CN206698220U - 一种动态令牌的前端硬件电路及动态令牌 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于近场通信领域，提供了一种动态令牌的前端硬件电路及动态令牌，该电路通过分立器件搭建，包括近场线圈、匹配电容；滤除接收的种子或生产配置数据中的载波的检波单元，检波单元的输入端与近场线圈连接；将所述原调制信号输出至微控制单元的通信接口引脚单元，通信接口引脚单元连接于检波单元的输出端与微控制单元的输入输出引脚之间。本实用新型通过基于分立器件搭建的动态令牌的前端硬件电路实现授种子或者生产配置，无需设置触点，避免了由二次封装导致的工艺步骤复杂，产品周期长以及成本高的问题。

Description

一种动态令牌的前端硬件电路及动态令牌

技术领域

本实用新型属于近场通信领域，尤其涉及一种动态令牌的前端硬件电路及动态令牌。

背景技术

近场通信技术是由非接触式射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读写器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。目前这项技术被广泛应用，如银行双界面卡，新型可视银行卡、OTP(One-time Password，动态令牌)卡等。

然而，目前在生产动态令牌时，一般使用接触式触点传输数据，在做生产配置以及在客户端在OTP授种子时，都需要在结构上预留触点，导致产品无法完全封装，需要在授种子后进行二次封装，其工艺繁琐，导致生产成本增加。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种动态令牌的前端硬件电路，旨在解决现有动态令牌使用接触式触点传输数据需要在结构上预留触点导致需要二次封装的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种动态令牌的前端硬件电路，所述电路通过分立器件搭建，包括：

近场通信天线、检波单元、负载调制单元和通信接口引脚单元；

所述近场通信天线包括近场线圈和匹配电容，所述近场线圈的频率与选取的载波频率匹配；

滤除接收的种子或生产配置数据中的载波，得到原调制信号的所述检波单元，所述检波单元的输入端与所述近场线圈连接；

将所述原调制信号输出至微控制单元的所述通信接口引脚单元，所述通信接口引脚单元连接于所述检波单元的输出端与所述微控制单元的输入输出引脚之间。

进一步地，所述检波单元包括单向导通单元和滤波单元；

所述单向导通单元为二极管、三极管或MOS管；

所述滤波单元包括：

电阻R2和电容C2；

所述电阻R2的一端为所述滤波单元的输入端与所述单向导通单元的输出端连接，所述单向导通单元的输入端与所述近场线圈连接，所述电阻R2的一端同时为所述滤波单元的输出端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的一端为所述滤波单元的输出端与所述通信接口引脚单元连接，所述电阻R2的另一端与所述电容C2的另一端同时接地；

或，所述滤波单元包括：

电阻R5、电容C4和电感L1；

所述电容C4的一端为所述滤波单元的输入端与所述近场线圈连接，所述电容C4的另一端为所述滤波单元的输出端与所述单向导通单元的输入端连接，所述单向导通单元的输出端与所述通信接口引脚单元连接，所述电容C4的另一端还通过所述电阻R5接地，所述电感L1与所述电容C4并联。

更进一步地，所述检波单元还包括电阻R3，所述电阻R3串联于所述单向导通单元的输出端与所述滤波单元的输入端之间。

更进一步地，所述电路还包括：

通过控制所述近场线圈的负载变化进行负载调制并发送完成授种或生产配置的调制信号的所述负载调制单元，所述负载调制单元与所述检波单元连接。

更进一步地，所述负载调制单元包括：

开关电路模块和负载控制模块；

所述负载控制模块的第一端与所述单向导通单元的输出端连接，所述负载控制模块的第二端与所述开关电路模块的电流输入端连接，所述开关电路模块的电流输出端接地，所述开关电路模块的第一控制端、第二控制端分别通过通信接口引脚单元与所述微控制单元的输入输出接口、发送信号端连接。

更进一步地，所述开关电路模块包括：

第二开关管Q2和第三开关管Q3；

第二开关管Q2的电流输入端为开关电路模块131的电流输入端，第二开关管Q2的电流输出端为开关电路模块131的电流输出端，第二开关管Q2的控制端与第三开关管Q3的电流输出端连接，第三开关管Q3的电流输入端为开关电路模块131的第一控制端，第三开关管Q3的控制端为开关电路模块131的第二控制端。

