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CN104641383A - 用于个人电子设备的适配器及其使用方法 - Google Patents

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CN104641383A CN201380048959.6A CN201380048959A CN104641383A CN 104641383 A CN104641383 A CN 104641383A CN 201380048959 A CN201380048959 A CN 201380048959A CN 104641383 A CN104641383 A CN 104641383A
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Abstract

公开了用于个人电子设备与智能卡阅读器进行通信的适配器和使用该适配器的方法。该适配器包括处理器、接触/非接触式智能卡芯片、天线和电源单元。该处理器适于与个人电子设备交换数据，其中所述数据被调制在音频信号上。处理器还适于与智能卡芯片交换数据，其中智能卡芯片适于通过天线与非接触式智能卡阅读器通信。还公开了用于使个人电子设备能通过音频信号与非接触式智能卡阅读器进行通信的方法。该方法包括提供适配器。该适配器包括处理器、接触/非接触式智能卡芯片、天线和电源单元。所述方法还包括在个人电子设备和处理器之间的数据交换。

Description

用于个人电子设备的适配器及其使用方法
相关申请的交叉引用
本申请要求以下专利的权益：序列号为61/674,938、在2012年7月24日提交的、题目为用于个人电子设备的适配器及其使用方法(ADAPTERFOR PERSONAL ELECTRONIC DEVICES AND METHODS OF USETHEREOF)的美国专利，及序列号为61/694,801、在2012年8月30日提交的、题目为用于个人电子设备的适配器及其使用方法(ADAPTER FORPERSONAL ELECTRONIC DEVICES AND METHODS OF USETHEREOF)的美国专利，所有这些均通过引用以其整体并入全文。
发明背景
智能手机和其他个人电子设备例如平板电脑可以并入非接触式通信功能(例如邻近或近场通信(NFC))。允许与兼容的阅读器非接触式通信以例如在支付交易过程中发送和接收数据的这种功能，可以嵌入在个人电子设备中或可通过连接到个人电子设备的适配器添加。包括由正轨创新有限公司(On Track Innovations Ltd，OTI)制造和销售的用于移动设备的非接触式支付和NFC解决方案(COPNI)的现有技术解决方案，如在OTI的美国专利申请公开第2011/0312382号中描述的，通过接触和非接触式数据通信功能和标准的用户识别模块(SIM)功能的智能芯片连接到个人电子设备，该智能芯片例如NXP半导体(Semiconductors)N.V的SmartMXP5CD080。在这个解决方案中，NFC天线连接到智能芯片的非接触式引脚，且智能芯片通过接触式通信引脚与智能手机通信。
发明内容
根据本发明的实施例，公开了一种适配器，其允许与诸如智能手机或平板电脑的个人电子设备的非接触式通信，诸如邻近和/或NFC，该非接触性通信通过该电子设备的耳机插座，利用扬声器和麦克风线，同时使诸如耳机(headset)或耳机(earphone)和麦克风装置的附件能通过位于适配器上的另一个插座而连接到个人电子设备。
公开了一种适配器，其使个人电子设备能通过音频信号与非接触式智能卡阅读器进行通信，该适配器包括处理器、接触/非接触式智能卡芯片、天线和电源单元，其中所述处理器适于或配置为与所述个人电子设备交换第一数据，其中所述第一数据被调制在所述音频信号上，并与智能卡芯片交换第二数据，所述智能卡芯片将通过所述天线与所述非接触式智能卡阅读器通信。
根据本发明的一些实施例，在耳机插座中的扬声器线中的一条可以用来提供用于操作该适配器的电能。
本发明公开了一种使个人电子设备能通过音频信号与非接触式智能卡阅读器通信的方法，该方法包括提供适配器，该适配器包括处理器、接触/非接触式智能卡芯片、天线和电源单元；在所述个人电子设备和所述处理器之间交换第一数据，其中所述第一数据被调制在所述音频信号上；并且与所述智能卡芯片交换第二数据，所述智能卡芯片将通过所述天线与所述非接触式智能卡阅读器通信。
根据本发明的一些实施例，在例如与非接触式阅读器设备的非接触式通信会话期间接收的数据，诸如进行的货币交易的数据，可以呈现在个人电子设备的屏幕上。此外，还可以呈现卡芯片的细节。
根据本发明的一些实施例，由个人电子设备的用户输入的数据可影响并控制适配器的操作。
