防止無接觸讀卡器和觸摸功能的干擾的方法
【專利摘要】一種通過使用設(shè)置在觸摸傳感器和顯示屏下面用于傳輸近場通信信號的更強(qiáng)的近場通信天線和在觸摸傳感器頂部的用于接收近場通信信號的更小的近場通信天線，從而物理和邏輯地整合近場通信技術(shù)、觸摸傳感器技術(shù)和顯示技術(shù)的系統(tǒng)。
【專利說明】防止無接觸讀卡器和觸摸功能的干擾的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及觸摸傳感器、比如在無接觸智能卡中獲得的NFC技術(shù)的近場通信技術(shù)和顯示器。更具體地，本發(fā)明通過使用設(shè)置在觸摸傳感器和顯示屏周長的下面或周圍，用于傳輸?shù)母鼜?qiáng)的近場通信天線，和在觸摸傳感器下面或頂上，用于接收近場通信信號的更小的近場通信天線，從而物理和邏輯地結(jié)合近場通信技術(shù)、觸摸傳感器技術(shù)和顯示器技術(shù)。為了這些功能的每一個的目的，系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)特定組件的共用，由此提供增加的安全性，防止由于更緊密地整合物理和邏輯工作帶來的破壞，同時提供每個組件的同時和獨(dú)立的工作。
【背景技術(shù)】
[0002]對于電容敏感觸摸板有若干種設(shè)計(jì)。對下面的技術(shù)進(jìn)行審查是有用的，以便更好地理解怎樣能夠改變?nèi)我獾碾娙菝舾杏|摸板從而與本發(fā)明產(chǎn)品一起工作。
[0003]CIRQUE公司的觸摸板為一種互容感測裝置，并且將一個實(shí)例表示為圖1中的方框圖。在該觸摸板10中，使用X(12)和Y(14)網(wǎng)格電極和感測電極16限定觸摸板的觸敏區(qū)域18。典型地，觸摸板10為近似16乘12個電極，或者當(dāng)有空間限制時為8乘6個電極的矩形網(wǎng)格。與這些Χ(12)和Υ(14)(或行和列)電極交錯的是單個感測電極16。通過感測電極16進(jìn)行全部位置測量。
[0004]CIRQUE公司的觸摸板10測量在感測線16上電荷的失衡。當(dāng)在觸摸板10上或附近沒有指示物體時，觸摸板電路20處于平衡狀態(tài)，并且在感測線16上無電荷失衡。當(dāng)由于物體接近或接觸觸摸表面(觸摸板10的感測區(qū)域18)時的電容耦合而使指示物體產(chǎn)生失衡時，在電極12、14上發(fā)生電容變化。所測量的是電容的變化，而不是在電極12、14上的絕對電容值。觸摸板10通過測量為了重新建立或重新獲得感測線上的電荷平衡而必需注入到感測線16上的電荷量來確定電容的變化。
[0005]如下所示利用上述系統(tǒng)確定在觸摸板10上或附近的手指的位置。該實(shí)例描述了行電極12，并且對于列電極14的描述以同樣的方式重復(fù)。從行和列電極測量中獲得的值確定交叉點(diǎn)，該交叉點(diǎn)是觸摸板10上或附近的指示物體的圖心。
[0006]在第一步中，第一組行電極12用來自P、N發(fā)生器22的第一信號驅(qū)動，并且不同但是鄰近的第二組行電極用來自P、N發(fā)生器的第二信號驅(qū)動。使用互容測量裝置26，觸摸板電路20獲得了來自感測線16的值，該互容測量裝置26表示哪個行電極最靠近指示物體。然而，在一些微控制器28控制下的觸摸板電路20還不能確定指示物體位于行電極的哪一側(cè)，觸摸板電路20也不能確定指示物體恰好離電極有多遠(yuǎn)。因此，系統(tǒng)通過一個電極來移動電極組12以被驅(qū)動。也就是說，在組的一側(cè)上添加電極，同時在組的相對側(cè)上的電極再也不被驅(qū)動。然后由P、N發(fā)生器22驅(qū)動新的組并進(jìn)行感測線16的第二次測量。
[0007]從這兩次測量中能夠確定指示物體位于行電極的哪一側(cè)，以及有多遠(yuǎn)。使用等式來比較所測的兩個信號的大小，然后進(jìn)行指示物體的位置確定。
[0008]CIRQUE公司的觸摸板的靈敏度或分辨率比16乘12個網(wǎng)格的行和列電極所具有的高得多。分辨率一般在每英寸960點(diǎn)或更大的量級上。準(zhǔn)確的分辨率由組件的靈敏度、同一行和列上的電極12、14之間的間隔和對于本發(fā)明不重要的其它因素確定。
[0009]使用P、N發(fā)生器24對Y或列電極14重復(fù)上述過程。
[0010]盡管上述的CIRQUE的觸摸板使用了 X和Y網(wǎng)格電極12、14以及分離的單獨(dú)的感測電極16，但是通過使用多路技術(shù)，感測電極實(shí)際上也可以是X或Y電極12、14。
[0011]以前的專利技術(shù)描述了兩因素或三因素的用戶證明方法，比如在美國專利號
7,306, 144(144專利)中所述，其中借記ATM卡或使用受保護(hù)的信息或進(jìn)入安全地點(diǎn)，經(jīng)常可以期望集成認(rèn)證用戶身份的功能。使用兩因素系統(tǒng)進(jìn)行身份認(rèn)證可通過使用(I)用戶具有的某物，比如賬號和無接觸卡或手機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的一次性密碼，和(2)只有用戶知道的某物，比如隱藏的PIN/密碼而實(shí)現(xiàn)。使用三因素系統(tǒng)的認(rèn)證通過添加(3) —些用戶的生物辨識，比如用戶的指紋而提供了附加的安全層。
