CN2842882Y - 便携双模式接触和非接触通信装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的一个方面示例出一种通信装置，该通信装置包括：便携式外壳，在所述外壳中具有可容纳至少一个数字和通信集成电路(IC)或智能卡的空间；该外壳还包含可与所述智能卡电连接的接触式智能卡连接器。在所述外壳内设有可将所述智能卡连接器连接至外部端口的接触式智能卡读写器电子模块，所述外部端口可与外部主机电连接以实现智能卡和外部主机之间的数据交换。本实用新型的装置还包括有天线部件，该天线部件可与IC或智能卡电连接以实现本装置和外部非接触式智能卡读写器之间的无线数据传输。

Description

便携双模式接触和非接触通信装置
技术领域
本实用新型涉及一种电子通信装置，尤其是涉及一种具有双模式接触/非接触功能的智能卡相关装置。
背景技术
智能卡通常由嵌入至扁平外壳内的集成电路(IC)芯片组成。它以两种普遍的形态特征出现。其中之一是广泛使用在银行和全国性身份卡项目中的信用卡尺寸。另一种形态特征是更小的在移动电话中使用的用户识别模块(SIM卡)。IC芯片本身可以是简单的存储器芯片或是微处理器芯片。通常，智能卡具有用于与外部通信且一般称为C1-C8的八个电引脚。这八个电引脚的作用与功能在ISO7816国际标准中定义。智能卡读写器是可与每一个所述引脚电接触的装置，从而外部主机装置通过该读写器与智能卡通信。ISO7816标准定义了这8个引脚中的6个，用于在读写器和智能卡之间传送电源、时钟和复位信号以及数据输入和数据输出信号。引脚C4和C8未被定义，某些生产商利用这两个引脚来执行专门的功能，稍后将对此做描述。由于此类智能卡需要与智能卡读写器物理接触以使其获得供电且与外界通信，所以称该智能卡在接触模式下运行。
另有一种能以非接触模式运行的智能卡。它是基于射频识别(RFID)技术的智能卡。在此情况中，非接触式智能卡读写器，又称为询问器，发射出射频(RF)信号。非接触式智能卡包含有非接触式芯片，该非接触式芯片与天线电连接并且调谐其RF电路以接收处于此频率下的RF信号。当非接触式智能卡位于询问器的附近时，该非接触式智能卡提取RF信号，并且利用该RF信号向非接触式IC中的射频和数字电路供电。询问器和非接触式智能卡还通过同一个射频信道彼此通信。
设备供应商现已开发出一种双模式智能卡，该双模式智能卡包括有既能以接触模式又能以非接触模式运行的数字逻辑和通信集成电路(IC)。这类卡的例子是复合卡，其通常具有与普通信用卡相同尺寸的形态特征。然而也存在着SIM卡规格的复合卡。如标准的接触式智能卡一样，它具有与智能卡读写器以接触操作模式相连接的8个连接引脚。对于标准信用卡尺寸的复合卡来说，它还具有嵌入至智能卡内的天线，使之本身能够用作非接触式智能卡。对于SIM卡规格的复合卡来说，需要外部天线，某些供应商使用引脚C4和C8与外部天线相连。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题，即其中的智能卡不能同时作为接触和非接触功能的智能卡的缺陷，本实用新型的目的是提供一种可替代的电子装置，即提供一种作为通信装置的具有双模式接触/非接触功能的智能卡相关装置，一方面能够用作接触式智能卡读写器，另一方面还能够用作非接触式智能卡。
因此，本实用新型的一个方面示例出一种通信装置，该通信装置包括：便携式外壳，在所述外壳中具有可容纳至少一个数字和通信集成电路(IC)或智能卡的空间；该外壳还包含可与所述智能卡电连接的接触式智能卡连接器。在所述外壳内设有可将所述智能卡连接器连接至外部端口的接触式智能卡读写器电子模块，所述外部端口可与外部主机电连接以实现智能卡和外部主机之间的数据交换。本装置还包括有天线部件，该天线部件可与IC或智能卡电连接以实现本装置和外部非接触式智能卡读写器之间的无线数据传输。
在本实用新型的一个优选实施例中，由于外壳内包含可与双模式智能卡电连接的接触式智能卡连接器，因此能够在所述通信装置中插入双模式智能卡(例如采用SIM规格)。接触式智能卡读写器电子模块将接触式智能卡连接器连接至外部端口，接着该外部端口再与外部主机电连接以实现双模式智能卡和外部主机之间的数据交换。所述天线部件可与接触式智能卡连接器的引脚C4和C8电连接以实现双模式智能卡的非接触式模块和外部非接触式智能卡读写器之间的无线数据传输。
