一種低功耗射頻卡無開關檢卡裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，包括：射頻信號發射電路、射頻發射接收天線、射頻信號接收電路、卡片檢測信號處理電路、載波信號檢測轉換電路。本實用新型的有益效果在于，省去了卡片內的強磁鐵和讀卡器部分的檢測開關，可以使用任何型式的卡片與讀卡器配合。
【專利說明】
一種低功耗射頻卡無開關檢卡裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，主要應用在電子技術領域。
【背景技術】
[0002]傳統的接觸式智能卡如磁卡、接觸式IC卡，識別設備(又稱之為讀卡器)需要與智能卡接觸，然后才能對智能卡進行讀寫操作。射頻卡又稱為RF智能卡，識讀設備在與智能卡不發生接觸的情況下，可以通過無線傳輸的方式識別智能卡并傳輸數據，從而實現對智能卡的讀寫操作。
[0003]射頻卡工作的基本原理是:
[0004]射頻讀寫器向IC卡發一組固定頻率的電磁波，卡片內有一個IC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器發射的頻率相同，這樣在電磁波激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷;在這個電荷的另一端，接有一個單向導通的電荷栗，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到工作條件時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去或接受讀寫器的數據。
[0005]在實際應用中，由于卡片與讀卡器不接觸，因此，讀卡器不能按照傳統的插入檢測方式來進行是否有卡片需要讀寫的檢測。目前，大部分的非接觸射頻卡采用兩種方式進行卡片檢測，一種是讀卡器定時的發送射頻讀卡信號，當讀卡器的射頻場內存在有效的卡片時，卡片有接受到正確的讀卡信號后會發送卡片內的數據，讀卡器根據接收到的數據判斷是否存在有效的卡片，完成卡片檢測操作。另一種是通過磁開關的方式進行，這需要在卡片內放置一片強磁鐵，在讀卡器上安裝一個磁檢測開關，當卡片放置到讀卡器附近時，卡片內的強磁鐵會引起磁檢測開關動作，讀卡器根據這個開關的動作狀態判斷是否存在卡片，完成檢測操作。
[0006]以上兩種檢卡方式，第一種方式由于讀卡器在發射電磁波和讀寫卡片數據時需要消耗比較大的電源電流，一般達到10mA。這種方法不適合低功耗系統特別是電池供電的系統，它會大大的縮短電池的使用壽命，對于卡片操作并不頻繁的系統，大部分的電源能量消耗在卡片的檢測上，這是一種不必要的浪費。
[0007]對于第二種檢卡方式，因為卡片需要內置強磁鐵，這對于卡片制作會增加要求，如卡片需要單獨訂制，卡片的厚度需要增加，磁鐵的位置需要與讀卡器配合。另外對于讀卡器也需要增加相應磁感應開關，這對于卡片和讀卡器的通用性有很大的限制，不利于應用系統的通用性。由于卡片內有強磁鐵，當卡片與磁卡放置在一起會對磁卡造成損壞。同時對讀卡器部分也需要作防磁處理，對于采用磁感應傳感器設備，如電子水表的應用，卡片的磁場會對傳感器產生影響，影響設備的功能。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型要解決的技術問題是提供一種低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，以解決上述技術問題。
[0009]本實用新型是通過以下技術方案來實現的。
[0010]—種低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，包括:
[0011]射頻信號發射電路，用于讀卡器向RF卡片發送數據載波和能量激勵的開關振蕩；
