CN2932495Y - 一种具有非接触式智能卡功能的便携式设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有非接触式智能卡功能的便携式设备，包含：适于响应读写器发射的信号而生成检测信号的检测单元；与所述检测单元相连的处理单元；以及适于与所述读写器通信并与所述处理单元相连的射频电路，其中，所述处理单元响应于所述检测信号，向所述射频电路发送启动信号以启动所述射频电路与所述读写器的通信过程。本实用新型将智能卡功能集成在便携式设备内，可实现便携式设备自动、快速地刷卡，而且借助于便携式设备的处理能力，多种智能卡被集成在一起，实现了真正意义上的“一卡通”。本实用新型还可通过手机的人机交互接口实现对智能卡信息的输入和修改。

Description

一种具有非接触式智能卡功能的便携式设备

技术领域

本实用新型涉及非接触式智能卡技术和消费电子设备，具体而言，特别涉及一种具有非接触式智能卡功能的便携式设备。

背景技术

目前，随着技术的不断进步，诸如手机、MP3/MP4播放器、个人数字助理(PDA)和手持式计算机之类的便携式设备的普及率越来越高，功能也越来越强大。另一方面，智能卡(IC)的应用也在以前所未有的速度发展着。除了传统的门禁应用以外，在银行储蓄、生活消费、安全认证等领域的应用已经广泛部署。因此，安全方便的IC卡技术，渐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。在IC卡技术中，非接触式IC卡由于具有使用方便和耐用等优点而成为最有活力的领域。

由上可见，迫切需要一种集成有非接触式智能卡功能的便携式设备，特别是，这样的便携式设备能够应用于需要快速刷卡的应用场合，例如公共交通、门禁等。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目标是提供一种具有非接触式智能卡功能的便携式设备，其无需人工干预即可自动完成刷卡过程。

本实用新型的上述目的可通过下列技术方案实现：

一种具有非接触式智能卡功能的便携式设备，包含：

适于响应读写器发射的信号而生成检测信号的检测单元；

与所述检测单元相连的处理单元；以及

适于与所述读写器通信并与所述处理单元相连的射频电路，

其中，所述处理单元响应于所述检测信号，向所述射频电路发送启动信号以启动所述射频电路与所述读写器的通信过程。

优选地，在上述便携式设备中，所述射频电路与所述便携式设备的电源相连。

优选地，在上述便携式设备中，所述检测单元包含采用电感线圈和电容作为检测元件的谐振电路及以谐振电路输出信号作为输入信号的整流放大电路。

优选地，在上述便携式设备中，所述检测单元与所述便携式设备的电源相连。

优选地，在上述便携式设备中，所述处理单元为数字信号处理器、微处理器、中央处理器、专用集成电路和现场可编程门阵列中的一种。

优选地，在上述便携式设备中，所述射频电路包含：

天线；

与所述天线和所述处理单元相连的射频调制解调单元；以及

与所述射频调制解调单元相连的存储器，

所述射频调制解调单元在从所述处理单元接收到所述启动信号后，将所述存储器内的信息进行处理并传送至所述天线进行发射，或者，所述射频调制解调单元对所述天线接收的信号进行处理，并传送至所述存储器和/或所述处理单元。

或者在便携式设备中，所述射频电路包含：

与所述处理单元相连的微控制器；

与所述微控制器相连的存储器；

天线；以及

与所述微控制器和所述天线相连的射频调制解调单元，

所述微控制器在从所述处理单元接收到所述启动信号后，将所述存储器内的信息传送至所述射频调制解调单元，由其处理后传送至所述天线进行发射，或者，所述射频调制解调单元对所述天线接收的信号进行处理并传送至所述微控制器，由其处理和/或传送至所述处理单元和/或所述存储器。

优选地，所述便携式设备为手机，所述射频电路封装在遵循ISO7816标准的SIM/PIM卡内，所述存储器存储有与手机通信和智能卡使用相关的信息，并且所述微控制器、所述存储器和所述射频调制解调单元由手机电池供电。或者，所述便携式设备为手机，所述微控制器与所述处理单元相连，所述存储器存储有与智能卡使用相关的信息，并且所述微控制器、所述存储器和所述射频调制解调单元由手机电池供电。

优选地，所述便携式设备为手机，所述射频调制解调单元与所述处理单元相连，并且与智能卡使用的相关信息存储在与独立于所述存储器并与所述处理单元相连的其它存储器中。

优选地，上述便携式设备为手机，手机键盘经所述处理单元和所述微控制器与所述存储器相连，以使用户可通过所述手机键盘向所述存储器输入信息和/或修改所述存储器内存储的信息。

优选地，所述便携式设备为MP3/MP4播放器、个人数字助理和手持式计算机中的一种。

在上述便携式设备中，由于内置有检测单元，因此可对读写器振荡信号的自动检测，并进而启动射频电路与读写器进行通信，由此实现了自动、快速地刷卡，摆脱了诸如通过手机菜单输入命令之类的人工干预过程。