在另一个优选实施例中，所述便携式通信装置具有至少一个接触式智能卡和一个单独的非接触式IC芯片。包含在外壳内的接触式智能卡连接器可与所述智能卡电连接；所述接触式智能卡读写器电子模块能够将智能卡连接器连接至外部端口，该外部端口可与外部主机电连接以实现接触式智能卡和外部主机之间的数据交换。在该外壳内设置的天线部件可与非接触式芯片电连接以实现所述便携式装置和外部非接触式智能卡读写器之间的无线数据传输。
在上述实施例的一种实施方案中，所述智能卡连接器或所述天线部件被制作在印刷电路板上，或两者都被制作在印刷电路板上。
在另一种实施方案中，所述印刷电路板是多层的印刷电路板，该印刷电路板中至少有两层包含所述天线部件的一部分。在最优选的实施例中，所述天线部件中的天线嵌入至外壳内且作为外壳的一部分。
根据本发明创造的另一个方面，使用与上述双模式接触和非接触通信装置相似的通信装置，提供了一种天线部件的构成方法。该方法的第一个步骤是在印刷电路板中敷设金属导体，以便把输出端口、接触式智能卡读写器电子模块和接触式智能卡连接器的电子元件连接在一起。接着，将至少一根金属导线嵌入与所述印刷电路板的周边相邻近的位置，以便将该金属导线连接至非接触式IC(即复合卡或非接触式芯片)，由此该金属导线可作为实现无线传输的天线部件中的天线。
作为上述方法的一种变化，进一步包括如下步骤：将至少一根第二金属导线嵌入所述印刷电路板的至少一个第二层。此外，还具有将第一根金属导线与第二根导线电连接的步骤。
在本发明创造另外一个方面中，提供了一种双模式接触和非接触电子通信装置的使用方法，包括的步骤是：通过在通信装置中设置的智能卡读写器电子模块将便携双模式接触和非接触通信装置与外部主机相连接，并且以接触操作模式将数据传送至通信装置和从通信装置输出数据；以非接触操作模式进行该通信装置与非接触式智能卡读写器的通信。
在最优选的实施例中，所述输出端口是串行端口和USB(通用串行总线)端口。具有SIM形态特征的智能卡也是相当优选的。
由于本实用新型可实现许多新的应用而具有众多优点。例如，用户能够将密钥和口令信息存储至本实用新型的装置中。当用户想登录到计算机系统时，该用户需要将本装置与USB端口相连。相应的软件程序将自动启动来验证用户，而后允许该用户访问计算机。当用户想进入某些受保护的安防系统时，该装置可以成为该非接触式安防系统的密钥。用户可利用该装置进入该安防系统。在另一个应用方案中，可将双模式智能卡配置为储值卡。用户能够使用接触操作模式来加满存储值，并且使用非接触操作模式来支付服务费用。接触模式能确保高保密性，而非接触模式则为用户提供方便。事实上，能够将本装置制做得足够小从而可作为用户经常携带在其钥匙链中的个人电子钥匙。将天线制造为外壳的一部分可使本装置的涉用空间最小。
本实用新型的另一个优点在于第二个实施例中的非接触式IC与接触式SIM卡分开，该接触式SIM卡的互换或替换不影响该非接触式IC。这样做既降低了成本又提高了使用效率。
附图说明
图1是根据本实用新型一个实施例的双模式智能卡读写器模块和天线部件的框图。
图2是其尺寸符合SIM形态特征的双模式智能卡。
图3是根据同一个实施例去除顶盖后双模式智能卡读写器装置的顶视图。
图4是根据同一个实施例将双模式智能卡插入所述装置的智能卡连接器插槽后双模式智能卡读写器装置的顶视图。
图5A、5B、5C和5D是根据本实用新型同一个实施例的所述装置的印刷电路板的第一、第二、第三和第四层布线图。
图6表示其内部嵌入有天线的所述装置的盖子。
图7表示在其内部嵌有天线的本实用新型装置的盖子上设置的印刷电路板。
图8是根据本实用新型第二个实施例用于接触式智能卡和非接触式芯片的智能卡读写器模块和天线部件的框图。
图9是根据本实用新型第二个实施例去除所述装置盖子后显示出电子智能卡读写器模块、智能卡读写器连接器和非接触式IC芯片的装置的顶视图。
图10表示第二个实施例中一个可能的天线部件。
具体实施方式
除非另作说明，在本说明书和权利要求书中使用的“耦合”或“连接”是指通过一个或者多个电装置直接或间接地电耦合或电连接。
