CN106104644A - 用于在电感非接触式移动支付系统中基本上减少死区的发射机和方法 - Google Patents

Abstract

描述生成将被读取器读取的信号的发射机。发射机包括驱动器电路；以及连接到驱动器电路的至少两个电感器。驱动器电路控制电流通过电感器并且电流导致信号，使得对于可以具有至少一个零点区域的电感器中的每一个信号强度高于读取器的检测极限。另外地，电感器被定位为使得电感器的零点区域不重叠。

Description

用于在电感非接触式移动支付系统中基本上减少死区的发射 机和方法

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月20日提交的第14/627,958号美国专利申请的权益，该美国专利申请要求于2015年1月14日提交的第62/103,237号美国临时专利申请的权益，其内容通过整体引用被合并于此。

背景技术

已经主要通过相对磁条读取器(MSR)滑动磁条卡片来进行磁条数据的传输以使得能够进行支付、识别(ID)和访问控制功能。智能电话和平板机上的移动钱包应用利用MSR已经具有与现有的商业销售点(POS)设备或其他设备交互的困难。具有非接触式读取器能力的POS终端(典型地例如使用ISO-14443标准)并非普遍存在来接受非接触式或近场通信(NFC)支付。仅仅为了与NFC电话或像条形码那样的其他传输手段进行交互而替换仅仅接受磁条卡片的数百万商业POS设备(或门锁)，将会是昂贵的并且会花费时间。

近年来，已经开发了包括磁条捕捉、存储和传输设备的设备、系统和方法，其与移动钱包应用结合使用来在物理和虚拟环境中捕捉、存储并且向商业传统销售点(POS)终端和具有磁条读取器(MSR)的其他设备或结账离开系统传送磁条卡数据。这些系统提供用于消费者的便利的支付体验、用于商业的安全事务，并且在某些情况下为了诚信、识别(ID)，或者访问控制的目的而提供将被传送到MSR的附加的数据。

用于安全地捕捉、存储和传送磁条支付卡数据的由马萨诸塞州、伯林顿的LoopPayInc开发的一种系统包括移动通信设备和移动式应用以及磁条运输电子狗。磁条运输电子狗包括微处理器、包括驱动器和能够生成改变的磁场的电感器的磁场发射机、电池、充电电路、磁条读取器(MSR)、存储器装置或安全元件、音频插孔接口，以及通信接口(例如USB接口、30pin或9pin苹果接口、蓝牙接口，等等)，其与消费者移动设备和钱包应用结合工作以用于在物理和虚拟环境中捕捉磁条卡数据、安全地存储数据，并且将这样的数据传送到商业销售点(POS)或结账离开系统。

磁性安全传输(MST)技术从30至40mm的距离将模拟磁条数据磁性地耦合到POS磁条读取器(MSR)101。通过驱动交变极性电流通过适当设计的电感器来生成交变极性磁场102。包含电感器的MSR头拾取磁脉冲并且将它们转换为电压脉冲，该电压脉冲进而被读取器电路和终端逻辑解码。在图1中示意地示出这一点。

然而，在现实生活中，包括NFC电感器在内的电感器不具有各向同性场。平面电感器例如倾向于具有环形场。其他电感器生成不同的场形状。

MST发射机电感器和读取器头电感器的重叠场图案导致一个或多个零点(null)：发生其中无信号传递的窄的区域。取决于电感器拓扑，这些零点能够位于读取器头的中心线上，或者沿着边缘而远离各侧。零点影响卡数据传输的可靠性。尽管用户迅速地学习它们的LoopPay设备最佳工作的位置，但对于两次或者三次尝试的一些不便和需要时常随着发生。当MST被集成到比LoopPay设备大的智能电话中时，精确的安置较不可能，并且因此首次MST传输成功率受损。

发明内容

在一方面中，描述生成将被读取器读取的信号的发射机。发射机包括驱动器电路；以及连接到驱动器电路的至少两个电感器。驱动器电路控制电流通过电感器并且电流导致信号，使得对于可以具有至少一个零点区域的电感器中的每一个信号强度高于读取器的检测极限。另外地，电感器被定位为使得电感器的零点区域(null region)不重叠。

在一些实施例中，定位电感器以产生其中信号强度大于读取器的检测极限的区域以导致好的数据读取。

在一些实施例中，发射机只有两个电感器。

在一些实施例中，发射机具有作为L模式电感器的至少一个电感器，并且在其他的实施例中，发射机具有作为X模式电感器的至少一个电感器。

在一些实施例中，L模式电感器另外包括导电材料。导电材料可以从由金属线、印刷电路板和冲压板型金属型材组成的组中被选择。可以利用从由瓷釉、丙烯酸或塑料组成的组中选择的材料来电镀或涂覆导电材料。在又一些其他实施例中，在从由以下组成的组中选择的形式中将导电材料成形：不规则形、圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。