[0012]作為對這一需求的回應(yīng)，獲得了 144專利，其將無接觸讀卡器觸摸屏和生物辨識無接觸觸摸板集成，以提供支付產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)生比如用于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的近場通信(NFC)激活觸摸屏PIN進(jìn)入裝置和NFC激活筆記本電腦的應(yīng)用能力。這些裝置可用于產(chǎn)生安全的VPN登錄裝置，以便進(jìn)入遠(yuǎn)程商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，以及用于實(shí)體安全產(chǎn)業(yè)，以產(chǎn)生安全記號進(jìn)入裝置，比如用于建筑入口。NFC的功能包括無接觸讀卡器功能,該功能可實(shí)現(xiàn)智能卡、智能電話或其它裝置上的數(shù)據(jù)閱讀，所述裝置可以存儲使用無線通信比如通過NFC能夠閱讀的數(shù)據(jù)。
[0013]在144專利中，被集成的無接觸讀卡器被集成在觸摸板的硬件中，其中觸摸板的電路板基底提供機(jī)械的基底，無接觸讀卡器的硬件可被放在該基底上，而且其中觸摸板已經(jīng)被廣泛分布在其它電子產(chǎn)品中，以及作為獨(dú)立裝置。這種集成了觸摸板的電子產(chǎn)品包括很多便攜式電子產(chǎn)品，比如筆記本電腦、個人數(shù)字助手(PDA)、移動電話、數(shù)字相機(jī)、數(shù)字便攜攝像機(jī)等。CIRQUE的GLIDEP0INT技術(shù)也被集成到不被設(shè)計(jì)成可移動的裝置中，比如銷售點(diǎn)的輸入裝置。例如，當(dāng)用戶提供貸記卡或借記卡給出納員用于購買時，通常為看到無聲音的讀卡器，其激活貸記卡或借記卡被刷卡，目的是讀出磁條。然后用戶一般使用連接至無聲讀卡器的鋼筆，并或輸入簽名或輸入借記卡號。因此，CIRQUE的GLIDEP0INT技術(shù)能夠接收各種形狀的用戶輸入。
[0014]通過在觸摸傳感器周圍放置線圈天線或銅跡而構(gòu)造集成無接觸觸摸板的實(shí)例。該設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)為觸摸板傳感器和無接觸讀卡器的很多物理結(jié)構(gòu)互相機(jī)械以及電子地干擾。
[0015]在機(jī)械問題的實(shí)例中，由于對無接觸讀卡器工作容積標(biāo)準(zhǔn)的限制，觸摸板傳感器經(jīng)常太大而不能支撐合適尺寸的無接觸讀卡器天線的安放，因此限制了集成系統(tǒng)的實(shí)際尺寸。
[0016]在干擾問題的實(shí)例中，為無接觸讀卡器提供動力所需的強(qiáng)磁場在觸摸板傳感器內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)的渦流，由此引起超出規(guī)定的工作，并產(chǎn)生失靈或不能工作的結(jié)果。
[0017]在有關(guān)的干擾問題中，觸摸板產(chǎn)生檢測手指所需的強(qiáng)的靜電場。這些強(qiáng)場經(jīng)常引起無接觸讀卡器具有不充足的信號強(qiáng)度。
[0018]靜電場和磁場干擾兩者的副作用經(jīng)常為以下情況的結(jié)果:1)由于噪音/干擾信號水平足夠大從而激活觸摸板電路中的ESD 二極管，使得無接觸讀卡器信號產(chǎn)生非線性效應(yīng)，2)觸摸板前端電子或模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)在跟蹤干擾上的難度也引起非線性效應(yīng)和測量中的誤差，和3)NFC的調(diào)幅頻率也經(jīng)常非常接近于觸摸感測刺激頻率，由此產(chǎn)生帶內(nèi)接地反彈。
[0019]因此，需要的是用于物理結(jié)合NFC技術(shù)和觸摸傳感器的新的技術(shù)，其將實(shí)現(xiàn)合適尺寸NFC天線靠近觸摸傳感器的集成，其適應(yīng)組件的物理干擾，特別是當(dāng)使用比如ITO和銅跡的不同材料時。
[0020]另一個優(yōu)勢是相互足夠靠近地設(shè)置這些系統(tǒng)的電路，以避免對其間信號的偷聽或竊聽，由此提供比現(xiàn)有集成系統(tǒng)更安全的集成系統(tǒng)。一個優(yōu)勢為提供可移除無接觸讀卡器和觸摸板兩個系統(tǒng)之間的電和磁交互作用的新技術(shù)。另外具有的優(yōu)點(diǎn)是將電子元件整合成單一的包裝，以滿足當(dāng)今小巧和便攜式電子產(chǎn)品一般非常有限的觸摸板空間和相關(guān)的路徑空間。由于控制NFC天線工作標(biāo)準(zhǔn)的限制，控制工作或有效容積也是重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]在一個優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明為用于通過使用設(shè)置在觸摸傳感器和顯示屏周長下面或周圍用于傳輸?shù)母鼜?qiáng)大的近場通信天線和設(shè)置在觸摸傳感器下面或頂上用于接收近場通信信號的更小的近場通信天線而物理和邏輯集成近場通信技術(shù)、觸摸傳感器技術(shù)和顯示技術(shù)的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)也能夠?qū)崿F(xiàn)特定組件對于觸摸傳感器技術(shù)、近場通信技術(shù)和顯示技術(shù)的功能的共用，其中集成系統(tǒng)被制成通過將物理組件更靠近在一起并使其屏蔽物理探測而更安全地防備攻擊，并且其中在集成系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)功能，使得完全在安全的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行認(rèn)證，由此保護(hù)交易避免外部操縱或泄露。
[0022]第一個目的是觸摸傳感器、NFC和顯示功能可以同時和/或相互獨(dú)立地物理實(shí)施。
[0023]第二個目的是集成系統(tǒng)的形狀因素可以像具有用于無接觸卡通信的集成NFC裝置的單個觸摸傳感器那樣小，以及像無鍵輸入系統(tǒng)那樣大。
