CN202075750U - 多频段读卡装置及多频段集成电路卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型多频段读卡装置及多频段集成电路卡，其中多频段读卡装置包括读卡装置控制模块(21)、无线收发处理模块(22)和接口电路(23)；所述无线收发处理模块包括高频频段收发处理子模块(221)，用于发射和接收频率大于80MHz的射频信号；低频频段处理子模块(222)，用于发射2KHz至50KHz的第一很低频率的无线电信号，和发射2KHz至150KHz的第二很低频率的可携带数据信息的无线电信号；以及极低频频段处理子模块(223)，用于发射2Hz至2KHz的极低频率的无线电信号。多频段集成电路卡与多频段读卡装置配合进行无线电信号的处理，本实用新型的技术效果在于：允许刷卡距离的磁场强度门限值(M2gate)是自动设定的，使用方便，且设定的刷卡距离准确，支付安全。

Description

多频段读卡装置及多频段集成电路卡

技术领域  本实用新型涉及一种电子支付技术，特别是涉及一种利用移动终端进行支付的装置，能够用于现场小额支付领域。

背景技术  随着移动电话的普及，移动支付(主要为手机支付)的业务需求非常迫切。移动支付的各种应用中，其中现场支付的小额支付的方便性受到用户的欢迎。移动小额支付(一般使用电子钱包的标准)的基本要求是使用方便而且安全。小额支付的方便性要求之一是能够非常快捷地完成支付操作，比如地铁的使用中，由于人流密度大，要求0.3秒内实现扣除(或返还)地铁车费的操作，快捷地完成支付操作也方便乘客进出闸，以避免地铁闸机口累积大量乘客，节约乘客的时间。小额支付的安全性要求之一是，消费者只有将支付卡(或移动电话)靠近pos机安全距离以内(比如10cm以内)时才可以扣除费用，同时消费者能够及时知晓消费数额，并且能够事后随时查询消费记录清单，以避免乱收费问题。目前使用13.56MHzRFID方案的公交卡已经广泛应用于地铁公交等，但也暴露出安全性问题，比如，公交支付中，已经有报道，某些私人承包的公交线路中，存在售票员超额收费问题。由于目前的公交卡上无法显示收费金额，也无法查询消费清单，而其他查询方法太麻烦。因而售票员利用大部分乘客从来不看或看不清乘车费用的缺陷，进行超额收费，甚至故意将计价器显示器遮挡后，再超额收费。而普及的移动电话有液晶显示屏和键盘，能够随时查看支付清单，因而，未来借助移动电话实现的小额支付可以做到安全。

目前已经有很多种在移动电话上实现的移动支付方案。主要是13.56MHz的方案和RF-sim(Radio Frequency Sim)方案。13.56MHz的方案主要有：NFC(Near Field Communication)方案，simpass(北京握奇数据系统有限公司开发的技术方案)方案，eNFC方案(增强型NFC)等。这些方案各有优缺点。比如：NFC方案安全性可靠性较好，但需要定制手机，推广使用成本高。simpass方案不需要定制手机，但可靠性有问题，容易损坏。RF-sim方案，不需要更换手机、可靠性也高、但支付操作的距离可控性差，安全性有问题。为了解决RF-sim卡在不同终端内的差异，中国专利CN101330334A，公开了一种使用校准的技术，终端使用前先进行校准的方法来消除RF-sim卡在各种终端内使用时距离测量的差异。但，校准时需要使用专门的校准装置，如果用户更换终端后，刷卡前，没有找到校准装置就无法使用。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是对于支付操作的距离不需要专门的校准装置，能自动校准支付操作距离的多频段读卡装置及多频段集成电路卡。

本实用新型解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

设计一种多频段读卡装置，包括读卡装置控制模块、无线收发处理模块和接口电路；所述读卡装置控制模块分别与无线收发处理模块和接口电路电连接，其特征在于：所述无线收发处理模块包括

高频频段收发处理子模块，用于发射和接收频率大于80MHz的射频信号；

低频频段处理子模块，用于发射2KHz至50KHz的第一很低频率的无线电信号，和发射2KHz至150KHz的第二很低频率的可携带数据信息的无线电信号；以及

极低频频段处理子模块，用于发射2Hz至2KHz的极低频率的无线电信号。

所述高频频段收发处理子模块又包括高频收发处理电路和高频天线，所述低频频段处理子模块及极低频频段处理子模块又包括第一很低频率F2的磁场强度信号生成数字处理模块、第二很低频率F4的无线电编码调制生成数字处理模块、极低频率F3的磁场强度信号生成数字处理模块、低频和极低频D/A转换器、低频和极低频驱动器与低频和极低频天线，所述低频和极低频驱动器分别与低频和极低频D/A转换器以及低频和极低频天线电连接，所述第一很低频率F2的磁场强度信号生成数字处理模块、第二很低频率F4的无线电编码调制生成数字处理模块、极低频率F3的磁场强度信号生成数字处理模块分别与低频和极低频D/A转换器电连接。

设计一种多频段集成电路卡，与多频段读卡装置配合进行无线电信号的处理，包括控制模块、无线收发处理模块、刷卡功能模块以及有线接口，所述控制模块分别与无线收发处理模块、刷卡功能模块以及有线接口电连接，所述无线收发处理模块包括

高频频段收发处理子模块收发频率大于80MHz的射频信号，与多频段读卡装置使用高频频率F1的无线电进行双向的数据信息的交换；

低频频段处理子模块，接收多频段读卡装置发射的2KHz至50KHz的很低频率的无线电的磁场强度信息，和接收多频段读卡装置发射的2KHz至150KHz的无线电信号并解调解码其中的数据信息；及

极低频频段处理子模块，接收多频段读卡装置发射2Hz至2KHz的极低频率的无线电的磁场强度信息。

所述多频段集成电路卡还包括与控制模块电连接的加速度测量处理模块，该加速度测量处理模块包括加速度处理电路和加速度传感器，用于测量多频段集成电路卡的加速度，识别持卡人的刷卡确认动作。

所述高频频段收发处理子模块又包括高频收发处理电路和高频天线，所述低频频段处理子模块及极低频频段处理子模块又包括第一很低频率F2的磁场强度测量数字处理电路、第二很低频率F4的无线接收数字处理电路、极低频率F3的磁场强度测量数字处理电路、低频和极低频A/D转换器、低频和极低频放大器与低频和极低频天线，所述低频和极低频放大器分别与低频和极低频A/D转换器以及低频和极低频天线电连接，所述第一很低频率F2的磁场强度测量数字处理电路、第二很低频率F4的无线接收数字处理电路、极低频率F3的磁场强度测量数字处理电路分别与低频和极低频A/D转换器电连接。

同现有技术相比较，本实用新型的技术效果在于：允许刷卡的距离设定是在多频段集成电路卡靠近多频段读卡装置时自动设定的，不需要专门的设定辅助设备，不需要人为专门控制的设定操作过程；自动设定的刷卡距离准确，能确保支付安全。

附图说明

图1是半径为3cm的理想线圈在自由空间中产生的相对磁场强度与距离x的关系曲线(理论计算)；

图2是半径为4cm、线径为0.3mm、50匝的漆包线线圈(见图3)在不同频率的简谐波电流产生的空气中相对磁场强度与距离x的关系曲线，距离x＝0cm的磁场强度为相应测试频率下的0db参考值，磁场接收传感器线圈是一个25mm长15mm宽的3匝的长方形pcb线圈(见图4)；

图3是半径为4cm、线径0.3mm、50匝的漆包线线圈；

图4是25mm长15mm宽的3匝的长方形pcb线圈；

图5是如图3中的漆包线线圈在不同频率的简谐波电流产生的，在型号为nokiaE50手机内的相对磁场强度与距离x的关系曲线，距离x＝2cm的磁场强度为相应测试频率下的0db参考值(手机尺寸大于线圈尺寸，手机不能放置于线圈中心点，只能放置于线圈上方)，如图4所示的pcb线圈放置于手机内sim卡位置；

图6是如图3中的漆包线线圈在不同频率的简谐波电流产生的，在型号为anycallS5230c手机内的相对磁场强度与距离x的关系曲线，距离x＝2cm的磁场强度为相应测试频率下的0db参考值(手机尺寸大于线圈尺寸，手机不能放置于线圈中心点，只能放置于线圈上方)，如图4所示的pcb线圈放置于手机内sim卡位置；

