CN105678202B - 一种射频卡检测电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频卡检测电路及其检测方法。该电路包括主控单元、与门电路、射频专用芯片、天线驱动匹配电路、环形天线、以及整形滤波电路。主控单元的控制信号输出端口和GPIO_1端口分别与门电路的输入端相连，主控单元的GPIO_1端口向与门电路发送控制信号，与门电路的输出端与天线驱动匹配电路相连，用于传递控制信号到天线驱动匹配电路，天线驱动匹配电路和环形天线连接，整形滤波电路接收环形天线的反馈信号并传递到主控单元的ADC端口，主控单元的SPI端口和射频专用芯片的SPI端口相连。本发明提供了一种低功耗的射频卡检测电路及其检测方法。

Description

一种射频卡检测电路及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种射频卡检测电路及其检测方法，属于低功耗射频识别应用领域。

背景技术

RFID(Radio Frequency Identification,无线射频识别，简称射频)技术,被广泛应用于安防等各类身份识别产品。图6是现有技术的射频卡检测电路的结构示意图。如图所示,在这类检测电路中,MCU(Micro Control Unit，简称主控单元)通过对射频专用芯片的寄存器的操作来完成读写射频卡信息,然后完成对持卡人的身份识别。但是射频卡检测电路的功耗很大,在射频完全打开时需要几百mW。同时这类射频专用芯片从复位状态到工作状态需要较长时间的初始化过程，从断电状态到工作状态则需要更长时间。这导致产品在功耗方面无法控制，产品电池的工作寿命也受到限制。

为了降低产品功耗，市场上目前已有的低功耗产品的设计大多是采用持续休眠、间隔寻卡的操作方式。即,每个700ms～1200ms的间隔内通过射频专用芯片打开环形天线,扫描是否有射频卡进入读卡区域内。在图6所示的射频卡检测电路的工作模式下，常规低功耗产品，例如电子锁的功耗分为三个部分：

1.待机功耗。即，产品处于休眠状态下的功耗，约33uW。

2.间隔扫描功耗。每间隔1s左右寻卡一次，主控单元从休眠状态下唤醒，重新复位并初始化射频芯片，通过其扫描读卡区域是否有卡。这个过程约需要5ms，功耗约为330uW～660uW。

3.工作功耗。即，在有卡情况下，判断持卡人身份并进行相关操作的功耗，超过1600uW。但是此类情况要远远少于间隔扫描的频率。

上述情况表明，间隔扫描功耗在整个产品的功耗中占了很大比例，即使是低功耗产品,在由射频专用芯片所启动的间隔扫描中,需要重新复位并初始化射频专用芯片，仍然要损失大量功耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低功耗的射频卡检测电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种射频卡检测电路，包括主控单元、与门电路、射频专用芯片、天线驱动匹配电路、环形天线、以及整形滤波电路,其中:所述主控单元的控制信号输出端口和GPIO_1端口分别与所述与门电路的输入端相连,所述主控单元的GPIO_1端口向所述与门电路发送控制信号,所述与门电路的输出端与所述天线驱动匹配电路相连，用于传递控制信号到所述天线驱动匹配电路，所述天线驱动匹配电路和所述环形天线连接，所述整形滤波电路接收所述环形天线的反馈信号并传递到所述主控单元的ADC端口，所述主控单元的SPI端口和所述射频专用芯片的SPI端口相连，所述主控单元根据ADC端口接收的信号来选择启动向所述射频专用芯片发送读卡指令并接收读卡信息，所述射频专用芯片的发送端和接收端与所述环形天线相连。