在一些实施例中，X模式电感器另外包括可以由铁氧体制成的芯。在一些其他实施例中，芯具有从由以下组成的组中选择的截面形状：不规则形、圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。

在一些实施例中，至少一个电感器是L模式电感器并且至少一个电感器是X模式电感器。在其他实施例中，所有电感器是L模式电感器，或者，所有电感器是X模式电感器。

在一些实施例中，至少一个电感器不使其中信号强度低于读取器的检测极限的其零点区域位于读取器之上。

在一些实施例中，其中信号强度大于读取器的检测极限的电感器的区域是连续的(contiguous)并且增加其中信号强度大于读取器检测极限的总面积。在一些实施例中，驱动器电路使电流同时流过多个电感器。在其他实施例中，驱动器电路使电流在分离的时间流过多个电感器。

在另一个方面中，描述一种驱动发射机的方法，发射机包括驱动器电路和连接到驱动器电路的至少两个电感器，其中每个电感器具有信号强度低于信号读取器的检测极限的至少一个零区域，其中，驱动器电路控制电流通过电感器，这导致信号，所述方法包括步骤：

(a)在发射机中定位至少两个电感器，使得电感器的零点区域不重叠；以及

(b)使电流流过至少两个电感器以生成合成信号。

在一些实施例中，驱动发射机的方法包括在给定时间使电流流过仅仅一个电感器。在一些其他实施例中，合成信号具有其中信号强度低于读取器的检测极限的零点区域。在一些实施例中，合成信号具有朝向读取器的一侧偏斜的信号强度。在一些实施例中，合成信号的零点区域位于与发射机的各个电感器的零点区域不具有重叠的独特的位置。

在一些实施例中，驱动发射机的方法包括：使电流流过至少两个电感器的步骤。电流的流动进一步包括：在在给定时间使电流流过多个电感器与在给定时间使电流流过仅仅一个电感器之间交替。在一些实施例中，使电流流过至少两个电感器的步骤包括使电流在相同的方向上流过所有电感器。在一些其他实施例中，使电流流过至少两个传感器的步骤包括：相比于所有其他电感器，使至少一个电感器具有在相反方向上流动的电流。

在一方面中，发射机包括连接到驱动器电路的单个电感器。驱动器电路控制电流流过电感器而导致传输，并且在电感器相对于卡读取器头移动经过多个位置的同时驱动器电路使电流经过电感器多次。在电感器经过的多个位置中的至少一个，电感器产生大于卡读取器阈值的传输信号以用于好的数据读取。

在一方面中，该方法包括：在电感器相对于卡读取器头移动经过多个位置的同时，通过驱动器电路的控制，使电流多次经过包括单个电感器的发射机以产生用于传输的信号。在电感器经过的多个位置中的至少一个，电感器产生大于卡读取器阈值的传输信号以用于好的数据读取。

附图说明

提供以下附图仅仅为了图示目的并且并不意图进行限制。

图1示出在本发明中利用的磁性安全传输(MST)系统的示意图。

图2示出根据本发明的发射机的示意图。

图3示出沿着卡读取器刷卡槽从不同的相对位置由平面水平电感器感应到典型的POS终端的卡读取器头中的电压的示意图。

图4示出在图2中示出的MST发射机电感器与磁条读取器头电感器之间的相互的磁耦合以向POS终端403传递模拟的轨道数据，其中耦合非常低或是零401且低于其传输失败的读取器阈值。

