CN105740932B - 芯片卡 - Google Patents

芯片卡 Download PDF

Info

Publication number
CN105740932B
CN105740932B CN201511001151.XA CN201511001151A CN105740932B CN 105740932 B CN105740932 B CN 105740932B CN 201511001151 A CN201511001151 A CN 201511001151A CN 105740932 B CN105740932 B CN 105740932B
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
chip
chip card
amplifier
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201511001151.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105740932A (zh
Inventor
M·布克斯鲍姆
J·容司玛
S·兰佩特兹雷特
G·斯卡采尔
B·韦德尔
A·武尔勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Publication of CN105740932A publication Critical patent/CN105740932A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105740932B publication Critical patent/CN105740932B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs
    • G06K19/0726—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs the arrangement including a circuit for tuning the resonance frequency of an antenna on the record carrier
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
    • G06K19/07773—Antenna details
    • G06K19/07794—Antenna details the record carrier comprising a booster or auxiliary antenna in addition to the antenna connected directly to the integrated circuit

Abstract

根据一种实施方式描述一种芯片卡，所述芯片卡具有以下：芯片；天线；耦合结构，其设计用于将能量从所述天线传输到所述芯片上；控制元件，其设计用于根据所述芯片卡所经受的磁场的场强来控制所述天线的谐振频率、所述天线的品质因数和所述耦合结构的能量传输有效性中的至少一个。

