CN205692178U - 一种低功耗射频卡无开关检卡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低功耗射频卡无开关检卡装置，包括：射频信号发射电路、射频发射接收天线、射频信号接收电路、卡片检测信号处理电路、载波信号检测转换电路。本实用新型的有益效果在于，省去了卡片内的强磁铁和读卡器部分的检测开关，可以使用任何型式的卡片与读卡器配合。

Description

一种低功耗射频卡无开关检卡装置

技术领域

本实用新型涉及一种低功耗射频卡无开关检卡装置，主要应用在电子技术领域。

背景技术

传统的接触式智能卡如磁卡、接触式IC卡，识别设备(又称之为读卡器)需要与智能卡接触，然后才能对智能卡进行读写操作。射频卡又称为RF智能卡，识读设备在与智能卡不发生接触的情况下，可以通过无线传输的方式识别智能卡并传输数据，从而实现对智能卡的读写操作。

射频卡工作的基本原理是：

射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联谐振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电荷泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到工作条件时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

在实际应用中，由于卡片与读卡器不接触，因此，读卡器不能按照传统的插入检测方式来进行是否有卡片需要读写的检测。目前，大部分的非接触射频卡采用两种方式进行卡片检测，一种是读卡器定时的发送射频读卡信号，当读卡器的射频场内存在有效的卡片时，卡片有接受到正确的读卡信号后会发送卡片内的数据，读卡器根据接收到 的数据判断是否存在有效的卡片，完成卡片检测操作。另一种是通过磁开关的方式进行，这需要在卡片内放置一片强磁铁，在读卡器上安装一个磁检测开关，当卡片放置到读卡器附近时，卡片内的强磁铁会引起磁检测开关动作，读卡器根据这个开关的动作状态判断是否存在卡片，完成检测操作。

以上两种检卡方式，第一种方式由于读卡器在发射电磁波和读写卡片数据时需要消耗比较大的电源电流，一般达到10mA。这种方法不适合低功耗系统特别是电池供电的系统，它会大大的缩短电池的使用寿命，对于卡片操作并不频繁的系统，大部分的电源能量消耗在卡片的检测上，这是一种不必要的浪费。

对于第二种检卡方式，因为卡片需要内置强磁铁，这对于卡片制作会增加要求，如卡片需要单独订制，卡片的厚度需要增加，磁铁的位置需要与读卡器配合。另外对于读卡器也需要增加相应磁感应开关，这对于卡片和读卡器的通用性有很大的限制，不利于应用系统的通用性。由于卡片内有强磁铁，当卡片与磁卡放置在一起会对磁卡造成损坏。同时对读卡器部分也需要作防磁处理，对于采用磁感应传感器设备，如电子水表的应用，卡片的磁场会对传感器产生影响，影响设备的功能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种低功耗射频卡无开关检卡装置，以解决上述技术问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的。

一种低功耗射频卡无开关检卡装置，包括：

射频信号发射电路，用于读卡器向RF卡片发送数据载波和能量激励的开关振荡；

射频发射接收天线，用于接收射频信号发射电路的信号，实现与RF卡片间的数据和能量传输的电磁场转换和谐振；

射频信号接收电路，用于接收从RF卡片返回的射频信号，同时在检卡时处理有无卡片的能量存储；

卡片检测信号处理电路，用于将检测RF卡片返回的射频信号进行处理，达到处理器进行软件判断的要求信号；

载波信号检测转换电路，包括直流信号隔离电路、电压变化比较电路，直流信号隔离电路将RF卡片返回的射频信号的变化量传递到电压变化比较电路。

进一步地，射频信号发射电路包括开关三极管Q2、开关三极管Q3、电阻R5、电路限流电阻RA1、电路限流电阻RA2、处理器控制接口RFTx，开关三极管Q2、开关三极管Q3并联设置，电路限流电阻RA1、电路限流电阻RA2分别与开关三极管Q2、开关三极管Q3连接，当需要发送信号时，处理器通过处理器控制接口RFTx经过电阻R5控制开关三极管Q2、开关三极管Q3按照射频卡的中心频率进行开关。

进一步地，射频发射接收天线包括射频发射接收天线L1、谐振电容C4，处理器通过处理器控制接口RFTx经过电阻R5控制开关三极管Q2、开关三极管Q3按照射频卡的中心频率进行开关，在L1上 产生振荡向空间发送电磁波，射频发射接收天线L1与谐振电容C4共同组成与卡片振荡频率相同的谐振回路。