[0024]第三個目的是集成系統(tǒng)的形狀因素包括作為觸摸傳感器的觸摸屏和無接觸讀卡器像PIN輸入裝置那樣小以及像ATM或其它自動金融交易裝置那樣大。
[0025]結(jié)合所附附圖，并考慮下面詳細(xì)的描述，本發(fā)明的這些和其它目的、特點(diǎn)、優(yōu)勢和替代方面對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為可根據(jù)本發(fā)明原理工作的由CIRQUE公司制造的電容敏感觸摸板組件的方框圖。
[0027]圖2A為表示兩個分離的NFC天線，較大的一個用于傳輸NFC信號，較小的一個用于接收NFC信號的本發(fā)明第一實(shí)施方案的剖面圖。
[0028]圖2B為表示較小的NFC天線不同疊層配置的本發(fā)明替代實(shí)施方案的剖面圖。
[0029]圖3為其中表示多個接收NFC天線的替代實(shí)施方案的剖面圖。
[0030]圖4為表示共用電極的觸摸傳感器和第二 NFC天線的剖面圖。
[0031]圖5為表示共用電極的觸摸傳感器和顯示屏的剖面圖。
[0032]圖6為表示共用電極的觸摸傳感器、顯示屏和第二 NFC天線46的剖面圖。
[0033]圖7為表示說明本發(fā)明概念的兩層接地平面中的切口的第一實(shí)施方案的頂視圖。
[0034]圖8為圖7的接地平面的替代實(shí)施方案的頂視圖。
[0035]圖9為與NFC天線安裝在同一基底上的接地平面。[0036]圖10為用于傳輸和接收的由觸摸傳感器、顯示屏和NFC天線構(gòu)成的疊層。
[0037]圖11表示至少一個基底70可以設(shè)置在觸摸傳感器和第二 NFC天線之間。
【具體實(shí)施方式】
[0038]現(xiàn)在將參考附圖，在附圖中本發(fā)明的各種元件將給予數(shù)字標(biāo)識并且在其中對本發(fā)明進(jìn)行討論，從而是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明?？梢岳斫獾氖牵旅娴恼f明只是本發(fā)明原理的距離，并且不應(yīng)被看做縮小隨附的權(quán)利要求的范圍。
[0039]術(shù)語“觸摸傳感器”的使用應(yīng)被認(rèn)為是與術(shù)語“觸摸感測裝置”、“觸摸板”、“觸摸屏”、“觸摸面板”和“觸摸敏感裝置”和其它類似的觸摸裝置可互換的。同樣，術(shù)語“近場通信天線”應(yīng)被認(rèn)為是與術(shù)語“無接觸讀卡器”、“RFID閱讀器”和“藍(lán)牙天線”可互換的。而且，“系統(tǒng)”指的是包括使用全部可互換術(shù)語的包括觸摸傳感器、近場通信天線和顯示器的兩個或全部三個組件的任意組合。因此，一些實(shí)施方案涉及結(jié)合全部三個組件的觸摸屏，而一些涉及具有NFC技術(shù)，而沒有與觸摸傳感器本身直接關(guān)聯(lián)顯示器的觸摸板。
[0040]本發(fā)明可以通過各種實(shí)施方案實(shí)施，從而解決由本發(fā)明所解決的不同問題。由這些實(shí)施方案提出的問題應(yīng)被認(rèn)為包括但不限于觸摸傳感器、NFC和顯示器技術(shù)的系統(tǒng):1)其中組件可互相干擾，2)避免竊聽或侵入到系統(tǒng)中，3)使用對于集成系統(tǒng)的太多的空間，和4)需要對按照工作NFC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工作容積進(jìn)行控制。
[0041]在現(xiàn)有技術(shù)中，NFC、顯示器和觸摸感測技術(shù)的集成通常包括將NFC天線圍繞觸摸傳感器放置和使用分離的組件、通信容量和電源電纜，導(dǎo)致集成系統(tǒng)增大的尺寸和復(fù)雜性。因此期望重新使用或具有可被多于一個裝置使用的共享用途的組件。
[0042]在支付應(yīng)用中比如當(dāng)使用POS PIN進(jìn)入裝置時，期望使系統(tǒng)安全，避免物理攻擊而且仍提供與主機(jī)的安全連接。這可以使用本發(fā)明的實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)。
[0043]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，NFC功能包括但不應(yīng)被認(rèn)為限制于無線通信功能，比如使用無接觸讀卡器與智能卡的通信，或在無鍵輸入系統(tǒng)中閱讀智能卡，或者任何需要NFC技術(shù)、顯示器和觸摸功能的其它功能。
[0044]因?yàn)镹FC激活的觸摸傳感器一般用于與安全相關(guān)的應(yīng)用中，對于現(xiàn)有技術(shù)具有重大改進(jìn)的是同時物理和邏輯地將觸摸、顯示和通信功能組合成單一的物理安全裝置。因此，本發(fā)明通過組合NFC、顯示和觸摸傳感器技術(shù)，或三種功能中的至少兩種成為單一的芯片包裝，或組合在抗干擾安全模塊或能夠抵抗攻擊者視圖竊聽或探聽認(rèn)證活動的安全加密裝置中，以提供改進(jìn)的整體和安全性。
[0045]盡管在抗干擾包裝或模塊中這樣緊密地集成兩個或三個形狀因素的認(rèn)證功能可具有新穎性，但對于NFC、顯示和觸摸技術(shù)的緊密集成存在獨(dú)特的問題需要克服，目的是制造所期望的集成系統(tǒng)功能。
[0046]例如，考慮金融交易的認(rèn)證需要。在兩形狀因素的過程中，第一個形狀因素為假設(shè)只對用戶已知的輸入信息。該信息一般采取個人認(rèn)證號碼(PIN)的形式，并且可以在觸摸傳感器上輸入。第二個形狀因素為與交易認(rèn)證號碼(TAN)相結(jié)合的標(biāo)記的使用。TAN表示對于認(rèn)證交易的一次性密碼。TAN可以不同方式傳播。使用TAN的最安全的方式為通過需要使用安全標(biāo)記而產(chǎn)生它們。這些產(chǎn)生標(biāo)記的TAN取決于時間和儲存在安全標(biāo)記中的獨(dú)特秘訣。通常經(jīng)由使用SSL安全連接的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進(jìn)行具有PIN/TAN的在線銀行業(yè)務(wù)，從而不需要額外的加密需求。
