CN104050501A - 一种无源三频多界面智能卡及其自适应工作方法 - Google Patents

Abstract

一种无源三频多界面智能卡及其自适应工作方法，涉及基于不用内置电源的射频识别RFID技术领域。解决了现有所述的智能卡均无法实现同时支持三个频段的读写和工作时均需要外接电源的问题。本发明所述智能卡芯片嵌固在卡基的一侧，一号和二号天线分别嵌固于卡基的两侧，一号天线的一端连接地，一号天线的另一端和二号天线的一端同时连接电源泵的电信号输入端，二号天线的另一端连接频选接口电路的一个频率信号输入端，校验/认证防冲突检测电路的判断反馈信号输出端连接中控电路的反馈信号输入端。本发明适用于作为无源三频多界面智能卡。

Description

一种无源三频多界面智能卡及其自适应工作方法

技术领域

本发明涉及基于不用内置电源的射频识别RFID技术领域。

背景技术

智能卡已被广泛应用于人们生活中的方方面面，从其与读写卡设备/装置进行通信的方式大体可以分为接触式和非接触式两种工作方式。显然接触式工作方式的接触端易出现机械磨损、脏污等导致接触不良等问题而逐步趋于消亡；而非接触式工作方式避免了接触式的不足而得到广泛应用，但非接触式工作方式又因其各种不同的应用而分为不同的工作频率，从而产生即使是非接触工作方式的智能卡又分为低频卡、高频卡和超高频卡，导致仍然是一卡一用，无法实现上述卡种的兼容问题。

当前国际上主流的技术方案：基于125KHz的低频卡，基于13.56MHz的近距离卡和基于900MHz的卡，这三种方式都是将卡芯片和相应的天线集成在卡基上，通过无线射频信号实现信息交互，还有一类是基于2.45GHz微波的智能卡，现多分别单独应用于近距手机和远距不停车收费等支付领域。上述各频率的智能卡在各个行业或领域均有一定规模的应用，且已经投放和安装的各类型读卡设备数量巨大。为此，市场上便提出了如何实现在不改变原有读卡设备而能对上述智能卡的两类或更多类型的复合以实现相互兼容的需求，从而避免了读卡设备的更换成本，同时可减少发卡数量、实现一卡通用，一卡多用的目的。如此，一方面降低了持卡人持有多种卡的经济成本和持有多张卡的管理成本，另一方面也能起到高效、节能和降耗的作用。

经检索发现，中国专利公开号为CN201508572U，公开日为2010年6月16日，公开了“一种双频智能卡”，该技术包括高频天线、超高频天线、高频芯片和超高频芯片，该技术仅提升了双频卡的成品率，实际上是两种频率卡的物理结合，高频芯片和超高频芯片各自独立，而不是一颗芯片同时支持两个频段的读写应用。

进一步检索发现，中国专利公开号为CN201780600U，公开日为2011年3月30日，记载了“一种实现双频非接触式通信的电信智能卡”，该技术包括卡基、SIM卡模块和天线层，NFC芯片内嵌于SIM卡模块中，SIM卡模块设置于卡基上，SIM卡模块上设置有两个保留触点和六个功能触点，天线层包括线圈部分和卡片接触部分，卡片接触部分粘贴在所述卡基上；其特征在于，六个功能触点所围成的区域为受力区域，该受力区域内设置有新增触点，NFC芯片通过两个新增触点实现射频信号的接收和发送。但其工作必须由手机为其提供电源，否则无法正常工作。

综上，现有智能卡均无法实现同时支持三个频段的读写和工作时均需要外接电源。

发明内容

本发明是为了解决现有所述的智能卡均无法实现同时支持三个频段的读写和工作时均需要外接电源的问题，本发明提出了一种无源三频多界面智能卡及其自适应工作方法。

本发明所述一种无源三频多界面智能卡，该智能卡包括智能卡芯片、卡基、一号天线和二号天线；智能卡芯片包括稳压电路、电源泵、复位电路、选频接口电路、随机存取存储器、中控电路、解码电路、编码电路、电可擦可编程只读存储器、只读存储器和校验/认证防冲突检测电路；