“数字逻辑和通信集成电路(IC)”一般是指嵌入在外壳内或采用无外壳芯片形式的电子处理器或存储器装置。对于嵌入至外壳内且外形呈卡片状的IC，也可称之为“智能卡”。某些智能卡包含有既可用于接触操作模式又可用于非接触操作模式的IC。某些智能卡包含的IC或仅用于接触操作模式或仅用于非接触操作模式。同样地，有些IC包含仅用于非接触操作模式但不嵌入在智能卡中的电路。
现参考图1，本实用新型的第一实施例涉及双模式智能卡读写器模块10，该模块10具有两个主要部件：智能卡读写器电子模块11和天线部件12。前者建立起外部主机21和智能卡20之间的通信通道，使得外部主机21能够在接触操作模式下对智能卡20读出和写入信息。同样地，天线部件12为智能卡20提供必要的天线电路，以使智能卡20能够以非接触操作模式与非接触智能卡读写器22通信。在第一个实施例中，智能卡20具有与如图2所示的SIM卡一样的形态特征，并且所述外部主机21为计算机。智能卡读写器电子模块11具有用于连接外部主机21的通用串行总线(USB)端口31。然而，同样可以使用诸如RS232、RS442和RS485等之类的串行接口以及并行端口接口的其它接口协议，这对于本专业技术人员来说，应该是显而易见的。天线部件12还包括有天线14和天线调谐电路13。对于某些双模式智能卡来说，并不需要天线调谐，并且在此情况下天线部件12仅包括天线14。
图3表示除去一部分外壳后本实施例的整个装置。所述双模式接触智能卡读写器模块10的整个电路在印刷电路板33中实现。在这一优选实施例中，智能卡读写器模块10使用USB端口31与外部主机21相连。这一模块封装在外壳32中。印刷电路板33包含有智能卡连接器34，该连接器34具有可与双模式智能卡20电接触的8个引脚连接器。图4表示将智能卡20插入至智能卡连接器34时的装配情况。
图5表示印刷电路板33的整个布线图。在这一优选实施例中，印刷电路板33有四层。图5a和图5d分别是用于安装分立电子元件的顶层和底层。在该印刷电路板33的第2层和第3层中安设图1中的天线14。如图5b和图5c所示，这两层中每一层都包括有构成所述天线一部分的五匝细导线。这些导线围绕该印刷电路板的周边布设，使得如此形成的天线14能够获取由非接触式智能卡读写器22发射出的最大磁通量。细导线14a通过导电引线孔15与第1层接触，并且还通过引线孔17与层3接触。同样地，细导线14b通过引线孔17与第2层接触，并且通过引线孔16与第1层接触。所以，导线14a和14b被连接成单一的天线14。将天线14耦合到印刷电路板33中的天线部件12，接着天线部件12又耦合到智能卡连接器34的引脚C4和C8。
由于能将非接触式智能卡读写器22耦合至智能卡20的电能取决于环形天线14所具有的匝数和其所围的面积，所以导线14a和14b最好占据印刷电路板33的周界。为了增加匝数，本具体实施例中环形天线14占据了印刷电路板中的两层。而且，由于采用表面安装技术将电子元件放置于印刷电路板33，所以印刷电路板33的顶层和底层专用于电子元件的互连以实现双模式智能卡读写器模块10的电路。因此在本实施例中环形天线14占据内部两层。如果没有尺寸约束，那么所述天线能与电子线路的其余部分一同放置，由此可降低印刷电路板33的层数。虽然利用优选实施例对本实用新型进行了具体描述，但是根据其中揭示的教导显然存在着许多合适的变化和组合。具体地说，本技术领域的熟练技术人员能够对所使用的天线导线的匝数、电路板上的布局、印刷电路板的层数进行改变，使之适合其具体的应用。
在本实施例的另一个实施方案中，如图6所示，天线14嵌入至外壳32内。该天线可使用以环或其它形式的细金属线圈来构成，或可使用导电油墨印在盖子上。主要目的是如此形成的天线能够接收从非接触式智能卡读写器发射出的电磁波。在印刷电路板33处，可将弹性连接器直接放置在天线引线41和42的下面，由此当所述盖子32封闭印刷电路板33时，这些弹性连接器可与天线引线41和42电连接。在本实施例的实施方案中，可用柔性电路板形成天线14，并且借助粘合技术把柔性电路板粘结到盖子32的背侧。利用普通的电导线和连接器可将天线14耦合至印刷电路板33。对于本专业的熟练技术人员而言，显而易见的是，采用多种方法将天线14嵌入盖子32内和将天线耦合至印刷电路板33上；以及使用多种导电材料来制作该天线。
