CN115699014A - 智能卡中的负载匹配 - Google Patents

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Abstract

一种智能卡嵌体包括电感式天线和电容性网络。该电感式天线被配置为(i)与卡终端进行无线通信，和(ii)通过与卡终端的感应耦合向卡电路供电。该电容性网络与电感式天线并联连接。电容性网络包括与第二电容器串联的第一电容器。第二电容器可与卡电路并联连接。第一电容器具有电容C1并且第二电容器具有电容C2，比值C2/C1将由电容性网络减小的卡终端的阻抗与卡电路的阻抗匹配。

Description

智能卡中的负载匹配
背景技术
本公开涉及智能卡上的供电电路。该电路例如可以具有生物特征功能。
智能卡是指包括嵌入式集成电路芯片和内部存储器的设备。内部存储器可以位于集成电路芯片上，或作为独立芯片被嵌入卡内。智能卡以多种形式因素存在，包括塑料卡、钥匙链、手表、可穿戴设备、电子护照、基于USB的令牌和在移动电话中使用的用户识别模块(SIM)。
智能卡可以是接触式卡、非接触式卡或者可以作为接触式卡和非接触式卡进行操作。非接触式卡在没有直接物理接触的情况下与卡终端通信。通常，非接触式卡通过无线电波与卡终端通信。非接触式卡可包括天线以接收从卡终端发射的电磁信号，例如RF信号。同样，来自卡的数据可以通过卡的天线被传送回卡终端。非接触式卡通过从RF信号中获取电能以供电。
图1示出了用于从卡终端101向典型的非接触式智能卡102传输电力的电路。近场通信(NFC)驱动器源生成驱动信号，该驱动信号通过卡终端101的电感式天线104到智能卡102的电感式天线105的感应耦合被无线传输到智能卡102。与电感式天线105并联的电容器106作为功率耦合电路，以将功率耦合到卡电路107。在制造时选择电感L2和电容C1的值，使得功率耦合电路的谐振频率被调谐到与驱动信号的谐振频率相匹配。功率耦合电路的谐振频率fr由下式给出：
Figure BDA0003995412380000011
非接触式智能卡满足非接触式集成电路卡ISO/IEC 14443工业标准中提出的要求是期望的。ISO/IEC 14443标准规定从卡终端发送的RF驱动信号的载波频率为13.56MHz。ISO/IEC 14443标准还要求非接触式智能卡当被放在规定的操作空间内时应能正常工作。操作空间是被定义为在非接触式智能卡和卡终端的所谓“着陆平面”之间的三维空间。着陆平面是卡终端的非接触式卡需要靠近以使得卡终端可以与卡进行无线通信的区域。标志通常位于着陆平面上，以便这样向用户识别其。
早期的智能卡具有有限的卡上功能，通常只有RFID电路。这种卡上电路的功率要求相对较低。随着智能卡技术的发展，卡上电路被要求实现越来越多样化和复杂的功能。例如，众所周知，为了识别智能卡的用户以及为了另一动作(诸如基于被验证的用户身份来授权支付)，在智能卡中结合了生物传感器。在智能卡上的卡电路中结合更多类似这样的功能会导致卡电路的功率需求增加。
为卡电路功能供电所需的所有能量必须从卡终端接收的驱动信号得出，该驱动信号的频率保持在ISO/IEC 14443标准规定的13.56MHz。为了从卡终端得出足够的电力以操作那些具有更复杂功能的智能卡，用户通常必须将智能卡靠近卡终端的着陆平面。通常，用户需要将智能卡带到卡终端的着陆平面的2厘米范围内，并且在交易期间将智能卡保持在该范围内。在某些情况下，要求智能卡和卡终端的着陆平面之间的接触以操作智能卡的功能。这影响了智能卡的可用性。通过使非接触式智能卡能够在距离卡终端的着陆平面较远的距离进行操作以增加非接触式智能卡的可用性是期望的。
发明内容
根据第一方面，提供了一种智能卡嵌体，包括：电感式天线，被配置为(i)与卡终端进行无线通信，和(ii)通过与卡终端的感应耦合向卡电路供电；和与电感式天线并联连接的电容性网络，该电容性网络包括与第二电容器串联的第一电容器，该第二电容器可与卡电路并联连接；其中第一电容器具有电容C1并且第二电容器具有电容C2，比值C2/C1将由电容性网络减小的卡终端的阻抗与卡电路的阻抗匹配。
电感式天线和电容性网络可以形成功率耦合电路，该功率耦合电路具有与卡终端的驱动信号谐振频率匹配的谐振频率。