[0012]射頻發射接收天線，用于接收射頻信號發射電路的信號，實現與RF卡片間的數據和能量傳輸的電磁場轉換和諧振；
[0013]射頻信號接收電路，用于接收從RF卡片返回的射頻信號，同時在檢卡時處理有無卡片的能量存儲；
[0014]卡片檢測信號處理電路，用于將檢測RF卡片返回的射頻信號進行處理，達到處理器進行軟件判斷的要求信號；
[0015]載波信號檢測轉換電路，包括直流信號隔離電路、電壓變化比較電路，直流信號隔離電路將RF卡片返回的射頻信號的變化量傳遞到電壓變化比較電路。
[0016]進一步地，射頻信號發射電路包括開關三極管Q2、開關三極管Q3、電阻R5、電路限流電阻RAl、電路限流電阻RA2、處理器控制接口 RFTx，開關三極管Q2、開關三極管Q3并聯設置，電路限流電阻RA1、電路限流電阻RA2分別與開關三極管Q2、開關三極管Q3連接，當需要發送信號時，處理器通過處理器控制接口 RFTx經過電阻R5控制開關三極管Q2、開關三極管Q3按照射頻卡的中心頻率進行開關。
[0017]進一步地，射頻發射接收天線包括射頻發射接收天線L1、諧振電容C4，處理器通過處理器控制接口 RFTx經過電阻R5控制開關三極管Q2、開關三極管Q3按照射頻卡的中心頻率進行開關，在LI上產生振蕩向空間發送電磁波，射頻發射接收天線LI與諧振電容C4共同組成與卡片振蕩頻率相同的諧振回路。
[0018]進一步地，射頻發射接收天線還包括負載電阻R6，用于射頻振蕩信號的負載平衡。
[0019]進一步地，射頻信號接收電路包括二極管D1、電容C5、電阻R7，二極管Dl將射頻發射接收天線產生的電路信號能量整流后向電容C5充電，電容C5和電阻R7組成放電回路，將電路信號轉換成處理器能夠檢測的電壓信號。
[0020]進一步地，卡片檢測信號處理電路包括電阻R4，電阻R4將處理器的檢測端口與射頻信號接收電路連接。
[0021 ]進一步地，直流信號隔離電路包括耦合電容C3，耦合電容C3將RF卡片返回的射頻信號的變化量傳遞到電壓變化比較電路，電壓變化比較電路包括比較參考電壓電路、第一級電壓比較電路、第二級電壓比較電路；
[0022]比較參考電壓電路包括電阻R1、電阻R3、電容C2，電阻Rl和電阻R3分壓調整得到合適的參考電壓，電容C2對得到的參考電壓進行去耦；
[0023]第一級電壓比較電路包括比較器U1B、電阻R10、電阻R8、電容C8，R10將交流電壓變化信號的中心點拉到參考電壓Com，當輸入電壓變化時，輸入到比較器UlB第5腳的信號會在參考電壓Com附近波動，比較器UlB檢測到這個波動，并根據輸入信號相對Com的高低關系從第7腳輸出開關信號，控制R8和電容C8組成阻容充放電電路進行充放電；
[0024]第二級電壓比較電路包括隔直電容C7、比較器U1A、電阻Rll、電阻R9，電阻Rll將交流電壓變化信號的中心點拉到參考電壓Com，當輸入電壓變化時，輸入到比較器UlA第3腳的信號會在參考電壓Com附近波動，比較器UlA檢測到這個波動，并根據輸入信號相對Com的高低關系從第I腳輸出開關信號，電阻R9將輸出的穩態電壓上拉到電源電壓。
[0025]進一步地，低功耗射頻卡無開關檢卡裝置還包括低功耗電源管理開關電路，用于對讀卡部分的電源進行開關。
[0026]進一步地，低功耗電源管理開關電路包括開關Q1、電阻R2、電容Cl，處理器根據讀卡器電路的工作要求控制開關管Ql的開關，電阻R2保證在處理器沒有輸出時Ql保持關斷，電容Cl為電源提供高頻去耦回路。
[0027]本實用新型的有益效果:
[0028]采用本實用新型的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，省去了卡片內的強磁鐵和讀卡器部分的檢測開關，可以使用任何型式的卡片與讀卡器配合，同時由于讀卡器部分不需要安裝檢測開關，天線的放置位置可以根據產品的需要任意放置，并且不需要考慮磁場對于產品其它功能的影響。同時通過軟件功能的配合，可以做到超低功耗而不影響檢測效果，為低功耗產品特別是電池供電產品的應用省去了很大一部分電池成本，有利于節能環保。