图7是如图3所示漆包线线圈在不同频率的简谐波电流产生的，在型号为xdc5310手机内的相对磁场强度与距离x的关系曲线，距离x＝2cm的磁场强度为相应测试频率下的0db参考值(手机尺寸大于线圈尺寸，手机不能放置于线圈中心点，只能放置于线圈上方)，如图4所示的pcb线圈放置于手机内sim卡位置；

图8是如图3所示的漆包线线圈在不同频率的简谐波电流产生的，在型号为motoV8手机内的相对磁场强度与距离x的关系曲线，距离x＝2cm的磁场强度为相应测试频率下的0db参考值(手机尺寸大于线圈尺寸，手机不能放置于线圈中心点，只能放置于线圈上方)，如图4所示的磁场接收传感器线圈放置于手机内sim卡位置；

图9是相对于自由空间，在几个空间位置点，nokiaE50的手机对多个频率的简谐波磁场强度的影响变化量曲线；

图10是相对于自由空间，在几个空间位置点，anycallS5230c的手机对多个频率的简谐波磁场强度的影响变化量曲线；

图11是相对于自由空间，在几个空间位置点，xdc5310的手机对多个频率的简谐波磁场强度的影响变化量曲线；

图12是相对于自由空间，在几个空间位置点，motoV8的手机对多个频率的简谐波磁场强度的影响变化量曲线；

图13是本实用新型所用的刷卡系统框图；

图14是本实用新型多频段集成电路卡的原理方框图；

图15是本实用新型多频段读卡装置的原理方框图；

图16是所述多频段集成电路卡优选实施例的原理方框图；

图17是所述多频段读卡装置优选实施例的原理方框图；

图18是使用本实用新型的距离可控的移动支付方法的流程图。

具体实施方式以下结合附图所示之优选实施例作进一步详述。

几个名词的定义：集成电路卡是指卡片内封装有集成电路，用以存储和处理数据的电子产品。本文所述的集成电路卡包含以下产品：SD卡(Secure Digital Memory Card)、MMC卡(MultiMedia Card)、记忆棒(Memory Stick)、SM卡(SmartMedia)、SIM卡(Subscriber IdentityModule)、USIM卡(UniversalSubscriber Identity Module)、UIM卡(User Identity Model)。多频段集成电路卡是指使用3个或3个以上的无线电频段与外界配套的多频段读卡装置进行无线电通讯的集成电路卡。移动终端：重量较轻、可以从电池供电、不用电缆与其他电子设备连接就可以使用的电子设备。本文所述的移动终端包含以下电子设备：MP3播放器、掌上游戏机、GPS、PDA(Personal Digital Assistant)、数码相机、电子词典、手持收款机等。刷卡是集成电路卡与读卡装置的通讯和数据信息的交换过程，以及过程中集成电路卡内数据信息的创建、存储、修改、读取、校验、比较、处理。本文所述的刷卡包含电子支付刷卡和门禁刷卡以及卡的身份识别认证过程。使用本实用新型组成的刷卡系统实现的刷卡操作通过自动校准可以保证只有在安全的距离内才能刷卡。

实现要求的距离内才可以刷卡的基本原理是：

多频段读卡装置使用线圈在其周围产生很低频率的磁场信号，距离多频段读卡装置越远，磁场强度越小。集成电路卡靠近多频段读卡装置时，距离越近，测量得到的磁场强度越强，距离越远测量得到的磁场强度越弱。集成电路卡根据测得的磁场强度判断与多频段读卡装置的距离，从而根据测得的磁场强度确定与多频段读卡装置是否在允许刷卡的距离内，如果在要求的距离内才允许刷卡，从而保证刷卡的安全性。该磁场必须是很低频率的磁场，如果是射频磁场，由于频率很高，空间上某点的磁场强度的减小量与多频段读卡装置的距离增大之间的关系不稳定，波动较大。特别是在不同的移动终端内部，尽管在与多频段读卡装置同一距离上，不同的移动终端内部的高频率磁场强度差异很大。通电圆形线圈产生的磁场强度，在线圈中心的垂线与线圈中心点距离为x的自由空间点上，如果线圈的电流为I，线圈匝数为N，线圈半径为

线圈电流产生的磁场强度为

根据电磁场理论毕奥-萨伐尔定律积分计算

结果(毕奥-萨伐尔定律以及积分计算H(x)的方法请参考电磁场理论)公式是：

$H\left(x\right)=\frac{{\mathrm{NIR}}^2}{2{(x^2+R^2)}^{3/2}}$

可见，随着距离x的增加，磁场强度

会减小。

根据上述公式计算一个半径R＝3cm、匝数N＝50、线圈电流为1A的线圈，在自由空间中(空气中与自由空间的差别极小，可以看成与自由空间是相同的)，与线圈所在平面垂直的轴线上，与线圈中心点距离为x处的磁场强度为

随着距离x的增加而减小，磁场强度变化量与距离的关系曲线，理论计算结果如图1所示。图中横轴是被测点与线圈中心的距离

单位是

竖轴是该点的磁场强度的db数与距离点的磁场强度的db数相减的结果，即相对于

点的磁场强度的db数。

由理论计算，如果线圈电流不是直流而是某一固定频率的简谐波交流电，其磁场强度的变化关系也应该如图1所示，实际上是否如此呢？下面的实际测试结果曲线可以得出一些相关结论。

半径约为4cm、线径0.3mm、50匝的漆包线线圈(见图3)在不同频率的简谐波激发电流下，产生的简谐波的磁场强度变化量与距离x的关系曲线见图2(实际测试结果)，距离x＝0cm的磁场强度为相应测试频率下的0db参考值，磁场接收传感器线圈是一个25mm长15mm宽的3匝的形状大致为长方形的pcb线圈(见图4)，测量时发射线圈与接收线圈平行，接收线圈的中心在发射线圈的中心轴线上，两个线圈的中心距离为x。由实测曲线图2可见，在磁场产生线圈的电流的频率为50Hz到60KHz的简谐波电流的条件下，空气中不同空间点之间的磁场强度的相对变化量db数与频率几乎没有关系，即距离x的空间点处的磁场强度相对于距离0cm点处的磁场强度的变化量与频率无关(50Hz到60KHz频率范围内)。从电磁场理论的分析可知，当频率更低时，这个结论仍然正确。但当频率很高时，由于发射磁场的漆包线线圈间分布电容等分布参数的影响，实际测试结果误差会增大，也就是说当频率很高时，实际工程实现上的测试结果会有较大的误差。曲线中x＝2cm相对于x＝0cm处的变化量(图2)比理想线圈的变化量大(见图1)，其原因是发射线圈有厚度，接收线圈也不是点线圈，接收线圈的外边沿与发射线圈的最近边沿远远小于理想线圈间的距离，故而在x＝0cm时的实际磁场强度远大于理想线圈的计算值。所以实测结果仍然是符合电磁场理论的。发射线圈轴线外的空间点上的磁场强度变化量的大小(相对于x＝0cm处的磁场强度)也与频率无关(小于60KHz的简谐波电流)，这一点也可以从理论分析得出。

如果不是在空气中，而在移动终端内部，以上结论也基本正确。图5是手机型号为nokiaE50的测试结果曲线，图6是手机型号为anycallS5230c的测试结果曲线、图7是手机型号为xdc5310的测试结果曲线、图8是手机型号为motoV8的测试结果曲线。从图5到图8、其他型号的手机测试结果以及理论分析可以得出以下结论：

结论1：使用多匝线圈激发产生的磁场强度，当激发电流的频率为很低频率的某频率的简谐波时，线圈周围附近某两点位置p1和p2上会产生相同频率的简谐波磁场，如果将一移动终端内的某固定点P3移动到p1、p2两点，让P3分别与p1、p2重合，分别测量该移动终端内点P3与p1、p2重合时的两个磁场强度H1、H2。H1与H2的比值的db值，对于大部分移动终端，特别是大部分手机终端，当线圈电流频率很低时特别是频率低于50KHz时，该比值基本恒定，与频率基本无关，频率越低，该比值越稳定不变。从图7中可见，对于型号为xdc5310的手机，当频率为60KHz时所述比值明显不同于其他低频的情况。

