CN104734314B - 一种有源智能卡 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种有源智能卡，其中，该有源智能卡包括充电线圈、第一转换模块、可充电电池以及近场通讯模块；充电线圈与所述第一转换模块连接，所述第一转换模块与所述可充电电池连接；其中第一转换模块包含有阻抗匹配电路、滤波整流电路以及限压限流电路；其中所述近场通讯模块包括通讯线圈以及近场通讯控制模块；所述充电线圈与所述通讯线圈接收相同频率的电磁波，第一转换模块通过所述阻抗匹配电路、滤波整流电路以及限压限流电路的特殊处理，将通过所述充电线圈吸收到的电磁波，转换可为充电电池充电的电能；使得该有源智能卡在实现传统智能卡读写功能的同时，又可以实现对可充电电池的充电，提高了有源智能卡的可用性。

Description

一种有源智能卡

技术领域

本申请涉及智能卡技术领域，特别是涉及一种有源智能卡。

背景技术

在当今的信息化时代，智能卡在人们的生活中扮演着十分重要的角色，比如门禁卡、银行卡、公交卡等都与人们的日常生活息息相关。

随着智能卡技术的发展，智能卡本身的存储容量、计算能力等技术指标越来越强大。为了保证这些功能的能够顺利运行，通常需要向智能卡的集成电路供电。对于目前的智能卡向集成电路供电的方式可分为有源供电和无源供电两种。其中有源供电智能卡内部配备有电池，通过电池储存的电能为智能卡集成电路供电。而无源供电智能卡则需要在外界提供电能的基础上才能正常工作，例如，安装有RFID/NFC模块的智能卡，在使用时，RFID/NFC模块中的震荡电路的共振频率与服务端电磁场的频率一致，当RFID/NFC模块进入服务端的射频场时，振荡电路起振，电路振荡将产生电子的流动，以二极管将进行电子积累进而形成电压，进而为RFID/NFC芯片等组件供电。无源供电智能卡因其电路集成度高、造价低廉、无需充电维护等特点被广泛应用在交通、银行、门禁等各个行业。而有源供电智能卡不但可以同外界作远距离通讯，还可以显示卡片余额、或者同智能设备进行通讯等。同时因其运算能力强、可主动与智能设备通讯等特点可以在更多场景下应用。

然而有源供电的智能卡内部电池需要每隔一段时间对其充电，现有技术中可以采用有线充电和无线充电两种方式为电池充电，可无论采用有线充电的方式还是无线充电的方式，都需要为智能卡配备专门的充电工具，例如有线充电器以及无线充电座等。而且有线充电的方式使用起来也很不方便。显然无线充电方式更加适用于为智能卡设备的电池充电，目前传统的无线充电加非接刷卡(或称近场通讯)方案均是采用了双频模式，即无线充电使用低频电磁波(如100～150kHz频率的Qi标准)，近场通讯使用高频电磁波(一般采用13.56MHz的NFC标准)。这种双频模式的特点是充电效率高，相互干扰小。但缺点也是非常明显的，即无线充电线圈过大，需要单独配备无线充电底座、无法在近场通讯的同时进行充电等。由于这些原因使得有源供电的智能卡的可用性大大降低。

因此，如何简单方便地对有源供电的智能卡的电池进行充电，提高有源供电智能卡的可用性，是迫切需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种有源智能卡，能够实现对有源智能卡进行读写操作的同时对其可充电电池进行充电。

