CN105656574B - Nfc读卡器灵敏度的检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种NFC读卡器灵敏度的检测装置，由模拟卡的接收端、协议分析模块、主控制电路、负载调制幅度调整电路和模拟卡的发射端构成。本发明实现对模拟卡端的返回调制幅度进行定量化的调整，不需要读卡器终端的任何内部信号，完全通过模拟卡端和读卡器的非接触式交互，通过一键操作自动完成对读卡器灵敏度的测量。
Description
技术领域
本发明涉及Near-field-communication(NFC)读卡器，特别是一种NFC读卡器的性能检测装置。
技术背景
在NFC读卡器的性能指标中，接收灵敏度和发射场强指标在ISO/IEC10373-6中已有规范。由于NFC读卡器的模拟的返回一般采用无源负载调制模式，返回信号强度和读卡器的场强正相关。因此通常会尽量提高读卡器的发射场强来提高的NFC通信的距离。但有时仅仅希望提高读卡器场强来提高通信距离的目标并不容易实现。首先，对于一定的读卡器天线尺寸，在天线匹配最优的情况下，进一步提高场强意味着增加天线功放的电流。但是功放电流受限于发射通路的阻抗，因此并不能大幅度的提高。其次，读卡器发射场强的提高经常会导致接收灵敏度的下降，原因是当发射场强提高时，为了使读卡器的接收端不产生信号饱和，往往会整体提高输入信号的衰减比例，此时读卡器接收灵敏度会下降。因此要提高NFC通信的距离，需要同时改进或平衡发射场强和接收灵敏度两个指标。在ISO标准中，读卡器的灵敏度采用在一定的场强下，是否可以在标准的返回调制幅度下通信来判定灵敏度是否达标，需要的返回调制深度越小代表灵敏度越高。一定场强H下的标准返回调制幅度可表达为30/H1.2(见ISO/IEC14443-2)。
当要测试一台NFC读卡器的接收灵敏度时，需要改变NFC读卡器的返回调制幅度，往往用能接受的最小返回调制幅度来表征读卡器相应的读卡灵敏度。普通的做法是采用手动调节卡的负载调制相关的匹配电路参数(如电阻，电容等)来改变返回调制幅度。此方法不仅费时费力，而且调整精度有时也很低。同时需要人工来监控读卡器是否已经正确的识别出卡的返回。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种NFC读卡器灵敏度的检测装置，该装置能全自动测试NFC读卡器的灵敏度。
本发明的技术解决方案如下：
一种NFC读卡器灵敏度的检测装置，由模拟卡的接收端、协议分析模块、主控制电路、负载调制幅度调整电路和模拟卡的发射端构成，所述的模拟卡的接收端的输出端与所述的协议分析模块的输入端相连，该协议分析模块的输出端与所述的主控制电路的输入端相连，该主控制电路的输出端与所述的负载调制幅度调整电路的输入端相连，该负载调制幅度调整电路的输出端与所述的模拟卡的发射端相连，所述的模拟卡的发射端通过天线将射频调制信号向待测的NFC读卡器发射，所述的模拟卡的接收端通过天线接收来自待测NFC读卡器的指令信号。
所述的模拟卡的接收端和所述的模拟卡的发射端共用天线。
本发明的技术效果：
本发明NFC读卡器灵敏度的检测装置，具有模拟非接触式卡(以下简称为模拟卡)的接收和返回功能，采用数字控制的可调负载阻抗网络实现对模拟卡端的返回调制幅度进行定量化的调整。同时对于模拟卡端的返回是否被读卡器正确识别不用通过读卡器终端的内部解码信号，而是通过模拟卡端是否接收到读卡器发出的后续指令来加以判断(只有模拟卡端的返回信号被读卡器正确识别后，此后续指令才能发出)。此判断信息输入控制电路，产生相应的控制信号来数字化调整可调负载网络的参数，最终自动得到可使读卡器正确识别的模拟卡端的最小返回调制幅度。此发明不需要读卡器终端的任何内部信号，完全通过模拟卡端和读卡器的非接触式交互，通过一键操作自动完成对读卡器灵敏度的测量。
附图说明
图1是本发明NFC灵敏度检测装置的结构示意图。
图2给出了控制电路的控制流程图。
图3给出了指令分析模块的工作时序图。
图4给出了负载调整电路的电路示意图。
图5给出了NFC灵敏度测试装置的具体实现图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了具体的实施方法，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图1是本发明装置的结构图。由图可见本发明NFC读卡器灵敏度的检测装置，由模拟卡的接收端101，协议分析模块102，主控制电路103，负载调制幅度调整电路104和模拟卡的发射端105构成，所述的模拟卡的接收端101的输出端与所述的协议分析模块102的输入端相连，该协议分析模块102的输出端与所述的主控制电路103的输入端相连，该主控制电路103的输出端与所述的负载调制幅度调整电路104的输入端相连，该负载调制幅度调整电路104的输出端与所述的模拟卡的发射端105相连，所述的模拟卡的发射端105通过天线将射频调制信号向待测的NFC读卡器发射，所述的模拟卡的接收端101通过天线接收来自待测NFC读卡器的指令信号。