卡终端的驱动信号谐振频率可以由非接触式集成电路卡规范ISO/IEC 14443规定。
第一电容器和第二电容器可以是固定电容器。
智能卡嵌体可以还包括卡电路，其中卡电路被配置为通过电感式天线和卡终端进行通信。
智能卡嵌体还可以包括从卡电路到电感式天线的单独电气连接，该单独电气连接被配置为将调制的通信信号从卡电路传输到电感式天线，该单独电气连接将卡电路连接到第一电容器和电感式天线之间的点，从而使得调制的通信信号能够从卡电路绕过电容性网络被发送到电感式天线。
卡电路可以包括生物特征传感器，该生物特征传感器被配置为感测用户的生物特征数据。
卡电路可以还包括生物特征处理器，该生物特征处理器被配置为执行生物特征验证过程以根据感测的生物特征数据验证所述用户的身份。
智能卡嵌体可以还包括：与电感式天线并联连接的另一电容性网络，该另一电容性网络包括与第四电容器串联的第三电容器，该第四电容器可与另一卡电路并联连接；其中第三电容器具有电容C3并且第四电容器有电容C4，比值C4/C3使得由另一电容性网络减小的卡终端的阻抗与该另一卡电路的阻抗匹配。
卡电路的阻抗与另一卡电路的阻抗可不同，比值C2/C1与比值C4/C3不同。
电感式天线、电容性网络和另一电容性网络的组合可以具有与卡终端的驱动信号谐振频率匹配的谐振频率。
第三电容器和第四电容器可以是固定电容器。
卡电路可以被配置为通过电感式天线与卡终端进行无线通信。
另一卡电路可以包括被配置为感测用户生物特征数据的生物特征传感器。
另一卡电路可以还包括生物特征处理器，该生物特征处理器被配置为执行生物特征验证过程以根据所感测的生物特征数据验证用户的身份。
与从第三电容器和第四电容器之间向另一个卡电路相比，智能卡嵌体可以从第一电容器和第二电容器之间向卡电路驱动不同的电流。
与从第三电容器和第四电容器之间向另一个卡电路相比，智能卡嵌体可以从第一电容器和第二电容器之间向卡电路驱动较低的电流。
智能卡嵌体还可以包括从卡电路到电感天线的单独电气连接，该单独电气连接被配置为将调制的通信信号从卡电路传输到电感式天线，该单独电气连接将卡电路连接到第一电容器和电感式天线之间的点，从而使得调制的通信信号能够从卡电路绕过电容性网络被发送到电感式天线。
智能卡嵌体可以包括多个嵌体段，电感式天线和电容性网络跨多个嵌体段分布。
根据另一方面，提供了一种包括智能卡嵌体的智能卡。
根据另一方面，提供了一种智能卡，包括：卡电路；和智能卡嵌体。
根据另一方面，提供了一种智能卡包括：卡电路；另一卡电路；和智能卡嵌体。
附图说明
现在将参照附图以示例的方式描述本公开。在附图中：
图1示出了从卡终端向典型的非接触式智能卡传输电力的电路；
图2示出了带有阻抗匹配功率耦合电路的从卡终端向智能卡传输电力的电路；
图3示出了通过具有从卡电路到智能卡天线的专用单独电气连接以用于调制通信信号来修改的图2的智能卡；
图4示出了带有用于不同卡上电路的两个阻抗匹配功率耦合电路的从卡终端向智能卡传输电力的电路；
图5示出了通过具有从卡电路到智能卡天线的专用单独电气连接以用于调制通信信号来修改图4的智能卡；
图6示出了包括夹在嵌体中的塑料层的智能卡；和
图7示出了一种将电路元件应用于预成型卡中的空腔的方法。
具体实施方式
以下描述涉及非接触式智能卡和“双接口”智能卡。双接口智能卡是那些可以通过物理通新街口以接触模式和通过非接触通信接口以非接触模式与卡终端通信的卡。当双接口卡工作在非接触模式时，以下描述适用于双接口卡。
如下面将要描述的，与背景技术部分中描述的智能卡相比，本文描述的智能卡的电路通过使智能卡可以保持在离卡终端的着陆平面更远的距离时操作而增加了智能卡的可用性。这是通过改善从卡终端到智能卡的卡电路的电力传输从而当智能卡保持远离卡终端时可以获得足够的电力来操作卡电路来实现的。通过利用智能卡上的一个或多个功率耦合电路以使得由功率耦合电路减小的卡终端的阻抗与卡电路的阻抗匹配来实现卡电路功率传输的改进。
以下描述涉及与卡终端交互的智能卡。智能卡可以具有几种形式因素中的任何一种，包括塑料卡、钥匙链、加密狗、安全令牌(例如USB令牌)、电子护照、或移动电话中使用的用户识别模块(SIM)。智能卡可以在集成到诸如移动电话或智能电话的通信设备中的设备内被实现。智能卡可以是可穿戴设备，例如手镯、手表、手套/一双手套、别针(例如胸针)、或徽章。卡终端例如可以是读卡器、ATM、或销售点终端。