下面比较几种不同手机内SIM卡位置的磁场接收线圈在同一个磁场发射线圈，使用某些低频频率，但在相同简谐波电流激发的磁场中的同一个空间点接收到的磁场强度特性。图9、10、11、12中是在发射线圈中心轴上与发射线圈中心距离为x的空间点的磁场强度的特性，发射线圈是半径为4cm、线径0.3mm、50匝的漆包线线圈(见图3)，磁场接收传感器线圈是一个25mm长15mm宽的3匝形状大致为长方形的pcb线圈(见图4)。图中磁场强度的0db参考点，是以没有移动终端时，空气中该空间点的磁场强度为0db参考点，那么，曲线上竖轴的值则为：同一空间点有移动终端时相对于自由空间时的磁场强度的变化，也即移动终端引起的磁场强度的衰减量db值的负数。从图9到图12、其他型号的手机测试结果以及理论分析可以得出以下结论：

结论2：对于大部分移动终端，特别是大部分手机终端，当磁场产生线圈流过的简谐波电流频率很低时，特别是频率小于50KHz时，移动终端对磁场强度的衰减量与移动终端所处的位置基本无关，只与频率相关。频率越低衰减量越小，频率越高衰减量越大。

从图9到图11、其他型号的手机测试结果以及理论分析可以得出以下结论：

结论3：当磁场产生线圈流过的简谐波电流频率极低时，特别是小于2KHz时，移动终端对磁场强度几乎没有衰减，其衰减量基本上小于6db。

由结论1、2、3可得以下推论：

推论4：移动终端对不同两个很低频率的简谐波磁场强度的衰减量的差值恒定，与移动终端所处位置基本无关。

结论1、2、3以及推论4成立有一定的限定条件，主要为：

a、在地球表面的空气中，气压约为0.5到1.5个大气压下。

b、环境温度在0到+50摄氏度之间。

c、磁场激发电流是频率小于50KHz的简谐波。

d、只对于大部分移动终端，特别是大部分手机的条件下，结论和推论正确。不能保证对于所有移动终端结论和推论都成立。

e、磁场产生线圈大小的尺寸值远远小于线圈中电流频率值对应的波长值。

f、磁场产生线圈为多匝线圈，线圈尺寸不能比手机小太多。

限定条件等同于人们正常使用移动终端特别是正常使用手机的环境，多频段读卡装置中产生低频磁场的线圈也是正常情况下的尺寸。

根据以上结论，可以设计以下的移动终端刷卡装置系统，并且该系统适用于大部分移动终端在一般正常条件下的使用。

首先根据应用的安全要求确定最远允许刷卡距离Dmax以及最近必须能够刷卡的距离Dmin的数值，比如一般地铁pos机最远刷卡距离Dmax为10cm，最近必须能够刷卡的距离Dmin为5cm。然后确定平均刷卡距离Dave＝(Dmax+Dmin)/2，对于一般地铁应用，Dave＝7.5cm。

设计一多频段读卡装置，所有发行使用的多频段读卡装置能够发射和接收大于80MHz的射频信号，射频高频频率为F1，多频段读卡装置可以根据环境无线电频谱占用情况自行调整高频频率F1的频率值。多频段读卡装置使用高频频率F1发射接收数据信息。其中无线电通讯的方法技术，即调制解调、编码解码以及通讯协议等，可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法，也可以根据应用的需要自行定义和改进方法。

所有发行使用的多频段读卡装置还能够产生发射2KHz到50KHz的第一很低频率F2的无线电信号，使得其产生的第一很低频率F2的无线电信号在多频段读卡装置周围空气中，距多频段读卡装置距离为Dave时的磁场强度约为M2ave左右，M2ave是指多频段读卡装置发出的在所设定平均刷卡距离处的第一很低频率(F2)无线电信号的平均磁场强度值。在距多频段读卡装置距离大于Dmax的一定不能刷卡的空间位置，第一很低频率F2的磁场强度小于M2min，M2min是指所有发行使用的多频段读卡装置发出在距离大于Dmax一定不能刷卡处的第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2的最大值。在距多频段读卡装置距离小于Dmin的一定需要刷卡的空间位置，第一很低频率F2的磁场强度大于M2max，M2max是指所有发行使用的多频段读卡装置发出在距离小于Dmin一定需要刷卡处的第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2的最小值。所有发行使用的多频段读卡装置还能够产生发射2KHz到150KHz并可携带数据信息的第二很低频率F4的无线电信号，使用第二很低频率F4的无线电信号传递多频段读卡装置正在使用的高频频率F1的数值以及其他数据信息。第二很低频率F4的无线电的数据传送方法技术，即调制解调、编码解码以及通讯协议等，可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法，也可以根据应用的需要自行定义和改进方法。第二很低频率F4和第一很低频率F2也可以使用同一频率，使用同一个低频信号既传递磁场强度信息也传递数据信息。

所有发行使用的多频段读卡装置能够产生发射2Hz到2KHz的极低频率F3的无线电信号，使得其产生的极低频率F3的无线电信号在多频段读卡装置周围空气中，距多频段读卡装置距离为Dave时的磁场强度约为M3ave，M3ave是指多频段读卡装置发出的在所设定平均刷卡距离处的极低频率F3无线电信号的平均磁场强度值。在距多频段读卡装置距离大于Dmax的一定不能刷卡的空间位置，极低频率F3的磁场强度小于M3min，M3min是指所有发行使用的多频段读卡装置发出在距离大于Dmax一定不能刷卡处的极低频率F3无线电信号的磁场强度M3的最大值。在距多频段读卡装置距离小于Dmin的一定需要刷卡的空间位置，极低频率F3的磁场强度大于M3max，M3max是指所有发行使用的多频段读卡装置发出在距离小于Dmin一定需要刷卡处的极低频率F3无线电信号的磁场强度M3的最小值。

再设计与所述多频段读卡装置配套的多频段集成电路卡，其能够配合多频段读卡装置进行以下无线电信号的处理：

所有发行使用的多频段集成电路卡，能够收发高频频率F1的射频信号，与多频段读卡装置使用高频频率F1的无线电信号进行双向数据信息的交换。其中无线电通讯的方法技术，即调制解调、编码解码以及通讯协议等要与多频段读卡装置相符。

所有发行使用的多频段集成电路卡，能够接收多频段读卡装置发射的第一很低频率F2的无线电信号的磁场强度信息。能够接收多频段读卡装置发射的第二很低频率F4的无线电信号，并解调解码其中的数据信息。

所有发行使用的多频段集成电路卡，能够接收多频段读卡装置发射的极低频率F3的无线电信号的磁场强度信息。

本实用新型使用多频段集成电路卡及配套的多频段读卡装置组成的系统解决方案可以做到低成本又能保证刷卡在要求的距离内。使用本实用新型方案不需要定制手机，只需要将多频段集成电路卡插入手机(或其他移动终端)中，配合安装有多频段读卡装置的pos机即可实现在要求距离内的移动支付刷卡的应用。本实用新型也可以应用于其它场合刷卡，比如门禁刷卡。

使用上述刷卡系统，多频段集成电路卡可以测量与多频段读卡装置的距离，如果距离太远就禁止刷卡，从而保证移动终端用户刷卡的安全性。

多频段集成电路卡(比如多频段sim卡)本身不属于移动终端，多频段集成电路卡除了可以安装于移动终端(比如手机)内使用外，也可以安装于其他非移动终端(比如USB读卡器)内使用。

本实用新型组成的刷卡系统主要有4部分，见图13：

多频段集成电路卡1、多频段读卡装置2、移动终端3和读卡机主电路6，其中多频段读卡装置2和读卡机主电路6组成读卡机5。多频段集成电路卡1与移动终端3以金属导线和触点相连接，即有线接口连接移动终端3和多频段集成电路卡1。多频段集成电路卡1与移动终端3可以通过有线接口进行数据信息通讯，移动终端3可以通过有线接口提供给多频段集成电路卡1工作所需的电源。一般使用情况下，使用者4手持移动终端3主动移动移动终端3，此时，多频段集成电路卡1也跟着一起运动。

具有加速度测量处理模块的多频段集成电路卡1可以测量自身的加速度变化，从而可以识别使用者4的特定动作。该特定动作可以用于使用者4对刷卡操作的确认。加速度测量处理模块是多频段集成电路卡的可选模块，不是必须模块。

