CN1293788A - 具有射频仿真电路的射频识别安全系统 - Google Patents

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Abstract

一种射频识别(RFID)安全系统(10)使用电子钥匙(12)来存储数据。提供一种阅读机构(14),当电子钥匙(12)连接到阅读机构(14)时,用于读取含有存储在电子钥匙(12)中的数据的调制信号。一个RF仿真电路(16)连接到阅读机构(14),用于仿真给电子钥匙(12)的RF能量信号,当电子钥匙(12)连接到阅读机构(14)时,允许阅读机构(14)读取储存在电子钥匙(12)中的数据。

Description

具有射频仿真电路的射频识别安全系统
本发明总体涉及射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)安全设备，特别涉及RFID安全系统，其中RFID标签和它辅助的阅读／询问设备利用了射频(RF)仿真电路，该仿真电路代替了用硬件安全总线进行数据通信的RF部分。
电子钥匙很早就用于阻止未授权的进入限定区域。目前，在市场上有几种不同类型的电子钥匙。虽然这每种类型的电子钥匙都有一定的效果，但它们都有一定的缺点。
一种这样的电子钥匙的类型是基于串行EEPROM20的电子钥匙。基于串行EEPROM的钥匙为了运行要求4至5个分离的触点。一个触点用于每一个电源、地、时钟和数据。两个触点可用于数据传递(即一个作为输入触点，一个作为输出触点)。在基于串行EEPROM20的电子钥匙中的每个多重触点为了通过它们传递时钟和数据必须良好地接触。在公寓或宾馆应用中，用户从游泳池回来可能会将湿的钥匙插入锁中。这会导致触点之间不良的接触或短路，阻碍了正确的数据传递，从而阻碍锁被打开。更进一步，插入锁中的钥匙的极性错误将引起锁的电子设备或EEPROM设备的毁坏，而使钥匙无法使用。因此，对于多重触点，潮湿、插入的极性以及磨损和／或毁坏是这种类型电子钥匙存在的问题。
第二种电子钥匙的类型是利用存取控制10个RFID标签。在这种类型的钥匙中，将卡或标签提供给阅读设备以进入建筑物。在多数情况下，这种类电子钥匙用于识别应用而不是安全应用。如果将这种类型的钥匙用于安全(公寓和宾馆的锁)将产生问题，因为这种类型的钥匙是不很安全的。隐秘的阅读器、甚至电池供电的阅读器，能增加标签的消耗和在主人不知道时盗窃它的密码，即使标签在主人的口袋或钱包里。
一种解决该问题及相关的存取控制RFID标签的方法使用加密的电子钥匙。几种类型的电子钥匙包括在模具本身上的加密算法。一些加密算法允许在每次读取电子钥匙时加密和更改该电子钥匙上的密码。虽然这些类型的电子钥匙阻止未授权的“密码攫取(grabbing)”，但它们比RFID设备昂贵很多。因此，安全是以昂贵的成本为代价的。
因此，需要提供一种改进的RFID安全设备。改进的RFID安全设备应该要求极少的用于数据传递的触点。改进的RFID安全设备还必须在极性上是通用的。改进的RFID安全设备还必须对环境因素有抵抗力。改进的RFID安全设备还必须能安全地使用，并且还必须能抵抗“密码攫取”。改进的RFID安全设备将以低廉的成本解决上述提到的问题。改进的RFID安全系统将利用简单低成本的电路替代电子钥匙和阅读机构中的RF部分。
依据本发明的一个实施例，本发明的一个目的是提供一种改进的RFID安全设备。
本发明的另一个目的是提供一种要求极少的数据传递触点的改进的RFID安全设备。
本发明的再一个目的是提供一种在极性上通用的改进的RFID安全设备。
本发明的再一个目的是提供一种能抵抗环境因素的改进的RFID安全设备。
本发明的再一个目的是提供一种使用上安全，还能抵抗“密码攫取”的改进的RFID安全设备。
本发明的再一个目的是提供一种以低廉成本解决上述提到的问题的改进的RFID安全设备。
本发明的再一个目的是提供一种利用较低成本的电路替代电子钥匙和阅读机构中RF部分的改进的RFID安全设备。
依据本发明的一个实施例，揭示了一种射频识别(RFID)安全系统。这种RFID安全系统使用电子钥匙来保存数据。提供一种阅读机构，当电子钥匙连接到阅读机构构时，用于读取保存在电子钥匙上的数据的调制信号。RF仿真电路连接到阅读机构，仿真到电子钥匙的RF能量信号，以允许当电子钥匙连接到阅读机构时，使阅读机构读取保存在电子钥匙上的数据。
从下面附图中所示的、特别是本发明优选实施例的说明，本发明的上述和其它目的、特点及优点将会变得更加明显。
图1是本发明简化的电气方框图。
图2是本发明一个实施例的简化的电气方框图。
图3是本发明使用的一个RF仿真电路实施例的简化的电气示意图。
图4是用于本发明的第二个RF仿真电路实施例的简化的电气示意图。