更进一步地，所述负载控制模块包括：

电阻R4；

电阻R4的两端分别为负载控制模块132的第一端和第二端。

更进一步地，所述负载控制模块还包括：

一电容，所述电容与所述电阻R4并联。

更进一步地，所述电路还包括：

后端匹配单元，用于将所述原调制信号进行判决匹配，并将匹配后的信号通过通信接口引脚单元输出至所述微控制单元，所述后端匹配单元连接于所述检波单元与所述通信接口引脚单元之间。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述动态令牌的前端硬件电路的动态令牌。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述动态令牌的前端硬件电路的读卡器。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种OTP近场通信系统，所述系统包括上述动态令牌和上述读卡器。

本实用新型实施例通过基于分立器件搭建的动态令牌的前端硬件电路实现授种子或者生产配置，该方案无需在动态令牌中设置触点，不需要二次封装，仅通过无线通信即可实现，从而避免了现有动态令牌由二次封装导致的工艺步骤复杂，产品周期长以及成本高的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的动态令牌的前端硬件电路的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的动态令牌的前端硬件电路的示例电路图；

图3为本实用新型实施例提供的动态令牌的前端硬件电路中检波单元的示例电路图；

图4为本实用新型实施例提供的动态令牌的前端硬件电路中后端匹配单元的示例电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例通过基于分立器件搭建的动态令牌的前端硬件电路实现授种子或者生产配置，该方案无需在动态令牌中设置触点，不需要二次封装，仅通过无线通信即可实现，从而避免了现有动态令牌由二次封装导致的工艺步骤复杂，产品周期长以及成本高的问题。

图1示出了本实用新型实施例提供的动态令牌的前端硬件电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该动态令牌的前端硬件电路可以应用于各种动态令牌中，该动态令牌的前端硬件电路通过分立器件搭建，包括：

近场通信天线、检波单元100和通信接口引脚单元14；

近场通信天线包括近场线圈2和匹配电容C1，近场线圈2的频率与选取的载波频率匹配；

检波单元100，用于滤除接收的种子或生产配置数据中的载波，得到原调制信号，检波单元100与近场线圈2连接；

可选地，结合图2，检波单元100可以包括滤波单元12，滤波单元12的输入端为检波单元100的输入端，滤波单元12的输出端为检波单元100的输出端。

优选地，检波单元100还包括单向导通单元11；

单向导通单元11的输入端与近场线圈2连接，单向导通单元11的输出端与滤波单元12连接；

或，单向导通单元11的输入端与滤波单元12的输出端连接，单向导通单元11的输出端与处理芯片连接。

值得说明的是，检波单元100也可以只包括滤波单元12，在滤波单元12需要单向信号时，可以在检波单元100中设置单向导通单元11，使信号先通过单向导通单元11输出单向信号后给到滤波单元12。

当然，也可以采用本身即含有单向导通功能的滤波单元12，此时检波单元100中可以不包括单向导通单元11。

或者，滤波单元12的实现是不需要限定极性的，此时，检波单元100中也可以不设置单向导通单元11。

在不设置单向导通单元11时，滤波单元12滤波后的波形若有正负部分，可以通过后端匹配单元或者MCU的接口处理正负极性或通过差分输入的方式匹配接收。

通信接口引脚单元14，用于将原调制信号输出至微控制单元MCU，通信接口引脚单元14连接于检波单元与微控制单元MCU之间。

在本实用新型实施例中，近场通信天线接收读写器发送的种子或生产配置数据，将种子或生产配置数据通过检波单元100滤掉调制信号的载波信号，得到原调制信号，并将原调制信号通过通信接口引脚单元14输出至微控制单元MCU，并向读写器告知完成授种或生产配置。

本实用新型实施例通过基于分立器件搭建的动态令牌的前端硬件电路实现授种子或者生产配置，该方案无需在动态令牌中设置触点，不需要二次封装，仅通过无线通信即可实现，从而避免了现有动态令牌由二次封装导致的工艺步骤复杂，产品周期长以及成本高的问题。

图2示出了本实用新型实施例提供的动态令牌的前端硬件电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该动态令牌的前端硬件电路还包括：

负载调制单元13，用于通过控制近场线圈2的负载变化进行负载调制并发送完成授种或生产配置的调制信号，负载调制单元13与检波单元100连接。

具体地，单向导通单元11可以采用二极管、三极管或MOS管实现，优选采用二极管D1，该二极管D1的阳极为单向导通单元11的输入端与近场线圈2连接，二极管D1的阴极为单向导通单元11的输出端与滤波单元12连接。

