CN105975885B - 一种ic卡通讯信号的监测器 - Google Patents
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Abstract
一种IC卡通讯信号的监测器，涉及监测器技术领域，其电路包括依次连接的用于读取IC卡和读卡器的通讯信号的信号源获取电路、解码电路、数据组合电路以及接于信号源获取电路和解码电路之间的信号源处理电路，所述信号处理电路包括依次连接的用于滤除基带信号的检波电路、用于滤除直流分量的高通滤波电路和信号放大电路，本发明可在信号源被送入解码电路之前，将其滤除基带信号（即载波信号）和直流分量，再将剩下的调制信号进行放大后再送入FPGA芯片，这样FPGA芯片就可以以较低的频率对经处理后的信号源进行采样，FPGA也无需再用软件对该经处理后的信号源进行简化处理，从而达到减少FPGA的计算机程序的目的。
Description
技术领域
本发明涉及监测器技术领域，特别是涉及一种IC卡通讯信号的监测器。
背景技术
IC卡(Integrated Circuit Card，集成电路卡)，也称智能卡(Smart card)、智慧卡(Intelligent card)、微电路卡(Microcircuit card)或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中，做成卡片形式。IC卡与读写器之间的通讯方式可以是接触式，也可以是非接触式。根据通讯接口把IC卡分成接触式IC卡、非接触式IC和双界面卡(同时具备接触式与非接触式通讯接口)。
IC卡由于其固有的信息安全、便于携带、比较完善的标准化等优点，在身份认证、银行、电信、公共交通、车场管理等领域正得到越来越多的应用，例如二代身份证，银行的电子钱包，电信的手机SIM卡，公共交通的公交卡、地铁卡，用于收取停车费的停车卡等，都在人们日常生活中扮演重要角色。
IC卡是继磁卡之后出现的又一种信息载体。IC卡是指集成电路卡，一般用的公交车卡就是IC卡的一种，一般常见的IC卡采用射频技术与支持IC卡的读卡器进行通讯。
在IC卡或者读卡器出厂之前或者研发过程中，通常需要使用监测器来把IC卡和读卡器在通讯过程中的通讯信号读取出来，为测试人员提供参考数据，以验证设计的预期效果。
现有技术的监测器，其读取到的通讯信号一般为IC卡和读卡器通讯过程的源信号，通讯过程中，一般是利用低频信号(调制信号)来调制高频信号(载波)，而FPGA要对该源信号进行解码前需利用的只有低频信号，因此，FPGA芯片至少要以相当于两倍以上的高频信号的频率去对该源信号进行采样，同时要对采样到的源信号进行复杂的程序处理，才能解码得到准确的数据，因此，需写入FPGA芯片的计算机程序比较复杂。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种IC卡通讯信号的监测器，该IC卡通讯信号的监测器可简化读取到的IC卡和读卡器的通讯信号，以减少FPGA芯片的计算机程序。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种IC卡通讯信号的监测器，包括依次连接的用于读取IC卡和读卡器的通讯信号的信号源获取电路、解码电路和数据组合电路，其特征在于：还包括接于信号源获取电路和解码电路之间的信号源处理电路，所述信号处理电路包括依次连接的用于滤除基带信号的检波电路、用于滤除直流分量的高通滤波电路和信号放大电路。
所述检波电路包括电容C50、检波二极管D7、快速开关二极管D8、电容C52和电阻R56，所述电容C50接于信号源获取电路的输出端与检波二极管D7之间，检波二极管D7的输出端接有快速导通二极管D8，电容C52和快速导通二极管并联，电阻R56和快速导通二极管并联。
所述高通滤波器包括电阻R35、电阻R55、电容C9和电容C49，所述电阻R35和电阻R55并联后接于并联的电容C9和C49的输入端和所述检波电路的输出端之间，所述电容C9和C49并联后的输出端接所述信号放大电路。
所述信号放大电路包括电阻R54、电阻R57、电阻R52和型号为MCP6294的放大器U12，所述电阻R54接于放大器U12的正输入端6和电源之间，所述放大器U12的正输入端6和输出端7之间接所述电阻R52，所述放大器U12的负输入端经所述电阻R57接电源。
所述信号放大电路经开关电路接至模数转换器U2。
所述开关电路为型号是CD4066的芯片U14，所述信号放大电路的输出端接至所述芯片U14的引脚A4，所述芯片U14的引脚B4接至所述模数转换器U2的引脚ANALOG IN。