根据本发明的一个实施例，主控单元为一个芯片，所述芯片包括所述控制信号输出端口、GPIO_1端口、ADC端口和SPI端口。

根据本发明的一个实施例，射频专用芯片型号是复旦微电子的FM1702SL，或者NXP(恩智浦半导体，是一家半导体公司)的RC632。

根据本发明的一个实施例，主控单元包括主控芯片和射频信号源，所述射频信号源的控制信号输出端口和主控芯片的GPIO_1端口分别与所述与门电路的输入端相连，所述射频信号源的控制信号输出端口向所述与门电路发送控制信号,所述主控芯片的GPIO_1端口向所述与门电路发送控制信号，所述主控芯片通过GPIO_2端口向射频信号源的输入端发送控制信号，所述主控芯片的ADC端口经所述整形滤波电路接收所述环形天线的反馈信号，所述主控芯片的SPI端口和所述射频专用芯片的SPI端口相连,所述主控芯片根据ADC端口接收的信号来选择启动向所述射频专用芯片发送读卡指令并接收读卡信息。

本发明还提供了一种射频卡检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

步骤一：主控单元被定时唤醒；

步骤二：打开射频，主控单元通过与门电路发送射频信号到天线驱动匹配电路，天线驱动匹配电路驱动环形天线进行卡检测；

步骤三：检测主控单元ADC端口的电压值是否超过阈值，整形滤波电路将环形天线反馈信号发送到主控单元的ADC端口,主控单元检测ADC端口的电压值是否超过阈值,如果电压值超过阈值，则进入步骤四；如果电压值未超过阈值，则进入步骤五；

步骤四：主控单元打开射频专用芯片，进行读卡操作；

步骤五：主控单元进入睡眠。

根据本发明的一个实施例，定时唤醒的时间间隔为600ms～1200ms。

本发明设计了由主控单元、与门电路和天线驱动匹配电路组成的独立的卡检测电路，用于检测射频卡是否进入读卡区域,只有在确认有射频卡进入读卡区域时,才启动射频专用芯片，进行读卡操作。该种射频卡检测电路及其相应检测方法降低了射频产品在工作时的功耗。

附图说明

图1是本发明一实施例的射频卡检测电路的结构示意图。

图2是本发明另一实施例的射频卡检测电路的结构示意图。

图3是本发明一实施例的射频卡检测电路的原理图。

图4是本发明一实施例的射频卡检测电路的环形天线设计原理图。

图5是本发明一实施例的射频卡检测方法的流程框图。

图6是现有技术的射频卡检测电路的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图对具体实施方式做出详细说明。

图1是本发明一实施例的射频卡检测电路的结构示意图。如图1所示，射频卡检测电路包括主控单元1、射频专用芯片2、与门电路3、天线驱动匹配电路4、环形天线5和整形滤波电路6。主控单元1为一个芯片,其包括控制信号输出端口、GPIO_1端口、ADC端口和SPI端口。GPIO端口为通用输入/输出端口。ADC(Analog to Digital Converter)端口为模拟到数字端口。SPI(Serial Peripheral Interface)端口为串行外设接口端口。其中,主控单元1的控制信号输出端口和GPIO_1端口分别连接与门电路3的一个输入端。主控单元1的控制信号输出端口向与门电路3发送控制信号。主控单元1的GPIO_1端口向与门电路3发送控制信号,起到开关的作用。与门电路3的输出端与天线驱动匹配电路4相连,用于传递控制信号到天线驱动匹配电路4。天线驱动匹配电路4和环形天线5连接。整形滤波电路6接收环形天线5的反馈信号并传递到主控单元1的ADC端口。主控单元1的SPI端口和射频专用芯片2的SPI端口相连。射频专用芯片2的发送端和接收端与环形天线5相连。主控单元1根据ADC端口接收的信号来选择启动向射频专用芯片2发送读卡指令并接收读卡信息。

在一个实施例中，射频专用芯片2型号采用的是复旦微电子公司的FM1702SL芯片,或者NXP公司的RC632芯片。FM1702SL芯片是基于IS014443标准设计的射频专用芯片2,该芯片采用的是0.6微米CMOS EEPROM工艺制造。可支持ISOl4443typeA协议和MIFARE标准的加密算法，并支持SPI接口。RC632芯片同样是基于IS014443标准设计的射频专用芯片2，除了支持ISOl4443typeA协议，它还支持ISOl4443typeB协议。