Description

芯片卡
技术领域
本公开涉及一种芯片卡。
背景技术
如果无线地运行芯片卡，即在不通过读取装置电流接触的情况下，则通常通过由读取装置发射的电磁场给所述芯片卡供给用于运行芯片卡的功率。尽管值得期望的是给所述芯片卡的芯片供给足够功率以便能够实现其运行，但可能发生：给芯片供给过多功率，例如由于使芯片卡非常接近读取装置，从而面临芯片的过热。
发明内容
根据一种实施方式提出一种芯片卡，所述芯片卡具有以下：芯片；天线；耦合结构，其设计用于将能量从所述天线传输到所述芯片上；控制元件，其设计用于根据所述芯片卡所经受的磁场的场强来控制所述天线的谐振频率、所述天线的品质因数和所述耦合结构的能量传输有效性(Energie-übertragungswirksamkeit)中的至少一个。
附图说明
在附图中，相同的附图标记通常在不同视图中涉及相同部分。附图不一定是按比例的，其中，重点在于阐述本发明的基本思想。在下面的描述中，参考下面的附图描述不同的方面。附图示出：
图1示出芯片卡电路的等效电路图；
图2示出用于具有放大器天线的芯片卡的电路装置的等效电路图；
图3示出根据一种实施方式的芯片卡；
图4示出第一示意图和第二示意图，所述第一示意图根据磁场强度定性地示出芯片电流的特性，所述第二示意图根据磁场强度示出芯片电压的特性；
图5示出巨磁电阻效应；
图6示出材料的取决于温度的电阻特性；
图7示出具有用于改变电路的品质因数的控制元件的第一放大器天线电路和具有用于改变电路的谐振频率的控制元件的第二放大器天线电路；
图8示出一种装置，其中，芯片卡的芯片设置在放大器天线导体的区段上，从而芯片充当用于放大器天线导体区段的热源；
图9示出一种装置，其中，芯片卡的芯片设置在取决于温度的电阻元件上，从而芯片充当用于取决于温度的电阻元件的热源；
图10示出一个示意图，其具有一个曲线图，所述曲线图示出进行电压限制的元件的特性；
图11示出一个示意图，其具有第一曲线图和第二曲线图，所述第一曲线图对于第一谐振频率示出放大器天线电流与频率的相关性，所述第二曲线图对于第二谐振频率示出放大器天线电流与频率的相关性；
图12示出取决于电压的电阻；
图13更详细地示出图12中的电阻的烧结金属氧化物晶体的层；
图14示出具有进行电压限制的元件的放大器天线电路，所述进行电压限制的元件与耦合天线并联；
图15示出具有进行电压限制的元件的放大器天线电路，所述进行电压限制的元件与放大器天线电容器并联；
图16示出一种电路装置，其具有放大器天线电路和芯片模块天线电路，其中，芯片模块天线电路包括进行电压限制的元件，所述进行电压限制的元件设置用于短接芯片模块天线的一部分；
图17示出一种电路装置，其具有放大器天线电路和芯片模块天线电路，其中，芯片模块天线电路包括进行电压限制的元件，所述进行电压限制的元件设置用于短接芯片模块天线；
图18示出一个示意图，其示出铁氧体的特性；
图19示出一个示意图，其具有一个曲线图，所述曲线图示出磁滞，铁氧体的磁导率根据所述磁滞随磁场强度发生变化；
图20示出一个示意图，其具有一个曲线图，所述曲线图根据其温度示出铁氧体的磁导率的特性；
图21示出一种电路装置，其具有放大器天线电路和芯片模块天线电路，其中，放大器天线电路包括具有铁氧体芯的耦合天线；
图22示出一种电路装置，其具有放大器天线电路和芯片模块天线电路，其中，放大器天线电路包括具有铁氧体芯的测量天线；以及
图23示出根据CoM架构的芯片模块的俯视图和剖视图。
具体实施方式
下面的详细描述涉及附图，其中，为了进行图解，示出了本公开的具体细节和方面，其中，可以实现本发明。可以应用其他方面并且可以进行结构上的、逻辑上的和电方面的改变，而不偏离本发明的保护范围。本公开的不同方面应不相互排斥，因为本公开的一些方面可以与本公开的一个或多个其他方面可以进行组合，以便构成新的方面。
可以通过向芯片卡的芯片馈电的电压向非接触式芯片卡馈电，所述电压在芯片卡上的、与芯片(电流)连接的天线线圈中感生，其方式是，使天线线圈经受通过读取装置产生的交变磁场。通过这种方式，由于向芯片供以功率，芯片的自发热的量值直接与磁场强度相关联：场强越高，则感应电压越高并且因此芯片的电流消耗越高，自发热相应地越高。如果芯片卡的芯片的温度超过一个确定的极限，则集成温度传感器通常停用芯片的运行，直至温度又落到所述极限以下。
例如将芯片电压调节到一个确定的值上，其方式是，相应地调节集成到芯片中的分流电阻，如在图1中示出的那样。
图1示出芯片卡电路100的等效电路图。
电路100包括交流电压源101、电感器102、第一电阻103和第一电容器104，它们并联连接并且建模芯片卡天线和通过芯片卡天线给芯片卡供给的功率。建模芯片的输入电容的第二电容器105和(取决于芯片的分流电阻地)建模芯片的电阻的第二电阻106与第一电容器104并联连接。
芯片的分流电阻的值直接影响由芯片卡天线和芯片组成的谐振回路的品质因数并且因此也对电路的、由于感应电压而出现的电流产生影响。可供使用的(电)磁场强度(其例如通过芯片卡读取器提供)越高并且因此感应电压越高，则越显著地减小分流电阻并且因此越显著地减小谐振回路的品质因数。与此相应地，随着磁场强度增大，谐振回路的电流不如感应电压那样显著地增大。换言之，芯片自身能够控制由芯片卡天线的天线线圈所承载的电流。因此，在当前的、在其中芯片与天线线圈电流连接的芯片卡系统中，可以考虑温度极限不是问题。