智能卡可以具有与传统智能卡相同大小和形状的卡体。此外，卡体可以具有与传统智能卡不同的尺寸和/或形状。该卡可以是长方形形状，其中一个尺寸明显小于其他尺寸，例如小于其他尺寸的10％。卡的厚度可以在0.5毫米到2.0毫米之间。该卡可以满足根据ID-1卡的ISO 7810标准中规定的物理尺寸。
在非接触模式下工作的非接触式智能卡或双接口智能卡在其天线处从RF场收获功率，同时天线从卡终端接收通信。图1的功率耦合电路被设计成向卡电路(例如RFID电路)传输功率，与从来自卡终端的RF通信中可收获的功率相比，该卡电路的功率要求低得多。因此，向卡电路传输功率的效率不是问题。然而，图1的功率耦合电路继续被使用，即使是与更高功率要求的更复杂的卡电路一起。
参考图1，电感式天线105的电感L2和电容器106的电容C1在制造时都是固定的和设定的，使得它们在如图1所示连接时的谐振频率与驱动源103的谐振频率匹配。电感L2的设计自由度很小。电感L2被选择以使电感式天线105与电感式天线104形成谐振变压器。因此，例如，在卡中，天线通常是被嵌入在卡外围附近的塑料层中的两个或三个绕组。参考公式1，由于功率耦合电路的谐振频率是固定的，并且电感L2通常是固定的，因此电容C1也是固定的。因此，L2和C1的值是恒定的，与卡电路107的负载电流无关。
卡终端(即驱动源103和电感式天线104)的阻抗高。例如，卡终端的内阻可以是几千欧姆的数量级。相比之下，卡电路107的阻抗低。例如，卡电路的内阻可以是几百欧姆。由于卡终端和卡电路之间阻抗的差异，信号反射高，并且因此从卡终端到卡电路的功率传输差。然而卡电路的功率要求低，这种差的功率传输并不存在问题。然而，随着更多的功能被集成到卡电路中，卡电路的功率要求更高。
图2示出了用于将电力从卡终端201传输到智能卡202的电路，其具有功率耦合电路，该功率耦合电路使得由功率耦合电路减小的卡终端的阻抗与卡电路207的阻抗匹配。卡终端201与参考图1描述的相同。具体而言，NFC驱动器源203生成驱动信号，该驱动信号经由卡终端201的电感式天线204到智能卡202的电感式天线205的感应耦合被无线传输到智能卡202。智能卡202的天线205可以包括一个、两个、三个或更多个导电材料线圈。天线可以是线天线。此外，天线可以是印刷式天线。
智能卡包括与电感式天线205并联连接的电容性网络206。电容性网络206包括串联连接的第一电容器208和第二电容器209。信号线210在第一电容器208和第二电容器209之间的点211处被连接到电容性网络206。该信号线210被连接到卡电路207。信号线212被连接到第二电容器209和感应天线205之间的点。该信号线212被连接到卡电路207。因此，卡电路207与第二电容器209并联连接。
与电感式天线205并联的电容器208和电容器209充当功率耦合电路，以将功率耦合到卡电路207。电感器具有电感L2。第一电容器具有电容C1。第二电容器具有电容C2。第一电容器和第二电容器都可以是固定电容器。它们的电容值是在制造时选择的。在制造时选择电感L2、电容C1和电容C2的值，使得功率耦合电路的谐振频率与驱动信号的谐振频率匹配。驱动信号的中心频率由标准ISO/IEC 14443规定。目前是13.56MHz。功率耦合电路的谐振频率fr由下式给出：
Figure BDA0003995412380000071
如上所述，电感L2的设计自由度很小。然而，在C1和C2的值中存在设计自由度，取决于被调谐到来自卡终端201的驱动信号的中心频率的谐振频率fr。
电容器208和电容器209用于在抽头输出210上将负载电流电容性地分配给卡电路207。C1和C2的值被选择以使得比值C2/C1导致由电容性网络调节的卡终端的阻抗与卡电路的阻抗匹配。换句话说，电容性网络充当阻抗分压器。具体来说：
Figure BDA0003995412380000072
或者，重新排列：
Figure BDA0003995412380000073
其中Zterminal是卡终端的阻抗，并且Zcard电路是卡电路207的阻抗。