进一步地，射频发射接收天线还包括负载电阻R6，用于射频振荡信号的负载平衡。

进一步地，射频信号接收电路包括二极管D1、电容C5、电阻R7，二极管D1将射频发射接收天线产生的电路信号能量整流后向电容C5充电，电容C5和电阻R7组成放电回路，将电路信号转换成处理器能够检测的电压信号。

进一步地，卡片检测信号处理电路包括电阻R4，电阻R4将处理器的检测端口与射频信号接收电路连接。

进一步地，直流信号隔离电路包括耦合电容C3，耦合电容C3将RF卡片返回的射频信号的变化量传递到电压变化比较电路，电压变化比较电路包括比较参考电压电路、第一级电压比较电路、第二级电压比较电路；

比较参考电压电路包括电阻R1、电阻R3、电容C2，电阻R1和电阻R3分压调整得到合适的参考电压，电容C2对得到的参考电压进行去耦；

第一级电压比较电路包括比较器U1B、电阻R10、电阻R8、电容C8，R10将交流电压变化信号的中心点拉到参考电压Com，当输入电压变化时，输入到比较器U1B第5脚的信号会在参考电压Com附近波动，比较器U1B检测到这个波动，并根据输入信号相对Com的高低关系从第7脚输出开关信号，控制R8和电容C8组成阻容充 放电电路进行充放电；

第二级电压比较电路包括隔直电容C7、比较器U1A、电阻R11、电阻R9，电阻R11将交流电压变化信号的中心点拉到参考电压Com，当输入电压变化时，输入到比较器U1A第3脚的信号会在参考电压Com附近波动，比较器U1A检测到这个波动，并根据输入信号相对Com的高低关系从第1脚输出开关信号，电阻R9将输出的稳态电压上拉到电源电压。

进一步地，低功耗射频卡无开关检卡装置还包括低功耗电源管理开关电路，用于对读卡部分的电源进行开关。

进一步地，低功耗电源管理开关电路包括开关Q1、电阻R2、电容C1，处理器根据读卡器电路的工作要求控制开关管Q1的开关，电阻R2保证在处理器没有输出时Q1保持关断，电容C1为电源提供高频去耦回路。

本实用新型的有益效果：

采用本实用新型的低功耗射频卡无开关检卡装置，省去了卡片内的强磁铁和读卡器部分的检测开关，可以使用任何型式的卡片与读卡器配合，同时由于读卡器部分不需要安装检测开关，天线的放置位置可以根据产品的需要任意放置，并且不需要考虑磁场对于产品其它功能的影响。同时通过软件功能的配合，可以做到超低功耗而不影响检测效果，为低功耗产品特别是电池供电产品的应用省去了很大一部分电池成本，有利于节能环保。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框架图；

图2为本实用新型的整体电路示意图；

图3为本实用新型的射频信号发射电路的电路图；

图4为本实用新型的射频信号接收电路的电路图；

图5为本实用新型的卡片检测信号处理电路的电路图；

图6为本实用新型的载波信号检测转换电路的电路图；

图7为本实用新型的低功耗电源管理开关电路的电路图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参照图1、图2，本实用新型，低功耗射频卡无开关检卡装置，包括：

射频信号发射电路，用于读卡器向RF卡片发送数据载波和能量激励的开关振荡；

射频发射接收天线，用于接收射频信号发射电路的信号，实现与RF卡片间的数据和能量传输的电磁场转换和谐振；

射频信号接收电路，用于接收从RF卡片返回的射频信号，同时在检卡时处理有无卡片的能量存储；

卡片检测信号处理电路，用于将检测RF卡片返回的射频信号进行处理，达到处理器进行软件判断的要求信号；

载波信号检测转换电路，包括直流信号隔离电路、电压变化比较电路，直流信号隔离电路将RF卡片返回的射频信号的变化量传递到电压变化比较电路。

参照图3，射频信号发射电路用于实现读卡器向卡片发送数据载波和能量激励的开关振荡。

射频信号发射电路包括开关三极管Q1、开关三极管Q2、电路限流电阻RA1、电路限流电阻RA2、处理器控制接口RFTx。处理器根据软件的控制实现射频激励信号的开关和频率控制。当需要发送信号时，处理器通过RFTx端口经过电阻R5控制三极管Q1、Q2按照射频卡的中心频率进行开关，在L1上产生振荡，利用L1的电感特性向空间发送电磁波。在不需要进行读写卡处理时关闭激励控制，以节约电源消耗。