与如在图1中示出的芯片卡不同，在以下芯片卡的情形中芯片的与温度相关的停用可能是问题：所述芯片卡使用线圈模块技术(Spule-auf-einem-Modul-Technologie)，即芯片卡具有专用芯片模块，所述专用芯片模块与所谓的放大器天线(Booster-Antenne：增强器天线)感应式耦合。芯片模块包含芯片和具有模块大小的小的天线线圈，所述天线线圈与芯片电流连接。放大器天线电路集成到芯片卡本体中并且基本上由串联连接中的两个电感器组成。一个电感器(其也称作放大器天线)用于实现芯片卡和读取装置之间的感应式耦合。其面积通常等于典型的芯片卡天线的面积(例如芯片卡的天线线圈的面积，如在图1中示出的那样)。第二电感器(称作耦合天线)的面积大致等于芯片模块的大小并且用于产生放大器天线电路与芯片模块天线电路之间的磁耦合。
图2示出用于具有放大器天线的芯片卡的电路装置200的等效电路图。
电路装置200包括放大器天线电路201和芯片模块天线电路202。
芯片模块天线电路202类似于电路100地包括第一电感器203、第一电阻204和第一电容器205，它们在电路中相互连接并且建模芯片模块天线。建模芯片的电容的第二电容器206和建模芯片的电阻的第二电阻207与第一电容器205并联连接。
放大器天线电路201包括交流电压源208、第二电感器209、第三电阻210、第三电容器211和第三电感器212，它们串联连接。第二电感器209建模放大器天线的电感，并且交流电压源208建模在放大器天线中感应的电压。第三电感器建模用于将放大器天线电路201与芯片模块天线电路202、即耦合天线进行耦合的电感。放大器天线电路201的阻性部件和容性部件组合成第三电阻210和第三电容器211。
如可以看出的那样，芯片在图2中示出的感应式耦合的芯片卡系统的情形中影响由模块天线和芯片组成的谐振回路的品质因数，然而放大器天线的品质因数和谐振频率(基本上)保持恒定。因此，随着磁场强度增大，在放大器天线中感应的电压可能不受限制地增大并且因此其电流可能不受限制地增大。与图1中示出的电流耦合的芯片卡系统不同，仅仅模块谐振回路的品质因数的减小通常不足以限制给芯片供给的功率。这导致在以下场强值的情况下芯片的取决于温度的停用：所述场强值比在电流耦合的系统的情形中低得多。
由所述问题可以得出涉及以下领域的限制：
·天线设计
·标准遵循(如ISO/IEC 14443、EMVCo等)
·系统稳健性
·系统使用寿命
·最小运行场强
下面描述以下实施方式，所述实施方式能够实现：限制在如参考图2描述的那样的具有放大器天线的感应式耦合的芯片卡中通过放大器天线从读取装置传输到芯片卡模块上的功率(以线圈模块芯片卡的方式)，并且所述实施方式相应地能够实现这样的芯片卡的芯片的自发热的限制。
图3示出根据一种实施方式的芯片卡300。
芯片卡300包括芯片301、天线302和耦合结构303，所述耦合结构设计用于将能量从所述天线302传输到所述芯片301。
芯片卡300还包括控制元件304，所述控制元件设计用于根据所述芯片卡所经受的磁场的场强控制所述天线的谐振频率、所述天线的品质因数和所述耦合结构的能量传输有效性中的至少一个。
换言之，根据一种实施方式，天线的谐振频率和/或品质因数和/或天线与芯片的耦合(例如在参考图2描述的系统中)动态地匹配于对芯片卡产生影响(例如通过读取器、即读取装置)的磁场强度或者换言之匹配于给芯片卡供给的能量(所述能量例如反映在芯片温度中)。这能够实现芯片卡模块的功率消耗关于可供使用的磁场强度的动态匹配/限制(例如与放大器天线的谐振频率和品质因数的静态匹配不同)。
应注意，“天线”可以理解为涉及天线线圈或换言之涉及线圈状的天线。
此外应注意，控制元件304可以根据芯片卡所经受的磁场的场强控制所述天线的谐振频率、所述天线的品质因数和耦合结构的能量传输有效性中的恰好一个或多个。
这例如在线圈模块双接口芯片卡、即具有非接触式的接口和基于接触的接口的芯片卡的情形中能够实现：避免有关标准规范(ISO/IEC 14443、EMVCo)的损耗。
此外，在以线圈模块技术制造的仅仅非接触式的芯片卡——所述芯片卡不具有基于接触的接口并且具有完全嵌入到卡本体中的模块——的情形中可以实现重要相关的标准的遵循。
天线例如通过所述耦合结构与所述芯片电流耦合。换言之，耦合结构例如是电流连接。
控制元件例如设计用于随着磁场的场强增大在所述磁场的场强的一个阈值以上使天线的谐振频率偏离预给定的系统频率。
控制元件也可以设计用于随着所述磁场的场强增大在所述磁场的场强的一个阈值以上减小天线的品质因数。
根据一种实施方式，所述天线是放大器天线，所述芯片卡包括芯片模块天线电路，所述芯片模块天线电路包括所述芯片和芯片模块天线，所述芯片卡包括放大器天线电路，所述放大器天线电路包括所述放大器天线和耦合天线，所述耦合天线与所述芯片模块天线感应式耦合，所述放大器天线电路构成谐振回路，并且所述控制元件设计用于根据所述芯片卡所经受的磁场的场强来控制所述放大器天线电路的谐振频率、所述放大器天线电路的品质因数和在所述放大器天线电路与所述芯片模块天线电路之间的感应式耦合中的至少一个。换言之，根据一种实施方式，耦合结构包括芯片模块天线，所述芯片模块天线与放大器天线电路的耦合天线感应式耦合。在这种情形中，耦合结构的能量传输有效性可以视为芯片模块天线与耦合天线之间的感应式耦合(例如互感)的有效性。
根据一种实施方式，控制元件设计用于根据磁场的场强来控制所述耦合天线与所述芯片模块天线的互感。
例如，控制元件设计用于随着磁场的场强增大在所述磁场的场强的一个阈值以上减小耦合天线与芯片模块天线的互感。
