CN107729973A - 一种通信模块、用户识别卡及通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种通信模块、用户识别卡及通信设备；该通信模块设置于通信设备的基板上，包括通信天线，通信天线包括通信线圈及天线匹配电路，通信线圈采用立体3D线圈形成，立体3D线圈埋入基板。本发明提供了一种通信模块，该通信模块内通信线圈采用立体3D线圈形成，并且立体3D线圈埋入基板，这样通信模块在具备通信数据收发功能的同时，也不会占用PCB等基板的表面进行天线设计，进而在进行设备微型化时，不再需要考虑通信天线占用的PCB布局面积的问题，解决了现有通过在PCB表面设计PCB走线实现通信天线功能不能满足设备日益微型化趋势的问题，进而可以实现通信设备的更小化，增强了用户的使用体验。

Description

一种通信模块、用户识别卡及通信设备
技术领域
本发明涉及非接触通信领域，尤其涉及一种通信模块、用户识别卡及通信设备。
背景技术
在现有手机等通信设备内，通信天线一般采用在PCB表面设计PCB走线的方式来实现，这种天线实现方式为了保证通信信号的质量，需要占用较大的PCB布局面积，不能满足移动终端等设备日益微型化的发展趋势。
发明内容
本发明提供一种通信模块、用户识别卡及通信设备，解决现有通过在PCB表面设计PCB走线实现通信天线功能不能满足设备日益微型化趋势的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
一种通信模块，设置于通信设备的基板上，包括通信天线，通信天线包括通信线圈及天线匹配电路，通信线圈采用立体3D线圈形成，立体3D线圈埋入基板。
进一步地，天线匹配电路的部分或者全部电路元件埋入基板。
进一步地，立体3D线圈与基板一体成型，或者立体3D线圈由穿过基板过孔的走线与设置在基板表面的走线连接形成。
进一步地，基板内部还设置有用于增强立体3D线圈磁导率的导磁材料；导磁材料至少设置在立体3D线圈的内部。
一种用户识别卡，包括：用户识别功能模块、近场通信功能模块、以及用于设置用户识别功能模块与近场通信功能模块的基板，近场通信功能模块包括近场通信模块及数据处理模块，近场通信模块采用本发明提供的通信模块进行近场通信数据的收发。
进一步地，用户识别卡还包括安全主控模块，安全主控模块连接近场通信功能模块与终端设备本体，用于对近场通信功能模块的数据传输进行控制。
进一步地，安全主控模块包括安全单元、接口控制单元、数据处理单元及存储单元；安全单元用于将数据进行加密和解密处理；接口控制单元用于提供与其他模块的物理连接接口的配置和开关控制；数据处理单元用于将发送和接收的数据进行透传或编/解码处理；存储单元用于存储通信数据。
进一步地，数据处理模块包括功能选择模块、读卡器模块及射频卡模块，读卡器模块用于通过近场通信模块读取外界射频卡数据，射频卡模块用于通过近场通信模块与外界读卡器进行数据交互，功能选择模块用于根据控制信号激活读卡器模块或者射频卡模块。
进一步地，近场通信功能模块还包括磁通信模块，磁通信模块包括磁通信线圈及磁通信处理模块，磁通信线圈埋入基板，用于接收外界磁信号，磁通信处理模块用于根据外界磁信号确定外界交互设备的设备类型，当外界交互设备的设备类型为读卡器时，生成激活射频卡模块的控制信号，当外界交互设备的设备类型为射频卡时，生成激活读卡器模块的控制信号。
本发明还提供了一种通信设备，其使用本发明提供的用户识别卡。