[0047]通過將觸摸傳感器的電路放置在非?？拷麼FC電路的附近，能夠保護(hù)為了實(shí)現(xiàn)認(rèn)證而在這些系統(tǒng)之間必須產(chǎn)生的通信。安全性可以兩種方式獲得。通過物理地使系統(tǒng)靠近，其能夠工作而不必使用物理上可接近的通信線路來通信。通過邏輯集成系統(tǒng)，其可以獨(dú)立于工作系統(tǒng)或任何其它不安全的系統(tǒng)而工作，該不安全系統(tǒng)使入侵者在認(rèn)證信息產(chǎn)生和加密前能夠獲取該認(rèn)證信息。
[0048]本發(fā)明的實(shí)施方案涉及將物理組件緊密放在一起，然后教導(dǎo)怎樣避免組件之間的干擾。
[0049]圖2A為表不本發(fā)明第一實(shí)施方案的物理組件的剖面。在該第一實(shí)施方案中，系統(tǒng)被表示為具有觸摸、顯示和NFC技術(shù)。特別地，觸摸傳感器40被表示為放置在顯示屏42的頂上。該附圖涉及表示各種組件的堆疊或疊層配置，而不是特定的尺寸關(guān)系。第一 NFC天線44被表示為放置在觸摸傳感器40的下面，而第二 NFC天線46被表示為放置在顯示屏42的底下。
[0050]圖2A表示組件是離散的，并且不共用任何物理組件，比如電極。第一 NFC天線44的尺寸應(yīng)被理解為小于第二 NFC天線46的尺寸。
[0051]第一實(shí)施方案的相關(guān)性可能不是立刻很清晰。例如，制造不同尺寸的NFC天線的目的是因?yàn)槿舾梢蛩?。第一個因素為第一 NFC天線44是接收天線。接收天線可以較小，因?yàn)槠涫窍到y(tǒng)疊層中的較高組件，并且不被其它產(chǎn)生電場和磁場干擾的高衰減組件覆蓋。較小尺寸的另一個原因可能是因?yàn)镹FC的規(guī)格，其提供關(guān)于NFC技術(shù)的工作容積的特定電源和尺寸限制。
[0052]制造較小接收天線的另一個原因可能是限制其可能接收的通信信號的達(dá)到范圍。該限制方面對于實(shí)施方式具有實(shí)際原因。例如，現(xiàn)在的智能卡可同時包括詞條和NFC天線。如果用戶需要刷磁條而不使用智能卡中的NFC天線進(jìn)行交易，則重要的是限制與第一 NFC天線44通信的能力。因此，第一 NFC天線44可以恰好安裝在觸摸傳感器40的中心下面或者在與磁條閱讀者最遠(yuǎn)的觸摸傳感器的側(cè)面上。
[0053]圖2B表示在一個替代實(shí)施方案中，第一 NFC天線44設(shè)置在觸摸傳感器的頂上而不是其底下。如果觸摸傳感器40能夠補(bǔ)償可能由第一 NFC天線44引起的干擾，則該設(shè)計(jì)
可以工作。
[0054]圖3被設(shè)置為表不在不同實(shí)施方案中本發(fā)明的另一方面。在該實(shí)施方案中，多個接收信號的第一 NFC天線44被恰好設(shè)置在觸摸傳感器40的底下。第一 NFC天線44的接收范圍被故意限制，使得第一 NFC天線可以設(shè)計(jì)特定應(yīng)用，或者提供所需要的其它功能。例如，通過使用多個較小的NFC天線，多個被限制的第一 NFC天線44可實(shí)際上延伸NFC技術(shù)的接收范圍。小的第一 NFC天線44的另一個功能可以是提供閱讀小的NFC標(biāo)識或卡片的能力。
[0055]圖2的系統(tǒng)的其它組件包括觸摸傳感器40。觸摸傳感器40可以安裝為秘密和單獨(dú)的裝置，或者其可以與其它組件集成。例如，觸摸傳感器40的XY電極網(wǎng)格可以是用作顯示屏42的部分的全部或部分電極。電極也可以由觸摸傳感器40、顯示屏42和第二 NFC天線46共用。電極也可以只由觸摸傳感器40和第二 NFC天線46共用。通過共用電極，需要更少的電極來安裝系統(tǒng)。[0056]圖4為表示共用電極的觸摸傳感器40和第二 NFC天線46的剖面圖。
[0057]圖5為表示共用電極的觸摸傳感器40和顯示屏42的剖面圖。
[0058]圖6為表示共用電極的觸摸傳感器40、顯示屏42和第二 NFC天線46的剖面圖。
[0059]當(dāng)共用電極時，有必要避免共用它們的組件之間的干擾。因此，在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，用于觸摸傳感器40的時鐘振蕩器也可以被用作第一和第二 NFC天線44、46和顯示屏42的時鐘振蕩器。共同的時鐘振蕩器信號的使用可在觸摸傳感器40、顯示屏42和第一和第二 NFC天線44、46之間提供雙率采樣，由此避免在任何組件上的無用信號出現(xiàn)。雙率采樣可在第二 NFC天線46的基本載頻上形成節(jié)點(diǎn)濾波器。該采樣方法可提供優(yōu)異的濾波方法，因?yàn)樵谟|摸傳感器40和第二 NFC天線46之間具有完美的同步性。
[0060]同樣有可能將顯示工作與其它組件協(xié)調(diào)或同步化。本發(fā)明教導(dǎo)怎樣能夠使本發(fā)明的組件之間的串音最小化。
[0061]關(guān)于濾波器，也應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的另一個實(shí)施方案涉及與觸摸傳感器40的電極串聯(lián)設(shè)置的濾波器組件的使用。這些濾波器組件可用于制成節(jié)點(diǎn)濾波器或帶通濾波器。觸摸傳感器40可以在小于IMHz的范圍內(nèi)工作，并且NFC天線可在靠近13MHz的范圍工作。因此，濾波器可被用于避免在NFC天線和觸摸傳感器之間產(chǎn)生的干擾。
