CN104732180B

CN104732180B - 非接触式ic卡接收通路自动延时校准装置及其使用方法

Info

Publication number: CN104732180B
Application number: CN201310695916.9A
Authority: CN
Inventors: 杨媛; 范明浩; 豆玉娇; 王晓晖; 安治龙; 毋磊; 张靖云; 姚金科; 韩书光
Original assignee: Beijing Tongfang Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing Tongfang Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: CN104732180A

Abstract

非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置及其使用方法，涉及非接触式IC卡技术领域。本发明自动延时校准装置包括发射通路、接收通路、功能模块、主控单元和天线网络。天线网络依次经接收通路、主控单元和发射通路形成回路，主控单元和功能模块相互连接。其结构特点是，它还包括延时单元、开关单元、计时单元和控制单元。所述接收通路依次通过功能模块和延时单元连接到发射通路，接收通路经过控制单元连接到延时单元。天线网络和接收通路之间连接开关单元，控制单元与计时单元相互连接，控制单元还连接到开关单元。本发明能够自动评估非接触式IC卡的接收通路延时，并根据评估获取的延时信息调整发射信号延时时间，提高卡片兼容性和合格率。

Description

非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及非接触式IC卡技术领域，特别是用于有源非接触式IC卡的自动延时校准装置及其使用方法。

背景技术

感应式RFID系统被广泛使用于信用卡支付、票务系统、公共交通系统以及访问控制（如门禁卡）和身份认证（电子通行证、身份证）等应用中。这类系统以ISO/IEC 14443、15693、18000-3、18092协议为标准，其中主要支持协议为ISO/IEC 14443。工作频段为13.56MHz，支持非接触式IC卡在近场，特别是距离小于10cm的场区内通信。

非接触式IC卡的工作特点是卡片通过感应方式为自身供电，以负载调制方式将数据返回给读卡器。优点是卡片不需独立电源，结构简单，成本低。缺点是读卡器与卡片天线之间耦合系数小，通信距离受限制；对天线尺寸需要足够大（ID1）才能为自身供电和数据交换。随着移动智能终端技术的发展，将上述各项应用集成到手机/SD卡等设备当中成为趋势，这要求非接触式IC卡的天线尺寸足够小才能够集成到手机内部/SD卡内部。

有源非接触式IC卡可以解决上述问题：

有源非接触式IC卡由外部电源单独供电，可以采用电路相对复杂、灵敏度高的接收通路和辐射功率高的发送通路，保证卡片天线尺寸即使成倍缩小也可以有效接收和发送数据。

如图1所示，这种有源非接触式IC卡的结构包括天线网络9、接收通路4、采用锁相环的功能模块7、主控单元8和发射通路2。其中接收通路4由放大单元、整形单元与解调单元组成；发射通路由调制单元、功率放大单元组成。

与无源非接触式IC卡相比，上述有源非接触式IC卡系统结构和功能模块设计更为复杂。并且卡片向读卡器返回数据时，不再是负载调制的方式，而是由卡片内部产生一个13.56M的载波信号，数据与载波信号经调制单元调制后由功率放大单元发送给读卡器。有源非接触式IC卡接收灵敏度高，即使卡天线面积为几个cm²也能在有效距离（10cm）内接收到场信号；发送采用功率放大器大功率驱动天线，即使外部应用环境（金属板遮挡，屏蔽，干扰等）恶劣，在有效距离内读卡器端也能接收到IC卡返回的数据。解决了移动终端设备对IC卡天线小尺寸的要求；若保持天线尺寸与无源非接触式IC卡天线尺寸相同，有源非接触IC卡能在更远的距离外与读卡器建立通信。

若读卡器执行抗冲突流程，场内所有卡片需要在指定的时间点向读卡器返回应答信号。按照ISO/IEC 14443协议，读卡器执行抗冲突流程时，IC卡返回给刷卡器的应答时间间隔FDT（帧延时时间）有严格要求：当IC卡响应读卡器发送的‘REQA’，‘WUPA’，‘ANTICOLLISION’，‘SELECT’四个命令时，要求FDT=1172/1236个场时钟周期，且误差不得超过0.4us（约合5.4个场时钟周期）。