所述模数转换器U2的输出接FPGA芯片U1的输入端，所述FPGA芯片U1的输出端接MCU芯片U4的输入端，MCU芯片U4的输出端接输出接口电路。
所述模数转换器U2的D1至D8引脚作为8位并行总线与FPGA芯片U1的作为并行总线的8个I/O引脚连接。
所述FPGA芯片U1的4个I/O引脚与型号为AT91SAM7S256的MCU芯片U4的引脚SPCK、引脚SSP_FRAME、引脚SSP_CLK、引脚SSP_DOUT、引脚SSP_DIN。
所述输出接口电路包括USB接口和用于保护USB总线的型号为USBLC6-2的芯片U8，所述MCU芯片U4的引脚DDP经电阻接至芯片U8的I/O2引脚接至USB接口的引脚D+，所述MCU芯片U4的引脚DDM经电阻接至芯片U8的I/O1引脚接至USB接口的引脚D-。
本发明的有益效果：
本发明的IC卡通讯信号的监测器，包括依次连接的用于读取IC卡和读卡器的通讯信号的信号源获取电路、解码电路和数据组合电路，本发明通过设置接于信号源获取电路和解码电路之间的信号源处理电路，所述信号处理电路包括依次连接的用于滤除基带信号的检波电路、用于滤除直流分量的高通滤波电路和信号放大电路，因此，可在信号源被送入解码电路之前，将其滤除基带信号(即载波信号)和直流分量，再将剩下的调制信号进行放大后再送入FPGA芯片，这样FPGA芯片就可以以较低的频率对经处理后的信号源进行采样，FPGA也无需再用软件对该经处理后的信号源进行简化处理，从而达到减少FPGA的计算机程序的目的。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一种IC卡通讯信号的监测器的信号源处理电路和开关电路的示意图。
图2是本发明的一种IC卡通讯信号的监测器的模数转换器的示意图。
图3是本发明的一种IC卡通讯信号的监测器的FPGA芯片的局部示意图。
图4是本发明的一种IC卡通讯信号的监测器的MCU芯片的示意图。
图5是本发明的一种IC卡通讯信号的监测器的输出接口电路的示意图。
图中包括有：
LC谐振电路1；
检波电路2；
高通滤波电路3；
信号放大电路4；
开关电路5。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本实施例的一种IC卡通讯信号的监测器，包括依次连接的用于读取IC卡和读卡器的通讯信号的信号源获取电路、解码电路和数据组合电路，本实施例还包括接于信号源获取电路和解码电路之间的信号源处理电路，所述信号处理电路包括依次连接的用于滤除基带信号的检波电路2、用于滤除直流分量的高通滤波电路3和信号放大电路4。
本实施例的IC卡通讯信号的监测器，包括依次连接的用于读取IC卡和读卡器的通讯信号的信号源获取电路、解码电路和数据组合电路，本发明通过设置接于信号源获取电路和解码电路之间的信号源处理电路，所述信号处理电路包括依次连接的用于滤除基带信号的检波电路2、用于滤除直流分量的高通滤波电路3和信号放大电路4，因此，可在信号源被送入解码电路之前，将其滤除基带信号(即载波信号)和直流分量，再将剩下的调制信号进行放大后再送入FPGA芯片，这样FPGA芯片就可以以较低的频率对经处理后的信号源进行采样，FPGA也无需再用软件对该经处理后的信号源进行简化处理，从而达到减少FPGA的计算机程序的目的。
如图1所示，所述检波电路2包括电容C50、检波二极管D7、快速开关二极管D8、电容C52和电阻R56，所述电容C50接于信号源获取电路的输出端与检波二极管D7之间，检波二极管D7的输出端接有快速导通二极管D8，电容C52和快速导通二极管并联，电阻R56和快速导通二极管并联。
所述高通滤波器包括电阻R35、电阻R55、电容C9和电容C49，所述电阻R35和电阻R55并联后接于并联的电容C9和C49的输入端和所述检波电路2的输出端之间，所述电容C9和C49并联后的输出端接所述信号放大电路4。
所述信号放大电路4包括电阻R54、电阻R57、电阻R52和型号为MCP6294的放大器U12，所述电阻R54接于放大器U12的正输入端6和电源之间，所述放大器U12的正输入端6和输出端7之间接所述电阻R52，所述放大器U12的负输入端经所述电阻R57接电源，通过阻值均为10千欧姆的电阻R54、电阻R57、电阻R52实现的信号放大电路4的增益带宽可达到10MHz。
如图2所示，所述信号放大电路4经开关电路5接至模数转换器U2。
如图1所示，所述开关电路5为型号是CD4066的芯片U14，所述信号放大电路4的输出端接至所述芯片U14的引脚A4，所述芯片U14的引脚B4接至所述模数转换器U2的引脚ANALOGIN。开关电路5用于当监测器需要监测通讯信号时将信号源处理电路处理出来的信号传输至FPGA芯片，当监测器不需要监测通讯信号时，不将信号源处理电路处理出来的信号传输至FPGA芯片，电子开关比机械开关的反应更加灵敏。