本申请提供了如下方案：

一种有源智能卡，包括：

充电线圈、第一转换模块、可充电电池以及近场通讯模块；

所述充电线圈与所述第一转换模块连接，所述第一转换模块与所述可充电电池连接；

所述第一转换模块将通过所述充电线圈吸收到的电磁波转换可为充电电池充电的电能；

所述可充电电池用于为所述近场通讯模块供电，所述近场通讯模块用于所述智能卡与智能卡读写设备进行数据传输。

可选地，所述第一转换模块包括阻抗匹配电路、滤波整流电路以及限压限流电路；

其中，所述阻抗匹配电路与所述滤波整流电路连接，所述滤波整流电路与所述限压限流电路连接；

所述阻抗匹配电路用于将通过所述充电线圈吸收到的特定频率的电磁波转化为相应频率的交流电流；

所述滤波整形电路用于将所述交流电流转换为直流电流；

所述限压限流电路，将所述直流电流转换为所述可充电电池需要的标准直流电流。

可选地，还包括电池电量检测模块、充电开关控制模块以及充电开关；

所述电池电量检测模块用于检测所述可充电电池当前储存的电量情况，如检测到的所述可充电电池当前电量大于某一阈值时，所述充电开关控制模块将所述充电开关断开。

可选地，所述近场通讯模块包括通讯线圈以及近场通讯控制模块；

所述通讯线圈用于接收智能卡通讯外场设备发出的电磁波，所述近场通讯控制模块用于对接收到的所述电磁波储存的信息进行分析处理，实现与所述智能卡通讯外场设备的数据传输。

可选地，所述通讯线圈接收的电磁波频率与所述充电线圈接收的电磁波频率一致。

可选地，还包括所述智能卡表面覆盖有隔磁材料，所述隔磁材料具有高磁导率以及低电导率的特性。

可选地，所述隔磁材料覆盖在所述第一转换模块、所述可充电电池以及所述近场通讯控制模块的正反两面，所述充电线圈以及所述近场通讯模块的通讯线圈，由所述隔磁材料的边缘处穿过。

根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

通过本申请，可以实现一种近场通讯与无线充电同步进行的有源智能卡，在一种实现方式下，该有源智能卡包括了充电线圈、第一转换模块、可充电电池以及近场通讯模块。第一转换模块包括阻抗匹配电路、滤波整流电路以及限压限流电路，近场通讯模块包括通讯线圈以及近场通讯控制模块。在对智能卡进行读写操作的同时，充电线圈与通讯线圈同时吸收智能卡读写设备发出的相同频率的电磁波，充电线圈接收的电磁波经过第一转换模块中的阻抗匹配电路、滤波整流电路以及限压限流电路的处理，形成能够为可充电电池充电的标准电流，从而实现为可充电电池充电目的。

另外，通过加装的电池电量检测模块、充电开关控制模块以及充电开关，和在智能卡表面覆盖有隔磁材料，能够减少对近场通讯的电磁场中电磁波的过多占用和浪费，使得该有源智能卡在实现传统智能卡读写功能的同时，又可以实现对可充电电池的充电，从而实现无需修改现有的智能卡读写设备，也无需配备专门的无线充电设备，就可以实现为有源智能卡的可充电电池充电，大大提高了有源智能卡的可用性，为有源智能卡的普及铺平了道路。

当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的有源智能卡的示意图；

图2是本申请实施例提供的有源智能卡的另一示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了使本领域技术人员能够通过本申请实施例更加清楚的理解技术方案，首先对近场通讯技术进行简单的介绍。近场通讯技术是一种近距离的高频无线通讯技术，可以实现电子身份的识别和数据的传输。基于近场通讯技术的发展，非接触式智能卡也随之出现，由于非接触式智能卡可以在一定的距离范围内靠近读卡器表面，通过无线电波的传递来完成智能卡的读写操作，使用起来非常方便，应用范围非常广泛。例如，信用卡、门禁卡等。

由于智能卡在工作时需要有电能的支持，现有技术中，为非接触式智能卡供电主要有源供电和无源供电两种形式，无源供电智能卡工作所需要的电能由外界提供，例如，安装有RFID/NFC模块的无源智能卡，在使用时，RFID/NFC模块中的震荡电路的共振频率与服务端电磁场的频率一致，当RFID/NFC模块进入服务端的射频场时，振荡电路起振，电路振荡将产生电子的流动，以二极管将进行电子积累进而形成电压，进而为RFID/NFC芯片等组件供电。而有源供电智能卡则可以通过自身携带的供电电池获得其所需要的电能。虽然将智能卡安装供电电池使智能卡的多种性能得到大幅度的提升，但是由于电池需要经常性的为其充电，使得其推广使用受到了一定程度限制。

