CN203299838U

CN203299838U - 读卡电路及读卡器

Info

Publication number: CN203299838U
Application number: CN2013203762578U
Authority: CN
Inventors: 陈威
Original assignee: Shenzhen Topband Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Topband Co Ltd
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-06-27

Abstract

本实用新型公开了一种读卡电路及使用该读卡电路的读卡器，读卡器包括MCU及读卡电路，读卡电路包括：接收并放大接入的振荡信号的功放电路；LC振荡电路；用于对所述调幅振荡信号的正半周信号进行检波的第一检波电路；用于对所述调幅振荡信号的负半周信号进行检波的第二检波电路；接收并比较所述第一检波电路和所述第二检波电路的输出信号、并输出比较放大信号的差分比较电路；连接于所述差分比较电路，用于对所述比较放大信号进行放大及整形、并输出规整数据波形信号的放大电路。本实用新型读卡电路及读卡器能很好地还原卡片返回的数据波形，使读卡距离得到明显提升。

Description

读卡电路及读卡器

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术，尤其涉及读卡电路及使用该读卡电路的读卡器。

背景技术

RFID，即射频识别，是一种无线通信技术，利用射频方式进行非接触通信，并交换数据，以达到识别目的。主要通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的，广泛应用于门禁系统、图书馆管理系统、身份识别、物流等领域。如图1所示，为现有技术中使用单边包络检波法的读卡电路，由于只用一个二极管D1作检波，只有信号的正半周被保留下来，负半周全部丢弃。目前广泛应用的RFID卡是125KHz的被动式低频卡，由于卡内没有电源供给，读卡距离一般在15cm内。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中读卡电路及读卡器使用单边包络检波法造成读卡距离较短的缺陷，提供一种使用全波检波技术的读卡电路及读卡器，该读卡电路及读卡器能很好地还原卡片返回的数据，使读卡距离得到明显提升。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种读卡电路，包括：

接收并放大接入的振荡信号的功放电路；

连接于所述功放电路，用于向外发送电磁波、耦合外部RFID卡的数据信号波形产生调幅振荡信号的LC振荡电路；

连接于所述LC振荡电路，用于对所述调幅振荡信号的正半周信号进行检波的第一检波电路；

其特征在于，所述读卡电路还包括：

连接于所述LC振荡电路，用于对所述调幅振荡信号的负半周信号进行检波的第二检波电路；

接收并比较所述第一检波电路和所述第二检波电路的输出信号、并输出比较放大信号的差分比较电路；及

连接于所述差分比较电路，用于对所述比较放大信号进行放大及整形、并输出规整数据波形信号的放大电路。

本实用新型中的读卡电路中，所述第一检波电路包括第一二极管和用于将所述调幅振荡信号的正半周信号进行滤波的第一滤波组，所述第一二极管的正极与所述LC振荡电路的输出端相连，所述第一二极管的负极经由所述第一滤波组连接于所述差分比较电路的第一输入端。

本实用新型中的读卡电路中，所述第二检波电路包括第三二极管和用于将所述调幅振荡信号的负半周信号进行滤波的第二滤波组，所述第三二极管的负极与所述LC振荡电路的输出端相连，所述第三二极管的正极经由所述第二滤波组连接于所述差分比较电路的第二输入端。

本实用新型中的读卡电路中，所述差分比较电路包括电压比较器、第四电容、第九电容、第四电阻、第五电阻，其中

所述电压比较器的正相输入端接收所述第一检波电路的输出信号，所述电压比较器的负相输入端接收所述第二检波电路的输出信号；所述电压比较器的输出端连接所述第五电阻的第一端；所述电压比较器的正电源端连接电源输出端，所述电压比较器的负电源端接地；

所述第四电容第一端连接电源输出端，所述第四电容第二端接地；

所述第四电阻第一端连接电源输出端，所述第四电阻第二端连接所述第五电阻第二端和所述第九电容第二端，所述第五电阻第二端为所述差分比较电路的输出端；所述第九电容第一端接地。