所述模数转换器U2的输出接FPGA芯片U1的输入端，模数转换器U2将模拟信号转换为数字信号。
如图4所示，所述FPGA芯片U1的输出端接MCU芯片U4的输入端，MCU芯片U4的输出端接输出接口电路。MCU芯片U4接收FPGA的解码数据并将其组合为ISO14443所约定的格式的命令-响应对(将卡片发的数据约定为响应，将读卡器发的数据约定为命令)，经MCU芯片U4的56脚和57脚送到计算机端展现给用户。
如图3所示，所述模数转换器U2的D1至D8引脚作为8位并行总线与FPGA芯片U1的作为并行总线的60脚至53脚连接。
所述FPGA芯片U1的引脚45、引脚46、引脚32、引脚30和引脚31与型号为AT91SAM7S256的MCU芯片U4的引脚SPCK、引脚SSP_FRAME、引脚SSP_CLK、引脚SSP_DOUT、引脚SSP_DIN。
如图5所示，所述输出接口电路包括USB接口和用于保护USB总线的型号为USBLC6-2的芯片U8，芯片U8可保护USB总线不被静电损坏，所述MCU芯片U4的引脚DDP经电阻接至芯片U8的I/O2引脚接至USB接口的引脚D+，所述MCU芯片U4的引脚DDM经电阻接至芯片U8的I/O1引脚接至USB接口的引脚D-。
信号源处理电路的作用是将获取到的信号源转换为方便FPGA处理的信号，以减少FPGA的计算机程序。
具体做法是:
首先用A转B型USB连接线连接计算机与监测器，将监测器的天线置于需要监测的读卡器及CPU卡正上方，打开计算机端的解析程序，在打开的解析程序界面上点击“连接”和“监听”。当读卡器与CPU卡片产生数据交互后，按下监测器上的按钮开始获取通讯信号，此时，LC谐振电路1的谐振频率为16.5MHz的监测器的兼容性最强，基本能读取到所有IC卡和读卡器的通讯信号，LC并联谐振电路产生的信号通过二极管检波电路21将基于ISO14443通讯协议的CPU卡和读卡器之间通讯的包络信号中的高频信号(即基带信号)滤除，留下低频包络线(即：用于通讯的编码信号)，由于低频包络线中存在一定的直流分量，属于无用信号，需要使用高通滤波器将其滤除,因为高通滤波器的滤波电容的容抗作用，滤波后的信号幅度降低，为了恢复信号幅度，采用了MCP6294集成运放将信号进行放大，信号源即处理完成，接着经电子开关U14的ADC_IN送至模数转换器U2进行模数转换，将数字信号从模数转换器U2的3脚至10脚的8位并行总线送到FPGA芯片UD的并行总线接收，FPGA对ADC输出信号进行ISO14443解码，经FPGA输出至MCU芯片U4的21脚至10脚，MCU芯片U4接收FPGA的解码数据并将其组合为ISO14443所约定的格式的命令-响应对(将卡片发的数据约定为响应，将读卡器发的数据约定为命令)，经MCU芯片U4的56脚和57脚送到芯片U8的DDM和DDP，芯片U8的作用是保护USB总线不被静电打坏，芯片U8再将信号送至USB接口CH1，进而送到计算机端展现给用户。
模数转换器的型号是TLC5540，采样速率达40MSPS。
FPGA芯片是赛灵思XC2S系列。
型号为AT91SAM7S256的MCU是ATMEL公司的ARM7核高速MCU。
本实施例的监测器的以上电路通过各元器件的选型以及组合，形成了稳定性较好的监测器，其在对通讯信号进行监测的过程中不容易出错，由于简化了通讯信号再送入FPGA，在简化FPGA的计算机程序的同时，也提高了FPGA的处理速度，电路整体性能较优。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本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实质和范围。
Claims (9)
1.一种IC卡通讯信号的监测器，包括依次连接的用于读取IC卡和读卡器的通讯信号的信号源获取电路和解码电路，其特征在于：还包括接于信号源获取电路和解码电路之间的信号源处理电路，所述信号源处理电路包括依次连接的用于滤除基带信号的检波电路、用于滤除直流分量的高通滤波电路和信号放大电路；
所述检波电路包括电容C50、检波二极管D7、快速开关二极管D8、电容C52和电阻R56，所述电容C50接于信号源获取电路的输出端与检波二极管D7之间，检波二极管D7的输出端接有快速导通二极管D8，电容C52和快速导通二极管并联，电阻R56和快速导通二极管并联。