所述智能卡芯片嵌固在卡基的一侧，一号和二号天线分别嵌固于卡基的两侧，一号天线的一端连接地，一号天线的另一端和二号天线的一端同时连接电源泵的电信号输入端，二号天线的另一端连接频选接口电路的一个频率信号输入端，电源泵的电源信号输出端连接稳压电路的电源信号输入端，稳压电路的稳定电压信号输出端同时连接随机存储器的电源信号输入端，中控电路的电源信号输入端、电可擦可编程只读存储器的电源信号输入端、只读存储器的电源信号输入端和校验/认证防冲突检测电路的电源信号输入端；

选频接口电路的频率信号输出端连接中控电路的频率信号输入端，中控电路的频率信号输出端连接选频接口电路的另一个频率信号输入端，

中控电路的一个数据输出端连接电可擦可编程只读存储器的数据输入端，中控电路的另一个数据输出端连接只读存储器的数据输入端；

编码电路编码信号输入端连接校验/认证防冲突检测电路的校验认证及数据信号输出端，编码电路编码信号输出端连接中控电路的编码信号输入端，校验/认证防冲突检测电路的判断反馈信号输出端连接中控电路的反馈信号输入端，校验/认证防冲突检测电路的解码后信号输入端连接解码电路的解码后信号输出端，解码电路的信号输入端连接中控电路的操作信号输出端。

采用上述无源三频多界面智能卡的自适应工作方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、无源三频多界面智能卡的号天线和一号天线对所处区域的电磁波进行检测，当检测到电磁波后，一号天线和二号天线通过无线耦合接收超过无源三频多界面智能卡的启动电压阀值下限的电磁波，电源泵启动开始发电，并将电压信号发送至稳压电路(4)；

步骤二、稳压电路对接收到的电压信号进行判断，当接收的电压信号大于稳压电路(4)供电启动门限的下限值且小于稳压电路供电启动门限的上限值时，稳压电路(4)为中控电路、电可擦可编程只读存储器、只读存储器和校验/认证防冲突检测电路供电；并执行步骤三，当接收的电压信号小于供电启动门限的下限值或大于供电启动门限的上限值时，稳压电路不供电，返回执行步骤一；

步骤三、选频接口电路接收电源信号后与接收到的电磁波进行频率匹配，中控电路通过选频接口电路调整一号天线和一号天线的频点与接收到的电磁波频点相谐振，并对该频点进行锁定，完成与发射电磁波的读写器锁频后，执行步骤四；若频点不能锁定或频点锁定后又失锁，则启动复位电路复位，并返回执行步骤一

步骤四、中控电路通过选频接口电路接收已锁频的读写器发射的命令信息，同时中控电路将接收的命令信息经解码电路发送至校验/认证防冲突检测电路；校验/认证防冲突检测电路判断接收的读写命令是否冲突，若是，则执行步骤五，否则执行步骤六；

步骤五、校验/认证防冲突检测电路将读写冲突信息反馈给中控电路，中控电路通过选频接口电路将冲突信号返回给耦合区域内的读写器，等待读写器的下一步操作命令；返回执行步骤四；

步骤六、校验/认证防冲突检测电路将检测获得读或写信息反馈给中控电路，中控电路将接收的信息存至电可擦可编程只读存储器，同时读卡器与中控电路进行数据传输，当数据传输完成后，选频接口电路进行频率解锁，稳压电路供电关闭，无源三频多界面智能卡完成一次自适应工作。

本发明通过两组微型内置天线的单独或组合应用，利用无线电技术将低频、高频、超高频三个频段技术以及磁条技术集成到一张智能卡中，实现多技术的融合，与原单频卡相比，提升了卡片的射频捕获能力，提高了通信的信噪比，做到单卡适应多频和一卡通用，而且该方式基本不增加卡片的原有制造成本。

持卡人在不需要更换卡片的情况下，便可持有该卡实现在不同系统或领域的支付和一卡通的远距或近距应用，可大大地提高该卡的市场应用领域，并将极大地降低因更换读卡设备或原有卡片所支付的成本。本发明所述智能卡不仅支持目前的接触式和非接触式近距离读写卡，而且还能根据不同频率的读写器特性自适应进行远距离1厘米～70米读写卡操作。

本发明所述的同时实现多频段通信的自适应工作方法，是对传统非接触单卡单芯片单频工作模式的技术变革，实现了内置固定匝数的线圈族复合单卡单芯片多频点工作的新模式，提升了通信效率，降低了误码率，提升了抗干扰能力。