【附圖說明】

[0029]圖1為本實用新型的整體結構框架圖；
[0030]圖2為本實用新型的整體電路示意圖；
[0031 ]圖3為本實用新型的射頻信號發射電路的電路圖；
[0032]圖4為本實用新型的射頻信號接收電路的電路圖；
[0033]圖5為本實用新型的卡片檢測信號處理電路的電路圖；
[0034]圖6為本實用新型的載波信號檢測轉換電路的電路圖；
[0035]圖7為本實用新型的低功耗電源管理開關電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0036]下面根據附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0037]參照圖1、圖2，本實用新型，低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，包括:
[0038]射頻信號發射電路，用于讀卡器向RF卡片發送數據載波和能量激勵的開關振蕩；
[0039]射頻發射接收天線，用于接收射頻信號發射電路的信號，實現與RF卡片間的數據和能量傳輸的電磁場轉換和諧振；
[0040]射頻信號接收電路，用于接收從RF卡片返回的射頻信號，同時在檢卡時處理有無卡片的能量存儲；
[0041]卡片檢測信號處理電路，用于將檢測RF卡片返回的射頻信號進行處理，達到處理器進行軟件判斷的要求信號；
[0042]載波信號檢測轉換電路，包括直流信號隔離電路、電壓變化比較電路，直流信號隔離電路將RF卡片返回的射頻信號的變化量傳遞到電壓變化比較電路。
[0043]參照圖3，射頻信號發射電路用于實現讀卡器向卡片發送數據載波和能量激勵的開關振蕩。
[0044]射頻信號發射電路包括開關三極管Ql、開關三極管Q2、電路限流電阻RAl、電路限流電阻RA2、處理器控制接口 RFTx。處理器根據軟件的控制實現射頻激勵信號的開關和頻率控制。當需要發送信號時，處理器通過RFTx端口經過電阻R5控制三極管Ql、Q2按照射頻卡的中心頻率進行開關，在LI上產生振蕩，利用LI的電感特性向空間發送電磁波。在不需要進行讀寫卡處理時關閉激勵控制，以節約電源消耗。
[0045]射頻發射接收天線LI用于實現與卡片間的數據和能量傳輸的電磁場轉換和諧振。
[0046]射頻發射接收天線LI與諧振電容C4共同組成與卡片振蕩頻率相同的諧振回路。負載電阻R6用于射頻振蕩信號的負載平衡，防止產生自激振蕩。
[0047]射頻發射接收天線LI在射頻信號發射電路的控制下完成信號載波和能量的轉換傳輸，將開關電路信號轉換成電磁場信號。
[0048]參照圖4，射頻信號接收電路用于接收從卡片返回的射頻信號的接收，同時在檢卡時處理有無卡片的能量存儲。
[0049]射頻信號接收電路通過二極管Dl將射頻發射接收天線與諧振電容產生的電路信號能量整流后向電容C5充電，實現射頻載波信號的檢波接收功能。電容C5和電阻R7組成放電回路，將電路信號轉換成處理器能夠檢測的電壓信號。
[0050]參照圖5，卡片檢測信號處理電路用于將檢測卡片的返回信號進行處理，達到處理器進行軟件判斷的要求信號。
[0051]卡片檢測信號處理電路通過電阻R4將處理器的檢測端口與射頻信號接收電路連接，處理器根據卡片檢測信號的變化趨勢分析判斷是否有卡片在讀卡器的射頻場內。
[0052]參照圖6，載波信號檢測轉換電路用于將卡片返回的數據信號從射頻載波信號中分離出來的處理。
[0053 ]載波信號檢測轉換電路包括直流信號隔離電路和電壓變化比較電路。
[0054]直流信號隔離電路由耦合電容C3組成，實現電路信號的隔直通交的功能，將射頻載波信號的變化量傳遞到電壓變化比較電路。
[0055]電壓變化比較電路由比較參考電壓電路和兩級電壓比較電路組成，電阻Rl和R3組成電壓分壓電路，通過分壓調整得到合適的參考電壓，電容C2對得到的參考電壓進行去耦，增強參考電壓的穩定性。
