CN1914822A - Ic卡读取装置及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种IC卡读取装置，其支持不同的通信标准，并为用户提供优异的可用性。根据来自CPU的指示，线性功率放大器在发送类型A的无线电信号的情况下向天线电路提供从电源切换电路提供的类型A电源电压，并在发送类型B的无线电信号的情况下向天线电路提供从电源切换电路提供的类型B电源电压。以此方式，既可以读取类型A的IC卡又可以读取类型B的IC卡。

Description

IC卡读取装置及其相关方法
技术领域
本发明涉及一种按非接触方式对IC卡进行读出或写入的IC卡读取装置及其相关方法。
背景技术
代替磁卡，作为用于公用电话和铁路的预付费卡，IC卡的使用已经变得越来越普遍。
IC卡分为两种类型，即接触型和非接触型，使用无线地向IC卡供电的非接触型IC卡(以下简称为“非接触IC卡”)较为进步。根据可通信距离的范围，非接触IC卡可以分为三类，即紧密耦合型、邻近型和附近型。广泛使用的邻近型IC卡是ISO类型A和类型B(根据ISO 14443的类型A和类型B)。
已开发了符合类型A或类型B通信标准的专用通信用IC，并且使用该通信用IC的IC卡读取和写入装置已经投入使用。
专利文献1公开了用于检测从IC卡接收的信号的信号强度并且根据检测到的信号强度改变无线发送功率的技术。
虽然如上所述，能够对符合特定通信标准的IC卡进行读取和写入的专用装置已经投入使用，但是还没有实现用于符合不同通信标准的多个IC卡的读出装置。
IC卡与读取/写入装置之间的通信距离由于通信标准或者包括IC卡的控制部的规格和性能的不同而不同，例如，类型A的通信距离为2cm，而类型B为10cm。因此，如果通过使用符合特定通信标准的通信用IC来设计读取/写入装置，则可以按最佳发送功率将信号发送到符合单个通信标准的IC卡，而不能按最佳发送功率将信号发送到符合不同通信标准的IC卡，因此当使用符合多种通信标准的多个IC卡时，不能实现方便用户的IC卡读取装置。
[专利文献1]日本公开特许2002-170082号公报
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种符合不同通信标准的用户友好的IC卡读取装置。
根据本发明的IC卡读取装置包括：一个或多个通信控制电路，用于控制向符合多个通信标准的多个IC卡的发送以及从所述多个IC卡的接收；天线电路，用于交换无线电信号；发送功率提供电路，用于向天线电路提供适用于作为其读出对象的IC卡的通信标准的发送功率；以及控制单元，用于指示发送功率提供电路提供适用于所述多个通信标准中的任一个的发送功率。
本发明使得可以实现一种用户友好的读取装置，该读取装置能够对符合不同通信标准的多个IC卡进行读出。
通信控制电路对应于图1所示的通信控制电路13和14，发送功率提供电路对应于图1所示的二极管17、晶体管18和线性功率放大器16，或者对应于图3所示的衰减器35和线性功率放大器16。
在本发明的另一方面中，上述发明是根据权利要求1所述的IC卡读取装置，当读出符合不同通信标准的多个IC卡时，控制单元根据关于预定电压或功率以及与该电压或功率对应的各个通信标准的通信距离的数据，指示发送功率提供电路按使得与符合不同通信标准的所述多个IC卡的通信距离大致相同的方式来提供发送功率。
这种配置使得可以在大致相同的通信距离内读出符合各种通信标准的多个IC卡，因此改进了IC卡用户便利性。
在本发明另一方面的上述发明中，通信控制电路至少由符合第一通信标准的第一通信控制电路和符合第二通信标准的第二通信控制电路构成，其使第一通信控制电路的发送信号的相位与第二通信控制电路的发送信号的相位同步。
这种配置使得能够减小当从符合第一通信标准的发送信号切换到符合第二通信标准的发送信号时产生的噪声、以及发送信号与接收信号之间的噪声。
在本发明另一方面中的上述发明中，控制单元在首次读取时指示发送功率提供电路提供适用于所述多个通信标准中发送功率最大的通信标准的发送功率，如果从IC卡接收的信号符合发送信号的通信标准则继续读出该IC卡，而如果从IC卡接收的信号不符合发送信号的通信标准则指示发送功率提供电路提供适用于发送功率第二大的通信标准的发送功率。