读卡机主电路6与多频段读卡装置2之间有信号和电源连接，一般情况下，由读卡机主电路6供给多频段读卡装置2的工作电源。多频段读卡装置2与读卡机主电路6进行刷卡等信息数据的交换。当刷卡时多频段读卡装置2与多频段集成电路卡1通过无线接口进行连接，与多频段集成电路卡1进行信息数据的交换。多频段读卡装置2与多频段集成电路卡1之间的无线接口是：无线收发处理模块。无线收发处理模块处理3个频段的无线电信号。

如图14所示，本实用新型中的多频段集成电路卡1包括控制模块15、有线接口11、无线收发处理模块12、刷卡功能模块13、可选的加速度测量处理模块14。控制模块15能够实现常规集成电路卡的各种功能。常规集成电路卡包含SD卡(Secure Digital Memory Card)、MMC卡(MultiMediaCard)、记忆棒(Memory Stick)、SM卡(SmartMedia)、SIM卡(Subscriber IdentityModule)、USIM卡(Universal Subscriber Identity Module)、UIM卡(User Identity Model)。控制模块15与有线接口11连接，与无线收发处理模块12、刷卡功能模块13连接和可选的加速度测量处理模块14电连接。控制模块15含有CPU和存储器以及软件程序。多频段集成电路卡1通过有线接口11与外部移动终端连接。有线接口11由导线和触点组成，负责与外部移动终端进行数据信息交换，并可以给多频段集成电路卡1提供工作电源。其中有线通讯的方法可以使用现有各种成熟的有线通讯方法技术，也可以根据应用需要自行定义新的方法和技术，比如可以使用ISO7816标准中的方法和协议。无线收发处理模块12与控制模块15连接，负责与外部多频段读卡装置2进行双向数据信息交换，无线收发处理模块12也负责接收测量并根据测得的磁场强度判断与多频段读卡装置2的距离是否在可以安全刷卡的距离内。无线收发处理模块12由高频频段收发处理子模块121、低频频段处理子模块122以及极低频频段处理子模块123组成。刷卡功能模块13主要是一个软件模块，由集成电路卡内的cpu和存储器程序等组成，在cpu及程序的控制下通过各接口与外部多频段读卡装置2和移动终端配合共同完成刷卡操作。

可选的加速度测量处理模块14由加速度传感器和处理电路组成，能够测量多频段集成电路卡1的加速度，通过对加速度变化特征的提取，从而可以判断持卡人的特定动作。该特定动作可以用于持卡人对刷卡操作的确认。

高频频段收发处理子模块121收发处理的是频率范围大于80MHz的无线电信号。由高频天线1212和高频收发处理电路1211组成，可以与配套的多频段读卡装置2配合通讯，其中无线电通讯的方法技术(包括天线的技术)可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法技术，也可以根据应用需要自行定义和改进方法。其中天线技术可以使用各种已有的成熟天线技术，只要有利于产品的性能，根据天线技术的不断发展，也可以使用最新的天线技术。目前可以优先选用2.4GHz频段作为高频频段无线电射频中心频率的实现技术，例如集成电路nRF24L01便可以较高的性价比实现2.4GHz频段的通讯。

低频频段处理子模块122接收处理频率范围为2KHz到50KHz的第一很低频率F2的无线电信号。低频频段处理子模块只接收无线电信号不发送无线电信号。低频频段处理子模块接收测量中心频率为第一很低频率F2的幅度恒定不随时间变化的磁场信号。各国无线电频谱管理未规定低于9KHz的无线电的允许使用的场强限制，大部分测试机构也没有低于9KHz的辐射限值的测试设备和测试标准，因此无法得到无线电辐射是否符合国家标准的测试报告，使用低于9KHz的无线电对于产品的推广使用困难很大，虽然可以积极与各个国家的政府进行沟通，获得低于9KHz的无线电设备的使用标准和许可，但其工作难度很大，对于全球各国家地区的全面推广使用非常困难。优选第一很低频率F2要大于9KHz，并尽量低，即尽量与9KHz接近，接收处理第一很低频率F2的信号带宽优选值为100Hz。已校准的多频段集成电路卡，低频频段处理子模块122接收测量中心频率为第一很低频率F2的磁场强度值M2，并与磁场强度门限值M2gate进行比较，如果比较结果允许刷卡，就认为与多频段读卡装置距离足够近，在允许刷卡的安全距离内，启动刷卡流程，否则禁止刷卡，从而实现在要求距离内才可以刷卡的应用需求。低频频段处理子模块122还接收处理频率范围为2KHz到150KHz的第二很低频率F4的无线电信号。从第二很低频率F4的无线电信号中解调解码出其中传递的数据信息，该信息由多频段读卡装置发射出来，其中有多频段读卡装置的身份信息IDr，以及多频段读卡装置高频频率F1等信息。低频频段处理子模块122不需要发送第二很低频率F4的无线电信号。频率为第二很低频率F4的无线电信号通讯技术可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法技术，也可以根据应用的需要自行定义和改进方法。第二很低频率F4的无线电信号占用频谱较宽，其带宽决定于数据信息的波特率和调制编码方式。用于通讯的无线电信号的第二很低频率F4和用于测量磁场强度的无线电信号的第一很低频率F2如果不同，第二很低频率F4的无线电占用信号带宽不能覆盖到磁场强度测试频率第一很低频率F2的范围，而第一很低频率F2的能量也不能使得第二很低频率F4的无线电的信噪比明显降低，即要保证磁场强度测试的无线电与数据信息传递的无线电不能相互干扰，其频率间隔必须足够大，优化方案中第二很低频率F4要大于第一很低频率F2。用于通讯的无线电信号的第二很低频率F4和用于测量磁场强度的无线电信号的第一很低频率F2如果相同，低频频段处理子模块122从同一个中心频率的无线电信号中测量获得磁场强度信息以及解调解码得到数据信息，这时，低频频段处理子模块122的带宽决定于数据信息的波特率和调制编码方式。低频频段处理子模块122测量磁场强度的无线电的第一很低频率F2可以确定不变，这样方便实现不同的多频段集成电路卡在同一个多频段读卡装置上正常使用，方便实现多频段集成电路卡的兼容性。低频频段处理子模块122接收数据信息的无线电的第二很低频率F4可以确定不变，这样方便实现不同的多频段集成电路卡在同一个多频段读卡装置上正常使用，方便实现多频段集成电路卡的兼容性。

极低频频段处理子模块123接收处理频率范围为2Hz到2KHz的极低频率的无线电信号。极低频频段处理子模块123只接收无线电信号不发送无线电信号。极低频频段处理子模块123接收测量极低频率F3的幅度恒定不随时间变化的磁场信号。正常刷卡操作时不需要接收测量极低频率F3的无线电信号的磁场强度，只在多频段集成电路卡上电复位后、第一次刷卡操作前，设定第一很低频率F2允许刷卡磁场强度门限值M2gate的操作期间，才测量极低频率F3无线电信号的磁场强度，将测得的极低频率F3的磁场强度值M3用于刷卡操作的第一很低频率F2磁场强度门限值M2gate的设定计算。极低频率F3可以确定不变，这样方便实现不同的多频段集成电路卡在同一个多频段读卡装置上正常使用，方便实现多频段集成电路卡的兼容性。极低频率F3的优选方案为80Hz，极低频率F3的处理滤波带宽的优选方案是10Hz左右。

多频段集成电路卡处理的第一很低频率F2、极低频率F3的无线电信号都是幅度恒定不随时间变化的无线电信号，如果第一很低频率F2与第二很低频率F4的频率相同，第二很低频率F4也是幅度恒定不随时间变化的无线电信号。

所述多频段读卡装置2包括读卡装置控制模块21，无线收发处理模块22、接口电路23。读卡装置控制模块21与无线收发处理模块22和接口电路23连接。读卡装置控制模块21内含CPU存储器以及软件等模块。读卡装置控制模块21在cpu和软件的控制下完成控制、操作、通讯和刷卡等各种功能。接口电路23还与外部的读卡机主电路6连接，接口电路23实现多频段读卡装置2与读卡机主电路6的通讯，还提供给多频段读卡装置2的工作电源。无线收发处理模块22主要完成与外部的多频段集成电路卡1的双向无线电通讯功能。无线收发处理模块22主要由天线和无线电电路组成，还包括部分软件模块。其中无线电通讯的方法可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法技术，也可以根据应用的需要自行定义和改进方法，但该方法必须与多频段集成电路卡1的方法相匹配。