模拟卡的接收端101，用来接收读卡器发出的指令。此接收端具有对ISO/IEC14443指令解码的能力，可以输出代表指令的数字代码。协议处理模块102可以对接收端101输出的数字代码进行分析，确定是哪条指令，并对在规定时间内是否接收到相应指令或指令等待超时等进行分析，并能产生相应的数字返回调制质信号。主控制模块103具有根据协议处理模块102输出和外部开关实现状态跳转和控制的功能。当此检测装置和NFC读卡器实现交互通信时，控制模块的输出会改变负载调制幅度调整电路104的相关参数。模拟卡的发射端105负责接收到相应的读卡器指令后发送相应的返回指令，同时它的返回信号的幅度受到负载调制幅度调整电路104状态的控制。
主控制电路103是该检测电路的核心模块，分析接收到的指令状态并用来控制发射端，参照图2下面就对这个模块更为详细的加以说明。检测电路上电后就处于等待开始检测按键的状态，此时其他各个模块都处于工作状态，控制电路模块和负载调制幅度调整模块处在初始的状态。
按下开始按键，控制电路需要判断在T1(可调时间参数)的时间内是否接收到读卡器发出的询卡指令(REQA或REQB)，如果没有收到，就会显示未收到读卡器指令，控制电路回到等待重新开始状态。如果收到询卡指令，模拟卡的 发射端就会发出对询卡指令的应答。接着控制电路就会对是否在T2(可调时间参数)的时间内是否接收到读卡器发出的选卡指令(SELECT或ATTRIB)，如果没有收到就会增加一档负载调整电路的调制深度，同时复位模拟卡接收端的状态，回到判断在T1(可调时间参数)的时间内是否接收到读卡器发出的询卡指令的状态。如果收到选卡指令，就结束检测并记录当前负载调整电路的档数，同时等待重新开始测试。
图3给出了指令分析模块的工作时序图。读卡器发出的指令1在被模拟卡的接收端收到后，通过协议处理模块中具有ISO/IEC 14443协议解码功能的电路解码出指令代码。通过查找存储器中的对应表，可以分析出是哪条指令，整个指令分析的时间延迟为Td。只有到第二条指令被正确解码识别后，已识别指令的状态才会转到第二条指令被识别。
此检测电路的另一个重要的模块是负载调制幅度调整电路104，此电路有多种实现的方式，其中的一种实现方式在图4中给出。其中N1-N2位的译码电路141将主控制电路103输出的N1位二进制控制码转换为N2位的开关阵列的使能信号。这些使能信号和返回调制信号通过与门142等逻辑相乘后最终去驱动NMOS开关143等。开关阵列的每一条支路对于负载调整电路的影响大小由负载电阻144等的具体数值来决定。其实电路中的纯电阻阵列可以换成电容或电感或它们的组合来获得更好的负载调制幅度的调整能力。在图4上也显示了模拟卡发射端105的一种简单实现方式，发射天线152和并联电容151构成了并联谐振的发射电路。图中的负载调整电路和模拟卡的发射端电路都采用了单端电路形式，当然也可以进一步优化采用双端电路的形式。
本发明可以与NFC读卡器之间通过非接触模式交互应答并实现一键自动测试NFC读卡器的灵敏度。
应用实例：
为验证本发明提出的NFC读卡器灵敏度检测电路的有效性，我们基于一颗符合ISO/IEC 14443Type A协议的全卡芯片(包括了模拟卡的接收端101和协议处理模块102)设计了一套具体的电路，如图5所示。接收端101的输入端接回到发射端105的天线端，也就是共用了发射端的天线。主控制电路采用意法半导体的STM32微处理器芯片。其中协议处理模块的功能由全卡在指令返回阶段的一 个指示信号和微处理器共同完成。其工作原理如下：对应于每条读卡器指令，全卡在产生相应的返回信号时，同时产生一个指示处在数据返回状态的1位指示信号(没有返回时为高电平，有返回时为低电平)。微处理器去检测该指示信号的低电平时间长短来判断是接收到了哪条指令。通过是否接受到NFC读卡器设备的确认指令来控制负载调制幅度调整电路104,负载调制幅度调整电路104按照给定的调制深度和协议处理模块102提供的数字调制信号通过发射端105返回对NFC读卡器设备的应答信号。表1给出了实例中采用的4-6位译码电路的输入输出对应关系，6个支路的负载电阻值也列在表格中。该负载调制电路的动态范围可达20dB，调整精度为1.3dB。整套电路稳定可靠，能较好的完成对于Type A类型的NFC读卡器的灵敏度的检测。
表1
| 分支1 | 分支2 | 分支3 | 分支4 | 分支5 | 分支6 | |
| 灵敏度代码 | R1＝0 | R2＝100 | R3＝499 | R4＝1000 | R5＝1500 | R6＝2000 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 |
| 5 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 6 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 7 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 8 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 9 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