附图说明
在说明书的结论部分特别指出和明确提出与本发明相关的主题。然而，就本发明的组织和操作方法，以及其对象、特征、和优点而言，通过同时阅读下列附图参考以下详细描述可以最好地理解本发明。
图1是根据本发明的实施例的适配器的示意性高级框图；
图2A是根据本发明的实施例的适配器的示意性框图；
图2B是根据本发明的实施例的适配器的示意性框图；
图2C是根据本发明的实施例的适配器的示意性框图；
图2D是根据本发明的实施例的适配器的另一实施例的示意性框图；
图3A、3B、3C、3D、3E和3F是根据本发明的实施例的适配器的物理设计的示意性图解；
图4A，其示意性示出了根据本发明的实施例的适配器主体；
图4B和4C是根据当前实施例的适合的可拆卸天线设计的图解；
图5是流程图，其根据本发明的实施例描绘了在适配器中包括的组合(combi)芯片、uP及RF天线之间的以两种不同的模式的通信的操作方法；
图6是流程图，其根据本发明的实施例描绘了在需要用户的输入的操作期间的适配器的操作；
图7是根据本发明的实施例的改进的插头的示意图；
图8A是根据本发明的实施例的改进的耳机接头的3D示意图；
图8B是根据本发明的实施例的、图8A中描述的改进的耳机接头的尖端的放大视图；
图9是根据本发明的实施例的、组装到适配器的外壳的图8A中描绘的改进的耳机接头的3D示意图。
应该理解的是，为了说明的简便性和清楚性，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件进行放大。此外，在认为适当的地方，可以在附图中重复附图标记以指示对应或类似的元件。
本发明的详细描述
在下面的详细描述中，为了提供对本发明的全面理解，阐述了许多具体的细节。但是，本领域的技术人员应理解的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下进行实施。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程和部件以便不使本发明难以理解。
典型的非接触式智能卡可以包括电子电路，包括有源单元，如控制器/微处理器和无源元件，如NFC天线。非接触式智能卡的一些电子电路可以以两种模式操作：接触模式和非接触式模式。在非接触式模式中，电子电路可由在设备的天线处接收的RF能量提供电力。
参照图1，其是根据本发明的实施例的适配器2的示意性高级框图。适配器2可以包括电子电路4、RF天线5，耳机立体声接头6与耳机插座7。电子电路4可适于作为非接触式智能卡单元运行，能够通过天线5使用任意所需的协议接收和发射RF信号，该协议诸如用于非接触式集成电路卡的感应卡的ISO/IEC 14443标准的协议。电子电路4可以通过耳机接头6连接到个人电子设备，诸如具有耳机插座的智能手机。适配器2可以通过耳机接头6从个人电子设备接收在专用信道中接收的音频信号，诸如右扬声器(RS)和左扬声器(LS)的音频信号。适配器2可通过耳机接头6发送音频信号到个人电子设备，该音频信号通过专用信道如麦克风(MIC)输入端发送。
现在参照图2A，其是根据本发明的实施例的适配器10的示意性框图。适配器10可以包括处理器单元22、接触/非接触式智能卡芯片24(有时称为组合芯片)、RF天线26、电源单元28、无源接口电路23、耳机接头40和耳机插座50。处理器单元22可以是任何合适的处理器、微处理器(uP)、控制器、微控制器等。组合芯片24可以是任何芯片，其适于或被配置用于通过天线诸如天线26提供并支持非接触式通信，并通过在其上的专用引脚提供并支持接触通信。RF天线26可以是任何合适的天线，其符合非接触式要求，诸如根据ISO 14443标准。根据一些实施例，芯片24可以包含智能卡功能。处理器22可以被配置为或适于例如通过执行软件来执行根据本发明的方法。
耳机接头40可以是任何标准立体声耳机接头，诸如3.5mm的立体声接头，其支持两个音频信道输出LS和RS及一个音频输入MIC。
音频信道输出RS和音频信道输入MIC可通过无源接口23而形成用于uP 22的双向信道，以通过音频信道与连接到耳机接头40的任意个人电子设备通信。音频信道输出LS可以用来为适配器10的操作提供能量。音频信道LS也可以被路由到uP 22以提供用于通信的同步(同步(sync))信号。适配器10的操作所需的电力可以经由音频信道LS以特定音频信号(下文中表示为供电音频信号)的形式而被输送到电源单元28。该供电信号可以在确定的频率或一定频率范围内，并且其可以具有确定的幅度或者其可以在确定的幅度范围内。根据一些实施例，音频信道RS也可以用于为适配器10提供附加的供电，因此提高了适配器10的可用电力供给，这如在下文关于图2B详细说明和描述的。在这种情况下，数据和供电信号可以在RS信道上以适当的方式组合。