[0056]第一級電壓比較電路由比較器UlB和電阻RlO以及電阻R8和電容C8組成，RlO將交流電壓變化信號的中心點拉到參考電壓Com，當輸入電壓變化時，輸入到UlB第5腳的信號會在參考電壓Com附近波動，比較器UlB檢測到這個波動，并根據輸入信號相對Com的高低關系從第7腳輸出開關信號，控制R8和CS組成阻容充放電電路進行充放電，從而得到一個變化幅度很大的電壓信號，實現將輸入的微小的交流變化成分放大的作用。
[0057]第二級電壓比較電路由隔直電容C7、比較器UlA和電阻Rl I以及電阻R9組成，Rl I將交流電壓變化信號的中心點拉到參考電壓Com，當輸入電壓變化時，輸入到UlA第3腳的信號會在參考電壓Com附近波動，比較器UlA檢測到這個波動，并根據輸入信號相對Com的高低關系從第I腳輸出開關信號，電阻R9將輸出的穩態電壓上拉到電源電壓，保證在沒有信號輸入時輸出信號的穩定。
[0058]參照圖7，低功耗電源管理開關電路用于實現讀卡部分的電源開關，達到隨用隨開，節約電源消耗。
[0059]低功耗電源管理開關電路由MOSFET開關Ql實現，處理器根據讀卡器電路的工作要求控制開關Ql的開關，電阻R2保證在處理器沒有輸出時Ql保持關斷，電容Cl為電源提供高頻去耦回路，保證工作電源的穩定性。在需要讀卡部分工作時才打開電源開關，平時關閉電源開關以節約電源消耗。
[0060]本實用新型，定時通過射頻信號發射電路發送極短時間的電磁波信號，并通過射頻信號接收電路和卡片檢測信號處理電路對反饋的卡片檢測信號進行判斷，當讀卡器的射頻場內存在卡片時，卡片會吸收電磁波的能量，檢測信號的變化趨勢會加快。軟件部分檢測到這個變化趨勢后通過計算處理判斷是否有卡片，當檢測到有卡片時，會再進行一次卡片的讀寫操作，同時打開載波信號檢測轉換電路對接收的信號進行處理，當讀取到正確的卡片信息后，再進行完整功能的卡片讀寫操作。一般情況下每秒中進行一次卡片檢測，這樣做既可以及時的檢測到卡片，也可以實現降低功耗的目的。
[0061]在檢測卡處理軟件功能中，還加入了對于檢測信號變化時間的動態處理功能。當電路工作的環境條件變化時，檢測信號的變化時間會在平均值上下波動，加入動態處理功能后，對于變化時間的計算會根據平均值的變化進行動態的調整，更大程度上減少了對于卡片誤檢測的概率。同時對于通過軟件的動態處理，能夠判斷出卡片是否離開射頻場，根據功能要求對于未離開射頻場的卡片不再重復處理，減少卡片的讀寫次數，延長卡片的使用壽命，同時也有效的減少了系統的電源消耗。
[0062]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此領域技術的人士能夠了解本【實用新型內容】并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，包括: 射頻信號發射電路，用于讀卡器向RF卡片發送數據載波和能量激勵的開關振蕩； 射頻發射接收天線，用于接收射頻信號發射電路的信號，實現與RF卡片間的數據和能量傳輸的電磁場轉換和諧振； 射頻信號接收電路，用于接收從RF卡片返回的射頻信號，同時在檢卡時處理有無卡片的能量存儲； 卡片檢測信號處理電路，用于將檢測RF卡片返回的射頻信號進行處理，達到處理器進行軟件判斷的要求信號； 載波信號檢測轉換電路，包括直流信號隔離電路、電壓變化比較電路，直流信號隔離電路將RF卡片返回的射頻信號的變化量傳遞到電壓變化比較電路。2.根據權利要求1所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，射頻信號發射電路包括開關三極管Q2、開關三極管Q3、電阻R5、電路限流電阻RA1、電路限流電阻RA2、處理器控制接口RFTx，開關三極管Q2、開關三極管Q3并聯設置，電路限流電阻RA1、電路限流電阻RA2分別與開關三極管Q2、開關三極管Q3連接，當需要發送信號時，處理器通過處理器控制接口 RFTx經過電阻R5控制開關三極管Q2、開關三極管Q3按照射頻卡的中心頻率進行開關。