本实用新型中的读卡电路中，所述电压比较器的正相输入端与负相输入端之间还连有用于减少信号反射的第七电阻。

本实用新型中的读卡电路中，所述放大电路包括第七隔直电容、第十反馈电阻、第十一电阻和放大器，所述放大器的正相输入端通过所述第七隔直电容连接所述差分比较电路的输出端，所述放大器的反相输入端通过所述第十一电阻接地，所述放大器的输出端输出所述规整数据波形信号，所述第十反馈电阻连接在所述放大器的输出端与所述反相输入端之间。

本实用新型中的读卡电路中，所述功放电路为推挽电路。

本实用新型中的读卡电路中，所述推挽电路包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管是NPN型晶体管，所述第二晶体管是PNP型晶体管；其中，所述第一晶体管的基极与所述第二晶体管的基极均接入所述振荡信号，所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的发射极均连接所述LC振荡电路的输入端，所述第一晶体管的集电极连接电源输出端，所述第二晶体管的集电极接地。

本实用新型中的读卡电路中，所述LC振荡电路包括第一电感与第八电容，所述第一电感的第一端连接所述功放电路的输出端，所述第一电感的第二端连接所述第一检波电路与所述第二检波电路的输入端，所述第一电感的第二端通过所述第八电容接地。

提供一种读卡器，包括MCU及上述任意一项所述的读卡电路，所述MCU的输出端连接所述读卡电路的功放电路、并输出振荡信号，所述MCU的输入端连接所述读卡电路的放大电路并接入所述规整数据波形信号。

实施本实用新型的有益效果是：本实用新型的技术方案中，采用了全波检波技术，利用第一检波电路对调幅振荡信号的正半周信号进行检波，并利用第二检波电路对调幅振荡信号的负半周信号进行检波，使调幅振荡信号的正半周与负半周都得到检波，并采用差分比较电路对检波电路的输出信号进行比较放大，有利于微弱信号的还原，使读卡距离得到明显提升。

例如，使用EM4200厚卡作测试，采用本实用新型的技术方案能使读卡距离达到25cm以上。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的读卡电路的电路图；

图2是本实用新型的读卡器的模块示意图；

图3是本实用新型一实施例中读卡电路的原理框图；

图4是本实用新型一实施例中读卡电路的电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图2所示，本实用新型的读卡器包括读卡电路和MCU。其中，读卡电路包括功放电路100、LC振荡电路200、第一检波电路300、第二检波电路400、差分比较电路500和放大电路600。

读卡电路中的功放电路100的输入端与MCU的输出端连接、放大电路600的输出端与MCU的输入端连接；并且，功放电路100的输出端与LC振荡电路200的输入端连接、LC振荡电路200的输出端与第一检波电路300和第二检波电路400的输入端连接、第一检波电路300和第二检波电路400的输出端分别连接于差分比较电路500的第一输入端和第二输入端、差分比较电路500的输出端连接于放大电路600的输入端。

在操作过程中，功放电路100接收MUC输出的振荡信号并放大接入的振荡信号。LC振荡电路200向外发送电磁波、耦合外部RFID卡的数据信号波形产生调幅振荡信号。第一检波电路300对调幅振荡信号的正半周信号进行检波。第二检波电路400对调幅振荡信号的负半周信号进行检波。差分比较电路500接收并比较第一检波电路300和第二检波电路400的输出信号、并输出比较放大信号。放大电路600对比较放大信号进行放大及整形、并输出规整数据波形信号至MCU，由MCU对接收到的数据波形进行处理，以获取RFID卡的数据。

如图3-4示出了本实用新型实施例中的原理框图及电路图。

功放电路100为包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的推挽电路。第一晶体管Q1是NPN型晶体管，第一晶体管Q1的基极接入振荡信号，发射极连接LC振荡电路200的输入端，集电极连接电源输出端VCC。

第二晶体管Q2是PNP型晶体管。第二晶体管Q2的基极接入振荡信号，发射极连接LC振荡电路200的输入端，集电极接地。

可以理解地，MCU的输出端与第一晶体管Q1的基极、第二晶体管Q2的基极之间还可以设置第六限流电阻R6。

作为选择，本实用新型的技术方案中，功放电路100还可采用本领域技术人员所知悉的能将MCU输出的振荡信号放大的其他形式的放大电路来实现。另外，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的类型也可互换。