电感式天线205中的匝数N2比电感式天线204中的匝数N1也影响阻抗匹配。具体来说：
Figure BDA0003995412380000074
其中Zterminal是卡终端的阻抗，并且Zcard是作为卡202整体(包括卡电路207、电感式天线205和电容性网络206)的阻抗。当两个电感器204和205具有相同的匝数时公式3和4适用。换句话说，N1＝N2。在这种情况下，卡终端的电感与卡的电感匹配，这最大化了从卡终端到智能卡整体的功率传输效率。
卡电路207通过电感式天线205与卡终端201进行无线通信。卡电路207可以通过ISO/IEC 14443标准中定义的载波信号的幅度调制来传送数据。具体来说，卡电路可以通过负载调制来调制电感耦合到卡终端的信号的幅度。卡电路可以将负载切换到图2所示的电路中或从电路中切换出来。这导致耦合到卡终端的信号的电压收缩和膨胀。这种电压调制被卡终端检测，并根据ISO/IEC 14443标准被解释为数据。通常，信号的5-10％以这种方式被调制。
在图2的电路中，通过智能卡的电感器205电感耦合到卡终端的电感器204的卡电路207处的负载调制的比例被电容性网络减小了
Figure BDA0003995412380000081
倍。因此，为了在电感式天线205处产生为X的电流调制，卡电路207产生
Figure BDA0003995412380000082
X的电流调制。比值C1/C2的一个例子是4。在本例中，卡电路需要将调制系数乘以1.25倍。这需要额外的功率。
图3示出了对图2的智能卡电路的修改。除了从卡电路207到电感式天线205有专用的单独电气连接301之外，图3与图2相同。该专用的单独电气连接301在点302处与卡电路相接，并且在第一电容器208和电感式天线205之间的点303处与功率耦合电路相接。例如，与卡电路207上去往/来自电容性网络206的信号线210和212连接的电源引脚相比，专用的单独电气连接301可以连接到卡电路207上的独立引脚302。如上所述，卡电路通过负载调制与卡终端进行无线通信。然而，在图3的例子中，调制电流通过信号线301被传输到电感式天线205。因此，信号线301充当被卡电路207调制的浮动电流源。这绕过了电容性网络，并且因此绕过了电容性网络的电容性分压。因此(忽略智能卡上较小的信号损耗)，为了在电感式天线205上产生为X的电流调制，卡电路207产生为X的电流调制。因此，专用的单独电气连接301使得卡电路207能够使用比图2所示电路更少的功率通过信号调制与卡终端201进行通信。
参照图2和图3描述的智能卡的卡电路207包括用于执行ISO/IEC14443标准规定的与卡终端201通信和传输数据的卡的主要功能的电路。通信电路包括处理器和存储器。存储器以非暂时性的方式存储可由处理器执行的代码，以执行主函数的逻辑功能。该主要功能的示例实现是：执行金融交易、为卡用户提供对环境区域(例如，建筑物访问)的物理访问、识别或验证用户、或检索个人用户信息(例如，医疗信息和记录)。用于执行卡的主要功能的通信电路可以是嵌入式芯片，例如IC芯片。它可以作为单个集成电路被实现。它可以是所谓的安全元件。
卡电路207可以额外包括用于执行次要功能的电路。例如，卡电路207可以包括具有生物特征功能的电路。生物特征功能可以方便地在单个集成电路上被实现。适当地，生物特征电路包括具有处理器和存储器的生物特征控制器。存储器具有以非瞬态方式存储可由处理器执行以执行生物特征电路的逻辑功能的代码的区域。存储器也可以具有存储生物特征验证数据的区域。
生物特征电路包括用于感测用户的生物特征数据的生物特征传感器。生物特征传感器的性质将取决于被使用的生物特征数据的类型。一些例子是：用于捕获指纹的指纹传感器；用于捕捉面部图像、视网膜图像或虹膜图像的相机；用于捕获静脉模式的静脉模式传感器；用于捕捉声音模式的麦克风；或者用于捕捉运动数据的加速度计。生物特征电路可以包括用于捕获多种类型的生物特征数据或者用于捕获相同类型的生物特征数据的多个实例(例如用于同时在卡的两面捕获指纹)的多个传感器。