这种配置将优先权设置于读取符合发送功率大的通信标准的IC卡，因此提高读取IC卡的成功率。
附图说明
图1是根据第一实施例的IC卡读取装置的电路图；
图2表示磁场强度与距天线距离的关系；
图3是根据第二实施例的IC卡读取装置的框图；
图4是表示衰减器电压、磁场强度与通信距离之间关系的表；以及
图5是根据第三实施例的IC卡读取处理的流程图。
具体实施方式
以下是参照附图对本发明优选实施例的详细说明。图1是根据第一实施例的IC卡读取装置(即读取和写入装置)11的电路图。
在图1中，例如包括32位通用CPU的CPU(即，控制单元；中央处理单元)12是用于执行与上层装置的接口控制并切换发送功率的处理器。CPU12的IO端口向晶体管18的基极和通信控制电路14输出用于对发送和接收类型A及类型B信号进行切换的切换信号。
通信控制电路13和14是进行符合各个不同通信标准的发送和接收控制的通信控制用IC，通信控制电路13进行符合通信标准ISO14443-类型A的通信控制，而通信控制电路14进行符合通信标准ISO14443-类型B的通信控制。
晶体振荡器10的基准时钟信号(例如，13.56MHz的信号)提供给通信控制电路13，通信控制电路13在内部产生与该基准时钟信号的相位同步的类型A用同步载波时钟CA，由此在与该同步载波时钟CA同步的定时产生类型A的发送信号，并经由输出端子TxA将其输出。经由时钟端子CKA将同步载波时钟CA输出到通信控制电路14的时钟端子CKB。
通信控制电路14产生与时钟端子CKB中输入的类型A用同步载波时钟CA同步的类型B用同步载波时钟CB，并在与同步载波时钟CB同步的定时产生类型B的发送信号，以经由输出端子TxB将其输出。
在IC卡上，从接收的无线电信号产生发送用时钟信号，因此将从IC卡发送的信号与IC卡读取装置11产生的类型A用同步载波时钟CA同步。
通过该配置，类型A用同步载波时钟CA与类型B用同步载波时钟CB相位相同，并且，从类型A的IC卡或类型B的IC卡发送的无线电信号的相位相同。结果，当IC卡读取装置11将发送信号从类型A切换到类型B(或者从类型B切换到类型A)时，可以减少两个信号之间的相位偏移而产生的噪声。从IC卡上发送的信号的相位与同步载波时钟CA和CB的相位相同，从而减少了由于内部时钟与接收的信号之间的相位差而产生的噪声。
低通滤波器(LPF)15将从通信控制电路13输出的矩形波信号转换为正弦波信号以输出到线性功率放大器16。
通信控制电路14经由输出端子TxB将符合ISO14443-类型B的信号输出到晶体管19的基极。晶体管19的集电极并联有电阻器R1和R2，由此将信号输出到线性功率放大器16。
经由二极管17向线性功率放大器16提供A用电源电压Va以用于提供适用于类型A通信标准的发送功率，经由晶体管18向线性功率放大器16提供类型B用电源电压Vb以用于提供适用于类型B通信标准的发送功率。
由于类型A用电源电压Va与类型B用电源电压Vb之间的关系是Va＜Vb，因此在提供电压Va的状态下导通晶体管18使得能够从类型B用电源将发送类型B信号必需的电压Vb提供给线性功率放大器16。
线性功率放大器16选择从通信控制电路13输出的类型A信号或者从通信控制电路14输出的类型B信号以输出到天线电路20。线性功率放大器16当输出类型A信号时向天线电路20提供经由二极管17提供的类型A用电源电压Va。线性功率放大器16当提供类型B信号时向天线电路20提供经由晶体管18提供的类型B用电源电压Vb。
天线电路20包括与信号路径串联连接的电容器C1以及并联连接的线圈L1和电容器，其将输入信号转换为无线电信号以发射到大气。
图2表示当按特定信号功率从天线电路20发送无线电信号时磁场强度关于距天线面距离的特性。在图2中，水平轴表示距天线面的距离(mm)，而垂直轴表示在给定点的磁场强度(A/m)。
假定当按特定发送功率发送无线电信号时使得能够在IC卡与IC卡读取装置11之间进行通信的磁场强度的下限值是y0，则当天线电路20的天线发射面与IC卡之间的距离大于x0时不能进行通信。注意，可通信距离随着天线电路20的发送功率而变大。
