TWM459635U

TWM459635U - 用於近場通訊的接收端元件及包括該元件的接收設備

Info

Publication number: TWM459635U
Application number: TW101224317U
Authority: TW
Inventors: jia-ning Hou; yan-jun Xu; Chang-Sheng Shan; zhi-po Zhang
Original assignee: China Union Pay
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-08-11
Also published as: WO2013086997A1; CN202404630U

Description

用於近場通訊的接收端元件及包括該元件的接收設備

本創作涉及用於近場通訊的接收端元件及包括該元件的接收設備。

近場通訊(Near Field Communication，NFC)，又稱近距離無線通訊，是一種短距離的高頻無線通訊技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點資料傳輸(在10釐米內)交換資料。這個技術由免接觸式射頻識別(RFID)演變而來，並向下相容RFID。由於近場通訊具有天然的安全性，因此NFC技術被認為在手機支付等領域具有很廣的應用前景。

NFC設備內置NFC晶片，組成RFID模組的一部分，可以當作RFID被動式標籤使用，例如用來支付費用；也可以當作RFID讀寫器使用，例如用作資料交換與獲取。NFC技術支援多種應用，包括行動支付與交易、對等式通訊及行動中資訊訪問等。透過NFC設備，人們可以在任何地點、任何時間，透過任何設備，與他們希望得到的娛樂服務與交易聯繫在一起，從而完成付款，獲取海報資訊等。整體來看，NFC設備的應用主要可分為以下四個基本類型：用於付款和購票、用於電子票證、用於智慧媒體以及用於交換、傳輸資料。

現有的行動支付SWP(Single Wire Protocol，單線連接協定)-SD卡技術方案使得在支援NFC功能的行動終端(例如，手機)上便利安全地實現遠端及近場支付功能成為可能。智慧SD卡除了具有普通SD卡的資料儲存功能外，內嵌了一張具有金融安全級別的智慧卡作為支付資訊載體，使銀行卡資訊安全儲存在卡片內。它也可以像使用普通SD卡那樣儲存用戶自己的資料。與普通的SD卡相比，智慧SD卡在安全性上有很大的提高，因此將其與單線實現雙工通訊的SWP介面協定結合可以在同時安全可靠地實現遠端支付以及基於NFC的近場支付功能。

然而，諸如SWP-SD卡行動支付解決方案的技術雖然具有很高的安全性和可實現性，但依舊需要對手機硬體進行比較大的改造。諸如手機等行動支付終端至少需要增加支援NFC的類比前端電路，而一般增加的類比前端電路只能集成在手機的主板上。因此，用戶需要更換具有NFC功能的手機才能夠支援SWP-SD卡行動支付方案，這使得類似方案的推廣投入較大，在一定程度上限制了近場行動支付的推廣。

因此，對於盡可能少地改變行動支付終端的硬體結構來實現NFC近場行動支付的方案有很強的需求。

為解決上述問題，本創作提供了一種用於近場通訊的接收端元件，所述接收端元件包括：智慧卡；佈置在所述智慧卡上的第一線圈；以及靠近所述第一線圈並且與所述第一線圈磁耦合的第二線圈，其中所述第二線圈的面積大於所述第一線圈的面積。

較佳地，所述第二線圈被佈置在與所述第一線圈所處的平面大體上平行的另一平面上，並且所述第二線圈所包圍的區域在所述第一線圈所處的平面上的投影完全覆蓋所述第一線圈。

較佳地，所述接收端元件還包括與所述第二線圈串聯形成LC共振電路的電容。

較佳地，所述電容與所述第二線圈被佈置為大體上處於同一平面。

較佳地，所述第一線圈被佈置為與所述智慧卡的天線介面直接相連。

在一些實施例中，所述智慧卡是智慧SD卡或者是SIM卡。

本創作還提供了一種用於近場通訊的接收設備，所述接收設備包括：用於近場通訊的接收端元件，所述接收端元件包括智慧卡、貼合在所述智慧卡上的第一線圈以及靠近所述第一線圈並且與所述第一線圈磁耦合的第二線圈，其中所述第二線圈的面積大於所述第一線圈的面積；用於承載所述智慧卡的智慧卡插槽；其中所述第二線圈被固定在所述接收設備的外殼上。

在一些實施例中，所述接收設備為手機，並且所述第二線圈被固定在所述手機的後蓋上。

在另一些實施例中，所述接收設備為手機，並且所述 LC共振電路被固定在所述手機的後蓋上。

本創作的用於近場通訊的接收端元件及包括該元件的接收設備可以為近場行動支付提供很好的解決方案，其既可以作為推廣諸如手機支付等行動支付消費習慣的過渡方案，也可以在行動支付市場成熟後作為一種可行的解決方案與SWP-SD卡方案等其他技術方案並存。下面將結合具體的實施例來描述本創作的方法。