[0062]在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，可將電容器設(shè)置在電極和接地之間的觸摸傳感器40的每個電極上，由此分流來自傳輸NFC天線46的無用信號。
[0063]同樣應(yīng)該理解的是，本發(fā)明涉及系統(tǒng)組件的同時工作，以及一次激活單個組件工作的能力。因此，本發(fā)明的另一個實(shí)施方案涉及通過觸摸傳感器40檢測第二 NFC天線46的激活。該對第二 NFC天線46的激活的檢測可通過來自第二 NFC天線的信號采樣實(shí)現(xiàn)。例如通過將GPIO輸入連接到觸摸傳感器40的發(fā)送電路，可以實(shí)現(xiàn)檢測。GPIO輸入可以是靠近第二 NFC天線46設(shè)置的電極。觸摸傳感器40可以本身失效一段時間或與第二 NFC天線46的傳輸一樣長的時間。
[0064]觸摸傳感器40和第二 NFC天線46的同時工作可以通過使用加法工作放大器、RF拆分器或組合器或本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的類似裝置，將觸摸傳感器驅(qū)動信號與第二 NFC天線上的信號疊加來實(shí)現(xiàn)。
[0065]在一個替代實(shí)施方案中，用于第二 NFC天線46電路的本發(fā)明的功能為檢測觸摸傳感器40的電路何時被激活。第二 NFC天線46可以本身失效一段時間或與觸摸傳感器40的感測一樣長的時間。
[0066]可以期望的是觸摸傳感器40的功能具有比第二 NFC天線46的功能更優(yōu)選或優(yōu)先考慮，或反之亦然。因此，認(rèn)為是本發(fā)明的一個方面的是激活一個裝置使其比系統(tǒng)另一個裝置優(yōu)先考慮。當(dāng)可以共用比如電極的物理結(jié)構(gòu)時，使一個組件比另一個優(yōu)先考慮是特別期望的。
[0067]在本發(fā)明的另一個方面中，可期望完成一個動作，該動作迫使觸摸傳感器40或NFC天線44、46對，例如觸摸傳感器40上的獨(dú)特手勢或觸摸區(qū)域的識別可激活任一組件。
[0068]對于系統(tǒng)的另一個組件，可以使用適合的顯示屏技術(shù)來安裝顯示屏42。按照任何與觸摸傳感器40和NFC天線44、46的單機(jī)或共享操作兼容的技術(shù)可以安裝顯示屏42。例如，顯示屏42可以但不應(yīng)認(rèn)為限于使用比如液晶顯示(IXD)、發(fā)光二極管(LED)顯示和有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示的顯示技術(shù)來安裝。[0069]本發(fā)明的另一個方面是第一 NFC天線44和第二 NFC天線46的相對尺寸。關(guān)于傳輸NFC天線的操作可具有較少或沒有限制或操作標(biāo)準(zhǔn)。因此，較大的NFC天線可被設(shè)置在本發(fā)明的全部其他組件的底下，通過將傳輸NFC天線制造得比接收NFC天線更大，系統(tǒng)可補(bǔ)償信號必需穿過的附加材料。傳輸NFC天線也可具有難于驅(qū)動的能力，目的是驅(qū)動信號通過其它組件。因此較大的傳輸NFC天線46可以通過可在其上面的組件并沿著接收NFC卡片或標(biāo)簽的方向引導(dǎo)較強(qiáng)的信號。因此，在圖2中第二 NFC天線46被示出在顯示屏42、觸摸傳感器40和較小的第一 NFC天線44的底下。
[0070]盡管優(yōu)選的是對于第二 NFC天線46，使用低阻抗天線，但對于第一 NFC天線有可能使用低或高阻抗天線。使用氧化銦錫(ITO)制造的ITO電極對于高阻抗天線可很好地工作。ITO電極可以設(shè)置在顯示屏42的頂上并在觸摸傳感器40下面，并且可具有優(yōu)勢，即對顯示屏的視覺透明度產(chǎn)生最小的干擾。
[0071]將低阻抗的傳輸NFC天線設(shè)置在觸摸傳感器40的周圍或下面，并將高阻抗的接收NFC天線設(shè)置在觸摸傳感器的下面或內(nèi)部，可以使得NFC天線的有效體積設(shè)計(jì)為符合產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或更好地控制接收位置。第一 NFC天線44被耦合至可以處理接收信號的天線電路的高輸入阻抗輸入電路，并且第二 NFC天線46被耦合至可以產(chǎn)生和傳輸信號的天線電路的低輸入阻抗輸出電路。
[0072]本發(fā)明的另一個方面涉及使系統(tǒng)的組件之間的干擾最小化。因?yàn)楸景l(fā)明的組件產(chǎn)生電場和/或磁場，所以減小干擾是有用的。例如，由NFC天線44、46所使用的較高電壓可以比觸摸傳感器40的電極上的電壓高很多。
[0073]本發(fā)明可提供用于減小組件之間干擾的不同方法。例如，在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，使用平衡驅(qū)動電極模式可降低干擾。平衡驅(qū)動電極模式用于使觸摸傳感器40的電壓在NFC天線44、46上的耦合最小化。平衡驅(qū)動電極模式也可為觸摸傳感器40的電極提供附加測量凈高，由此通過第二 NFC天線46補(bǔ)償干擾。
[0074]在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，通過使用電極的對稱路徑模式可降低干擾。通過使用對稱路徑模式，由設(shè)置在第二 NFC天線46上的電壓產(chǎn)生的電場干擾可被消除，使得耦合在觸摸傳感器40的任何感測電極上的凈電壓最小化。類似地，通過使用對稱電極路徑模式，由第二 NFC天線46中的傳輸電流產(chǎn)生的磁場干擾可被消除，使得流入到任何觸摸傳感器40的電極銷中的凈電流最小化。