为了使类型A的IC卡的通信距离与类型B的IC卡的通信距离相同，将第一实施例构成为将从线性功率放大器16提供给天线电路20的发送功率的特性设计为使得用于发送较短通信范围的类型B信号的通信距离与类型A的通信距离相同。为了实现类型A与类型B之间的相同通信距离，需要调整提供给线性功率放大器16的电源电压，相应地本实施例通过将类型A用电源电压Va设置在大约4伏特、将类型B用电源电压Vb设置在大约4.5伏特来实现此目的。
自动增益控制电路(AGC)21将在天线电路20接收的信号放大到符合类型A通信标准的信号电平，以输出到通信控制电路13。
自动增益控制电路(AGC)22将经AGC 21放大的信号放大到符合类型B通信标准的信号电平，以输出到通信控制电路14。
随后的说明是如上所述地构成的IC卡读取装置11的操作。当读取类型A的IC卡时，CPU 12将用于指示发送和接收类型A信号的切换信号C(例如，低电平信号)输出到晶体管18的基极和通信控制电路14。
接收到低电平切换信号C，通信控制电路14停止输出从输出端子TxB的发送信号输出。线性功率放大器16向天线电路20提供从二极管17输出的类型A用电源电压Va，同时将从通信控制电路13输出的类型A信号输出到天线电路20。
当读取类型B的IC卡时，CPU 12输出用于指示发送和接收类型B信号的切换信号C(例如，高电平信号)。
接收到高电平切换信号C，通信控制电路14将类型B信号输出到晶体管19的基极，晶体管19然后放大该信号以将其提供给线性功率放大器16，线性功率放大器16继而通过向天线电路20提供类型B用发送功率而输出信号。结果，天线电路20将类型B的无线电信号发射到大气。
在天线电路20接收的信号分别由AGC 21和22放大，转换为类型A信号电平和类型B信号电平，并输出到通信控制电路13和14。通信控制电路13和14然后将接收的信号转换为预定长度的数据以输出到数据总线23。
CPU 12分析从通信控制电路13和14输出的信息，该信息表示IC卡类型并确认对应物是类型A的IC卡还是类型B的IC卡。CPU 12根据作为读取对象的IC卡符合的通信标准而执行通信。
上述第一实施例被构成为对提供给线性功率放大器16的电压进行切换，并将从线性功率放大器16提供给天线电路20的发送功率(即射频功率)改变为适用于各个通信标准的功率电平，从而使得单个IC卡读取装置11能够读出符合不同通信标准的多个IC卡，并也能将数据写入其中。
其进一步被构成为对当产生类型B信号时成为基准的同步载波时钟CB与作为另一通信标准的类型A同步载波时钟CA进行同步，从而即使在将信号从类型A切换到类型B或者将信号从类型B切换到类型A时，也使两个信号的相位相同并减少噪声的出现。此外，内置在IC卡中的CPU从接收的无线电信号产生发送用时钟信号，从而使得从IC卡读取装置11发送的无线电信号的相位与从IC卡发送的无线电信号的相位相同。这使得可以减少接收信号与内部时钟之间的相移所产生的噪声。
此外，对通信控制电路13和14使用具有实际使用的现有通信控制用IC，使得可以减少装置的开发成本和产品成本，并实现高度可靠的装置。
随后，图3是根据第二实施例的IC卡读取装置31的框图。根据第二实施例的IC卡读取装置31的配置基本与根据第一实施例的IC卡读取装置11相同，因此对相同的功能分配相同的标号，这里省略其说明。
根据第二实施例的IC卡读取装置31与第一实施例的不同之处在于，CPU 32通过控制切换单元34来切换类型A与类型B之间的发送信号，并通过切换衰减器35的电压来控制发送功率。
参照图3，CPU 32控制用于与上层装置33交换数据的接口单元、切换单元的切换、以及衰减器(ATT)35的输出电压。
切换单元34根据来自CPU 32的指令，选择来自通信控制电路13和14的输出信号中的任一个，以输出到衰减器35。
衰减器35根据来自CPU 32的指令，向线性功率放大器16输出预定的电压。
线性功率放大器16对从通信控制电路13或14输出的发送信号的功率进行放大，以输出到天线电路20。