换言之，当磁场强度增大时，如果所述磁场强度已经达到一个确定的范围、即已经超过一个确定的阈值，则控制元件可以减小放大器天线电路的谐振频率和/或品质因数和/或耦合天线与芯片模块天线的互感。
控制元件例如是可变电阻(其例如设置在放大器天线电路中)。
所述可变电阻例如是以下电阻：所述电阻的电阻值取决于所述电阻所经受的磁场的场强。
所述可变电阻例如可以包括以下结构：所述结构显示巨磁电阻效应。
根据一种实施方式，所述可变电阻设置成与所述芯片物理接触，以便通过芯片加热。
所述控制元件也可以是进行电压限制的元件(其例如设置在放大器天线电路或芯片模块天线电路中)。
所述控制元件例如是进行电压限制的元件，其设置用于短接耦合天线的或芯片模块天线的至少一部分。
所述进行电压限制的元件例如是具有非线性的、取决于电压的电阻的元件。
所述进行电压限制的元件包括二极管或变阻器(Varistor)。
根据一种实施方式，所述控制元件是耦合天线的铁氧体芯。
根据一种实施方式，所述放大器天线电路还包括测量天线并且所述控制元件是所述测量天线的铁氧体芯。
下面更详细地参考具有在图2和3中示出的结构的芯片卡描述实施方式。
根据不同的实施方式，为了防止芯片卡的芯片由于过强的自发热而通过内部温度传感器停用其非接触式功能，尝试限制给芯片供给的功率，其方式是，引入动态的功率限制(控制)元件，所述功率限制(控制)元件或者直接集成到放大器天线、放大器天线嵌件或放大器天线芯中或者除芯片的分流电阻以外附加地实现在芯片模块上。所述控制元件例如设计用于根据所述芯片卡所经受的(例如提供给读取器的磁场的)磁场强度动态地影响在放大器天线中或在芯片模块的谐振回路中的感应电压和/或感应电流。一旦磁场强度超过特定的预定义的值并且因此在放大器天线和芯片模块天线中感应的电压超过所述特定的预定义的值，则功率限制例如开始起作用。
图4示意性地示出，如果这样的功率限制元件用在芯片卡系统中，则如何影响给芯片供给的功率的特性。
图4示出第一示意图401和第二示意图402，所述第一示意图根据磁场强度示出芯片电流的特性，所述第二示意图根据磁场强度示出芯片电压的特性。
磁场强度沿着各自的水平轴线403、405从左向右增大，并且芯片电流IChip(如在图2中示出地定义)和芯片电压UChip(如在图2中示出地定义)沿着各自的竖直轴线404、406从下向上增大。
如可以看出的那样，在所述示例中在确定的磁场强度407处控制元件的作用开始，并且芯片电流和芯片电压的增大随着磁场强度减小，即在示意图401、402中示出的曲线图的梯度减小。根据不同的实施方式，控制元件引入电压的和/或电流的取决于场强的限制，例如在第一示意图401(电流限制)中和在第二示意图402(电压限制)中示出的那样。因为不仅放大器天线电路而且芯片模块天线与芯片组合地(即芯片模块天线电路)是谐振回路，所以这样的限制的实现可以基于谐振回路的电流的动态衰减和/或通过其谐振频率的偏移来实现。
下面给出用于实现控制元件的示例，如先前所述的那样。
a)可匹配的/经匹配的电阻作为控制元件
根据可调节的/经调节的电阻如何作为控制元件集成，所述电阻可以改变放大器天线电路的谐振频率或品质因数。
在使用特定材料结构的情况下可以实现可匹配的电阻，所述电阻相应于磁场或者电流地匹配其电阻值。这样的材料结构可以或者作为与放大器天线线圈连接的独立元件(即以SMD(表面装配器件)类型的装置的形式)或者作为集成到放大器天线嵌件中的元件或者作为特定结构化的材料实现，所述材料用作用于放大器天线嵌件的或芯片模块的衬底。
这样的控制元件例如可以由使用巨磁电阻效应的结构组成，如在图5中示出的那样。
图5示出巨磁电阻(GMR)效应。
第一示意图501示出显示巨磁电阻效应的结构的电阻(从下向上沿着第一竖直轴线503增大)，而第二示意图502示出所述结构根据磁场强度的磁化(从下向上沿着第二竖直轴线504增大)，所述磁场强度从左向右沿着各自的(相应的)水平轴线505增大。
所述结构例如具有人工生长的磁多层，其中，主要组成部分由两个磁层(例如由Co制成)组成，所述两个磁层通过一个非磁间距层(例如由Cu制成)分离，其中，在这种情形中涉及Co/Cu/Co夹层结构。可以看出，GMR效应利用以下事实：电阻取决于两个磁层的磁矩是平行的(如通过块506示出的那样，所述块示出在电阻低的情况下磁场强度的状态)还是反向平行的(如通过块507示出的那样，其中，示出在电阻高的情况下磁场强度的状态)。
材料的电阻值的温度相关性也可以用于实现控制元件，如先前描述的那样。在这种情形中，芯片的温度也可以用于加热天线的导体、热敏电阻或双金属元件。
图6示出材料的取决于温度的电阻特性。
第一示意图601示出铜的电阻(从下向上沿着竖直轴线603增大)，其中，所述电阻随着温度(从左向右沿着第一水平轴线604增大)而增大。
第二示意图602示出第一曲线图605和第二曲线图606，所述第一曲线图根据具有负温度系数的材料的温度(从左向右沿着第二水平轴线608增大)示出电阻的特性(从下向上沿着第二竖直轴线607增大)，所述第二曲线图根据具有正温度系数的材料的温度示出电阻的特性。
图7示出具有用于改变电路的品质因数的控制元件703的第一放大器天线电路701和具有用于改变电路的谐振频率的控制元件704的第二放大器天线电路702。
两个电路701、702相应于放大器天线电路201并且相应地具有交流电压源705、706、第一电感器707、708、电阻709、710、电容器711、712和第二电感器713、714。
