感器部分P(0，1)：0*0.5
对于传感器部分P(-1，0)：50*0.5
对于传感器部分P(0，0)：50*0.25
因子1.0、0.5、0.5和0.25与图3C所示的不同区域的硬件加权因子相对应。因此，传感器X1的硬件加权捕获的活动级为：
(50*0.5+50*0.25)/(1+0.5+0.5+0.25)＝17
此外，作为右上角和右下角的传感器元件的传感器X2和X3还捕获为6的硬件加权活动级，作为左下角传感器元件的传感器X4捕获为17的硬件加权活动级。位置计算可以涉及软件加权函数，可以将该软件加权函数应用于对应传感器元件的硬件加权活动级。例如，现在可以如下所示地计算该位置：
X＝(-17+6+6-17)/(17+6+6+17)＝-0.5
Y＝(17+6-6-17)/(17+6+6+17)＝0
如上所述，在参考图9B到9E所述的示例中，在位置计算中应用相对简单的软件加权。用简单的取整数示出位置计算。具体地，如下所示地执行位置计算执行：
X(@point)＝Sum(Wxi*CLi)i＝1 to 4/Sum(CLi)i＝1 to 4
Y(@point)＝Sum(Wyi*CLi)i＝1 to 4/Sum(CLi)i＝1 to 4
其中
Wxi＝传感器i的x位置加权因子
Wyi＝传感器i的y位置加权因子
Cli＝传感器i的捕获等级
图10示出了智能卡1000的其它示例实施例。智能卡1000包括具有例如图2和图5所示的四个传感器结构的用户接口单元1002。具有四个传感器结构的用户接口单元1002的典型应用可以是智能卡的键区或PIN-pad，例如用于在政府、银行或支付使用的情况下的用户认证目的。用户可以触摸在用户接口单元1002上的随后位置，以便例如输入PIN码。在通过人的手指进行触摸的情况下，可以向智能卡的安全元件传达所识别的触摸位置，用于PIN码解码和PIN码认证。
图11示出了智能卡1100的其它示意实施例。在这个实施例中，处理模块包括RFID模块，附加地，处理单元可以配备有光学或声学反馈指示器1102，通过该光学或声学反馈指示器1102，可以在输入数据期间提供用户引导和用户反馈。该实施例的使用情况可以例如是eID卡或高安全环境下的物理访问卡。
图12示出了智能卡1200的其它示例实施例。在这种实施例中，用户接口单元还可以是布置为接收确认或激活手势1202，例如，水平和/或对角的挥动，该手势可以激活智能卡的通信接口。例如，可以将这种机制用于安全的非接触型的银行卡以保护不受到不受欢迎的访问。智能卡1200可以附加地配备有位于内衬上的光学或声学反馈指示器1102，通过该光学或声学反馈指示器，可以在输入数据期间提供用户引导和用户反馈。将反馈指示器1102布置在内衬上向智能卡制造商提供了更多的灵活性，因为制造商可以决定该智能卡是否包括反馈指示器。
应注意，附图是示意性的。在不同附图中，用相同的附图标记来表示相同或相似的元件。此外，应注意，为了提供对示例实施例的详尽描述，可以不对落入本领域技术人员的公知常识范围内的实施细节进行描述。应认识到，在任何这种实现方案的研究中，由于在任何工程或设计项目中，必须进行大量的针对特定实现方案的决定，以便实现研究者的特定目标，诸如，符合相关系统和相关商业限制，可以将本发明从一个实现方案改变为另一个实现方案。此外，应认识到，尽管这种研究工作可能是复杂的并且是耗时的，但是仍然可以是本领域技术人员设计、制造和制作时采用的例程。
最终应认识到，本领域技术人员可以设计多种备选实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，位于括号之间的任何参考符号都不应被理解为对权利要求的限制。单词“包括”或“包括了”不排除与权利要求中列出的元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。元件之前的单词“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。可以以包括若干不同元件的硬件和/或以适当编程的处理器来实现权利要求中所引述的测量。在枚举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以通过同一硬件来实现。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施的事实并非表示不可以有利地使用这些措施的组合。