[0075]在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，可將屏蔽環(huán)設(shè)置在觸摸傳感器40和第二 NFC天線46的電極之間，目的是抑制由第二 NFC天線產(chǎn)生的電場。對于第二 NFC天線46有利的是施加不同電壓在屏蔽環(huán)上，以幫助消除出現(xiàn)在第二 NFC天線上的電勢。
[0076]屏蔽是用于避免系統(tǒng)組件之間干擾的另一個方法。對于現(xiàn)有技術(shù)中的屏蔽目的，經(jīng)常有幫助的是在觸摸傳感器的電極網(wǎng)格后面插入接地平面，由此避免與放置在XY電極網(wǎng)格后面，比如在XY電極網(wǎng)格基底的相對側(cè)的觸摸板傳感器電路產(chǎn)生交互作用。如果將觸摸板放置在IXD前面，則這樣的屏蔽接地平面會避免與IXD的交互作用。
[0077]然而，在現(xiàn)有技術(shù)中使用的這種類型的接地平面可考慮到作為NFC天線激活的結(jié)果而在其中產(chǎn)生的渦流，導(dǎo)致對于NFC智能卡的磁場損失。因此，本發(fā)明的另一個實(shí)施方案是提供避免在屏蔽接地平面中產(chǎn)生渦流的方法。
[0078]圖7提供了表示避免在屏蔽接地平面中產(chǎn)生渦流的一種方法。圖7為表示觸摸傳感器的兩層50和52的頂視圖。通過在接地平面電極中制作切口同時保持對電場電勢的抑制，可以避免渦流的產(chǎn)生。切口將電極分離成較小和離散的電極，其可使渦流的產(chǎn)生最小化。當(dāng)在接地平面電極中制作切口時，重要的是切口可以制作成使得閉合環(huán)路不形成，除了如果需要的話用于形成適于形成NFC天線的導(dǎo)電路徑之外。因此，任何能實(shí)現(xiàn)使渦流的產(chǎn)生最小化的目的而且其不產(chǎn)生閉合回路的設(shè)計(jì)都可被用于接地平面的電極。
[0079]圖8為表示可與圖7的觸摸傳感器一起使用的接地平面的一個實(shí)施方案的頂視圖。注意到當(dāng)接地平面的兩層54和56互相重疊時，其相互交叉并將提供對于磁場和電場兩者的完全屏蔽。
[0080]圖9為本發(fā)明的另一個實(shí)施方案的頂視圖。該附圖表示安裝在與NFC天線同一個基底上的接地平面。NFC天線60被示出在基底中間，被屏蔽NFC天線的“分開的甜甜圈”接地環(huán)62所圍繞。
[0081]在接地平面的電極中制造切口的另一個目的是，除了使來源于磁場的無用電流最小化之外，使對電場的屏蔽最大化。
[0082]本發(fā)明描述了在本發(fā)明的組件之間電極的共用。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，接地平面可以與傳輸NFC天線共用。
[0083]在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，觸摸傳感器和NFC天線的電極可以交錯在同一個基底上。
[0084]圖10例示了涉及定向耦合器的本發(fā)明的另一個方面。定向耦合器可被用于增大NFC天線的靈敏度。例如，當(dāng)放置在觸摸傳感器40、顯示屏42或者觸摸傳感器和顯示屏兩者的下面的NFC天線可能被用于接收NFC信號以及傳輸NFC信號時，這可能是有用的。因此，定向耦合器可被用于增大傳輸和接收NFC天線的信號的范圍或靈敏度。在圖10所示的一個實(shí)施方案中，疊層由觸摸傳感器40、顯不屏42和NFC天線80構(gòu)成,用于同時傳輸和接收NFC信號。觸摸傳感器40、顯示屏42和NFC天線80也可以共用比如電極的物理構(gòu)造。
[0085]在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，為了降低來自電磁場的干擾，有可能抑制由系統(tǒng)組件產(chǎn)生的場。將鐵氧體放置在組件基底上或附近可以抑制場。作為實(shí)際情況，鐵氧體可以懸浮在硅或其它材料中，然后，可將懸浮在硅中的鐵氧體放置在基底上。也可將鐵氧體以環(huán)或者其它合適構(gòu)造的形式直接放置在基底上。
[0086]圖11提供了本發(fā)明的另一個實(shí)施方案。在圖2所示的實(shí)施方案的變型中，圖11表示可以在觸摸傳感器40和第二 NFC天線46之間設(shè)置至少一個附加基底70。至少一個附加基底可包括導(dǎo)電表面72。導(dǎo)電表面72可以在公共點(diǎn)處稱合在一起。導(dǎo)電表面的目的是抑制可能由第二 NFC天線46產(chǎn)生的電場和磁場引起的干擾。
[0087]可以理解的是，上面所述的配置只是對本發(fā)明原理的應(yīng)用的例示。在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對多種修改和替代配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。所附的權(quán)利要求用于包含這些修改和配置。
【權(quán)利要求】
1.一種整合觸摸傳感器和近場通信天線技術(shù)從而提供在觸敏便攜式電子產(chǎn)品內(nèi)的通信的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 顯示屏； 設(shè)置在所述顯示屏頂部的觸摸傳感器，由此形成觸摸屏； 設(shè)置在所述觸摸屏之下用于接收信號的第一近場通信天線；以及 設(shè)置在所述顯示屏下面用于通過所述觸摸屏傳輸信號的第二近場通信天線。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述第二近場通信天線和所述觸摸傳感器之間的接地平面，其中所述接地平面包括多個電極，所述電極形成為不存在閉合回路，由此使所述電極中的渦流最小化。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括與所述第二近場通信天線在相同基底上的接地平面，其中所述接地平面包括多個電極，所述電極形成為不存在閉合回路，由此使所述電極中的渦流最小化。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述第二近場通信天線之下的接地平面，其中所述接地平面包括多個電極，所述電極形成為不存在閉合回路，由此使所述電極中的渦流最小化。