与放大器天线电路201不同，第一放大器天线电路701包括取决于磁场的电阻的形式的控制元件703，所述电阻设置在交流电压源705与第一电感器707之间，所述控制元件根据控制元件所经受的磁场强度改变第一放大器天线电路201的品质因数。
与放大器天线电路201不同，第二放大器天线电路702包括取决于磁场的电阻的形式的控制元件704，所述电阻与第二电感器714并联地设置，所述控制元件根据所述控制元件所经受的磁场强度改变第二放大器天线电路201的品质因数。附加地，减小流过第二电感器714的电流，其方式是，通过所述控制元件使电流改路(umleiten)。因此，也减小在芯片模块天线中感应的电压并且因此也减小在其上传输的功率。
如先前已经提及的那样，不仅可以如在图7中示出的那样通过取决于磁场的电阻而且可以通过取决于温度的电阻来实现用于动态地改变放大器天线电路的谐振频率、品质因数或也用于动态地衰减放大器天线电路的电流的控制元件。
图8示出一种装置800，其中，芯片卡的芯片801设置在放大器天线导体802的区段上，从而芯片充当用于放大器天线导体区段802的热源。例如，多个线圈(如在图2中示出的那样)中的每一个的并行区段设置在芯片下方，并且这些区段由具有取决于温度的特性的材料组成，从而例如放大器天线的品质因数类似于第一放大器天线电路701根据芯片温度发生变化。
图9示出一种装置900，其中，芯片卡的芯片901设置在取决于温度的电阻元件902上，从而芯片充当用于取决于温度的电阻元件902的热源。取决于温度的电阻元件902可以通过连接903例如如同在第一放大器天线电路701的情形中那样串联地或者如同在第二放大器天线电路702的情形中那样例如与第二电感器714并联地连接到放大器天线电路中。
b)进行电压限制的元件作为控制元件
进行电压限制的元件也可以用作控制元件，例如应用在放大器天线电路和/或芯片模块天线电路中，以便改变放大器天线电路的谐振回路的谐振频率和/或品质因数以及在所述放大器天线电路与所述芯片模块天线电路之间的耦合，和/或，以便衰减这些电路之一中的电流。这例如可以通过电流改路来实现。如果例如放大器天线电路的耦合线圈(即图2中的示图中的第二电感器212)通过这样的元件短接，则在芯片模块天线中感应的电压减小。该效应也可以通过所述元件在芯片模块天线电路中的相应设置来实现。
图10示出一个示意图1000，其具有曲线图1001，所述曲线图示出进行电压限制的元件的特性。
电压从左向右沿着水平轴线1002增大，而电流从下向上沿着竖直轴线1003增大。
进行电压限制的元件例如可以作为控制元件来设置，以便短接放大器天线的电容器，或者可以作为放大器天线的电感器的一部分来设置，以便使放大器天线的谐振频率相对于读取器的传输频率偏移，以便减小由在放大器天线中感应的电压产生的电流，如在图11中示出的那样。
图11示出一个示意图1100，其具有第一曲线图1101和第二曲线图1102，所述第一曲线图对于第一谐振频率示出放大器天线电流(从下向上沿着竖直轴线1103增大)与频率(从左向右沿着水平轴线1104增大)的相关性，所述第二曲线图对于第二谐振频率示出放大器天线电流与频率的相关性。
第一曲线图1101例如相应于以下情形：在所述情形中，放大器天线电路的谐振频率调谐到系统频率1105上，即读取器传输功率所在的频率上(例如13.56MHz)，这导致在放大器天线电路中感应大的电流。例如，控制元件设计用于当所述电流过高时(例如在磁场强度增大的情况下，如果所述磁场强度已经超过一个确定的阈值)偏移谐振频率，从而感应电流遵循第二曲线图1102的特性并且感应电流减小。
可以使用一个变阻器或者一个或多个二极管(例如两个反向并行连接的二极管)作为进行电压限制的控制元件。进行电压限制的元件——如二极管或变阻器通常由分层的结构组成，其导电率取决于所施加的电压。这样的结构可以或者作为分离装置集成到放大器天线、芯片模块天线或耦合天线中，但所述结构也可以应用在衬底材料的结构内，所述衬底材料用于制造放大器天线嵌件或者芯片模块。
图12示出压敏电阻(VDR)1200。
压敏电阻1200包括由两个并联的电极1202之间的烧结金属氧化物晶体1201制成的层，所述两个并联的电极与引线接通，所述引线从涂层1204引出，所述涂层包围电极和烧结金属氧化物晶体1201的层。
图13更详细地示出烧结金属氧化物晶体1201的层。
烧结金属氧化物晶体的层包括金属氧化物晶体1301，所述金属氧化物晶体通过晶体分离部1302分离。层120相应地构成微变阻器1303，其具有非线性的、取决于电压的电阻，如通过示意图1304示出的那样。
下面给出这样的进行电压限制的元件可以如何集成到放大器天线电路或模块谐振回路中的示例。
图14示出具有进行电压限制的元件的放大器天线电路1400，所述进行电压限制的元件与耦合天线并联。
放大器电路1400相应于放大器天线电路201并且相应地具有交流电压源1401、第一电感器1402、电阻1403、电容器1404和第二电感器1405。
与放大器天线电路201不同，进行电压限制的元件1406与第二电感器1405并联地设置。
图15示出具有进行电压限制的元件的放大器天线电路1500，所述进行电压限制的元件与放大器天线电容器并联。
放大器电路1500相应于放大器天线电路201并且相应地具有交流电压源1501、第一电感器1502、电阻1503、电容器1504和第二电感器1505。
与放大器天线电路201不同，进行电压限制的元件1506与电容器1504并联地设置。
