用于檢查天線線圈的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于非接觸地檢查用于便攜式數(shù)據(jù)載體的天線線圈（20）的功能性的方法，具有激勵所述天線線圈（20）、檢測所述天線線圈（20）響應(yīng)于所述激勵的自由阻尼振蕩、以及分析所檢測的自由阻尼振蕩的步驟。優(yōu)選地，通過連接至脈沖發(fā)生器（110）的激勵線圈（130），由單獨直流脈沖（優(yōu)選地為狄拉克脈沖）產(chǎn)生的脈沖磁場以感應(yīng)方式激勵所述天線線圈（20）。由測量天線（140）檢測所述天線線圈（20）的振蕩，并且，通過連接至所述測量天線（140）的分析設(shè)備（160）執(zhí)行所述分析。
【專利說明】用于檢查天線線圈的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于檢查便攜式數(shù)據(jù)載體的天線線圈的功能性的方法、相應(yīng)的檢查裝置、以及用于制造天線線圈的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可以對諸如國民身份證、護照、信用卡、用于認證物品的標簽等的便攜式數(shù)據(jù)載體裝配用于與讀取設(shè)備的非接觸式數(shù)據(jù)通信的天線線圈。為此，天線線圈通常連接至數(shù)據(jù)載體的集成電路、特別是芯片，并且被施加(例如壓印)在數(shù)據(jù)載體的數(shù)據(jù)載體主體的載體層或鑲嵌層(例如，其由諸如PC或PVC的塑料材料制成)上。
[0003]為了在相應(yīng)的數(shù)據(jù)載體的制造期間或之后檢查天線線圈的功能性，已知各種方法。這種檢查基本上旨在檢查天線線圈是否有斷開和/或天線的兩匝或多匝線圈是否被無意短路。此性質(zhì)的缺陷大大損害天線線圈的功能性、或徹底破壞其。
[0004]通常以直流電阻測量的形式實現(xiàn)天線線圈的進行中(in-process)檢查。為了正確地且以所需精度執(zhí)行這種歐姆測量，通常需要四點測量。如果測量值在規(guī)定的區(qū)間外，這可以指示傳導(dǎo)路徑斷開或短路。然而，這種方法僅可以用于確定天線線圈的歐姆部分。這樣，不可能確定線圈的頻變阻抗，其由線圈的電感、歐姆部分以及也可以來自載體材料的電容部分組成。此外，此檢查方法是精細的，因為需要天線線圈的接觸。當通過印刷工藝來制造(例如通過銀導(dǎo)電漿料來壓印)天線線圈時，另外可能發(fā)生的是:在電阻測量時漿料仍未完全固化(cure)，并且用于接觸的相應(yīng)的觸針被污染且隨后必須被清理或替換。
[0005]替代地，可以非接觸地確定天線線圈的諧振頻率和其品質(zhì)因子。為此，通常采用相位和阻抗分析器。例如，在 Klaus Finkenzeller 的“RFID-Handbuch”(第 5 版，Carl Hanser出版社，慕尼黑，2008年，第4.1.11.2章中)中詳細描述了這種非常精細的方法。如果所測量的諧振頻率在規(guī)定范圍內(nèi)，則天線線圈是可使用的。這種檢查比嚴格的歐姆測量提供更多信息，但是更加精細且最好手動執(zhí)行。這種檢查的持續(xù)時間在幾秒的范圍內(nèi)。因此，此檢查通常不在進行中執(zhí)行，而是僅在某些隨機樣本上執(zhí)行且用于產(chǎn)品發(fā)布(productionrelease)。
[0006]最后，當檢查應(yīng)答器(transponder)的天線線圈時,天線因此已經(jīng)連接至相應(yīng)的集成電路，可以測試收發(fā)器的響應(yīng)性。這種檢查不總是提供信息的，即使結(jié)果是正面的，這是因為天線線圈的微小缺陷(諸如傳導(dǎo)路徑中的發(fā)狀裂縫)僅導(dǎo)致阻尼，因此僅導(dǎo)致較低的讀取范圍。這在測試中通常不損害收發(fā)器的一般響應(yīng)性。然而，這樣的缺陷經(jīng)常是數(shù)據(jù)載體在其被發(fā)布給用戶之后的早期故障的原因，因此應(yīng)當在檢查時已經(jīng)被辨識到。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的目的是提出一種用于以快速、容易執(zhí)行且成本高效的方式檢查天線線圈的功能性的方法和裝置。期望該檢查的結(jié)果可以在天線線圈的進一步制造時被有利地米用。[0008]此目的由具有獨立權(quán)利要求的特征的方法和檢查裝置以及用于制造天線線圈的裝置來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中闡述了本發(fā)明的有利實施例和發(fā)展。
