CN106326800A - 一种rf卡读卡器的通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RF卡读卡器的通信方法，根据零个数计数器中零的个数来判断阈值是否合适。在上电模拟前端电路稳定以后，从最高阈值开始往下调节，零的个数多说明阈值太高产生毛刺，从当前阈值中减去固定的阈值步长，并等待模拟电路切换阈值完成后继续进行下一轮判断，直到判断零的个数达到规定范围，使阈值达到最佳，或者调解到最小的阈值。本发明在1.5A/m～7.5A/m的场强范围内，对于ISO/IEC14443TypeA协议规定的多种的天线波形，能自动地选择比较器阈值，输出pause宽度接近3μs的解调数据。

Description

一种RF卡读卡器的通信方法
技术领域
本发明涉及读卡器，特别是指一种RF卡读卡器的通信方法。
背景技术
RFID（射频识别）是利用无线方式对电子数据载体( 电子标签) 进行识别的一种新兴技术。与接触式IC 卡和条形码识别等系统比较，它有着巨大的优势。利用射频识别技术，能有效实现对数量大、分布区域广的信息进行智能化管理，达到高效快捷运作的目的，特别是在第二代身份证、物流、交通航运、自动收费、超市、门禁系统管理、服务领域等方面有着广泛的应用前景。13.56M RFID 技术应用场合众多, 卡片类型众多，目前部署数量最大。
根据ISO/IEC14443-2A协议规定，智能卡读卡器产生耦合到IC卡的RF电磁场，用以传送能量和双向通信。RF场的场强范围是1.5A/m～7.5A/m，载波频率fc为13.56MHz±7kHz。数据传输率=13.56MHz/128=106Kb/s,一位数据所占的时间周期为9.4us。调制方式采用100%的ASK（幅度键控调制），在RF场中创造一个“间隙（pause）”来传输二进制数据。100%ASK调制信号经解调电路后，输出波形VA为包络检波器在A点输出的输出的RF包络信号，其直流由电压跟随放大器固定在600mV，DIN为VA与阈值电压Vref在比较器中比较后得到解调数据。
国际规范规定了三种典型的天线波形：一种正常情况（t1=3μs，t2=1.4μs）和两种极端情况（极端情况1：t1=3μs，t2=0.5μs；极端情况2：t1=2μs，t2=0.7μs）。每种情况在不同的场强下天线波形都会有不同的变化，极端情况下包络波形随场强增大的大致变化趋势。
2012年4月发表在《中国集成电路》中的论文“双界面智能卡芯片中盲区问题的分析与解决”对盲区问题进行了研究：由于场强变化范围大，在3A/m～6A/m的场强下天线波形下降速度慢，并且下降过程有一个过渡区，包络波形与固定阈值比较得到的解调数据pause宽度很窄，只有0.5μs，与规范的3μs宽度相差很大。后来即使改进模拟电路，最终得到的pause宽度仍然只有1.8μs。
由此可以看出，非接触式智能卡天线波形的变化非常大，由模拟电路得到的包络波形变化也是很大的。如果比较器的比较阈值是固定值，不同情况下得到的Pause的宽度变化会很大。以阈值选在300mV（满幅电压定在600mV）为例，最小的时候宽度可以到0.5μs，而标准的pause宽度是3μs。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种RF卡读卡器的通信方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种RF卡读卡器的通信方法，根据不同的场强和天线波形自动调节比较器阈值的大小，包括以下步骤：步骤1，解调系统模拟前端通过整流稳压电路和时钟恢复电路由天线接收的RF载波信号中获取非接触式智能卡工作需要的直流电压和时钟；步骤2，智能卡进场进行上电初始化配置；步骤3，等待一段时间确认模拟前端电路稳定以后，由时钟脉冲采样模拟前端比较器的输出，记录采样次数和采样得到的零的个数；步骤4，根据采样结果进行判断，如果采样次数没有达到上限时零的个数已达到设定的上限值，说明现有的阈值太高，从当前阈值中减去固定的阈值电压步长，得到新的阈值；如果采样次数达到上限但是零的个数没有达到上限值，说明当前阈值合适，不进行阈值调节；步骤5，等待一段时间，使模拟前端电路完成阈值切换，然后继续采样包络检波的输出与新的阈值比较的结果；并进行下一轮步骤4所述的判断；步骤6，如果阈值达到最小阈值，或者已经得到合适的阈值，则停止调节，本次调节结束，智能卡等待读卡器发送的的数据进行数据解调；步骤7，智能卡回复读卡器的数据之后，初始化阈值，重新开始阈值调节，重复步骤3～6，直到智能卡与读卡器通信结束离开磁场。
所述RF载波信号采用曼彻斯特ISO 14443编码调制信号，正交解调使用了两个不同的时钟，即相位相差90度的Q时钟和I时钟，两副载波信号的放大和滤波，然后通过电路解调成数字信号。
所述阈值调节过程在有效通信数据到达之前完成。
所述智能卡进场上电初始化配置将阈值初始化为最高值，阈值调节由高向低进行。