无线收发处理模块22由高频频段收发处理子模块221、低频频段处理子模块222以及极低频频段处理子模块223组成。高频频段收发处理子模块221处理频率大于80MHz的无线电信号，使用高频频率F1与多频段集成电路卡1进行双向数据通讯。高频频段收发处理子模块221由高频天线2212和高频收发处理电路2211组成。其中无线电通讯的方法技术(包括天线的技术)，即调制解调、编码解码以及通讯协议等，可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法，也可以根据应用的需要自行定义和改进方法。目前的技术可以优先选用2.4GHz频段作为高频频率F1的实现技术，例如集成电路nRF24L01便可以较高的性价比实现2.4GHz频段的通讯。优选方案是高频频率F1可以改变，当多频段读卡装置测得某一频率的电磁噪声很大时可以更换高频频率F1，使用另一个频率的信道进行通讯。低频频段处理子模块222发送处理频率范围为2KHz到150KHz的低频无线电信号。低频频段处理子模块222发送频率范围为2KHz到50KHz的第一很低频率F2幅度恒定不随时间变化的磁场信号。优选的第一很低频率F2要大于9KHz，尽量与9KHz接近，发送的第一很低频率F2的信号带宽优选值10Hz左右(或者频率误差在10Hz内)。低频频段处理子模块222发送的第一很低频率F2的磁场强度值：在距多频段读卡装置距离为Dave处为M2ave左右，在距多频段读卡装置距离大于Dmax时小于M2min，在距多频段读卡装置距离小于Dmin时大于M2max。M2ave、M2max、M2min的数值需要折中考虑，不能太小，太小多频段集成电路卡接收到的信号的信噪比太低，而如果磁场强度数值太大，多频段读卡装置的体积或功耗太大，也不容易满足无线电管理机构对磁场强度限值的要求。第二低频频段处理子模块222还发送处理频率范围为2KHz到150KHz的第二很低频率F4的无线电信号。第二很低频率F4的无线电信号携带有相关的数据信息，比如多频段读卡装置的身份信息IDr以及多频段读卡装置的高频频率F1数值等信息。第二很低频率F4的无线电信号通讯的方法技术即调制解调、编码解码以及通讯协议等，可以使用现有各种成熟的无线电通讯方法，也可以根据应用的需要自行定义和改进方法。第二很低频率F4的无线电信号频谱的带宽决定于要传送的数据的波特率和调制编码方式，其具体的计算方法已经有各种成熟的技术，这里不再赘述。总之，第二很低频率F4的带宽决定于应用需求的细节。如果第一很低频率F2和第二很低频率F4同频率，那么第一很低频率F2(第二很低频率F4)的信号带宽决定于数据传送的波特率以及调制解调、编码解码方式。如果第一很低频率F2和第二很低频率F4同频率，使用同一个无线电信号既传递磁场强度信息也传递数据信息。如果第一很低频率F2和第二很低频率F4不同频率，要保证第二很低频率F4的无线电信号频谱在第一很低频率F2的带宽内的能量不能明显影响第一很低频率F2的能量，而第一很低频率F2的能量也不能使得频率为第二很低频率F4的无线电信号的信噪比明显降低。优选方案中第二很低频率F4要大于第一很低频率F2。极低频频段处理子模块223发送处理频率范围为2Hz到2KHz的极低频率的无线电信号。极低频频段处理子模块223发送极低频率F3幅度恒定不随时间变化的磁场信号。正常刷卡操作时极低频频段处理子模块223不需要发送极低频率F3的无线电信号，只在多频段集成电路卡上电复位后、第一次刷卡操作前，设定第一很低频率F2允许刷卡磁场强度门限值M2gate的操作期间，才需要极低频频段处理子模块223发送极低频率F3的磁场强度信号。极低频频段处理子模块223发送的极低频率F3的磁场强度值，在距离多频段读卡装置距离为Dave时要为M3ave左右，在距离多频段读卡装置距离大于Dmax时要小于M3min，在距离多频段读卡装置距离小于Dmin时要大于M3max。M3ave、M3max、M3min的数值需要折中考虑，不能太小，太小多频段集成电路卡1接收到信号的信噪比太低，太大，多频段读卡装置2的体积或功耗太大。极低频率F3可以确定不变，这样方便实现不同的多频段读卡装置2在同一个多频段集成电路卡1上正常使用，方便实现多频段读卡装置2的兼容性。极低频频段处理子模块223发送的极低频率F3的优选方案为80Hz的频率，极低频频段处理子模块223发送的极低频率F3带宽的优选方案约1Hz。

多频段集成电路卡1内部如果已经记录有一个允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，当测得的第一很低频率F2的磁场强度M2大于磁场强度门限值M2gate时才可以启动刷卡操作。允许刷卡的磁场强度门限值M2gate在多频段集成电路卡1上电复位前的设定值是无效的。允许刷卡的磁场强度门限值M2gate的设定在多频段集成电路卡1靠近多频段读卡装置2时自动设定，不需要专门的设定辅助设备，不需要人为专门控制的设定操作过程。由于不同的移动终端对第一很低频率F2的磁场强度的衰减不同，所以当多频段集成电路卡在不同终端内时，由于移动终端对第一很低频率F2的磁场强度的衰减量Af2不同，在离读卡器相同距离时，测得的磁场强度M2不同，故不能将M2与同一个磁场强度M2ave比较来决定是否可以刷卡，而必须与M2ave-Af2比较来决定是否可以刷卡。令M2gate＝M2ave-Af2为刷卡门限即磁场强度门限值。多频段集成电路卡1在移动终端内获得正确的刷卡磁场强度门限值M2gate的过程，称为校准过程。当未校准的集成电路卡测得第一很低频率F2的磁场强度大于启动校准磁场强度门限Tm2时，启动校准过程。

启动校准磁场强度门限Tm2的确定方法过程如下：

a、选定一批(约100个)不同型号的需要使用于本刷卡系统的移动终端作测试；

b、多频段集成电路卡1在移动终端内与多频段读卡装置2较远的距离Dttm2时，测得多频段读卡装置2发射的、多频段集成电路卡1所在位置的、第一很低频率F2的磁场强度TTm2，并记录下TTm2和Dttm2的数值；

c、关闭多频段读卡装置2的磁场发射，多频段集成电路卡1测得第一很低频率F2的在其接收带宽内的磁场强度的噪声峰值为Zf2；

d、此时TTm2必须比移动终端内的Zf2大6db，否则，将移动终端更加靠近多频段读卡装置2，重复b、c，直到满足条件d；

e、如果移动终端与多频段读卡装置2距离最近时仍然不能满足条件d，需要调整多频段读卡装置2的参数，增大其发射的以下3个磁场强度值：M2ave、M2min、M2max。然后重新作测试b、c直到满足条件d；

f、对每一个移动终端重复b、c、d、e的步骤，得到每一个移动终端在相同的M2ave、M2min、M2max值条件下的TTm2，取其中的最大值作为启动校准磁场强度门限Tm2；

g、启动校准磁场强度门限Tm2必须小于M2min，如果启动校准磁场强度门限Tm2大于M2min，需要调整多频段读卡装置的参数，增大其发射的以下3个磁场强度值：M2ave、M2min、M2max。此时需要重新对所有移动终端进行b、c、d、e、f的测试，直到满足条件启动校准磁场强度门限Tm2小于M2min；

h、测试多频段集成电路卡在所有终端内测得第一很低频率F2的磁场强度M2＝Tm2时，与多频段读卡装置的距离为Dttm2，Dttm2必须大于Dmin，否则增大M2ave、M2min、M2max的值，重新测试b、c、d、e、f、g直到满足Dttm2大于Dmin；

以上方法并不是唯一的方法，实际上可以有无限多种方法用来确定启动校准磁场强度门限Tm2的值，最终确定的启动校准磁场强度门限Tm2的数值，也不是唯一可行的数值。并且实际操作时并不需要反复修改增大M2ave、M2min、M2max的值后重新测试试验，可以根据已经测得的数据预估M2ave、M2min、M2max的合适值，预估方法不再赘述。但不管是用何种方法获得启动校准磁场强度门限Tm2，可以让启动校准磁场强度门限Tm2符合以下条件：