[0009]本發(fā)明的基本思想在于激勵待檢查的天線線圈振蕩、以及檢測和評估由激勵產(chǎn)生的天線的自由阻尼(damped)振蕩，以便辨識天線線圈的任何缺陷。
[0010]因此，根據(jù)本發(fā)明的用于檢查非接觸式通信的便攜式數(shù)據(jù)載體的天線線圈的功能性的方法包括以下步驟:
[0011]在第一步驟中，激勵天線線圈振蕩。優(yōu)選地，這通過脈沖磁場感應(yīng)地(inductively)完成,例如,可以通過單個直流脈沖以簡單的方式產(chǎn)生所述脈沖磁場。優(yōu)選地，激勵包括單個磁場脈沖?？梢杂欣禺a(chǎn)生所述直流脈沖作為狄拉克(Dirac)沖激函數(shù)。還可以通過與狄拉克沖激函數(shù)不同的僅具有一個陡峭邊沿的(直)流脈沖產(chǎn)生磁場。優(yōu)選地，經(jīng)由激勵線圈非接觸地實現(xiàn)天線線圈的激勵，所述激勵線圈為此而耦接至相應(yīng)的脈沖發(fā)生器。
[0012]在根據(jù)本發(fā)明的方法的第二步驟中，檢測響應(yīng)于激勵而產(chǎn)生的天線線圈的自由阻尼振蕩。優(yōu)選地，這同樣通過測量天線非接觸地完成。為此將激勵線圈和測量線圈有利地部署為緊鄰待檢查的天線線圈。
[0013]在第三步驟中，評估所檢測的天線線圈的自由阻尼振蕩。這可以通過連接至測量天線的合適的評估裝置完成。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的用于檢查非接觸式通信的便攜式數(shù)據(jù)載體的天線線圈的功能性的檢查裝置因此包括脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器被布置為經(jīng)由附接至脈沖發(fā)生器的激勵線圈非接觸地激勵天線線圈振蕩。此外，檢查裝置包括被布置為非接觸地檢測天線線圈的自由阻尼振蕩的測量天線。最后，檢查裝置的連接至測量天線的評估裝置被布置為評估由測量天線檢測的自由阻尼振蕩。
[0015]這樣做，評估裝置可以特別地利用與完好的天線線圈的參考值的比較。為了分析在檢測自由阻尼振蕩時由測量天線檢測的信號，在已知方式中可以使用例如數(shù)字信號處理器(DSP)或不波器。
[0016]以所述方式激勵的天線線圈在激勵之后立即以可由以下公式描述的自由阻尼振蕩 A(t)衰滅(die out):
[0017]A (t) =A0 (t) e(_5 tiCos ω t
[0018]A(t)可以對應(yīng)于由天線線圈形成的電振蕩電路的電流I或電壓U。因此，緊接在激勵之后的天線線圈的電壓模式(pattern)可以通過以下公式描述:
[0019]U (t) =U0 (t) e(_5 tiCos ω t
[0020]這里,角頻率ω對應(yīng)于天線線圈的自諧振頻率。從衰減系數(shù)δ，可以建立天線線圈的品質(zhì)因子。衰減階段持續(xù)越長，相應(yīng)的振蕩電路的品質(zhì)因子越高。也就是說，天線線圈的自由阻尼振蕩(即，其在激勵之后的立即衰滅)的評估允許確定天線線圈的自諧振頻率和品質(zhì)因子兩者。
[0021]現(xiàn)在，本發(fā)明基于以下事實:待檢查天線線圈的缺陷(諸如傳導(dǎo)路徑的中斷或天線線圈的各線圈匝之間的短路)已經(jīng)導(dǎo)致在所述檢查時可辨識的正在衰滅的信號模式與完好的天線線圈的相應(yīng)的正在衰滅的信號模式顯著不同?；谒u估的自由阻尼振蕩、特別是天線的自諧振頻率和其品質(zhì)因子而確知(ascertain)的故障線圈的參數(shù)與完好的天線線圈的相應(yīng)參數(shù)顯然不同。
[0022]例如，在衰滅行為的可清晰辨識的改變中，特別是改變的(通常升高的)自諧振頻率中，傳導(dǎo)路徑斷開變得顯而易見。在兩匝或多匝線圈短路的情況下，幾乎不再有衰滅被觀察到。
[0023]這樣，在由檢查裝置評估自由阻尼振蕩時，不僅可以辨識到天線線圈是否有故障，而且在有故障或缺陷的情況下，還可以確知故障的類型或缺陷的性質(zhì)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點是明顯的且有許多?？梢砸苑浅Ｉ俚臅r間消耗、并因此特別是在正在進行的生產(chǎn)過程期間，非接觸地執(zhí)行天線線圈的檢查。特別地，可以已經(jīng)通過根據(jù)本發(fā)明的方法檢查了仍未完全固化的印刷的天線線圈?？梢韵鄬唵吻页杀靖咝У靥峁┧铏z查裝置。此外，所述方法不僅允許辨識到有缺陷的天線線圈的故障或缺陷，而且還允許區(qū)分故障的類型。所述方法還在不改變設(shè)置的情況下允許檢查未裝配的天線線圈(即，仍未連接至集成電路的天線線圈)和附接了電路(諸如，已經(jīng)完成的響應(yīng)器或非接觸式通信的芯片卡)的天線線圈兩者。最后，可以對于例如在生產(chǎn)板上并排部署的多個天線，并行地執(zhí)行所述方法，而不需要對各個天線的任何屏蔽。總之，因此可以快速地、以簡單的方式并且高效地檢查天線線圈的功能性。