随着无线充电技术的成熟和普及，为智能卡供电电池充电的技术问题也得到了极大的提升。所谓无线充电，又称为感应供电、非接触式感应充电，是利用近场感应，也就是电感耦合，由充电设备(充电器)将能量以电磁波的形式传送至用电的装置，该用电装置将接收到的电磁波转换成电能，使用得到的电能对电池充电，同时供其本身运作。目前无线充电主要使用低频电磁波传输能量的方式，这样可以达到充电效率高的目的。可是由于智能卡在与智能卡读写设备进行数据传输的时候，大都需要使用高频电磁波，这样就需要为有源智能卡配备专门的充电底座，用以发射特殊频率的电磁波，因此现有技术中不能够实现在近场通讯的同时进行充电。

本申请实施例中提供的有源智能卡，可以在智能卡上添加充电线圈以及第一转换模块，该第一转换模块可以将通过充电线圈接收到的高频电磁波，转换成供电电池所需要的标准充电电流，从而实现在近场通讯的同时为电池充电的目的，无需为智能卡的电池配备专门的充电电磁波发射底座，极大的节约了成本，使得有源智能卡的应用范围得以得到很大的提升。

实施例一

参见图1，为本申请实施例一提供的有源智能卡的示意图，如图1所示，该有源智能卡可以包括：充电线圈110、第一转换模块120、可充电电池130以及近场通讯模块140。其中，充电线圈110与所述第一转换模块120连接，所述第一转换模块120与所述可充电电池130连接。所述可充电电池130用于为所述近场通讯模块供电，所述近场通讯模块140用于所述智能卡与智能卡读写设备进行数据传输。如图2所示，所述近场通讯模块140，可以包括通讯线圈141以及近场通讯控制模块142，所述通讯线圈141用于接收智能卡通讯外场设备发出的电磁波，所述近场通讯控制模块142用于对接收到的所述电磁波储存的信息进行分析处理，实现与所述智能卡通讯外场设备的数据传输。

具体实现为可充电电池130充电时，首先当智能卡进入近场通讯信号覆盖范围内后，充电线圈110吸收特殊频率的电磁波，将吸收到的电磁波传输给第一转换模块120，经过该第一转换模块120中特殊电路的处理，将吸收到的电磁波转化成可供所述可充电电池130充电使用的标准电流。具体转化过程可以是，如图2所示，该第一转换模块可以包括：阻抗匹配电路121、滤波整流电路122以及限压限流电路123，通过阻抗匹配电路121的阻抗匹配，也即该阻抗电路121的阻抗可以等于输入阻抗，这样传输效率最高，同时不会有电磁波反射出去，从而使电磁波的利用率大大提升。在具体设计该阻抗电路时，可以综合考虑传输介质的材料特殊性、机械性状以及尺寸等参数，设计出与输入阻抗匹配的电路。通过该阻抗匹配电路121，可以解决传统无线充电设备中需要加装较大线圈来吸收低频电磁波的问题，这样线圈可以根据智能卡的大小来制作，更加适合在智能卡上应用。具体实现时，阻抗匹配电路121可以通过自身携带的振荡电路起振，电路振荡产生电子的流动，以二极管将进行电子积累进而形成电压，从而形成电流，此时形成的电流为与接收到的电磁波频率一致的交流电流。

阻抗匹配电路121将形成的交流电流传输给所述滤波整流电路122，该滤波整形电路122将接收到的交流电流转换为直流电流，具体转化过程可以是，可以采用半波、全波、桥式以及倍压等方式对交流电进行整流处理，整流后输出单方向的脉冲电流，再经过滤波后生成直流电。将生成的直流电传输给限压限流电路123，限压限流电路123将该直流电进行稳压、限压限流等处理，进而将该直流电转化成可充电电池130充电所需要的标准直流电流。例如，可充电电池130为标准锂离子电池，通过限压电路将直流电的电压转化成标准的4.2V，再通过选取合适的限流电路将电流控制在便能够达到可充电电池130的充电需求的标准大小(通常为电池容量的0.1到1.5倍)，使用调整好电压和电流大小的电流完成整个充电过程。