1、在测试样本的所有终端内启动校准磁场强度门限Tm2比该终端内的噪声磁场强度大6db以上，这个要求用于保证实际使用时的测量误差不至于太大；

2、启动校准磁场强度门限Tm2要小于M2min，这个要求用于保证衰减很小的移动终端在最远刷卡距离时能够实现校准；

3、在测试样本的所有终端内，终端与多频段读卡装置2距离小于Dmin时，多频段集成电路卡处的第一很低频率F2磁场强度M2必须大于启动校准磁场强度门限Tm2，这个要求是用于保证所有测试样本移动终端内，与读卡器距离小于Dmin时能够校准；

4、如果应用需求不同，以上1、2、3的具体要求数值可以取不同的数值，甚至可以增减以上条件。

以上确定启动校准磁场强度门限Tm2的方法实现的同时，也确定了M2ave、M2min、M2max的值。M3ave、M3min、M3max的值的确定更加简单，只需保证多频段集成电路卡在所有测试样本移动终端内测得的极低频率F3在其接收带宽内的磁场强度噪声的最大值Zf3比M3min小6db以上即可，如果要求更严格，可以要求M3min远远大于最大值Zf3。

多频段读卡装置2和多频段集成电路卡1的使用方法1如下(见图18)：

一种距离可控的移动支付方法，包括以下步骤，

①移动终端内的多频段集成电路卡靠近多频段读卡装置，测量所述多频段读卡装置发出的第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2；

②由于多频段集成电路卡1上电后清除已校准标志，即没有记录允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，因此多频段集成电路卡要先判断其内部是否已记录有一允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，如果没有记录允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，不进行刷卡；

③如果多频段集成电路卡内部没有记录有允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，则所述多频段集成电路卡将测得的所述第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2与启动校准磁场强度门限Tm2比较，如果所述第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2大于启动校准磁场强度门限Tm2时，则自动启动校准流程，即确定允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，包括步骤，

A.多频段集成电路卡和多频段读卡装置进行身份认证；

B.多频段集成电路卡测量多频段读卡装置发出的极低频率F3无线电信号的磁场强度M3；

C.计算允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，允许刷卡的磁场强度门限值M2gate等于多频段读卡装置发出的在所设定平均刷卡距离处的极低频率F3无线电信号的平均磁场强度值M3ave减去测得的极低频率F3无线电信号的磁场强度M3再加上测得的第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2之和，即

磁场强度门限值M2gate＝极低频率F3无线电信号的平均磁场强度值M3ave

                    -极低频率(F3)无线电信号的磁场强度M3

                    +第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2；

④多频段集成电路卡判断所测得的第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2是否大于允许刷卡的磁场强度门限值M2gate；

⑤如果所测得的第一很低频率F2无线电信号的磁场强度M2大于允许刷卡的磁场强度门限值M2gate，则多频段集成电路卡和多频段读卡装置进行身份认证；

⑥身份认证通过，借助高频频率F1无线电信号进行移动支付；

所述高频频率F1大于80MHz，第一很低频率F2在2KHz到50KHz之间，极低频率F3在2Hz到2KHz之间。

所述多频段集成电路卡和多频段读卡装置进行身份认证包括步骤：

a.多频段集成电路卡接收多频段读卡装置发出的2KHz到150KHz之间的第二很低频率F4的无线电信号，该无线电信号中包括多频段集成电路卡与多频段读卡装置通信使用的高频频率F1的数值和多频段读卡装置的身份信息IDr；

b.多频段集成电路卡解调解码所述第二很低频率F4的无线电信号中的高频频率F1的数值和多频段读卡装置的身份信息IDr；

c.多频段集成电路卡发送频率为高频频率F1的无线电信息给多频段读卡装置，请求校准流程或移动支付，该高频频率F1的无线电信息包括多频段读卡装置的身份信息IDr；在多频段读卡装置接收该高频频率F1的无线电信息并验证其中的身份信息IDr正确后，多频段集成电路卡和多频段读卡装置之间进行校准流程或移动支付。

刷卡或移动支付操作过程如下：

1、多频段集成电路卡1接收频率为第二很低频率F4的无线电信号，该信号由多频段读卡装置2发出，其中含有多频段读卡装置2用于与多频段集成电路卡1通讯使用的高频频率F1数值以及多频段读卡装置2的身份IDr等信息；

2、多频段集成电路卡1与多频段读卡装置2足够近，其接收的频率为第二很低频率F4的无线电信号信噪比足够大时，能够正确解调解码其中的高频频率F1值和IDr等数据信息；

3、多频段集成电路卡1收到正确的高频频率F1和IDr等数据信息后，使用高频频率F1的无线电发送信息给多频段读卡装置2，请求刷卡流程，发送的信息中含有IDr等信息。

4、多频段读卡装置2从高频频率F1的无线电中收到多频段集成电路卡1的刷卡请求信息后，首先比较其中IDr是否正确，如果不正确，则拒绝执行刷卡流程，以避免位于其他多频段读卡装置附近的多频段集成电路卡1与本多频段读卡装置2进行刷卡过程；

5、多频段读卡装置2比较IDr正确后，配合多频段集成电路卡1进行后续的刷卡流程，后续的流程中，多频段读卡装置2配合多频段集成电路卡1使用高频频率F1的射频进行双向通讯，共同完成刷卡过程的其他操作；

如果多频段集成电路卡1具有加速度测量处理模块，而该刷卡应用安全性要求很高，需要使用者4的确认，多频段集成电路卡1调用加速度测量处理模块14的功能，等待识别使用者4的特定确认动作，如果在规定的时间内没有识别到确认动作，多频段集成电路卡1放弃本次的刷卡操作。如果加速度测量处理模块14在规定的时间内识别出使用者4的确认动作，多频段集成电路卡1就继续完成刷卡的后续操作。

以上刷卡通讯过程并不是唯一可行的刷卡过程，实际上可行的刷卡过程可以有无限多种变化。

使用现有电子信号的测量技术，第一很低频率F2无线电信号的磁场强度的测量实现方法有很多种，下面是其中一些方法：

第一很低频率F2无线电信号的磁场强度的测量可以由两个模块组成，传感器(或者称为天线)和电信号大小测量模块。传感器将第一很低频率F2无线电信号的磁场强度物理量变换为电信号(正常情况下是电压信号)。在多频段集成电路卡1中可以使用线圈、磁敏电阻、磁敏三极管、磁敏场效应管、霍尔器件将第一很低频率F2的磁场强度信号变换为电信号。磁场强度有效值与输出电信号有效值间有一个变换系数，该系数的大小在传感器(或天线)设计时确定。电信号大小测量模块可以由放大器、带通滤波器、峰值检波器，A/D转换器，测量处理程序组成。测量处理程序根据传感器的转换系数、放大器的放大倍数等参数将A/D转换后的数值换算为第一很低频率F2的磁场强度数值。电信号大小测量模块也可以这样构成：放大器、A/D转换器、数字带通滤波器、数字峰值检波器，测量处理程序。测量处理程序根据各参数和变换系数将峰值换算为第一很低频率F2的磁场强度数值。使用数字带通滤波器可以很容易的实现高性能要求的滤波器，是比较好的方案。总之，电信号大小测量模块的现有技术的实现方式可以有各种各样的方法，此处不再赘述。

极低频率F3的磁场强度的测量实现方法与第一很低频率F2磁场强度的测试一样有很多种实现方式。但不管使用何种方式，仍然由传感器(天线)和电信号大小测量模块组成。频率为第二很低频率F4的无线电信息接收处理方法：中心频率为第二很低频率F4携带有数据信息的无线电也是由传感器(天线)和电信号处理模块进行处理。其传感器同样可以由线圈、磁敏电阻、磁敏三极管、磁敏场效应管或者霍尔器件组成。电信号处理模块的功能是放大并解调解码第二很低频率F4中的数据信息，其方法技术已经是成熟技术。第一很低频率F2、极低频率F3、第二很低频率F4的3个(第一很低频率F2、第二很低频率F4相同时是2个)无线电信号，其信号频谱没有重叠，因此可以使用同一个天线同时接收这些频率的无线电信号，并且可以使用同一个放大器同时放大这些信号，放大后分别送到各自的处理模块。因此，第一很低频率F2、极低频率F3、第二很低频率F4无线电信号的处理模块共用天线和放大器是可行的具体实施方案。多频段读卡装置发射的第一很低频率F2、极低频率F3、第二很低频率F4频率的无线电频谱不重叠，可以使用同一个线圈天线发射这3个(第一很低频率F2、第二很低频率F4相同时是2个)无线电信号。多频段读卡装置所产生的第一很低频率F2、极低频率F3、第二很低频率F4的无线电信号线性叠加后送到一个放大驱动器，然后驱动一个线圈天线将第一很低频率F2、极低频率F3、第二很低频率F4频率的无线电信息发送出去。当然这些无线电信息可以分别使用独立放大器放大后从独立的的天线发射，但这样比使用一个放大器和一个天线的方案复杂，电源能量的利用率更低。