[0025]優(yōu)選地，為了檢查天線線圈或者在檢查裝置中，將激勵線圈和測量天線部署為彼此“正交”。在激勵線圈和測量天線并非部署為彼此正交、而是例如并排的情況下，也由測量天線檢測激勵線圈的激勵脈沖。此外，激勵線圈的衰減行為則疊加在待測量的天線線圈的衰減行為上。
[0026]在激勵線圈相對于測量天線“正交”布置時，兩者相對于彼此置位使得激勵線圈的信號不被測量天線察覺。將激勵線圈部署為在空間上面對測量線圈，以使得基本上沒有信號被稱合到測量天線中。當通過線圈的磁通量Φ的圍線積分(contour integral)大于零(參見以上引用的“RFID-Handbuch”第4.1.6和4.1.9.2章)時，信號總是被耦合到此線圈中。當測量天線中的不同方向和場強的磁場線跨總面積彼此抵消時、或者當場線與線圈軸的角度恰好等于90°時，磁通量Φ的積分恰好為零一因此為術(shù)語“正交”布置。例如，可以實現(xiàn)激勵線圈相對于測量天線的合適的所謂共面正交布置(如在下文中將更精確描述的)，以使得兩個天線在平面中合適地一個部分地處于在另一個之上。
[0027]優(yōu)選地，測量天線被設(shè)計為使得測量天線的品質(zhì)因子盡可能小，并且如果可能，可能附接的放大器的輸入電容不能起作用，這是因為否則測量天線自身可能將強烈的自激振蕩帶到測量中。例如，可以通過在下文中更精確描述的補償電路來抑制測量天線的這種不想要的自激振蕩。
[0028]根據(jù)檢查裝置在檢查天線線圈時確知的缺陷的性質(zhì)，可以規(guī)定:重新確定用于制造天線線圈的至少一個生產(chǎn)參數(shù)。當例如在制造時印刷天線線圈時，這種參數(shù)例如可以與待印刷的導(dǎo)電漿料的計量、待印刷的傳導(dǎo)路徑的寬度、線圈匝數(shù)等有關(guān)。重新確定的生產(chǎn)參數(shù)可以作為正在進行的生產(chǎn)中的反饋來幫助優(yōu)化生產(chǎn)并且防止制造大量有缺陷的天線線圈。
[0029]替代地或另外地，可以在另一步驟中“修復(fù)”或優(yōu)化被辨識為有缺陷的天線線圈。這可以通過隨后部署、特別是印刷缺少的傳導(dǎo)路徑部分、通過疊印現(xiàn)有傳導(dǎo)路徑部分、或通過移除現(xiàn)有傳導(dǎo)路徑結(jié)構(gòu)的不需要的部分來完成，以便在后處理步驟中關(guān)于規(guī)定的物理參數(shù)(諸如其歐姆電阻)而校正或調(diào)節(jié)天線線圈。
[0030] 因此，根據(jù)本發(fā)明的用于在用于非接觸式通信的便攜式數(shù)據(jù)載體的載體材料上制造天線線圈的裝置包括用于在載體材料上制造天線線圈的裝置，例如印刷裝置。此外，生產(chǎn)裝置包括根據(jù)本發(fā)明的用于以在上文中詳細描述的方式檢查天線的檢查裝置。
[0031 ] 如所述的，檢查裝置的評估裝置優(yōu)選地被布置為根據(jù)天線線圈的確知的缺陷的性質(zhì)確定用于制造其它天線線圈的至少一個生產(chǎn)參數(shù)。
[0032]此外，生產(chǎn)裝置優(yōu)選地被布置為如在上文中所述的，在另一步驟中后處理在檢查裝置檢查天線線圈之后被確知為有缺陷的天線線圈。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于未裝配的天線線圈(S卩，未附接集成電路的開放或封閉天線線圈)、或者已附接了集成電路的天線線圈的形式的響應(yīng)器。
[0034]根據(jù)檢查方法的優(yōu)選實施例，檢查仍未連接至集成電路的封閉天線線圈的功能性。天線線圈可能從一開始已經(jīng)被制造為封閉天線線圈，或者首先作為開放天線線圈而出現(xiàn)，在檢查之前通過橋接開放天線線圈的端子而將所述開放天線線圈制成封閉天線線圈。隨后(即，在檢查之后)，天線線圈的傳導(dǎo)路徑被中斷，以用于制造根據(jù)此優(yōu)選實施例的開放天線線圈，使得天線線圈的開放端子可以連接至集成電路、特別是芯片的組件。
[0035]此優(yōu)選實施例使得可以以簡單的方式辨識到天線線圈中與線圈的接觸端非常接近地發(fā)生的故障、特別是斷線。不對封閉天線線圈執(zhí)行、而是對開放天線線圈執(zhí)行的傳統(tǒng)非接觸式檢查方法由于它們的固有原理而不辨識、或者幾乎不辨識這種故障，因為這種故障天線線圈的一部分的物理特性(如果該部分僅僅足夠大)幾乎不能與完好的線圈的物理特性區(qū)分，這是因為相應(yīng)的線長并非彼此充分不同。