图5是用于本发明的简单阅读机构的电气方框图。
图6A是调制的RF能量载波信号的时序图。
图6B是解调的基带数据信号的时序图。
参考图1，表示一个改进的RFID安全系统10(在下文中称为系统10)。系统10使用射频识别(RFID)标签设备12。RFID标签设备12被配置为电子钥匙，并且被编程以在电子钥匙中保存数据。当RFID标签设备12通过RF仿真电路16连接到阅读机构14时，保存在RFID标签设备12中的数据将由阅读机构读取。如果已经将正确的RFID标签12插入阅读机构14中，阅读机构14将解开锁定的设备(未示出)或依据它具体的应用执行其它的操作。
为了读取RFID标签设备12中的数据，需要一个激励电路连接到RFID标签设备12和阅读机构14上。在本发明中，RFID标签设备12和阅读机构14中的RF部分已经由低成本的电路所替代。本发明使用RF仿真电路16。RF仿真电路16用于仿真给RFID标签设备12的RF能量载波信号。然后，“调制的”信号馈送到阅读机构14。阅读机构14能滤出载波信号以读取存储在RFID标签设备12中的数据。
现在参考图2，其中相同的数字和符号代表相同的元件，图中表示一个由RFID标签设备12如何配置成电子钥匙18的实施例。电子钥匙基本上由两个主要部件组成：RFID标签设备12和触点设备20。如上所述，RFID标签设备12用于存储将被阅读机构14读取的数据。RFID标签设备12与触点设备20连接。触点设备20用于将RFID标签设备12与RF仿真电路16连接在一起。当电子钥匙18连接到RF仿真电路16时，RF仿真电路16将仿真并发送RF能量载波信号给RFID标签设备12。RFID标签设备12被进入的RF能量载波信号激励并且激活。一旦它被激活，RFID标签设备12通过调制进入的RF能量载波信号将馈送它存储的内容。然后，这个“调制的”信号被馈送给阅读机构14。阅读机构14于是能滤出载波信号并读取存储在RFID标签设备12中的数据。
参考图3，其中相同的数字和符号代表相同的元件，表示的是RF仿真电路16的一个实施例。RF仿真电路16将替代现有技术电子钥匙中的和阅读机构中的L-C电路，因而可以使用简化的电子钥匙18和简化的阅读机构14构成本发明的组成。在图3所描述的实施例中，RF仿真电路16使用开关元件22。在本发明的优选实施例中，开关元件22是一个晶体管。电阻器24的一端连接到开关元件22，而另一端连接到电压源Vcc。第二个电阻器26的一端连接到开关元件22，而另一端连接到触点设备28。当电子钥匙18(图1和2)插入阅读机构14(图1和2)中时，触点设备28将RF仿真电路16连接到电子钥匙18(图1和2)。
第一个电阻器24和第二个电阻器26形成分压电路。开关元件22与第一个电阻器24和第二个电阻器26一起形成驱动电路以模拟给RFID标签设备12(图1和2)的载波信号。仔细地选择电阻器24和26，开关元件22的接通电阻(on resistance)值将使RF仿真电路16以足够的电流和上电电压驱动RFID标签设备12(图1和2)并正确地运行RFID标签设备12。
当RFID标签设备12(图1和2)被来自RF仿真电路16的载波信号驱动后，RFID标签设备的内部时钟将与载波信号同步运行，并且储存在RFID标签设备12中的数据用于“调制”该载波信号。这个调制的RF信号通过RF仿真电路16馈送给简化的RFID阅读器14。在图3的实施例描述中，在RFID标签设备12的接通电阻上产生的方波(参看图6A)被叠加在B点的载波信号上。于是阅读机构14(图1和2)就能解调该信号并提取出标签数据流来获得储存在RFID标签设备12中的数据。
例如，假定RFID标签设备12具有10K欧姆的接通电阻和100K欧姆的关断电阻(off-resistance)。第一电阻器24和第二电阻器26的电阻值均是10K欧姆。电压源提供的5伏电压电平。在运行时，开关元件22将从阅读机构14(图1和2)接收到载波信号。该载波信号将有高电压电平和低电压电平，将分别激活和不激活开关元件22(即载波信号电压电平可以是从0到5伏)。当开关元件22被激活时，B点的电压将是电压电平为0伏的方波。当开关元件22不被激活时，B点的电压或者是对应于RFID标签设备12的关断电阻的4．2伏，或者是对应于RFID标签设备12的接通电阻的1．7伏。调制的载波信号如图6A所示。该信号被解调，以提取在RFID标签设备12存储器中的数据内容。简化的阅读器14也具有微控制器(或处理器)以解码已解调的信号。参看图6A和6B，分别是调制和解调信号。该载波信号可在简化的阅读器14中使用简单滤波器或比较电路被滤出。于是就能驱动从1．7伏到4．2伏的数据流(参看图6B)不用放大就进入数据解码电路(微控制器)中。