图2是本发明另一实施例的射频卡检测电路的结构示意图。如图2所示，主控芯片8包括GPIO_1端口、GPIO_2端口、SPI端口和ADC端口。GPIO端口为通用输入/输出端口。ADC(Analog to Digital Converter)端口为模拟到数字端口。SPI(Serial PeripheralInterface)端口为串行外设接口端口。射频信号源7的控制信号输出端口和主控芯片8的GPIO_1端口分别连接与门电路3的一个输入端，射频信号源7的控制信号输出端口向与门电路3发送控制信号,主控芯片8的GPIO_1端口向与门电路3发送控制信号。主控芯片8通过GPIO_2端口向射频信号源7的输入端发送控制信号。与门电路3的输出端连接天线驱动匹配电路4,并传递到天线驱动匹配电路4。天线驱动匹配电路4和环形天线5连接。整形滤波电路6接收环形天线5的反馈信号并传递到主控芯片8的ADC端口。主控芯片8的SPI端口和射频专用芯片2的SPI端口相连,主控芯片8根据ADC端口接收的信号来选择启动向射频专用芯片2发送读卡指令并接收读卡信息。该射频卡检测电路与图1所示的检测电路的主要区别在于,将图1中的主控单元1拆分成为两部分,一部分是主控芯片8,另一部分是射频信号源7,由主控芯片8和射频信号源7完成主控单元1所有的功能。

图3是本发明一实施例的射频卡检测电路的原理图。如图所示，射频卡检测电路包括射频信号源7、与门电路3和整形滤波电路6。其中该射频信号源7采用的逻辑芯片U1型号为SN74AHC1G00。整形滤波电路6中的芯片Q1的型号为BAS21。主控单元1在间隔固定时间以后被唤醒，GPIO_2端口向射频信号源7的输入端发送控制信号，打开CONTROL_B端口,此时逻辑芯片U1启动工作,产生信号输出到与门电路3。主控单元1的GPIO_1端口连接CONTROL_A端口,将控制信号发送到与门电路3。图3中的电容C4和C5的作用是一起增加驱动天线的能力,提高读卡识别的区域。射频信号通过WAKE端口加载到射频天线电路上。环形天线5上的射频信号通过图2中整形滤波电路6中的Q1检波后，再经过由C6、R2、R3组成的滤波电路，送到CARD_TEST端口，CARD_TEST端口连接主控单元1的ADC端口。

图4是本发明一实施例的射频卡检测电路的环形天线5设计原理图。如图所示，天线驱动匹配电路4由电容C7、C8、C9、C10和电阻R4、R5构成,电容C8用来匹配环形天线5的电感值,使其工作在射频信号的谐振频点。射频卡检测电路与射频专用芯片2的共用环形天线5。ANT1和ANT2端口连接射频专用芯片2的发送端，RFID_RECEIEVE端口连接射频专用芯片2的接收端。当有射频信号输出到天线驱动匹配电路4时,C7、C8、C9、C10与环形天线5组成LC震荡电路,将射频信号发出。

图5是本发明射频卡检测方法的流程框图。卡检测方法包括如下步骤：

步骤一：主控单元1被定时唤醒。主控单元1在间隔固定时间以后被唤醒；

步骤二：打开射频。主控单元1通过与门电路3发送射频信号到天线驱动匹配电路4，天线驱动匹配电路4驱动环形天线5进行卡检测；

步骤三：检测主控单元1的ADC端口的电压值是否超过阈值。当有射频卡进入读卡区域时,由于射频耦合的原理，环形天线5上的能量会通过电磁波传送给卡,导致环形天线5的峰值变低；整形滤波电路6将环形天线5的反馈信号发送到主控单元1的ADC端口,主控单元1检测ADC端口的电压值是否超过阈值,如果电压值超过阈值,则进入步骤四；如果电压值未超过阈值，则进入步骤五；