[0036]如果傳導(dǎo)路徑斷開出現(xiàn)在沒有芯片的原始天線線圈中，則無論在什么點(B卩，也接近于天線線圈的接觸端之一)，現(xiàn)在改變的(即，通過橋接接觸端而短路的)線圈仍然開放，因此可與由于橋接而現(xiàn)在應(yīng)當封閉的完好的線圈清晰地區(qū)分。與開放線圈相比，如所述的封閉線圈的衰滅行為是不會錯的。
[0037]根據(jù)此實施例的發(fā)展，在中斷線圈之后且在附接芯片之前重復(fù)檢查天線線圈的步驟。這樣，則也可以可靠地辨識到天線線圈的其它缺陷、特別是線圈各匝之間的短路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]在下文中，將參考附圖，通過示例描述本發(fā)明。其中示出了:
[0039]圖1和圖2示出載體層上相應(yīng)的待檢查天線線圈；
[0040]圖3示出自由阻尼振蕩的模式；
[0041]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的檢查裝置的第一實施例的組件；
[0042]圖5示出根據(jù)圖4的檢查裝置的優(yōu)選實施例；
[0043]圖6示出參考測量天線的根據(jù)圖5的檢查裝置的一部分的優(yōu)選實施例；
[0044]圖7示出脈沖發(fā)生器的激勵脈沖的信號模式；
[0045]圖8示出在激勵線圈附接至脈沖生成器的情況下的激勵脈沖的信號模式；
[0046]圖9示出當完好的天線線圈已經(jīng)通過根據(jù)圖7的脈沖被激勵時完好的天線線圈的自由阻尼振蕩的信號模式；
[0047]圖10示出用于基于自由阻尼振蕩的評估建立根據(jù)圖9的天線線圈的自諧振的過程;
[0048]圖11示出當已經(jīng)通過圖12中所示的脈沖實現(xiàn)了激勵時完好的天線線圈的自由阻尼振蕩的信號模式；
[0049]圖12示出與根據(jù)圖7的脈沖不同而僅具有一個陡峭邊沿的替代激勵脈沖；
[0050]圖13示出傳導(dǎo)路徑斷開的天線線圈的自由阻尼振蕩的信號模式；
[0051]圖14示出具有短路的線圈匝的天線線圈的自由阻尼振蕩的信號模式；
[0052]圖15示出當激勵線圈和測量天線并非被部署為彼此正交時完好的天線線圈的自由阻尼振蕩的信號模式；
[0053]圖16示出當激勵線圈和測量天線被部署為彼此正交時完好的天線線圈的自由阻尼振蕩的信號模式；
[0054]圖17示出當激勵線圈和測量天線被部署為彼此正交時傳導(dǎo)路徑斷開的天線線圈的自由阻尼振蕩的信號模式；
[0055]圖18和圖19示出當激勵線圈和測量天線被部署為彼此正交時兩匝或多匝線圈短路的天線線圈的自由阻尼振蕩的相應(yīng)信號模式；
[0056]圖20示出用于評估檢測的自由阻尼振蕩的過程；
[0057]圖21和圖22示出具有偏差的歐姆電阻的兩個天線線圈的自由阻尼振蕩的電壓模式；以及
[0058]圖23和圖24示出根據(jù)在前檢查的后處理天線線圈中的步驟。
【具體實施方式】
[0059]圖1和圖2示出便攜式數(shù)據(jù)載體的兩個不同的其上部署了天線線圈20的鑲嵌層10 (在所示的示例中為芯片卡)。天線線圈20可以施加在兩側(cè)，在該情況下，為了形成交叉點，饋通(feedthrough)是必須的。在僅對一側(cè)施加的天線線圈的情況下，如圖2中所示，通過橋(圖的右下部)形成交叉。在圖1中的載體層10上，集成電路30已經(jīng)連接至天線線圈20，而圖2中的天線線圈20是開放的，并且仍是未裝配的。提供開放天線線圈20的端子27,28作為稍后接觸電路30的接觸點。
[0060]圖3示出在時間t行進中自由阻尼振蕩A(t)的理論模式。A(t)可以對應(yīng)于電流I或電壓U。角頻率ω對應(yīng)于相應(yīng)的線圈的自諧振頻率，而線圈的品質(zhì)因子可以從裳減系數(shù)δ確定。
[0061]這里以及下面，為了簡單起見，將僅僅總是采用術(shù)語“線圈”或“天線線圈”，以既用于指示未裝配的天線線圈(即，未連接電路的天線線圈)、又用于指示響應(yīng)器(即，已經(jīng)連接了電路的天線線圈)，除非上下文另有表示。
[0062]圖4示意性地示出用于檢查天線線圈20的檢查裝置100的結(jié)構(gòu)。裝置100包括附接了放大器120的脈沖生成器110。將放大器120的輸出施加至優(yōu)選地僅具有一匝的激勵線圈130。將測量天線140部署為與激勵線圈130“正交”。在優(yōu)選地同樣僅擁有一匝線圈的測量天線140上，再次部署放大器150，其輸出附接至評估裝置160。