LC振荡电路200包括第一电感L1与第八电容C8。第一电感L1的第一端连接功放电路100的输出端，第一电感L1的第二端连接第一检波电路300与第二检波电路400的输入端，第一电感L1的第二端通过所述第八电容C8接地。可以理解地，LC振荡电路200的谐振点为125KHz附近。

第一检波电路300包括第一二极管D1和用于将调幅振荡信号的正半周信号进行滤波的第一滤波组，第一二极管D1的正极与LC振荡电路200的输出端相连，第一二极管D1的负极经由第一滤波组连接于差分比较电路500的第一输入端。

可以理解地，第一滤波组包括第一低通滤波电路、第一隔直电路、第一滤波电路。第一低通滤波电路包括第一电阻R1、第三电容C3和第六电容C6。第一电阻R1的第一端、第三电容C3的第一端分别连接第一二极管D1的负极，第三电容C3的第二端连接第六电容C6的第一端，第一电阻R1的第二端与第六电容C6的第二端分别接地。第一隔直电路包括第一电容C1、第二电容C2。第一电容C1第一端连接第一二极管D1的负极，第一电容C1第二端连接第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端连接第一滤波电路的输入端。第一滤波电路包括第五电容C5和第二电阻R2。第五电容C5的第一端和第二电阻R2的第一端分别连接第二电容C2的第二端，第五电容C5的第二端和第二电阻R2的第二端分别接地。

可以理解地，在LC振荡电路200的输出端与第一二极管D1之间，还连接有第三电阻R3。

第二检波电路400包括第三二极管D3和用于将调幅振荡信号的正半周信号进行滤波的第二滤波组，第三二极管D3的负极与LC振荡电路200的输出端相连，第三二极管D3的正极经由第二滤波组连接于差分比较电路500的第二输入端。

可以理解地，第二滤波组包括第二低通滤波电路、第二隔直电路、第二滤波电路。第二低通滤波电路包括第十二电阻R12、第十二电容C12和第十四电容C14。第十二电阻R12的第一端、第十二电容C12的第一端分别连接第三二极管D3的正极，第十二电容C12的第二端连接第十四电容C14的第一端，第十二电阻R12的第二端与第十四电容C14的第二端分别接地。第二隔直电路包括第十电容C10、第十一电容C11。第十电容C10第一端连接第三二极管D3的正极，第十电容C10第二端连接第十一电容C11的第一端，第十一电容C11的第二端连接第二滤波电路的输入端。第二滤波电路包括第十三电容C13和第十三电阻R13。第十三电容C13的第一端和第十三电阻R13的第一端分别连接第十一电容C11的第二端，第十三电容C13的第二端和第十三电阻R13的第二端分别接地。

可以理解地，在LC振荡电路200的输出端与第三二极管D3之间，还连接有第八电阻R8。

差分比较电路500包括电压比较器IC2、第四电容C4、第九电容C9、第四电阻R4和第五电阻R5。电压比较器IC2的正相输入端接收第一检波电路300的输出信号，电压比较器IC2的负相输入端接收第二检波电路400的输出信号，电压比较器IC2的输出端连接第五电阻R5的第一端，电压比较器IC2的正电源端连接电源输出端VCC，电压比较器IC2的负电源端接地。第四电容C4第一端连接电源输出端VCC，第四电容C4第二端接地。第四电阻R4的第一端连接电源输出端VCC，第四电阻R4的第二端连接第五电阻R5的第二端和第九电容C9的第二端，第五电阻R5的第二端为差分比较电路500的输出端。第九电容C9第一端接地。电压比较器IC2的正相输入端与负相输入端之间还连有用于减少信号反射的第七电阻R7。

放大电路600包括第七隔直电容C7、第十反馈电阻R10、第十一电阻R11和放大器IC1。放大器IC1的正相输入端通过第七隔直电容C7连接差分比较电路500的输出端，放大器IC1的反相输入端通过第十一电阻R11接地，放大器IC1的输出端输出规整数据波形信号。第十反馈电阻R10连接在放大器IC1的输出端与反相输入端之间。