本发明的有益效果：在1.5A/m～7.5A/m的场强范围内，对于ISO/IEC14443TypeA协议规定的多种的天线波形，能自动地选择比较器阈值，输出pause宽度接近3μs的解调数据。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1为本发明RF卡读卡器通信方法的流程图。
具体实施方式
参阅图1所示，为本发明的一种RF卡读卡器的通信方法，包括以下步骤：
步骤1，模拟前端通过整流稳压电路和时钟恢复电路由天线接收的RF载波信号中获取非接触式智能卡工作需要的直流电压和时钟；
步骤2，智能卡进场进行上电初始化配置：设定判断计数次数上限CNT_TIMES为100次，允许出现的零个数上限NUM0为3。阈值调节的最高阈值Vmax=550mV，最低阈Vmin=300mV，阈值调节步长ΔV=25mV，从最高阈值到最低阈值共11个阈值档，对应Vref_config4比特数据A～0。初始化延时等待时间PRE_TIME为50*(1/fc)，阈值切换等待时间WAIT_TIME为10*(1/fc)，其中fc=13.56MHZ。配置完成后调节使能信号有效tune_en为1，阈值初始化为最高阈值；
步骤3，由延时模块延时PRE_TIME的时间，确认模拟前端电路稳定以后，采样模块用13.56MHZ的时钟脉冲采样模拟前端比较器的输出，采样次数计数器记录采样次数，零个数计数器记录采集到的零电平的个数；
步骤4，判断模块根据两个计数器的值与各自的上限值进行比较判断。如果在采样次数没有达到上限时零的个数已达到设定的上限值，说明现有的阈值太高，调节模块将当前阈值减去固定阈值电压步长得到新的阈值调节控制信号Vref_config输出至模拟前端，由模拟前端完成阈值切换；如果采样次数达到上限但是零的个数没有达到上限值，说明现在的阈值合适；
步骤5，由延时模块延时WAIT_TIME的时间，等待模拟前端电路完成阈值切换，然后继续采样包络检波的输出与新的阈值比较的结果；并进行下一轮步骤4所述的判断；
步骤6，如果阈值达到最小阈值，或者已经得到合适的阈值，则停止调节，由判断模块输出tune_over为1，调节控制模块检测到tune_over信号有效以后使调节使能信号tune_en恢复为0，智能卡等待读卡器发送的的数据进行数据解调；
步骤7，智能卡回复读卡器的数据之后，重新开始阈值调节，使能信号tune_en=1，初始阈值仍然是最高阈值，重复步骤3～6，直到智能卡与读卡器通信结束离开磁场。
本实施例的硬件电路在中芯国际集成电路制造有限公司180nm工艺下进行设计，最终芯片测试可知，针对1.2A/m～8A/m的场强范围和国际标准规定的三种天线波形情况，都能选择最佳的阈值比较得到接近标准的pause宽度的解调数据。
其中，所述RF载波信号采用曼彻斯特ISO 14443编码调制信号，正交解调使用了两个不同的时钟，即相位相差90度的Q时钟和I时钟，两副载波信号的放大和滤波，然后通过电路解调成数字信号。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种RF卡读卡器的通信方法，其特征在于：根据不同的场强和天线波形自动调节比较器阈值的大小，包括以下步骤：步骤1，解调系统模拟前端通过整流稳压电路和时钟恢复电路由天线接收的RF载波信号中获取非接触式智能卡工作需要的直流电压和时钟；步骤2，智能卡进场进行上电初始化配置；步骤3，等待一段时间确认模拟前端电路稳定以后，由时钟脉冲采样模拟前端比较器的输出，记录采样次数和采样得到的零的个数；步骤4，根据采样结果进行判断，如果采样次数没有达到上限时零的个数已达到设定的上限值，说明现有的阈值太高，从当前阈值中减去固定的阈值电压步长，得到新的阈值；如果采样次数达到上限但是零的个数没有达到上限值，说明当前阈值合适，不进行阈值调节；步骤5，等待一段时间，使模拟前端电路完成阈值切换，然后继续采样包络检波的输出与新的阈值比较的结果；并进行下一轮步骤4所述的判断；步骤6，如果阈值达到最小阈值，或者已经得到合适的阈值，则停止调节，本次调节结束，智能卡等待读卡器发送的的数据进行数据解调；步骤7，智能卡回复读卡器的数据之后，初始化阈值，重新开始阈值调节，重复步骤3～6，直到智能卡与读卡器通信结束离开磁场。
2.根据权利要求1所述的一种RF卡读卡器的通信方法，其特征在于：所述RF载波信号采用曼彻斯特ISO 14443编码调制信号，正交解调使用了两个不同的时钟，即相位相差90度的Q时钟和I时钟，两副载波信号的放大和滤波，然后通过电路解调成数字信号。
3.根据权利要求1所述的一种RF卡读卡器的通信方法，其特征在于：所述阈值调节过程在有效通信数据到达之前完成。
4.根据权利要求1所述的一种RF卡读卡器的通信方法，其特征在于：所述智能卡进场上电初始化配置将阈值初始化为最高值，阈值调节由高向低进行。
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