本发明提供了一种通信模块，该通信模块内通信线圈采用立体3D线圈形成，并且立体3D线圈埋入基板，这样通信模块在具备通信数据收发功能的同时，也不会占用PCB等基板的表面进行天线设计，进而在进行设备微型化时，不再需要考虑通信天线占用的PCB布局面积的问题，解决了现有通过在PCB表面设计PCB走线实现通信天线功能不能满足设备日益微型化趋势的问题，进而可以实现通信设备的更小化，增强了用户的使用体验。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的通信模块的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的用户识别卡的结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的通信***的示意图；
图4为本发明实施例三提供的用户识别卡的PCB布局示意图；
图5为本发明实施例三涉及的用户识别卡的磁力线分布图；
图6为本发明实施例三涉及的用户识别卡刷卡应用示意图；
图7为本发明实施例三涉及的个人收款的流程图；
图8为本发明实施例三涉及的个人消费的流程图。
具体实施方式
本发明适用于所有的通信设备，包括PC、手机、PAD等。下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
图1为本发明实施例一提供的通信模块的结构示意图，请参考图1，本实施例提供的通信模块包括：通信天线，用于设置通信模块的基板3，通信天线包括通信线圈及天线匹配电路，通信线圈采用立体3D线圈31形成，立体3D线圈31埋入基板3。
在一实施例中，上述实施例中的天线匹配电路的部分或者全部电路元件埋入基板。
在一实施例中，上述实施例中的立体3D线圈与基板一体成型，或者立体3D线圈由穿过基板过孔的走线与设置在基板表面的走线连接形成。
在一实施例中，如图1所示，上述实施例中的基板3内部还设置有用于增强立体3D线圈磁导率的导磁材料32；导磁材料32至少设置在立体3D线圈31的内部。
本实施例提供了一种通信模块，该通信模块内通信线圈采用立体3D线圈形成，并且立体3D线圈埋入基板，这样通信模块在具备通信数据收发功能的同时，也不会占用PCB等基板的表面进行天线设计，进而在进行设备微型化时，不再需要考虑通信天线占用的PCB布局面积的问题，解决了现有通过在PCB表面设计PCB走线实现通信天线功能不能满足设备日益微型化趋势的问题，进而可以实现通信设备的更小化，增强了用户的使用体验
实施例二：
图2为本发明实施例二提供的用户识别卡的结构示意图，请参考图2，本实施例提供的用户识别卡包括：包括：用户识别功能模块1、近场通信功能模块2、以及用于设置用户识别功能模块与近场通信功能模块的基板3，近场通信功能模块2包括近场通信模块及数据处理模块，近场通信模块采用图1提供的通信模块进行近场通信数据的收发。
在一实施例中，上述实施例中的用户识别卡还包括安全主控模块，安全主控模块连接近场通信功能模块与终端设备，用于对近场通信功能模块的数据传输进行控制。
在一实施例中，上述实施例中的安全主控模块包括安全单元，安全单元用于将数据进行加密和解密处理。
在一实施例中，上述实施例中的安全主控模块还包括接口控制单元，接口控制单元用于提供与其他模块的物理连接接口的配置和开关控制。
在一实施例中，上述实施例中的安全主控模块还包括数据处理单元，数据处理单元用于将发送和接收的数据进行透传或编/解码处理。
在一实施例中，上述实施例中的安全主控模块还包括存储单元，存储单元用于存储通信数据。
在一实施例中，上述实施例中的数据处理模块包括功能选择模块、读卡器模块及射频卡模块，读卡器模块用于通过近场通信模块读取外界射频卡数据，射频卡模块用于通过近场通信模块与外界读卡器进行数据交互，功能选择模块用于根据控制信号激活读卡器模块或者射频卡模块。
在一实施例中，上述实施例中的近场通信功能模块还包括磁通信模块，磁通信模块包括磁通信线圈及磁通信处理模块，磁通信线圈埋入基板，用于接收外界磁信号，磁通信处理模块用于根据外界磁信号确定外界交互设备的设备类型，当外界交互设备的设备类型为读卡器时，生成激活射频卡模块的控制信号，当外界交互设备的设备类型为射频卡时，生成激活读卡器模块的控制信号。