图16示出电路装置1600，其具有放大器天线电路1601和芯片模块天线电路1602，其中，芯片模块天线电路1602包括进行电压限制的元件，所述进行电压限制的元件设置用于短接芯片模块天线的一部分。
放大器天线1601相应于放大器天线电路201，并且芯片模块天线电路1602相应于芯片模块天线电路202。
与芯片模块天线电路202不同，建模芯片模块天线的电感的电感器分成第一电感器1603和第二电感器1604，所述第二电感器连接在第一电感器1603和电阻1605(相应于电阻204)之间，并且进行电压限制的元件1606与第二电感器1604并且与电阻1605并联连接。
图17示出一种电路装置1700，其具有放大器天线电路1701和芯片模块天线电路1702，其中，芯片模块天线电路1702包括进行电压限制的元件，所述进行电压限制的元件设置用于短接芯片模块天线。
放大器天线1701相应于放大器天线电路201，并且芯片模块天线电路1702相应于芯片模块天线电路202。与此相应地，芯片模块天线电路202包括电感器1703、电阻1704、1707和电容器1705、1706。
与芯片模块天线电路202不同，芯片模块天线电路1702包括进行电压限制的元件1708，其与电感器1704并且与电阻1705并联地设置。
c)使用铁氧体的饱和与温度相关性用于控制元件
图18示出一个示意图1800，其示出铁氧体的特性。
如第一曲线图1801所示的那样，铁氧体的磁导率μr(从下向上沿着竖直轴线1803增大)具有与铁氧体所经受的磁场强度H(从左向右沿着水平轴线1804增大)的非线性相关性。
如第二曲线图1802所示的那样，磁通量密度B(从下向上沿着竖直轴线1803增大)在磁场强度较高的情况下饱和。所述效应等于磁导率的变化。因为包括铁氧体(例如铁氧体芯)的放大器天线的电感L与磁导率成比例，所以这意味着在高磁场强度的情况下放大器天线电路的电感值发生变化并且因此谐振频率发生变化。在谐振频率的变化导致(例如读取器的)能量传输频率偏移的情形中，由放大器天线消耗更少能量。因为感应电压和几何电感值保持不变，所以铁氧体的添加根据以下公式以等于铁氧体的相对磁导率的因数提高了通量密度：
B＝μrμ0H
H＝N*I(其中，N是天线匝数，I是天线电流)
L～N∧2μrμ0
铁氧体的磁化相应于反映铁氧体的材料特性的磁滞曲线。相应地，如果使铁氧体经受交变磁场，则铁氧体的磁导率相应于其磁滞曲线发生变化。无疑，相应地改变具有铁氧体芯的天线线圈的电感。
图19示出一个示意图1900，其具有曲线图1901，所述曲线图示出磁滞，相应于所述磁滞，磁导率(从下向上沿着竖直轴线1902增大)随磁场强度(从左向右沿着水平轴线1903增大)发生变化。
附加地，铁氧体的特性也取决于其温度。因此，可以将通过芯片的自发热的使用引起的变化用于加热铁氧体元件(类似于参考图9和10描述的那样)。
图20示出一个示意图2000，其具有曲线图2001，所述曲线图根据其温度(从左向右沿着水平轴线2003增大)示出铁氧体的磁导率(从下向上沿着竖直轴线2002增大)的特性。
铁氧体的特性取决于温度并且取决于磁场的事实可以用于失谐放大器天线。例如，合适的铁氧体可以设置在放大器天线的耦合线圈(即耦合天线的线圈)中或专用的所谓测量天线的线圈中，所述测量天线集成到放大器天线电路中。一旦铁氧体的相对磁导率由于饱和或由于温度而改变，则耦合天线的电感Lb,c或测量天线的电感LMess发生变化，并且各自的天线的谐振频率相应地偏移，并且由感应式耦合的芯片模块天线消耗更少能量和/或更少能量传输到所述芯片模块天线上。
图21示出一种电路装置2100，其具有放大器天线电路2101和芯片模块天线电路2102，其中，放大器天线电路2101包括具有铁氧体芯2104的耦合天线2103用于耦合放大器天线电路2101与芯片模块天线电路2102。
放大器天线电路2101还包括放大器天线2105和与耦合天线2103连接的电容器2106，从而它们与耦合天线2103构成串联电路。
芯片模块天线电路2102例如相应于线圈模块(CoM)架构地构造并且包括芯片模块天线2107，所述芯片模块天线与芯片卡芯片2108连接。
放大器天线电路2101的电感作为放大器天线2105的电感与耦合天线2103的电感的总和给定。
图22示出一种电路装置2200，其具有放大器天线电路2201和芯片模块天线电路2202，其中，放大器天线电路2201包括具有铁氧体芯2204的测量天线2203。
放大器天线电路2201还包括放大器天线2205、电容器2206和耦合天线2207，它们与测量天线2203连接，从而它们与测量天线2203构成串联电路。
芯片模块天线电路2202例如相应于线圈模块(CoM)架构地构造并且包括芯片模块天线2208，所述芯片模块天线与芯片卡芯片2209连接。
放大器天线电路2201的电感作为放大器天线2205的电感、耦合天线2207的电感和测量天线2203的电感的总和给定。
图23示出相应于CoM架构的芯片模块2303的俯视图2301和剖视图2302，所述芯片模块具有芯片2304和芯片模块天线2305。
耦合线圈2306围绕芯片模块2303设置在芯片卡2308中并且稍微设置在其上方。耦合线圈2306包围铁氧体芯2307，所述铁氧体芯设置在芯片模块2303上方。
尽管描述了特定的方面，但本领域技术人员应理解，可以在形状和细节上进行不同的改变，而不背离本公开的各方面的思想和保护范围，如通过所附权利要求限定的那样。相应地，保护范围通过所附权利要求说明，并且处于权利要求的含义和等同范围内的所有变化因此应包括在内。