图5A和5B示出其中铜线被用作导电材料并且以矩形形状被卷绕的、在图2的发射机中使用的L模式电感器的两个示例。

图6A和6B示出其中铜线被用作导电材料并且芯分别具有圆形横截面和矩形横截面的、在图2的发射机中使用的X模式电感器的两个示例。

图7A示出具有包括三个电感器——其中一个电感器是L模式电感器并且其他两个电感器是X模式电感器——的图2中示出的发射机的本发明的实施例。

图7B示出具有包括两个电感器——其中两个电感器都是L模式电感器——的图2中示出的发射机的本发明的实施例。

图7C示出具有包括两个电感器——其中两个电感器都是X模式电感器——的图2中示出的发射机的本发明的实施例。

图8示出在图2中示出的发射机中利用的偏心电感器的示意图，其中电感器的中心分开1至2cm。

图9示出中心偏移的两个电感器A和B的两个感应信号电平901和902的示意图。

图10示出在图2的发射机中所使用的两个电感器被单独地和组合地使用时可能的三个信号图案。

图11示出能够用于驱动电流通过电感器的H桥驱动。

图12A示出其中对于电感器A和B二者使在图2的发射机中流动的电流在相同的方向上流动的正定相的示例。

图12B示出其中对于电感器A和B二者使在图2的发射机中流动的电流在相反方向上流动的负定相的示例。

图13示出在正定相和负定相的情况下的在图2的发射机中使用的电感器A和B的合成场形状。

具体实施方式

描述生成将被读取器读取的信号的发射机200。发射机200包括驱动器电路；以及分别连接到驱动器电路203和204的至少两个电感器201和202。驱动器电路控制电流通过电感器并且电流导致磁场。磁场包括其中对于电感器201和202中的每一个信号强度低于读取器的检测极限的区，其形成至少一个零点区域(null region)。另外地，电感器201和202被定位为使得电感器的零点区域不重叠。

图2示出根据本发明的发射机200的示意图。分别通过驱动器电路A 203和204来驱动电感器A 201和电感器B 202。

在图3中示出沿着卡读取器刷卡槽从不同的相对位置由平面水平电感器301感应到典型的POS终端的卡读取器头302的电压。在头302的任一侧上的信号传递303较强，但是其在靠近头302的中心时逐渐变小并且在头的中心的正上方变为零。零点区域304形成在感应信号低于读取器阈值305的区域中。零点区域能够是5至20mm宽。当用户将MST设备保持在零点区域中时，传输往往失败，需要第二或第三次尝试以得到好的读取。

零点的宽度取决于电感器的尺寸、电感器电流的强度和POS卡读取器的灵敏度。能够通过驱动更多电流通过电感器而使零点变窄，但是不能完全地消除零点，尽管通过适当的电感器设计，能够使零点足够小而对使用具有较少影响。

MST使用在MST发射机电感器301和磁条读取器头电感器302之间的相互磁耦合以向POS终端传递模拟轨道数据。电感器之间的耦合受它们的物理属性和相对位置的影响。存在其中耦合非常低或是零的电感器的某些相对位置。这些位置被叫作零点(null)，影响可靠性并且使用户多次尝试传输。类似的问题也困扰使用NFC芯片的应用。本发明的方法能够与NFC发射机工作以成功地消除NFC电感器零点区域。

图4示出来自模拟测试的零点区域401，其中在Y轴上显示由读取器头403捡取的信号电平402时利用矩形波连续地对相同的电感器进行供给并且使相同的电感器沿着卡读取器槽(x轴)移动。在最左，电感器离头太远而无法产生可检测的信号。随着电感器朝着读取器头(中心)移动，信号首先增加并且在离头2cm达峰值。随着电感器保持移动并且更接近头，信号下降到低于读取器阈值404以形成第一有效区405。在继续朝着右向前移动时，信号电平402进一步下降并且在头403的中心变为0。随着电感器(向右)移动离开头403，信号电平402再次开始增加。随后生成其中信号电平402高于读取器阈值404的第二有效区406。在两个有效区之间的是零点。每个有效区大约是4cm宽。

发射机的电感器是L模式电感器，并且L模式电感器可以包括导电材料。导电材料是从由金属线、印刷电路板和冲压板型金属型材组成的组中选择的。导电材料也可以被电镀。在一些其他实施例中，利用从由瓷釉、丙烯酸或塑料组成的组中选择的材料来涂覆导电材料。在又一些其他实施例中，在从由以下组成的组中选择的形式中将导电材料成形：不规则形、圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。图5A和5B示出其中铜线被用作导电材料并且以矩形形状被卷绕的L模式电感器的两个示例。

在发射机的一些实施例中，至少一个电感器是X模式电感器。X模式电感器可以包括可以由铁氧体制成的芯。在一些实施例中，芯具有从由以下组成的组中选择的截面形状：不规则形、圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。图6A和6B示出其中铜线被用作导电材料并且芯分别具有圆形横截面和矩形横截面的X模式电感器的两个示例。