附图标记列表
100 用户接口单元
102a，102b，102c，102d 电容型传感器
104 可用区域
200 用户接口单元
202a，202b，202c，202d 电容型传感器
204a，204b，204c，204d 中间区
300 用户接口单元
302a，302b，302c，302d 传感器专用电极
304 公共电极
306 用户接口单元
308 用户接口单元
400 可用区域
500 用户接口单元
502a，502b，502c，502d 电容型传感器
600 智能卡
602 处理模块
604 天线
606a，606b，606c，606d 传感器专用信号线
606e 公共信号线
700 处理模块
702 子模块
704 子模块
706a，706b，706c，706d 传感器专用信号线
706e 公共信号线
708 光学反馈指示器
710a，710b 天线端子
800 处理模块
802 单个集成电路
902，904，906，908 扫描步骤
910 滤波和加权平均步骤
912 位置确定
914 总和采样器
916 采样寄存器
1000 智能卡
1002 用户接口单元
1100 智能卡
1102 反馈指示器
1200 智能卡
1202 确认或激活手势

Claims (13)

1.一种智能卡的用户接口单元，所述用户接口单元包括二维电容型传感器阵列，其中所述电容型传感器阵列包括角传感器元件的阵列，每个角传感器元件包括在它的区域上方的电容器，其中每个维度上相邻角传感器元件的对应电容器朝着彼此延伸，从而在它们之间限定了至少一个中间区，被所述对应电容器覆盖的每个中间区的面积具有对应固定比率；其中通过从相邻角传感器单元延伸的电容器的相互交叉的或者相互螺旋排列的第一电极来限定所述至少一个中间区。
2.根据权利要求1所述的用户接口单元，其中两个维度上的所述中间区在它们之间限定了至少一个中心区，来自每个角传感器元件的电容器以对应固定比率在每个对应中心区上方延伸。
3.根据权利要求1或2所述的用户接口单元，其中每个电容器具有第一电极和第二电极，其中所述第一电极仅用于包括对应电容器的传感器元件，所述第二电极是公共信号电极。
4.一种智能卡，包括上述任一权利要求所述的用户接口单元，所述智能卡还包括：处理单元，用于处理由用户接口单元产生的传感器信号；以及多个信号线，用于将来自所述用户接口单元的传感器信号传送到所述处理单元，其中电容器中的每一个与信号线之一相连，电容器中的每一个被布置为产生传感器信号之一，并通过所述信号线之一将所述传感器信号之一传送到所述处理单元。
5.根据权利要求4所述的智能卡，其中所述处理单元被布置为执行计算机程序，所述计算机程序将加权函数应用到由用户接口单元产生的传感器信号。
6.根据权利要求4或5所述的智能卡，所述智能卡还包括用于无线通信的无线通信模块和环路天线，其中所述无线通信模块包括集成天线跨接，所述集成天线跨接包括：无线通信模块的第一天线端子，位于天线环路的外部；以及无线通信模块的第二天线端子，位于天线环路的内部。
7.根据权利要求6所述的智能卡，其中所述处理单元和所述无线通信模块被包括在单片集成电路中。
8.根据权利要求6所述的智能卡，其中所述用户接口单元和所述环路天线被集成在单层印刷电路板中。
9.根据权利要求4所述的智能卡，所述智能卡还包括键区，所述键区与用户接口单元相交叠和/或与用户接口单元是一体化的。
10.根据权利要求4所述的智能卡，所述智能卡还包括用户反馈指示器，用于在基于触摸的用户输入过程中引导用户。
11.根据权利要求4所述的智能卡，所述用户接口单元被布置为接收基于触摸的用户输入，所述基于触摸的用户输入表示用于激活智能卡功能的手势。
12.根据权利要求4所述的智能卡，所述处理单元还被布置为通过经采样的传感器信号的流水线处理来执行上采样。
13.一种制造智能卡的用户接口单元的方法，所述方法包括：向用户接口单元提供二维电容型传感器阵列，向电容型传感器阵列提供角传感器元件的阵列，每个角传感器元件包括在它的区域上方的电容器，其中在每个维度上相邻角传感器元件的对应电容器朝着彼此延伸，从而在它们之间限定了至少一个中间区，被所述对应电容器覆盖的每个中间区的面积具有对应固定比率；其中通过从相邻角传感器单元延伸的电容器的相互交叉的或者相互螺旋排列的第一电极来限定所述至少一个中间区。
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