TWI574210B - 射頻通訊裝置,其操作受控於持有者之自主手勢 - Google Patents
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Description
本發明係涉及裝備有用以中斷操作之一個元件的一個射頻辨識裝置,並且更具體而言是涉及其操作受控於持有者之一個自主手勢的一個射頻通訊裝置。
非接觸式的射頻辨識裝置(RFID)係逐漸地被使用於人物的識別,該等人物係在進出受到控制的範圍中移動或者是從一個範圍轉移到另一個範圍。如此,用於保全身分證明文件類型之文件(諸如:護照、身分證或其它證件)的市場係逐漸茁壯。一個非接觸式的射頻辨識裝置係一個使用一個天線和經連接至該天線之終端的一個晶片所製成的裝置。該晶片係非經供能,並且藉由在讀取器的天線和該射頻辨識裝置的天線之間的電磁耦接以接收其能量。資訊係在該讀取器和該射頻辨識裝置之間進行交換,並且特別是經儲存在該晶片上的資訊,其係有關於物件(其上定位有該射頻辨識裝置)之持有者的身分,以及有關於該持有者進入進出受到控制的範圍之授權。
由於該非接觸式的裝置而出現的其中一個主要問題是在於可能被該裝置之持有者所未知的一個遠端讀取器進行詢問。此問題在涉及敏感的應用(諸如:銀行卡,電子錢包,以及安全和身分證明文件)上是更加嚴重。
用以補償此不利因素之一個手段係將該射頻辨識裝置
配備一個機械開關,其係如文件EP 1 939 792中所述般而能夠關閉該天線的電路。此手段係使一個射頻裝置之標準製作過程需要一個制式且昂貴的修改,如此將可觀地限制在當前市場內的發展。
另一個手端係被敘述在文件EP 1 877 964中並且如圖1和2中所例示。圖1中所示之射頻辨識裝置111係配備有特性為電容性表面117和118之一個控制裝置116,該等電容性表面117和118在被該使用者的手指所覆蓋時致能資料從該裝置到該讀取器的傳輸。該裝置係包含藉由兩個接觸件113以連接至一個天線112的一個電子模組114。該天線係同樣被連接至該兩個電容性表面117和118,各者係形成兩個電容器之兩個金屬板中的一者(未圖式),而該組件係形成該控制裝置116。因此在預設上,由該晶片114,該天線112和該控制裝置116所組成之電路係在該等電容性表面117和118的位置中呈現開路的狀態。
圖2係代表圖1中所代表先前技術之裝置的等效電路圖。該天線112係等效於一個電感L,一個電阻r和一個匝間電容Cf。該匝間電容Cf係代表由於該等匝之繞組的電容,並且經建立在該等匝110之間的間隔中。該控制裝置116係等效於一個可變電容Cg。C係代表該晶片114之輸入電容,並且R係代表該晶片114之負載電阻。該天線112,該晶片114和該控制裝置116係經並聯連接。
先前所述之裝置係呈現數個不利因素。已知的是:由一個晶片和一個天線所形成之一電路係一個振盪電路,其
之最佳操作係在觀察到下述的電路共振定律而取得:LCω2=1 (1)
其中L係代表該天線之電感,C係代表經連接至該天線之總電容,並且ω係等於2 πf的脈衝,其中f係代表所追求的共振頻率(例如:13.56 MHz)。隨後是該電路之共振頻率f0等於:
在預設上,圖1中所示之裝置係不允許來自該晶片之資料傳輸,該晶片之開路電路的共振頻率大致上係不同於該資料傳輸的頻率,也就是說是13.56 MHz。為取得此一頻率,該天線之電感L係必須低到以增加f0的數值。如此,該天線係必須由少數匝來組成,從而導致低的天線增益和低的匝間電容Cf。決定L*C之乘積,使得該開路電路之共振頻率係將遠遠超過用於允許資料交換的頻率臨界值。就此來說,該開路電路之頻率係處於40 MHZ的級數。當該使用者抓握該裝置111並且將一手指置放在該等電容性表面117和118上時,如此係造成並聯於該天線之兩個電容器的一個串聯連接。由該連接所取得之電容係考量到由兩個金屬板(其中一個是該電容性表面117)所形成之第一電容器的電容C1,以及由兩個金屬板(其中一個是該電容性表面118)所形成之第二電容器的電容C2。在此形式中為閉路之電路係必須具有進近13.56 MHz之一個頻率f1,以致能資料的交換。該頻率係能於f1:
L和C係固定,而Cf係可忽略,允許該頻率從40 MHz下降到13.56 MHz的參數係該控制裝置的電容Cg,該電容Cg係必須具有高的數值。該電容Cg係驗證下述方程式:1/ Cg =1/ C1+1/ C2
該電容Cg係增加先前技術裝置之電路的總電容,並且因此係減少該電路之共振頻率,直到該共振頻率達到所需用以允許資料交換的頻率為止。
如此,該數值在先前技術裝置之操作上係關鍵的。此數值係關聯於該兩個電容器之電容C1和C2的數值(必須夠高),並且係關聯於該手指的位置,所施加的力度和所取得的耦接。因此,先前技術裝置之操作係與依據該使用者抓握並且啟動該控制裝置的方式不一致。如此在實際的生活面上係可能減緩並且擾亂對該卡片的讀取,諸如在一個進出控制或身分查核。
再者,如在圖2之電路圖中所能見到,當該手指並未置放在該卡上時,該電路係在該等電容器的位置中呈現開路的狀態,而該天線112和該晶片114係持續以形成一個閉路電路。因此,只要該晶片一直被連接至該天線,該射頻辨識裝置係總是能接收來自該讀取器的功率。此意謂:在該射頻辨識裝置和該讀取器之間的資料通訊係維持可行,並且將取決於由該讀取器所發出的功率。
先前技術裝置之另一個不利因素在於產業上加以實施的困難度。事實上,一個開關的建立或電氣構件的嵌入在該非接觸式裝置的厚度上係增加製造過程的步驟數目,並
且結果是因而增加最終產品的成本價格。
這也就是為何本發明的目的是在於提供用以減輕前述諸多不利因素的一個射頻裝置,其之最佳操作係由該持有者施加一個均勻並且從容的動作於該卡上而被初始化。
因此,本發明之目的係由至少兩個疊層所組成之一個非接觸式可攜裝置:一個支持層,在其第一側面上係包括一個天線,該天線係由具有數個匝的一個扁平繞組所製作,該等匝係越過一個電氣絕緣的橋接器;一個保護層,其係經膠黏至該支持層之第一側面,該天線係表徵兩個切口並且由兩條導線和四個末端所組成,其中係包含用於連接至一個晶片之兩個連接末端。
依據主要特徵,該天線係包括兩個末端,各個末端係延伸有一個接觸件,該些接觸件係不接觸彼此並且被分開有一狹窄間隔,而致使該天線處於開路的狀態,當一位使用者將一個手指置放在該保護層上而位於該等接觸件的位置時,該天線係藉由在兩個接觸件之間的一電流流過該保護層而成閉路的狀態,從而致能在該晶片和與該非接觸式可攜裝置相關聯的讀取器之間的通訊。
依據本發明之射頻裝置係一個非接觸式裝置,其係經
過設計以與一個讀取器進行遠程通訊。依據本發明之射頻裝置係有利地應用到具有標準智慧卡之一個非接觸式卡會票據,或者是應用到被稱作為「鑲嵌件(inlay)」之一個護照封套。然而,在本文中所述之裝置係可具有另一個格式,而不會偏離本發明的範疇。依據本發明之射頻裝置係包含在圖3中所代表的一個支持層311。該支持層311係由紙張,Teslin型合成紙張或其它材料(諸如:聚碳酸酯、聚乙烯對苯二甲酸酯或聚氯乙烯)所製作。表徵有一個天線312,一個晶片314和一個感測區域316之一個電路係在該支持層311的一個第一側面上加以製作。較佳為平面之天線係藉由以例如裝載有傳導性粒子(諸如:銀質或金質)之環氧樹脂型傳導性油墨或以一傳導性聚合物進行網板印刷、彈性凸板印刷(flexography)、輪轉凹板印刷(rotogravure)、平板印刷(offset printing)或噴墨印刷而製成,該天線係同樣可依據諸如鋁質蝕刻之另一個技術來製作。該天線係藉由具有數個匝310之一個扁平繞組來形成,該等匝310係越過一個電氣絕緣層或橋接器309而不會發生短路,通過該電氣絕緣層或橋接器309的上方和下方。該天線312係表徵至少兩匝310。然而,當該天線被調整到該晶片時,匝的數目係取決於所使用之晶片的類型。較佳為,取決於所使用的技術,該等匝係恆定地相隔有0.1毫米到1毫米之間的距離。該天線係被耦接在兩個位置中,使得該天線係表徵有兩個切口,兩條導線和四個末端。
該天線312係表徵經連接有該晶片314之兩個連接末