5.如權(quán)利要求1所 述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括: 用于所述第一近場通信天線的低或高阻抗材料；和 用于所述第二近場通信天線的低阻抗材料。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括天線電路，所述天線電路具有用于從所述第一近場通信天線接收輸入信號的高輸入阻抗輸入電路，和用于傳輸信號至所述第二近場通信天線的低輸出阻抗驅(qū)動電路。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括將鐵氧體材料設(shè)置在所述系統(tǒng)的至少一個基底上，由此壓縮由所述系統(tǒng)產(chǎn)生的電場或磁場。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述觸摸傳感器和所述第二 NFC天線之間的至少一個基底，其中導(dǎo)電材料被設(shè)置在所述至少一個基底的表面上，從而減小所述第二 NFC天線對所述觸摸傳感器的電場干擾。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與在所述至少一個基底上的全部導(dǎo)電材料耦合的導(dǎo)電電極，由此電耦合全部所述導(dǎo)電材料。
10.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述觸摸傳感器的每個電極上的濾波器，由此避免所述第二 NFC天線對所述觸摸傳感器的干擾。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述觸摸傳感器的每個電極上的電容器，由此分流從所述第二 NFC天線至接地的信號。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括由所述觸摸傳感器、所述顯示屏和所述NFC天線使用的共用振蕩時鐘信號，由此使所述觸摸傳感器、所述顯示屏和所述NFC天線之間的不需要的信號最小化。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于檢測所述第二NFC天線激活的傳感器，由此使所述觸摸傳感器能夠改變感測功能。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于檢測所述觸摸傳感器激活的傳感器，由此能夠使所述第二 NFC天線能夠終止通信功能。
15.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括所述觸摸傳感器中的開關(guān)，其能夠使所述第一 NFC天線、所述第二 NFC天線或者其兩者的組合激活。
16.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于所述觸摸傳感器、所述第一近場通信天線、所述第二近場通信天線和所述顯示屏的同步功能的同步電路。
17.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括互電容觸摸傳感器。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括從由液晶顯示器、發(fā)光二極管顯示器和有機(jī)發(fā)光二極管顯示器構(gòu)成的顯示屏的組中選擇的顯示屏。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中如果所述第一近場通信天線被用于接收信號，則所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與所述第一近場通信天線連接的定向耦合器。
20.一種集成觸摸傳感器和近場通信天線技術(shù)，以提供觸敏便攜式電子產(chǎn)品通信的方法，所述方法包括: .1)提供顯示屏，設(shè)置在所述顯示屏頂部由此制成觸摸屏的觸摸傳感器，設(shè)置在所述觸摸屏之下用于接收信號的第一近場通信天線，以及設(shè)置在所述觸摸屏之下或周圍用于傳輸信號的第二近場通信天線；和 . 2)通過所述顯示屏、所述觸摸傳感器和所述第一近場通信天線傳輸來自所述第二近場通信天線的近場通信信號；以及 . 3)在所述第一近場通信天線上接收近場通信信號。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括: . 1)設(shè)置在所述第二近場通信天線和所述觸摸傳感器之間的接地平面；和. 2)形成多個接地平面電極，使得閉合回路不存在，由此使所述電極中的渦流最小化。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括: .1)將接地平面設(shè)置在與所述第二近場通信天線相同的基底上；以及 . 2)形成多個接地平面電極，使得閉合回路不存在，由此使所述電極中的渦流最小化。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括: . 1)將接地平面設(shè)置在所述第二近場通信天線下面的基底上；和 .2)形成多個接地平面電極，使得閉合回路不存在，由此使所述電極接地平面中的渦流最小化。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括:. 1)提供用于所述第一近場通信天線的低或高阻抗材料；和. 2)提供用于所述第二近場通信天線的低阻抗材料。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括提供具有高輸入阻抗輸入電路的，用于接收來自所述第一近場通信天線的輸入信號的天線電路，和用于將信號傳輸至所述第二近場通信天線的低輸出阻抗驅(qū)動電路。