滤波单元12包括：

电阻R2和电容C2；

电阻R2的一端为滤波单元12的输入端与单向导通单元11的输出端连接，电阻R2的一端同时为滤波单元12的输出端与电容C2的一端连接，电容C2的一端为滤波单元12的输出端与通信接口引脚单元14连接，电阻R2的另一端与电容C2的另一端同时接地。

上述滤波单元12还可以由其它等效的器件或电路替代，并且滤波单元12还可以与单向导通单元11反向连接，即滤波单元12的输入端与近场线圈2连接，滤波单元12的输出端与单向导通单元11的输入端连接，单向导通单元11的输出端连接通信接口引脚单元14，如图3所示，滤波单元12还可以包括：

电阻R5、电容C4和电感L1；

电容C4的一端为滤波单元12的输入端，电容C4的另一端为滤波单元12的输出端连接，电容C4的另一端还通过电阻R5接地，电感L1与电容C4并联。

优选地，在单向导通单元11的输出端与滤波单元12的输入端之间还可以串联电阻R3用于进行负载控制。

作为本实用新型一实施例，负载调制单元13包括：

开关电路模块131和负载控制模块132；

负载控制模块132的第一端与单向导通单元11的输出端连接，负载控制模块132的第二端与开关电路模块131的电流输入端连接，开关电路模块131的电流输出端接地，开关电路模块131的第一控制端GPIO、第二控制端TX分别通过通信接口引脚单元14与微控制单元MCU的输入输出接口GPIO、发送信号端TX连接。

优选地，开关电路模块131包括：

第二开关管Q2和第三开关管Q3；

第二开关管Q2的电流输入端为开关电路模块131的电流输入端，第二开关管Q2的电流输出端为开关电路模块131的电流输出端，第二开关管Q2的控制端与第三开关管Q3的电流输出端连接，第三开关管Q3的电流输入端为开关电路模块131的第一控制端，第三开关管Q3的控制端为开关电路模块131的第二控制端。

在本实用新型实施例中，第二开关管Q2和第三开关管Q3构成开关电路，通过MOS管的开关切换可以改变线圈的负载，线圈负载变化会耦合到读写器端的发送线圈，读写器通过的发送线圈负载变化可以解调出调制信息。

为了防止误触发，由TX和总线扩展器(General Purpose Input Output，GPIO)同时控制负载开关。

当然，开关电路模块131也可以通过一个开关管实现，亦或采用一个开关管和串接在开关管控制端的电阻实现。

在本实用新型实施例中，开关电路模块131起到负载调制作用，可以是只有两个开关状态，或者一个范围的负载调制，

负载控制模块132包括：

电阻R4；

电阻R4的两端分别为负载控制模块132的第一端和第二端。

可选地，该电阻R4还可以并联一个电容，组成负载控制模块132。

通信接口引脚单元14由RX、TX引脚构成，RX/TX可以直接连接到微控制单元MCU等芯片，或者经过后端匹配单元再连接到微控制单元MCU等芯片。

图4示出了本实用新型实施例提供的动态令牌的前端硬件电路中后端匹配单元的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该动态令牌的前端硬件电路还包括：

后端匹配单元15，用于将原调制信号进行判决匹配，并将匹配后的信号通过通信接口引脚单元14输出至微控制单元MCU，后端匹配单元15连接于检波单元100与通信接口引脚单元14之间。

后端匹配单元15可以采用比较判别单元或AD采样单元实现。

具体地，比较判别单元包括：

比较器U1和电阻R2、电阻R3；

比较器U1的正向输入端与滤波单元12的输出端连接，比较器U1的反向输入端通过电阻R2接地，比较器U1的反向输入端还通过电阻R3与微控制单元MCU的输入输出接口连接，比较器U1的输出端与微控制单元MCU的接收信号端连接。

值得说明的是，比较器的正向输入端和反向输入端的连接可以调换，在调换时输入信号的相位相反，亦或可以采用差分输入。

在本实用新型实施例中，通过比较判别单元对有效数据进行判别，可以通过电阻R2、电阻R3设置幅度阈值，比较器U1将当前输入值与幅度阈值比较，若输入值大于幅度阈值，则比较器U1输出高电平信号，若输入值小于幅度阈值，则比较器U1输出低电平信号，并将输出的高低电平信号发送给处理芯片进行后端处理。