在一些实施例中，至少一个电感器是L模式电感器并且至少一个电感器是X模式电感器。图7A示出具有三个电感器的实施例，其中一个电感器是L模式电感器并且其他电感器是X模式电感器。当发射机只有两个电感器时，一个电感器可以是L模式电感器并且另一个电感器可以是X模式电感器。在其他实施例中，所有电感器是L模式电感器。图7B示出具有两个电感器的实施例，其中两个电感器都是L模式电感器。所有电感器也可以是X模式电感器。图7C示出具有两个电感器的实施例，其中两个电感器都是X模式电感器。

在实施例中，发射机包括被单独地或共同地驱动的两个偏心电感器A和B。图8示出偏心电感器的示意图，其中电感器A801和B 802的中心分开1至2cm。图9示出与在与读取器头903交互时中心偏移的两个电感器A 801和B 802相对应的两个电感信号电平901和902的示意图。电感器的偏移中心导致零点，其中对于将被偏移的相应的电感器801和802，信号电平901和902下降到低于读取器阈值904。

能够以两种方式使用具有非重叠零点的电感器：

1)单独地，其中在不同的时间使用电感器来传送同一卡数据；如果一个电感器处于零点区域中并且不被读取器读取，则零点被偏移的至少一个其他电感器将被读取。

2)组合地，其中对电感器适当地供给相电流以创建合成场和其中电感器的场在期望方向上彼此重新增强并且在另一个方向上抵消的图案。

图10示出在两个电感器被单独地和组合地使用时可能的三个信号图案。通过线A1001和B 1002分别示出了来自偏移大致1cm的电感器A和B的信号的单独的和组合的形状。曲线A+B 1003示出具有适当的定相的来自电感器A+B组合的信号。能够看出，通过信号A+B的组合生成的场显著地强于在一侧的场。这通常被配置为朝向POS读取器1004。也在图10中示出读取器阈值1005。

图11示出能够用于驱动电流通过电感器A 1103和B 1104的H桥驱动A和B 1101和1102。本领域技术人员将理解，可以替换地使用控制电路中的电流的其他驱动器。

在一些实施例中，使电流流过至少两个电感器的步骤包括使电流在相同的方向上流过所有电感器。这被称作正定相。在一些其他实施例中，使电流流过至少两个传感器的步骤包括：相比于所有其他电感器，使至少一个电感器具有在相反方向上流动的电流。这被称作负定相。

图12A示出其中对于电感器A 1201和B 1202二者使电流在相同的方向上流动的正定相的示例。

图12B示出其中对于电感器A1201和B 1202二者使电流在相反方向上流动的负定相的示例。

图13示出在正定相1301和负定相1302的情况下的电感器A1201和B 1202的合成场形状。图13示出正定相产生更强的磁场，而负定相产生更宽的场。正定相模式中的零点1303位于与电感器A或B任一的零点不同的位置。值得注意的是，正定相将总是具有零点，而负定相可能使零点1304不那么深，如在图13中所示的。实际上，能够通过使用串联电阻器调整电感器电流来消除零点。然而，消除负定相中的零点的折衷是其余图案中的更弱的信号。

本发明的发射机使用具有多个传输的至少两个电感器，其消除电感器零点的效应。能够分开地或同时使用两个电感器。当被同时使用时，定相电感器以创建合成磁场，这通过移动零点并且通过增加有效区来进一步增加分集性。

在一方面中，发射机包括连接到驱动器电路的单个电感器。驱动器电路控制电流流过电感器而导致传输，并且在电感器相对于卡读取器头移动经过多个位置的同时驱动器电路使电流经过电感器多次。在电感器经过的多个位置中的至少一个中，电感器产生大于卡读取器阈值的传输信号以用于好的数据读取。

在一方面中，该方法包括：在电感器相对于卡读取器头移动经过多个位置的同时，通过驱动器电路的控制，使电流多次经过包括单个电感器的发射机以产生用于传输的信号。在电感器经过的多个位置中的至少一个中，电感器产生大于卡读取器阈值的传输信号以用于好的数据读取。

本领域技术人员将容易地理解，在本文描述的所有参数和配置意指示例性的并且实际参数和配置将取决于针对其使用本发明的系统和方法的特定应用。那些本领域技术人员将使用顶多惯例实验而意识到或能够查明在本文描述的本发明的特定实施例的许多等同物。因此，将理解的是，仅仅作为示例呈现上文的实施例并且可以不像具体地描述的那样来实践本发明。本发明涉及在本文描述的每个独立的特征、系统，或者方法。此外，两个或更多这样的特征、系统或方法的任何组合被包括在本发明的范围内——如果这样的特征、系统或方法不是相互不一致的。

Claims (29)