可以理解地，放大电路600还包括第二二极管D2、第九电阻R9和第十五滤波电容C15。放大器IC1的正电源端连接电源输出端VCC，放大器IC1的负电源端接地。

第二二极管D2的负极与第九电阻R9的第一端分别连接放大器IC1的正相输入端，第二二极管D2的正极与第九电阻R9的第二端分别接地。

第十五滤波电容C15连接在电源输出端VCC和地之间。

下面结合图2-4，以一个具体例子来说明本实用新型读卡电路及读卡器的工作原理：

由MCU产生的125KHz的振荡信号，经第六电阻R6限流后输入到由第一晶体管Q1和第二晶体管Q2构成的推挽电路，使第一电感L1与第八电容C8周期性地充电和放电。第一电感L1和第八电容C8构成LC振荡电路200，在谐振点125KHz附近的信号振荡幅度最大。该振荡信号通过第一电感L1向外辐射电磁波，当在外部RFID卡进入这个区域时，卡片内部电路通过卡片的线圈将数据信号波形耦合到第一电感L1上，使LC振荡电路200的振荡幅度发生变化并产生调幅振荡信号。该调幅振荡信号进入第一检波电路300，经过第一二极管D1检波，把负半周去掉，只留下正半周。再经过由第一电阻R1、第三电容C3和第六电容C6构成的第一低通滤波电路，把125KHz的高频载波信号去掉。该信号再进入第一隔直电路，通过第一电容C1和第二电容C2对该信号的直流分量进行隔离。该信号再进入第一滤波电路，由第二电阻R2和第五电容C5再进一步滤波，得到微弱的正相数据波形。同理，由LC振荡电路200输出的调幅振荡信号，经过第二检波电路400，与第一检波电路300的检波原理相同，把调幅振荡信号的正半周去掉，只留下负半周，同样滤波后得到微弱的反相数据波形。由于用于检波的第一二极管D1和第三二极管D3参数相同但连接方向相反，所以输出的数据波形是完全对称的差分信号。第一检波电路300和第二检波电路400的输出信号进入差分比较电路500后，分别输入到电压比较器IC2的正相、负相输入端进行比较放大。电压比较器IC2工作在开环状态，由于电压比较器IC2的共模抑制比和开环电压增益都很大，可以轻松地将这组微弱的差分信号放大。当电压比较器IC2的正相输入电平比反相输入电平高时，输出为集电极开路状态。这时第九电容C9通过第四电阻R4充电。当电压比较器IC2正相输入电平比反相输入电平低时，输出为低电平。这时第九电容C9通过第五电阻R5放电。第四电阻R4与第九电容C9的充放电时间常数刚好能满足卡片的数据可以通过，将高频干扰滤除。之后，差分比较电路500输出比较放大信号。该比较放大信号进入放大电路600后，第七电容C7将信号中的直流分量隔离后，将比较放大信号输入放大器IC1的正相输入端，而R10为负反馈电阻，此时放大器IC1工作在放大状态。由于放大器IC1放大倍数很大，当IC1的正相输入端电平比反相输入端电平高时，其输出接近电源电压。当IC1的正相输入端电平比反相输入端电平低时，其输出接近0V。之后，放大电路600输出规整数据波形信号。该规整数据波形信号输入到MCU的中断引脚，配合解码程序，即可将数据解调出来。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims

1.一种读卡电路,包括：

接收并放大接入的振荡信号的功放电路（100）；

连接于所述功放电路（100），用于向外发送电磁波、耦合外部RFID卡的数据信号波形产生调幅振荡信号的LC振荡电路（200）；

连接于所述LC振荡电路（200），用于对所述调幅振荡信号的正半周信号进行检波的第一检波电路（300）；

其特征在于，所述读卡电路还包括：

连接于所述LC振荡电路（200），用于对所述调幅振荡信号的负半周信号进行检波的第二检波电路（400）；

接收并比较所述第一检波电路（300）和所述第二检波电路（400）的输出信号、并输出比较放大信号的差分比较电路（500）；及

连接于所述差分比较电路（500），用于对所述比较放大信号进行放大及整形、并输出规整数据波形信号的放大电路（600）。

2.根据权利要求1所述的读卡电路，其特征在于，所述第一检波电路（300）包括第一二极管(D1)和用于将所述调幅振荡信号的正半周信号进行滤波的第一滤波组，所述第一二极管(D1)的正极与所述LC振荡电路（200）的输出端相连，所述第一二极管(D1)的负极经由所述第一滤波组连接于所述差分比较电路（500）的第一输入端。