Claims (16)

1.一种芯片卡，所述芯片卡具有以下：
芯片；
天线；
耦合结构，其设计用于将能量从所述天线传输到所述芯片上；以及
控制元件，其设计用于根据所述芯片卡所经受的磁场的场强来控制所述天线的谐振频率、所述天线的品质因数和所述耦合结构的能量传输有效性中的至少一个，
其中，所述控制元件设计用于随着所述磁场的场强增大在所述磁场的场强的一个阈值以上使所述天线的谐振频率偏离预给定的系统频率。
2.根据权利要求1所述的芯片卡，其中，所述天线通过所述耦合结构与所述芯片电流耦合。
3.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其中，所述控制元件设计用于随着所述磁场的场强增大在所述磁场的场强的一个阈值以上减小所述天线的品质因数。
4.根据权利要求1或2所述的芯片卡，其中，
所述天线是放大器天线，
所述芯片卡具有芯片模块天线电路，所述芯片模块天线电路具有所述芯片和芯片模块天线，
所述芯片卡具有放大器天线电路，所述放大器天线电路具有所述放大器天线和耦合天线，所述耦合天线与所述芯片模块天线感应式耦合，其中，所述放大器天线电路构成谐振回路，
其中，所述控制元件设计用于根据所述芯片卡所经受的磁场的场强来控制所述放大器天线电路的谐振频率、所述放大器天线电路的品质因数和在所述放大器天线电路与所述芯片模块天线电路之间的感应式耦合中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的芯片卡，其中，所述控制元件设计用于根据所述磁场的场强来控制所述耦合天线与所述芯片模块天线的互感。
6.根据权利要求5所述的芯片卡，其中，所述控制元件设计用于随着所述磁场的场强增大在所述磁场的场强的一个阈值以上减小所述耦合天线与所述芯片模块天线的互感。
7.根据权利要求1至2、5至6中任一项所述的芯片卡，其中，所述控制元件是可变电阻。
8.根据权利要求7所述的芯片卡，其中，所述可变电阻是以下电阻：所述电阻的电阻值取决于所述电阻所经受的磁场的场强。
9.根据权利要求8所述的芯片卡，其中，所述可变电阻具有以下结构：所述结构显示巨磁电阻效应。
10.根据权利要求7所述的芯片卡，其中，所述可变电阻设置成与所述芯片物理接触，以便通过所述芯片加热。
11.根据权利要求1至2、5至6、8至10中任一项所述的芯片卡，其中，所述控制元件是进行电压限制的元件。
12.根据权利要求4所述的芯片卡，其中，控制元件是设置用于短接所述耦合天线的或所述芯片模块天线的至少一部分的进行电压限制的元件。
13.根据权利要求11所述的芯片卡，其中，所述进行电压限制的元件是具有非线性的、取决于电压的电阻的元件。
14.根据权利要求11所述的芯片卡，其中，所述进行电压限制的元件具有二极管或变阻器。
15.根据权利要求5或6所述的芯片卡，其中，所述控制元件是所述耦合天线的铁氧体芯。
16.根据权利要求5或6所述的芯片卡，其中，所述放大器天线电路还具有测量天线并且所述控制元件是所述测量天线的铁氧体芯。
CN201511001151.XA 2014-12-29 2015-12-28 芯片卡 Active CN105740932B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014119663.5 2014-12-29
DE102014119663.5A DE102014119663A1 (de) 2014-12-29 2014-12-29 Chipkarte