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過在所述系統(tǒng)的至少一個基底上設(shè)置鐵氧體材料，由此抑制由所述系統(tǒng)產(chǎn)生的電場或磁場。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過在所述觸摸傳感器和所述第二 NFC天線之間設(shè)置至少一個基底，以減小所述第二 NFC天線對所述觸摸傳感器的電場干擾，其中導(dǎo)電材料被設(shè)置在所述至少一個基底的表面上。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過在所述觸摸傳感器的每個電極上設(shè)置濾波器，以避免所述第二 NFC天線對所述觸摸傳感器的干擾。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過在所述觸摸傳感器的每個電極上設(shè)置電容器，由此將來自所述第二 NFC天線的信號分流至接地。
30.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過使用由所述觸摸傳感器和所述第二 NFC天線所用的共用振蕩時鐘信號，以使來自所述第二 NFC天線的在所述觸摸傳感器上的不需要的信號最小化。
31.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過使用傳感器檢測所述第二 NFC天線的激活而終止感測功能。
32.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過檢測所述觸摸傳感器的激活而終止通信功能。
33.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括通過激活所述觸摸傳感器中的開關(guān)而實(shí)現(xiàn)所述第一 NFC天線、所述第二 NFC天線或所述兩者的組合的激活。
34.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括所述觸摸傳感器、所述第一近場通信天線、所述第二近場通信天線和所述顯示屏的同步功能，由此使所述組件的干擾最小化。
35.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括從由液晶顯示器、發(fā)光二極管顯示器和有機(jī)發(fā)光二極管顯示器構(gòu)成的顯示屏的組中選擇顯示屏。
36.如權(quán)利要求20 所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括如果使用所述第二近場通信天線接收信號，則通過將定向耦合器耦合至所述第二近場通信天線而增加所述第二 NFC天線的靈敏度。
37.一種集成觸摸傳感器和近場通信天線技術(shù)，以提供觸敏便攜式電子產(chǎn)品通信的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 具有多個顯示器電極用于產(chǎn)生顯示的顯示屏； 共用所述多個顯示器電極，旨在完成近距離和觸摸感測，并制成與所述顯示屏一起使用的觸摸屏的觸摸傳感器；和 設(shè)置在所述顯示屏之下或周圍，用于通過所述觸摸屏傳輸信號的第一近場通信天線；和 設(shè)置在所述觸摸屏之下，用于接收信號的第二近場通信天線。
38.一種集成觸摸傳感器和近場通信天線技術(shù)，以提供觸敏便攜式電子產(chǎn)品通信的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 具有多個顯示器電極，用于產(chǎn)生顯示的顯示屏； 共用多個顯示器電極，旨在完成近距離和觸摸感測，并制成觸摸屏和所述顯示屏的觸摸傳感器； 共用所述多個顯示器電極，旨在通過所述觸摸屏傳輸和接收信號的第一近場通信天線；和 控制所述多個顯示器電極使用的裝置，以便能夠使所述顯示屏、所述觸摸傳感器和所述第一近場通信天線共享所述多個顯示器電極的使用。
39.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述觸摸屏頂上，用于接收信號的第二近場通信天線。
40.一種集成觸摸傳感器和近場通信天線技術(shù)，以提供觸敏便攜式電子產(chǎn)品通信的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 顯示屏； 具有多個設(shè)置在所述顯示屏頂部的傳感器電極，由此制成觸摸屏的觸摸傳感器；和 共用所述多個傳感器電極，用于通過所述觸摸屏傳輸信號的第一近場通信天線。
41.如權(quán)利要求40所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述觸摸屏之下或內(nèi)部，用于接收信號的第二近場通信天線。
42.一種集成觸摸傳感器和近場通信天線技術(shù)，以提供觸敏便攜式電子產(chǎn)品通信的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 顯示屏； 具有多個設(shè)置在所述顯示屏之下的傳感器電極，由此制成觸摸屏的觸摸傳感器；和 共用所述多個傳感器電極，用于通過所述觸摸屏傳輸信號的第一近場通信天線。
43.如權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述觸摸屏之下或內(nèi)部用于接收信號的第二近場通信天線。
【文檔編號】H04B5/00GK104012010SQ201280064021
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月23日
【發(fā)明者】基思·L·保爾森, 安德魯·保爾森 申請人:瑟克公司