商场信用卡刷卡的实施例：

见图13，商场信用卡的读卡机5由读卡机主电路6和多频段读卡装置2组成，读卡机5内有与银行账户管理系统连接的软硬件。移动终端3为用户的手机。用户手机中的多频段集成电路卡1是具有SIM卡功能的多频段集成电路卡1，该多频段集成电路卡1内的刷卡功能模块13含有信用卡帐户刷卡软件以及信用卡身份认证信息。由于信用卡的安全性要求特别高而刷卡速度要求不是太高，所以需要持卡人的确认操作，因此该类型应用的多频段集成电路卡1内需要加速度测量处理模块14。

多频段集成电路卡1的结构见图16：多频段集成电路卡1由有线接口11、无限收发处理模块12、刷卡功能模块13、可选的加速度测量处理模块14和控制模块15组成。控制模块15分别与有线接口11、无线收发处理模块12、刷卡功能模块13和加速度测量处理模块14连接。

无线收发处理模块12由高频频段收发处理子模块121、低频频段处理子模块122和极低频频段处理子模块123组成。高频频段收发处理子模块121由高频天线1212和高频收发处理电路1211组成。低频频段处理子模块122和极低频频段处理子模块123有共同使用的三部分：低频和极低频天线1234、低频和极低频放大器1233和低频和极低频A/D转换器1232。低频和极低频天线1234将多频段集成电路卡1所在空间的下列三个频率的无线电信号变换为电压信号：第一很低频率F2为9100Hz的磁场强度信号、第二很低频率F4为15KHz的数据接收无线电信号和极低频率F3为80Hz的磁场强度信号。低频和极低频天线1234变换所得电压信号送给低频和极低频放大器1233进行放大，然后由低频和极低频A/D转换器1232变换为数字电压信号。低频频段处理子模块由中心频率为第一很低频率F2的磁场强度测量模块和中心频率为第二很低频率F4的无线电数据信号接收处理模块组成。其中中心频率为第一很低频率F2的磁场强度测量模块由低频和极低频天线1234、低频和极低频放大器1233和低频和极低频A/D转换器1232以及中心频率为第一很低频率F2的磁场强度测量数字处理模块1221组成。

中心频率为第一很低频率F2的磁场强度测量数字处理模块1221在纯数字域处理从低频和极低频A/D转换器1232送过来的数字电压信号。磁场强度测量数字处理模块1221中数字信号滤波器的中心频率为9100Hz，带宽100Hz.。中心频率为第二很低频率F4的无线电数据信号接收处理模块由公共的低频和极低频天线1234、低频和极低频放大器1233和低频和极低频A/D转换器1232以及中心频率为第二很低频率F4的无线接收数字处理模块1222组成。中心频率为第二很低频率F4的无线接收数字处理模块1222在纯数字域处理从低频和极低频A/D转换器1232送过来的数字信号，中心频率为第二很低频率F4的无线电信号使用MSK调制方式，数据传输波特率为2Kbps，其中数字信号滤波器的中心频率为15KHz，带宽2KHz。极低频频段处理模块123由公共的低频和极低频天线1234、低频和极低频放大器1233和低频和极低频A/D转换器1232以及中心频率为极低频率F3的磁场强度测量数字处理模块1231组成。中心频率为极低频率F3的磁场强度测量数字处理模块1231在纯数字域处理从低频和极低频A/D转换器1232送过来的极低频率F3的磁场强度数字信号，其中数字信号滤波器的中心频率为80Hz，带宽为10Hz。

多频段读卡装置2的结构见图17，多频段读卡装置2由读卡装置控制模块21、无线收发处理模块22、接口电路23组成。读卡装置控制模块21分别与无线电收发处理模块22、接口电路23连接。无线收发处理模块22由高频频段收发处理子模块221、低频频段处理子模块222和极低频频段处理子模块223组成。高频频段收发处理子模块221由高频天线2212和高频收发处理电路2211组成。低频频段处理子模块222和极低频频段处理子模块223有共同使用的三部分：低频和极低频天线2234、低频和极低频驱动器2233和低频和极低频D/A转换器2232。低频频段处理子模块222由中心频率为第一很低频率F2的磁场强度生成发射模块和中心频率为第二很低频率F4的无线电数据信号生成发射模块组成。中心频率为第一很低频率F2的磁场强度生成发射模块由公共的低频和极低频天线2234、低频和极低频驱动器2233和低频和极低频D/A转换器2232以及中心频率为第一很低频率F2的磁场强度信号生成数字处理模块2221组成，中心频率为第二很低频率F4的无线电数据信号生成发射处理模块由公共的低频和极低频天线2234、低频和极低频驱动器2233和低频和极低频D/A转换器2232以及中心频率为第二很低频率F4的无线电编码调制生成数字处理模块2222组成。极低频频段处理子模块223由公共的低频和极低频天线2234、低频和极低频驱动器2233和低频和极低频D/A转换器2232以及中心频率为极低频率F3的磁场强度信号生成数字处理模块2231组成。中心频率为第一很低频率F2的磁场强度信号生成数字处理模块2221生成第一很低频率F2为9100Hz的磁场强度数字信号，中心频率为第二很低频率F4的无线电编码调制生成数字处理模块2222生成第二很低频率F4为15KHz的无线电数字信号，极低频率F3的磁场强度信号生成数字处理模块2231生成极低频率F3为80Hz的磁场强度数字信号。低频和极低频D/A转换器2232将第一很低频率F2的磁场强度数字信号、中心频率为第二很低频率F4的无线电数字信号以及中心频率为极低频率F3的磁场强度数字信号进行线性叠加后转换为模拟信号，将模拟信号送给低频和极低频驱动器2233放大后驱动低频和极低频天线2234发射出去。低频和极低频天线2234由多匝的漆包线线圈组成。中心频率为第二很低频率F4的无线电信号使用MSK调制方式，数据传输波特率为2Kbps。

多频段集成电路卡的校准和刷卡操作过程为：

a、收银员操作读卡机5，启动信用卡操作，读卡机5通过多频段读卡装置2的接口电路23通知多频段读卡装置2启动寻卡。多频段读卡装置2的无线收发处理模块22中的低频频段处理子模块222中的中心频率为第一很低频率F2的磁场强度信号生成数字处理模块2221生成第一很低频率F2为9100Hz的数字磁场强度信号，同时多频段读卡装置2的无线收发处理模块22中的低频频段处理子模块222中的中心频率为第二很低频率F4的无线电编码调制生成数字处理模块2222生成第二很低频率F4为15KHz的无线电数字信号。第二很低频率F4为15KHz的无线电数字信号中调制编码有以下信息：多频段读卡装置2的身份信息IDr和高频频段收发处理子模块221的工作频率高频频率F1的数值。频率为第二很低频率F4的无线电使用波特率为2Kbps的MSK调制方式。第一很低频率F2为9100Hz的数字磁场强度信号和第二很低频率F4为15KHz的无线电数字信号线性叠加后经过低频和极低频D/A转换器2232转换为模拟信号，再经过低频和极低频驱动器2233放大后驱动低频和极低频天线2234发射出去。多频段读卡装置2的无线收发处理模块22的高频频段收发处理子模块221工作于中心频率为高频频率F1的接收状态，等待多频段集成电路卡1发出的中心频率为高频频率F1的无线电信号。

b、当用户手持手机靠近多频段读卡装置2，多频段集成电路卡1的低频频段处理子模块122持续测量第一很低频率F2为9100Hz的磁场强度。

b1、低频和极低频天线1234将多频段集成电路卡1所在空间的第一很低频率F2的磁场强度信号变换为电压信号送给低频和极低频放大器1233进行放大。

b2、低频和极低频放大器1233放大后的电压信号送给低频和极低频A/D转换器1232进行模数转换，将模拟电压信号转换为数字电压信号后送给中心频率为第一很低频率F2的磁场强度测量数字处理电路1221处理。