以下結合圖式和具體實施方式進一步詳細說明本創作。需要說明的是，圖式中的各結構只是示意性說明，用以使本領域普通技術人員最佳地理解本創作的原理，其不一定按比例繪製。

圖1示意性地示出了根據本創作的第一實施例的用於近場通訊的接收端元件的構成。如在先前技術中所提到的那樣，近場通訊(NFC)又稱近距離無線通訊，是一種短距離的高頻無線通訊技術，這個技術由免接觸式射頻識別(RFID)演變而來，並向下相容RFID。因此，與RFID一樣，NFC資訊也是透過頻譜中無線頻率部分的電磁感應耦合方式來傳遞的。在適於NFC通訊的非接觸式讀卡機設備上通常佈置有NFC天線，其為工作在13.56 MHz頻段上的近場耦合天線，讀寫距離很短，因而在接收端也必須佈置能夠與其匹配的適於進行磁場耦合的接收天線。

如圖1所示，根據本創作的第一實施例的接收端元件包括智慧卡101、第一線圈102以及第二線圈103。衆所周知，智慧卡如今已被廣泛應用在諸如手機、個人數位助理(PDA)、膝上型筆記型電腦、平板電腦等各式各樣的行動終端設備上。因此，將智慧卡作為接收天線的載體可以在對終端設備的硬體結構進行最小改動的情況下使其具備近距離通訊的能力。終端設備僅需具備智慧卡插槽，而這幾乎已經成為了目前大部分電子產品的標準配置。智慧卡可以包括智慧SD卡、SIM卡、智慧miniSD卡、智慧microSD卡等現有技術中常見的各種智慧卡構造。

第一線圈102被佈置在智慧卡101上，其被用作接收端天線的一部分。在實施例中，可以例如透過將銅制的第一線圈102直接印製在封裝智慧卡晶片的絕緣材料上來實現所述第一線圈。替代地，可以將所述第一線圈與智慧卡晶片共面地封裝在智慧卡的內部，其中晶片部分可以被形成在智慧卡101的除該第一線圈以外的空白部分上。不管採用哪一種方式，這樣的貼片式構造都不會使智慧卡在外形和體積上有明顯變化，因此不需要對現有的智慧卡插槽等機構進行改動。另外，不管在哪種佈置方式下，都可以將第一線圈102與智慧卡101內晶片的天線介面直接相連以對所述晶片進行操作。

事實上，已知的是諸如第一線圈102的單個線圈也可以與NFC非接觸式讀卡機設備上的發射天線耦合。然而，由於隨著半導體技術的不斷發展，智慧卡有明顯的小型化發展趨勢，其所能夠提供的用於承載接收天線的空間非常有限，因此基於諸如智慧microSD卡的第一線圈102的面積通常很小，其與發射端耦合所獲得的能量往往不能滿足正常通訊的需要。根據圖1所示的實施例，在本創作的接收端元件中還提供了第二線圈103，其與第一線圈102共同形成接收天線。

第二線圈103被佈置為靠近所述第一線圈102並且能夠與該第一線圈102磁耦合。顯而易見，該第二線圈103也必須能夠與NFC非接觸式讀卡機設備的發射天線(線圈)耦合。根據本創作，該第二線圈103也同樣採用貼片式的構造，而其面積要大於第一線圈102所佔據的面積。該第二線圈可以較佳地被佈置在與第一線圈102所處的平面平行的另一平面上，即第一和第二線圈互相平行地被佈置。另外，使第二線圈103所包圍的區域在第一線圈102所處的平面上的投影完全覆蓋所述第一線圈。在圖2中示意性地示出了這樣的佈置，其中更較佳地將第二線圈佈置為其軸線與第一線圈的軸線大體上重合。

第二線圈103可以被看作為功率提升線圈，其與較小的第一線圈102之間的互感使得第一線圈的磁場強度增大，由此增強透過非接觸式近場通訊所傳送的信號的強度，從而提供足夠的能量保證智慧卡晶片的正常工作。就這點而言，例如圖2所示的、第二線圈103的上述佈置可以更有效地確保良好的磁耦合效果和能量傳輸效率。

圖3a示意性地示出了根據本創作的第二實施例的用於近場通訊的接收端元件的部分；圖3b示出了圖3a所示部分的等效電路。

如圖3a所示，根據本創作的第二實施例的接收端元件中增加了與第二線圈301串聯的共振電容器302，從而形成圖3b中的串聯共振電路。第二線圈301的電感值以及電容302的電容值應滿足如下共振公式：

其中f₀ 為共振頻率，π為圓周率常數，L為線圈的電感量，C為共振電容量。

在非接觸式近場通訊的應用中，該串聯的電感與電容應被調節至工作在13.56 MHz的共振點處，由此能夠更高效地將信號能量透過與第一線圈的互感參數耦合到其上，從而對13.56 MHz共振頻率的信號具有放大作用。為了有效控制該部分元件的厚度，共振電容302與第二線圈301可以被佈置為大體上處於同一平面。舉例來說，可以在諸如聚酯材料薄膜的絕緣介質層兩邊印刷銅金屬區域來實現電容302，同時在所述絕緣介質層的一個面上印製第二線圈301，透過佈線使其一端與電容302的一端相連，而透過打孔使其另一端與電容302的另一端相連，由此形成圖3b所示的共振電路。

