CN102968607B - 一种高频智能卡中能量探测的实现方法和电路 - Google Patents

Abstract

为了提高高频(13.56MHz)非接触智能卡应用的交易速度，智能卡芯片系统希望在提高工作频率的情况下也能够稳定的工作，但是芯片系统工作频率的提高将需要更多的能量，对于高频非接触智能卡，属于无源系统，其获取能量的大小受限于读卡器发射的场强大小，所以系统需要根据智能卡获取能量的大小来确定芯片系统的工作频率，以保证芯片系统稳定的工作，如此芯片系统就需要确切知道智能卡获取的能量大小，本文提供了一种高频非接触智能卡探测获取能量的方法。

Description

一种高频智能卡中能量探测的实现方法和电路

技术领域

本发明涉及符合高频(13.56MHz)非接触智能卡中一种能量探测的实现方法和电路。

背景技术

随着高频非接触智能卡的广泛应用，对于高频(13.56MHz)非接触智能卡的性能要求也越来越高，如智能卡的交易时间方面的需求就对智能卡内部的工作频率提出了挑战，由于高频非接触智能卡属于无源工作模式，其芯片系统的工作能量来源于读卡器发射的磁场，所以智能卡芯片如果希望降低应用中的交易时间、就必须提高芯片的工作速度，从而需要较高的能量消耗，如此为了保证芯片能够在较高速度下稳定的工作，就需要芯片系统能够探测自身所能获取的能量大小，从而决定芯片系统在什么工作频率下运行。

本文提供了一种高频非接触智能卡探测获取能量的方法和电路。

发明内容

本发明提出了在高频非接触智能卡芯片设计中，对智能卡获取能量大小进行探测的一种方法。

本发明采用对高频智能卡中的整流器进行等比例镜像，等比例的得到智能卡芯片中整流器获取的电流值，从而推算出高频智能卡获取的能量总体大小。整流器中的相应器件参数成比例，并且比例关系相同，从而保证在整流器上得到的信号能够反映与之成比例的整流器的信号特性，通过比例计算得到与之成比例的整流器获取能量的多少。

本发明方法主要包括了图1中介绍的几个功能模块：

整流电路1(Rectifier_1)：实现了对智能卡天线交流信号整流的功能，输出电源VRF作为芯片系统的电源，以及本发明中比较器模块的输入。

整流电路2(Rectifier_2)：实现了对整流电路1(Rectifier_1)的镜像功能，输出信号VRF_Sense信号作为本发明中比较器模块的输入，本模块中的器件尺寸均是整流电路1(Rectifier_1)中相应器件的相同比例缩小所得，即：M3由M1等比例缩小所得、M4由M2等比例缩小所得、C3由C1等比例缩小所得。

计数编码模块：本模块由计数器(Counter)、编码器构成(Encoder)，其中计数器、编码器的复位信号同为RST，当RST信号为“高”时，计数器被置“0”、即C[n-1:0]＝“0”，同时编码器输出为S0＝S1……＝Sn-1＝“0”，当RST为“低”时计数器开始计数，并且在比较器模块输出信号SET由“高”变“低”时停止计数，其中编码电路(Encoder)将计数模块的输出C[n-1:0]转换为N位的控制开关信号，打开或关闭检测放电电流沉(I0I1……In-1)。

检测放电电流沉(I0、I1……In-1)：本模块在检测放电电流沉开关(S0、S1、……Sn-1)的控制下对VRF_Sense信号进行放电，其中I0＝I1＝……In-1。

检测放电电流沉开关(S0、S1、……Sn-1)：本模块对检测放电电流沉(I0、I1……In-1)进行控制，其输入信号来源于编码电路的输出。

比较器模块：本模块对整流电路1(Rectifier_1)、整流电路2(Rectifier_2)的输出进行比较，输出信号SET，在此信号翻转时即为能量探测标志点，通过SET信号打开输出控制开关(Switch)并输出OUT[n-1:0]信号，由芯片系统计算得到智能卡获取的能量值。