参考图4，表示RF仿真电路16的第二个实施例，其中相同的数字和符号代表相同的元件。如上所述，该RF仿真电路16将替代现有技术电子钥匙中的和阅读机构中的L-C电路，从而可以用简化的电子钥匙18(图1和2)和阅读机构14(图1和2)组成本发明的组成部分。在图4所描述的实施例中，RF仿真电路16使用单个电阻器30。该电阻器的一端连接到阅读机构14(图1和2)的输出上，另一端连接到阅读机构14(图1和2)的输入上。电阻器30的另一端也连接到触点电路28上。当电子钥匙18(图1和2)插入阅读机构14(图1和2)中时，触点电路28将RF仿真电路16与电子钥匙18(图1和2)连接起来。图4所描述的实施例按与图3描述的实施例相似的方式运行。载波信号被驱动加在电阻器30上。B点的电压电平也有三个电平值。载波信号可用简单的滤波器或比较电路滤出。当RFID标签设备12被激活时，在B点出现调制信号。通过解调输出信号可获得数据信号。于是得到的信号不用放大就被驱动到数据解码电路。
参考图5，表示本发明使用的阅读机构14，其中相同的数字和符号代表相同的元件。该阅读机构14大大地简化了目前使用来读取RFID标签设备的RFID阅读器。当电子钥匙连接到阅读机构14时，阅读机构14用于读取储存在电子钥匙中到的数据。当电子钥匙18(图2)通过RF仿真电路16(图1-4)连接到阅读机构14时，阅读机构14使用处理器读取储存在电子钥匙18(图2)中的数据流。在图5描述的实施例中，处理器是微控制器。定时器设备34连接到处理器32和RF仿真电路16。定时器设备34用于给处理器32和RF仿真电路16提供时钟信号。定时器设备34可以是振荡器或可产生时钟信号的任何其它类型的设备。信号传递电路36(即解调器)连接到处理器32和RF仿真电路16上。信号传递电路36用于解调和滤出载波信号，并且不用放大就可驱动数据流进入处理器32。应注意到，连接到参考信号的比较电路或低通滤波器是信号传递电路36的两个例子。在本发明的优选实施例中，使用了低通滤波器。
尽管对本发明已参照其优选实施例进行了描述，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明作出上述和其它形式上和细节上的修改。

Claims (20)

1、一种射频识别(RFID)安全系统包括：
一个电子钥匙，用于储存数据；
一个阅读机构，当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，用于产生RF时钟信号，解调和读取含有储存在所述电子钥匙中的所述数据的调制信号；
一个RF仿真电路，与所述阅读机构连接，用于仿真给所述电子钥匙的RF能量载波信号，以允许所述电子钥匙调制所述RF能量信号，以及当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，允许所述阅读机构读取储存在所述电子钥匙中的所述数据。
2、如权利要求1所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述电子钥匙包括：
一个RFID标签设备，用于将所述数据存储在所述电子钥匙中；
一个钥匙触点，连接到所述RFID标签设备上，当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，用于连接所述RF标签设备到所述RF仿真电路。
3、如权利要求1所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述阅读机构包括：
一个处理器，当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，用于读取含有储存在所述电子钥匙中的所述数据的解调的基带数据信号；
一个定时器设备，连接到所述处理器和所述RF仿真电路，用于给所述处理器和所述RF仿真电路提供时钟信号；以及
一个信号传递电路，连接到所述处理器和所述RF仿真电路，用于导出所述解调的基带数据信号，并且将所述解调的基带数据信号传递给所述处理器以使所述处理器读取存储在所述电子钥匙中的所述数据。
4、如权利要求3所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述信号传递电路是一个低通滤波器。
5、如权利要求3所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述信号传递电路是一个比较器。
6、如权利要求1所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路包括：
一个开关设备，连接到所述阅读机构；
一个分压电路，连接到所述开关设备；和