端321和322。該晶片314係依據諸如「覆晶」連接方法之一個已知製程或依據其它製程來進行連接。該天線係同樣表徵兩個其它末端323和324,各個末端係延伸有接觸件333和334。該兩個接觸件333和334係形成該天線之感測範圍316。該兩個接觸件係依據與該天線的相同印刷或蝕刻程序來製作,並且經定位在該支持層311上,因而與該天線312在相同平面中。該等接觸件較佳係與該天線同時地被製造。該等接觸件係由與該天線相同的材料來製作,並且因此係形成該天線的一個集成部件。經定位在相同平面中之兩個接觸件係並未接觸彼此,並且被分開有在0.1毫米和1.5毫米之間的一個間隔。該接觸件333係延伸該天線之末端323,其意謂以該接觸件334經連接至該天線之末端324的相同方式,該接觸件333係被連接至該天線之末端323。經定位在該連接末端322和該天線的末端323之間的第一天線導線的長度係僅可能地短,此長度係不可超過該天線之總長度的10%,並且較佳為少於5%,藉此避免在該電路處於開路時供應功率到該晶片,而且如此避免在該非接觸式裝置和該讀取器之間的任何資料傳輸。第二天線導線係被定位在該晶片314的連接末端321和該天線的末端324之間。該橋接器309係被定位在該天線上的第二導線中央,以允許該天線經調適到該晶片,以用於最大化在該電路處於閉路時的能量轉移,並且用於最佳化在該非接觸式裝置和該讀取器之間的資料傳輸。
該支持層311係藉由至少一個保護層所覆蓋,以用於保
護該電路並且用於完成該裝置。在一個票據的案例上,此第一層係能由紙張,合成紙張,聚氯乙烯,聚碳酸酯等所製作。在一個卡片的案例上,該天線的支持層係被嵌入由塑膠材料(聚氯乙烯,聚乙烯對苯二甲酸酯,聚碳酸酯)所製作的兩個保護層之間,以形成上部卡片主體和下部卡片主體,並且接著藉由在壓力下的熱層壓進行熱接合。因此,該敏感範圍係經置放在兩個疊層之間,以至於與外界電氣隔離。在一個護照鑲嵌件的案例上,此第一層係由紙張或Teslin型合成紙張所製作。
圖4係代表在圖3中所代表之電子電路的射頻裝置之一個等效圖。該電路係包含該天線312,該感測範圍316和該晶片314。該天線312係等效於一個電感L,一個電阻r和一個匝間電容Cf。該匝間電容Cf係經建立在該等匝310之間的間隔中,並且代表由於該等匝之繞組的電容。該感測範圍316係等效於一個可變電容Cc。C係代表該晶片之輸入電容,並且R係代表該晶片之負載電阻。因此,該晶片314係經串聯連接於該感測範圍。
在預設上,該感測範圍316係處於開路的狀態,其係對應於數值幾乎是零的一個電容Cc。如在圖4之等效電路圖中所能見到,該電路中表徵該晶片之分支因而在預設上係處於開路的狀態。於是,當該天線處於開路的狀態時,該晶片係接收不到能量。因此,在該卡片和相關讀取器之間的資訊交換係不可行。不同於先前技術的裝置,該開路電路之共振頻率的數值在避免資料的交換上係非關重要。
另一方面,依據本發明之裝置之共振頻率的數值係可少於20 MHz,同時在一個手指並非經置放在該感測範圍上的情況下避免該卡片的操作。在預設上,依據本發明之裝置的共振頻率係等於:
如在方程式(3)中所能見到,僅有該匝間電容之數值係涉入依據本發明之裝置之共振頻率的數值。因此,不論該共振頻率的數值為何,在依據本發明的裝置和一個相關讀取器之間不存在交換。
依據本發明之感測範圍316的一個實施例係被顯示在圖5中。該感測範圍之維度係大約為一個拇指的尺寸。較佳為,該感測範圍係呈現橢圓形,不過可以是矩形,方型或平行六面體,而不會偏離本發明的範疇。該感測範圍係由彼此嵌套一起之兩個分開的接觸件333和334所形成,然而當該等接觸件被分開有一個狹窄間隔525時則不具有接觸的範圍。該間隔525係藉由該兩個接觸件333和334之對置邊緣523和524所定義。該些邊緣較佳係處於平行,使得該間隔525係具有恆定的寬度。此寬度係一個毫米的級數,並且較佳係在0.1毫米和1.5毫米之間。
該卡片之持有者的手指在該感測範圍316上的置放係在該手指提供低電阻時,致使電流流過該等部件521和522之間,以及該感測範圍316之電容Cc的增加。因此,該感測範圍316係處於閉合位置,由該晶片314,該天線312和該感測範圍所組成的電路係因此處於閉路的狀態,藉此致
能在該晶片和與該非接觸式可攜裝置的一個讀取器之間的通訊。因此,該共振頻率係等於:
其中k係與該感測範圍之形狀和該感測範圍之電容Cc相關聯的一個係數。