[0063]在本發(fā)明的框架內(nèi)，采用兩個線圈(這里為激勵線圈130和測量天線140)彼此“正交”布置的術(shù)語，使得在空間上實現(xiàn)激勵線圈130相對于測量天線140的布置，以使沒有激勵線圈130的信號耦合到測量天線140中(如果可能)。如上文所述，這是恰好在通過此線圈的磁通量Φ的圍線積分大于零時的情況。當測量天線140中的不同方向的磁場線和場強在總面積上彼此抵消時、或者當場線與線圈軸的角度恰好等于90°時，磁通量Φ的積分恰好為零。在所示的示例中，如所表現(xiàn)的，通過將激勵線圈130和測量天線140部署為一個部分地在另一個之上，而將激勵線圈130和測量天線140部署為彼此共面“正交”。可以進一步協(xié)調(diào)此布置，以使得磁通量的積分成為零，如期望的。這由激勵線圈130產(chǎn)生的分別在激勵線圈130內(nèi)部和外部的不同方向上延伸的磁場線產(chǎn)生?，F(xiàn)在選擇激勵線圈130和測量天線140的重疊程度，以使得這些場線在測量天線140的內(nèi)表面中恰好彼此抵消。如下文參考圖15至圖19所述，激勵線圈130相對于測量天線140的正交布置便利于對待檢查的天線線圈20的衰滅的檢測。
[0064]圖5示出根據(jù)圖4的檢查裝置100的優(yōu)選實施例100’。特別地，圖示了經(jīng)由測量卡105與諸如示波器280的評估裝置之間的單個同軸電纜220傳送用于測量電路的電壓供應(yīng)、觸發(fā)信號和所檢測的測量信號的可能性。經(jīng)由適配卡205，將供應(yīng)電壓和觸發(fā)信號饋入，并且將測量信號耦合出。因此，經(jīng)由同軸電纜220導(dǎo)引而形成以下的傳送信道:
[0065]第一傳送信道從電源組200經(jīng)由低通濾波器210、同軸電纜220和另一低通濾波器210延伸至測量卡105的電壓供應(yīng)。
[0066]第二傳送信道在用于觸發(fā)脈沖(在所示的示例中為狄拉克脈沖)的信號音的信號發(fā)生器230處開始，經(jīng)由開關(guān)形式的觸發(fā)器240、可選地經(jīng)由帶通濾波器(未示出))、同軸電纜220、另一帶通濾波器250、以及測量卡105的評估電路260延伸至脈沖發(fā)生器110。
[0067]最后，第三傳送信道從測量天線140經(jīng)由測量卡105上的測量放大器150、高通濾波器270、同軸電纜220和另一高通濾波器270延伸至示波器280。
[0068]圖6示出測量天線140的優(yōu)選設(shè)計。這使得測量天線140具有盡可能低的品質(zhì)因子、以及經(jīng)由同軸電纜220附接的放大器150的輸入電容如果可能則無法起作用，這是因為測量天線140否則會將強烈的自激振蕩帶入測量。這將損害測量，即，待檢查的天線線圈20的自由阻尼振蕩的檢測。特別地，將總是必須消除自激振蕩。該圖示出放大器150的輸入電容320和輸入電阻310?？梢酝ㄟ^補償電路330抑制測量天線140的自諧振。補償電路330包括電容和電阻的并聯(lián)，這些量通常在大約I至50pF或I至10兆歐姆的范圍中。補償電路330與測量天線140串聯(lián)。通過高串聯(lián)電阻，測量天線140的品質(zhì)因子實際上趨于零。因此，自諧振不再起作用。為了計算此補償電路330，可以采用例如已知用于計算用于示波器探頭的補償?shù)墓健?br> [0069]根據(jù)檢查方法的第一實施例，由狄拉克脈沖激勵天線線圈。為此，調(diào)節(jié)脈沖生成器110以便以最短可能時間達到最大振幅。例如，可以達到具有僅29ns的寬度的12V的振幅。圖7表不相應(yīng)的信號模式。
[0070]當脈沖生成器110現(xiàn)在附接至激勵線圈130時，在沒有天線線圈20的布置的情況下，通過在由此產(chǎn)生的磁場中產(chǎn)生的能量得到由測量天線140檢測的具有隨后的衰滅時間的信號模式，如圖8中所圖示的。這里以及參考以下圖9至圖14，測量天線140不被部署為與測量天線140正交。如上所述，將參考圖15至圖19描述這些線圈的正交布置的優(yōu)點。
[0071]當將待檢查的天線線圈20直接部署在激勵線圈130之下時，由脈沖生成器110的正狄拉克脈沖激勵天線線圈至自由阻尼振蕩。根據(jù)所得到的天線線圈20的典型衰滅，可以建立天線線圈20的自諧振頻率和其品質(zhì)因子。如果天線線圈20具有制造缺陷(例如，傳導(dǎo)路徑斷開、或線圈各匝之間短路)，則這導(dǎo)致?lián)p壞的天線線圈的“后振蕩”(即，相應(yīng)自由阻尼振蕩)的顯著偏差的信號模式，如下文中所圖示的。特別地，這種線圈的自諧振頻率和/或品質(zhì)因子以清晰可辨識的方式不同于完好的天線線圈的相應(yīng)值。
[0072]圖9表示完好的天線線圈20的自由阻尼振蕩的信號模式。圖10通過圖中的箭頭表示如何可以基于所檢測的信號模式確定所檢查的線圈的自諧振。圖10中的測量結(jié)果所基于的沒有芯片的開放天線線圈擁有例如約45MHz的自諧振頻率。
[0073]響應(yīng)器(S卩，附接了集成電路的天線線圈)通常擁有附屬讀取設(shè)備的傳送頻率的量級的自諧振頻率。通常在13.56MHz的規(guī)定讀取頻率處的15-17MHZ的范圍中調(diào)諧根據(jù)ISO/IEC14443的非接觸式芯片卡。