射频发射接收天线L1用于实现与卡片间的数据和能量传输的电磁场转换和谐振。

射频发射接收天线L1与谐振电容C4共同组成与卡片振荡频率相同的谐振回路。负载电阻R6用于射频振荡信号的负载平衡，防止产生自激振荡。

射频发射接收天线L1在射频信号发射电路的控制下完成信号载波和能量的转换传输，将开关电路信号转换成电磁场信号。

参照图4，射频信号接收电路用于接收从卡片返回的射频信号的接收，同时在检卡时处理有无卡片的能量存储。

射频信号接收电路通过二极管D1将射频发射接收天线与谐振电容产生的电路信号能量整流后向电容C5充电，实现射频载波信号的检波接收功能。电容C5和电阻R7组成放电回路，将电路信号转换成处理器能够检测的电压信号。

参照图5，卡片检测信号处理电路用于将检测卡片的返回信号进行处理，达到处理器进行软件判断的要求信号。

卡片检测信号处理电路通过电阻R4将处理器的检测端口与射频信号接收电路连接，处理器根据卡片检测信号的变化趋势分析判断是否有卡片在读卡器的射频场内。

参照图6，载波信号检测转换电路用于将卡片返回的数据信号从射频载波信号中分离出来的处理。

载波信号检测转换电路包括直流信号隔离电路和电压变化比较电路。

直流信号隔离电路由耦合电容C3组成，实现电路信号的隔直通交的功能，将射频载波信号的变化量传递到电压变化比较电路。

电压变化比较电路由比较参考电压电路和两级电压比较电路组成，电阻R1和R3组成电压分压电路，通过分压调整得到合适的参考电压，电容C2对得到的参考电压进行去耦，增强参考电压的稳定性。

第一级电压比较电路由比较器U1B和电阻R10以及电阻R8和电容C8组成，R10将交流电压变化信号的中心点拉到参考电压Com，当输入电压变化时，输入到U1B第5脚的信号会在参考电压Com附近波动，比较器U1B检测到这个波动，并根据输入信号相对Com的高低关系从第7脚输出开关信号，控制R8和C8组成阻容充放电电路进行充放电，从而得到一个变化幅度很大的电压信号，实现将输入的微小的交流变化成分放大的作用。

第二级电压比较电路由隔直电容C7、比较器U1A和电阻R11以及电阻R9组成，R11将交流电压变化信号的中心点拉到参考电压Com，当输入电压变化时，输入到U1A第3脚的信号会在参考电压Com附近波动，比较器U1A检测到这个波动，并根据输入信号相对Com的高低关系从第1脚输出开关信号，电阻R9将输出的稳态电压上拉到电源电压，保证在没有信号输入时输出信号的稳定。

参照图7，低功耗电源管理开关电路用于实现读卡部分的电源开关，达到随用随开，节约电源消耗。

低功耗电源管理开关电路由MOSFET开关Q1实现，处理器根据读卡器电路的工作要求控制开关Q1的开关，电阻R2保证在处理器没有输出时Q1保持关断，电容C1为电源提供高频去耦回路，保证工作电源的稳定性。在需要读卡部分工作时才打开电源开关，平时关闭电源开关以节约电源消耗。

本实用新型，定时通过射频信号发射电路发送极短时间的电磁波信号，并通过射频信号接收电路和卡片检测信号处理电路对反馈的卡片检测信号进行判断，当读卡器的射频场内存在卡片时，卡片会吸收电磁波的能量，检测信号的变化趋势会加快。软件部分检测到这个变化趋势后通过计算处理判断是否有卡片，当检测到有卡片时，会再进行一次卡片的读写操作，同时打开载波信号检测转换电路对接收的信号进行处理，当读取到正确的卡片信息后，再进行完整功能的卡片读写操作。一般情况下每秒中进行一次卡片检测，这样做既可以及时的检测到卡片，也可以实现降低功耗的目的。