b3、中心频率为第一很低频率F2的磁场强度测量数字处理电路1221将低频和极低频A/D转换器1232送过来的数字电压信号，先进行中心频率9100Hz带宽100Hz的数字带通滤波器的处理，滤除带外噪声。然后测量该电压信号的幅度，再将电压幅度变换为正确的磁场强度值M2。

c、如果多频段集成电路卡1上电复位后没有校准过，多频段集成电路卡1将测得的磁场强度值M2与启动校准磁场强度门限Tm2比较，如果M2大于启动校准磁场强度门限Tm2则启动下面的校准流程如步骤d。手机内的多频段集成电路卡1执行步骤f。

d、多频段集成电路卡1通过低频频段处理子模块122从中心频率为第二很低频率F4的无线电中解调解码出其中的数据信息。如果信噪比较低，解出的数据信息校验错误，回到步骤b，继续检测磁场强度值M2。中心频率为第二很低频率F4的无线电信息的接收及解调解码过程如下：

d1、低频和极低频天线1234将多频段集成电路卡1所在空间的第二很低频率F4的无线电信号变换为电压信号送给低频和极低频放大器1233进行放大。

d2、低频和极低频放大器1233放大后的电压信号送给低频和极低频A/D转换器1232进行模数转换，将模拟电压信号转换为数字电压信号后送给中心频率为第二很低频率F4的无线接收数字处理电路1222处理。

d3、中心频率为第二很低频率F4的无线接收数字处理电路1222对从低频和极低频A/D转换器1232送过来的数字信号先进行数字带通滤波，数字带通滤波器的中心频率为15KHz，带宽为2KHz(数据波特率2Kbps的一半即可)。滤除带外噪声后的信号再进行数字无线电的解调解码操作，解出无线电中的高频频率F1值及多频段读卡装置的身份信息IDr值。

d4、多频段集成电路卡1收到正确的多频段读卡装置2的高频频段收发处理子模块221工作的高频频率F1和身份信息IDr值后，使多频段集成电路卡1的高频频段收发处理子模块121工作于高频频率F1上，并使用高频频率F1的信道发送校准请求信息，信息中包含收到的IDr值。

d5、后续的校准和刷卡过程中，多频段集成电路卡1和多频段读卡装置2中的无线处理界面12、22中的各个数字处理模块以及公共模块的操作细节与前述相似，不再细述。

e、如果是没有校准过的多频段集成电路卡1回到步骤b，否则到步骤f。

f、当第一很低频率F2的磁场强度M2大于磁场强度刷卡门限M2gate时启动付款刷卡操作流程。否则回到步骤b。

g、多频段集成电路卡1接收频率为第二很低频率F4的无线电信号，该信号由多频段读卡装置2发出，其中含有多频段读卡装置2用于与多频段集成电路卡1通讯使用的高频频率F1数值以及多频段读卡装置的身份信息IDr等信息。

h、多频段集成电路卡1与多频段读卡装置2足够近，其接收的第二很低频率F4的无线电信号的信噪比足够大时，能够正确解调解码其中的高频频率F1值和IDr等数据信息。

i、多频段集成电路卡1收到正确的高频频率F1和IDr等数据信息后，使用频率为高频频率F1的无线电发送信息给多频段读卡装置2，请求刷卡流程，发送的信息中含有IDr等信息。

j、多频段读卡装置2从频率为高频频率F1的无线电中收到多频段集成电路卡1的刷卡请求后，首先比较其中IDr是否正确，如果不正确，回到步骤b，拒绝执行刷卡流程，以避免位于其他多频段读卡装置附近的多频段集成电路卡1与本多频段读卡装置2进行刷卡过程。

k、多频段读卡装置2比较IDr正确后，配合多频段集成电路卡1进行后续的刷卡流程，后续的流程中，多频段读卡装置2配合多频段集成电路卡1使用频率为高频频率F1的射频进行双向通讯，进一步进行身份认证的其他操作，在身份认证中，读卡机与银行账户管理系统连接，由银行账户管理系统进一步确认卡片身份的合法性。已经有很多业已成熟的身份认证等加解密安全算法和协议，这里不再赘述。

l、在身份等信息确认后，进入扣费流程，在扣费流程中，多频段集成电路卡1启动加速度测量处理模块14的工作，等待用户的特定确认动作。

m、加速度测量处理模块14在规定的时间内收到使用者4有效的确认动作后，继续执行完成整个扣费流程，否则拒绝扣费，结束整个刷卡操作。

Claims (5)

1.一种多频段读卡装置，包括读卡装置控制模块(21)、无线收发处理模块(22)和接口电路(23)；所述读卡装置控制模块(21)分别与无线收发处理模块(22)和接口电路(23)电连接，其特征在于：所述无线收发处理模块包括

高频频段收发处理子模块(221)，用于发射和接收频率大于80MHz的射频信号；

低频频段处理子模块(222)，用于发射2KHz至50KHz的第一很低频率的无线电信号，和发射2KHz至150KHz的第二很低频率的可携带数据信息的无线电信号；以及

极低频频段处理子模块(223)，用于发射2Hz至2KHz的极低频率的无线电信号。

2.如权利要求1所述的多频段读卡装置，其特征在于：所述高频频段收发处理子模块(221)又包括高频收发处理电路(2211)和高频天线(2212)，所述低频频段处理子模块(222)及极低频频段处理子模块(223)又包括第一很低频率(F2)的磁场强度信号生成数字处理模块(2221)、第二很低频率(F4)的无线电编码调制生成数字处理模块(2222)、极低频率(F3)的磁场强度信号生成数字处理模块(2231)、低频和极低频D/A转换器(2232)、低频和极低频驱动器(2233)与低频和极低频天线(2234)，所述低频和极低频驱动器(2233)分别与低频和极低频D/A转换器(2232)以及低频和极低频天线(2234)电连接，所述第一很低频率(F2)的磁场强度信号生成数字处理模块(2221)、第二很低频率(F4)的无线电编码调制生成数字处理模块(2222)、极低频率(F3)的磁场强度信号生成数字处理模块(2231)分别与低频和极低频D/A转换器(2232)电连接。

3.一种多频段集成电路卡，与多频段读卡装置配合进行无线电信号的处理，包括控制模块(15)、无线收发处理模块(12)、刷卡功能模块(13)以及有线接口(11)，所述控制模块(15)分别与无线收发处理模块(12)、刷卡功能模块(13)以及有线接口(11)电连接，其特征在于：

所述无线收发处理模块(12)又包括

高频频段收发处理子模块(121)，收发频率大于80MHz的射频信号，与多频段读卡装置使用高频频率(F1)的无线电进行双向的数据信息的交换；

低频频段处理子模块(122)，接收多频段读卡装置发射的2KHz至50KHz的很低频率的无线电信号的磁场强度信息，和接收多频段读卡装置发射的2KHz至150KHz的无线电信号并解调解码其中的数据信息；及

极低频频段处理子模块(123)，接收多频段读卡装置发射2Hz至2KHz的极低频率的无线电的磁场强度信息。

4.如权利要求3所述的多频段集成电路卡，其特征在于：还包括与控制模块(15)电连接的加速度测量处理模块(14)，该加速度测量处理模块(14)包括加速度处理电路和加速度传感器，用于测量多频段集成电路卡的加速度，识别持卡人的刷卡确认动作。

5.如权利要求3所述的多频段集成电路卡，其特征在于：所述高频频段收发处理子模块(121)又包括高频收发处理电路(1211)和高频天线(1212)，所述低频频段处理子模块(122)及极低频频段处理子模块(123)又包括第一很低频率(F2)的磁场强度测量数字处理电路(1221)、第二很低频率(F4)的无线接收数字处理电路(1222)、极低频率(F3)的磁场强度测量数字处理电路(1231)、低频和极低频A/D转换器(1232)、低频和极低频放大器(1233)与低频和极低频天线(1234)，所述低频和极低频放大器(1233)分别与低频和极低频A/D转换器(1232)以及低频和极低频天线(1234)电连接，所述第一很低频率(F2)的磁场强度测量数字处理电路(1221)、第二很低频率(F4)的无线接收数字处理电路(1222)、极低频率(F3)的磁场强度测量数字处理电路(1231)分别与低频和极低频A/D转换器(1232)电连接。

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