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| 12 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 13 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 14 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 15 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
综上所述，本发明的优点：
(1)采用非接触式交互应答的方式实现无需拆机即可测得NFC设备的接收灵敏度指标。
(2)采用全协议处理模块和配置灵活的微处理器可以对全部的NFC协议设备进行灵敏度指标检测
(3)通过可靠的指令应答处理流程完成一键自动操作，最大程度简化了 NFC设备灵敏度检测的流程并缩短了测试时间
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种NFC读卡器灵敏度的检测装置，其特征在于该装置由模拟卡的接收端、协议分析模块、主控制电路、负载调制幅度调整电路和模拟卡的发射端构成，所述的模拟卡的接收端的输出端与所述的协议分析模块的输入端相连，该协议分析模块的输出端与所述的主控制电路的输入端相连，该主控制电路的输出端与所述的负载调制幅度调整电路的输入端相连，该负载调制幅度调整电路的输出端与所述的模拟卡的发射端相连，所述的模拟卡的发射端通过天线将射频调制信号向待测的NFC读卡器发射，所述的模拟卡的接收端通过天线接收来自待测NFC读卡器的指令信号，所述的协议分析模块可以对模拟卡的接收端输出的数字代码进行分析，确定是哪条指令，并对在规定时间内是否接收到相应指令或指令等待超时进行分析，并能产生相应的数字返回调制信号，所述的主控制电路可以根据负载调制幅度调整电路的当前档数来换算得到NFC读卡器的灵敏度数值。
2.根据权利要求1所述的NFC读卡器灵敏度的检测装置，其特征是所述的模拟卡的接收端具有对ISO/IEC14443指令解码的能力，可以输出代表指令的数字代码。
3.根据权利要求1所述的NFC读卡器灵敏度的检测装置，其特征是所述的主控制电路根据协议处理模块输出并利用外部开关实现状态跳转和控制。
4.根据权利要求3所述的NFC读卡器灵敏度的检测装置，其特征是所述的主控制电路是检测装置和NFC读卡器实现交互通信时，主控制模块的输出会改变负载调制幅度调整电路的相关参数，从而改变发射端的返回信号强度，在开始通信前主控制模块的输出让调制幅度调整电路和发射端处于最小返回强度状态。
5.根据权利要求3所述的NFC读卡器灵敏度的检测装置，其特征是所述的主控制电路在按下测试键后，根据协议分析模块输出判断是否收到询卡指令并做如下控制：在规定时间内没有收到询卡指令则让主控制电路回到等待测试键按下状态，在规定时间内收到询卡指令则让发射端在初始返回强度下返回对询卡指令的应答。
6.根据权利要求3所述的NFC读卡器灵敏度的检测装置，其特征是所述的主控制电路在发射端返回了对询卡指令的应答后，通过协议分析模块继续判断是否收到选卡指令并做如下控制：在规定时间内没有收到选卡指令，则控制负载调制幅度调整电路增加一档，从而提高一档发射端返回信号强度，同时复位接收端和协议分析模块状态让其重新接收询卡指令并返回对询卡指令的应答；在规定时间内接收到选卡指令，则结束测量并记录负载调制幅度调整电路的当前档数。
7.根据权利要求1所述的NFC读卡器灵敏度的检测装置，其特征是所述的负载调制幅度调整电路和模拟卡的发射端接收主控制电路的控制输出和协议分析模块的返回指令输出，向NFC读卡器返回指定信号强度的返回信号。
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Denomination of invention: Detection device for sensitivity of NFC card reader Effective date of registration: 20220110 Granted publication date: 20190322 Pledgee: Pudong Shanghai technology financing Company limited by guarantee Pledgor: Shanghai Quanray Electronics Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000006 |
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Date of cancellation: 20230512 Granted publication date: 20190322 Pledgee: Pudong Shanghai technology financing Company limited by guarantee Pledgor: Shanghai Quanray Electronics Co.,Ltd. Registration number: Y2022310000006 |
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