电源单元28可以升压、整流并调节通过音频信道LS(并且还可选地经由RS信道)接收的供电信号，以提供位于电源端子Vcc和GND之间的适配器10的操作所需的电力。根据本发明的一些实施例，当从音频信道LS和可选的信道RS上接收的音频信号不在确定的频率和/或水平极限内时，电源单元28将不会激活适配器10和/或uP 22将处于关断模式。音频供电信号可以由个人电子设备启动和提供，例如，通过在个人电子设备上存储和运行的专用程序的执行，并且可以通过耳机接头40可以附接或插入到其的个人电子设备的音频输出插座而提供给适配器10。根据一些实施例，在耳机的正常操作期间，音频供电信号的频率范围和/或其幅度范围可以分别不同于个人电子设备提供的典型的音频信号的频率范围和/或幅度范围。
无源接口电路23可以包括例如电阻器和电容器(未示出)，并可用于相互适应和匹配uP 22和个人电子设备之间交换的信号的幅度和DC水平，个人电子设备通过其耳机的耳机插座连接适配器10。
uP 22可以适于或被配置为与个人电子设备进行通信，其是通过数字数据调制的音频信号和/或指示的接收和通过从音频信道RS上接收的音频调制信号中提取数字数据进行的。uP 22还可适于用数据调制音频信号并通过音频在信道MIC中将信号发送到个人电子设备。uP 22可以适于将信道LS上的供电信号用作同步信号，用于其与个人电子设备的通信。
uP 22可进一步适合于通过以下与组合芯片24进行通信：通过在uP 22和组合芯片24上的引脚，利用组合芯片24的双向输入/输出(I/O)数据信道，向组合芯片提供电力(Vcc)、时钟(CLK)和复位(RST)信号，及接收来自组合芯片24的状态信号，由此允许在组合芯片24的接触模式下从uP 22的ON/OFF控制。双向输入/输出(I/O)信道允许在uP 22和组合芯片24之间发送和接收数据和/或指令。
组合芯片24可以是标准的双模接触/非接触式智能卡IC芯片，其适于支持两种模式的通信，诸如NXP半导体公司N.V的P5CD080。组合芯片24可以是这样的类型，其不允许在接触和非接触式模式下的同时通信。在这样的实施例中，提供了控制和保证组合芯片24的操作模式之间的正确切换的机构，正如在本文以下所详细说明的。
为了控制和协调组合芯片24在其接触/非接触式操作模式下的操作，提供了天线控制单元30，其连接在组合芯片24和RF天线26之间并适用于启用/禁用RF天线26和组合芯片24之间的RF信号流。根据本发明的一些实施例，控制单元30可以防止天线26采集的RF信号到达组合芯片24，例如由于天线26所采集的RF信号的缺乏。天线控制单元30可由信号控制，诸如由uP 22提供的信号ANT DIS来控制。天线控制单元30可以以任意已知的方式，并且优选地通过使用电子开关(二极管、晶体管、或任何其它可控半导体短路装置)来具体实现。用于组合芯片24的操作模式的协调机构还可包含由RF天线26产生的并提供给uP 22的场感应(FS)信号。FS信号可以是，例如，仅当RF信号有被RF天线26感测到的足够高的水平时为“真”。根据本发明的实施例，可以在RF场被感测到时提供信号FS，而不管开关30的状态。
使用支持接触和非接触式操作模式的同时激活的组合芯片24，场感应信号可以替代地通过以上来表现：将uP 22的Vcc垫用作输入，感测组合芯片24在Vcc垫处的电压电平，或检测组合芯片24(在组合芯片24中需要软件支持)在状态垫处的电压电平。
当没有经由耳机接头40以供电音频信号的形式或经由RF天线26以RF信号的形式给适配器10提供电力时，适配器10处于“关断”状态。适配器10的电力供给和与其的通信可以通过以下两种方式之一来启动：通过个人电子设备的用户调用启动供电音频信号(其将电力提供给适配器10)的供应的程序，启用个人电子设备与uP 22之间的两个通信，并通过uP 22，使组合芯片24能以接触模式进行通信；通过将适配器暴露于RF天线26感测的外部非接触式智能卡读取器的RF场中，使适配器10能执行非接触式通信会话。应当指出的是，对于与组合芯片24的非接触式模式通信，不需要来自电源单元28的电力，并且所有需要的电力都是由所接收的RF信号的RF能量提供的，正如本领域中已知的。