输出控制开关(Switch)：本模块在SET信号为“高”时，输出OUT[n-1:0]＝“0”，等SET信号为“低”时，输出OUT[n-1:0]＝C[n-1:0]。本方法中，整流电路1、整流电路2分别对来源于天线LA、LB端的信号进行整流，其中整流电路1与整流电路2的器件成比例，从而保证在整流电路2上得到的信号VRF_Sense能够反映整流电路1的输出信号的VRF的特性，从而通过比例计算即可得到整流电路1的能量获取多少，。在智能卡系统放入射频场中，由系统复位信号RST对计数器、编码器进行清零处理，待RST复位完成后，计数器开始计数，并且编码器开始将计数器的计数值转换为VRF_Sense上的电流沉(I0 I1……In-1)的开关控制信号，随着计数器数值的增加，电流沉打开的通路数量随之增加，信号VRF_Sense随之下降，当信号VRF_Sense、VRF通过比较器输出的信号出现翻转时，就得到了所需要的计数器值，随之由比较器输出信号SET控制计数器停止计数，并且打开输出控制开关，输出计数值C[n-1:0]给系统进行计算，从而得到智能卡系统获取的能量大小。

附图说明

图1示意了一种高频非接触智能卡探测获取能量的方法电路架构图。

图2示意了一种高频非接触智能卡探测获取能量的方法时序图。

具体实施方式

本发明采用对高频智能卡中的整流器进行等比例镜像，等比例的得到智能卡芯片中整流器获取的电流值，从而推算出高频智能卡获取的能量总体大小。整流器中的相应器件参数成比例，并且比例关系相同，从而保证在整流器上得到的信号能够反映与之成比例的整流器的信号特性，通过比例计算得到与之成比例的整流器获取能量的多少。

如图2所示，整流电路1(Rectifier_1)：实现了对智能卡天线交流信号整流的功能，输出电源VRF作为芯片系统的电源，以及本发明中比较器模块的输入。

整流电路2(Rectifier_2)：实现了对整流电路1(Rectifier_1)的镜像功能，输出信号VRF_Sense信号作为本发明中比较器模块的输入，本模块中的器件尺寸均是整流电路1(Rectifier_1)中相应器件的相同比例缩小所得，即：M3由M1等比例缩小所得、M4由M2等比例缩小所得、C3由C1等比例缩小所得。

计数编码模块：本模块由计数器(Counter)、编码器构成(Encoder)，其中计数器、编码器的复位信号同为RST，当RST信号为“高”时，计数器被置“0”、即C[n-1:0]＝“0”，同时编码器输出为S0＝S1……＝Sn-1＝“0”，当RST为“低”时计数器开始计数，并且在比较器模块输出信号SET由“高”变“低”时停止计数，其中编码电路(Encoder)将计数模块的输出C[n-1:0]转换为N位的控制开关信号，打开或关闭检测放电电流沉(I0 I1……In-1)。

检测放电电流沉(I0、I1……In-1)：本模块在检测放电电流沉开关(S0、S1、……Sn-1)的控制下对VRF_Sense信号进行放电，其中I0＝I1＝……In-1。

检测放电电流沉开关(S0、S1、……Sn-1)：本模块对检测放电电流沉(I0、I1……In-1)进行控制，其输入信号来源于编码电路的输出。

比较器模块：本模块对整流电路1(Rectifier_1)、整流电路2(Rectifier_2)的输出进行比较，输出信号SET，在此信号翻转时即为能量探测标志点，通过SET信号打开输出控制开关(Switch)并输出OUT[n-1:0]信号，由芯片系统计算得到智能卡获取的能量值。

