具有多個觸點(diǎn)的微電子芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于非接觸智能卡或接觸及非接觸兩用智能卡的電子模塊(2)，該電子模塊(2)至少包括：第一天線(3a)、第二天線(3b)、第三天線(3c)和微電子芯片(1)，其特征在于：微電子芯片包括：微處理器、至少第一觸點(diǎn)(P1)、第二觸點(diǎn)(P2)、第三觸點(diǎn)(P3)、第四觸點(diǎn)(P4)、連接在第一觸點(diǎn)(P1)與第三觸點(diǎn)(P3)之間的第一調(diào)諧電容器(C1)以及連接在第二觸點(diǎn)(P2)與第四觸點(diǎn)(P4)之間的第二電容器(C2)，第一觸點(diǎn)和第三觸點(diǎn)(P1，P3)與微處理器的輸入/輸出端相連并且被配置成將通過這些天線交換的射頻通信信號發(fā)送至微處理器；第一天線(3a)連接在第一觸點(diǎn)(P1)與第三觸點(diǎn)(P3)之間并且被配置成通過第一電容器(C1)產(chǎn)生諧振；第二天線(3b)連接在所述第二觸點(diǎn)(P2)與第四觸點(diǎn)(P4)之間并且被配置成通過第二電容器(C2)產(chǎn)生諧振以捕獲遠(yuǎn)程讀取器通過感應(yīng)所發(fā)送的能量；第三天線(3c)在第二觸點(diǎn)(P2)與第四觸點(diǎn)(P4)之間與第二天線(3b)串聯(lián)連接以將所捕獲的能量發(fā)送至微電子芯片(1)，并且與第一天線(3a)耦合以用于通過第一天線(3a)將第二天線(3b)所捕獲的能量傳送至微電子芯片(1)。
【專利說明】
具有多個觸點(diǎn)的微電子芯片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及智能卡或芯片卡領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及非接觸智能卡或接觸及非接觸兩用智能卡中的芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]非接觸智能卡被用于實(shí)現(xiàn)讀取器與集成到智能卡的電子模塊中的芯片之間的信息的短距離傳輸，而無需將非接觸智能卡插入到讀取器中并且讀取器與電子模塊的金屬觸點(diǎn)之間無需任何電連接。
[0003]為此，非接觸智能卡具有連接至芯片的天線以用于智能卡與卡讀取器之間的射頻通信。由于非接觸智能卡既沒有能量來源也沒有能量存儲，因此天線能夠通過自感來為智能卡的芯片供電。
[0004]傳統(tǒng)地，這樣的智能卡采用信用卡的形式，并且如圖1所示，智能卡天線3設(shè)置在智能卡主體的基板4上。因此，天線通過電子模塊2連接至芯片。這樣的天線的尺寸足以確保為芯片供電。
[0005]然而，目前，電子系統(tǒng)的小型化的加劇需要將非接觸芯片集成到尺寸比信用卡小得多的支撐物中。如圖2所示，被連接至芯片I的天線3不再被設(shè)置到卡主體中而是必須被集成到電子模塊2中。因此，天線被直接連接至芯片I的兩個觸點(diǎn)La和Lb上。芯片I還包括用于使天線諧振的電容器C。然而，這樣的模塊內(nèi)可獲得的小空間不容許其將與現(xiàn)有非接觸智能卡主體中存在的天線具有相同尺寸的天線包含在內(nèi)。被集成到電子模塊中的天線所能收集的能量將低得多，有可能低到難以保證對芯片正確的電力供應(yīng)。
[0006]因此，需要一種在遵守芯片所集成到的電子模塊的小尺寸所導(dǎo)致的小可用表面區(qū)域的約束的同時，確保為非接觸芯片提供合適的電力供應(yīng)的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于非接觸智能卡或接觸及非接觸兩用智能卡的電子模塊，該電子模塊至少包括:第一天線、第二天線、第三天線和微電子芯片，其特征在于:
[0008]該微電子芯片包括:微處理器、至少第一觸點(diǎn)、第二觸點(diǎn)、第三觸點(diǎn)、第四觸點(diǎn)、連接在第一觸點(diǎn)與第三觸點(diǎn)之間的調(diào)諧電容器、連接在第二觸點(diǎn)與第四觸點(diǎn)之間的第二電容器，第一觸點(diǎn)和第三觸點(diǎn)被連接至微處理器的輸入/輸出端并且被配置成將通過天線交換的射頻通信信號發(fā)送至所述微處理器，
[0009]第一天線連接在第一觸點(diǎn)與第三觸點(diǎn)之間并且被配置成通過第一電容器使其諧振。
[0010]第二天線連接在第二觸點(diǎn)與第四觸點(diǎn)之間并且被配置成通過第二電容器使其諧振以捕獲遠(yuǎn)程讀取器通過感應(yīng)所發(fā)送的能量。
[0011]第三天線在第二觸點(diǎn)與第四觸點(diǎn)之間與第二天線串聯(lián)連接以將所捕獲的能量發(fā)送至微電子芯片，并且與第一天線耦合以用于將第二天線所捕獲的能量通過第一天線傳遞至微電子芯片。
[0012]盡管在電子模塊中可用區(qū)域很小，該芯片仍然能夠提供保證其供電的電氣組件，而不需要其外側(cè)的部件。
[0013]為了增加所捕獲且發(fā)送至芯片的能量的量，這樣的模塊的兩個耦合電路中具有多個天線。
[0014]優(yōu)選地，第二電容器是可變電容器。這樣的電容器使得電子模塊的第二天線(其不同于通過芯片的第一電容器而產(chǎn)生諧振的第一天線)能夠高效地產(chǎn)生諧振并且使得能夠極大地增加所捕獲并發(fā)送到芯片的能量。
[0015]此外，微電子芯片包括在第二觸點(diǎn)和第四觸點(diǎn)之間與第二電容器串聯(lián)連接的可變電阻器。這樣的可變電阻器使得能夠減小并調(diào)節(jié)該可變電阻器所插入的電路的品質(zhì)因數(shù)，從而調(diào)節(jié)其帶寬。
【附圖說明】
[0016]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將出現(xiàn)在下面的說明書中。將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，在附圖中:
[0017]圖1示出已知的智能卡；
[0018]圖2示出已知的微電子芯片；
[0019]圖3不出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的微電子芯片；
[0020]圖4示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的微電子芯片；
[0021]圖5示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的微電子芯片；
[0022]圖6示出根據(jù)本法的第四實(shí)施例的微電子芯片；
[0023]圖7示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的微電子芯片；以及
[0024]圖8示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的微電子芯片。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖3所示，本法涉及用于非接觸智能卡或接觸及非接觸兩用智能卡的微電子芯片I。
[0026]這樣的芯片包括至少第一觸點(diǎn)Pl和第二觸點(diǎn)P2。芯片I可以被集成到電子模塊2中，該電子模塊2包括至少一個天線3，該至少一個天線3被配置成通過觸點(diǎn)Pl、P2連接至芯片I從而保證與遠(yuǎn)程讀取器進(jìn)行射頻通信。
[0027]所述至少一個天線3能夠通過感應(yīng)來收集遠(yuǎn)程讀取器所發(fā)送的能量以用于為芯片I供電。天線所捕獲的能量還能夠通過觸點(diǎn)P1、P2發(fā)送至芯片。
[0028]在該芯片內(nèi)，這樣的能量更具體地用于為微處理器和芯片的待供電的其他電路(諸如，存儲器或?qū)Ｓ糜诩铀倜艽a計(jì)算的加密處理器)供電。為此，該芯片還包括至少第三接觸P3，并且芯片的兩個觸點(diǎn)(例如，第一觸點(diǎn)Pl和第三觸點(diǎn)P3)被連接至微處理器的輸入/輸出端，從而被配置成將所捕獲的能量和通過天線交換的射頻通信信號發(fā)送至所述微處理器。
[0029]該芯片I還包括兩個電容器Cl、C2，并且該芯片的觸點(diǎn)中的至少一個(例如，第二觸點(diǎn)P2)與被連接至微處理器的輸入/輸出端的兩個觸點(diǎn)分開并且不同。該觸點(diǎn)和至少一個其他觸點(diǎn)被配置成與所述至少一個天線3連接從而保證所述天線能夠負(fù)荷電容器Cl、C2。例如，電容器Cl的電容可以介于20pF與70pF之間，以及電容器C2的電容可以介于10pF與200pF之間。
[0030]可設(shè)想，芯片的第一觸點(diǎn)Pl和第二觸點(diǎn)P2與模塊的天線3相連并且因此為外部連接器，集成到電子模塊上的芯片外部的組件可通過該外部連接器而被連接至該芯片。芯片的其他觸點(diǎn)也可以是外部連接器，外部組件可連接至該外部連接器。可替代地，這些其他觸點(diǎn)可以僅僅是芯片的內(nèi)部觸點(diǎn)，不具有來自芯片外部的任何直接連接。
[0031]“與連接至微處理器的輸入/輸出端的兩個觸點(diǎn)不同或分開”指的是第二觸點(diǎn)P2沒有位于芯片I的電路的某一點(diǎn)上，該點(diǎn)的電位始終與連接至微處理器的輸入/輸出端的觸點(diǎn)的電位相等。因此，該觸點(diǎn)與連接至微處理器的輸入/輸出端的觸點(diǎn)既不物理上相同也沒有在芯片內(nèi)通過導(dǎo)線直接連接至與微處理器的輸入/輸出端相連的觸點(diǎn)。這并不排除在第三接觸P2也是外部連接器的情況下，在芯片外部的觸點(diǎn)之間所作的連接。
[0032]因此，該芯片包括至少三個觸點(diǎn)，包括:采用外部連接器形式的第一觸點(diǎn)Pl和第二觸點(diǎn)P2以及不同的第三觸點(diǎn)P3，該第三觸點(diǎn)P3被連接至微處理器的輸入/輸出端，并且其本身可以采用或不采用外部連接器的形式。芯片的另一觸點(diǎn)被連接至微處理器的輸入/輸出端。該觸點(diǎn)可以是第一觸點(diǎn)Pl或第二觸點(diǎn)P2或者采用或不采用外部連接器形式的附加觸點(diǎn)。
[0033]當(dāng)它們采用外部連接器的形式時，連接至微處理器輸入/輸出端的觸點(diǎn)還可以被連接到模塊的至少一個天線3。
[0034]在圖3所述的示例中，第三觸點(diǎn)P3為外部連接器的形式并且第一觸點(diǎn)Pl被連接到微處理器的輸入/輸出端。
[0035]如圖3所示，芯片I可以包括第四觸點(diǎn)P4，第一電容器Cl可以是連接在第一觸點(diǎn)Pl和第三觸點(diǎn)P3之間的調(diào)諧電容器，以及第二電容器C2可以連接在第二觸點(diǎn)P2和第四觸點(diǎn)P4之間。介于20pF與70pF之間的電容能夠使介于1.5μΗ與6μΗ之間的電感L發(fā)生諧振。
[0036]如圖3和圖4所示，所述至少一個天線3可以通過被連接至所示觸點(diǎn)Pl、Ρ2、Ρ3、Ρ4的具有不同電位的四個點(diǎn)來連接至芯片以用于與遠(yuǎn)程讀取器進(jìn)行射頻通信并且為芯片供電。
[0037]在芯片內(nèi)設(shè)置兩個電容器和至少三個觸點(diǎn)使得芯片的連接至天線3的觸點(diǎn)中的至少一個觸點(diǎn)與被連接至微處理器的輸入/輸出端的兩個觸點(diǎn)中的任意一個都不相同，這使得能夠建立不同的電路來通過這些觸點(diǎn)將這些電容器與所述至少一個天線3相互連接以提供比將電子模塊的天線與被連接至微處理器的輸入/輸出端的兩個觸點(diǎn)直接連接的情況下更多的能量。因此，微處理器能夠接收足夠的能量從而被合適地供電。
[0038]設(shè)置四個觸點(diǎn)能夠例如建立兩個獨(dú)立的電路，每個電路包括其自身的天線和用于使天線諧振的電容器。
[0039]如圖3所示，第二電容器C2可以是例如電容介于10pF與200pF之間的可變電容器，以便于使連接在第二觸點(diǎn)P2與第四觸點(diǎn)P4之間的天線更容易諧振。C2的電容值可以由微處理器根據(jù)被連接至芯片的觸點(diǎn)的至少一個天線的值來選擇。
[0040]此外，如圖3所示，芯片I可以包括可變電阻器R，該可變電阻器R在第二觸點(diǎn)P2與第四觸點(diǎn)P4之間與第二電容器C2串聯(lián)連接。比如在可變電容C2的情況下，該電阻器R的值可以由微處理器來選擇。這樣串聯(lián)的電阻能夠降低電路的品質(zhì)因數(shù)Q=l/(4RCco)從而增大電路的帶寬B= ω/Q，ω為信號的角頻率。
[0041]根據(jù)圖3所示的第一示例，電子模塊包括連接在第一觸點(diǎn)Pl與第三觸點(diǎn)Ρ3之間的第一天線3a，第一觸點(diǎn)Pl與第三觸點(diǎn)Ρ3還被連接至微處理器的輸入/輸出端。該天線通過第一電容器Cl而產(chǎn)生諧振，該第一電容器Cl也被連接在所述第一觸點(diǎn)Pl和第三觸點(diǎn)P3之間。
[0042]為了增加電子模塊處被收集并發(fā)送至芯片的能量的量，電子模塊還包括連接在芯片的第二觸點(diǎn)P2與第四觸點(diǎn)P4之間的第二天線3b(稱為增益天線(booster antenna))。通過也被連接在芯片的第二觸點(diǎn)P2與第四觸點(diǎn)P4之間的第二電容器而產(chǎn)生諧振，這樣的天線還收集讀取器通過感應(yīng)所發(fā)送的能量。為了將該能量發(fā)送至芯片，第三天線3c在芯片的第二觸點(diǎn)P2與第四觸點(diǎn)P4之間與增益天線3b串聯(lián)連接。該第三天線被耦合至第一天線3a并且能夠通過第一天線3a將增益天線3b所捕獲的能量傳送至芯片。通過具有不同電位的四個觸點(diǎn)將天線3a、3b、3c與芯片連接能夠建立兩個電路，每個電路包括能夠諧振的天線并且這兩個電路彼此耦合，從而增大了電子模塊捕獲并發(fā)送至芯片的能量。此外，這樣的天線3a，3b，3c可以是單個天線3的天線元件。
[0043]對具有兩個天線觸點(diǎn)的經(jīng)典天線與具有四個觸點(diǎn)的天線進(jìn)行比較，這兩種天線都具有相同的整體表面。對芯片所接收的電壓和功率的測量顯示具有四個觸點(diǎn)的天線所采集的能量為具有兩個觸點(diǎn)的天線所采集的能量的三倍。在芯片的二極管電橋的輸出端處測得的電壓也為三倍，這使得芯片能夠在更大范圍電磁場內(nèi)進(jìn)行操作，從而能夠使得操作距離顯著增加。
[0044]根據(jù)圖4所述的第二示例，芯片I包括與圖3所述的配置相同的電路，并且電子模塊包括三個天線3a、3b、3c，這三個天線分別連接在第三觸點(diǎn)P3與第四觸點(diǎn)P4之間、第二觸點(diǎn)P2與第四觸點(diǎn)P4之間以及第一觸點(diǎn)PI與第二觸點(diǎn)P2之間。在這個例子中，電容器CI被用作天線的調(diào)諧電容器，以及電容器C2放大由天線捕獲并被傳送到該芯片的能量。這樣的天線3a，3b，3c可以是單個天線3的天線元件。
[0045]圖5示出了第三配置示例，其中，芯片I包括與圖3中所示的配置中的電路相同的電路，并且其中，第一天線3a連接在第一觸點(diǎn)Pl與第三接觸P3之間，并且第二天線3b連接在第二接點(diǎn)P2和第四接觸P4之間。此外，第三接觸P3與第四接觸P4通過導(dǎo)線來連接。根據(jù)該示例，如前述示例一樣，電容器Cl用作天線的調(diào)諧電容器并且電容器C2放大天線所捕獲并被傳送至芯片的能量。此外，由于第三觸點(diǎn)P3與第四接觸通過導(dǎo)線連接，它們可以僅為一個觸點(diǎn)，因此只需要三個觸點(diǎn)。
[0046]圖6示出第四配置示例，其中，芯片I包括與圖3所示的配置中的電路相同的電路，并且其中，天線3連接在第一觸點(diǎn)Pl與第三觸點(diǎn)P3之間，第三觸點(diǎn)P3與第四觸點(diǎn)P4通過導(dǎo)線連接，以及第一觸點(diǎn)Pl與第二觸點(diǎn)P2通過導(dǎo)線連接。根據(jù)該示例，電容器C1、C2被用作天線3的調(diào)諧電容。并聯(lián)地安裝電容器使得能夠得到電容等于C1+C2的總調(diào)諧電容器。
[0047]根據(jù)另一個實(shí)施例，芯片I可以包括第一調(diào)諧電容器Cl和第二電容器C2，其中，該第一調(diào)諧電容器Cl連接在第一觸點(diǎn)Pl與第三觸點(diǎn)P3之間，第一觸點(diǎn)Pl與第三觸點(diǎn)P3被連接至微處理器輸入/輸出端，并且第二電容器C2被連接至第二觸點(diǎn)P2和第三接觸P3，以這樣的方式，當(dāng)天線3被連接在第一觸點(diǎn)Pl與第二觸點(diǎn)P2之間時，第一調(diào)諧電容器Cl在第一觸點(diǎn)Pl與第三觸點(diǎn)P3之間與至少一個天線并聯(lián)連接，并且第二電容器C2在第一觸點(diǎn)Pl與第三觸點(diǎn)P3之間與至少一個天線串聯(lián)連接。
[0048]圖7示出了這種配置的示例，其中，如在圖3至圖6所示的示例一樣，芯片I包括附加第四觸點(diǎn)P4并且所有觸點(diǎn)都采用外部連接器的形式。在該示例中，天線3被連接在第一觸點(diǎn)Pl與第二觸點(diǎn)P2之間，并且第二電容器C2通過第四觸點(diǎn)P4以及連接第四觸點(diǎn)與第三觸點(diǎn)P3的導(dǎo)線被連接至第三觸點(diǎn)P3。
[0049]然而，只使用三個觸點(diǎn)完全可以實(shí)現(xiàn)這樣的配置，在這種情況下，第四觸點(diǎn)P4是不存在的，第二電容器C2則被直接連接至第三觸點(diǎn)P3。類似地，第三觸點(diǎn)以及第四觸點(diǎn)(如果有的話)不需要采取外部連接器的形式，因?yàn)樗鼈兾幢恢苯舆B接至位于芯片外部的任何組件。
[0050]調(diào)諧電容器Cl能夠使電路諧振。電容器C2通過使得電路的諧振頻率能夠被調(diào)諧增大天線3的效率。因此，它增大了被發(fā)送至芯片的能量的量。這種具有串聯(lián)的電容器的電路僅在以下情況下成為可能:將該電容器置于被連接至微處理器的輸入/輸出端的第三觸點(diǎn)P3與不同于被連接至微處理器的輸入/輸出端的觸點(diǎn)的第二觸點(diǎn)P2之間。如果芯片只包括兩個觸點(diǎn)，并且都被連接到微處理器的輸入/輸出端，這樣的串聯(lián)布局通過包括第二電容器才能夠成為可能，因而減小了天線3的可用空間。此時，對于確保芯片的合適供電，該天線可能過小。
[0051]圖8示出了配置的第六示例，其中，芯片僅包括三個觸點(diǎn)。此時，第一接觸和第三接觸被連接至微處理器的輸入/輸出端，第一電容器Cl被連接在第一觸點(diǎn)Pl與第二接觸P2之間，第二電容器C2被連接在第二觸點(diǎn)P2與第三P3之間。電子模塊包括連接在第一觸點(diǎn)Pl與第三接觸P3之間的天線3a，并且第二天線3b連接在第二觸點(diǎn)P2與第三接觸P3之間。在該示例中，第一電容器Cl用作天線的調(diào)諧電容器并且第二電容器C2放大天線所捕獲并被傳送至芯片的能量。
[0052]因此，這樣的微電子芯片能夠使不同電路確保芯片具有合適的供電，而無需在智能卡的主體中設(shè)置任何天線，同時滿足其中包含有芯片的短尺寸電子模塊所導(dǎo)致的小可用區(qū)域的約束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于非接觸智能卡或接觸及非接觸兩用智能卡的電子模塊(2)，所述電子模塊(2)至少包括:第一天線(3a)、第二天線(3b)、第三天線(3c)和微電子芯片(I)，其特征在于: 所述微電子芯片包括:微處理器、至少第一觸點(diǎn)(Pl)、第二觸點(diǎn)(P2)、第三觸點(diǎn)(P3)、第四觸點(diǎn)(P4)、連接在所述第一觸點(diǎn)(PI)與所述第三觸點(diǎn)(P3)之間的第一調(diào)諧電容器(CI)以及連接在所述第二觸點(diǎn)(P2)與所述第四觸點(diǎn)(P4)之間的第二電容器(C2)，所述第一觸點(diǎn)和所述第三觸點(diǎn)(PI，P3)與所述微處理器的輸入/輸出端相連并且被配置成將通過這些天線交換的射頻通信信號發(fā)送至所述微處理器； 所述第一天線(3a)連接在所述第一觸點(diǎn)(Pl)與所述第三觸點(diǎn)(P3)之間并且被配置成通過所述第一電容器(Cl)產(chǎn)生諧振； 所述第二天線(3b)連接在所述第二觸點(diǎn)(P2)與所述第四觸點(diǎn)(P4)之間并且被配置成通過所述第二電容器(C2)產(chǎn)生諧振以捕獲遠(yuǎn)程讀取器通過感應(yīng)所發(fā)送的能量； 所述第三天線(3c)在所述第二觸點(diǎn)(P2)與第四觸點(diǎn)(P4)之間與所述第二天線(3b)串聯(lián)連接以將所捕獲的能量發(fā)送至所述微電子芯片(I)，并且與所述第一天線(3a)耦合以用于通過所述第一天線(3a)將所述第二天線(3b)所捕獲的能量傳送至所述微電子芯片(I)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子模塊(2)，其中，所述第二電容器(C2)是可變電容器。3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的電子模塊(2)，其中，所述微電子芯片(I)包括可變電阻器(R)，所述可變電阻器(R)在所述第二觸點(diǎn)(P2)與所述第四觸點(diǎn)(P4)之間與所述第二電容器(C2)串聯(lián)連接。
【文檔編號】H01Q23/00GK105914478SQ201610056759
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月27日
【發(fā)明人】羅曼·皮埃爾·帕爾馬德
【申請人】星晶公司