随着手机使用频率越来越高，人们对手机的扩展应用也越来越关注，拥有NFC功能的手机，既可以作为门禁卡进行个人身份认证，也可以作为银行卡进行个人支付，还可作为数据传输设备，增强了用户的使用体验，但是，目前要想拥有此便利，就必须购买/持有支持NFC功能的手机，在一定程度上降低了用户的使用体验。因此，本实施例提供一种用户识别卡，以解决现有用户必须持有支持NFC功能手机才能实现NFC功能的问题，通过本实施例的实施，用户不需要更换手机，仅需要更换本实施例提供的用户识别卡即可。
对应的，本发明还提供了一种通信设备，其使用本发明提供的用户识别卡。
实施例三：
现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。
本发明提供一种可支持NFC刷卡的SIM卡，除有SIM卡一般的电话功能外，还具有NFC功能，可做NFC Reader也可做NFC Tag，其NFC部分电路全部集成在SIM卡上，不支持NFC功能的用户手机只需要***此类卡便可拥有NFC的功能。此SIM卡不再用传统的SIP工艺封装，而使用PCB埋入技术，将天线和相关电子器件全部埋入PCB内成卡。手机装上此卡使用NFC Reader功能时，在SIM卡侧面辐射出磁力线，支持侧面刷卡。
与现有需要更换NFC手机的方式相比，本发明提供的可支持NFC刷卡的SIM卡，就免去换手机的成本，只需换一张SIM卡就行。同时目前市面上大部分的NFC手机都只支持NFCtag和NFC通信的功能，本发明SIM卡可作为NFC Reader.进一步支持NFC功能的手机其NFC线圈均需外置，线圈一般放置手机后壳电池区域，而此SIM卡在PCB上集成NFC线圈，线圈直径小，功率高，侧面辐射电磁场，可大大提升刷卡成功率。
本实施例提供一种可支持NFC刷卡的SIM卡，集成3D天线，线圈直径小，功率大，侧面辐射电磁场,刷卡成功率高，无需像NFC手机一样外置大线圈天线，导致使用时对刷卡位置要求高。本发明提供一种可支持NFC刷卡的SIM卡，内置安全模块,大大提高移动支付和移动收款的安全性.
具体的，本实施例提供一种可支持NFC刷卡的SIM卡，在一张SIM卡上集成NFC的全部电路，包括线圈，SIM卡至少包括：安全主控模块、NFC模块、天线模块。其中SIM卡电源来源于手机电池，手机通过7816接口给到各模块。安全主控模块与NFC模块和手机终端连接，用来控制与NFC模块工作之间收发数据的处理和存储，完成与手机之间以及手机与NFC模块之间数据的通信，并对传输的数据进行加、解密处理。NFC模块与安全主控模块和天线连接，实现信息的编码和解码，接收来自安全主控模块的信息，编码后驱动天线发射RF信号，将天线传输过来的模拟信号解码传输给安全主控模块。天线模块与NFC模块连接，实现数据的收发。其中：
电源为手机电池，当手机需要访问SIM卡或者SIM卡需要访问手机时，手机通过7816接口给SIM卡供电。
安全主控模块至少包括安全单元、接口控制单元、数据处理单元、存储单元。
进一步地，安全单元包括安全算法加密单元及安全算法解密单元。用于将数据进行加密和解密，可以集成于主控模块内，也可以为独立元件。
进一步地，接口控制单元用于提供与其他模块的物理连接接口的配置和开关控制。
进一步地，数据处理单元用于将发送和接收的数据进行透传或编/解码处理。
进一步地，存储单元包括程序存储单元和数据存储单元。存储单元至少为掩膜只读存储器、可编程只读存储器、可擦可编程只读存储器、电可擦可编程只读存储器、快闪存储器中的一种。
NFC模块至少包括接口控制单元，用于与主控模块之间传输数据；数据处理单元，将数据编码后驱动天线发出，接收天线信号后解码给到安全主控模块。