无源非接触式IC卡电路结构简单，不同IC卡信号通路延时指标离散性小，工作时钟是接收到的场信号，因此返回给读卡器的应答信号在时间和相位上差别不会很大，能够被读卡器正确识别。

有源非接触式IC卡相对于无源非接触式IC卡来说，工作时钟是由片上锁相环7提供，无论频率还是相位都与场信号有差异；电路结构更为复杂，通路延时不可忽略；因工艺偏差和环境变化，不同卡片之间的接收/发送通路延时相对变化多会超过0.4us。

在非接触式IC卡通路模块中，电路延时最大的是接收通路。因其包含解调模块，处理的是低频信号（例如106kHz）。发射通路以及接收通路前端一般为放大器和整形电路，处理的是射频信号（13.56MHz），电路延时相对较小。

上述现有技术中，因电路延时过大，工作频率偏差和相位偏差，均会导致多个卡片在向读卡器返回应答信号时，对FDT（帧延时时间）的控制产生较大差异，从而造成刷卡器抗冲突流程执行失败，无法识别卡片。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置及其使用方法。它能够自动评估非接触式IC卡的接收通路延时，并根据评估获取的延时信息调整发射信号延时时间，提高卡片兼容性和合格率。

为达到上述发明目的，本发明提供的技术方案以如下方式实现：

非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置，它包括发射通路、接收通路、功能模块、主控单元和天线网络。天线网络依次经接收通路、主控单元和发射通路形成回路，主控单元和功能模块相互连接。其结构特点是，它还包括延时单元、开关单元、计时单元和控制单元。所述接收通路依次通过功能模块和延时单元连接到发射通路，接收通路经过控制单元连接到延时单元。天线网络和接收通路之间连接开关单元，控制单元与计时单元相互连接，控制单元还连接到开关单元。其中：

延时单元，用于调整非接触式IC卡内部产生的激励信号延时时间。

发射通路，用于将激励信号发送给接收通路或者与接收通路连接的中间单元。

开关单元，用于切断或者连通接收通路，目的是实现对发射信号的暂停或者重新发送控制。

接收通路，包含通路延时信息，测试信号通过接收通路产生延时。

计时单元，用于对等待时间t_ps计时和对接收通路的延时计时。

控制单元，用于控制开关单元和计时单元，以及配置延时单元。

在上述非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置中，所述控制单元包括：

第一控制单元，用于控制开关单元切断或者连通接收通路；

第二控制单元，用于控制计时单元；

设置单元，用于配置延时单元的延时；

运算模块，用于计算实际延时时间，具体为：实际延时量=预设延时量-接收通路延时量。

在上述非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置中，所述算术模块的计算方法采用预置延时时间减去接收通路延时时间。

在上述非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置中，所述功能模块采用锁相环、振荡器或者信号发生器。

根据权利要求1所述的非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置的使用方法，它使用包括延时单元、发射通路、开关单元、接收通路、计时单元、控制单元、功能模块、主控单元和天线网络的装置，其步骤为：

1）卡片上电复位，由主控单元打开自动延时校准流程；

2）主控单元（8）将延时单元（1）的预设值通过控制单元，传递给延时单元；

3）控制单元控制开关单元断开，此时接收通路输入信号变为0；计时单元中的计时器一开始计时；

4）计时器一计满指定时间t_ps后停止，控制单元控制开关单元（3）接通发射通路和接收通路之间的通路；

5）计时器一停止，同时计时单元中的计时器二开始计时；

6）监测接收通路的输出，若监测时间到，则终止流程；否则继续监测；

7）判断接收通路的输出是否有效，若输出有效，则计时器二停止计时；若输出无效，继续检测接收通路的输出；

8）计时单元停止计时后，由控制单元内部的运算单元读取计时单元的结果作为通路延时值，从预设值中减去通路延时值的结果配置给延时单元；

9）配置完成后终止自动延时校准流程。

本发明由于采用了上述结构和使用方法，专门针对非接触式IC卡，特别是有源非接触式IC卡芯片接收通路延时随工艺过程和环境变化而造成的卡片兼容性和合格率下降问题提出一种自动延时校准的方法，结合非接触式IC卡芯片的片上功能模块实现一种自动延时校准装置。本发明能够有效补偿和均衡不同卡片之间通路延时信息，提高卡片至刷卡器读卡器通信阶段FDT（帧延时时间）指标的一致性，从而提高卡片兼容性和合格率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1 为现有技术中有源非接触IC卡电路框图。