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105740932A CN105740932A (zh) 2016-07-06
CN105740932B true CN105740932B (zh) 2019-01-29

Family

ID=56116920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201511001151.XA Active CN105740932B (zh) 2014-12-29 2015-12-28 芯片卡

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9984321B2 (zh)
CN (1) CN105740932B (zh)
DE (1) DE102014119663A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6370173B2 (ja) * 2014-09-03 2018-08-08 日本電産サンキョー株式会社 Ｍｒセンサおよびカードリーダ
JP2016189055A (ja) * 2015-03-30 2016-11-04 日本電産サンキョー株式会社 カードリーダ
JP6658607B2 (ja) * 2017-02-22 2020-03-04 オムロン株式会社 製品の製造方法、外装部品およびアンテナパターン選択装置
DE102018132433A1 (de) 2018-12-17 2020-06-18 Bundesdruckerei Gmbh Zugangskontrollvorrichtung und Verfahren zur Überprüfung einer Zugangsanfrage in einer Zugangskontrollvorrichtung
CN110647969A (zh) * 2019-09-19 2020-01-03 重庆京东方智慧电子系统有限公司 电子标签及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1178407A (zh) * 1996-09-13 1998-04-08 株式会社日立制作所 功率发射系统、ic卡和利用ic卡的信息通信系统
JP2001160122A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Hitachi Ltd 非接触ｉｃカード
JP2006340085A (ja) * 2005-06-02 2006-12-14 Toshiba Corp 無線通信媒体処理システム、無線通信媒体および無線通信装置
JP2011227668A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Toppan Printing Co Ltd 偽変造防止用ｉｃラベル
CN203217613U (zh) * 2013-04-19 2013-09-25 浙江师范大学 一种uhf rfid无源标签芯片的电源电路

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5724030A (en) * 1994-10-13 1998-03-03 Bio Medic Data Systems, Inc. System monitoring reprogrammable implantable transponder
JP4286977B2 (ja) * 1999-07-02 2009-07-01 大日本印刷株式会社 非接触型ｉｃカードとそのアンテナ特性調整方法
JP2001357369A (ja) * 2000-06-13 2001-12-26 Denso Corp Ｉｃカード等搭載用のｉｃチップ
DE102011056323A1 (de) * 2011-12-13 2013-06-13 Infineon Technologies Ag Booster-Antennenstruktur für eine Chipkarte
US20140042230A1 (en) * 2012-08-09 2014-02-13 Infineon Technologies Ag Chip card module with separate antenna and chip card inlay using same
US20140084070A1 (en) * 2012-09-25 2014-03-27 Infineon Technologies Ag Chip card and method for manufacturing a chip card

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1178407A (zh) * 1996-09-13 1998-04-08 株式会社日立制作所 功率发射系统、ic卡和利用ic卡的信息通信系统
JP2001160122A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Hitachi Ltd 非接触ｉｃカード
JP2006340085A (ja) * 2005-06-02 2006-12-14 Toshiba Corp 無線通信媒体処理システム、無線通信媒体および無線通信装置
JP2011227668A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Toppan Printing Co Ltd 偽変造防止用ｉｃラベル
CN203217613U (zh) * 2013-04-19 2013-09-25 浙江师范大学 一种uhf rfid无源标签芯片的电源电路

Also Published As

Publication number Publication date
US9984321B2 (en) 2018-05-29
US20160189024A1 (en) 2016-06-30
CN105740932A (zh) 2016-07-06
DE102014119663A1 (de) 2016-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105740932B (zh) 芯片卡
Lee et al. NFC antenna design for low-permeability ferromagnetic material
US8686684B2 (en) Magnetic inductive charging with low far fields
US8378911B2 (en) Electronic entity with magnetic antenna
US8698690B2 (en) Electronic entity with magnetic antenna
Ghovanloo et al. An integrated full-wave CMOS rectifier with built-in back telemetry for RFID and implantable biomedical applications
US11101848B2 (en) Wireless power transmission system utilizing multiple transmission antennas with common electronics
Zhang et al. Employing load coils for multiple loads of resonant wireless power transfer
JP2012090374A5 (zh)
US20230079549A1 (en) Systems and methods for wireless power and data transfer utilizing multiple antenna receivers
KR20140082801A (ko) 무선 주파수 식별 회로를 위한 안테나 인터페이스
JP2009278837A (ja) 誘導電力伝送システム
WO2017054666A1 (zh) 感应线圈结构及无线充电装置
US20240030752A1 (en) Segmented Shielding for Wide Area Wireless Power Transmitter
CN102013556A (zh) 天线及具有该天线的装置
CN201868561U (zh) 天线及具有该天线的装置
CN201868563U (zh) 天线及具有该天线的装置
US11341391B2 (en) Data carrier having two oscillating circuits
Kuzmin et al. Experimental investigation of metasurface-based resonator for one-to-many wireless power transfer systems in the presence of foreign objects
KR101477408B1 (ko) 코어를 포함하는 코일 시트 및 이를 포함하는 무접점 전력 전송 장치
Wielandt et al. Influence of shielding materials on coil characteristics in inductive wireless power systems
CN101295574A (zh) 电感元件
Wielandt et al. Influence of magnetic design choices on the quality factor of off-the-shelf wireless power transmitter and receiver coils
Potočný et al. A 200 MHz RF wireless power transfer receiver for implantable medical devices fully integrated in 130 nm CMOS
CN102013557A (zh) 天线及具有该天线的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant