CN102906766A - 包括芯片的设备上的rf场的启用和指示 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备，其包括：适合于捕获并且发射RF信号的主天线；包含信息并且被配置成响应于外部RF信号的激发经由所述主天线发射所述信息的至少一个芯片；以及用于启用和停用所述主天线的机构。本发明的特征在于，所述设备还包括：用于检测外部RF信号的存在的检测电路；以及连接到该检测电路以便指示所述存在的指示器电路。

Description

包括芯片的设备上的RF场的启用和指示

技术领域

本发明涉及一种电磁感应芯片卡，其包括用于启用和停用其RF射频天线的设备。它并非专有地在射频识别（RFID）技术中找到特别令人关注的应用。本发明特别地涉及一种NFC型非接触芯片卡，Mifare，ISO 14443或者15693，其是一种RF天线，当它位于适当的电磁场中时进行发射。

背景技术

通常，RFID卡包括一个（或者多个）硅电子芯片，其包含或多或少的敏感信息并且与持卡人有关。这个RFID芯片通常被连接到天线。RFID卡能够具有芯片卡的传统形式，但是也能够采取不同的形式诸如徽章、标签、钥匙链或者其它形式。能够提供集成蓄电池从而扩展卡功能。

基于电磁感应原理的RFID技术在日常生活中越来越普遍。最初被用于管理库存的这项技术已经在访问控制领域中被广泛普及。它正在护照和支付领域中快速地增长。例如，在日本，通过Felica协议，它通常地被用作支付手段。在美国，基于ISO14443A协议的第一支付终端已经投入使用。现今在法国，该投入使用正在进行中。

不幸的是，对这项技术的这种强烈的兴趣已经对安全性造成损害。结果在于，具有不良企图的人员能够自由地访问包含在RFID芯片中的信息。考虑到RFID芯片在存在电磁场的情况下变得起作用，制造一种能够恢复在周围的RFID芯片中包含的信息的、足够强大的阅读器是足够的。

因此，在持有人不知道的情况下，恢复银行卡号或者在例如护照中包含的任何其它个人信息都是可能的。

一种简单的解决方案是仅仅在持有人采取主动时才使得RFID芯片活动。因此，恢复在芯片中包含的数据的风险显著降低。一种方法是在天线处放置开关以便当RF交换不是必要的时切断通信。这种机构能够以几种方式实现。

文献US 2006/0017570描述了一种使得对应于RFID芯片或者卡中的应答器的部分能够以机械方式被启用或者停用的系统。这个系统特别地涉及包括RIFD芯片以及磁带的卡。该系统使得能够在允许磁操作时阻断到RFID部分的无线访问。为了阻断该访问，这个系统提出一种磁性保护装置，即由具有高相对磁导率的材料制成的磁屏蔽件，该磁屏蔽件被放置在天线的前面或者周围天线从而避免任何外来信号的接收。

文献US 2006/0132313描述了第一实施例，其中通过从芯片的其余部分物理地拆卸天线，RFID芯片被不可逆地破坏或者停用。第二实施例将显著地减小RFID天线的操作范围以使得对RFID芯片的任何访问都应该非常接近，因此被用户所知晓。为此目的，特别地提供了利用绝缘材料片可逆地覆盖天线的至少一个部分从而显著地限制天线性能。

文献WO 2006/031531描述了一种用于通过连接和断开天线来启用和停用RFID芯片的系统。为此目的，使用了将天线与RFID芯片连接或者不连接的传导带。这个传导带能够被磁体控制。该文献特别地涉及用最初地旨在用于防盗标签的停用设备来启用或者启用RFID芯片。

文献EP1918859描述了一种例如用于防止阅读器读取在RFID芯片中包含的数据的加扰卡。

在这个系统中，RFID芯片卡未被修改，但是添加了旨在发射信号以扰乱在RFID芯片中包含的数据的读取的、新的加扰卡。能够利用机械或者电子开关（诸如受控晶体管）启用或者停用这个第二加扰卡。

文献WO 2009/100005描述了一种用于调谐或者解谐RFID芯片的天线的系统。这个系统包括开关，该开关修改天线阻抗，以使得当开关在接通位置上时，阻抗具有针对其来调谐天线并且发射能够发生的值。在另一方面，当开关在断开位置上时，天线阻抗具有针对其来解谐天线的值，这使得不可能进行信号发射。

发明内容

本发明的第一个目的与预防原则有关，即当卡处于阅读器电磁场附近时减少卡发射并且因此减少RF波污染。

本发明的另一个目的在于提供使得RFID卡的天线能够被启用或者停用的备选解决方案。

上述目的中的至少一个由一种设备实现，该设备包括：

-适合于捕获并且发射被称为RF信号的射频信号的主天线，该信号例如是电磁场、IR信号、毫米波信号、用于WIFI、GSM、UMTS的超高频信号或者其它信号，

-至少一个芯片，其包含信息并且被配置为响应于外部RF信号的激发经由主天线发射该信息，以及

-用于启用和停用该主天线的机构；

其特征在于，该设备进一步包括：

-用于检测外部RF信号的存在的检测电路，以及

-指示器电路，其被连接到检测电路以便指示所述存在。

本发明特别值得注意的地方在于它已经确认了一个新的问题，即持有人应该在何时启用他的/她的设备，有利地该设备是RFID卡。在现有技术的系统中，为了启用他的/她的RFID卡，持有人必须确定他/她身边存在电磁阅读器并且靠近该电磁阅读器。为此目的，他/她例如必须寻找面板或者提及这种阅读器的存在的任何指示。有时，存在被授权执行用信号通知这种存在的控制的人。有时，即使在阅读器附近，卡中也没有电磁场能够访问，因为这个卡并不足够地靠近于阅读器，或者非常简单地，该阅读器未在操作中。

利用根据本发明的设备，正是该设备向持有人报告该持有人存在于RF信号或者电磁场中。持有人能够因此作出是否启用他的/她的卡的决定。该设备的任何不必要的操控得以避免。它的寿命因此得以延长。

根据本发明的第一备选方案，检测电路和指示器电路被连接到所述主天线。

第二备选方案提供将检测电路和指示器电路连接到独立于主天线的副天线。该副天线能够因此被特别地确定大小从而与检测电路一起使用。

能够经由与检测电路和指示器电路相连接的天线通过磁感应向该检测电路和指示器电路供电。还能够为整个卡或者仅仅为检测电路和指示器电路提供集成蓄电池或者优选地无论柔性与否、可再充电与否的电池。太阳能连接器能够例如被预期用于对在设备中集成的光伏电池再充电。

根据本发明的特征，启用和停用机构是单稳态机构，对于该单稳态机构来说，稳定状态对应于主天线的停用状态，并且不稳定状态对应于主天线响应于指令的瞬时启用。该指令能够是用户的手指放在按钮上启用天线。如果用户移开他的/她的手指，则按钮返回它的稳定状态，该稳定状态是对应于主天线的停用的开路。还能够预期控制开关持续预定时间段的电子指令。主天线的被启用状态是通过用户的动作强制的状态。

有利地，该设备包括例如提供有石英的时钟系统，使得能够限定一个时间段，启用和停用机构将主天线维持在被启用状态持续所述时间段。因此设置自动待机从而防止用户不必要地过长地将天线维持于被启用状态。

启用和停用机构能够有利地包括以下元件中的一个或者多个（假如几个元件的集成是非兼容的）：

-按钮，当该按钮被按下时，该按钮启用主天线；

-压电传感器，当该压电传感器接收到预定波时，该压电传感器启用主天线；温度传感器，诸如例如太阳热收集器，当该热传感器被照亮时其启用主天线；光传感器诸如光电检测器，运动传感器诸如加速度计，或者压力传感器，可以预期的其它类型的环境传感器；

-诸如键盘的人机接口，使得能够键入pin码从而在处理该pin码之后启用或者停用主天线；

-诸如集成生物统计传感器的人机接口，使得能够检测生物统计数据从而在处理生物统计数据之后启用或者停用主天线；以及

-“开/关”型双稳态开关，其根据开关位置启用或者停用主天线。

根据本发明的有利的特征，启用和停用机构包括与电子构件相关联的开关，诸如上述机构之一，该开关电子构件组件修改主天线阻抗以便根据开关位置调谐或者解谐主天线。这个实施例使得能够修改主天线的谐振频率以使得响应于激发由芯片发射的RF信号对于任何RF阅读器而言均是不能理解的。

该电子构件能够包括以串联、并联或者适合于干扰天线阻抗的电路提供的至少一个电容器、至少一个电阻器或者至少一个电感器。

有利地，指示器电路包括音频指示器和/或视觉指示器。该音频指示器能够从压电元件发射特定的声音、语音或者音乐。视觉指示器能够包括LED（发光二极管）。

优选地，根据本发明的设备进一步包括状态显示系统（诸如LED），以指示当所述设备被启用时其所处的状态，这些状态是：

-持续预定时间段的RF发射活动状态，

-与RF阅读器的对话状态，和

-与RF阅读器的非对话状态。

能够预期每个状态一个LED或者通过颜色变化和/或闪烁频率变化指示几个状态的一个或者多个LED。

根据本发明，在RFID芯片中包含的信息包括用于特别地在支付、对于机器或者计算机网络的强认证、访问控制等等中的应用的随机或者动态型的RF型签名。

根据一个非限制实施例，启用和停用机构和检测电路能够被布置成使得该启用和停用机构仅仅在它从用户接收到启用指令和检测电路报告存在RF信号的双重条件下才启用主天线。有利地，当这两个条件中的任一个不再满足时，启用和停用机构自动地停用主天线。这能够由电子处理电路或者通过串联连接检测电路和启用和停用机构而得以实现。

当然，本发明的不同特征、形式和备选实施例能够根据各种组合而被相互关联，其中附带条件是它们不是非兼容的或者相互排斥的。

附图说明

在阅读处于非限制方式的实施例的详细描述和附图时，本发明的其他优点和特征将是显然的，其中：

图1是带有由主天线供电的检测电路和显示电路的、根据本发明的RFID芯片卡的内部电子器件的示意图；

图2是带有由独立的副天线供电的检测电路和显示电路的、根据本发明的RFID芯片卡的内部电子器件的示意图；

图3是带有通过阻抗修改的主天线的启用和停用机构的、根据本发明的RFID芯片卡的内部电子器件的示意图；以及

图4是带有包括人机接口的主天线的启用和停用机构的、根据本发明的RFID芯片卡的内部电子器件的示意图。

具体实施方式

在图1到4中，各种备选方案或者实施例公用的不同元件带有相同的附图标记。下面描述的实施例涉及一种RFID卡，但是根据本发明的设备能够处于不同的形式诸如USB密钥、电子标签、医用贴片或者其它形式。

在图1中，能够看到包含RFID标签或者芯片2的RFID芯片卡1，在所述RFID标签或者芯片2中存储了有关卡用户的敏感信息。该信息旨在通过电场由远程RFID卡阅读器读取。该RFID卡可以是无源的，即通过激发由接近的阅读器发射的磁场而被供电；该RFID卡可以是有源的，即提供有集成电源装置；或者该RFID卡可以是半有源的，即包括用于对卡中包含的元件的仅仅一部分供电的装置。

图1的RFID卡1有利地由来自阅读器的电磁场供电。这种激励是经由主天线3实现的，该主天线3还被用作用于在RFID芯片2中包含的敏感信息的RF发射天线。

RFID芯片2和主天线3借助于下述各项而相互连接：

-从主天线3的第一端到RFID芯片2的第一输入端的第一永久链路4，以及

-从主天线3的第二端到RFID芯片2的第二输入端的第二中断链路5。

第二链路被构成主天线3的启用和停用机构的按钮6中断。本发明特别值得注意的地方在于，在空闲状态中，按钮6处于断开位置，这意味着天线没有通过两个输入端连接到RFID芯片2。因此，在“正常”或者空闲状态中，根据本发明的RFID芯片2即使接近电磁阅读器定位也不能发射任何信号，因为它的主天线3不是活动的。因此，即使它位于接近阅读器的环境中，敏感信息的发射也需要用户的动作，该动作因此决定是否传送该敏感信息。

然而，意识到自身接近电磁阅读器定位并不总是可能的。有时，期望在向经识别的电磁阅读器发射任何信息之前确定其处于读取模式中并且避免任何不必要的操控。

为此目的，本发明公开了一种用于检测在RFID卡1的环境中存在电磁场的电磁场检测电路7。该电路能够由集成蓄电池供电，但是它有利地由主天线3供电。在存在电磁场的情况下，检测电路7向能够是LED或者发射值得注意的音频信号的转换器（transducer）的指示器电路8产生存在信号。指示器电路8的动作然后向用户警报电磁场的实际存在。用户然后能够启动按钮6以允许经由天线3发射敏感信息。

在图2中，能够看到图1的系统的备选方案。图2中的检测电路7被连接到独立于主天线3的副天线9。因此，这种检测电路7在任何时候都不会被连接到RFID芯片2。

按钮6能够被任何机械或者电子机构（受控晶体管）诸如例如任何单稳态开关（在不存在应力的情况下复原到它的初始状态）或者双稳态开关（需要从一个状态切换到另一个状态的控制）替代。

在图3中，能够看到诸如在图1中限定但是带有被用于调谐或者解谐主天线11的机构替代的按钮的卡的一个示例性实施例。不是如在图1中停止主天线3和RFID芯片2之间的连接，而是在这里修改主天线11的阻抗从而使其不起作用，这对应于停用状态。更加精确地，主天线11的大小被确定为使得当它被直接连接到RFID芯片2两端时，来自RFID芯片2的信息不能被正确地发射以致于它不能被任何电磁阅读器检测到。认为主天线11被解谐。事实上，在直接连接中它的阻抗的大小被不良地确定。为了调谐主天线11，应该与主天线11并联地提供电容器。因此，图3的启用和停用机构包括与按钮6串联的电容器10，但是电容器10和按钮6组件与主天线11并联地提供。

当按钮处于断开位置时，电容器10无任何实际接合。主天线11然后与RFID芯片2直接连接，并且因此它处于停用或者解谐状态。另外，当用户按下按钮6从而将其置于闭合位置时，电容器10实际上与主天线11并联，并且主天线11因此被调谐并且准备正确地发射RFID芯片2的敏感信息。图2的实施例当然与图3的实施例兼容。

在图4中，能够看到一个示例性实施例，其中在图1的实施例中的按钮被集成人机接口的启用和停用机构替代。这个启用和停用机构与图2和3的实施例相兼容。受控开关12被加以区别，该受控开关12被提供在以前设定有按钮的位置。该开关被连接到在所保存的数据和来自两个人机接口14和15的数据之间执行比较分析的处理和控制电路13。该比较分析包括检查来自人机接口14和15的数据是否是有效的以便控制受控开关12的闭合。人机接口14是键盘，但是能够是用于由用户键入数据的任何其它接口类型。特别地，用户使用这样的接口来键入秘密PIN码，从而使得他/她能够被处理和控制电路13识别。

人机接口15是生物统计电路及其对应的传感器。因此能够根据他的/她的生物学特征诸如指纹、面部特性等极好地识别用户。

当然，本发明不限于刚刚描述的示例并且在不偏离本发明的范围的情况下能够提供许多更改。因此，能够预期将本发明应用于包括蓄电池和/或通过电磁感应供电的RFID卡。本发明还能够被应用于远程医疗，其中根据本发明的设备是适合于发射预先记录的信息或者检测到的信息（诸如用户的心率）的带粘性的或者皮下元件。

Claims (17)

1.一种设备，包括：

-适合于捕获并且发射被称为RF信号的射频信号的主天线（3），

-至少一个芯片（2），其包含信息并且被配置成响应于外部RF信号的激发经由所述主天线发射该信息，以及

-用于启用和停用所述主天线的机构（6）；

-用于检测外部RF信号的存在的检测电路（7），以及

-被连接到所述检测电路以便指示所述存在的指示器电路（18），

其特征在于，所述启用和停用机构以及所述检测电路被布置成使得所述启用和停用机构仅仅在它从用户接收到启用指令和所述检测电路报告RF信号的存在的双重条件下才启用所述主天线。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于所述检测电路（7）和所述指示器电路被连接到所述主天线。

3.根据权利要求1的设备，其特征在于所述检测电路（7）和所述指示器电路被连接到独立于所述主天线的副天线（9）。

4.根据权利要求1的设备，其特征在于所述检测电路（7）和所述指示器电路（8）由无论柔性与否、可再充电与否的电池供电。

5.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述启用和停用机构（6）是单稳态机构，对于所述单稳态机构来说，稳定状态对应于主天线（3）的停用状态，并且不稳定状态对应于主天线（3）响应于指令的瞬时启用。

6.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述设备包括使得能够限定时间段的时钟系统，所述启用和停用机构（6）将所述主天线（3）维持于被启用状态中持续所述时间段。

7.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述启用和停用机构（6）包括按钮，当所述按钮被按下时，其启用所述主天线（3）。

8.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述启用和停用机构（6）包括：压电传感器，当该压电传感器接收到预定的波时，其启用所述主天线（3）；温度传感器；光传感器；运动传感器或者压力传感器。

9.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述启用和停用机构包括使得能够键入pin码从而在处理所述pin码之后启用或者停用所述主天线（3）的人机接口，诸如键盘（14）。

10.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述启用和停用机构（12）包括使得能够检测到生物统计数据（15）从而在处理所述生物统计数据（15）之后启用或者停用所述主天线（3）的人机接口，诸如集成的生物统计传感器（15）。

11.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述启用和停用机构（6）包括开/关型双稳态开关，其根据开关位置来启用或者停用所述主天线（3）。

12.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述启用和停用机构（6）包括与电子构件（10）相关联的开关（6），所述开关-电子构件组件修改所述主天线的阻抗从而根据开关（6）的位置来调谐或者解谐主天线（3）。

13.根据权利要求12的设备，其特征在于所述电子构件（10）包括至少一个电容器、至少一个电阻器或者至少一个电感器。

14.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述指示器电路（8）包括音频指示器和/或视觉指示器。

15.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述设备包括状态显示系统诸如LED，以指示当所述设备被启用时其所处于的状态，该状态是：

-持续预定时间段的RF发射活动状态，

-与RF阅读器的对话状态，以及

-与RF阅读器的非对话状态。

16.根据前述权利要求中的任一项的设备，其特征在于所述信息包括随机或者动态RF签名。

17.根据前述权利要求中的任一项的设备，特征在于所述设备处于芯片卡、USB密钥或者电子标签的形式。

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