1.一种生成将被读取器读取的信号的发射机，包括：

驱动器电路；以及

连接到驱动器电路的至少两个电感器；

其中，驱动器电路控制电流通过电感器，这导致信号；

其中，每个电感器具有至少一个零点区域，其中信号强度低于读取器的检测极限；并且

其中，电感器被定位为使得电感器的零点区域不重叠。

2.根据权利要求1所述的发射机，其中，定位电感器以产生其中信号强度大于读取器的检测极限的区域以导致好的数据读取。

3.根据权利要求1所述的发射机，其中，仅仅存在两个电感器。

4.根据权利要求1所述的发射机，其中，至少一个电感器是L模式电感器。

5.根据权利要求1所述的发射机，其中，至少一个电感器是X模式电感器。

6.根据权利要求1所述的发射机，其中，电感器进一步包括导电材料。

7.根据权利要求6所述的发射机，其中，导电材料是从由金属线、印刷电路板和冲压板型金属型材组成的组中选择的。

8.根据权利要求6所述的发射机，其中，导电材料被电镀。

9.根据权利要求6所述的发射机，其中，利用从由瓷釉、丙烯酸或塑料组成的组中选择的材料来涂覆导电材料。

10.根据权利要求6所述的发射机，其中，在从由以下组成的组中选择的形式中将导电材料成形：不规则形、圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。

11.根据权利要求4所述的发射机，其中，电感器进一步包括芯。

12.根据权利要求11所述的发射机，其中，芯由铁氧体制成。

13.根据权利要求11所述的发射机，其中，芯具有从由以下组成的组中选择的截面形状：不规则形、圆形、多边形、矩形、正方形和三角形。

14.根据权利要求1所述的发射机，其中，至少一个电感器是L模式电感器并且至少一个电感器是X模式电感器。

15.根据权利要求1所述的发射机，其中，两个电感器都是L模式电感器。

16.根据权利要求1所述的发射机，其中，两个电感器都是X模式电感器。

17.根据权利要求1所述的发射机，其中，至少一个电感器不使其中信号强度低于读取器的检测极限的其零点区域位于读取器之上。

18.根据权利要求1所述的发射机，其中，驱动器电路使电流同时流过多个电感器。

19.根据权利要求1所述的发射机，其中，驱动器电路使电流在分离的时间流过多个电感器。

20.一种生成将被读取器读取的信号的发射机，包括：

驱动器电路；以及

连接到驱动器电路的电感器；

其中，驱动器电路控制电流通过电感器，这导致信号传输；并且

其中，在电感器相对于读取器头移动经过多个位置的同时，驱动器电路使电流经过电感器多次，并且

其中，在电感器经过的多个位置中的至少一个，电感器产生大于读取器阈值的传输信号以用于好的数据读取。

21.根据权利要求1所述的驱动发射机的方法，包括在给定时间使电流流过仅仅一个电感器。

22.一种驱动包括驱动器电路和连接到驱动器电路的至少两个电感器的发射机的方法，其中每个电感器具有信号强度低于信号读取器的检测极限的至少一个零点区域，其中，驱动器电路控制电流通过电感器，这导致信号，所述方法包括步骤：

在发射机中定位至少两个电感器，使得电感器的零点区域不重叠；以及使电流流过至少两个电感器以生成合成信号。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，合成信号具有其中信号强度低于读取器的检测极限的零点区域。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，合成信号具有朝向读取器的一侧偏斜的信号强度。

25.根据权利要求22所述的方法，其中，合成信号的零点区域位于与发射机的各个电感器的零点区域不具有重叠的独特的位置。

26.根据权利要求22所述的驱动发射机的方法，其中，使电流流过至少两个传感器的步骤包括：在在给定时间使电流流过至少两个电感器与在给定时间使电流流过仅仅一个电感器之间交替。

27.根据权利要求22所述的驱动发射机的方法，其中，使电流流过至少两个电感器的步骤包括：使电流在相同的方向上通过所有电感器。

28.根据权利要求22所述的驱动发射机的方法，其中，使电流流过至少两个电感器的步骤包括：相比于所有其他电感器，使至少一个电感器具有在相反方向上的电流。

29.一种通过包括驱动器电路和连接到驱动器电路的电感器的发射机生成将被读取器读取的信号的方法，所述方法包括步骤：

使电流流过电感器多次以产生用于传输的重复的信号；

在电流经过电感器的同时相对于读取器头移动电感器经过多个位置；

其中，在电感器经过的多个位置中的至少一个，电感器产生大于读取器阈值的传输信号以用于好的数据读取。