图2为本发明装置结构示意图。

图3为本发明装置中控制单元结构示意图。

图4为本发明装置中计时单元结构示意图。

图5为本发明方法流程示意图。

图6 为本发明实施例中自动延时校准方法发射与接收时序示意图。

具体实施方式

参看图2、图3和图4，本发明非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置包括延时单元1、发射通路2、开关单元3、接收通路4、计时单元5、控制单元6、功能模块7、主控单元8和天线网络9。其中，接收通路4依次通过功能模块7和延时单元1连接到发射通路2，接收通路4通过主控单元8连接到发射通路2。主控单元8与功能模块7相互连接。接收通路4经过控制单元6连接到延时单元1。发射通路2依次经天线网络9和开关单元3连接到接收通路4，控制单元6与计时单元5相互连接，控制单元还连接到开关单元3。其中：延时单元1，用于调整非接触式IC卡内部产生的激励信号延时时间。发射通路2，用于将激励信号发送给接收通路4或者与接收通路4连接的中间单元。开关单元3，用于切断或者连通接收通路4，目的是实现对发射信号的暂停或者重新发送控制。接收通路4，包含通路延时信息，测试信号通过接收通路4产生延时。计时单元5，用于对等待时间t_ps计时和对接收通路4的延时计时。控制单元6，用于控制开关单元3和计时单元5，以及配置延时单元1。控制单元6包括：第一控制单元6.1，用于控制开关单元3切断或者连通接收通路4；第二控制单元6.2，用于控制计时单元5；设置单元6.3，用于配置延时单元1的延时；运算模块6.4，用于计算实际延时时间，具体为：实际延时量=预设延时量-接收通路延时量。算术模块6.4的计算方法采用预置延时时间减去接收通路4延时时间。功能模块7采用锁相环、振荡器或者信号发生器。

上述计时单元5中的计时器一5.1用于确定发射信号暂停时间t_ps；计时器二5.2用于确定接收通路延时。

参看图5，本发明非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置的使用方法，其步骤为：

1）卡片上电复位，由主控单元8打开自动延时校准流程；

2）主控单元8将延时单元1的预设值通过控制单元6，传递给延时单元1；

3）控制单元6控制开关单元3断开，此时接收通路4输入信号变为0；计时单元5中的计时器一5.1开始计时；

4）计时器一5.1计满指定时间t_ps后停止，控制单元6控制开关单元3接通发射通路2和接收通路4之间的通路；

5）计时器一5.1停止，同时计时单元5中的计时器二5.2开始计时；

6）监测接收通路4的输出，若监测时间到，则终止流程；否则继续监测；

7）判断接收通路4的输出是否有效，若输出有效，则计时器二5.2停止计时；若输出无效，继续检测接收通路4的输出；

8）计时单元5停止计时后，由控制单元6内部的运算单元6.4读取计时单元5的结果作为通路延时值，从预设值中减去通路延时值的结果配置给延时单元1；

9）配置完成后终止自动延时校准流程。

本发明的自动延时校准方法中，包括：

1）由非接触式IC卡内部产生激励信号；激励信号经过可配置延时后作为发送通路2的输入信号，即在非接触式IC卡内部产生的激励信号需要经过延时可以控制的延时单元1后再作为发射通路2的输入信号。延时单元1的延时控制手段包括但不限于逻辑信号一位/多位控制、电压/电流控制，任何可实现延时时间长度变化的控制方法均包含在内。

2）发射通路2向接收通路4发送测试信号，同时监测非接触式IC卡接收通路4的输出信号。该方法需要发射通路2与接收通路4之间有连接关系并且信号能正常通过，所述连接关系包括但不限于导线，开关、放大器、衰减器或者天线。

3）接收通路4自时刻t₀开始暂停接收测试信号；接收通路4等待t_ps时间后重新开始接收测试信号，同时开始计时。参看图6，波形1为以时序表示的对接收信号的控制时序；波形2为监测到的输出信号时序。等待时间t_ps由非接触式IC卡接收通路4的最长响应时间确定，目的是保证暂停发射信号后，接收通路4输出信号强度在t_ps时间内衰减至可忽略不计。等待时间t_ps结束的时间点假定为t_s，该时刻同时作为接收通路4重新开始接收信号的时间起点，接收通路4延时从此刻开始计算。