如在方程式(4)中所能見到,當依據本發明的裝置藉由置放一個手指而被致動時,除了該匝間電容,該晶片之電容係同樣參與該共振頻率的取得。於是,該晶片之電容在該裝置之射頻功能上係關鍵的。
依據本發明的裝置係呈現不具有一個機械介面也不具有多個行動機械部件之組件(諸如:在一個開關中所能見到的部件)的優勢。該感測範圍係不包含諸如感測器之任何外加的元件。依據本發明的裝置在其外在表面上係不具有傳導性介面。該感測範圍係與該天線同時被製作在該天線的支持層上,從而該感測範圍係完全地被掩飾在該裝置中的保護層下方。
110‧‧‧匝
111‧‧‧射頻辨識裝置
112‧‧‧天線
113‧‧‧接觸件
114‧‧‧晶片
116‧‧‧控制裝置
117‧‧‧電容性表面
118‧‧‧電容性表面
309‧‧‧橋接器
310‧‧‧匝
311‧‧‧支持層
312‧‧‧天線
314‧‧‧晶片
316‧‧‧感測範圍
321‧‧‧連接末端
322‧‧‧連接末端
323‧‧‧末端
324‧‧‧末端
333‧‧‧接觸件
334‧‧‧接觸件
523‧‧‧邊緣
524‧‧‧邊緣
525‧‧‧間隔
Cc‧‧‧電容
Cf‧‧‧匝間電容
Cg‧‧‧可變電容
R‧‧‧負載電阻
在搭配後附圖式時,本發明之目的,對象和特徵業已從上述發明說明得到理解,其中:圖1係代表先前技術裝置;圖2係代表在圖1中所代表之先前技術裝置的等效電路圖;圖3係代表依據本發明之射頻裝置的一個概略視圖;
圖4係代表在圖3中所代表之依據本發明的射頻裝置之一個等效電路圖;圖5係代表裝備依據本發明之裝置的感測區域之一個詳細視圖。
309‧‧‧橋接器
310‧‧‧匝
311‧‧‧支持層
312‧‧‧天線
314‧‧‧晶片
316‧‧‧感測範圍
321‧‧‧連接末端
322‧‧‧連接末端
323‧‧‧末端
324‧‧‧末端
333‧‧‧接觸件
334‧‧‧接觸件
Claims (5)
- 一種由至少兩個疊層所組成之一個非接觸式可攜裝置,其係包括:一個支持層(311),在其第一側面上係包括一個天線(312),該天線(312)係由具有數個匝(310)的一個扁平繞組所製作,該等匝(310)係越過一個電氣絕緣的橋接器(309);一個保護層,其係經膠黏至該支持層之第一側面;該天線係表徵兩個切口並且由兩條導線和四個末端(321,322,323和324)所組成,其中係包含用於連接到一個晶片(314)之兩個連接末端(321,322);其特徵係在於,該天線係包括兩個末端(323,324),各個末端係延伸有一個接觸件(333,334),該兩個接觸件係不接觸彼此並且被分開有一狹窄間隔(525),而致使該天線處於開路的狀態,並且該兩個接觸件係與該天線被定位在相同的平面中,當一位使用者將一個手指置放在該保護層上而位於該等接觸件的位置時,該天線係藉由在該兩個接觸件(333,334)之間的電流流過該保護層而呈現閉路的狀態,從而致能在該晶片和與該非接觸式可攜裝置相關聯的讀取器之間的通訊。
- 如申請專利範圍第1項之非接觸式可攜裝置,其中該間隔(525)係具有恆定的寬度,該寬度係一個毫米的級數,並且較佳係在0.1毫米和1.5毫米之間。
- 如申請專利範圍第1或2項之非接觸式可攜裝置,其中經定位在該晶片的連接末端(322)和該末端(323)之間的天線之電路的第一導線之長度係少於該天線之總長度的10%,藉此避免在該電路處於開路時供應功率到該晶片,且因此避免任何在該非接觸式裝置和該讀取器之間的資料傳輸。
- 如申請專利範圍第1或2項之非接觸式可攜裝置,其中該絕緣橋接器(309)係被定位在該天線之電路上的第二導線中央,該第二導線係經定位在該晶片的連接末端(321)和該天線的末端(324)之間,以允許該天線經調適到該晶片,以用於最大化在該電路處於閉路時的能量轉移,並且因此用於最佳化在該非接觸式裝置和該讀取器之間的資料傳輸。
- 如申請專利範圍第1或2項之非接觸式可攜裝置,其中該兩個接觸件(333,334)係形成一個感測範圍(316),該感測範圍(316)在形狀上係呈現橢圓形。
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