圖4示意性地示出了本創作所提供的用於近場通訊的接收設備的實施例。一般而言，根據本創作的用於近場通訊的接收設備包括智慧卡插槽，以承載帶有所述第一線圈的智慧卡，而所述第二線圈或其與電容構成的LC共振電路被固定在接收設備的外殼上。該接收設備可以利用各種帶有合適的智慧卡插槽的行動終端來實現，諸如手機、PDA、平板電腦等等。

在圖4所示的實施例中，該接收設備為手機401，並且上述接收端元件被佈置在其相應的位置上，其中帶有第一線圈的智慧卡部分被插入手機所帶的智慧卡插槽中，而第二線圈或其與電容構成的LC共振電路則被固定在手機後蓋402的內表面上，該部分可以被實現為貼片的形式。根據本創作的手機401可以按照圖4所示的方位與讀卡機403進行通訊，但應理解的是，即使把手機401的正面對準讀卡機403，本創作所提供的接收端元件也可以具有增強通訊的作用。

就目前常見的手機設計而言，所述智慧卡可以採用智慧microSD卡。這一設計能夠使近場支付共用SD卡中智慧晶片的安全模組，在保證遠端支付的同時實現安全便捷的行動近場支付。對於具有智慧microSD卡插槽的手機而言，其都能方便地使用本創作所提供的接收端元件。除了改用印刷有所述第一線圈的智慧microSD卡並且將貼片式的第二線圈或其與電容構成的LC共振電路固定在其後蓋上之外，無需對手機本身的硬體進行任何改造。此外，由於採用了無源器件，即使在手機沒電時也可以實現安全的近場支付。

應說明的是，以上實施方式僅用以說明本創作的技術方案而非對其進行限制。儘管參照上述實施方式對本創作進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解，依然可以對本創作的實施方式進行修改或對部分技術特徵進行等效替換而不脫離本創作的實質，其均涵蓋在本創作請求保護的範圍中。

101‧‧‧智慧卡

102‧‧‧第一線圈

103‧‧‧第二線圈

401‧‧‧手機

402‧‧‧手機後蓋

403‧‧‧讀卡機

本創作的前述和其他目標、特徵和優點根據下面對本創作的實施例的更具體的說明將是顯而易見的，這些實施例在圖式中被示意。

圖1示意性地示出了根據本創作的第一實施例的用於近場通訊的接收端元件的構成。

圖2示意性地示出了圖1所示的接收端元件的各個部分的佈置。

圖4示意性地示出了本創作所提供的用於近場通訊的接收設備的實施例。

101‧‧‧智慧卡

102‧‧‧第一線圈

103‧‧‧第二線圈

Claims

一種用於近場通訊的接收端元件，其特徵在於，該接收端元件包括：智慧卡；佈置在該智慧卡上的第一線圈；以及靠近該第一線圈並且與該第一線圈磁耦合的第二線圈，其中該第二線圈的面積大於該第一線圈的面積。
如申請專利範圍第1項所述的接收端元件，其中該第二線圈被佈置在與該第一線圈所處的平面大體上平行的另一平面上，並且該第二線圈所包圍的區域在該第一線圈所處的平面上的投影完全覆蓋該第一線圈。
如申請專利範圍第1項所述的接收端元件，其中，該接收端元件還包括與該第二線圈串聯形成LC共振電路的電容。
如申請專利範圍第3項所述的接收端元件，其中該電容與該第二線圈被佈置為大體上處於同一平面。
如申請專利範圍第1項所述的接收端元件，其中該第一線圈被佈置為與該智慧卡內晶片的天線介面直接相連。
如申請專利範圍第1項所述的接收端元件，其中該智慧卡是智慧SD卡或者是SIM卡。
一種用於近場通訊的接收設備，其特徵在於，該接收設備包括：用於近場通訊的接收端元件，該接收端元件包括智慧卡、佈置在該智慧卡上的第一線圈以及靠近該第一線圈並且與該第一線圈磁耦合的第二線圈，其中該第二線圈的面積大於該第一線圈的面積；用於承載該智慧卡的智慧卡插槽；其中該第二線圈被固定在該接收設備的外殼上。
如申請專利範圍第7項所述的接收設備，其中該第二線圈被佈置在與該第一線圈所處的平面大體上平行的另一平面上，並且該第二線圈所包圍的區域在該第一線圈所處的平面上的投影完全覆蓋該第一線圈。
如申請專利範圍第7項所述的接收設備，其中，該接收端元件還包括與該第二線圈串聯形成LC共振電路的電容。
如申請專利範圍第7項所述的接收設備，其中該電容與該第二線圈被佈置為大體上處於同一平面。
如申請專利範圍第7項所述的接收設備，其中該第一線圈被佈置為與該智慧卡的天線介面直接相連。
如申請專利範圍第7項所述的接收設備，其中該智慧卡是智慧SD卡或者是SIM卡。
如申請專利範圍第7項所述的接收設備，其中該接收設備為手機，並且該第二線圈被固定在該手機的後蓋上。
如申請專利範圍第9項所述的接收設備，其中該接收設備為手機，並且該LC共振電路被固定在該手機的後蓋上。