CN106096471A - 一种低功耗射频卡无开关检卡系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低功耗射频卡无开关检卡系统，其中射频信号发射电路定时通过所述射频发射接收天线向外部一空间范围的射频场内发送电磁波信号；当所述射频场内存在卡片时，卡片会吸收电磁波的能量，并将所述射频信号返回至所述射频信号接收电路；所述功耗电源管理开关电路完成对射频信号接收电路于卡片检测信号处理电路的供电；所述射频信号接收电路用于接收从卡片返回的射频信号；所述卡片检测信号处理电路将检测卡片的返回信号进行处理，根据处理后的信号判断是否有卡片在读卡器的射频场内；当读取到正确的卡片信息后，再进行完整功能的卡片读写操作。本发明提供的低功耗射频卡无开关检卡系统，省去了卡片内的强磁铁和读卡器部分的检测开关。

Description

一种低功耗射频卡无开关检卡系统

技术领域

本发明涉及到检卡技术领域，特别是一种低功耗射频卡无开关检卡系统。

背景技术

传统的接触式智能卡如磁卡、接触式IC卡，识别设备(又称之为读卡器)需要与智能卡接触，然后才能对智能卡进行读写操作。射频卡又称为RF智能卡，识读设备在与智能卡不发生接触的情况下，可以通过无线传输的方式识别智能卡并传输数据，从而实现对智能卡的读写操作。

射频卡工作的基本原理是：

射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC协振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电荷泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到工作条件时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

在实际应用中，由于卡片与读卡器不接触，因此，读卡器不能按照传统的插入检测方式来进行是否有卡片需要读写的检测。目前，大部分的非接触射频卡采用两种方式进行卡片检测，一种是读卡器定时的发送射频读卡信号，当读卡器的射频场内存在有效的卡片时，卡片有接受到正确的读卡信号后会发送卡片内的数据，读卡器根据接收到的数据判断是否存在有效的卡片，完成卡片检测操作。另一种是通过磁开关的方式进行，这需要在卡片内放置一片强磁铁，在读卡器上安装一个磁检测开关，当卡片放置到读卡器附近时，卡片内的强磁铁会引起磁检测开关动作，读卡器根据这个开关的动作状态判断是否存在卡片，完成检测操作。

以上两种检卡方式，第一种方式由于读卡器在发射电磁波和读写卡片数据时需要消耗比较大的电源电流，一般达到10mA。这种方法不适合低功耗系统特别是电池供电的系统，它会大大的缩短电池的使用寿命，对于卡片操作并不频繁的系统，大部分的电源能量消耗在卡片的检测上，这是一种不必要的浪费。

对于第二种检卡方式，因为卡片需要内置强磁铁，这对于卡片制作会增加要求，如卡片需要单独订制，卡片的厚度需要增加，磁铁的位置需要与读卡器配合。另外对于读卡器也需要增加相应磁感应开关，这对于卡片和读卡器的通用性有很大的限制，不利于应用系统的通用性。由于卡片内有强磁铁，当卡片与磁卡放置在一起会对磁卡造成损坏。同时对读卡器部分也需要作防磁处理，对于采用磁感应传感器设备，如电子水表的应用，卡片的磁场会对传感器产生影响，影响设备的功能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低功耗射频卡无开关检卡系统，其包括射频信号发射电路、射频发射接收天线、射频信号接收电路、卡片检测信号处理电路、低功耗电源管理电路以及CPU控制端口及软件功能模块；

所述射频信号发射电路根据所述CPU控制端口及软件功能模块的设定定时通过所述射频发射接收天线向外部一空间范围的射频场内发送电磁波信号；

当所述射频场内存在卡片时，卡片会吸收电磁波的能量，并将所述射频信号返回至所述射频信号接收电路；

所述CPU控制端口及软件功能模块控制所述功耗电源管理开关电路完成对射频信号接收电路于卡片检测信号处理电路的供电；

所述射频信号接收电路用于接收从卡片返回的射频信号并发送至所述卡片检测信号处理电路；

所述卡片检测信号处理电路将检测卡片的返回信号进行处理，所述CPU控制端口及软件功能模块根据处理后的信号判断是否有卡片在读卡器的射频场内；当读取到正确的卡片信息后，再进行完整功能的卡片读写操作。