2.如权利要求1所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述高通滤波电路包括电阻R35、电阻R55、电容C9和电容C49，所述电阻R35和电阻R55并联后接于并联的电容C9和C49的输入端和所述检波电路的输出端之间，所述电容C9和C49并联后的输出端接所述信号放大电路。
3.如权利要求2所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述信号放大电路包括电阻R54、电阻R57、电阻R52和型号为MCP6294的放大器U12，所述电阻R54接于放大器U12的正输入端6和电源之间，所述放大器U12的正输入端6和输出端7之间接所述电阻R52，所述放大器U12的负输入端经所述电阻R57接电源。
4.如权利要求1或3所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述信号放大电路经开关电路接至模数转换器U2。
5.如权利要求4所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述开关电路为型号是CD4066的芯片U14，所述信号放大电路的输出端接至所述芯片U14的引脚A4，所述芯片U14的引脚B4接至所述模数转换器U2的引脚ANALOG IN。
6.如权利要求5所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述模数转换器U2的输出接FPGA芯片U1的输入端，所述FPGA芯片U1的输出端接MCU芯片U4的输入端，MCU芯片U4的输出端接输出接口电路。
7.如权利要求6所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述模数转换器U2的D1至D8引脚作为8位并行总线与FPGA芯片U1的作为并行总线的8个I/O引脚连接。
8.如权利要求7所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述FPGA芯片U1的4个I/O引脚与型号为AT91SAM7S256的MCU芯片U4的引脚SPCK、引脚SSP_FRAME、引脚SSP_CLK、引脚SSP_DOUT、引脚SSP_DIN。
9.如权利要求6所述的一种IC卡通讯信号的监测器，其特征在于：所述输出接口电路包括USB接口和用于保护USB总线的型号为USBLC6-2的芯片U8，所述MCU芯片U4的引脚DDP经电阻接至芯片U8的I/O2引脚接至USB接口的引脚D+，所述MCU芯片U4的引脚DDM经电阻接至芯片U8的I/O1引脚接至USB接口的引脚D-。
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Address after: 523697 Zhuweitian Yifa Industrial Zone, Fenggang Town, Dongguan City, Guangdong Province Patentee after: Chu Tianlong Co., Ltd. Address before: 523697 Zhuweitian Yifa Industrial Zone, Fenggang Town, Dongguan City, Guangdong Province Patentee before: Guangdong Chutian Dragon Smart Card Co., Ltd. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Denomination of invention: Monitor of IC card communication signals Effective date of registration: 20190507 Granted publication date: 20181221 Pledgee: China Co truction Bank Corp Dongguan branch Pledgor: Chu Tianlong Co., Ltd. Registration number: 2019440000173 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20210322 Granted publication date: 20181221 Pledgee: China Co. truction Bank Corp Dongguan branch Pledgor: CHUTIAN DRAGON Co.,Ltd. Registration number: 2019440000173 |