4）监测非接触式IC卡接收通路4的输出信号；若输出信号符合特定要求则停止计时；计时结果作为接收通路4的延时数据。计时停止的条件是接收通路4输出信号符合特定要求，所述特定要求需根据非接触式IC卡具体应用和通路特性确定，包括但不限于判决解调门限、信号上升/下降沿或者是特定输出信号波形形状。停止计时的时间点假设为t_p，则t_p与开始计时时间点t_s之差作为计时结果。

5）根据接收通路4的延时数据对激励信号延时进行调整。

本发明并不限于上文讨论的实施方式，以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围；以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims

1.非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置，它包括发射通路（2）、接收通路（4）、功能模块（7）、主控单元（8）和天线网络（9），天线网络（9）依次经接收通路（4）、主控单元（8）和发射通路（2）形成回路，主控单元（8）和功能模块（7）相互连接；其特征在于，它还包括延时单元（1）、开关单元（3）、计时单元（5）和控制单元（6），所述接收通路（4）依次通过功能模块（7）和延时单元（1）连接到发射通路（2），接收通路（4）经过控制单元（6）连接到延时单元（1），天线网络（9）和接收通路（4）之间连接开关单元（3），控制单元（6）与计时单元（5）相互连接，控制单元还连接到开关单元（3）；其中：

延时单元（1），用于调整非接触式IC卡内部产生的激励信号延时时间；

发射通路（2），用于将激励信号发送给接收通路（4）或者与接收通路（4）连接的中间单元；

开关单元（3），用于切断或者连通接收通路（4），目的是实现对发射信号的暂停或者重新发送控制；

接收通路（4），包含通路延时信息，测试信号通过接收通路（4）产生延时；

计时单元（5），用于对等待时间t_ps计时和对接收通路（4）的延时计时；

控制单元（6），用于控制开关单元（3）和计时单元（5），以及配置延时单元（1）。

2.根据权利要求1所述的非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置，其特征在于，所述控制单元（6）包括：

第一控制单元（6.1），用于控制开关单元（3）切断或者连通接收通路（4）；

第二控制单元（6.2），用于控制计时单元（5）；

设置单元（6.3），用于配置延时单元（1）的延时；

运算模块（6.4），用于计算实际延时时间，具体为：实际延时量=预设延时量-接收通路延时量。

3.根据权利要求1所述的非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置，其特征在于，所述功能模块（7）采用锁相环、振荡器或者信号发生器。

4.根据权利要求1所述的非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置，其特征在于，所述计时单元（5）包括计时器一（5.1）和计时器二（5.2）。

5.根据权利要求1所述的非接触式IC卡接收通路自动延时校准装置的使用方法，它使用包括延时单元（1）、发射通路（2）、开关单元（3）、接收通路（4）、计时单元（5）、控制单元（6）、功能模块（7）、主控单元（8）和天线网络（9）的装置，其步骤为：

1）卡片上电复位，由主控单元（8）打开自动延时校准流程；

2）主控单元（8）将延时单元（1）的预设值通过控制单元（6），传递给延时单元（1）；

3）控制单元（6）控制开关单元（3）断开，此时接收通路（4）输入信号变为0；计时单元（5）中的计时器一（5.1）开始计时；

4）计时器一（5.1）计满指定时间t_ps后停止，控制单元（6）控制开关单元（3）接通发射通路（2）和接收通路（4）之间的通路；

5）计时器一（5.1）停止，同时计时单元（5）中的计时器二（5.2）开始计时；

6）监测接收通路（4）的输出，若监测时间到，则终止流程；否则继续监测；

7）判断接收通路（4）的输出是否有效，若输出有效，则计时器二（5.2）停止计时；若输出无效，继续检测接收通路（4）的输出；

8）计时单元（5）停止计时后，由控制单元（6）内部的运算单元（6.4）读取计时单元（5）的结果作为通路延时值，从预设值中减去通路延时值的结果配置给延时单元（1）；

9）配置完成后终止自动延时校准流程。