较佳地，所述射频信号发射电路包括第二开关三极管Q2、第三开关三极管Q3、第一电路限流电阻RA1、第二电路限流电阻RB1，以及一处理器控制接口RFTx；

当需要发送信号时，所述CPU控制端口及软件功能模块通过处理器控制接口RFTx经过一第五电阻R5控制所述第二开关三极管Q2、第三开关三极管Q3按照射频卡的中心频率进行开关，在所述射频发射接收天线上产生振荡，利用射频发射接收天线的电感特性向空间发送电磁波；在不需要进行读写卡处理时关闭激励控制。

较佳地，所述射频信号接收电路通过一二极管D1将所述射频发射接收天线与谐振电容产生的电路信号能量整流后向一第五电容C5充电，实现射频载波信号的检波接收功能；通过一第五电容C5和第七电阻R7组成放电回路，将电路信号转换成处理器能够检测的电压信号。

较佳地，所述卡片检测信号处理电路通过一第四电阻R4将处理器的检测端口与射频信号接收电路连接，处理器根据卡片检测信号的变化趋势分析判断是否有卡片在读卡器的射频场内。

较佳地，所述低功耗电源管理开关电路由MOSFET开关第一三极管Q1实现，所述CPU控制端口及软件功能模块控制开关管Q1的开关，通过一第二电阻R2保证在处理器没有输出时Q1保持关断，通过一第一电容C1为电源提供高频去耦回路，保证工作电源的稳定性；在需要读卡部分工作时才打开电源开关，平时关闭电源开关以节约电源消耗。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的低功耗射频卡无开关检卡系统，省去了卡片内的强磁铁和读卡器部分的检测开关，可以使用任何型式的卡片与读卡器配合，同时由于读卡器部分不需要安装检测开关，天线的放置位置可以根据产品的需要任意放置，并且不需要考虑磁场对于产品其它功能的影响。同时通过软件功能的配合，可以做到超低功耗而不影响检测效果，为低功耗产品特别是电池供电产品的应用省去了很大一部分电池成本，有利于节能环保。

当然，实施本发明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发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的低功耗射频卡无开关检卡系统示意图；

图2为本发明实施例提供的射频信号发射电路示意图；

图3为本发明实施例提供的射频信号接收电路示意图；

图4为本发明实施例提供的卡片检测信号处理电路示意图；

图5为本发明实施例提供的低功耗电源管理开关电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种低功耗射频卡无开关检卡系统，其包括射频信号发射电路、射频发射接收天线、射频信号接收电路、卡片检测信号处理电路、低功耗电源管理电路以及CPU控制端口及软件功能模块；

所述射频信号发射电路根据所述CPU控制端口及软件功能模块的设定定时通过所述射频发射接收天线向外部一空间范围的射频场内发送电磁波信号；

当所述射频场内存在RF卡片时，卡片会吸收电磁波的能量，并将所述射频信号返回至所述射频信号接收电路；

所述CPU控制端口及软件功能模块控制所述功耗电源管理开关电路完成对射频信号接收电路于卡片检测信号处理电路的供电；

所述射频信号接收电路所述射频信号接收电路用于接收从卡片返回的射频信号并发送至所述卡片检测信号处理电路；

所述卡片检测信号处理电路将检测卡片的返回信号进行处理，所述CPU控制端口及软件功能模块根据处理后的信号判断是否有卡片在读卡器的射频场内；当读取到正确的卡片信息后，再进行完整功能的卡片读写操作。

如图2所示，所述射频信号发射电路包括第二开关三极管Q2、第三开关三极管Q3、第一电路限流电阻RA1、第二电路限流电阻RB1，以及一处理器控制接口RFTx；

当需要发送信号时，所述CPU控制端口及软件功能模块通过处理器控制接口RFTx经过一第五电阻R5控制所述第二开关三极管Q2、第三开关三极管Q3按照射频卡的中心频率进行开关，在所述射频发射接收天线上产生振荡，利用射频发射接收天线的电感特性向空间发送电磁波；在不需要进行读写卡处理时关闭激励控制。

如图3所示，所述射频信号接收电路通过一二极管D1将所述射频发射接收天线与谐振电容产生的电路信号能量整流后向一第五电容C5充电，实现射频载波信号的检波接收功能；通过一第五电容C5和第七电阻R7组成放电回路，将电路信号转换成处理器能够检测的电压信号。

如图4所示，所述卡片检测信号处理电路通过一第四电阻R4将处理器的检测端口与射频信号接收电路连接，处理器根据卡片检测信号的变化趋势分析判断是否有卡片在读卡器的射频场内。

如图5所示，所述低功耗电源管理开关电路由MOSFET开关第一三极管Q1实现，所述CPU控制端口及软件功能模块控制开关管Q1的开关，通过一第二电阻R2保证在处理器没有输出时Q1保持关断，通过一第一电容C1为电源提供高频去耦回路，保证工作电源的稳定性；在需要读卡部分工作时才打开电源开关，平时关闭电源开关以节约电源消耗。