生物特征验证数据代表卡的授权用户的参考生物特征数据。或者，这种生物特征验证数据可以存储在通信电路中。被生物特征传感器捕获的生物特征数据被用于生物特征识别或认证过程。在这样的过程中，生物特征数据被与验证数据进行比较，以评估其是否代表授权用户，例如通过以下过程之一：指纹识别；虹膜识别；静脉识别；视网膜识别；语音识别；行为识别；面部识别等。该比较可以在生物特征电路中完成，例如通过处理器完成。另外，或作为补充，该比较可以由通信电路中的处理器完成。
生物特征电路可以与通信电路中分离(逻辑上和/或物理上)。例如，生物特征电路和通信电路可以是各自嵌入在卡内的不同的组件(例如单独的IC芯片)。
卡电路可以具有不同的次要功能。例如，卡电路可以包括具有以下一个或多个功能的电路：显示功能、小键盘功能、音频功能和例如使用GPS芯片等的定位功能。
主要功能和次要功能可以相互作用。以通信电路和生物特征电路为例，在用户身份已通过生物特征传感器感测的生物特征数据被验证之前，可以抑制与卡终端的一些通信。生物特征验证过程的部分或全部可以使用从生物特征电路接收到的生物特征数据而发生在通信电路中。
卡电路207的全部由卡终端201通过电感式天线204、205的感应耦合供电。
当卡电路207具有用于实现主要功能的第一组件和用于实现次要功能的第二组件时，第一组件和第二组件的功率需求可以显著不同。第二组件可以要求比第一组件显著更多的功率，反之亦然。例如，生物特征传感器需要比通信电路更多的功率来进行操作。第一组件和第二组件的瞬时功率需求可以不同。例如，在某一时刻，第一组件和第二组件可以都在工作，或者一个处于低功率模式，而另一个正常工作。
图4示出了示例智能卡，其具有：(i)卡电路207，用于执行ISO/IEC14443标准中规定的与卡终端201通信和传输数据的卡的主要功能；和(ii)另一卡电路401，用于执行卡的次要功能。这个次要功能可以是例如上面列出的功能之一。例如，次要功能可以是生物特征验证，另一卡电路包括生物特征传感器和具有处理器和存储器的生物特征控制器。
图4示出了用于将功率从卡终端201传输到智能卡202的卡电路207的电路，其具有功率耦合电路，该功率耦合电路使得被功率耦合电路减小的卡终端的阻抗与卡电路207的阻抗匹配。图4还示出了用于将功率从卡终端201传输到另一卡电路401的电路，其具有另一功率耦合电路，该功率耦合电路使得被另一功率耦合电路减小的卡终端的阻抗与另一卡电路的阻抗匹配。因此，智能卡具有两个阻抗匹配功率耦合电路，一个用于卡电路207，而另一个用于另一卡电路401。
卡终端201与参考图2描述的相同。电感式天线205、电容性网络206和卡电路207如上面参考图2所述。
另一卡电路401通过另一电容性网络402被连接到电感式天线205。另一电容性网络402与电感式天线205并联连接。另一电容性网络402包括串联连接的第三电容器403和第四电容器404。在第三电容器403和第四电容器404之间的点406处，信号线405被连接到另一电容性网络402。该信号线405被连接到另一卡电路401。信号线407被连接到第四电容器404和电感式天线205之间的点408。该信号线407被连接到另一卡电路401。因此，另一卡电路401与第四电容器404并联连接。
与电感式天线205并联的电容器403和电容器404充当另一功率耦合电路，以将功率耦合到另一卡电路401。第三电容器403具有电容C3。第四电容器404具有电容C4。第三电容器和第四电容器都可以是固定电容器。它们的电容值是在制造时被选择的。在制造时电感L2和电容C1、C2、C3和C4的值被选择，使得电感式天线205、电容性网络206和另一电容性网络402的组合具有被调谐以匹配驱动信号的谐振频率。驱动信号的中心频率由标准ISO/IEC14443规定。目前是13.56MHz。电感式天线、电容性网络和另一电容性网络的组合的谐振频率fr由下式给出：
Figure BDA0003995412380000111
电容器403和电容器404用于在抽头输出405上将负载电流电容性地分配给另一卡电路401。C3和C4的值被选择以使得比值C3/C4导致被另一电容性网络调节的卡终端的阻抗与另一卡电路的阻抗匹配。换句话说，另一个电容网络充当阻抗分压器。具体来说：
Figure BDA0003995412380000112
其中Zterminal是卡终端的阻抗，Zfurther card circuitry是另一卡电路401的阻抗。