一个电压源，连接到所述分压电路。
7、如权利要求6所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路还包括：连接到所述分压电路的触点，用于连接所述电子钥匙与所述RF仿真电路。
8、如权利要求6所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述开关设备是一个晶体管，其第一端连接到所述分压电路，第二端连接到所述阅读机构，以及第三端连接到地。
9、如权利要求6所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述分压电路包括：
第一电阻器，其一端连接到所述开关设备，另一端连接到所述电压源；和
第二电阻器，其一端连接到所述开关设备，另一端连接到所述阅读机构。
10、如权利要求1所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路包括一个连接到所述阅读机构的电阻器。
11、如权利要求10所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路还包括连接到所述电阻器的触点，用于连接所述电子钥匙与所述RF仿真电路。
12、一种射频识别(RFID)安全系统，包括：
一个电子钥匙，用于储存数据，其中所述电子钥匙包括：
一个RFID标签设备，用于将所述数据存储在所述电子钥匙中；
一个钥匙触点，连接到所述RFID标签设备，当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，用于连接所述RFID标签设备与所述RF仿真电路；和
一个阅读机构，当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，用于解调和读取含有存储在所述电子钥匙中的所述数据的调制信号，其中所述阅读机构包括：
一个处理器，当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，用于读取含有存储在所述电子钥匙中的所述数据的解调的基带数据信号；
一个定时设备，连接到所述处理器和所述仿真电路，以便给所述处理器和所述仿真电路提供时钟信号；
一个信号传递电路，连接到所述处理器和所述RF仿真电路，用于导出所述解调的基带数据信号，并且将所述解调的基带数据信号传递给所述处理器以使所述处理器读取存储在所述电子钥匙中的所述数据；和
一个RF仿真电路，连接到所述阅读机构，用于仿真给所述电子钥匙的RF能量信号，并且允许所述阅读机构调制所述RF能量载波信号，以及当所述电子钥匙连接到所述阅读机构时，允许所述阅读机构读取储存在所述电子钥匙中的数据。
13、如权利要求12所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述信号传递电路是一个低通滤波器。
14、如权利要求12所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述信号传递电路是一个比较器。
15、如权利要求12所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路包括：
一个开关设备，连接到所述阅读机构；
一个分压电路，连接到所述开关设备；和
一个电压源，连接到所述分压电路。
16、如权利要求15所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路还包括：连接到所述分压电路的触点，用于连接所述电子钥匙与所述RF仿真电路。
17、如权利要求15所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述开关设备是一个晶体管，其第一端连接到所述分压电路，第二端连接到所述阅读机构，以及第三端连接到地。
18、如权利要求15所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述分压电路包括：
第一电阻器，其一端连接到所述开关设备，另一端连接到所述电压源；和
第二电阻器，其一端连接到所述开关设备，另一端连接到所述阅读机构。
19、如权利要求12所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路包括一个连接到所述阅读机构的电阻器。
20、如权利要求19所述的射频识别(RFID)安全系统，其中所述RF仿真电路还包括连接到所述电阻器的触点，用于连接所述电子钥匙与所述RF仿真电路。
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