CN107111773A - 电力负载管理 - Google Patents

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Abstract

一种用于无源RFID卡202的电路，其包括用于接收RF信号的天线208，用于控制RFID卡202的输出的RFID芯片210，以及与RFID芯片210分离且包括指纹传感器230的生物识别处理装置220。天线208具有第一对端子222、224和第二对端子222、233，其中当RF信号由天线208接收时，第一对端子222、224接收跨越天线产生的全电压，而第二对端子222、233接收比跨越第一对端子产生的电压低的电压。在第一操作模式中，生物识别传感器230扫描指纹数据并将其与预先存储的指纹数据进行比较，而在第二操作模式中，RFID芯片210与RFID扫描器204通信。开关234经控制，使得当电路在第一操作模式下操作时，生物识别处理装置220由跨越第一对端子222、224产生的电压供电，并且使得在第二操作模式中生物识别处理装置220由跨越第二对端子222、233产生的电压供电。

Description

电力负载管理
技术领域
本发明涉及RFID装置中的电力负载管理，并且具体地涉及包括需要电力的附加部件(例如生物识别传感器)的无源RFID装置中的电力负载管理。
背景技术
图1示出了典型的无源RFID装置2的架构。上电的RFID读取器4经由天线6发射信号，对于由恩智浦半导体(NXP Semiconductors)制造的和系统，通常该信号为13.56MHz，而对于HID Global公司制造的低频产品，该信号可为125kHz。该信号由RFID装置2的天线8(其包括调谐线圈和电容器)接收，且然后传递到RFID芯片10。所接收的信号由桥式整流器12整流，并且整流器12的DC输出被提供给控制来自芯片10的消息传送的控制逻辑14。
从控制逻辑14输出的数据连接到跨越天线8连接的场效应晶体管16。通过接通和断开晶体管16，可以由RFID装置2发射信号并且由读取器4中的适当控制电路18对信号进行解码。这种类型的信令被称为反向散射调制且其特征在于读取器4用于将返回消息推向(power)其自身。
已经提出将生物识别传感器(例如指纹扫描器)结合到无源RFID装置中。然而，生物识别传感器具有相对高的电力需求，且因此需要对电力负载进行精确的管理。
发明内容
本发明提供一种用于无源或半无源RFID装置的电路，其包括：用于接收RF信号的天线，该天线具有第一和第二对端子，其中第二对端子中的至少一个端子连接到在第一对端子之间的天线，由此使得当RF信号由天线接收时，跨越第二对端子产生的电压低于跨越第一对端子产生的电压；用于控制RFID装置的输出的第一处理装置，其中第一处理装置由跨越天线产生的电压供电，优选地由跨越第一对端子产生的电压供电；和与第一处理装置分离的第二处理装置；其中电路具有第一和第二操作模式，第二处理装置在第一操作模式期间比在第二操作模式中需要更多的电力；并且其中电路被布置为当电路在第一操作模式下操作时使用跨越第一对端子产生的电压为第二处理装置供电，并且当电路在第二操作模式下操作时使用跨越第二对端子产生的电压为第二处理装置供电。
如本文所使用的，术语“无源RFID装置”应当理解为意指其中第一处理装置(例如RFID芯片)仅由从RF激励场收集(例如由RFID读取器产生)的能量供电的RFID装置。也就是说，无源RFID装置依赖于RFID读取器来供应其用于广播的电力。无源RFID装置通常不包括电池，但是可以包括电池从而为电路的辅助部件供电(但不进行广播)；此类装置通常被称为“半无源RFID装置”。
在本发明中，第二处理装置也仅由收集的能量供电。然而，以这种方式仅可以收集低水平的能量，且因此重要的是，精确管理由电路汲取的电力。如果激励场过载，则第一处理装置将不接收足以广播返回信号的电力。
本发明通过使用具有不同电压输出的第一和第二对端子的天线来克服这个问题。当第二处理装置在高电力操作模式下操作时，供应较大电压，但是当在低电力操作模式下操作时，供应较小的电压，从而确保为第一处理装置保留至少最小电压水平以允许广播信号。
优选地，如上所述，第一处理装置在第二操作模式中与RFID扫描器通信，例如通过反向散射调制。因此，在第二模式中，输入RF信号的一部分不被传递到第二处理装置，而是被保留用于第一处理装置以确保其具有进行广播的足够电力。
第二处理装置优选地包括生物识别传感器诸如指纹扫描器。此类装置具有相对高电力要求，否则会防止第一处理装置接收足够的电力。
优选地，在第一操作模式中，生物识别传感器扫描生物识别数据并将其与预先存储的生物识别数据进行比较。这部分处理具有最高电力需求，且因此在该时间期间优选地使所有收集的电压可用于第二处理装置。