卡电路207的阻抗和另一卡电路401的阻抗都小于卡终端的阻抗。然而，卡电路207的阻抗可以与另一卡电路401的阻抗不同。在这种情况下，比值C2/C1与比值C4/C3不同。这使得卡终端的阻抗能够被电容性网络206减小以匹配卡电路207的阻抗，并且单独地被另一电容性网络402减小以匹配另一卡电路401的阻抗。
卡电路207和另一卡电路401的工作电流需求可以显著不同。因此，在点211处从电容性网络206分流到卡电路207的电流(在图4中示为ILOAD+IMODULATION)可以与在点406处从另一电容性网络402分流到另一卡电路401的电流(在图4中示为ILOAD’)显著不同。
例如，另一卡电路401可以具有比卡电路207具有更高的工作电流需求。这适用于卡电路207是用于与卡终端201进行无线通信的通信电路而且另一卡电路是用于验证用户身份的生物特征电路(如上所述)的示例。生物特征组件通常汲取比通信电路更多的功率。例如，为了适应不同的电流需求，比值C2/C1可以是2：1，而比值C4/C3可以是4：1。因此，通过分离到电路和另一电路的功率耦合，单独的电流路径被提供到每个电路。这使得施加到通信电路的电流ILOAD+IMODULATION比施加到生物特征电路的电流ILOAD’更低。因此，如ISO/IEC14443标准中规定的，电压VMODULATION被施加于通信电路。
另一卡电路401可以具有比卡电路207更低的工作电流需求。以除了与卡终端通信之外还执行生物特征验证的智能卡为例，卡电路207可以是集成组件，其具有：(i)用于执行ISO/IEC 14443标准中规定的与卡终端201进行通信和传输数据的卡的主要功能的电路，(ii)电源管理电路，以及(iii)具有处理器和存储器的生物特征控制器，用于执行生物特征验证。在本例中，另一卡电路仅包括具有感测元件和ASIC的生物特征传感器。在本例中，另一卡电路可以具有比卡电路更低的工作电流需求。
如上面参考图2所述，图4的卡电路207通过电感式天线205与卡终端201进行无线通信。图5示出了对图4的智能卡电路的修改。该修改与参考图3描述的修改相同。除了图5从卡电路207到电感式天线205有专用的单独电气连接301之外，图5与图4相同。该专用的单独电气连接301如参考图3所述。因此，专用的单独电气连接301使得卡电路207能够使用比图4所示电路更少的功率通过信号调制与卡终端201进行通信。
图2和图3示出了用于阻抗匹配单卡电路的单个电源耦合电路。图4和图5示出了两个功率耦合电路，一个用于阻抗匹配卡电路，另一个用于阻抗匹配另一卡电路。本领域技术人员将会理解，相同的原理适用于阻抗匹配三个或更多独立的卡电路，另一电容性网络被结合以用于每个附加的卡电路。
有许多不同类型的卡电路可以被集成到智能卡中。即使是相同类型的卡电路，例如用于提供通信电路的安全元件，例如由于它们的存储器和处理能力的不同，在它们的功率需求方面也是不同的。因此，电容值C2、C1(以及可选的C4、C3)对于所讨论的卡电路是特定的。
本文描述的每个智能卡可以具有分层结构。如图6所示，这种分层结构可以包括卡材料601(例如塑料)的一个或多个下层和卡材料602(例如塑料)的一个或多个上层。卡材料的上层和下层将一个或多个嵌体603夹在中间。在存在多个嵌体603的情况下，这些嵌体彼此之间是电气连接。本文描述的电路组件604被分布在嵌体和/或卡材料层中。
嵌体具有小于或等于传统智能卡的尺寸和形状。例如，嵌体的尺寸和形状小于ISO7810标准中规定的ID-1卡的物理尺寸。例如，嵌体可以具有0.2-0.3毫米的厚度。嵌体的基底可以由柔性塑料组成，例如PVC、PC、PET-T或
Figure BDA0003995412380000131
参考图2的示例，以下电路元件被安装在嵌体上：电感式天线205、电容性网络206以及信号线210和信号线212。参考图3，以下电路元件被安装在嵌体上：电感式天线205、电容性网络206和信号线210、信号线212和信号线301。参考图4，以下电路组件被安装在嵌体上：电感式天线205、电容性网络206、另一电容性网络402以及信号线210、信号线212、信号线405和信号线407。参考图5，以下电路组件被安装在嵌体上：电感式天线205、电容性网络206、另一电容性网络402以及信号线210、信号线212、信号线405、信号线407和信号线301。