参照图4，随后的说明是衰减器3的输出电压、从天线电路20发射的无线电信号的运行磁场强度与IC卡的通信距离之间的关系。
如图4所示，当衰减器35的输出电压是1伏特时，从天线电路20输出的无线电信号的磁场强度是2A/m，在这种情况下，与类型A的IC卡的通信距离是70mm，与类型B的IC卡的通信距离是40mm。同时，当衰减器35的输出电压是2.5伏特时，从天线电路20输出的无线电信号的磁场强度是5A/m，在这种情况下，与类型A的IC卡的通信距离是110mm，与类型B的IC卡的通信距离是70mm。
因此，将衰减器35的输出电压设置在1伏特确保了对于类型A的IC卡通信距离为70mm，而将衰减器35的输出电压设置在2.5伏特确保了对于类型B的IC卡通信距离为70mm。
当对类型A的IC卡进行读出时，CPU 32向切换单元34输出切换信号以指示选择从通信控制电路13输出的类型A信号，同时向衰减器35输出信号以指示将输出电压设置在1伏特。使用CPU 32包括的多个I/O端口来输出这些信号。
结果，天线电路20发射磁场强度为1A/m的无线电信号，从而使得能够在70mm的距离内与类型A的IC卡进行通信。
当对类型B的IC卡进行读出时，CPU 32向切换单元34输出切换信号以指示选择从通信控制电路14输出的类型B信号，同时向衰减器35输出信号以指示将输出电压设置在2.5伏特。
结果，天线电路20发射磁场强度为2.5A/m的无线电信号，从而使得能够在70mm的距离内与类型B的IC卡进行通信。
根据上述第二实施例，CPU 32控制衰减器35的输出，从而使得能够控制从线性功率放大器16提供给天线电路20的发送电压。这使得可以调整从天线电路20发射的无线电信号的磁场强度，从而对符合不同通信标准的多个IC卡建立相同的通信距离。
对符合不同通信标准的多个IC卡建立相同的通信距离使得用户能够在执行IC卡读取时总是在相同距离内执行IC卡读取而无需知道所使用IC卡的类型，因此减少了用户操作中的不适感，并实现了方便的IC卡读取装置。
随后，图5是根据本发明第三实施例的IC卡读取处理的流程图。
第三实施例示出了当预先不知道作为读取对象的IC卡的类型(即，符合的通信标准)时通过判断IC卡的类型来进行读取的情况。以下处理例如由CPU 32执行。
根据第三实施例的IC卡读取装置31被构成为进行设置以通过初始设置来发送磁场强度大的类型B无线电信号。在IC卡中，由接收的无线电信号提供的电力而使得电路工作，从而根据该IC卡符合的通信标准(即，类型A或类型B)来发送无线电信号。
假定作为读取对象的IC卡是类型B的IC卡，CPU 32将在天线电路20接收的信号输出到通信控制电路14，并将从通信控制电路14输出的数据读取为类型B数据(图5中所示的S11)，接下来判断是否正常读取了接收的数据(图5中的S12)。
如果正常读取了接收的数据(图5中的S12)，则进行到步骤S13并读取IC卡的类型信息。然后判断读出的IC卡类型信息是否与初始设置的通信标准(即，在此情况下是类型B)相同(图5的S14)。这里，确认类型信息的原因是如果IC卡类型不同则避免读出数据。
如果初始设置的通信标准和IC卡类型信息相同(S14“是”)，则将对象IC卡判断为类型B的IC卡，随后按适用于类型B的通信标准的发送功率来执行通信，以继续卡读取和写入处理(图5的S15)。
如果S12的判断是没有正常读取接收的信号(S12“否”)，或S14的判断是IC卡内记录的卡类型信息与发送信号类型不同(S14“否”)，则进行到步骤S16，并发送适用于磁场强度小的类型A的无线电信号，以将接收信号读取为类型A的信号。判断是否将接收的信号正常读取为类型A信号(图5的S17)。
如果正常读取了接收的信号作为类型A信号(S17“是”)，则进行到步骤S18并读取IC卡内记录的类型信息。判断IC卡内记录的类型信息是否与接收的信号类型(即，在此情况下是类型A)相同(图5的S19)。
如果类型信息相同(S19“是”)，则进行到步骤S20，并通过使用适用于磁场强度小的类型A的无线电信号来继续对IC卡的数据读取和写入处理。