当然，还可以采用模数转换器作为AD采样单元连接于检波单元100与通信接口引脚单元14之间。

在本实用新型实施例中，通过AD采样读出电压幅度值，电压幅度值达到或超过限定阈值时，采样单元输出高电平，电压幅度值低于限定阈值时，采样单元输出低电平，AD采样时，调制方式不限于OOK，提取出原调制信息的波形，还可以使用ASK等其他调制方法。

值得说明的是，上述实施例中的近场通信调制解调电路均可以通过分立器件实现，也可以部分或全部集成在处理芯片中。

另外，上述实施例中的单元或者器件可以是各个单元单独物理存在，也可以分开设置，可以部分采用分立器件实现，部分集成于芯片中，或在芯片中复用部分电阻、电容、电感、开关器件等。例如，上述实施例中的电阻可以通过MCU接口或后端部分电路的等效输入阻抗替代，电容可以由MCU接口或后端部分电路的等效输入电容、或PCB(电路板)布线引起的分布电容，或元器件本身的寄生电容(如MOS管栅极漏极间的体电容)替代。电感也有可能有PCB(电路板)布线引起的等效电感，元器件在某个频段呈现的等效感抗替代。

并且上述功能单元既可以采用硬件的方式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本实用新型实施例通过基于分立器件搭建的动态令牌的前端硬件电路实现授种子或者生产配置，该方案无需在动态令牌中设置触点，不需要二次封装，仅通过无线通信即可实现，从而避免了现有动态令牌由二次封装导致的工艺步骤复杂，产品周期长以及成本高的问题。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述动态令牌的前端硬件电路的动态令牌。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述动态令牌的前端硬件电路的读卡器。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种OTP近场通信系统，所述系统包括上述动态令牌和上述读卡器。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过基于上述实施例中的动态令牌中的动态令牌的前端硬件电路实现的动态令牌的授种子或生产配置的方法进行具体说明。

该动态令牌的授种子或生产配置的方法如下：

步骤S101，接收读写器发送的种子或生产配置数据；

在读写器往动态令牌发送的种子或生产配置数据时，读写器提供载波信号。该读写器根据发送信息通过ASK(幅移键控调制)或OOK(开关键控)对载波信号进行调制，当然，该读写器也可以通过调整载波频率，通过偏离线圈的匹配频率，间接达到幅度调制的等效效果。需要指出的是发送的信息可以是已有的标准接口信号，如UART，IIC，SPI，单线传输协议等，也可以是自定义的低速的调频、调幅等调制形式的信号，信号的波形可以是矩形波、正弦波、三角波或自定义波形。

步骤S102，将种子或生产配置数据通过检波单元滤掉调制信号的载波信号，得到原调制信号，并将原调制信号通过通信接口引脚单元输出至微控制单元；

其中，通信接口引脚单元包括RX引脚。假设标准接口信号为UART信号，则通过RX引脚、UART接口输出至微控制单元MCU。由于无需对接收的调制信号进行处理，因此，大大简化了后端接收处理过程，达到透传的效果。

步骤S103，向读写器告知完成授种或生产配置。

作为本实用新型一优选实施例，还可以对种子或生产配置数据加密，具体为，在步骤S101之前：预设与读写器协商的动态加密口令；

在步骤S101之后：验证种子或生产配置数据中携带的动态加密口令是否与预设的动态加密口令一致；

若是，则执行步骤S102；

所否，则不操作或发出错误提示。

作为本实用新型一优选实施例，在步骤S102中，将检波后的原调制信号通过通信接口引脚单元输出至微控制单元的步骤可以具体为：

步骤S1041，将原调制信号输出至后端匹配单元进行判决匹配；

步骤S1042，将匹配后的信号通过通信接口引脚单元输出至微控制单元。

可选地，在步骤S1041中，可以根据幅度阈值对原调制信号进行判决转换实现判决匹配；

也可以通过对原调制信号进行AD采样，并根据采样读出的电压幅度值生成采样值实现判决匹配。

作为本实用新型一优选实施例，步骤S103可以通过通信接口引脚单元直接从微控制单元获取完成授种或生产配置的信号发送至读写器实现：

步骤S103也可以通过通信接口引脚单元直接从微控制单元获取完成授种或生产配置的信号，并进行负载调制后向读写器发送完成授种或生产配置的调制信号实现。

在本实用新型实施例中，可以由微控制单元通过开关信号控制负载调制单元中的开关电路模块处于关断状态，以使通过近场线圈与匹配电容组成的近场通信天线的电流较少，当非接前端B在接收状态时，开关电路模块或开关器件处于关断状态，此时，近场通信天线等效阻抗很大，通过的电流很小，保持低功耗状态，几乎不消耗射频能量，在同一个电路板上有多种近场线圈时，动态令牌也几乎不消耗射频能量，避免了对其他通信线圈影响。