适配器10可以在几种操作模式之一下，这主要取决于从接收的RF信号和通过耳机接头40连接到适配器10的个人电子设备提供给适配器10的电源的组合和它们相对彼此出现/消失的时间。当适配器10处于“关断”状态(并且因此组合芯片24处于关断状态)，及接触模式下的通信首先被启动时，uP 22可以激发/恢复操作并发出ANT DIS信号，其可以防止RF天线26接收的后续RF信号到达组合芯片24，例如通过短路该RF信号。这可以例如通过可控开关30执行，可控开关30通常是打开的，且当其接收到信号ANT DIS时关闭并短路天线端子。这样做是为了避免企图同时激活在接触和非接触式模式下的组合芯片24。该功能对不支持接触和非接触式操作模式的同时激活的组合芯片是特别重要的。在该接触模式下的适配器10的操作可以如所要求的那样继续。当该接触模式会话结束时，uP 22可关闭信号ANT DIS，从而移除RF天线26端子上的短路，使得随后的非接触式操作能存在于RF场中。在这种情况下，FS信号变为真，这又可能导致uP 22等待任何另外的接触通信会话，直到FS信号再次变为假，这表明移除了RF场，或者将适配器连同其连接的个人电子设备移除远离RF场。此外，uP 22可以选择强制启动单元30而FS仍然为真，从而迫使非接触式操作的结束，以允许接触操作。在组合芯片24可支持同时的接触-非接触操作的情况下，可以不需要单元30。在接触和非接触式操作模式之间的来回切换的这些方式，可以是例如多步骤操作的一部分，在该多步骤操作中，非接触式模式已经被启动，以便例如执行货币交易，并且需要用户输入作为操作场景的一部分。在这种的典型情况下，当用户的输入是必需的，适配器10可以从RF场中取出来，从而使能切换到接触模式，而到接触模式的切换可实现用户的输入的进入以被传送到组合芯片24。根据该示例，一旦用户完成输入该输入端，适配器可更接近非接触式智能卡阅读器从而使RF场被天线26感测以实现非接触式模式的启动。根据另一实施例，接触模式会话可以终止，例如，由于供电音频信号的终止，例如由于激活该模式的程序发出的对应指令。
适配器的激活和接触模式下的通信由于来自个人电子设备的用户的输入而能够通过在个人电子设备上运行的程序来实现，该程序可使个人电子设备的音频输出单元通过LS输出信道发送一个供电音频信号，此信号可为电源单元28提供能量，即足够用于为uP提供操作电力Vcc，从而将其激发，并随后还驱动组合芯片。在某些情况下可能需要保存由个人电子设备所提供的电力。根据本发明的一些实施例，由供电音频信号所提供的电力低于适配器10完全操作所需的电力。在这种情况下，可以为uP 22指示供电音频信号状态，其又可以防止对组合芯片24供电，从而限制适配器10的功率消耗。为了支持该特征，电源28可包括可用电能计量电路(未示出)，其用信号LPS(低功率信号)向uP 22发送信号，并且由此使uP 22能判断可用的电力水平和相应地管理其它单元(诸如组合芯片24)的操作。LPS信号可以具有离散的值，例如高/低值。根据另一个实施例，由电源单元28发出的数字占空比控制的信号可以用于指示两个以上水平的状态并被连接到uP 22中的逻辑输入，或者，根据本发明的一些实施例，LPS信号可以是模拟信号或者是多水平的信号，并且可以连接到uP 22处的相应的输入端口，从而允许uP 22更准确地判断可用的电力。根据一些实施例，uP 22可以调用与连接了适配器10的个人电子设备的用户的对话，建议他/她能够给适配器10提供更多的电力，例如，通过从耳机插座50断开耳机。根据又一个其它实施例，uP 22可以向个人电子设备发送信号以通过例如提升或降低供电音频信号的频率来提供更多电力，从而提高电源单元28的AC到DC的转换效率。
该接触模式下的通信使组合芯片24和uP 22之间的数据传送能够进行，该数据例如与先前在非接触式模式下进行的交易相关联的数据，并且经由音频信道RS和MIC在uP 22和个人电子设备之间传送数据。这种来自结合芯片或其一部分的数据，可以被呈现给个人电子设备的用户。如果来自用户的响应和输入是适配器10的操作或由其所执行的交易所需要的，那么该数据可以通过RS和MIC信道在个人电子设备和uP 22之间进行交换，然后给组合芯片24提供。这种可以在适配器10和个人电子设备之间进行交换的类型的数据是指示通过适配器10执行的操作/交易的数据，例如支付的总数、购买物品的细目等。一旦完成该数据交换并且天线禁用信号ANT DIS失效，uP 22可检查FS信号的状态，并且如果为“假”则可将其报告回个人电子设备，该个人电子设备可以将适配器10返回到关断状态，直到进一步启动电源和通信。
根据本发明的实施例，只有当没有耳机通过耳机插座50被连接于适配器10时，在接触模式下的适配器10的操作才是可能的。一旦耳机连接到适配器10，它可以防止音频信道LS给电源单元28提供足够的能量，并且因此阻止uP 22的操作。另外，在信道LS的激活信号可干扰耳机的正常使用。在另一个实施例中，供电音频信号可以处于一个频率，该频率不会干扰个人电子设备与连接到耳机插座50的耳机之间的音频通信，例如使用较高的频率，高于人类的听觉频率范围。
当适配器10处于“关断”状态，且在电源单元28提供电力之前RF天线26中接收到RF信号时，适配器10切换到非接触模式操作，并且因此，信号FS变为“真”。在这种状态下，如果uP 22将响应于来自例如个人电子设备的用户的启动被激发，那么信号FS的存在将向uP 22发送信号以避免将适配器10切换到接触通信模式中的任何尝试。只要开关30断开，并且不是被uP 22故意关闭，那么从RF天线26接收的RF信号被呈现给组合芯片24，激发其并使非接触式模式下的通信如本领域已知的进行。一旦非接触式模式下的通信终止，适配器10可以返回到“关断”状态直至通信再次启动。当适配器10在非接触式通信模式下时，适配器10中没有在uP 22和组合芯片24之间的接触通信可以被执行。在使用中的组合芯片允许在接触模式和非接触式模式下的同时通信的实施例中，上述限制可以不是必须的，或者可以不被应用。如上所述，适配器10的典型的用途可以沿时间轴包括若干段，其中在非接触会话已经建立并且在非接触式会话期间发生的交易需要来自用户的输入之后，非接触式模式可以终止以使能建立接触模式通信，并在接触模式下的数据交易结束之后，终止接触模式会话，以使能重新激活非接触式模式从而使能例如将用户的输入传递到非接触式智能卡读卡器。在其它实施例中，在个人电子设备上运行的应用程序可能导致故意终止适配器10的非接触式模式会话，以便例如使能进入接触模式会话。指示所执行的交易的数据可存储在组合芯片24，并可以通过uP 22被发送到电子个人设备，这在适配器10终止其非接触式通信模式之后进行。
现在参照图2B，其是根据本发明的实施例的适配器1000的示意性框图。适配器1000可非常类似于图2A的适配器10，然而它还增加了信道RS到电源2800的连接，这是对信道LS到电源2800的连接的补充。这种连接使能从个人电子设备给适配器10提供更高的电力。在这种情况下，LS和RS信道中的能量驱动信号典型为相反的相位。可能需要特殊方法来组合信道RS中的数据信号与能量驱动信号。其的一个例子可以是，例如使用曼彻斯特编码方案或该编码类型中的类似的解决方案将能量信号的相位反转。
现在参照图2C，其是根据本发明实施例的适配器1010的示意性框图。适配器1010非常类似于图2A的适配器10，然而其将车载电池2810A而不是LS信号作为通过电源单元2810的适配器1010的电源。在这种情况下，可以将音频信道Mic连接到电源28作为激活信号工作，以在仅当适配器1010连接到个人电子设备的耳机的耳机插座时激活电源28。在信道Mic处存在DC电压，其本质上用于以其它方式激活外部麦克风，因此可用于执行电源2810的激活。如果使用可再充电电池，信道Mic处的DC电压也可用于对电池2810A充电。根据本发明的实施例，在这种情况下，可以提供外部充电器，其包括：符合耳机接头10的插座，适配器1010可以被插入到该插座以用于整夜充电。LPS信号可以向uP 22指示电池电压的状态。此状态可以被传送到并显示在个人电子设备上，在需要时提示用户对该电池进行充电。
具有足够高电容的超级电容器(未示出)可以用来代替可再充电电池。在这样的情况下，适当的延迟应被包括在该操作方案中，以允许在启动时和各交易之中有足够长的充电时间。uP 22和组合芯片24之间的交易周期应当被限制以避免超级电容器过度放电。
现在参照图2D，其是根据本发明实施例的适配器100的示意性框图。适配器100非常类似于图2A的适配器10，然而其还包括开关60，且uP 22可以经由耳机(HS)控制信号来控制开关60。开关60可以实现耳机插座50与所述耳机接头40的音频信道线路LS、RS和MIC的连接/断开连接。当开关60断开时，耳机50与音频信道LS、RS和MIC断开连接。开关60可以使用电子开关(晶体管或任何其它连接/断开连接可控的半导体装置)实现，其可以具体表现为分立单元或为适配器100的其它单元的一部分。开关60可以被“正常闭合”，以便在适配器100不通电时，其实现耳机接头40和耳机插座50之间的不间断音频信号流动，并且具有适配器100的个人电子设备的用户可以从个人电子设备正常地收听音频，将耳机用作个人的扬声器装置等。
在从电源单元到uP 22的电力缺乏被检测到的情况下，可以通过uP 22自动使耳机与耳机插座50断开连接，而无需通过发出将耳机插座50与RS、LS和MIC信号断开连接的信号HS而给个人电子设备的用户的任何预先通知。在又一个实施例中，可以通过uP 22调用预先通知，并且将其显示在个人电子设备的屏幕上，留下其供用户批准断开连接或不断开连接。
当适配器100处于“关断”状态且需要适配器100的接触通信模式的变化时，如上面关于图2A所讨论的供电音频信号通过音频信道LS进行传输，通过电源单元28给uP 22提供电力。作为该模式下的操作的一部分，控制信号HS被发出，其使开关60改变为断开状态，并且使耳机插座50中的耳机与音频信道断开连接。这个实施例消除了耳机对适配器100的操作的任何可能干扰。在这样的实施例中，在某个短时间间隔期间，耳机可以仍然连接到LS线同时与电源单元28相连接，直到uP 22发出HS控制信号。在此期间，耳机和电源28两者的LS线路的并行加载使得较少电力可用于电源28。为了克服这个情况，uP 22可以在初始阶段开始操作，相较于适配器10执行其他功能(例如给组合芯片24供电)时的适配器10的操作，这需要较少的功率消耗。
本领域的技术人员应该认识到，虽然本发明的实施例针对图2A至2D描述且图7将电子单元22、23、24、28、30、2800、2810和60呈现为分立单元，但这些单元中的一些或全部可以实现或具体表现为单个元件和/或单个芯片上的零件。
现在参照图3A、3B、3C、3D、3E和3F，其分别是根据本发明实施例的适配器300A、300B、300C、300D、300E和300F的物理设计的示意插图。可能需要适配器的各种物理设计适应不同类型的个人电子设备，例如智能手机。图3A、3B和3C描绘了如下设计，其中耳机/耳机接头340A、340B和340C分别电气和物理连接到包含适配器的电子设备310A、310B和310C的壳体。RF天线326A、326B、326C，通过柔性连接带(图3A)或通过牢固的连接件(图3B和3C)，连接到相应的适配器的电子设备。天线326B被形成为平坦薄板，并可在邻近天线326B的设备壳体的区域中没有需要访问天线326B的功能件的情况下，适应个人电子设备，而形成为其中具有方形切口328的平坦薄方形环的天线326C，，其可在邻近切口328的设备壳体的区域中有功能件，如照相机的镜头等的情况下，适应个人电子设备。
可以将铁氧体层(未示出)用作天线的一部分以便其被设置在天线和个人电子设备的主体之间。此铁氧体层用于聚集天线附近的非接触性磁通量，以减少其透入到个人电子设备中，其中其吸收和/或其相关联的感应涡流导致能量损耗，且因此减小适配器在非接触式模式下的操作距离。
图3D描绘了物理设计300D，其中RF天线被封装在电子壳体326D内。
图3E描绘了物理设计300E，其中RF天线被封装在电子壳体326E中，并且其不包括耳机插座，例如耳机插座50(图2A)，因此允许更小和更紧凑的外壳设计。图3D和3E中描绘的两个实施例可以含有铁氧体主体，以便聚集在适配器的天线周界内部的适配器附近的非接触式磁通量，以增加适配器在非接触式模式下的操作距离。
图3F描绘了关键的环适配器350F，其用来在适配器不用于个人电子设备时固定和保持适配器，如适配器300E(图3E)。
可以进行各种其它的物理设计，以允许RF天线壳体和RF天线被设计为与其配合使用的个人电子设备的特定外部设计稳固匹配。
根据本发明的一些实施例，适配器可以包括主体，其适合于各种设计的适应RF天线。现在参照图4A，其示意性地示出了根据本发明实施例的适配器的主体410，包括被配置为包围适配器的电子部件的壳体410A、电气连接且机械连接到壳体410A的耳机插头410B，以及被封装在壳体410A内的耳机插座410C。为了使RF天线能牢固连接到壳体410A，可沿着壳体410A的一个纵向侧形成凹进部412。412可以具有梯形横截面，如凹进部412的侧视图的放大的局部视图412A中所示。对于本领域的技术人员来说应明显的是，凹进部412的横截面形状可以具有不同的形状，例如圆的一部分等。
现在还参照图4B和4C，其是根据本发明实施例的可拆卸的天线设计420、430的例图，天线设计420、430分别适合用于不需要对位于RF天线附近的功能件访问的设备，及需要对位于RF天线附近的功能件访问的设备。RF天线420可以具有如RF天线326B(图3B)的通用机械设计，还配有梯形状的突起部422，其被制成挨着天线420的一个边缘。突起部422的横截面视图见圆422A的放大图。梯形状的突起部422的形状和尺寸可以被制造成牢固且滑动地配合到凹进部412(图4A)中，使得当突起部422被插入到凹进部412中，例如以箭头424所指示的移动且被完全插入其中时，天线420将牢固地机械附接到壳体410。为了提供从RF天线420到主体410的电气连接，薄电镀制成的导电材料可以嵌入在沿突起部422的两个位置中，而在凹进部412中的两个相应位置被形成使得RF天线420被正确地且完全地插入到凹进部412中时，RF天线420和主体410之间形成电气接触。
现在参照图5，其是描绘根据本发明实施例的、诸如组合芯片24的组合芯片、诸如uP 22的uP、及诸如包括在例如两种不同模式下的适配器10的适配器中的RF天线26的RF天线之间的通信的操作方法的流程图。当没有进行通信时，适配器处于“关断”状态(框502)。根据处于“关断”状态时首先启动的通信模式(假设点504)，通信可进入接触模式或进入非接触式模式。如果个人电子设备的供电信号已先被接收(接触)，那么在接触模式下进行通信，ANT DIS信号被激活，并且四个接触模式的信号(VCC、I/O、时钟和复位)也被激活(框506)。当该通信终止时，四个接触模式的信号(VCC、I/O、时钟和复位)被停用，ANT DIS信号被关闭，且随后来自外部设备的供电信号被移除(框508)。如果来自RF天线的信号首先被接收(非接触式)，那么通信在非接触式模式下通过RF天线在非接触式智能卡读卡器和组合芯片之间进行，且FS信号被接通(方框516)。当该通信终止时，RF场被移除并且FS信号被关闭(框518)。当RF场被从适配器移除时，该模式终止。
现在参照图6，其是根据本发明的实施例描绘了例如适配器10的适配器，在需要用户的输入的操作过程中的操作阶段的流程图。当适配器的用户被创建，且根据本发明的实施例的操作用于传递交易时，诸如经由非接触式智能卡读卡器的支付，可以将相关数据从个人电子设备中执行的应用发送到适配器(阶段1)。在该阶段，适配器处于接触模式下，因此操作数据在接触模式会话下从uP(例如uP 22)传送至组合芯片(例如组合芯片24)(阶段2)。现在可以将适配器靠近C/L智能卡读取器直到相距一段距离，该距离实现适配器和读取器之间的非接触式模式通信(阶段3)。当作为交易的一部分时，需要用户的输入(例如，确定交易)，关于该输入的请求由C/L智能卡读取器发出并且被传输到适配器(阶段4)。现在可以将适配器从适配器的RF场中移除(这是希望获得所需输入的细节的用户的自然反应)，这又使适配器能切换到接触模式切换会话(阶段5)，以将输入请求从组合芯片传送到uP并从uP传送到个人电子设备(阶段6)。反过来，当从用户接收到所需的响应输入时，该响应输入通过在个人电子设备上运行的应用而被发送到适配器(阶段7)，由uP接收(阶段8)，同时适配器处于接触模式会话。现在该适配器切换到非接触式模式会话并将用户的输入传送/发送到非接触式智能卡读卡机(阶段9)，使得交易完成。当操作已经完成时，可从RF场移除适配器，以终止非接触式通信模式(未示出)。
现在参照图7，其是根据本发明实施例的适配器700的示意性框图。适配器700非常类似于图2A的适配器10，然而其还包括控制音频路径的选择器710。如本文中使用的，音频路径可涉及用户与个人电子设备之间的音频信号的输入和输出路线。通常，音频信号可以被路由通过集成在个人电子设备中的扬声器和麦克风，在下文中称为集成的扬声器和麦克风，或经由个人电子设备的耳机插座被路由到耳机。
典型地，个人电子设备的耳机插座包括微型开关720(图8B中所示的)，即，当耳机接头40被插入时，其机械激活地被压下(通常被切换到断开)且当耳机接头40被拉出时，其去激活地被释放(通常被切换到闭合)。通常，当个人电子设备感测到有耳机时，个人电子设备通过耳机传送音频。在这种情况下，集成的扬声器和麦克风通常被禁用，并且用户不能使用集成的扬声器和麦克风。
在系统700中，可以加入选择器旋钮710，且耳机接头740可以被改进以使能控制音频路径并允许用户选择系统700是处于“电话”状态中还是处于“适配器”状态中，在“电话”状态中，，即使当个人电子设备的耳机插座中插入耳机740时，集成的扬声器和麦克风也没有被禁用，并且音频通过集成的扬声器和麦克风进行传送，在“适配器”状态中，音频通过个人电子设备的耳机插座传送到适配器700和耳机插座50。
现在参照图8A和图8B，根据本发明的实施例，图8A是改进的耳机接头740的示意性3D例图，图8B是改进的耳机接头740的顶端和耳机插座的微型开关820的放大图。改进的耳机接头740包括位于改进的耳机接头740的顶端的凹进部870，当耳机接头740在围绕其纵向轴线的一定的角度位置插入到耳机插座中时，凹进部870在改进的耳机接头740的对应于耳机插座的微型开关820的激活区位置的区域中。凹进部870可以这样形成，以便在从耳机接头740的远侧顶端向耳机接头740的近端延伸几毫米的区域中、在沿耳机接头740的远侧顶端的周界接近180度的范围内(即使较小的角度范围就足够了，取决于耳机接头740和微型开关820的具体设计)，减小耳机接头740的远侧顶端的外表面离其纵向轴线之间的距离，使得当改进的耳机接头740被插入耳机插座中时，凹进部870可以位于微型开关820对侧，使得微型开关820不被压下。
旋钮810可以与耳机接头740的延伸部分840机械耦合，并且可被用来绕改进的耳机接头740的纵向轴线相对于适配器700旋转耳机接头740。当改进的耳机接头740被旋转到一定角度位置而使得凹进部870位于微型开关820对侧时，改进的耳机接头740的外表面定位在远离微型开关820的激活顶端820A，并且因此微型开关820被停用，类似于当接头没有被插入时的状态。在这种状态下，音频通过集成的扬声器和麦克风进行传送，而适配器700，经由uP 22，可通过音频信道输出RS和音频通道输入MIC线路与连接到改进的耳机接头740的个人电子设备进行通信。
当改进的耳机接头740被旋转使得凹进部870背对微型开关820时，微型开关820被激活；个人电子设备感测到有耳机并断开所有来自集成的扬声器的音频输出并且仅将所有音频传送到适配器700。
凹进部870的侧边缘880可以是圆形或其它弯曲的形状以允许改进的耳机接头740在“手机”和“适配器”两种操作模式之间的平滑旋转运动及平滑激活和去激活微型开关820。
现在参照图9，其是根据本发明的实施例的、组装到适配器900的壳体910的改进的耳机接头740的示意性3D图。壳体910可以包含适配器900的电子设备。壳体900可以包括弧形窗口920。旋钮810可以在窗口920内以一定角度的路径移动。窗口920可以将旋钮810的运动范围和改进的耳机接头740的旋转角度限制在一定范围内，例如，如激活和去激活微型开关820可能需要的20-40度。可以设计窗口710使得将改进的耳机接头740一直旋转到第一方向，激活微型开关820，而将改进的耳机接头740一直旋转到第二方向，去激活微型开关820。
本发明的实施例可以包括例如计算机或处理器可读的非暂时性存储介质的物品，例如，诸如存储器、磁盘驱动器或USB闪存设备，其编码、包括或存储指令例如(计算机可执行的指令)，当由处理器或控制器执行指令时，使得该处理器或控制器实现本文所公开的方法。
尽管本文已经示出并且描述了本发明的某些特征，但现在本领域的普通技术人员将容易想到许多修改、替换、改变和等价物。因此，应当理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真正精神内的所有这些修改和改变。

Claims (20)

1.一种适配器，该适配器用于使个人电子设备能通过音频信号与非接触式智能卡阅读器进行通信，所述适配器包括：
处理器；
接触/非接触式智能卡芯片；
天线；以及
电源单元，
其中所述处理器适于与所述个人电子设备交换第一数据及与所述智能卡芯片交换第二数据，其中所述第一数据被调制在所述音频信号上，所述智能卡芯片通过所述天线与所述非接触式智能卡阅读器进行通信。
2.如权利要求1所述的适配器，还包括：
音频接头，其适于连接到所述个人电子设备的音频插座且适于在所述适配器和所述个人电子设备之间交换所述音频信号。
3.如权利要求1所述的适配器，其中，通过所述适配器接收的所述第一数据被调制在所述音频信号的至少一个扬声器音频信道上，并且被发送到所述个人电子设备的所述第一数据被调制在所述音频信号的麦克风信道上。
4.如权利要求1所述的适配器，其中所述电源单元适于通过所述音频信号的至少一个扬声器音频信道来接收电力。
5.如权利要求1所述的适配器，其中所述天线适于给所述处理器提供指示在所述天线处感测到强度高于预定水平的RF场的信号。
6.如权利要求1所述的适配器，还包括：
天线信号启用/禁用单元，其允许所述处理器禁止接收来自所述天线的信号。
7.如权利要求1所述的适配器，还包括：
接口电路，其将所述音频信号连接到所述处理器并使所述音频信号适应所述处理器。
8.如权利要求1所述的适配器，还包括：
电池，其连接到所述电源单元以给所述电源单元提供电能。
9.如权利要求1所述的适配器，还包括：
可再充电电池，其连接到所述电源单元以给所述电源单元提供电能。
10.如权利要求9所述的适配器，其中所述电源适于用通过所述音频信号中的至少一个信号接收的电力对所述可再充电电池充电。
11.如权利要求1所述的适配器，还包括：
超级电容器，其连接到所述电源单元以给所述电源单元提供电能。
12.如权利要求11所述的适配器，其中所述电源适于用通过所述音频信号中的至少一个信号接收的电力对所述超级电容器充电。
13.如权利要求1所述的适配器，其中，当从所述电源单元获得的电力低于预定水平时，所述电源单元给所述处理器提供低功率的信号。
14.如权利要求1所述的适配器，还包括：
耳机插座，其将所述音频信号连接到连接于所述耳机插座的音频设备。
15.如权利要求14所述的适配器，还包括：
开关，所述开关能够由所述处理器控制以实现所述音频信号与所述耳机插座的电气断开。
16.一种用于使个人电子设备能通过音频信号与非接触式智能卡阅读器进行通信的方法，所述方法包括：
提供适配器，所述适配器包括：
处理器；
接触/非接触式智能卡芯片；
天线；及
电源单元，
在所述处理器与所述个人电子设备之间交换第一数据，其中所述第一数据被调制在所述音频信号上；以及
与所述智能卡芯片交换第二数据，所述智能卡芯片通过所述天线与所述非接触式智能卡阅读器进行通信。
17.如权利要求16所述的方法，还包括从所述天线接收指示在所述天线处感测到强度高于预定水平的RF场的信号。
18.如权利要求16所述的方法，还包括：控制用于将所述音频信号与连接于所述适配器处的音频插座的音频设备电气连接/断开连接的开关。
19.如权利要求16所述的方法，还包括：
响应于来自所述处理器的控制信号，禁止接收来自所述天线的信号。
20.如权利要求16所述的方法，还包括：
用通过所述音频信号中的至少一个信号所接收的电力，对连接到所述电源单元的可再充电电池进行再充电。
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