在一些实施例中，电路可以包括具有第一状态和第二状态的开关(诸如晶体管)，其中当开关处于第一状态时，第二处理装置由跨越第一对端子产生的电压供电，而当开关处于第二状态时，第二处理装置由跨越第二对端子产生的电压供电。
开关可以被控制为当电路在第一操作模式下操作时处于第一状态并且当电路在第二操作模式下操作时处于第二状态。
为了产生比跨越第一对端子电压低的跨越第二对端子的电压，第一对端子可以连接到天线，使得跨越端子的电压是跨越天线的第一长度(优选为天线的全长)产生的电压，并且第二对端子可以连接到天线，使得跨越端子的电压是跨越天线的第二长度产生的电压，该第二长度比第一长度短。天线的两个长度优选地重叠；也就是说，跨越天线的一部分产生的电压供应至这两组端子。
在一些实施例中，第一对端子中的一个端子也可以是第二对端子中的端子。因此，在使用开关的情况下，开关可以连接第一和第二对端子中的另一个端子。因此，单个开关可以用于在第一对端子和第二对端子之间将电源切换到第二处理装置。
虽然第一对端子可以沿着天线布置在中间，但是优选地，它们在端部处连接。因此，优选地，跨越第一对端子产生的电压基本上包括跨越天线产生的全电压。
在优选实施例中，RFID装置是非接触集成电路卡。
因此，优选实施例提供一种用于无源RFID卡的电路，其包括：用于接收RF信号的天线，所述天线具有第一和第二对端子，其中第一对端子基本上接收跨越天线产生的全电压，并且其中第二对端子中的至少一个端子连接到在第一对端子之间的天线，使得跨越第二对端子产生的电压低于跨越第一对端子产生的电压；用于控制RFID卡的输出的RFID芯片，其中RFID芯片仅通过跨越第一对端子产生的电压供电；与RFID芯片分离并包括指纹传感器的生物识别处理装置；以及具有第一状态和第二状态的开关，其中当所述开关处于第一状态时，生物识别处理装置由跨越第一对端子产生的电压供电，并且当开关处于第二状态时，生物识别处理装置由跨越第二对端子产生的电压供电；其中电路具有第一和第二操作模式，生物识别传感器在第一操作模式下扫描指纹数据并将其与预先存储的指纹数据进行比较，并且RFID芯片在第二操作模式下与RFID扫描器通信；并且其中电路被配置为使得当电路在第一操作模式下操作时开关被控制为处于第一状态，并且当电路在第二操作模式下操作时路处于第二状态。
在优选方面，本发明还提供包括如上所述的电路的无源或半无源RFID装置，该装置可选地包括任何或所有优选特征。
从另一方面来看，还可以看出本发明提供一种用于控制无源或半无源RFID装置的电路的方法，该电路包括控制RFID装置的输出的第一处理装置和与第一处理装置分离的第二处理装置，该方法包括：经由RFID装置的天线接收RF信号；使用跨越天线的第一对端子产生的电压为第一处理装置供电；在第一操作模式中，使用跨越天线的第一对端子产生的电压为第二处理装置供电；以及在第二操作模式中，使用跨越天线的第二对端子产生的电压为第二处理装置供电，其中第二对端子中的至少一个连接到在第一对端子之间的天线，使得当RF信号由天线接收时，跨越第二对端子产生的电压低于跨越第一对端子产生的电压。
本发明的方法通过以下方式来克服上述问题：当第二处理装置在第一(例如，高电力)操作模式下操作时使用来自天线的第一对端子的全电压来为第二处理装置供电，而在第二装置在第二(例如低电力)操作模式下操作时仅使用经由第二对端子的电压的一部分。因此，该方法确保为第一处理装置保留至少最小电压水平(其由天线的一部分产生未被用于为第二处理装置供电)以允许广播信号。
优选地，该方法还包括在第二操作模式下，例如通过反向散射调制，使用第一处理装置与RFID扫描器通信。
第二处理装置优选地包括生物识别传感器诸如指纹扫描器。该方法然后优选地还包括，在第一操作模式下，扫描生物识别数据，以及使用第二处理装置将所扫描的生物识别数据与预先存储的生物识别数据进行比较。在指纹扫描器的情况下，生物识别数据可为指纹数据。
该方法可以包括从第一操作模式转换到第二操作模式以及控制开关(如，晶体管)从第一状态移动到第二状态，在该第一状态中第二处理装置由跨越第一对端子产生的电压供电，在该第二状态中第二处理装置由跨越第二对端子产生的电压供电。
为了产生比跨越第一对端子电压低的跨越第二对端子的电压，第一对端子可以连接到天线，使得跨越端子的电压是跨越天线的第一长度(优选为天线的全长)产生的电压，并且第二对端子可以连接到天线，使得跨越端子的电压是跨越天线的第二长度产生的电压，该第二长度比第一长度短。天线的两个长度优选地重叠；也就是说，跨越天线的一部分产生的电压供应至这两组端子。
优选地，跨越第一对端子产生的电压是跨越天线的基本上全长上产生的电压。
在优选实施例中，RFID装置是非接触集成电路卡。
RFID装置可以是以下中的任何一种：准入卡、信用卡、借记卡、预付卡、会员卡、身份卡、密码卡等。
还应当理解，电路的上述全部优选特征也单独或组合地应用于方法，反之亦然。
附图说明
现在将仅通过示例方式及参考附图更详细地描述本发明的某些优选实施例，其中：