本发明实施例提供了一种低功耗射频卡无开关检卡系统，其包括射频信号发射电路、射频发射接收天线、射频信号接收电路、卡片检测信号处理电路、低功耗电源管理电路以及CPU控制端口及软件功能模块；射频信号发射电路在CPU控制端口及软件功能模块的控制下不工作时处理断开状态，不消耗电源，检卡工作时只需要发送50uS左右的电磁波开关，同时由于检卡时只判断是否有卡片在射频场内，载波信号检测转换电路不需要工作，低功耗电源管理开关电路断开，因此极大的减少了电路的功耗。进行检测卡片判断时不需读取卡片内的数据，因此检卡速度非常快，正常情况下小于100uS就能完成全部的检测卡片处理功能。经过测试在3V电压的工作条件下，本系统工作时的检卡电流消耗平均为0.6uA，完全能够满足电池供电产品的应用要求。

使用本系统的一种IC卡预付费阀门装置产品，工作时电流消耗小于20uA，采用通用的18505锂电池进行供电，工作时间可长达10年以上。相比同类产品，可以有效的节约电池的成本1/3以上。

本发明提供的低功耗射频卡无开关检卡系统，省去了卡片内的强磁铁和读卡器部分的检测开关，可以使用任何型式的卡片与读卡器配合，同时由于读卡器部分不需要安装检测开关，天线的放置位置可以根据产品的需要任意放置，并且不需要考虑磁场对于产品其它功能的影响。同时通过软件功能的配合，可以做到超低功耗而不影响检测效果，为低功耗产品特别是电池供电产品的应用省去了很大一部分电池成本，有利于节能环保。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种低功耗射频卡无开关检卡系统，其特征在于，包括射频信号发射电路、射频发射接收天线、射频信号接收电路、卡片检测信号处理电路、低功耗电源管理电路以及CPU控制端口及软件功能模块；

所述射频信号发射电路根据所述CPU控制端口及软件功能模块的设定定时通过所述射频发射接收天线向外部一空间范围的射频场内发送电磁波信号；

当所述射频场内存在卡片时，卡片会吸收电磁波的能量，并将所述射频信号返回至所述射频信号接收电路；

所述CPU控制端口及软件功能模块控制所述功耗电源管理开关电路完成对射频信号接收电路于卡片检测信号处理电路的供电；

所述射频信号接收电路用于接收从卡片返回的射频信号并发送至所述卡片检测信号处理电路；

所述卡片检测信号处理电路将检测卡片的返回信号进行处理，所述CPU控制端口及软件功能模块根据处理后的信号判断是否有卡片在读卡器的射频场内；当读取到正确的卡片信息后，再进行完整功能的卡片读写操作。

2.如权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡系统，其特征在于，所述射频信号发射电路包括第二开关三极管Q2、第三开关三极管Q3、第一电路限流电阻RA1、第二电路限流电阻RB1，以及一处理器控制接口RFTx；

当需要发送信号时，所述CPU控制端口及软件功能模块通过处理器控制接口RFTx经过一第五电阻R5控制所述第二开关三极管Q2、第三开关三极管Q3按照射频卡的中心频率进行开关，在所述射频发射接收天线上产生振荡，利用射频发射接收天线的电感特性向空间发送电磁波；在不需要进行读写卡处理时关闭激励控制。

3.如权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡系统，其特征在于，所述射频信号接收电路通过一二极管D1将所述射频发射接收天线与谐振电容产生的电路信号能量整流后向一第五电容C5充电，实现射频载波信号的检波接收功能；通过一第五电容C5和第七电阻R7组成放电回路，将电路信号转换成处理器能够检测的电压信号。

4.如权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡系统，其特征在于，所述卡片检测信号处理电路通过一第四电阻R4将处理器的检测端口与射频信号接收电路连接，处理器根据卡片检测信号的变化趋势分析判断是否有卡片在读卡器的射频场内。

5.如权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡系统，其特征在于，所述低功耗电源管理开关电路由MOSFET开关第一三极管Q1实现，所述CPU控制端口及软件功能模块控制开关管Q1的开关，通过一第二电阻R2保证在处理器没有输出时Q1保持关断，通过一第一电容C1为电源提供高频去耦回路，保证工作电源的稳定性；在需要读卡部分工作时才打开电源开关，平时关闭电源开关以节约电源消耗。