3.根據權利要求2所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，射頻發射接收天線包括射頻發射接收天線L1、諧振電容C4，處理器通過處理器控制接口 RFTx經過電阻R5控制開關三極管Q2、開關三極管Q3按照射頻卡的中心頻率進行開關，在LI上產生振蕩向空間發送電磁波，射頻發射接收天線LI與諧振電容C4共同組成與卡片振蕩頻率相同的諧振回路。4.根據權利要求1所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，射頻發射接收天線還包括負載電阻R6，用于射頻振蕩信號的負載平衡。5.根據權利要求1所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，射頻信號接收電路包括二極管Dl、電容C5、電阻R7，二極管Dl將射頻發射接收天線產生的電路信號能量整流后向電容C5充電，電容C5和電阻R7組成放電回路，將電路信號轉換成處理器能夠檢測的電壓信號。6.根據權利要求1所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，卡片檢測信號處理電路包括電阻R4，電阻R4將處理器的檢測端口與射頻信號接收電路連接。7.根據權利要求1所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，直流信號隔離電路包括耦合電容C3，耦合電容C3將RF卡片返回的射頻信號的變化量傳遞到電壓變化比較電路，電壓變化比較電路包括比較參考電壓電路、第一級電壓比較電路、第二級電壓比較電路； 比較參考電壓電路包括電阻Rl、電阻R3、電容C2，電阻Rl和電阻R3分壓調整得到合適的參考電壓，電容C2對得到的參考電壓進行去耦； 第一級電壓比較電路包括比較器UIB、電阻Rl O、電阻R8、電容C8，Rl O將交流電壓變化信號的中心點拉到參考電壓Com，當輸入電壓變化時，輸入到比較器UlB第5腳的信號會在參考電壓Com附近波動，比較器UlB檢測到這個波動，并根據輸入信號相對Com的高低關系從第7腳輸出開關信號，控制R8和電容C8組成阻容充放電電路進行充放電； 第二級電壓比較電路包括隔直電容C7、比較器U1A、電阻Rll、電阻R9，電阻Rll將交流電壓變化信號的中心點拉到參考電壓Com，當輸入電壓變化時，輸入到比較器UlA第3腳的信號會在參考電壓Com附近波動，比較器UlA檢測到這個波動，并根據輸入信號相對Com的高低關系從第I腳輸出開關信號，電阻R9將輸出的穩態電壓上拉到電源電壓。8.根據權利要求1所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，低功耗射頻卡無開關檢卡裝置還包括低功耗電源管理開關電路，用于對讀卡部分的電源進行開關。9.根據權利要求8所述的低功耗射頻卡無開關檢卡裝置，其特征在于，低功耗電源管理開關電路包括開關Q1、電阻R2、電容Cl，處理器根據讀卡器電路的工作要求控制開關管Ql的開關，電阻R2保證在處理器沒有輸出時Ql保持關斷，電容Cl為電源提供高頻去耦回路。
【文檔編號】G06K7/00GK205692178SQ201620507164
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月25日 公開號201620507164.8, CN 201620507164, CN 205692178 U, CN 205692178U, CN-U-205692178, CN201620507164, CN201620507164.8, CN205692178 U, CN205692178U
【發明人】蔡昕, 汪青山, 劉春
【申請人】安徽漢威電子有限公司