步骤四：进入读卡操作。主控单元1打开射频专用芯片2；

步骤五：主控单元1进入睡眠。主控单元1在睡眠状态下,整个卡检测电路的待机功耗控制在33uW以内。

根据本发明射频卡检测方法的一个优选，定时唤醒的时间间隔为600ms～1200ms。

本发明设计了由主控单元和与门电路以及天线驱动匹配电路组成单独的卡检测电路和卡检测方法，用于检测射频卡是否进入读卡区域，只有在确认有射频卡进入读卡区域时，才启动射频专用芯片，进行读卡操作。由于简化了射频专用芯片的工作方式，因此不需要对射频专用芯片进行复位和初始化操作，从唤醒主控单元到完成卡检测这部分的时间可以控制在2ms以内,且功耗较低，约为66mW,换算为休眠功耗,约为130uW,大大低于单独使用射频专用芯片进行间隔扫描期间的功耗。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种射频卡检测电路,包括主控单元、与门电路、射频专用芯片、天线驱动匹配电路、环形天线、以及整形滤波电路，其中：

所述主控单元的控制信号输出端口和GPIO_1端口分别与所述与门电路的输入端相连，所述主控单元的GPIO_1端口向所述与门电路发送控制信号,所述与门电路的输出端与所述天线驱动匹配电路相连，用于传递控制信号到所述天线驱动匹配电路，所述天线驱动匹配电路和所述环形天线连接,所述整形滤波电路接收所述环形天线的反馈信号并传递到所述主控单元的ADC端口,所述主控单元的SPI端口和所述射频专用芯片的SPI端口相连，所述主控单元根据从所述ADC端口接收的信号来选择启动向所述射频专用芯片发送读卡指令并接收读卡信息，所述射频专用芯片的发送端和接收端与所述环形天线相连。

2.如权利要求1所述的一种射频卡检测电路,其特征在于,所述主控单元为一个芯片,所述芯片包括所述控制信号输出端口、GPIO_1 端口、ADC端口和SPI端口。

3.如权利要求1所述的一种射频卡检测电路,特征在于，所述射频专用芯片型号是复旦微电子的FM1702SL，或者NXP的RC632。

4.如权利要求1所述的一种射频卡检测电路,其特征在于，所述主控单元包括主控芯片和射频信号源，所述射频信号源的控制信号输出端口和主控芯片的GPIO_1端口分别与所述与门电路的输入端相连，所述射频信号源的控制信号输出端口向所述与门电路发送控制信号，所述主控芯片的GPIO_1端口向所述与门电路发送控制信号，所述主控芯片通过GPIO_2端口向射频信号源的输入端发送控制信号，所述主控芯片的ADC端口经所述整形滤波电路接收所述环形天线的反馈信号，所述主控芯片的SPI端口和所述射频专用芯片的SPI端口相连，所述主控芯片根据ADC端口接收的信号来选择启动向所述射频专用芯片发送读卡指令并接收读卡信息。

5.一种基于权利要求1所述的射频卡检测电路的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：

步骤一：主控单元被定时唤醒；

步骤二：打开射频，主控单元通过与门电路发送射频信号到天线驱动匹配电路，天线驱动匹配电路驱动环形天线进行卡检测；

步骤三：检测主控单元ADC端口的电压值是否超过阈值，整形滤波电路将环形天线的反馈信号发送到主控单元的ADC端口，主控单元检测ADC端口的电压值是否超过阈值，如果电压值超过阈值，则进入步骤四；如果电压值未超过阈值，则进入步骤五；

步骤四：进行读卡操作，主控单元打开射频专用芯片；

步骤五：主控单元进入睡眠。

6.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，步骤一中的定时唤醒的时间间隔为600ms～1200ms。