SIM卡检测装置及方法和客户前置设备与流程

sim卡检测装置及方法和客户前置设备
技术领域
1.本技术涉及但不限于电子技术，尤指一种sim卡检测装置及方法和客户前置设备。


背景技术：

2.对于可以设置用户身份模块(sim，subscriber identity module)即sim卡的电子设备，为了对sim卡是否插入进行检测，通常会在sim卡座上额外增加一个与金属弹片电连接的引脚，该引脚与中央处理器的通用输入/输出(gpio，general purpose input/output)接口连接，用于实现sim卡插入的检测。
3.图1为相关技术中实现sim卡检测的功能示意图，如图1所示，当卡座中未插入sim卡时，gpio接口接一电阻rp上拉至vldo以使gpio接口为高电平；当卡座中插入sim卡时，金属弹片受压后与卡座相接触，而卡座壁是接地的，因此金属弹片为低电平，从而使得gpio接口为低电平。这样，中央处理器可以根据gpio接口的电平状态识别出sim卡是否插入卡座。
4.相关技术中实现sim卡检测的方式，需要在卡座中增加金属弹片来实现机械的接触，通过sim卡插入触发金属弹片的位移实现硬搭接，从而产生检测信号的变化。一方面，金属弹片属于易变性器件，对其生产制造的公差要求严苛，长期插拔的耐久要求也很高，而且还要求长期插拔后不能产生大的形变，否则会导致sim卡检测失效；另一方面，金属弹片的机械接触受限于接触点位的影响，如果期间有异物产生，金属弹片很容易无法接触接触点位，进而导致sim卡检测检测失效；再者，金属弹片的尺寸相对较小，并且设置在sim卡座的内部，生产成本较高。也就是说，采用金属弹片实现机械的接触来达到sim卡检测的方式容易出现sim卡检测误判的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种sim卡检测装置及方法和客户前置设备，能够避免sim卡检测误判的问题，而且能够节省出sim卡座内的空间。
6.本技术实施例提供一种sim卡检测装置，包括：电容传感元件、电容数字转换器和处理器；其中，
7.所述电容传感元件与所述电容数字转换器的输入端电连接，用于对所述sim卡进行接近检测，以根据接近程度得到的变化的电容量；
8.所述电容数字转换器，用于将所述电容量转换为数字检测结果并输出给所述处理器；
9.所述处理器，用于将所述数字检测结果转换为等效电容值，并与预设电容阈值进行比较，以确定所述sim卡是否插入sim卡座。
10.本技术实施例还提供一种cpe，包括上述任一项所述的sim卡检测装置。
11.本技术实施例再提供一种sim卡检测方法，应用于包括上述任一项所述的sim检测装置的电子设备；包括：
12.所述电子设备对sim卡进行接近检测，根据接近程度获得变化的电容量；
13.根据获得的电容量和预设电容阈值确定sim卡是否插入sim卡座。
14.本技术实施例提供的sim卡检测装置及方法，利用电容传感器原理实现对sim卡的检测，对sim卡的检测不再需要金属弹片，是无接触式的检测，避免了sim卡检测误判的问题，而且节省出了sim卡座内的空间。
15.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
16.附图用来提供对本技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
17.图1为相关技术中实现sim卡检测的功能示意图；
18.图2为本技术实施例中sim卡检测装置的组成结构第一实施例示意图；
19.图3为本技术实施例中sim卡检测装置的组成结构第二实施例示意图；
20.图4为本技术实施例中sim卡座的3d效果展示示例图；
21.图5为本技术实施例中sim卡座内pcb板的焊盘位置示例图；
22.图6为本技术实施例中sim卡检测方法的流程示意图。
具体实施方式
23.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
24.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
26.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
27.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
28.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
29.图2为本技术实施例中sim卡检测装置的组成结构第一实施例示意图，如图2所示，sim卡检测装置至少包括：电容传感元件、电容数字转换器和处理器；其中，电容传感元件与电容数字转换器的输入端电连接，用于对sim卡进行接近检测，以根据接近程度得到变化的电容量；电容数字转换器用于将检测出的电容传感元件和sim卡构成的电容传感器的电容量转换为数字检测结果并输出给处理器；处理器用于将数字检测结果转换为等效电容值，并与预设电容阈值进行比较，以确定sim卡是否插入sim卡座。
30.本技术实施例提供的sim检测装置，利用电容传感器原理来实现对sim卡的检测，对sim卡的检测不再需要金属弹片，是无接触式的检测，避免了sim卡检测误判的问题，而且节省出了sim卡座内的空间。
31.在一种示例性实例中，电容传感元件可以是一金属片。本技术第一实施例中，电容传感元件相当于一固定极板，sim卡相当于一动极板，当sim卡沿着图2中的箭头所示方向移动时，sim卡与电容传感元件相互覆盖面积s(如图2中阴影部分所示)会发生改变，使得两极板电容器的电容量发生改变，二者之间的关系可以如公式(1)所示：
[0032][0033]
公式(1)中，c表示平行极板电容器的电容量，ε0表示真空介电常数，εr表示极板介质材料的相对介电常数，a表示极板相互覆盖面积，d表示两平行极板间的距离。需要说明的是，本技术中两极板平行不是绝对的平行，可以存在一些误差，只要能根据电容量的变化值对sim卡的状态如插入sim卡座或拔出sim卡座进行判断即可。
[0034]
在一种实施例中，假设图2中向右侧的方向为sim卡的插入方向，那么，随着sim卡的插入，极板相互覆盖面积s增大，如公式(1)所示，也就意味着两极板电容器的电容量增大。在一种实施例中，假设图2中向左侧的方向为sim卡的插入方向，那么，随着sim卡的插入，极板相互覆盖面积s减小，如公式(1)所示，也就意味着两极板电容器的电容量减小。在第一实施例中，电容传感元件可以根据sim卡与电容传感元件相互覆盖面积的变化对sim卡进行接近检测以得到接近程度，从而根据接近程度输出变化的电容量。
[0035]
在另一种实施例中，如图3所示，本技术实施例提供的sim卡检测装置还可以包括：另一金属片，在一种实施例中，该金属片可以是设于sim卡座的pcb地板。在一种实施例中，pcb地板与sim卡座的顶壳可以焊接连接。在图3所示的实施例中，电容传感元件相当于一极板，另一与地连接的金属板如pcb地板相当于另一极板，也就是说，电容传感元件和pcb地板作为两极板构成一电容传感器。当sim卡沿着图3中的箭头所示方向移动时，会使得两极板间的介电系数发生改变，从而使得两极板电容器的电容量发生改变，二者之间的关系可以如公式(2)所示。
[0036][0037]
公式(2)中，c表示平行极板电容器的总电容量，总电容量c是电容c1和电容c2的并联结果；如图3所示，l0、b0分别为极板的长度和宽度，l为另一种介电质即sim卡进入极板间的长度，d0表示两平行极板间的距离，ε0表示真空介电常数，ε
r1
表示两极板介质材料的相对介电常数，ε
r2
表示另一种介电质即sim卡的相对介电常数。从图3不难看出，当l＝0时的电容量为初始电容量。
[0038]
在一种实施例中，当sim卡插入或拔出图3所示的两极板之间，那么，随着sim卡的插入或拔出，极板间的介电系数会发生变化，也就意味着两极板电容器的电容量会发生变化，这样，电容传感元件可以根据sim卡的插入在两极板间的介电系数的变化对sim卡进行接近检测，以得到变化的电容量。从公式(2)可见，介电系数为ε
r2
的sim卡以不同深度插入平行电容极板器中，会改变两种介质的极板覆盖面积，从而使得平行极板电容器的总电容量发生变化。
[0039]
在一种示例性实例中，电容数字转换器可以采用独立元器件组成的电路来实现，也可以采用电容数字转换芯片来实现，具体实现形式并不用于限定本技术的保护范围。在一种实施例中，以电容数字转换器为电容数字转换芯片为例，电容数字转换芯片会将检测出的电容量转换为与频率成比例的数字检测结果，然后通过数据线如i2c总线输出给处理器。在一种实施例中，可以使用如fdc2x1x系列电容数字转化器ic作为电容数字转换芯片。
[0040]
在一种示例性实例中，处理器中预先设置有第一电容阈值，以图2中向右侧的方向为sim卡的插入方向为例，当根据数字检测结果转换得到的等效电容值达到第一电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当根据数字检测结果转换得到的等效电容值小于第一电容阈值时，确定sim卡未插入sim卡座或者sim卡插入sim卡座但未插好。这里，第一电容阈值是可以预先测量得到的，第一电容阈值是根据sim卡与电容传感元件之间的相互覆盖面积确定的电容量。在一种实施例中，第一电容阈值可以是sim卡接近电容传感元件且二者的相互覆盖面积最大时测量得到的电容量，也就是说，在作为两极板的电容传感元件和sim卡的相互覆盖面积a最大时，测量得到的电容传感元件和sim卡构成的电容传感器的电容量。在一种实施例中，第一电容阈值可以是sim卡接近电容传感元件且二者的相互覆盖面积落在第一面积范围内时测量得到的电容量，在作为两极板的电容传感元件和sim卡的相互覆盖面积a落在第一面积范围内时，测量得到的电容传感元件和sim卡构成的电容传感器的电容量。其中，该第一面积与最大相互覆盖面积之间的比例可以大于或等于80％，例如为85％、90％、95％等数值。
[0041]
在一种示例性实例中，处理器中预先设置有第二电容阈值，以图2中向左侧的方向为sim卡的插入方向为例，当根据数字检测结果转换得到的等效电容值达到第二电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当根据数字检测结果转换得到的等效电容值大于第二电容阈值时，确定sim卡未插入sim卡座或者sim卡插入sim卡座但未插好。这里，第二电容阈值是可以预先测量得到的，第二电容阈值是根据sim卡与电容传感元件之间的相互覆盖面积确定的电容量。在一种实施例中，第二电容阈值可以是sim卡接近电容传感元件且二者的相互覆盖面积最小时测量得到的电容量，也就是说，是在作为两极板的电容传感元件和sim卡的相互覆盖面积s最小时，测量得到的电容传感元件和sim卡构成的电容传感器的电容量。在一种实施例中，第二电容阈值可以是sim卡接近电容传感元件且二者的相互覆盖面积落在第二面积范围内时测量得到的电容量，在作为两极板的电容传感元件和sim卡的相互覆盖面积a落在第二面积范围内时，测量得到的电容传感元件和sim卡构成的电容传感器的电容量。其中，该第二面积与最大相互覆盖面积之间的比例可以小于等于20％，例如为15％、10％、5％等数值。
[0042]
在一种示例性实例中，处理器中预先设置有第一电容阈值和第二电容阈值，以图2中向右侧的方向为sim卡的插入方向为例，当根据数字检测结果转换得到的等效电容值处
于变大的趋势，表明sim卡正在被插入，当等效电容值变大到第一电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当根据数字检测结果转换得到的等效电容值处于变小的趋势，表明sim卡正在被拔出，当等效电容值变小到第二电容阈值时，确定sim卡已拔出。
[0043]
在一种示例性实例中，处理器中预先设置有第一电容阈值和第二电容阈值，以图2中向左侧的方向为sim卡的插入方向为例，当根据数字检测结果转换得到的等效电容值处于变小的趋势，表明sim卡正在被插入sim卡座，当等效电容值变小到第二电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当根据数字检测结果转换得到的等效电容值处于变大的趋势，表明sim卡正在被拔出，当等效电容值变大到第一电容阈值时，确定sim卡已拔出。
[0044]
在一种示例性实例中，处理器中预先设置有第三电容阈值，以图3为例，当根据数字检测结果转换得到的等效电容值达到第三电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当根据数字检测结果转换得到的等效电容值未达到第三电容阈值时，确定sim卡未插入sim卡座或者sim卡插入sim卡座但未插好。这里，第三电容阈值是可以预先测量得到的，第三电容阈值是根据sim卡插入检测元件和pcb地板构成的两极板之间的深度确定的电容量。在一种实施例中，第三电容阈值可以是当sim卡完全插入图3所示的检测元件和pcb地板构成的两极板之间时测量得到的电容量。在一种实施例中，第三电容阈值可以是当sim卡插入图3所示的检测元件和pcb地板构成的两极板之间且达到一深度范围时测量得到的电容量的范围。例如，当sim卡的插入深度大于等于其最大插入深度的80％，例如为85％、90％、95％等数值时，就可以认为sim卡已插入sim卡座。
[0045]
在一种示例性实例中，电容传感元件可以设置在sim卡座上，位置并没有特别的要求，只要保证电容传感元件与sim卡能构成电容传感器，并在sim卡的插入和拔出过程中形成变化的电容量即可。在一中实施例中，如图4所示，sim卡座可以包括顶壳200、塑料支架201和电容传感元件203；其中，顶壳200与pcb板焊接连接，与塑料支架201相卡合；电容传感元件203设置在顶壳200上，如图4中电容传感元件203四周的浅色区域所示，电容传感元件203与顶壳200之间是绝缘的。电容传感元件203上有引出连接线，该连接线可以与pcb板上的某个焊盘电连接，电容传感元件203对sim卡进行接近检测后，通过该连接线将检测出的电容传感元件203和sim卡构成的电容传感器的电容量传送给设置在pcb板上的电容数字转换器。
[0046]
在一种实施例中，电容传感元件203的外形可以如图4所示，图4中以矩形为例，也可以是其他形状如椭圆、菱形等。这里仅是为了直观展示电容传感元件203的一个示例，并不用于限定本技术的保护范围。
[0047]
需要说明的是，顶壳200、塑料支架201的其他结构实现与现有技术相同。比如，塑料支架201上包括直接注塑在塑胶支架201中的与sim卡的6个已有金手指信号相接触的弹片，6个已有信号包括：工作电源vcc、复位rst信号、时钟clk信号、地gnd、编程供电vpp、数据输入/输出(data)信号。具体实现这里不再赘述。
[0048]
在一种示例性实例中，如图5所示，可以通过图5中的已有焊盘16实现电容传感元件203与pcb板电连接，设置在pcb板上的电容数字转换器可以通过该焊盘16与电容传感元件203电连接。这里仅仅是一个示例，也可以通过新设置的焊盘来实现pcb板上的电容数字转换器与电容传感元件203电连接。图5中所示的其他焊盘为已有焊盘，如：与sim卡的工作电源vcc连通的焊盘1、与sim卡的复位rst信号连接的焊盘2、与sim卡的时钟clk信号连通的
焊盘3、与sim卡的地gnd连通的焊盘4(本文中也称为第二焊盘)、与sim卡的编程供电vpp连通的焊盘5、与sim卡的数据输入/输出(data i/o)连通的焊盘6、与sim卡相关技术中的用于实现sim卡检测的第一金属弹片sw1连通的焊盘7(本文中也称为第三焊盘)、与sim卡座壳的地连通的焊盘8～15、17、与sim卡的其他功能开关sw2连通的焊盘18。在一种实施例中，如图4所示，pcb板通过地gnd焊盘与sim卡座的卡壳焊接连接，顶壳200与pcb板之间通过焊盘8～15、17焊接连接。图4中的阴影部分为禁布区。
[0049]
在一种示例性实例中，电容传感元件可以设置在与sim卡座的顶壳连接的pcb板上，比如在sim卡所在区域的下方，在pcb板成型时，直接在下方铺上金属区域以形成以金属片作为电容传感元件，这种方式不需要改变sim卡座的结构。同样，电容传感元件在pcb板上的位置并没有特别的要求，只要保证电容传感元件与sim卡能构成电容传感器，并在sim卡的插入和拔出过程中形成变化的电容量即可。
[0050]
本技术实施例提供的sim卡检测装置，适用于需要使用sim卡的电子设备。
[0051]
客户前置设备(cpe，customer premise equipment)是一种用于接收移动信号并以无线wi-fi信号转发出来的移动信号接入设备。cpe上使用了sim卡座。本技术实施例提供的sim卡检测装置可以使用在cpe中。
[0052]
本技术实施例还提供一种cpe，包括本技术实施例所述的任一项sim卡座检测装置。
[0053]
本技术实施例基于同一发明构思，还提供一种sim卡检测方法，应用于包括本技术实施例提供的任一项所述的sim检测装置的电子设备，如图6所示，包括：
[0054]
步骤600：电子设备对sim卡进行接近检测，根据接近程度获得变化的电容量。
[0055]
在一种示例性实例中，随着sim卡的移动，sim卡与sim检测装置的电容传感元件相互覆盖面积a会发生改变，电容传感元件和sim卡构成的电容传感器的电容量与该相互覆盖面积a成正比，且满足公式(1)。
[0056]
在一种示例性实例中，当sim卡插入或拔出图3所示的两极板之间，那么，随着sim卡的插入或拔出，极板间的介电系数会发生变化，也就意味着两极板电容器的电容量会发生变化，且满足公式(2)。
[0057]
在一种实施例中，步骤600可以包括：
[0058]
根据sim卡的插入在所述sim检测装置中的两极板间引起的介电系数的变化对sim卡进行接近检测，以得到变化的电容量。
[0059]
在一种实施例中，步骤600可以包括：
[0060]
根据sim卡与所述sim检测装置中的电容传感元件相互覆盖面积的变化对sim卡进行接近检测，以得到变化的电容量。
[0061]
步骤601：根据获得的电容量和预设电容阈值确定sim卡是否插入sim卡座。
[0062]
在一种示例性实例中，本步骤可以包括：
[0063]
通过sim检测装置的电容数字转换器，将获得的电容传感元件和sim卡构成的电容传感器的电容量转换为数字检测结果并输出给sim检测装置的处理器；
[0064]
sim检测装置的处理器将数字检测结果转换为等效电容值，并与预设电容阈值进行比较，以确定sim卡是否插入sim卡座。
[0065]
在一种示例性实例中，对于预设电容阈值包括第一电容阈值的情况，确定sim卡是
否插入sim卡座，可以包括：
[0066]
当等效电容值达到第一电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当等效电容值小于第一电容阈值时，确定sim卡未插入sim卡座或者sim卡插入sim卡座但未插好。其中，第一电容阈值是根据sim卡接近电容传感元件且二者的相互覆盖面积确定的电容量，可以是一个阈值，也可以是一个阈值范围。
[0067]
在一种示例性实例中，对于预设电容阈值包括第二电容阈值的情况，确定sim卡是否插入sim卡座，可以包括：
[0068]
当等效电容值达到第二电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当等效电容值大于第二电容阈值时，确定sim卡未插入sim卡座或者sim卡插入sim卡座但未插好。其中，第二电容阈值是根据sim卡接近电容传感元件且二者的相互覆盖面积确定的电容量，可以是一个阈值，也可以是一个阈值范围。
[0069]
在一种示例性实例中，对于预设电容阈值包括第一电容阈值和第二电容阈值的情况，确定sim卡是否插入sim卡座，可以包括：
[0070]
当等效电容值处于变大的趋势，表明sim卡正在被插入，当电容值变大到达到第一电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当等效电容值处于变小的趋势，表明sim卡正在被拔出，当电容值变小到小于第二电容阈值时，确定sim卡拔出；或者，
[0071]
当等效电容值处于变小的趋势，表明sim卡正在被插入，当电容值变小到达到第二电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当等效电容值处于变大的趋势，表明sim卡正在被拔出，当电容值变大到大于第一电容阈值时，确定sim卡拔出。
[0072]
在一种示例性实例中，对于预设电容阈值包括第三电容阈值的情况，确定sim卡是否插入sim卡座，可以包括：
[0073]
当等效电容值达到第三电容阈值时，确定sim卡插入sim卡座并插好；当等效电容值未达到第三电容阈值时，确定sim卡未插入sim卡座或者sim卡插入sim卡座但未插好。其中，第三电容阈值是根据sim卡插入检测元件和pcb地板构成的两极板之间的深度确定的电容量，可以是一个阈值，也可以是一个阈值范围。
[0074]
本技术实施例提供的sim检测方法，利用电容传感器来实现对sim卡的检测，对sim卡的检测不再需要金属弹片，是无接触式的检测，避免了sim卡检测误判的问题，而且节省出了sim卡座内的空间。
[0075]
虽然本技术所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本技术而采用的实施方式，并非用以限定本技术。任何本技术所属领域内的技术人员，在不脱离本技术所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本技术的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。