在检测卡处理软件功能中，还加入了对于检测信号变化时间的动态处理功能。当电路工作的环境条件变化时，检测信号的变化时间会在平均值上下波动，加入动态处理功能后，对于变化时间的计算会根据平均值的变化进行动态的调整，更大程度上减少了对于卡片误检测的概率。同时对于通过软件的动态处理，能够判断出卡片是否离开射频场，根据功能要求对于未离开射频场的卡片不再重复处理，减少卡片的读写次数，延长卡片的使用寿命，同时也有效的减少了系统的电源消耗。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，包括：

射频信号发射电路，用于读卡器向RF卡片发送数据载波和能量激励的开关振荡；

射频发射接收天线，用于接收射频信号发射电路的信号，实现与RF卡片间的数据和能量传输的电磁场转换和谐振；

射频信号接收电路，用于接收从RF卡片返回的射频信号，同时在检卡时处理有无卡片的能量存储；

卡片检测信号处理电路，用于将检测RF卡片返回的射频信号进行处理，达到处理器进行软件判断的要求信号；

载波信号检测转换电路，包括直流信号隔离电路、电压变化比较电路，直流信号隔离电路将RF卡片返回的射频信号的变化量传递到电压变化比较电路。

2.根据权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，射频信号发射电路包括开关三极管Q2、开关三极管Q3、电阻R5、电路限流电阻RA1、电路限流电阻RA2、处理器控制接口RFTx，开关三极管Q2、开关三极管Q3并联设置，电路限流电阻RA1、电路限流电阻RA2分别与开关三极管Q2、开关三极管Q3连接，当需要发送信号时，处理器通过处理器控制接口RFTx经过电阻R5控制开关三极管Q2、开关三极管Q3按照射频卡的中心频率进行开关。

3.根据权利要求2所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，射频发射接收天线包括射频发射接收天线L1、谐振电容C4，处理器通过处理器控制接口RFTx经过电阻R5控制开关三极管Q2、开 关三极管Q3按照射频卡的中心频率进行开关，在L1上产生振荡向空间发送电磁波，射频发射接收天线L1与谐振电容C4共同组成与卡片振荡频率相同的谐振回路。

4.根据权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，射频发射接收天线还包括负载电阻R6，用于射频振荡信号的负载平衡。

5.根据权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，射频信号接收电路包括二极管D1、电容C5、电阻R7，二极管D1将射频发射接收天线产生的电路信号能量整流后向电容C5充电，电容C5和电阻R7组成放电回路，将电路信号转换成处理器能够检测的电压信号。

6.根据权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，卡片检测信号处理电路包括电阻R4，电阻R4将处理器的检测端口与射频信号接收电路连接。

7.根据权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，直流信号隔离电路包括耦合电容C3，耦合电容C3将RF卡片返回的射频信号的变化量传递到电压变化比较电路，电压变化比较电路包括比较参考电压电路、第一级电压比较电路、第二级电压比较电路；

比较参考电压电路包括电阻R1、电阻R3、电容C2，电阻R1和电阻R3分压调整得到合适的参考电压，电容C2对得到的参考电压进行去耦；

第一级电压比较电路包括比较器U1B、电阻R10、电阻R8、电 容C8，R10将交流电压变化信号的中心点拉到参考电压Com，当输入电压变化时，输入到比较器U1B第5脚的信号会在参考电压Com附近波动，比较器U1B检测到这个波动，并根据输入信号相对Com的高低关系从第7脚输出开关信号，控制R8和电容C8组成阻容充放电电路进行充放电；

第二级电压比较电路包括隔直电容C7、比较器U1A、电阻R11、电阻R9，电阻R11将交流电压变化信号的中心点拉到参考电压Com，当输入电压变化时，输入到比较器U1A第3脚的信号会在参考电压Com附近波动，比较器U1A检测到这个波动，并根据输入信号相对Com的高低关系从第1脚输出开关信号，电阻R9将输出的稳态电压上拉到电源电压。

8.根据权利要求1所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，低功耗射频卡无开关检卡装置还包括低功耗电源管理开关电路，用于对读卡部分的电源进行开关。

9.根据权利要求8所述的低功耗射频卡无开关检卡装置，其特征在于，低功耗电源管理开关电路包括开关Q1、电阻R2、电容C1，处理器根据读卡器电路的工作要求控制开关管Q1的开关，电阻R2保证在处理器没有输出时Q1保持关断，电容C1为电源提供高频去耦回路。