这些电路组件被安装在嵌体上，然后将嵌体夹在塑料层601，602之间。一旦嵌体已经被布置在塑料层601、602之间，然后可以使用热层压工艺来将嵌体熔合在塑料层601、602之间。热层压利用热量和压力使层键合在一起。
在将嵌体夹在塑料层601、602之间之前，卡电路207也可以被安装到嵌体上。在将嵌体夹在塑料层601、602之间之前，另一卡电路401也可以被安装到嵌体上。在这种情况下，在热层压工艺期间，存在卡电路207和另一卡电路401(如果存在)与其他电路组件一起。这是使得卡电路207和另一卡电路401(如果存在)不受热和/或压力损坏的合适方法。
或者，在热层压工艺之前，一个或多个卡电路207和另一卡电路401可以不被安装到嵌体上。相反，嵌体仅包括上述电路元件。卡电路207和/或另一卡电路401的接触点被添加到嵌体的适当位置，用于随后连接到卡电路207和/或另一卡电路401。嵌体夹在塑料层601、602之间，并且热层压工艺被用于将层与层键合在一起。此时，卡电路207和/或更另一卡电路401不是该结构的一部分。在热层压工艺之后在卡703的上表面中制造一个或多个空腔701、702，该空腔向下延伸到嵌体上的接触点704。空腔可以通过例如铣削或蚀刻来形成。然后卡电路207和/或另一卡电路401被放置于其空腔中(如图7中箭头所示),并被电气连接到嵌体上的接触点，例如使用导电性粘合剂、丝焊、铜焊垫等。嵌体上的电路由此完成。然后卡电路207和/或另一卡电路401可以被固定到卡中，例如使用粘合剂和/或在卡电路207和/或另一卡电路401顶部与卡703表面之间涂覆一层密封胶或卡材料。这对于在热层压期间被施加的热量和/或压力损坏的卡电路207和/或另一卡电路401而言是合适的方法。
在另一选择中，卡电路207和/或另一卡电路401的一些组件部分可以在热层压工艺之前被安装到嵌体上，并且其他组件部分在热层压之后添加。例如，那些耐受热层压工艺中所施加的热量和压力的元件可以在热层压之前被安装到嵌体上，而那些可能被热层压工艺中所施加的热量和/或压力损坏的元件可以在热层压工艺之后使用上述空腔方法被添加到卡上。在本文描述的卡电路具有生物特征功能的示例中，生物特征控制器(其耐受热层压的热量和压力)可以在热层压之前被安装到嵌体上，而生物特征传感器(其对热层压的热量和压力敏感)可以稍后被添加到卡上。如上所述，生物特征传感器被添加到在卡中形成的空腔中。
虽然前面已经介绍了热层压，但是也可以使用将塑料层和嵌体熔合在一起的其他方法。例如，可以使用冷层压工艺。
本文描述的智能卡通过在智能卡上结合了电容性网络来提高从卡终端到智能卡电路的功率传输效率。这些电容性网络的电容器可以被添加到智能卡的柔性嵌体中，而不影响满足ISO尺寸要求的能力，并且不需要对传统的智能卡制造过程造成干扰。不需要对卡电路进行改动。不需要对智能卡中的电感式天线进行改动。不需要对智能卡终端进行改动。不需要对卡终端进行改动。
如本文所述，通过使卡终端的阻抗与卡电路匹配，信号反射被大大减少，因此向卡电路的功率传输更加高效。实现了高达50％的效率增加。这使得智能卡能够从卡终端得出足够的电力，以在智能卡被保持远离卡终端的着陆平面时操作卡电路。对于以前为了充分供电必须保持在距离着陆平面2厘米处的智能卡，功率传输效率提高50％意味着它可以保持在距离着陆平面4厘米处，并且有足够的供电来操作。因此，本文所描述的电路增加了非接触式智能卡和以非接触式模式操作的双接口智能卡的可用性。
在上面给出的示例中，术语功率被理解为指能源可用性的任何相关特征。示例包括可用的能量、电压、电流和功率或其任意组合。
申请人由此单独公开了本文描述的每个个体特征以及两个或多个这样的特征的任何组合，在某种程度上，这样的特征或组合能够根据本领域技术人员的一般常识，基于本说明书被执行的，不论这些特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出本发明的各个方面可以由任何单独特征或特征组合构成。鉴于前面的描述，在本发明的范围内被本领域技术人员作出的各种修改将是显而易见的。

