ES2641717T3

ES2641717T3 - Dispositivo de antena de relé, dispositivo de radiofrecuencia asociado y método de realización

Info

Publication number: ES2641717T3
Application number: ES10742850.0T
Authority: ES
Inventors: Arek Buyukkalender; Frédérick SEBAN; Nizar Lahoui
Original assignee: Gemalto SA
Current assignee: Thales DIS France SA
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2017-11-13
Anticipated expiration: 2030-08-17
Also published as: EP2471030B1; EP2293227A1; EP2471030A1; WO2011023604A1

Abstract

Dispositivo de comunicación de radiofrecuencia que comprende una antena de relé de amplificación asociada (4c, 4d), dicha antena de relé comprende al menos una espira exterior (Sp, Ser) de relé conectada a al menos una capacitancia de sintonización, estando formada la capacitancia de sintonización por un componente externo (C ) unido y conectado a la antena, - un microcircuito (22) conectado a una antena del transpondedor (8c, 8d), comprendiendo dicha antena del transpondedor una espira exterior de transpondedor (Set) definiendo el interior, una primera superficie de acoplamiento electromagnético (Sct) superior o igual a aproximadamente 10 x 13 mm, - estando situada la antena de relé sensiblemente alrededor de la antena del transpondedor a fin de tener la superficie de acoplamiento de la antena del transpondedor (Sct) sensiblemente en relación con la de (Scr) de la antena de relé. caracterizado porque la capacitancia de sintonización presenta un valor superior a 35 pF para una frecuencia de sintonización de 13,56 Mhz, y porque la antena de relé presenta una superficie en el interior de una espira externa de relé inferior o igual a aproximadamente 1160 mm2 correspondiendo aproximadamente a la mitad de una tarjeta de chip formato 101 .

Description

Dispositivo de antena de relé, dispositivo de radiofrecuencia asociado y método de realización.

La invención se refiere al campo de las antenas de relé y dispositivos que comprenden una antena de relé, dicha antena comprende al menos una espira exterior de relé conectada a al menos un condensador de sintonización.

La invención también se refiere a dispositivos de radiofrecuencia que comprenden o están asociados con una antena de relé y a un método de fabricación de estos dispositivos.

Más particularmente, la invención se refiere a dichos dispositivos anteriores que comprenden además una función USB y/o radiofrecuencia quot;RFquot;, en particular de acuerdo con ISO 14443, ISO 15693 o de tipo NFC (IS018092, IS021481 , etc.).

Los dispositivos USB y RF encuentran aplicación particularmente en la carga de datos de Internet, especialmente de derechos de acceso, suscripción, servicios como el transporte, la telefonía, mediante una interfaz de contacto y uso de estos datos en un modo de radiofrecuencia en relación con terminales de radiofrecuencia o viceversa.

También, son igualmente conocidos los dispositivos transpondedores de radiofrecuencia como los dispositivos USB que incorporan una función de radiofrecuencia RF para aplicaciones de control de acceso. Aunque se ha descrito con relación a los USB, la invención es aplicable a cualquier dispositivo de comunicación con contactos eléctricos, especialmente contactos lineales como se describe en el estándar o norma MMC, SO, tarjeta Express, o ISO 7816 u otro. En todo el documento, por simplificación, el término significa USB, en el sentido de la invención, igualmente cualquier otro estándar o protocolo de comunicación diferente del USB.

La capacidad de tele-alimentar al chip de radiofrecuencia (RFID) a través de la antena dependerá de la superficie de la antena, por lo que es deseable disponer de un dispositivo USB de gran superficie, lo que está en contradicción con el uso clásico de los dispositivos USB, que son generalmente pequeñas. Por tanto, estos dispositivos USB tienen una eficiencia o alcance bastante reducido del orden de unos pocos centímetros, teniendo la antena una superficie de acoplamiento a lo sumo igual a la superficie o tamaño del dispositivo, generalmente de 2 a 3 cm2.

Además, los componentes y elementos instalados en la superficie del circuito impreso como los conectores de componentes electrónicos, pistas, etc., son susceptibles de perturbar la comunicación de radiofrecuencia y no cumplir con los criterios de la norma ISO 14443-2.

El solicitante propone una solución para evitar estas perturbaciones y mejorar el alcance de una aplicación de patente no publicada en la que una antena de radiofrecuencia está desplazada del cuerpo del dispositivo USB. La fabricación es, no obstante, más compleja.

Otra solución del solicitante no publicada aún para un dispositivo NFC en el teléfono móvil consiste en extender una espira de antena extensible de transpondedor más allá de la superficie del dispositivo. Estas soluciones y otras del estado de la técnica no son satisfactorias en la práctica ni/o fáciles de fabricación.

Los dispositivos de comunicación de frecuencia de radio pueden ser de cualquier tipo y los transpondedores de radiofrecuencia comprenden al menos una espira de antena conectada a un microcircuito de radiofrecuencia. Entre estos dispositivos, hay particularmente tarjetas de chip sín contacto, pasaportes, etiquetas electrónicas, tokens de radiofrecuencia, dispositivos USB, soportes de almacenamiento masivo con contactos que tienen una función de radiofrecuencia suplementaria, teléfonos móviles. Preferiblemente, las comunicaciones tienen un alcance del orden de unos pocos centímetros o unos pocos metros.

Es conocida la patente del solicitante FR2777141 (B1) que se muestra en la figura 1, que describe el principio de una transpondedor con antena de relé. La antena de relé puede estar sustancialmente alrededor de la del transpondedor. Esta patente tiene como objetivo sobre todo transpondedores de tipo de etiqueta electrónica en los que la antena de relé incluye un condensador en forma de placas grabadas en la superficie del sustrato usando la misma tecnología que la utilizada para realizar la antena. Las placas están dispuestas a ambos lados del sustrato. Está claro que se puede utilizar cualquier tipo de bobina en función de las diferentes aplicaciones que requiera la forma exteríor del transpondedor. Del mismo modo, se puede utilizar cualquier tipo de condensador. Las capacitancias utilizadas para la antena de relé de etiquetas electrónicas se estiman en algunos picos de Faradio. Los rendimientos de este transpondedor están limitados en comparación con los pretendidos. Este documento no está destinado a todos los medios específicos optimizados para satisfacer la norma ISO 14443-2.

La patente EP1031939 (B1) que se muestra en la Figura 1b, describe un perfeccionamiento de tarjeta de chip sin contacto que satisface la norma NSO 14443-2 en principio. Requiere dos antenas en dos soportes distintos, una antena de transpondedor (8) en un módulo M1 y una estación de relé hecha en dos partes sobre un sustrato y que comprende una antena centrada 3 sobre la del módulo y conectada a una antena periférica. La capacitancia 12b se realiza mediante placas de condensador que se extienden sobre una parte del sustrato. Este transpondedor es más

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complejo y las antenas más amplias. Requiere dos soportes para las antenas, realiza la antena de relé en dos partes (3, 4), una concéntrica a la antena del transpondedor y otra que define una superficie de acoplamiento de radiofrecuencia sustancialmente igual a la superficie de la tarjeta.

Los documentos EP 1 837 798 A2 Y US 6 839 035 B1 presentan sistema de antena de relé para dispositivos de radiofrecuencia, estando conectada la antena de relé a una capacitancia de sintonización. La invención tiene como objeto resolver los inconvenientes precitados.

Tiene como objetivo principal proporcionar un dispositivo transpondedor de radiofrecuencia, especialmente para un dispositivo USB, que sea más eficiente evitando las perturbaciones de los componentes electrónicos! eléctricos y preferiblemente satisfaciendo la norma ISO 14443-2.

Otro objeto de la invención es proporcionar un transpondedor de radiofrecuencia fácil de fabricar, en el que la antena no interfiera en absoluto con los demás componentes posibles de los dispositivos de radiofrecuencia, destinado preferiblemente para satisfacer la norma ISO 14443-2, principalmente en el campo de la tarjeta inteligente, tales como pasaportes, tarjetas de chip sin contacto, lector de tarjetas de chip, etc.

Según un primer modo de realización, un principio de la invención consiste en recurrir a una antena de relé específica destinada para estar asociada con un transpondedor de radiofrecuencia adaptado; El condensador de antena de relé es de alta capacitancia y se presenta en forma de componente unido a la antena; se realiza particularmente como un circuito integrado. El transpondedor puede ser así más eficiente sin tener los inconvenientes del sobredimensionamiento de una antena de transpondedor o antena de relé y superando los problemas de perturbación de los componentes. En particular, la invención prevé recurrir al uso de altas capacitancias del orden de 35 a 80 pF o superiores a 35 pf en general.

La antena de relé de acuerdo con la invención tiene una dimensión mlnlma optimizada y un diseño preferido concebido para rodear la antena del transpondedor; Preferiblemente, la antena de relé está dispuesta a una distancia de la antena del transpondedor, evitando solapamientos en el aplomo de la antena del transpondedor.

Según un modo de realización preferida que satisface la ISO 14443, la antena del transpondedor presenta dimensiones superiores o iguales a 13 x 10 mm (o equivalente en superficie) y la antena de relé asociada tiene dimensiones superiores o iguales a aproximadamente 20 x 28 mm (o equivalente en superficie).

Según otro aspecto, se realiza la antena del transpondedor y la antena de relé en el mismo sustrato previendo reportar una capacitancia en forma de componente de miniatura.

Para este fin, la invención tiene como objeto un dispositivo que comprende una antena de relé, incluyendo ésta al menos una espira exterior (Sep) de relé conectada a al menos una capacitancia de sintonización formada por un componente externo (C) reportado y conectado en la antena.

Se distingue porque la capacitancia de sintonización presenta un valor superior o igual a aproximadamente 35 pF para una frecuencia de sintonización de 13,56 Mhz.

Según otras caracteristicas de la antena de relé:

La capacitancia tiene forma de tarjeta de chip de circuito integrado o de un componente montado en un módulo del tipo de tarjeta de chip con o sin contacto; La antena de relé presenta una superficie en el interior de una espira exterior de relé inferior o igual a aproximadamente 1160 mm2 correspondiente, respectivamente, aproximadamente a la mitad de una tarjeta de chip de formato /01 ; La antena de relé de la antena comprende un número de espiras superior o igual a 4; La antena de relé presenta una superficie en el interior de una espira exterior de relé inferior o igual a aproximadamente 560 mm2 correspondiente, respectivamente, aproximadamente a un tercio de una tarjeta de chip de formato /01 ; La antena de relé comprende una antena que tiene un número de espiras inferior o igual a 15, incluso 9 preferentemente y en que la capacitancia tiene un valor inferior o igual a aproximadamente 139 pF, incluso 61 pF preferiblemente;

Al final, se prefiere valores de capacitancia superiores a 35 pF, preferiblemente comprendidas entre 35 a 139 pF o 35a61pF.

La invención también tiene por objeto un dispositivo de comunicación de radiofrecuencia que comprende:

un microcircuito conectado a una antena de transpondedor, comprendiendo dicha antena de transpondedor una espira exterior de transpondedor (Set) definiendo en su interior, una primera superficie de acoplamiento electromagnético (Set) superior o igual a aproximadamente 10 x 13 mm,

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una antena de relé asociada (4c, 4d) de acuerdo con las disposiciones anteriores, estando la antena de relé situada sustancialmente alrededor de la antena del transpondedor de modo que tenga la superficie de acoplamiento de la antena del transpondedor (Set) sustancialmente en relación con la (SCR) de la antena de relé.

Según otras características preferidas, del dispositivo:

La antena del transpondedor está comprendida en un rectángulo de aproximadamente 10 X 26 mm y la antena de relé comprendida en un rectángulo de aproximadamente 20 x 28 mm; La antena del transpondedor y la antena de relé incluyen, respectivamente, del orden de 4 a 10 Y 4 a 9 vueltas; La antena del transpondedor y la antena de relé comprenden cada una parte convergente a una cavidad (28) en el soporte o en una zona de eliminación de material sobre el sustrato.

La invención también tiene por objeto un método de realización de un dispositivo de comunicación de radiofrecuencia que comprende las etapas de:

realización de un microcircuito conectado a una antena del transpondedor (8c, 8d), incluyendo dicha antena del transpondedor una espira exterior de transpondedor (Set) definiendo en su interior, una primera superficie de acoplamiento electromagnético (Set) superior o igual a aproximadamente 10 x 13 mm; asociación de una antena de relé realizada de acuerdo con las disposiciones anteriores, estando la antena de relé situada sustancialmente alrededor de la antena del transpondedor de modo que tenga la superficie de acoplamiento de la antena del transpondedor (Set) sustancialmente en relación con la (SCR) de la antena de relé.

Según otras características del procedimiento:

La antena del transpondedor y la antena de relé están realizadas en un mismo sustrato de manera que comprenden cada uno una parte convergente a una zona común de conexión en el sustrato; El método comprende las etapas siguientes de realización de antenas en la forma de un conductor continuo y de separación de las antenas que se separan seguidamente en la citada zona de conexión común.

Otras particularidades y ventajas de la invención aparecerán con la lectura de la descripción, realizada a modo de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 a ilustra según la técnica anterior, un transpondedor de radiofrecuencia, en forma de etiqueta electrónica; La figura 1 b ilustra según la técnica anterior, una tarjeta de formato 101 de doble interfaz de comunicación con contacto y sin contacto de radiofrecuencia que cumple la norma ISO 14433; La figura 2 ilustra una antena de relé de acuerdo con la invención; La figura 3a ilustra una tarjeta sin contacto en formato 101 con antena de según un primer modo de realización de la invención; Las figuras 3b y 3c ilustran diagramas de antena del transpondedor y de antena de relé asociados según las dimensiones o configuraciones diferentes de acuerdo con la invención; La Figura 4 ilustra una parte de la figura 3a que muestra el módulo que incorpora un circuito de radiofrecuencia y una capacitancia de sintonización adaptada a la implementación de la invención de acuerdo con el modo anterior; La figura 4a ilustra el módulo aislado de la figura precedente visto desde abajo; La figura 4b muestra una vista en sección A-A de la figura 4; Las figuras 6 y 7 ilustran un dispositivo USB que tiene una función de radiofrecuencia con antena de relé según una segunda realización de la invención; La figura 8 ilustra las etapas de un método preferido de implementación de la invención; La figura 9 ilustra una etapa de implementación del método anterior para realizar la tarjeta de la figura 3.

En la figura 1 a, de acuerdo con la técnica anterior, un transpondedor del tipo de etiqueta electrónica 01 comprende una antena de relé 4a asociada con el transpondedor y conectada a un condensador 12a en la forma de placas grabadas en un sustrato 5a. La antena de relé está dispuesta alrededor de la antena 8a del transpondedor.

En la figura 1 b, de acuerdo con otra técnica anterior, una tarjeta de chip inteligente sin contacto 02 requiere dos antenas en dos soportes diferentes: una antena 8 del transpondedor en un módulo M1 comprende placas de contacto 7, un soporte 9 insertado en una cavidad 11 de una lámina 10. La antena 8 está conectada a microcircuito de radiofrecuencia 6 en el módulo M1. La tarjeta incluye una antena de relé (3, 4) realizada en dos partes sobre un sustrato 5 y que comprende una antena 3 centrada debajo de la antena 8 del módulo M1 y conectada a una antena periférica 4. El condensador 12b está formado por placas de condensador que se extienden sobre una parte del sustrato 5. Tal condensador bajo tal construcción no debe exceder de aproximadamente 10 Pico Farad.

En la Figura 2, una antena de relé para dispositivo de comunicación de radiofrecuencia (o dispositivo 4c de antena

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de relé) comprende al menos una espira exterior (Sp) de relé conectada a al menos una capacitancia de sintonización (C). La antena de relé puede ser acondicionada de diversas maneras conocidas en particular para ser soportada por una lámina de soporte o un dispositivo de forma de concha o sustrato de cualquier producto.

La capacitancia de sintonización puede estar incluida en un módulo clásico de placas de contacto de tipo tarjeta de chip, insertada en un cuerpo de tarjeta. La capacitancia puede tener la forma de chip de circuito integrado o de un componente, montado en un módulo de tipo tarjeta de chip con o sin contacto. El módulo puede ser eventualmente un módulo de múltiples usos e incluir una pluralidad de contactos, al menos para la capacitancia y/o opcionalmente para un chip de comunicación de radiofrecuencia o una comunicación por contacto como USB, ISO 7816, SO, MMC, etc.

Se aprovecha asi una sola operación de inserción para conectar a la vez la capacitancia y un chip funcional de comunicación en una sola etapa.

Así, en una aplicación de dispositivo de múltiples interfaces de comunicación, el método alberga a la vez la capacitancia de sintonización de la antena de relé y puede albergar otro circuito de radiofrecuencia o un circuito integrado de chip con contacto especialmente del tipo ISO 7816 u otro tipo de microcircuito.

Los componentes también pueden estar alojados en un cuerpo de tarjeta y conectados a través de un conector a una y/u otra antena.

El condensador está aquí alojado en un módulo (que incorpora placas de conexión con o sin sustrato y con un recubrimiento del condensador y de sus conexiones) conectadas por termocompresión o de otro modo a la antena como un módulo de tarjeta sin contacto.

Alternativamente, la capacitancia puede tener formato desnudo, por ejemplo, como un chip de circuito integrado devuelto (tecnologia flip-chip) y conectado con adhesivo conductor o similar.

Por razones de fiabilidad, el condensador está conectado preferiblemente mediante soldadura de hilo, en particular termocompresión, ultrasonido. El condensador está montado preferiblemente en un módulo adecuado que permite esta soldadura, para especialmente las aplicaciones de tarjeta de chip, pasaporte, etc. de sustrato flexible.

Según una realización preferida de la invención, la capacitancia de sintonización está formada por un componente externo conectado a la antena. Tales componentes son en particular y preferiblemente conformes a los de la empresa Vishay, quien introdujo el primer condensador RF de silicio para su montaje en superficie en forma de carcasa 0603.

El HPC0603A de alta precisión y alto rendimiento presenta valores de SRF (límites de utilización en frecuencias) de hasta 13 GHz en una amplia gama de capacidades que van desde 3,3 pF a 560 pF.

El condensador HPC0603A mide 1,60 x 0,80 mm con un espesor de 0,56 mm estando empaquetado con un revestimiento y finas placas de contacto laterales en el componente.

Los componentes condensadores se presentan con recubrimiento en forma de componente de chip montado en superficie quot;CMSquot; (chip montado en superficie). Tales condensadores del tipo HPC permiten en general reducir el tamaño del producto electrónico RF simplificando el diseño y reduciendo el número de componentes en el circuito impreso. Estos componentes de reciente generación del 2004 se diferencian de las capacitancias o condensadores eléctricos o electrónicos clásicos del tipo más voluminoso por los valores de capacidad objetivos.

La reducción del producto se reduce a la vista de la disminución del impedimento de la capacitancia especialmente en espesor. Sin embargo, en relación con las nuevas capacitancias, no se describe reducir la superficie de acoplamiento de las antenas para satisfacer la norma ISO. Más bien, la persona experta en la materia tenderia a aumentar la superficie de acoplamiento como se muestra en la figura 2 para aumentar el rendimiento y cumplir la ISO; podría también ampliar la superficie de acoplamiento como las propuestas por la invención del solicitante.

Téngase en cuenta que estos condensadores, aunque existen desde hace más de 5 años, no se presentan al experto en la materia de transpondedores de radiofrecuencia en el campo de las tarjetas de chip con la ventaja de librarse de las perturbaciones de los componentes electrónicos/eléctricos y que preferiblemente satisfacen la norma ISO 14443-2. No se presenta tampoco la ventaja de la facilidad de fabricación de dispositivos destinados preferentemente a satisfacer la ISO.14443-2 en el campo de la tarjeta de chip, tal como un pasaporte, tarjeta inteligente sin contacto, etc. Tampoco se presenta la ventaja de una ausencia de molestias de una antena de relé para otros componentes posibles.

Estos condensadores no están condicionados para su uso en el campo de las tarjetas de chip. Se dirigen principalmente al campo de la electrónica en general en forma de componente CMS. La invención determina de otro modo este componente en forma de módulo para tarjeta de chip sin contacto.

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Las antenas de relé de la técnica anterior estaban asociadas a condensadores en forma de placa en el campo de las tarjetas inteligentes y su capacidad no excedía apenas el valor de aproximadamente 8 pF para superficies de aproximadamente 11 x 17 mm2.

Haciendo referencia a la figura 1a, la etiqueta no es la norma ISO 14443, la sustitución de una capacitancia de valor aproximado equivalente a menos de 10 pF por una capacitancia CMS equivalente cumpliría la misma función pero sin cumplir la ISO. Además, el coste de las etiquetas sería demasiado oneroso ya que añadiría un componente externo a conectar, además del chip de radiofrecuencia.

A pesar de se prefieren los valores de capacitancia elevados superiores a 20, 60 ... en especial para la frecuencia de 13,56 MHz, en este caso la invención no los excluye siempre que las capacitancias de sintonización en forma de componentes externos (C) fijados y conectados a la antena de valor superior o igual a aproximadamente 2 pF desde el momento en que hay suficiente superficie en el sustrato o dispositivo para realizar un número más elevado de vueltas de antena relé, por ejemplo del orden de 15 o más.

La invención va preferiblemente dirigida a antenas de relé de pequeña superficie, se prefiere tener capacitancias de altos valores. En la invención, los valores utilizados para las aplicaciones previstas, aunque no son limitativos, van de 35 a 100 pF, preferiblemente superiores a 35 pF para modos de realización compactos.

Se verá a continuación que la antena del transpondedor tiene una superficie de acoplamiento superior a la de un módulo de tipo tarjeta de chjp de contacto que mide generalmente del orden de 13 x 10 mm2. Los ensayos realizados no han permitido tener una superficie de acoplamiento de la antena del transpondedor inferior a la superficie del módulo anterior con un objetivo de antena de relé muy compacto, inferior a la mitad de la superficie de una tarjeta de chip ISO 7816 Y para rendimientos del transpondedor de radiofrecuencia que satisfagan la ISO 14443

2. Los resultados satisfactorios expuestos ulteriormente se obtuvieron con una superficie de acoplamiento superior a la superficie de un módulo.

Por cuestiones de compactividad la antena de relé está dimensionada de manera que presente una superficie de acoplamiento dentro de una espira exterior de relé Sp mínima de aproximadamente 560 mm2; Lo que puede representar un rectángulo de 28 x 20 mm. En otra aplicación remarcable, la superficie mínima dentro de una espira de antena de relé es igual aproximadamente a 868 mm2. Lo que puede representar un rectángulo de 28 x 31 mm.

En la figura 3a, a título de ejemplo, el dispositivo de comunicación por radiofrecuencia 03 es una tarjeta inteligente de superficie S1 que representa sustancialmente un cuarto de la superficie de una tarjeta 101 (85,6 x 54 mm2).

La superficie S1 puede cortarse posteriormente o permanecer así en un cuerpo de tarjeta 5c en formato normal 101 . La ventaja de una tarjeta de este tipo es liberar una enorme cantidad de superficie restante para llevar a cabo el grabado en relieve de caracteres (tarjeta de crédito) en una zona quot;Zembquot;, holograma, o perforación o tener otros componentes, tales como un módulo de visualización insertado en una zona quot;Zecquot; sin interferir.

El dispositivo 03 comprende un transpondedor que incluye un microcircuito de radiofrecuencia M3 conectado a una antena del transpondedor 8c; La antena del transpondedor comprende una espira externa de transpondedor Sp definiendo en su interior, una primera superficie de acoplamiento electromagnético (Sc) minimo de alrededor de 200 mm2 o 230 mm 2, En el ejemplo, las espiras forman del orden de 5 a 10 vueltas. La antena del transpondedor está incluida en un rectángulo de aproximadamente T2 x T1 = 10 x 23 mm y la antena de amplificación comprendida en un rectángulo de aproximadamente R1 x R2 = 20 x 28 mm.

El dispositivo también incluye la antena de relé como anteriormente; la antena de relé asociada 4c está situada sustancialmente alrededor de la antena del transpondedor de modo que tenga la superficie de acoplamiento de la antena del transpondedor sustancialmente en relación a la de la antena de relé. En este ejemplo de realización, la antena del transpondedor y la antena de relé comprenden cada una una parte convergente a una cavidad en el sustrato, descrita más adelante o a una zona de conexión de chips o a uno o dos módulos en el sustrato.

La zona puede ser también una zona de corte o de retirada de material del sustrato y/o de la espira y de material del sustrato. La zona también puede ser una zona de recepción de uno o más componente(s) o módulo(s) M3.

Así , una combinación del transpondedor y de la antena de relé según particularmente este ejemplo permite realizar un dispositivo de diseño lo más reducido posible mientras que es conforme a la ISO 14.443. El dispositivo que comprende el transpondedor global resultante (es decir, con la antena de relé asociada) tiene una superficie inferior a un cuarto de una superficie de tarjeta de chip de formato 101 .

Las figuras 3b y 3c ilustran diseños de antena del transpondedor y de antena de relé asociadas de acuerdo a dimensiones o configuraciones diferentes conformes a la invención; Estos diseños ocasionan los resultados expuestos más adelante.

En las figuras 4 a 5 (extraídas de la figura 3a), el módulo M3 comprende según una realización un sustrato 17 que

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incorpora placas conductoras o únicamente placas conductoras (rejilla metálica). Un microcircuito de radiofrecuencia 22 está conectado a las placas 18 y 19, ellas mismas conectadas por soldadura a los extremos o a los alambres terminales 23 y 24 de la antena 4c del transpondedor; El módulo comprende el recubrimiento en una cavidad del sustrato 5c.

Según una característica de la invención, el módulo también comprende un componente (C) que forma la capacitancia y está conectado a las placas 21 y 20. Las placas están ellas mismas soldadas a los extremos 25 y 26 de la antena de relé 4c.

Dado que la capacidad está prevista para las áreas de aplicación de la industria de la electrónica más que para las de la tarjeta inteligente. Es necesario acondicionar la capacitancia bajo la forma de módulo (tipo módulo de tarjeta sin contacto RF) para permitir su aplicación en la industria de la tarjeta inteligente RF.

La capacitancia es particularmente del tipo HPC descrito anteriormente en forma de componente CMS. El componente de 56 IJm de espesor y 160 IJm de largo y 80 IJm de ancho, es por ejemplo fijado a una rejilla de 10 IJm de espesor con las placas de contacto laterales hacia arriba; entonces una conexión particularmente de alambre soldado (unión por hilos) es realizada entre las placas de los componentes y las placas de los módulos; entonces, las conexiones son recubiertas con una resina para formar un módulo de aproximadamente 600 a 630 IJm de espesor.

El componente de HPC se puede entonces utilizar en esta forma reacondicionada en la industria de la tarjeta inteligente como un módulo clásico de contacto o sin contacto. En particular, resulta posible conectar la antena con hilo conductor incrustado o no. Los hilos conductores de antena tienen un diámetro de aproximadamente 112 IJm, habría sido imposible conectarlos directamente a las placas de aproximadamente 30 IJm de ancho y 80 IJm de largo.

En la figura 6, el dispositivo de radiofrecuencia tiene la forma de un dispositivo USS. Comprende como anteriormente una antena del transpondedor 8d y una antena de relé 4d. La antena de relé de este ejemplo está dispuesta de manera que rodea la antena del transpondedor 8d sobre el mismo soporte 16; La antena del transpondedor 8d está comprendida en un rectángulo de aproximadamente T2C x T1 C =10 x 26 mm2 y la antena de relé comprendida en un rectángulo de aproximadamente R1c x R2c =28 x 31 mm2. Define una superficie de acoplamiento en el interior de una espira exterior de relé (Ser).

Los rendimientos de este transpondedor satisfacen la ISO 14443 a pesar de la poca superficie disponible y a pesar de la presencia de elementos metálicos/eléctricos/electrónicos perturbadores (fig . 7) tal como un conector 13 de mini-tarjeta de chip M2 de formato Mini SIM, una mini tarjeta M2, un conector 14 para tarjeta de memoria 15 y tarjeta de memoria 15, microcontrolador IJc.

Las antenas son realizadas en un circuito impreso 16 mediante técnica clásica de grabado de pistas conductoras. Algunas pistas están en una cara opuesta a las antenas. La capacitancia tiene también la forma de componente CMS o de tipo HPC descrito anteriormente. Está directamente soldada a la PCS sin otro acondicionamiento suplementario en la medida en que las antenas y pistas son grabadas.

De acuerdo con una característica, la antena del transpondedor y la antena de relé comprenden, respectivamente, del orden de 6 a 8 y 8 a 10 vueltas. En el ejemplo, comprenden, respectivamente, 7 y 9 espiras.

Según otra característica, la antena del transpondedor y la antena de relé están realizadas en un ún ico sustrato por razones principalmente de simplicidad y coste. Sin embargo, las antenas pueden residir en sustratos distintos especialmente en una carcasa de dispositivo pero preferiblemente siempre en proximidad (algunos mm o cm).

Se describe ahora un ejemplo de implementación de un método de realización de un dispositivo de comunicación de radiofrecuencia, conforme a la ISO 14443, que comprende una antena de transpondedor conectada a un microcircuito y de una superficie inferior a la de una tarjeta de formato 101 . El método general de la invención comprende las siguientes etapas:

Realización de la antena del transpondedor con una espira externa que define en el interior de la espira, una primera superficie de acoplamiento electromagnético (S2); que es preferiblemente superior o igual a aproximadamente 200 mm2 0230 mm2; Se asocia una antena de relé que se dispone cerca y sustancialmente alrededor de la antena del transpondedor, la antena de relé comprendiendo al menos una espira exterior de relé y una capacitancia de sintonización. Formar seguidamente la capacitancia bajo la forma de un componente o módulo exterior conectado a la antena. Dimensionamiento de la antena de relé de manera que presente una segunda superficie de acoplamiento en el interior de una espira exterior de relé, de entre aproximadamente 560 mm2 y 1056 mm2.

Preferiblemente, el método comprende etapas ventajosas en la práctica, como las ilustradas en la figura 8 y en relación a la figura 9;

En la etapa 100, se forma o realiza la antena del transpondedor y la antena de relé en el mismo sustrato 5c de manera que cada una comprenda una parte convergente a una zona de conexión común 28 (punteada) en el sustrato. Preferiblemente, se utiliza un conductor continuo para formar las dos antenas, en particular por grabado o hilo conductor por ultrasonido.

En la etapa 200, se separan las dos antenas particularmente por mecanizado de una cavidad y/o sección de al menos una espira de antena en una zona de conexión común a los módulos. En su caso, la cavidad puede estar ya presente con el desplazamiento del cable de antena. El módulo también puede estar presente en la cavidad o en el sustrato antes de la realización de la antena.

En la etapa 300, se procede a la conexión de los componentes a las dos antenas como se ilustra en las figuras 4 y

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Las etapas 150 y 250 suplementarias pueden estar comprendidas eventualmente. En la etapa 150, el módulo M3 de

15 la figura 4 está formado con al menos la capacitancia. Se unen, preferentemente, el circuito de radiofrecuencia RF revestido de una resina 27; No obstante, el circuito de RF podria estar conectado distintamente.

En la etapa 250, el módulo M3, con al menos cuatro placas de contacto y comprendiendo al menos el microcircuito y al menos dicha capacitancia, es desplazado previamente a la etapa de conexión de la etapa 300.

20 Un estudio de los resultados de las mediciones en configuraciones seleccionadas ha permitido al inventor hacer las siguientes deducciones en una antena de relé en 13,56 MHz. El estudio muestra que, en particular, para que un relé permita hacer un transpondedor conforme a la ISO 14443-2, se debe tomar en cuenta preferiblemente en particular las siguientes reglas que permiten un acoplamiento óptimo entre las dos antenas. El tamaño del transpondedor debe

25 ser inferior al del relé y las antenas dispuestas de manera que haya una distancia minima de aproximadamente 200 ¡.1m entre el último hilo exterior del transpondedor y el último hilo interior del relé (es decir, que no se superpongan a plomo o en proyección).

El respectivo número de espiras de cada antena es igualmente importante como se explica a continuación. Por

3 O ejemplo, un par de relés/transpondedores dispuestos de acuerdo con la invención, que no cumplan la IS014443-2 y de construcción similar al transpondedor de la figura 3, se adaptan a la norma ISO después de la modificación. Tenían las siguientes características:

Antena del Transpondedor: 23x10 mm/ 7 vueltas/ 0,200 ¡.1m entre espiras

35 Antena de relé 13,56 MHz: 28x20 mm /7 vueltas / O,200¡.lm Valor de campos mínimos =1,4A/m; Banda lateral superior (USB) =20,8 mV / Banda inferior (LSB) =16,9 mV; (Recordatorio ISO: min =18,4mV con 1,5A/m);

Después del aumento de dos espíras de la antena de relé sin cambios en otra parte (Antena de relé 13,56 MHz =

4 O 28x20 mm /9 vueltas / 0,200 ¡.1m), se obtiene: Valor de campos mínimos =1, 28 A/m; Banda lateral superior (USB) = 22,3 mV / Banda lateral inferior (LSB) =19,5 mV. Se ha constatado que la simple adición de 2 espiras a la antena de relé, aumenta los rendimiento del par de radiofrecuencia de radio en más del 10% y logra un diagrama de antena conforme a la ISO 14443-2 de un tamaño de 28x20 mm, es decir, del orden de un tercio de una tarjeta con formato 101 54 X 86 mm.

La invención permite definir cuál debe ser el tamaño de la antena de relé más pequeño posible conforme a la ISO 14443-2; cuanto más pequeña, más espiras requeridas y aumentar el valor de la capacitancia para que la antena de relé pueda resonar a 13,56 MHz; Además, debe haber espacio restante dentro de la antena de relé para poder recibir el transpondedor.

Para recapitular, uno de los objetivos de la invención era especialmente poder realizar un transpondedor conforme a

la ISO 14443-2 inferior a aproximadamente 1/3 o incluso 1/4 o 1/2 de la superficie total de una tarjeta de chip 0354

X 86 mm2. Este objetivo se consigue con los siguientes valores:

55 Antena de relé 13,56 MHz, dimensiones de 28x20mm, espacio entre espiras (pitch) 200 ¡.1m; 9 vueltas y C = 28pF; Transpondedor con chip Infineon IFX SLE66CLX600PEM y antena de dimensiones 10 x 23 mm; espacio entre espiras (pitch) 200 IJm, 7 vueltas.

6 O Se presenta a continuación una tabla de valores obtenidos de par transpondedor/relé que permite satisfacer la norma ISO 14443-2. La norma ISO 14443-2 proporciona valores de retro-modulación de transpondedores compatibles superiores o iguales a 18,4 mV para un campo H de 1,5 A/m en las dos bandas laterales de respuesta del transpondedor. Por otra parte, el conjunto relé/transpondedor de funcionar en un campo inferior o igual a 1, 5 A/m.

2 O

3 O

ISO 14443-2 resultados con chip SLE66CLX800PE (Infineon) Hmin (Alm)

UM: Carga de Retro-Modulación (mV) con 1,5 Relé (13,56 MHz) Transpondedor (21 MHZ) en 26x10 Alm con un transpondedor en 26x10 mm

mm 4 5 6 7 4 5 6 7 Vuel-C vueltas vueltas vueltas vueltas vueltas vueltas vueltas vueltas

Superficie

tas (pF) C:56,6 C:34 C:18,5 C:13 C:56,6 C:34 C:18,5 C:13 pF pF pF pF pF pF pF pF 31x28 4 100 3,25 2,43 2,15 1,62 ---21,4 (LSB

31x28 5 65 1,7 1,66 1,44 1,35 --23,75

solo) 22 (LSB

31x28 6 49 1,9 1,46 1,35 1,23 -25,2 24,8

solo) 31x28 7 34,5 1,5 1,4 1,2 1,15 17,5 27,6 25,3 25,5 28x20 4 128 2,4 2,2 1,66 1,7 ---

16,45 (LSB 16 (LSB28x20 5 82 2,04 1,84 1,47 1,5 -

solo) solo) 28x20 6 61 2,41 2,17 1,87 1,8 ---28x20 7 46,6 1,78 1,87 1,9 1,75 ---28x16 4 139 3,22 2,74 2,47 2,43 ---28x16 5 96,5 3,2 2,88 2,6 2,33 ---28x16 6 78,4 3,27 2,88 2,37 2,96 ---28x16 7 53,7 2,4 2,1 1,64 2,13 ----

Superficie transpondedor modificado en 23x10 mm y 7 vueltas

Dimensiones relé (mm) Vueltas relé capacitancia (pF) Hmin UM 28x20 6 61 1 5 20/14 28x20 7 466 1 4 208/169 28x20 8 35 1 36 21 ,8/15,8 28x20 9 28 128 223/195

A partir de estas tablas, se deduce que los limites de superficie de la antena de relé conforme a la ISO han estado sensiblemente alrededor de las dimensiones de 20 x 28 mm.

Se observa en las tablas 1 y 2 que las antenas deben estar sensiblemente una en el interior de la otra sin solaparse. Una distancia mínima de aproximadamente 200 mil tuvo que ser mantenida entre las dos antenas. En la tabla 1, un valor degradado de 1,75 Hmin (en lugar de 1,5) se ha observado para una antena de relé de 28 x 27 y 7 vueltas para una superficie de transpondedor de 26 x 10. La séptima vuelta del transpondedor se superpone este caso a la espira interna de la antena de relé. A diferencia de en la tabla 2, un buen valor de 1,4 por Hmin se obtuvo para siete vueltas, pero una superficie del transpondedor más pequeña de 23 x 10 permite evitar una superposición de las antenas.

Se observa en esta tabla que los chips RF del transpondedor se asocian con las capacitancias por razones prácticas

o las pruebas de un amplio plan experimental. Es posible, no obstante, liberar estas capacitancias añadidas externamente sobre todo si es posible modificar el diagrama de la antena con antelación como la tabla de abajo. Esto se traduce particularmente en una adición de una espira y en este caso, en una reducción del espacio entre espiras.

Las siguientes equívalencias sin capacidad de las antenas incrustadas con respecto a las antenas del transpondedor del plan de experimentación.

Antenas del transpondedor en hilo incrustado del plan Equivalente en hilo incrustado sin capacitancia añadida

de experiencia 26x10 mm /7 vueltas / Pitch =200llm 26x10 mm / 8 vueltas / Pitch =150llm 23x10 mm / 9 vueltas / Pitch =200llm 23x10 mm / 10 vueltas/ Pitch =200llm

Se obtuvieron otros resultados en relación con las configuraciones de las figuras 3b y 3c que ilustran de forma esquemática una construcción de las antenas de transpondedores y relés similares o idénticas a la de la figura 3. Se obtuvieron los siguientes rangos para las características de la antena de relé a fin de ajustarse a ISO 14443-2:

Figura 3b: Dimensiones de la antena de relé: 31x28 mm; Número de vueltas =7; Pitch =0,200fJm ; e =34,5 pF

Dimensiones externas ~ de 20x28mm (max. contemplado = 36,5x23mm, siendo 1/4 de tarjeta 101 retirando 2 mm de tolerancias en el contorno para el corte a medida)

5 Número de vueltas ~ 5; max. =15 Espacio entre espiras (Pitch) mini ~150 fJm (centro a centro); Diámetro hilo ~ 50 fJm (ninguna limitación en max.) L ~ 2 fJH; max. = 22fJH R ~ 2 Ohms; max. =13 Ohms

lO e ~ 2 pF (en el caso de una antena de 12 vueltas, por ejemplo yde tamaño máxi; no max. con esta técnica).

Figura 3c: Dimensiones de la antena de relé: 20x28 mm; Número de vueltas =9; Pitch =0,200fJm ; e =27 pF Dimensiones externas ~ 31 x28 mm Número de vueltas ~ 5; max. 15

15 Pitch min o ~ 150fJm (centro a centro) Diam. hilo ~ 50 fJm (sin límite máximo) L ~ 1fJH ; max. 22fJH R ~ 2 Ohms; max. =130hms e ~ 2pF

La tolerancia de los valores en esta descripción para el término quot;aproximadamentequot; es más o menos 5% o 10%.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de comunicación de radiofrecuencia que comprende una antena de relé de amplificación asociada (4c, 4d), dicha antena de relé comprende al menos una espira exterior (Sp, Ser) de relé conectada a al menos una

5 capacitancia de sintonización, estando formada la capacitancia de sintonización por un componente externo (C ) unido y conectado a la antena,

-

un microcircuito (22) conectado a una antena del transpondedor (8c, 8d), comprendiendo dicha antena del transpondedor una espira exterior de transpondedor (Set) definiendo el interior, una primera superficie de

10 acoplamiento electromagnético (Sct) superior o igual a aproximadamente 10 x 13 mm, -estando situada la antena de relé sensiblemente alrededor de la antena del transpondedor a fin de tener la superficie de acoplamiento de la antena del transpondedor (Sct) sensiblemente en relación con la de (Scr) de la antena de relé.

15 caracterizado porque la capacitancia de sintonización presenta un valor superior a 35 pF para una frecuencia de sintonización de 13,56 Mhz, y porque la antena de relé presenta una superficie en el interior de una espira externa de relé inferior o igual a aproximadamente 1160 mm2 correspondiendo aproximadamente a la mitad de una tarjeta de chip formato ID1 .

2 O 2. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque la capacitancia tiene forma de chip de circuito integrado o de un componente montado en un módulo del tipo de tarjeta de chip con o sin contacto.
3.

Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la antena de relé comprende un número de espiras superior o igual a 4.
4.

Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la antena de relé presenta una superficie en el interior de una espira exterior de relé inferior o igual a aproximadamente 560 mm2 correspondiendo, respectivamente aproximadamente a un tercio de tarjeta de chip de formato ID1.

3 O 5. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende una antena de relé que tiene un número de espiras inferior o igual a 9 y porque la capacitancia tiene un valor inferior o igual a aproximadamente 139 pF.
6. Dispositivo según la reivindicación, caracterizado porque la antena del transpondedor (8c, 8d) está

35 comprendida en un rectángulo de aproximadamente 10 X 26 mm y la antena de relé (4c, 4d) comprendida en un rectángulo de aproximadamente 20 x 28 mm.
7. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque la antena del transpondedor y la antena de relé comprenden, respectivamente, del orden de 4 a 10 y 4 a 9 vueltas.
8.

Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque constituye un dispositivo USB.
9.

Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la antena del

45 transpondedor y la antena de relé comprenden cada una parte convergente a una cavidad (28) en el soporte o en una zona de eliminación de material en el sustrato.
10. Método de realización de un dispositivo de comunicación de radiofrecuencia según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

5 O caracterizado porque la antena del transpondedor y la antena de relé están son realizadas en un mismo sustrato de manera que cada una comprende una parte convergente a una zona común (28) de conexión en el sustrato.
11 . Método según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

55 -realización de las antenas en la forma de un conductor continuo, -separación de las antenas que se separan a continuación a nivel de dicha zona de conexión común.

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Fig.4 Fig.4a

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Fig.7

28 Fig.8

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