附图说明

图1为无源三频多界面智能卡的结构示意图；

图2为无源三频多界面智能卡的电气结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种无源三频多界面智能卡，该智能卡包括智能卡芯片1、卡基2、一号天线L1和二号天线L2；智能卡芯片1包括稳压电路4、电源泵5、复位电路6、选频接口电路7、随机存取存储器8、中控电路9、解码电路10、编码电路11、电可擦可编程只读存储器12、只读存储器13和校验/认证防冲突检测电路14；

所述智能卡芯片1嵌固在卡基2的一侧，一号天线L1的一端连接地，一号天线L1的另一端和二号天线L2的一端同时连接电源泵5的电信号输入端，二号天线L2的另一端连接频选接口电路7的一个频率信号输入端，电源泵5的电源信号输出端连接稳压电路4的电源信号输入端，稳压电路4的稳定电压信号输出端同时连接随机存储器8的电源信号输入端，中控电路9的电源信号输入端、电可擦可编程只读存储器12的电源信号输入端、只读存储器13的电源信号输入端和校验/认证防冲突检测电路14的电源信号输入端；

选频接口电路7的频率信号输出端连接中控电路9的频率信号输入端，中控电路9的频率信号输出端连接选频接口电路7的另一个频率信号输入端，

中控电路9的一个数据输出端连接电可擦可编程只读存储器12的数据输入端，中控电路9的另一个数据输出端连接只读存储器13的数据输入端；

编码电路11编码信号输入端连接校验/认证防冲突检测电路14的校验认证及数据信号输出端，编码电路11编码信号输出端连接中控电路9的编码信号输入端，校验/认证防冲突检测电路14的判断反馈信号输出端连接中控电路9的反馈信号输入端，校验/认证防冲突检测电路14的解码后信号输入端连接解码电路10的解码后信号输出端，解码电路10的信号输入端连接中控电路9的操作信号输出端。

本实施方式所述的中控电路9通过选频接口电路7接收已锁频的读写器发射的命令信息，同时中控电路9将接收的命令信息暂存于随机存储器8中，经解码电路10发送至校验/认证防冲突检测电路14；校验/认证防冲突检测电路14是中控电路的硬件执行电路，其执行的指令来源于预置在与中控电路9相连的只读存储器13中的检验规则、认证方法和防冲突算法，使校验/认证防冲突检测电路14判断接收的读写命令是否冲突，当校验/认证防冲突检测电路14检测后的命令为读写冲突信息后，校验/认证防冲突检测电路14将读写冲突信息反馈给中控电路9并将冲突信息暂时存储于随机存储器8中，冲突信息按只读存储器13预置的编码规则经编码电路11编码后，中控电路9通过选频接口电路7将编码后的冲突信号返回给耦合区域内的读写器，等待读写器的下一步操作命令。卡基设有3个直径3mm的通孔，用于一号和二号天线通过该孔与智能卡芯片相连接。

当本发明所述智能卡进入读写器的电磁波区域后，卡内一号天线和二号天线通过无线耦合接收到读写器发出的超过卡启动电压阀值下限的电磁波，便启动电源泵开始发电，并经稳压电路判断大于供电启动门限的下限，为卡芯片提供稳定的供电，卡芯片正常工作；若超出供电启动门限的上限，则关闭供电电路，以避免传统卡芯片被烧毁的问题。

如果卡内一号天线和二号天线通过无线耦合接收到读写器发出的超过卡启动电压阀值上限限的电磁波，则稳压电路关闭并呈高阻态作为天线的负载放电，以避免传统卡芯片因此被高压烧毁的问题。本发明改进了传统智能卡因强磁场或强干扰导致智能卡被损坏的问题，起到对本智能卡的双重保护作用。

具体实施方式二、参见图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种无源三频多界面智能卡的进一步说明，该智能卡还包括磁条3，所述磁条3贴在卡基2一侧。

具体实施方式三、参见图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种无源三频多界面智能卡的进一步说明，智能卡芯片(1)还包括复位电路6；复位电路6的复位信号输出端连接中控电路9的复位信号输入端。