天线模块包括天线匹配电路和天线线圈，天线匹配电路主要用来增大天线的发射功率。
本发明提供一种支持NFC刷卡的SIM卡，不同于传统的SIP封装工艺，本发明采用PCB埋入技术将NFC线圈及相关电子元器件全部内置SIM卡内。其中，
NFC线圈埋入PCB内的形式，不限于用走线和打孔的形式，也可以是线圈直接埋入的形式。
进一步地，NFC线圈内部填充导磁材料，以增强线圈的磁导率。
元器件在基板上的安装方式，不限于导通孔连接方式，也可以用焊盘连接方式。
综上，本实施例提供的可支持NFC刷卡的SIM卡，具备以下特点：
其一，体积与正常SIM卡一致，除有SIM卡一般的电话功能外，还有NFC功能，用户只需换卡就能使手机具有NFC功能，实现个人身份认证、个人消费、个人收款和数据通讯等功能。
其二，本发明的SIM卡至少包括电源模块、安全主控模块、NFC模块。
其三，本发明的SIM卡采用PCB埋入技术，将NFC天线和NFC相关电路集成在PCB上。
具体的，如图3-8所示：
图3为本发明一种可支持NFC刷卡的SIM卡的***结构框图：SIM卡10包括安全主控模块101、NFC模块102、天线模块103。其中，安全主控模块101与NFC模块102和手机终端02连接，用来完成手机02和NFC模块102之间数据的通信、处理和加解密。NFC模块102与安全主控模块101和天线模块103连接，用来完成安全主控模块101与其他NFC设备01之间数据的编解码和传输。
图4为本发明一种可支持NFC刷卡的SIM卡的PCB布局图：SIM卡PCB左边埋入3D天线，天线内部填充导磁材料，以提高天线的功率。此3D天线直径小，功率大，RF信号通过SIM卡侧面辐射出来，集中度高，对刷卡位置要求低，可提升刷卡成功率。但为不干扰RF信号,手机SIM卡托材料和侧面外壳材料应为塑料材质.SIM卡PCB右边埋入除天线外的所有电子元器件，元器件直接埋入，可降低对元器件高度的要求。
图5为SIM卡NFC天线辐射磁力线的分布图，由图5可知,RF信号均是从SIM卡侧面辐射出来,这就决定了SIM卡与NFC卡交互时两者的相对位置,具体如图6所示。
图7为图3所示SIM卡用于个人收款、数据传输时的流程图，包括以下内容：
个人通过手机02发出收款和数据传输需求，SIM卡10接收到需求后，安全主控模块101对需求进行判断，若是NFC功能需求，就将需求发给NFC模块102，若不是就处理需求并发送信号给手机02作为应答。NFC模块102接收到需求后驱动天线103搜索附件的NFC设备01，若NFC设备01在一定时间内有应答，NFC模块102就与此NFC设备01建立连接关系并进行数据交换，NFC模块102根据交换的数据内容，将相关信息回传给安全主控模块101，安全主控模块101接到信号处理后又回传给手机02，如此往复一去一回，实现个人收款和数据传输等功能。若NFC设备01在一定时间内无应答，NFC模块102将超时信号回传到安全主控模块101，安全主控模块101接收以后再回传手机02，手机02接收后显示无NFC设备，结束流程。
图8为图3所示SIM卡用于个人消费、个人身份认证时的流程图，包括以下内容：
个人将装有SIM卡10的手机02靠近NFC读卡设备01，NFC模块102接收到来自NFC设备01的连接需求，并判断对方是否是可信任的NFC设备，若不是就不应答，若是就应答并与NFC设备01建立连接关系进行数据交换，NFC模块102将接收到的信息发送给安全主控模块101，安全主控模块101处理信息后又回传到手机02，手机02接收信息后对后台数据进行操作即完成此次的任务。
综上，本发明提供一种可支持NFC刷卡的SIM卡，具备以下特点：
一，本发明SIM卡在一张SIM卡上集成NFC的全部电路，包括天线，集成度高，使用方便；
二，本发明的SIM卡至少安全主控模块、NFC模块和天线模块；
三，本发明的SIM卡利用PCB埋入技术直接将所有电子元器件和天线埋入PCB内；