3.根据权利要求2所述的读卡电路，其特征在于，所述第二检波电路（400）包括第三二极管(D3)和用于将所述调幅振荡信号的负半周信号进行滤波的第二滤波组，所述第三二极管(D3)的负极与所述LC振荡电路（200）的输出端相连，所述第三二极管(D3)的正极经由所述第二滤波组连接于所述差分比较电路（500）的第二输入端。

4.根据权利要求1所述的读卡电路，其特征在于，所述差分比较电路(500)包括电压比较器(IC2)、第四电容(C4)、第九电容(C9)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)，其中

所述电压比较器(IC2)的正相输入端接收所述第一检波电路（300）的输出信号，所述电压比较器(IC2)的负相输入端接收所述第二检波电路（400）的输出信号；所述电压比较器(IC2)的输出端连接所述第五电阻(R5)的第一端；所述电压比较器(IC2)的正电源端连接电源输出端(VCC)，所述电压比较器(IC2)的负电源端接地；

所述第四电容(C4)第一端连接电源输出端(VCC)，所述第四电容(C4)第二端接地；

所述第四电阻(R4)第一端连接电源输出端(VCC)，所述第四电阻(R4)第二端连接所述第五电阻(R5)第二端和所述第九电容(C9)第二端,所述第五电阻(R5)第二端为所述差分比较电路（500）的输出端；

所述第九电容(C9)第一端接地。

5.根据权利要求4所述的读卡电路，其特征在于，所述电压比较器(IC2)的正相输入端与负相输入端之间还连有用于减少信号反射的第七电阻（R7）。

6.根据权利要求1所述的读卡电路，其特征在于，所述放大电路（600）包括第七隔直电容(C7)、第十反馈电阻(R10)、第十一电阻(R11)和放大器(IC1)，所述放大器(IC1)的正相输入端通过所述第七隔直电容(C7)连接所述差分比较电路（500）的输出端，所述放大器(IC1)的反相输入端通过所述第十一电阻(R11)接地，所述放大器(IC1)的输出端输出所述规整数据波形信号，所述第十反馈电阻(R10)连接在所述放大器(IC1)的输出端与所述反相输入端之间。

7.根据权利要求1所述的读卡电路，其特征在于，所述功放电路（100）为推挽电路。

8.根据权利要求7所述的读卡电路，其特征在于，所述推挽电路包括第一晶体管(Q1)和第二晶体管(Q2)，所述第一晶体管(Q1)是NPN型晶体管，所述第二晶体管(Q2)是PNP型晶体管；其中，所述第一晶体管(Q1)的基极与所述第二晶体管(Q2)的基极均接入所述振荡信号，所述第一晶体管(Q1)的发射极与所述第二晶体管(Q2)的发射极均连接所述LC振荡电路（200）的输入端，所述第一晶体管(Q1)的集电极连接电源输出端(VCC)，所述第二晶体管(Q2)的集电极接地。

9.根据权利要求1所述的读卡电路，其特征在于，所述LC振荡电路（200）包括第一电感(L1)与第八电容(C8)，所述第一电感(L1)的第一端连接所述功放电路（100）的输出端，所述第一电感(L1)的第二端连接所述第一检波电路（300）与所述第二检波电路（400）的输入端，所述第一电感(L1)的第二端通过所述第八电容(C8)接地。

10.一种读卡器，包括MCU及权利要求1-9中任意一项所述的读卡电路，所述MCU的输出端连接所述读卡电路的功放电路（100）、并输出振荡信号，所述MCU的输入端连接所述读卡电路的放大电路（600）并接入所述规整数据波形信号。