本发明所述卡无源三频多界面智能卡同时兼容银行磁条卡的相关标准，可实现银行账户到该卡的圈存功能，使该卡具备小额支付、考勤卡、信用卡、圈存等诸多功能。

具体实施方式四、参见图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的一种无源三频多界面智能卡的进一步说明，智能卡芯片(1)还包括随机存取存储器8，稳压电路(4)的稳定电压信号输出端连接随机存储器8的电源信号输入端，随机存取存储器8的双向数据传输端连接中控电路9的双向数据传输端。

具体实施方式五、本实施方式是具体实施方式二所述的一种无源三频多界面智能卡的自适应工作方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、无源三频多界面智能卡的号天线L1和一号天线L2对所处区域的电磁波进行检测，当检测到电磁波后，一号天线L1和二号天线L2通过无线耦合接收超过无源三频多界面智能卡的启动电压阀值下限的电磁波，电源泵5启动开始发电，并将电压信号发送至稳压电路(4)；

步骤二、稳压电路4对接收到的电压信号进行判断，当接收的电压信号大于稳压电路4供电启动门限的下限值且小于稳压电路4供电启动门限的上限值时，稳压电路(4)为中控电路9、电可擦可编程只读存储器12、只读存储器13和校验/认证防冲突检测电路14供电；并执行步骤三，当接收的电压信号小于供电启动门限的下限值或大于供电启动门限的上限值时，稳压电路不供电，返回执行步骤一；

步骤三、选频接口电路7接收电源信号后与接收到的电磁波进行频率匹配，中控电路9通过选频接口电路7调整一号天线L1和一号天线L2的频点与接收到的电磁波频点相谐振，并对该频点进行锁定，完成与发射电磁波的读写器锁频后，执行步骤四；若频点不能锁定或频点锁定后又失锁，则启动复位电路复位，并返回执行步骤一；

步骤四、中控电路9通过选频接口电路7接收已锁频的读写器发射的命令信息，同时中控电路9将接收的命令信息经解码电路10发送至校验/认证防冲突检测电路14；校验/认证防冲突检测电路14判断接收的读写命令是否冲突，若是，则执行步骤五，否则执行步骤六；

步骤五、校验/认证防冲突检测电路14将读写冲突信息反馈给中控电路9，中控电路9通过选频接口电路7将冲突信号返回给耦合区域内的读写器，等待读写器的下一步操作命令；返回执行步骤四；

步骤六、校验/认证防冲突检测电路14将检测获得读或写信息反馈给中控电路9，中控电路9将接收的信息存至电可擦可编程只读存储器12，同时读卡器与中控电路9进行数据传输，当数据传输完成后，选频接口电路7进行频率解锁，稳压电路供电关闭，无源三频多界面智能卡完成一次自适应工作。

本发明的功能：

1、该三频多界面智能卡在刷过接触式机具时，可以实现接触式磁条信息读写。

2、当该卡进入低频或高频读写器的电磁场时，卡片耦合到读写器发出的射频信号，就能凭借卡内天线耦合所感应的信号强度产生能量，并经卡内天线发送出存储在芯片中的相应信息，读写器读取信息并解码后，送至上位机信息系统进行相应的数据处理。

3、低频读写器的标准操作距离是0～1m，高频读写器的标准操作距离是0～30cm，超高频读写器的标准操作距离是0～70m，根据应用需求不同，同一张智能卡在进入不同读写机具区域中可实现接触式或非接触式近距离或远距离读写操作。

Claims (5)

1.一种无源三频多界面智能卡，其特征在于，该智能卡包括智能卡芯片(1)、卡基(2)、一号天线(L1)和二号天线(L2)；智能卡芯片(1)包括稳压电路(4)、电源泵(5)、复位电路(6)、选频接口电路(7)、随机存取存储器(8)、中控电路(9)、解码电路(10)、编码电路(11)、电可擦可编程只读存储器(12)、只读存储器(13)和校验/认证防冲突检测电路(14)；

所述智能卡芯片(1)嵌固在卡基(2)的一侧，一号(L1)和二号(L2)天线分别嵌固于卡基(2)的两侧，一号天线(L1)的一端连接地，一号天线(L1)的另一端和二号天线(L2)的一端同时连接电源泵(5)的电信号输入端，二号天线(L2)的另一端连接频选接口电路(7)的一个频率信号输入端，电源泵(5)的电源信号输出端连接稳压电路(4)的电源信号输入端，稳压电路(4)的稳定电压信号输出端同时连接随机存储器(8)的电源信号输入端，中控电路(9)的电源信号输入端、电可擦可编程只读存储器(12)的电源信号输入端、只读存储器(13)的电源信号输入端和校验/认证防冲突检测电路(14)的电源信号输入端；