[0074]相應(yīng)載體材料上的未附接集成電路的天線線圈同樣與在匝之間出現(xiàn)的寄生電容一起形成振蕩電路，根據(jù)載體材料的介電常數(shù)和匝計數(shù)，所述振蕩電路通常具有30至50MHz范圍內(nèi)的自諧振頻率。
[0075]圖11和圖12示出當采用僅具有一個陡峭邊沿的脈沖(圖12)、而非狄拉克脈沖(如圖7中表現(xiàn)的)以用于激勵天線線圈20時對于完好的天線線圈20得到什么信號模式(圖11)。在此示例中，脈沖的第二邊沿指數(shù)下降。原則上，可以將兩個邊沿的每個提供為陡峭邊沿。這種脈沖與狄拉克脈沖相比包含優(yōu)點:在激勵器處僅需要一個陡峭邊沿，因此在待檢查的天線線圈20中也產(chǎn)生僅一個極性的僅一個強脈沖(參見圖11)。這種激勵信號因此可以證明是有利的，因為僅將一個方向(極性)上的能量帶入待檢查的天線線圈中。
[0076]下文將參考圖13至圖19而描述的信號模式基于通過狄拉克脈沖的激勵，以便保證與圖7至圖10的信號模式的可比性。
[0077]圖13示出具有傳導(dǎo)路徑斷開的天線線圈20的自由阻尼振蕩的信號模式。線圈(即，中斷的線圈段)的自諧振頻率仍然可辨識。它們與完好的線圈(參見圖9、圖10)相比
顯著升高。
[0078]至于參考圖14所見的，在天線線圈20的線圈匝短路的情況下，幾乎不能再辨識到線圈的衰滅。
[0079]也就是說，可以通過檢測和評估由于通過脈沖激勵線圈20而發(fā)生的天線線圈的自由阻尼振蕩，可靠地辨識到待檢查的天線線圈20的兩個主要發(fā)生的故障(傳導(dǎo)路徑斷開或線圈匝之間的短路)。
[0080]如上所述且如圖15中再次圖示的，在激勵線圈130和測量天線140并非被部署為彼此正交的情況下，也由測量天線140檢測激勵線圈130中給出的狄拉克脈沖。此外，將激勵線圈130的衰減行為疊加在適當?shù)匾粶y量天線140檢測的天線線圈20的衰減行為上。
[0081]當以上文參考圖4所述的方式將激勵線圈130和測量天線140部署為彼此正交時，激勵線圈130的信號實際上不被測量天線140 “看見”。圖16示出與圖15中相同的測量，但是其中測量天線140被部署為與激勵線圈130正交。這里，狄拉克脈沖不再被辨識為疊加在信號脈沖上的信號。
[0082]通過這種測量設(shè)置，對具有傳導(dǎo)路徑斷開的天線線圈20的自由阻尼振蕩的檢測展現(xiàn)如圖17中所見的信號模式。
[0083]如參考圖18和圖19所見的，此測量設(shè)置也使得兩匝上短路的傳導(dǎo)路徑(圖18)能夠與三匝上短路的傳導(dǎo)路徑(圖19)區(qū)分。所測量的具有兩個短路匝的線圈的自諧振等于87MHzο在三匝短路的情況下，確定甚至125MHz的自諧振。這里，諧振頻率的升高要歸因于線圈電感通過仍然感應(yīng)地耦接至其余天線線圈的短路的導(dǎo)體回路的顯著降低。
[0084]可以以不同的方式執(zhí)行對通過測量天線140檢測的信號的評估。根據(jù)第一實施例，數(shù)字信號處理器(DSP)可以用于評估。這樣做，采用完好的天線線圈的數(shù)據(jù)集用于驗證所檢測的數(shù)據(jù)。DSP通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換所測量的信號，并基于存儲的參考值測試經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號。替代地或另外地，DSP也可以建立天線線圈的自諧振并測試衰滅電壓電平。
[0085]根據(jù)基于參考線圈的第二實施例，對已知為完好的天線線圈執(zhí)行并行參考測量。在此評估方法中，因此僅需要確定為待檢查天線線圈檢測的信號與參考線圈的信號之間的距離(差量(delta))，如圖20中所圖示的。如果此差量與規(guī)定限值偏差太遠，則所檢查的天線線圈被分類為故障。可以利用簡單的差分放大器(比較器電路)和隨后的峰值檢測器而已經(jīng)實現(xiàn)兩個信號的所述差量構(gòu)成。
[0086]根據(jù)第三實施例，示波器可以基于存儲的限值評估當前檢測的數(shù)據(jù)。利用通常由示波器提供的數(shù)學函數(shù)，可以以簡單的方式自動確定所檢查的天線線圈的自諧振和品質(zhì)因子。