输出控制开关(Switch)：本模块在SET信号为“高”时，输出OUT[n-1:0]＝“0”，等SET信号为“低”时，输出OUT[n-1:0]＝C[n-1:0]。如图1所示，整流电路1对LA、LB信号进行整流处理得到了输出信号VRF，VRF作为电源供芯片系统(Limitr、Analog、Logic、Memory)工作，整流电路2同样对LA、LB信号整流得到了输出信号VRF_Sense，本方法是通过对比VRF、VRF_Sense信号、并且通过两个整流电路的比例关系，来探测智能卡系统获取能量的大小。智能卡进入射频场时，复位信号对VRF_Sense的放电电流沉控制信号进行了复位处理，电流沉开关被关闭，所以智能卡进入射频场时比较器的输出信号为“高”，当复位完成及RST变为“低”时，计数器、编码器开始工作，顺序打开VRF_Sense信号上的电流沉(I0I1……In-1)，信号VRF_Sense的幅度由于电流通路的增加逐渐下降，直到VRF_Sense下降到VRF以下，比较器输出也就出现了翻转、即由“高”变为“低”，此翻转点即为VRF＝VRF_Sense的电压点，此时也即为整流电路2泻放的电流与整流电路1泻放电流成比例的标志点，比例系数即为整流电路1与整流电路2的器件尺寸比例系数，此时通过比较器的输出信号SET控制计数器停止计数，并打开输出控制开关输出此时的计数值C[n-1:0]，由此就可以由系统通过电流沉电流大小、以及整流电路1与整流电路2的比例关系计算出智能卡获取能量的大小。

如上，即实现了对高频非接触智能卡获取能量大小的精确探测。

Claims (6)

1.一种高频智能卡中能量探测的电路，其特征在于：包括整流电路Rectifier_1，整流电路Rectifier_2，检测放电电流沉(0、I1.....In-1，检测放电电流沉开关S0、S1、……Sn-1，计数编码电路，比较器以及输出控制开关，n≥1，其中：

整流电路Rectifier_1对智能卡天线交流信号进行整流，输出信号VRF作为比较器的输入；

整流电路Rectifier_2对智能卡天线交流信号进行整流，对整流电路Rectifier_1进行镜像，输出信号VRF_Sense作为比较器的输入；

比较器对整流电路Rectifier_1、整流电路Rectifier_2的输出进行比较，输出信号SET，通过SET信号打开输出控制开关并输出信号OUT[n-1、0]；

计数编码电路由计数器、编码器构成，其中计数器、编码器的复位信号同为系统复位信号RST，编码器将计数器的输出C[n-1∶0]信号转换为检测放电电流沉开关信号S[n-1∶0]，打开或关闭检测放电电流沉；

检测放电电流沉在检测放电电流沉开关的控制下对VRF_Sense信号进行放电。

2.如权利要求1所述的一种高频智能卡中能量探测的电路，其特征在于整流电路Rectifier_1与整流电路Rectifier_2中的相应器件参数成比例，并且比例关系相同，保证在整流电路Rectifier_2上得到的信号VRF_Sense能够反映整流电路Rectifier_1的输出信号的VRF的特性，从而通过比例计算得到整流电路Rectifier_1获取能量的多少。

3.如权利要求1所述一种高频智能卡中能量探测的电路，其特征在于检测放电电流沉I0＝I1＝......＝In-1。

4.如权利要求1所述一种高频智能卡中能量探测的电路，其特征在于计数器停止计数的控制信号是比较器电路输出信号。

5.如权利要求1所述的一种高频智能卡中能量探测的电路，其特征在于当RST信号为“高”时，计数器被置“0”，同时编码器输出为S0＝S1……＝Sn-1＝“0”，当RST为“低”时计数器开始计数，并且在比较器输出信号SET由“高”变“低”时停止计数。

6.如权利要求1所述的一种高频智能卡中能量探测的电路，其特征在于输出控制开关在SET信号为“高”时，输出OUT[n-1∶0]＝“0”，等SET信号为“低”时，输出OUT[n-1∶0]＝C[n-1∶0]。