图1示出现有技术的无源RFID装置的电路；
图2示出结合指纹扫描器的无源RFID装置的电路；和
图3示出结合指纹扫描器且具有改进的电力负载管理的无源RFID装置的电路。
具体实施方式
图2示出RFID读取器104和无源RFID装置102的架构，其是图1所示的现有技术无源RFID装置2的变型。图2所示的RFID装置102已经适于包括指纹认证引擎120。
RFID读取器104是常规RFID读取器且被配置为使用读取器天线106产生RF激励场。读取器天线106还从RFID装置102接收输入的RF信号，该信号由RFID读取器104内的控制电路118解码。
RFID装置102包括用于接收RF(射频)信号的天线108，由天线供电的无源RFID芯片110和由天线供电的无源指纹认证引擎120。
天线包括调谐电路，在该布置中，该调谐电路包括感应线圈和电容器，经调谐以从RFID读取器104接收RF信号。当暴露于由RFID读取器104产生的激励场时，感应出跨越天线108的电压。天线108具有第一端部输出线122和第二端部输出线124，这两个输出线中的每个在天线108的每一个端部处，它们构成一对端子。
天线108的输出线连接到指纹认证引擎120以向指纹认证引擎120提供电力。在该布置中，提供整流器126以对由天线108接收的AC电压进行整流。使用平滑电容器对经整流的DC电压进行平滑，并将经整流的DC电压供应至指纹认证引擎120。
指纹认证引擎120包括处理单元128和指纹读取器130。指纹认证引擎120是无源的，且因此仅由从天线108输出的电压供电。
指纹认证引擎120被布置成扫描呈现给指纹读取器130的手指或拇指，并且使用处理单元128将所扫描的手指或拇指的指纹与预先存储的指纹数据进行比较。然后作出确定：所扫描的指纹是否匹配预先存储的指纹数据。
如果确定匹配，则RFID芯片110被授权向RFID读取器104发射信号。在图2的布置中，这通过闭合开关132以将RFID芯片110连接到天线来实现。RFID芯片110是常规的，并且以与图1所示的RFID芯片10相同的方式操作，以通过接通和断开晶体管116使用反向散射调制经由天线108广播信号。
在该布置中，从RFID读取器104产生的激励场收集用于RFID芯片110和指纹认证引擎120的电力。重要的是，由这些电路汲取的电力要精确管理，否则通信会中断。如果激励场过载，则RFID芯片110可以接收到太小而不能使用的电力信号。
图3示出RFID读取器204和无源RFID装置202的架构，其是图2所示的无源RFID装置2的变型。根据本发明，图3所示的RFID装置202已经被适配为更有效地处理电路内的电力分布。
图3所示的RFID装置202和RFID读取器204类似于图2所示的那些，并且与图2所示的那些对应的部件共用相同附图标记，其中标记增加100。为了避免重复，下面将仅讨论这些布置之间的差异。图2中所示的部件的讨论也以其他方式应用于图3中所示的相应部件。
由指纹认证引擎220汲取的电力随着装置202所处的周期的一部分而变化。在指纹感测和匹配(第一操作模式)期间，指纹认证引擎220的电力汲取处于其最高值。在RFID芯片210连接至读取器204并正在与其通信期间，指纹认证引擎220的电力汲取非常低。
图3所示的RFID装置202还包括在其端部之间的位置处连接到天线108的中间输出线233。因此，第一端输出线222和中间输出线232构成第二对端子。
该电路还包括具有第一和第二状态的电力控制开关234。在第一状态中，指纹认证引擎220由跨越第一对端子222、224上产生的电压供电，并且当电力控制开关处于第二状态时，指纹认证引擎220由跨越第一对端子222、232产生电压供电。在该布置中，第一端部线222总是连接到整流器226并且电力控制开关234交替地将第二端部输出线224连接到整流器226(在第一状态下(图3所示))或将中间输出线232连接到整流器226(在第二状态下)。然而，显而易见的是，可以使用许多另选的开关配置来实现相同的效果。
电路包括例如在指纹授权引擎220中的控制逻辑，其被配置为在指纹读取和匹配期间将电力控制开关234移动到第一状态，并且在RFID芯片210和读取器204之间通信期间将电力控制开关234移动到第二状态。
这种布置提供可以进行的有价值的改进，以确保在传输期间向RFID芯片210提供足够电力。因此，当在指纹认证引擎中的微处理器控制下的电力控制开关234处于第一位置时，通过指纹认证引擎220从天线208汲取全电力信号，并且当电力控制开关234处于第二位置时，仅汲取天线208信号的一部分。

Claims (16)

1.一种用于无源或半无源RFID装置的电路，包括：
用于接收RF信号的天线，所述天线具有第一和第二对端子，其中所述第二对端子中的至少一个端子在所述第一对端子之间连接到所述天线，由此使得当所述RF信号由所述天线接收时，跨越所述第二对端子产生的电压低于跨越所述第一对端子产生的电压；