[0087]如圖21和圖22中所表現(xiàn)的，在天線線圈S的電壓模式(更精確地為天線線圈S的脈沖響應(yīng)的所檢測的峰值電壓U)與其歐姆電阻R之間存在唯一的關(guān)系。圖21示出對具有89歐姆的線圈電阻Rsi的天線線圈SI的測量。對于根據(jù)圖22的測量的天線線圈S2的線圈電阻Rs2等于108歐姆。更精確地，在通常的容限內(nèi)，在這兩個量之間出現(xiàn)線性關(guān)系，即，當Usi和Us2指示為線圈SI和S2檢測的相應(yīng)的峰值電壓、并且Rsi和Rs2指示線圈SI和S2的歐姆電阻時，如下成立:US1/US2=RS2/RS1。因此，當例如線圈SI用作已知參考線圈時，基于根據(jù)Usi和線圈S2的峰值電壓Us2確定的電壓比計算待檢查的線圈S2的歐姆電阻Rs2成為可能。此關(guān)系已經(jīng)通過接觸歐姆測量進行了驗證。
[0088]由于如之前參考圖13和圖14以及圖17至圖19說明的根據(jù)本發(fā)明的檢查方法不僅能夠在完好的天線線圈與具有制造缺陷的天線線圈之間區(qū)分、而且還能夠辨識不同類型的缺陷的事實，可以在天線線圈的制造過程中高效地利用檢查方法的結(jié)果。
[0089]首先，可以選出被辨識為有缺陷的天線線圈。其次，也可以通過反饋的方式使用檢查方法的結(jié)果，以調(diào)節(jié)在前天線制造的生產(chǎn)參數(shù)、以及執(zhí)行各個天線線圈的有差別的后處理，如下文將參考圖23和圖24通過示例描述的。
[0090]例如，迄今為止習慣于印刷線圈的傳導(dǎo)路徑兩次，以便避免印刷的天線線圈中斷。這樣，可以以高概率排除在兩次印刷操作的每一次時不想要的中斷留在天線線圈上的相同地方的情況——該情況將中斷作為整體的傳導(dǎo)路徑。在圖23中示意性地圖示一般過程。圖23示出平面圖中的傳導(dǎo)路徑的小細節(jié)。在第一印通(printing pass)Dl中，將傳導(dǎo)路徑印刷為具有寬度bl。如所表現(xiàn)的，可能發(fā)生的是:這樣做，不想要的中斷Ul發(fā)生。為了封閉其，執(zhí)行第二印刷操作D2。這樣做，通常在已經(jīng)存在的傳導(dǎo)路徑上印刷具有較小寬度b2的傳導(dǎo)路徑。所得到的總體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)在圖23中的較低行中，由L指示。在第二印刷操作中，不想要的中斷U2也可能發(fā)生，如所表現(xiàn)的。然而，它們位于已經(jīng)存在的中斷Ul內(nèi)的概率非常低。這樣，基本上可以確保如此雙印刷的天線線圈不具有傳導(dǎo)路徑斷開。
[0091]此過程非常耗時，并且牽涉高的材料消耗。
[0092]根據(jù)本發(fā)明的檢查方法現(xiàn)在展現(xiàn)允許優(yōu)化所述生產(chǎn)過程的結(jié)果?？梢栽u估被辨識為有缺陷的天線線圈的數(shù)目以至如下效果:比較確知的傳導(dǎo)路徑斷開的數(shù)目與辨識的匝對匝短路的數(shù)目。大量的傳導(dǎo)路徑斷開可以表示例如應(yīng)當提高采用用于印刷傳導(dǎo)路徑的導(dǎo)電漿料的質(zhì)量。大量短路可以暗示相反的結(jié)論?；谶@種評估，現(xiàn)在調(diào)節(jié)相應(yīng)的生產(chǎn)參數(shù)，直到故障類型的相應(yīng)故障計數(shù)減小為止。然后仍然可以后處理剩余的故障天線線圈，例如如參考圖23所述的。這樣，僅需要后處理少量的天線線圈，并且材料的消耗顯著降低。
[0093]根據(jù)另一變型，可以提供的是:在天線線圈20的第一印刷時，印刷附加的天線線圈回路或彎曲(bend)21、22、23，如圖24中表現(xiàn)的。這些彎曲起初仍然處于短路狀態(tài)，因此實際上在交流電路中不起作用。它們既不充當附加阻抗、也不充當附加電容。通過根據(jù)本發(fā)明的檢查方法，現(xiàn)在可以確定天線線圈20的基本參數(shù)，特別地還有其歐姆電阻(參見以上參考圖21和圖22的評述)。
[0094]在另一生產(chǎn)步驟中，根據(jù)在該檢查方法的框架內(nèi)確定的值，如果需要，則現(xiàn)在可以通過“打開”彎曲21、22、23中的一個或多個來調(diào)節(jié)天線線圈的電阻。這可以例如通過打沖(punch out)、用激光切除(laser out)、或以另一合適方式移除傳導(dǎo)路徑部分中的使該彎曲短路的一部分(如圖24中由參考標記19所表示的)來完成。這樣，可以例如在一致(uniform)、且因此高效的第一生產(chǎn)步驟中相同地制造天線線圈，并且在第二生產(chǎn)步驟中例如關(guān)于相應(yīng)天線線圈的歐姆電阻而對不同買方的特定規(guī)定進行調(diào)整。