本实用新型实施例通过基于分立器件搭建的动态令牌的前端硬件电路实现授种子或者生产配置，该方案无需在动态令牌中设置触点，不需要二次封装，仅通过无线通信即可实现，从而避免了现有动态令牌由二次封装导致的工艺步骤复杂，产品周期长以及成本高的问题。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本实用新型实施例的实施过程构成任何限定。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种动态令牌的前端硬件电路，其特征在于，所述电路通过分立器件搭建，包括：

近场通信天线、检波单元和通信接口引脚单元；

所述近场通信天线包括近场线圈和匹配电容，所述近场线圈的频率与选取的载波频率匹配；

滤除接收的种子或生产配置数据中的载波，得到原调制信号的所述检波单元，所述检波单元的输入端与所述近场线圈连接；

将所述原调制信号输出至微控制单元的所述通信接口引脚单元，所述通信接口引脚单元连接于所述检波单元的输出端与所述微控制单元的输入输出引脚之间。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检波单元包括单向导通单元和滤波单元；

所述单向导通单元为二极管、三极管或MOS管；

所述滤波单元包括：

电阻R2和电容C2；

所述电阻R2的一端为所述滤波单元的输入端与所述单向导通单元的输出端连接，所述单向导通单元的输入端与所述近场线圈连接，所述电阻R2的一端同时为所述滤波单元的输出端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的一端为所述滤波单元的输出端与所述通信接口引脚单元连接，所述电阻R2的另一端与所述电容C2的另一端同时接地；

或，所述滤波单元包括：

电阻R5、电容C4和电感L1；

所述电容C4的一端为所述滤波单元的输入端与所述近场线圈连接，所述电容C4的另一端为所述滤波单元的输出端与所述单向导通单元的输入端连接，所述单向导通单元的输出端与所述通信接口引脚单元连接，所述电容C4的另 一端还通过所述电阻R5接地，所述电感L1与所述电容C4并联。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述检波单元还包括电阻R3，所述电阻R3串联于所述单向导通单元的输出端与所述滤波单元的输入端之间。

4.如权利要求2或3所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

通过控制所述近场线圈的负载变化进行负载调制并发送完成授种或生产配置的调制信号的所述负载调制单元，所述负载调制单元与所述检波单元连接。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述负载调制单元包括：

开关电路模块和负载控制模块；

所述负载控制模块的第一端与所述单向导通单元的输出端连接，所述负载控制模块的第二端与所述开关电路模块的电流输入端连接，所述开关电路模块的电流输出端接地，所述开关电路模块的第一控制端、第二控制端分别通过通信接口引脚单元与所述微控制单元的输入输出接口、发送信号端连接。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述开关电路模块包括：

第二开关管Q2和第三开关管Q3；

第二开关管Q2的电流输入端为开关电路模块131的电流输入端，第二开关管Q2的电流输出端为开关电路模块131的电流输出端，第二开关管Q2的控制端与第三开关管Q3的电流输出端连接，第三开关管Q3的电流输入端为开关电路模块131的第一控制端，第三开关管Q3的控制端为开关电路模块131的第二控制端。

7.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述负载控制模块包括：

电阻R4；

电阻R4的两端分别为负载控制模块132的第一端和第二端。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述负载控制模块还包括：

一电容，所述电容与所述电阻R4并联。

9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

后端匹配单元，用于将所述原调制信号进行判决匹配，并将匹配后的信号 通过通信接口引脚单元输出至所述微控制单元，所述后端匹配单元连接于所述检波单元与所述通信接口引脚单元之间。

10.一种动态令牌，其特征在于，所述动态令牌包括如权利要求1-9任一项所述的动态令牌的前端硬件电路。

11.一种读卡器，其特征在于，所述读卡器的前端硬件电路为如权利要求1-3任一项所述的动态令牌的前端硬件电路。

12.一种OTP近场通信系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求10所述的动态令牌和如权利要求11所述的读卡器。