專利名稱：非接觸式ic卡及其設(shè)計(jì)方法、一種天線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能卡技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式IC卡及其設(shè)計(jì)方法，
以及一種天線結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
智能卡又稱為IC卡， 一般有兩種接觸式IC卡和非接觸式IC卡。其中， 所述接觸式IC卡是通過機(jī)械觸點(diǎn)獲取能量和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；而非接觸式IC卡 又稱為射頻卡，是通過天線線圈感應(yīng)獲取能量和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。根據(jù) IS0/IEC14443協(xié)議,標(biāo)準(zhǔn)ID-1型非接觸式IC卡的面積為85. 6mm*53. 98腿，在 1. 5A/M-7. 5A/M的場強(qiáng)下可正常工作。
隨著非接觸式IC卡的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，用戶對非接觸式IC卡的小型化 的要求增加。目前來講， 一般是通過減小非接觸式IC卡的天線的面積來實(shí)現(xiàn)其 小型化。
為保證具有小面積天線的非接觸式IC卡的正常工作，例如，可通過增加天 線匝數(shù)的方法來抵消由于天線面積減小而帶來的弊端。在這種方式下，通過增 加天線的匝數(shù)來增加天線的電感量，從而抵消了因天線面積減小而造成的卡片 諧振頻率升高。但是，在這種方式下，由于天線面積的減小而不能無限的增加 天線匪數(shù)，也就是說，在保證非接觸式IC卡正常工作的前提下，天線面積的減 小是有限的。因此，在這種方式下，小型化后的非接觸式IC卡還是很難滿足用 戶的要求?；蛘撸€可以通過在非接觸式IC卡的天線線圈中增加高磁導(dǎo)率磁芯 的方式，來保證小面積天線的正常工作。但是，這種方式成本高，加工工藝復(fù) 雜，并且非接觸式IC的應(yīng)用場合可能會受到限制。另外，因?yàn)樵O(shè)計(jì)限制，天線匝數(shù)只能保持較少的數(shù)量，此時也難以保證正 常工作所必須的天線的電感量。如何實(shí)現(xiàn)在天線電感量偏少的情況下，非接觸
式IC卡可以保證足夠的工作場強(qiáng)，這也是急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種非接觸式ic卡及其設(shè)計(jì)方法，以降低非接觸式IC卡正常
工作所要求的最小工作場強(qiáng)。
本發(fā)明實(shí)施例采用如下技術(shù)方案
一種非接觸式IC卡，包括天線模塊和與所述天線模塊連接的IC卡模塊， 在所述天線模塊的兩端并聯(lián)有附加電容。
一種非接觸式IC卡的設(shè)計(jì)方法，所述非接觸式IC卡包括天線模塊和與所 述天線模塊連接的IC卡模塊，包括
將附加電容并聯(lián)連接到所述非接觸式IC卡中天線模塊的兩端；
調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值，使得所述非接觸式IC卡的諧振頻率位于非接 觸式IC卡的正常的工作頻率范圍內(nèi)。
本發(fā)明非接觸式IC卡及其設(shè)計(jì)方法，通過在所述非接觸式IC卡的天線模 塊兩端并聯(lián)附加電容，使得在天線模塊面積減小或者天線匝數(shù)減少等情況下而 導(dǎo)致電感值減少，可通過調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值來降^f氐所述非接觸式IC卡 的諧振頻率，從而使得所述非接觸式IC卡能夠工作在正常的工作頻率范圍內(nèi)。 可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，通過這種方式確定天線模塊的電感值和附加電容的 電容值，使得非接觸式IC卡獲得的感應(yīng)電動勢和其諧振頻率達(dá)到最佳平衡，負(fù) 載調(diào)制最大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非接觸式IC卡正常工作所要求的最小工作場強(qiáng)最小，保 證其正常工作。
一種天線結(jié)構(gòu)，包括天線線圈，在所述天線線圈的兩個抽頭之間連接有附加電容。
本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)通過在天線線圈的兩個抽頭之間連接有附加電容，可使得 在天線線圈面積減小或者天線匝數(shù)減少等情況下而導(dǎo)致電感值減少，可通過調(diào) 節(jié)所述附加電容的電容值來降低具有所述天線結(jié)構(gòu)的設(shè)備的諧振頻率，從而使 得所述設(shè)備能夠工作在正常的工作頻率范圍內(nèi)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，通 過這種方式確定天線線圈的電感值和附加電容的電容值，使得具有所述天線結(jié) 構(gòu)的設(shè)備獲得的感應(yīng)電動勢和其諧振頻率達(dá)到最佳平衡，負(fù)載調(diào)制最大，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)具有所述天線結(jié)構(gòu)的設(shè)備正常工作所要求的最小工作場強(qiáng)最小。


為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明非接觸式IC卡的等效電路圖2為本發(fā)明非接觸式IC卡的天線模塊為線繞天線時的示意圖3和圖4分別為本發(fā)明非接觸式IC卡的天線模塊為蝕刻天線時，附加電 容采用標(biāo)準(zhǔn)電容時，印制電路板的正面和背面示意圖5和圖6分別為本發(fā)明非接觸式IC卡的天線模塊為蝕刻天線時，附加電 容采用平行板電容時，印制電路板的正面和背面示意圖7為本發(fā)明非接觸式IC卡的設(shè)計(jì)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清 楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造 性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
需要說明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，非接觸式IC卡指所有具有天線以非接 觸方式工作的集成電路卡，如具有CPU模塊的CPU卡，不含CPU模塊的邏輯 加密卡(如Mifare、 Felick)等。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，非接觸式IC卡的工作原理是在非接觸式IC卡進(jìn)入外部 讀寫器產(chǎn)生的射頻場后，其內(nèi)部的天線通過耦合產(chǎn)生電流，LC諧振電路產(chǎn)生共 振，該諧振電路中的電容充電。并且，在非接觸式IC卡芯片內(nèi)部接有一個單向 導(dǎo)通的電荷泵，將該諧振電路儲存的能量送到電荷泵的儲能電容中。當(dāng)所積累 的電荷達(dá)到一定電壓時，此儲能電容可作為電源為其它電路提供工作電壓。
另外，非接觸式IC卡的諧振頻率計(jì)算公式為
/= , 1 (1)
其中，f為非接觸式IC卡的諧振頻率，Cw為所述附加電容的電容量，LC。U
為所述天線模塊的電感量，a。n為所述天線模塊的電容量，Cm自+de為所述IC卡
模塊的等效電容量。并且，在實(shí)際應(yīng)用中，影響非接觸式IC卡和外部讀寫器之 間的讀寫距離的因素主要有以下兩點(diǎn)
(1)非接觸式IC卡從射頻場中獲得的工作能量獲得的工作能量越大， 非接觸式IC卡的工作距離越遠(yuǎn)；(2)負(fù)載調(diào)制負(fù)載調(diào)制越大，讀寫器可以讀 取非接觸式IC卡響應(yīng)數(shù)據(jù)的距離越遠(yuǎn)。
此外，由上式(1)可以看出，在非接觸式IC卡小型化的過程中，若減小 其天線模塊的面積或者減少天線匝數(shù)，這將會導(dǎo)致天線模塊的電感量減小，諧 振頻率增加，從而影響非接觸式IC卡的工作性能。
如圖1所示，為本發(fā)明的非接觸式IC卡的等效電路圖。在具體應(yīng)用中，非接觸式IC卡中的天線線圈可等效成圖1中的天線模塊ll，實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，天線模
塊ll可以為繞線天線或者蝕刻天線。因此，考慮到上述因素，本發(fā)明的非接觸
式IC卡包括天線模塊11和與所述天線模塊連接的IC卡模塊12，并且在所述 天線模塊的兩端并聯(lián)有附加電容13。當(dāng)所述天線的電感量發(fā)生變化時，通過調(diào) 節(jié)該附加電容13的電容值，就可將所述非接觸式IC卡的諧振頻率控制在正常 的工作頻率下。
在具體實(shí)現(xiàn)過程中，所述的附加電容可至少包括以下三種實(shí)現(xiàn)形式
方式一當(dāng)所述天線為繞線天線時，所述附加電容13可綁定在所述非接觸 式IC卡的IC卡模塊中。也就是說，在設(shè)計(jì)所述非接觸式IC卡的過程中，可將 附加電容13的電容值設(shè)計(jì)到所述IC卡模塊中電容的電容值中。如圖2所示， 繞線天線三圈時，在基材1上安裝繞線天線2和已綁定附加電容的IC卡模塊3。 也可以在繞線天線的兩個抽頭之間并聯(lián)一附加電容，并連接到IC卡模塊。
方式二當(dāng)所述天線為蝕刻天線時，所述附加電容13可采用標(biāo)準(zhǔn)電容，直 接焊接在電路板預(yù)留焊盤上。如圖3所示，在印制電路板l的正面制有兩圈天 線2，如圖4所示，在印制電路板1的反面制有一圈天線2，印制電路板1中部 的兩個焊點(diǎn)A用來安裝IC卡模塊，下部的兩個焊點(diǎn)B用來安裝附加電容，天線 的兩個抽頭分別連接附加電容的焊點(diǎn)B后再與IC卡模塊連接。
方式三當(dāng)所述天線為蝕刻天線時，所述附加電容13可采用平行板電容。 如圖5和圖6所示，分別為設(shè)置有附加電容13的印制電路板的正面和背面示意 圖。實(shí)現(xiàn)時，可以在蝕刻天線時，利用印制電路板的正面和背面的相對位置走 線，如圖5和圖6所示的較寬大走線部分13,形成平行板電容，再將天線的兩 個抽頭引出與IC模塊連接；還可以分別在印制電路板的正面和背面相對位置粘 貼一金屬片，兩金屬片形成平行板電容，天線的兩抽頭分別連接金屬片，再與IC卡模塊連接。在這種情況下，所述附加電容13的計(jì)算公式如下:
上式中，Aw為電容的有效面積；h為印制板介質(zhì)厚度；C為電容值；s。為絕 對介電常數(shù)，為8. 85xl(T12 C2/N*m2; ^為介質(zhì)的相對介電常數(shù)；A-axb為電容
本發(fā)明非接觸式IC卡，通過在所述非接觸式IC卡的天線模塊兩端并聯(lián)附 加電容，使得在天線模塊面積減小或者天線匝數(shù)減少等情況下而導(dǎo)致電感值減 少，可通過調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值來降低所述非接觸式IC卡的諧振頻率， 從而使得所述非接觸式IC卡能夠工作在正常的工作頻率范圍內(nèi)。可以根據(jù)實(shí)際 應(yīng)用的需要，通過這種方式確定天線模塊的電感值和附加電容的電容值，使得 非接觸式IC卡獲得的感應(yīng)電動勢和其諧振頻率達(dá)到最佳平衡，負(fù)載調(diào)制最大， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非接觸式IC卡正常工作所要求的最小工作場強(qiáng)最小。
本發(fā)明還提供了一種非接觸式IC卡的設(shè)計(jì)方法，如圖7所示，包括如下步
驟
步驟71、將附加電容按照圖1所示的方式并聯(lián)連接到所迷非接觸式IC卡中 天線模塊的兩端。
步驟72、調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值，使得所述非接觸式IC卡的諧振頻率 位于非接觸式IC卡的正常的工作頻率范圍內(nèi)。
在此步驟中，可首先獲取所述天線模塊的電感量和電容量以及所述IC卡模 塊的等效電容量。然后，在非接觸式IC卡的正常工作頻率下，利用所述天線模 塊的電感量和電容量和所述IC卡模塊的等效電容量，調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值。
對式(l)進(jìn)行變形，可得所述附加電容的電容值的計(jì)算方式為
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，Cext為所述附加電容的電容量；f為非接觸式IC卡的正常工作頻
率；Uu:為所述天線模塊的電感量；CMil為所述天線模塊的電容量；Cm。unt+CIC為 所述IC卡模塊的等效電容量，包括所述IC卡模塊的封裝電容量和IC卡模塊 本身的電容量。
并且，所述天線模塊可為繞線天線或蝕刻天線，所述附加電容可為標(biāo)準(zhǔn)電 容或平行板電容。
下面結(jié)合實(shí)施例對上述方法作進(jìn)一步地說明。
以符合IS0/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)的13. 56固z非接觸式IC卡的設(shè)計(jì)為例，其他的 頻率同樣適用，天線模塊采用蝕刻天線，附加電容為標(biāo)準(zhǔn)電容。其中，天線直 徑0=2. lcm; IC卡模塊本身電容C,產(chǎn)27pf; IC卡模塊的封裝電容C^=3pf; 線圈電容Cu忽略。根據(jù)公式(2)可得出
1、 當(dāng)天線線圈數(shù)^8時，經(jīng)測量厶。u4592nH,根據(jù)諧振頻率/-13. 56MHz， 計(jì)算得6^"0pF。此時，非接觸式IC卡正常工作所要求的最小工作場強(qiáng)為
2. 9A/m。
2、 當(dāng)天線線圈數(shù)^5時，經(jīng)測量乙n-1378nH，根據(jù)諧振頻率尸=13. 56MHz， 計(jì)算得Ct"70pF。此時，非接觸式IC卡正常工作所要求的最小工作場強(qiáng)為 2. 1A/m。
3、 當(dāng)天線線圈數(shù)N-3時，經(jīng)測量厶。u-365nH，根據(jù)諧振頻率尸=13. 56MHz, 計(jì)算Gn"347pF。此時，非接觸式IC卡正常工作所要求的最小工作場強(qiáng)為1. 9A/m。
綜上，可得到如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):
圈數(shù)NLi (nH)Cext (pF)最小工作場強(qiáng)要求(A/m)
8459202. 9
51378702. 1
33653471. 9
通過以上數(shù)據(jù)，可知當(dāng)天線線圈數(shù)N-3時，增加附加電容的電容值，使諧 振頻率接近13. 56MHz的載波頻率，非接觸式IC卡獲得的感應(yīng)電動勢和其諧振 頻率達(dá)到最佳平衡，負(fù)載調(diào)制最大，非接觸式IC卡正常工作所要求的最小工作 場強(qiáng)較天線線圈數(shù)為五圈和八圈時小。所以，當(dāng)天線面積減小時，通過增加附 加電容的電容值的方法，可以有效減小非接觸IC卡正常工作所要求的最小工作 場強(qiáng)。
綜上所述，本發(fā)明非接觸式IC卡及其設(shè)計(jì)方法，通過在所述非接觸式IC 卡的天線模塊兩端并聯(lián)附加電容，使得在天線模塊面積減小或者天線匝數(shù)減少 等情況下而導(dǎo)致電感值減少，可通過調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值來降低所述非 接觸式IC卡的諧振頻率，從而使得所述非接觸式IC卡能夠工作在正常的工作 頻率范圍內(nèi)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，通過這種方式確定天線的電感值和附 加電容的電容值，使得非接觸式IC卡獲得的感應(yīng)電動勢和其諧振頻率達(dá)到最佳 平衡，負(fù)載調(diào)制最大，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非接觸式IC卡正常工作所要求的最小工作場強(qiáng) 最小。
本發(fā)明還提供了一種天線結(jié)構(gòu)，包括天線線圏，在所述天線線圈的兩個抽
ii頭之間連接有附加電容。
本發(fā)明所述的天線結(jié)構(gòu)可應(yīng)用在非接觸式IC卡，電子標(biāo)簽以及一些其他應(yīng)
用到此種天線結(jié)構(gòu)的非接觸式設(shè)備中。
因此，本發(fā)明天線結(jié)構(gòu)通過在天線線圏的兩個抽頭之間連接有附加電容， 可使得在天線線圈面積減小或者天線匝數(shù)減少等情況下而導(dǎo)致電感值減少，可 通過調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值來降低具有所述天線結(jié)構(gòu)的設(shè)備的諧振頻率， 從而使得所述設(shè)備能夠工作在正常的工作頻率范圍內(nèi)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需 要，通過這種方式確定天線線圈的電感值和附加電容的電容值，使得具有所述 天線結(jié)構(gòu)的設(shè)備獲得的感應(yīng)電動勢和其諧振頻率達(dá)到最佳平衡，負(fù)載調(diào)制最大，
進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有所述天線結(jié)構(gòu)的i殳備正常工作所要求的最小工作場強(qiáng)最小。