通过本申请实施例介绍的上述充电方式，可以实现通过接收较高频率的电磁波实现为可充电电池130充电的目的，因此，在实际应用中，可以不用额外为实现为智能卡可充电电池充电而特别加装电磁波发射设备，可以实现智能卡在进行读写操作的同时利用近场通讯的电磁场对有源智能卡的可充电电池130充电目的。然而，由于近场通讯电磁场提供的能量有限，当引入无线充电电路后，不可避免的会减弱原进场通讯的通讯性能(具体表现为刷卡距离变短，稳定性降低等)，因此还可以引入无线充电自动断开电路。如图2所示，该无线充电自动断开电路可以包括：电池电量检测模块131、充电开关控制模块132以及充电开关133。电池电量检测模块131对可充电电池130的电量进行实时监控，当发现电池电量高于某一阈值时，判断此时无需对可充电电池130充电，开关控制模块132向充电开关133发出断开充电指示，充电开关133断开结束充电。这时无线充电部分电路处于高阻状态不会吸收近场通讯电磁场中的电磁波，也就不会影响到近场通讯的通讯性能。

由于有源智能卡内部的电子线路以及电池也是电磁场涡流的良导体，也会很大程度上吸收近场通讯电磁成内的电磁波，从而影响近场通讯以及无线充电的性能。基于此种情况，还可以在智能卡表面覆盖特定形状的隔磁材料(图中未示出)，该隔磁材料具有高磁导率以及低电导率的特性。在实际应用中，所述隔磁材料覆盖在所述第一转换模块120、所述可充电电池130以及所述近场通讯控制模块142的正反两面，也即，将智能卡中所有电路部分的表面都覆盖有该隔磁材料，该隔磁材料可以选用超导材料。为了不影响充电线圈110以及通讯线圈141正常接收电磁波，可以将充电线圈110以及通讯线圈141由所述隔磁材料的边缘处穿过。也即将充电线圈110以及通讯线圈141的天线部分的表面不覆盖隔磁材料。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助硬件加必须的软件通用平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分主要以硬件和软件结合的形式体现出来。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备或设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本申请所提供的一种有源智能卡，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (5)

1.一种有源智能卡，其特征在于，包括：

充电线圈、第一转换模块、可充电电池以及近场通讯模块；

所述充电线圈与所述第一转换模块连接，所述第一转换模块与所述可充电电池连接；

所述第一转换模块用于当智能卡进入近场通讯信号覆盖范围内后，将通过所述充电线圈吸收到的电磁波转换可为充电电池充电的电能；

所述可充电电池用于为所述近场通讯模块供电，所述近场通讯模块用于所述智能卡与智能卡读写设备进行数据传输；

所述近场通讯模块包括通讯线圈以及近场通讯控制模块；

所述通讯线圈用于接收智能卡通讯外场设备发出的电磁波，所述近场通讯控制模块用于对接收到的所述电磁波储存的信息进行分析处理，实现与所述智能卡通讯外场设备的数据传输；

其中，所述通讯线圈接收的电磁波频率与所述充电线圈接收的电磁波频率一致。

2.根据权利要求1所述的有源智能卡，其特征在于，所述第一转换模块包括阻抗匹配电路、滤波整流电路以及限压限流电路；

其中，所述阻抗匹配电路与所述滤波整流电路连接，所述滤波整流电路与所述限压限流电路连接；

所述阻抗匹配电路用于将通过所述充电线圈吸收到的特定频率的电磁波转化为相应频率的交流电流；

所述滤波整形电路用于将所述交流电流转换为直流电流；

所述限压限流电路，将所述直流电流转换为所述可充电电池需要的标准直流电流。

3.根据权利要求1所述的有源智能卡，其特征在于，还包括电池电量检测模块、充电开关控制模块以及充电开关；

所述电池电量检测模块用于检测所述可充电电池当前储存的电量情况，如检测到的所述可充电电池当前电量大于某一阈值时，所述充电开关控制模块将所述充电开关断开。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的有源智能卡，其特征在于，还包括所述智能卡表面覆盖有隔磁材料，所述隔磁材料具有高磁导率以及低电导率的特性。

5.根据权利要求4所述的有源智能卡，其特征在于，所述隔磁材料覆盖在所述第一转换模块、所述可充电电池以及所述近场通讯控制模块的正反两面，所述充电线圈以及所述近场通讯模块的通讯线圈，由所述隔磁材料的边缘处穿过。