Claims (20)

1.一种智能卡嵌体，包括：
电感式天线，被配置为(i)与卡终端进行无线通信，和(ii)通过与所述卡终端的感应耦合向卡电路供电；和
与所述电感式天线并联连接的电容性网络，所述电容性网络包括与第二电容器串联的第一电容器，所述第二电容器可与卡电路并联连接；
其中所述第一电容器具有电容C1并且所述第二电容器具有电容C2，比值C2/C1将由所述电容性网络减小的所述卡终端的阻抗与所述卡电路的阻抗匹配。
2.根据权利要求1所述的智能卡嵌体，其中所述电感式天线和电容性网络形成功率耦合电路，所述功率耦合电路具有与所述卡终端的驱动信号谐振频率匹配的谐振频率。
3.根据权利要求2所述的智能卡嵌体，其中所述卡终端的驱动信号谐振频率由非接触式集成电路卡规范ISO/IEC 14443规定。
4.根据权利要求2或3所述的智能卡嵌体，其中所述第一电容器和所述第二电容器为固定电容器。
5.根据前述任一权利要求所述的智能卡嵌体，还包括所述卡电路，其中所述卡电路被配置为通过所述电感式天线与所述卡终端进行无线通信。
6.根据权利要求5所述的智能卡嵌体，还包括从所述卡电路到所述电感天线的单独电气连接，所述单独电气连接被配置为将调制的通信信号从所述卡电路传输到所述电感式天线，所述单独电气连接将所述卡电路连接到所述第一电容器和所述电感式天线之间的点，从而使得所述调制的通信信号能够从所述卡电路绕过所述电容性网络被发送到所述电感式天线。
7.根据权利要求5或6所述的智能卡嵌体，其中所述卡电路包括生物特征传感器，所述生物特征传感器被配置为感测用户的生物特征数据。
8.根据权利要求7所述的智能卡嵌体，其中所述卡电路还包括生物特征处理器，所述生物特征处理器被配置为执行生物特征验证过程以根据感测的所述生物特征数据验证所述用户的身份。
9.根据前述任一权利要求所述的智能卡嵌体，还包括：
与所述电感式天线并联连接的另一电容性网络，所述另一电容性网络包括与第四电容器串联的第三电容器，所述第四电容器可与另一卡电路并联连接；
其中所述第三电容器具有电容C3并且所述第四电容器有电容C4，比值C4/C3使得由所述另一电容性网络减小的所述卡终端的所述阻抗与所述另一卡电路的阻抗匹配。
10.根据权利要求9所述的智能卡嵌体，其中所述卡电路的所述阻抗与所述另一卡电路的所述阻抗不同，比值C2/C1与比值C4/C3不同。
11.根据权利要求9或10所述的智能卡嵌体，其中所述电感式天线、所述电容性网络和所述另一电容性网络的组合具有与所述卡终端的驱动信号谐振频率匹配的谐振频率。
12.根据权利要求9到11中任一项所述的智能卡嵌体，其中所述第三电容器和第四电容器是固定电容器。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的智能卡嵌体在引用权利要求1～6时，还包括所述另一卡电路，其中所述另一卡电路包括被配置为感测用户生物特征数据的生物特征传感器。
14.根据权利要求13所述的智能卡嵌体，其中所述另一卡电路还包括生物特征处理器，所述生物特征处理器被配置为执行生物特征验证过程以根据所感测的生物特征数据验证所述用户的身份。
15.根据权利要求9～14中任一项所述的智能卡嵌体，被配置为与从所述第三电容器和所述第四电容器之间向所述另一个卡电路相比，从所述第一电容器和所述第二电容器之间向所述卡电路驱动不同的电流。
16.根据权利要求15所述的智能卡嵌体，被配置为与从所述第三电容器和所述第四电容器之间向所述另一个卡电路相比，从所述第一电容器和所述第二电容器之间向所述卡电路驱动较低的电流。
17.根据前述任一权利要求所述的智能卡嵌体，包括多个嵌体段，所述电感式天线和所述电容性网络跨所述多个嵌体段分布。
18.一种智能卡，包括权利要求1～17中任一项所述的智能卡嵌体。
19.一种智能卡，包括：
卡电路；和
根据权利要求1～8中任一项所述的或者根据引用权利要求1～8中任一项时的权利要求17所述的智能卡嵌体。
20.一种智能卡包括：
卡电路；
另一卡电路；和
根据权利要求中9～16任一项所述的或根据引用权利要求9～16中任一项时的权利要求17所述的智能卡嵌体。
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