图8表示本实用新型的另一个实施例，其中接触和非接触功能由两个不同IC芯片实现。为了简化描述，对与第一个实施例相同的特征给予相同的编号以表示其功能相同，并且此处不再重复描述。在本实施例中，具有接触操作模式的SIM卡20a替代了位于相同外壳中的第一个实施例的SIM卡20。在接触模式下SIM卡20a采用如前所述的相同方式与智能卡连接器34相互作用。另外，在第二个实施例中提供有非接触式IC 50，并且增加一对电连接点51和52将IC 50连接至天线部件12，使得非接触式IC芯片50可与外部非接触式智能卡读写器相互作用。
图9和10表示一对电连接点51和52如何将非接触式IC 50连接至天线14(图9中未显示)的方式。与前面实施例一样，该天线调谐电路是所述天线部件的可有可无的特征。
如此完全描述了本实用新型的优选实施例。虽然描述涉及具体的实施例，但是对于本专业的熟练技术人员而言，显而易见的是，即使这些具体细节有变化，也能实施本实用新型。因此本实用新型不应该被解释成局限于在此阐明的实施例。
例如，应当指出的是，实现智能卡读写器电子模块的电路图的金属导体应该不形成闭环。而且，对于多层的印刷电路板而言，用于天线的金属线可以占据一个以上的层。在这种情况下，将使用导电引线孔把来自多层的导线耦合在一起，以便构成单一天线。
附图中标号含义一览表
  附图中标号   附图中标号
  10   双模式智能卡读写器模块   3  第3层
  11   智能卡读写器电子模块   2  第2层
  12   天线部件
  13   天线调谐电路
  14   天线   14a  细导线
  15   引线孔15   14b  布线
  16   引线孔16
  17   引线孔17   41，42  弹性连接器
  20   智能卡   20a  仅具有接触功能的SIM智能卡
  21   外部主机   50  非接触式IC芯片
  22   非接触智能卡读写器22   51，52  电连接点
  31   通用串行总线(USB)端口
  32   外壳32
  33   印刷电路板33
  34   智能卡连接器34

Claims (7)

1.一种通信装置，其特征在于包括：
a.便携式外壳，在所述外壳中具有可容纳至少一个数字逻辑和通信集成电路的空间；
b.容纳在所述外壳内的接触式智能卡连接器，该接触式智能卡连接器可与所述集成电路电连接；
c.在所述外壳内且可将智能卡连接器连接至外部端口的接触式智能卡读写器电子模块，所述外部端口可与外部主机相连接以实现智能卡和外部主机之间的数据交换；和
d.天线部件，该天线部件可与所述集成电路电连接以实现所述集成电路和外部非接触式智能卡读写器之间的无线数据传输。
2.根据权利要求1的通信装置，其特征在于其中所述集成电路可在接触和非接触双模式智能卡内运行；所述接触式智能卡连接器可与双模式智能卡电连接；所述接触式智能卡电子模块将所述接触式智能卡连接器连接至外部主机以实现所述双模式智能卡和外部主机之间的数据交换；以及所述天线部件可与所述接触式智能卡连接器电连接以实现双模式智能卡和外部非接触式智能卡读写器之间的无线数据传输。
3.根据权利要求1的通信装置，其特征在于其中所述至少一个集成电路包括两个独立的集成电路，一个为接触式智能卡形式，另一个为非接触式芯片形式；所述接触式智能卡连接器可与接触式智能卡电连接；所述接触式智能卡读写器电子模块将所述智能卡连接器连接至外部端口，该外部端口可与外部主机电连接以实现所述接触式智能卡和外部主机之间的数据交换；以及所述天线部件可与非接触式芯片电连接以实现非接触式芯片和外部非接触式智能卡读写器之间的无线数据传输。
4.根据权利要求1、2或3的通信装置，其特征在于其中所述接触式智能卡连接器被制作在印刷电路板上。
5.根据权利要求1、2或3的通信装置，其特征在于其中所述天线部件被制作在印刷电路板内。
6.根据权利要求1、2或3的通信装置，其特征在于其中所述接触式智能卡连接器被制作在印刷电路板上，该印刷电路板是多层的印刷电路板，该印刷电路板中至少有两层包含所述天线部件的一部分。
7.根据权利要求1、2或3的通信装置，其特征在于其中所述天线部件中的天线嵌入至外壳内且作为外壳的一部分。
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