四，本发明的SIM卡既有传统的电话功能，也有NFC功能，即个人身份认证、个人消费、商户收款和数据传输等功能，可免去人们换NFC手机的麻烦，只需换一张SIM卡便可；
五，本发明的SIM卡侧面集成3D天线，线圈直径小，天线内填充导磁材料，功率大，侧面辐射电磁场,对刷卡位置要求更低，大大提升刷卡成功率。
与现有的SIM卡相比，本发明的SIM卡具有NFC功能，同时与现有的NFC手机相比，本发明SIM卡内部集成的NFC模块可免去人们更换手机的麻烦，只需更换SIM卡便可使用NFC功能，用于个人身份认证，个人消费、商户收款和数据通信等。通过以上实施例的实施可知，本发明提供的方法具备以下有益效果：
本发明提供的用户识别卡，通过将近场通信功能模块的电路全部集成在SIM卡上，使得SIM卡除了具备SIM卡一般的电话功能外，还具有近场通信功能，如NFC功能，不支持NFC功能的用户手机只需要***此类卡便可拥有NFC的功能，这样用户就不需要更好手机等通信设备，增强了用户的使用体验。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通信模块，设置于通信设备的基板上，其特征在于，包括通信天线，所述通信天线包括通信线圈及天线匹配电路，所述通信线圈采用立体3D线圈形成，所述立体3D线圈埋入所述基板。
2.如权利要求1所述的通信模块，其特征在于，所述天线匹配电路的部分或者全部电路元件埋入所述基板。
3.如权利要求1所述的通信模块，其特征在于，所述立体3D线圈与所述基板一体成型，或者所述立体3D线圈由穿过所述基板过孔的走线与设置在所述基板表面的走线连接形成。
4.如权利要求1至3任一项所述的通信模块，其特征在于，所述基板内部还设置有用于增强所述立体3D线圈磁导率的导磁材料；所述导磁材料至少设置在所述立体3D线圈的内部。
5.一种用户识别卡，其特征在于，包括：用户识别功能模块、近场通信功能模块、以及用于设置所述用户识别功能模块与近场通信功能模块的基板，所述近场通信功能模块包括近场通信模块及数据处理模块，所述近场通信模块采用如权利要求1至4任一项所述的通信模块进行近场通信数据的收发。
6.如权利要求5所述的用户识别卡，其特征在于，所述用户识别卡还包括安全主控模块，所述安全主控模块连接所述近场通信功能模块与终端设备本体，用于对所述近场通信功能模块的数据传输进行控制。
7.如权利要求6所述的用户识别卡，其特征在于，所述安全主控模块包括安全单元、接口控制单元、数据处理单元及存储单元；所述安全单元用于将数据进行加密和解密处理；所述接口控制单元用于提供与其他模块的物理连接接口的配置和开关控制；所述数据处理单元用于将发送和接收的数据进行透传或编/解码处理；所述存储单元用于存储通信数据。
8.如权利要求5至7任一项所述的用户识别卡，其特征在于，所述数据处理模块包括功能选择模块、读卡器模块及射频卡模块，所述读卡器模块用于通过所述近场通信模块读取外界射频卡数据，所述射频卡模块用于通过所述近场通信模块与外界读卡器进行数据交互，所述功能选择模块用于根据控制信号激活所述读卡器模块或者所述射频卡模块。
9.如权利要求8所述的用户识别卡，其特征在于，所述近场通信功能模块还包括磁通信模块，所述磁通信模块包括磁通信线圈及磁通信处理模块，所述磁通信线圈埋入所述基板，用于接收外界磁信号，所述磁通信处理模块用于根据所述外界磁信号确定外界交互设备的设备类型，当外界交互设备的设备类型为读卡器时，生成激活所述射频卡模块的控制信号，当外界交互设备的设备类型为射频卡时，生成激活所述读卡器模块的控制信号。
10.一种通信设备，其特征在于，使用如权利要求5至9任一项所述的用户识别卡。
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