在步骤S17中，如果没有正常读取数据(S17“否”)，或判断是IC卡类型信息不同(S19“否”)，则进行到步骤S21以执行卡异常处理。
上述第三实施例被构成为首先按适用于磁场强度大的类型B的发送功率来发送无线电信号，从而提高读取从IC卡发送的无线电信号的可能性并改进读取它的成功率。
并非受限于上述这些实施例，本发明可以被构成为如下：
(1)如果实现符合多个通信标准的单个通信控制用IC，则可以通过使用这种单个IC来构造电路，而不是像本实施例的配置那样使用两个通信控制用IC；
(2)本发明可以适用于与非接触型IC卡有关的所有通信标准，而不是受限于类型A和类型B；或者
(3)用于使发送功率可变的电路可以使用可变电源、开关调节器等，而不是受限于衰减器。
本发明使得可以读取符合不同通信标准的多个IC卡，因此实现用户友好的IC卡读取装置；并且进一步对符合不同通信标准的多个IC卡建立相同的通信距离，从而消除了其中当用户让读取IC卡时必须改变读取IC卡的距离的操作的不适感。

Claims (9)

1、一种IC卡读取装置，包括：
一个或多个通信控制电路，用于控制向符合多个通信标准的多个IC卡的发送以及从所述多个IC卡的接收；
天线电路，用于交换无线电信号；
发送功率提供电路，用于向天线电路提供适用于作为其读出对象的IC卡的通信标准的发送功率；以及
控制单元，用于指示发送功率提供电路提供适用于所述多个通信标准中的任一个的发送功率。
2、根据权利要求1所述的IC卡读取装置，其中
当读出符合不同通信标准的所述多个IC卡时，所述控制单元根据关于预定电压或功率以及各个通信标准的与该电压或功率对应的通信距离的数据，指示所述发送功率提供电路按使得与符合不同通信标准的所述多个IC卡的通信距离大致相同的方式来提供发送功率。
3、根据权利要求1所述的IC卡读取装置，其中
所述通信控制电路至少由符合第一通信标准的第一通信控制电路和符合第二通信标准的第二通信控制电路构成，其使第一通信控制电路的发送信号的相位与第二通信控制电路的发送信号的相位同步。
4、根据权利要求2所述的IC卡读取装置，其中
所述通信控制电路至少由符合第一通信标准的第一通信控制电路和符合第二通信标准的第二通信控制电路构成，其使第一通信控制电路的发送信号的相位与第二通信控制电路的发送信号的相位同步。
5、根据权利要求1、2或3所述的IC卡读取装置，其中
所述控制单元在首次读取时指示所述发送功率提供电路提供适用于所述多个通信标准中发送功率最大的通信标准的发送功率，如果从IC卡接收的信号符合发送信号的通信标准则继续读出所述IC卡，而如果从IC卡接收的信号不符合发送信号的通信标准则指示发送功率提供电路提供适用于发送功率第二大的通信标准的发送功率。
6、一种IC卡读取方法，包括以下步骤：
控制向符合多个通信标准的多个IC卡的发送以及从所述多个IC卡的接收；以及
指示发送功率提供电路提供适用于所述多个通信标准中的任一个的发送功率，所述发送功率提供电路向用于执行无线电信号的发送和接收的天线电路提供适用于作为其读出对象的IC卡的通信标准的发送功率。
7、根据权利要求6所述的IC卡读取方法，包括以下步骤：
当读出符合不同通信标准的所述多个IC卡时，根据关于预定电压或功率以及各个通信标准的与该电压或功率对应的通信距离的数据，指示所述发送功率提供电路按使得与符合不同通信标准的所述多个IC卡的通信距离大致相同的方式来提供发送功率。
8、根据权利要求6所述的IC卡读取方法，包括以下步骤：
至少具备符合第一通信标准的第一通信控制电路和符合第二通信标准的第二通信控制电路，并使第一通信控制电路的发送信号的相位与第二通信控制电路的发送信号的相位同步。
9、根据权利要求6、7或8所述的IC卡读取方法，包括以下步骤：
在首次读取时指示所述发送功率提供电路提供适用于所述多个通信标准中发送功率最大的通信标准的发送功率，
如果从IC卡接收的信号符合发送信号的通信标准，则继续读出所述IC卡，
而如果从IC卡接收的信号不符合发送信号的通信标准，则指示发送功率提供电路提供适用于发送功率第二大的通信标准的发送功率。
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