是可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計(jì)算 機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。 其中，所述的存儲介質(zhì)可為石茲碟、光盤、只讀存儲記憶體(Read-0nly Memory, ROM)或隨機(jī)存儲記憶體(Random Access Memory, RAM)等。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于 此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種非接觸式IC卡，包括天線模塊和與所述天線模塊連接的IC卡模塊，其特征在于，在所述天線模塊的兩端并聯(lián)有附加電容。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式IC卡，其特征在于，所述天線模塊為 繞線天線或蝕刻天線。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非接觸式IC卡，其特征在于，所述附加電 容為標(biāo)準(zhǔn)電容或平行板電容。
4、 一種非接觸式IC卡的設(shè)計(jì)方法，所述非接觸式IC卡包括天線模塊和與 所述天線模塊連接的IC卡模塊，其特征在于，包括將附加電容并聯(lián)連接到所述非接觸式IC卡中天線模塊的兩端； 調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值，使得所述非接觸式IC卡的諧振頻率位于非接 觸式IC卡的正常的工作頻率范圍內(nèi)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸式IC卡的天線設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值的步驟包括獲取所述天線模塊的電感量和電容量； 獲取所述IC卡模塊的等效電容量；在非接觸式IC卡的正常工作頻率下，利用所述天線模塊的電感量和電容量 和所述K卡模塊的等效電容量，調(diào)節(jié)所述附加電容的電容值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的非接觸式IC卡的天線設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 所述附加電容的電容值的計(jì)算方式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，(^t為所述附加電容的電容量；f為非接觸式IC卡的正常工作頻率；Uu:為所述天線;漠塊的電感量；C^為所述天線模塊的電容量；a。滅+dc為 所述IC卡模塊的等效電容量。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的非接觸式IC卡的天線設(shè)計(jì)方法，其特征在 于，所述IC卡模塊的等效電容量包括所述IC卡模塊的封裝電容量和IC卡模 塊本身的電容量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4-6任一所述的非接觸式IC卡，其特征在于，所述天線 模塊為繞線天線或蝕刻天線。
9、 根據(jù)權(quán)利要求4-6任一所述的非接觸式IC卡，其特征在于，所述附加 電容為標(biāo)準(zhǔn)電容或平行板電容。
10、 一種天線結(jié)構(gòu)，包括天線線圏，其特征在于，在所述天線線圏的兩個 抽頭之間連接有附加電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非接觸式IC卡及其設(shè)計(jì)方法以及一種天線結(jié)構(gòu)，涉及智能卡技術(shù)領(lǐng)域，為降低非接觸式IC卡所要求的最小工作場強(qiáng)而發(fā)明。其中所述非接觸式IC卡，包括天線模塊和與所述天線模塊連接的IC卡模塊，在所述天線模塊的兩端并聯(lián)有附加電容。本發(fā)明降低了非接觸式IC卡所要求的最小工作場強(qiáng)。
文檔編號G06K19/07GK101464962SQ200910076599
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者雁 張, 靜 韓 申請人:北京握奇數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限公司