选频接口电路(7)的频率信号输出端连接中控电路(9)的频率信号输入端，中控电路(9)的频率信号输出端连接选频接口电路(7)的另一个频率信号输入端，

中控电路(9)的一个数据输出端连接电可擦可编程只读存储器(12)的数据输入端，中控电路(9)的另一个数据输出端连接只读存储器(13)的数据输入端；

编码电路(11)编码信号输入端连接校验/认证防冲突检测电路(14)的校验认证及数据信号输出端，编码电路(11)编码信号输出端连接中控电路(9)的编码信号输入端，校验/认证防冲突检测电路(14)的判断反馈信号输出端连接中控电路(9)的反馈信号输入端，校验/认证防冲突检测电路(14)的解码后信号输入端连接解码电路(10)的解码后信号输出端，解码电路(10)的信号输入端连接中控电路(9)的操作信号输出端。

2.根据权利要求1所述的一种无源三频多界面智能卡，其特征在于，该智能卡还包括磁条(3)，所述磁条(3)贴在卡基(2)一侧。

3.根据权利要求1所述的一种无源三频多界面智能卡，其特征在于，智能卡芯片(1)还包括复位电路(6)，复位电路(6)的复位信号输出端连接中控电路(9)的复位信号输入端。

4.根据权利要求1所述的一种无源三频多界面智能卡，其特征在于，智能卡芯片(1)还包括随机存取存储器(8)，稳压电路(4)的稳定电压信号输出端连接随机存储器(8)的电源信号输入端，随机存取存储器(8)的双向数据传输端连接中控电路(9)的双向数据传输端。

5.一种无源三频多界面智能卡的自适应工作方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

步骤一、无源三频多界面智能卡的号天线(L1)和一号天线(L2)对所处区域的电磁波进行检测，当检测到电磁波后，一号天线(L1)和二号天线(L2)通过无线耦合接收超过无源三频多界面智能卡的启动电压阀值下限的电磁波，电源泵(5)启动开始发电，并将电压信号发送至稳压电路(4)；

步骤二、稳压电路(4)对接收到的电压信号进行判断，当接收的电压信号大于稳压电路(4)供电启动门限的下限值且小于稳压电路(4)供电启动门限的上限值时，稳压电路(4)为中控电路(9)、电可擦可编程只读存储器(12)、只读存储器(13)和校验/认证防冲突检测电路(14)供电；并执行步骤三，当接收的电压信号小于供电启动门限的下限值或大于供电启动门限的上限值时，稳压电路不供电，返回执行步骤一；

步骤三、选频接口电路(7)接收电源信号后与接收到的电磁波进行频率匹配，中控电路(9)通过选频接口电路(7)调整一号天线(L1)和一号天线(L2)的频点与接收到的电磁波频点相谐振，并对该频点进行锁定，完成与发射电磁波的读写器锁频后，执行步骤四；若频点不能锁定或频点锁定后又失锁，则启动复位电路复位，并返回执行步骤一；

步骤四、中控电路(9)通过选频接口电路(7)接收已锁频的读写器发射的命令信息，同时中控电路(9)将接收的命令信息经解码电路(10)发送至校验/认证防冲突检测电路(14)；校验/认证防冲突检测电路(14)判断接收的读写命令是否冲突，若是，则执行步骤五，否则执行步骤六；

步骤五、校验/认证防冲突检测电路(14)将读写冲突信息反馈给中控电路(9)，中控电路(9)通过选频接口电路(7)将冲突信号返回给耦合区域内的读写器，等待读写器的下一步操作命令；返回执行步骤四；

步骤六、校验/认证防冲突检测电路(14)将检测获得读或写信息反馈给中控电路(9)，中控电路(9)将接收的信息存至电可擦可编程只读存储器(12)，同时读卡器与中控电路(9)进行数据传输，当数据传输完成后，选频接口电路(7)进行频率解锁，稳压电路供电关闭，无源三频多界面智能卡完成一次自适应工作。