第一处理装置，其用于控制所述RFID装置的输出，其中所述第一处理装置由跨越所述天线产生的电压供电；和
与所述第一处理装置分离的第二处理装置；
其中所述电路具有第一和第二操作模式，所述第二处理装置在所述第一操作模式期间比在所述第二操作模式中需要更多的电力；并且
其中所述电路被布置为当所述电路在所述第一操作模式下操作时使用跨越所述第一对端子产生的电压为所述第二处理装置供电，并且当所述电路在所述第二操作模式下操作时使用跨越所述第二对端子产生的电压为所述第二处理装置供电。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一处理装置在所述第二操作模式下与RFID扫描器通信。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其中所述第二处理装置包括生物识别传感器，例如指纹扫描器。
4.根据权利要求3所述的电路，其中，在所述第一操作模式中，所述生物识别传感器扫描生物识别数据并且所述第二处理装置将所扫描的生物识别数据与预先存储的生物识别数据进行比较。
5.一种根据任一前述权利要求所述的电路，包括：
具有第一状态和第二状态的开关，
其中，当所述开关处于所述第一状态时，所述第二处理装置由跨越所述第一对端子产生的电压供电；并且
其中，当所述开关处于所述第二状态时，所述第二处理装置由跨越所述第二对端子产生的电压供电。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述电路被布置成使得开关被控制为当所述电路在所述第一操作模式下操作时处于所述第一状态，并且当所述电路在所述第二操作模式下操作时处于所述第二状态。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述第一对端子中的一个端子也是所述第二对端子中的端子，并且其中所述开关可交替地连接到所述第一对端子中的另一个端子和所述第二对端子中的另一个端子。
8.根据任一前述权利要求所述的电路，其中所述第一对端子连接到所述天线，使得跨越所述端子的电压是跨越所述天线的第一长度产生的电压，并且其中所述第二对端子连接到所述天线，使得跨越所述端子的电压是跨越所述天线的第二长度上产生的电压，所述第二长度比所述第一长度短。
9.一种无源或半无源RFID装置，其包括根据任一前述权利要求所述的电路。
10.根据任一前述权利要求所述的电路或RFID装置，其中所述RFID装置是非接触集成电路卡。
11.一种用于控制无源或半无源RFID装置的电路的方法，所述电路包括控制所述RFID装置的输出的第一处理装置和与所述第一处理装置分离的第二处理装置，所述方法包括：
经由所述RFID装置的天线接收RF信号；
使用跨越所述天线产生的电压为所述第一处理装置供电；
在第一操作模式中，使用跨越所述天线的第一对端子产生的电压为所述第二处理装置供电；和
在第二操作模式中，使用跨越所述天线的第二对端子产生的电压为所述第二处理装置供电，
其中所述第二对端子中的至少一个连接到在所述第一对端子之间的所述天线，使得当所述RF信号由所述天线接收时，跨越所述第二对端子产生的电压低于跨越所述第一对端子产生的电压。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
在所述第二操作模式中，使用所述第一处理装置与RFID读取器通信。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二处理装置包括生物识别传感器诸如指纹扫描器，所述方法还包括：
在所述第一操作模式中，使用所述生物识别传感器扫描生物识别数据，以及使用所述第二处理装置将所扫描的生物识别数据与预先存储的生物识别数据进行比较。
14.根据前述权利要求11至13中任一项所述的方法，包括：
从所述第一操作模式转换到所述第二操作模式，其中所述转换包括控制开关从第一状态移动到第二状态，在所述第一状态中所述第二处理装置由跨越所述第一对端子产生的电压供电，在所述第二状态中所述第二处理装置由跨越所述第二对端子产生的电压供电。
15.根据前述权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述第一对端子连接到所述天线，使得跨越所述端子的电压是跨越所述天线的第一长度产生的电压，并且其中所述第二对端子可以连接到所述天线，使得跨越所述端子的电压是跨越所述天线的第二长度上产生的电压，所述第二长度比所述第一长度短。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中所述RFID装置是非接触集成电路卡。
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