[0095]所示的彎曲21、22、23也可以以不同形式(例如，蜿蜒的形式)存在。這具有如下其它優(yōu)點:它們在相應(yīng)的彎曲的短路被斷開連接之后在交流電路中仍然不起作用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢查用于非接觸式通信的便攜式數(shù)據(jù)載體的天線線圈(20)的功能性的方法，包括步驟: -激勵所述天線線圈(20)振蕩； -檢測所述天線線圈(20)響應(yīng)于所述激勵的自由阻尼振蕩； -評估所述天線線圈(20 )的自由阻尼振蕩。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由優(yōu)選地由單個電流脈沖產(chǎn)生的脈沖磁場感應(yīng)地激勵所述天線線圈(20)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述直流脈沖被產(chǎn)生為狄拉克脈沖或僅具有一個陡峭邊沿的電流脈沖。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，通過外部激勵線圈(130)非接觸地激勵所述天線線圈(20)，并且通過外部測量天線(140)非接觸地檢測所述自由阻尼振蕩。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述激勵線圈(130)和所述測量天線(140)被部署為彼此正交，用于檢查所述天線線圈(20)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在評估所述天線線圈(20)的自由阻尼振蕩時，確定所述天線線圈(20)的諧振頻率和/或所述天線線圈(20)的品質(zhì)因子。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，在評估所述天線線圈(20)的自由阻尼振蕩時，確知所述天線線圈(20)的缺陷的性質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，根據(jù)所確知的所述天線線圈(20)的缺陷的性質(zhì)，重新確定用于制造所述天線線圈(20)的至少一個生產(chǎn)參數(shù)、以及/或者在另一步驟中后處理被辨識為故障的天線線圈(20)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，檢查未附接集成電路(30)的天線線圈(20)和/或以附接了集成電路(30)的天線線圈(20)的形式的響應(yīng)器。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，檢查封閉天線線圈(20)的功能性，并且，隨后在所述天線線圈(20)連接至集成電路(30)、特別是芯片的組件之前，中斷所述天線線圈(20 )的傳導(dǎo)路徑，用于制造開放天線線圈(20 )。
11.一種用于檢查用于非接觸式通信的便攜式數(shù)據(jù)載體的天線線圈(20)的功能性的檢查裝置(100 ; 100’)，包括: -脈沖發(fā)生器(110)，其被布置為經(jīng)由附接至所述脈沖發(fā)生器(110)的激勵線圈(130)非接觸地激勵所述天線線圈(20)振蕩； -測量天線(140 )，其被布置為非接觸地檢測所述天線線圈(20 )的自由阻尼振蕩；以及 -評估裝置(160)，其連接至所述測量天線(140)并被布置為評估由所述測量天線(140)檢測的自由阻尼振蕩。
12.如權(quán)利要求11所述的檢查裝置(100; 100’)，其特征在于，所述激勵線圈(130)和所述測量天線(140)被部署為彼此正交。
13.一種用于在用于非接觸 式通信的便攜式數(shù)據(jù)載體的載體材料(10)上制造天線線圈(20)的裝置，包括: -用于在所述載體材料(10 )上制造天線線圈(20 )的設(shè)備；以及-如權(quán)利要求10和11中任一項所述的檢查裝置(100 ;100’)，特別是用于根據(jù)如權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法檢查所述天線線圈(20)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述檢查裝置(100; 100’)的評估裝置(160)被布置為根據(jù)確知的所述天線線圈(20)的缺陷的性質(zhì)，重新確定用于制造所述天線線圈(20)的至少一個生產(chǎn)參數(shù)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于，所述裝置被布置為在由所述檢查裝置(100 ;100’)檢查所述天 線線圈(20)之后，在另一步驟中后處理被確知為有缺陷的天線線圈(20)。
【文檔編號】G06K7/00GK103907119SQ201280051667
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月8日
【發(fā)明者】M.鮑迪施韋勒, K.芬肯澤勒, C.博恩 申請人:德國捷德有限公司