由于射频电路可经由便携式设备供电，因此检测单元中线圈所承担的能量耦合元件的功能不再需要，这有利于缩小检测单元的尺寸，实现检测单元的小型化。

在本实用新型中，射频电路与便携式设备的处理单元相连，因此可充分利用该单元强大的计算和处理资源来识别各类不同的读写器，处理不同的读写卡需求，实现了真正意义上的“一卡通”。

本实用新型的另一个优点体现在射频电路模块与手机SIM/PIM卡的集成上，由于智能卡信息(例如账号、金额、密码等)和手机通信信息(例如IMSI等身份信息)都存储在SIM/PIM卡内的存储器，因此可将这些信息捆绑在一起，挂失SIM/PIM卡的同时也挂失了智能卡。

本实用新型的优点还包括可以通过手机的人机交互接口实现对智能卡信息的输入和修改，方便了智能卡的使用。

附图简述

通过以下借助较佳实施例和附图对本实用新型的阐述，可以进一步理解本实用新型的上述以及其它目标、优点和特征，其中：

图1为示意图，其示出了按照本实用新型一个较佳实施例的具有非接触式智能卡功能的手机。

图2为电路图，其示出了按照本实用新型的便携式设备中的检测单元所采用的一个示例。

图3为在本实用新型中实现读写器类型自动识别过程的一个实施例的流程图。

具体实施方式

非接触式智能卡识别系统一般包括读写器(或读卡器和阅读器)和非接触式智能卡或IC卡。读写器一方面发射频率例如为125KHz或13.5MHz的振荡信号以向IC卡提供电磁能量，另一方面利用频率例如为2.4GHz的射频调制信号与IC卡通信。在本说明书中，读写器、读卡器和阅读器皆指借助于无线通信方式从智能卡读取信息和/或向智能卡写入信息的设备。IC卡内封装有负责通过射频调制信号与读写器进行通信的射频调制解调单元、天线、逻辑控制单元和存储器等。

射频调制解调单元提供信号的调制和解调等处理。天线用于向读写器发射射频调制信号和从读写器接收射频调制信号，基本形式包括线绕电感天线和在介质基板上压印或印刷刻蚀形成的盘旋状微带天线，其具体结构参数由载波频率、封装形式、性能和组装成本等因素决定。存储器常采用EEPROM(电可擦除及可编程式只读存储器)，其内存储有与IC卡使用有关的信息，例如账号、金额、密码和持卡人身份等，还可存储控制信息。逻辑控制单元用于控制射频调制解调单元和数据处理，其将符合读写器通讯标准的数据、指令和存储器存储的信息进行编码，并随后送至射频调制解调单元以调制发射给读写器，其还将射频调制解调单元解调后的信号进行解码并存入存储器中。

IC卡的电磁能量由读写器提供，即，当IC卡接近读写器时，前述读写器发射的振荡信号将在作为耦合元件的电感线圈上产生感应电动势，经由二极管的整流和电容器的滤波处理后产生足以使IC卡工作所需的电压，给逻辑控制单元和射频调制解调单元供电。

上述识别系统的工作原理为，读写器将要发送的信息加载在某一频率(例如2.4GHz)的调制信号上向外发送，当IC卡进入读写器的工作区域时，其在获得振荡信号电磁能量的同时，还经天线接收到此射频调制信号，逻辑控制单元经射频调制解调单元将信号解调和解码后获得相应的命令和/或数据。若为读命令，控制逻辑单元则从存储器中读取有关信息，经编码、调制后通过IC卡的天线再发送给读写器，由读写器作相应的处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写EEPROM中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。

上述控制逻辑单元与射频调制解调单元集成在一块芯片上，当涉及比较复杂的控制时(例如涉及信息的加密/解密过程)，控制逻辑单元也可由分立的微控制器实现。

有关非接触式智能卡技术的详细描述，可参见各种技术应用规范，例如关于非接触智能卡的ISO10536、ISO15693、ISO14443和ISO7816标准，这些技术资料在此作为参考文献加以引用并成为本说明书的一部分。

以下以手机为例，借助附图描述本实用新型的一个较佳实施例。从下面的描述将可以看到，本实用新型的原理并不依赖于手机的特殊结构，完全可应用于其它便携式设备，例如MP3/MP4播放器、个人数字助理(PDA)和手持式计算机等，因此本实用新型并不局限于下述实施例中的手机。

图1为示意图，其示出了按照本实用新型一个较佳实施例的具有非接触式智能卡功能的手机。在下面的描述中，手机中与本实用新型无关的结构和单元未作描述，但是显而易见的是，对于所属或相近领域内的普通技术人员来说，这种省略并不会妨碍或影响其对本实用新型的理解和实施。

如图1所示，按照本实用新型较佳实施例的手机1包括检测单元11、手机控制器12、射频电路13、手机显示屏和键盘14和接口电路15。

检测单元11用于检测读写器2发射的振荡信号，其安装位置例如包括但不局限于手机的外壳壳壁内、外壳表面和外壳包围的内部空间内。图2示出了该单元的一个示例性电路图，参见图2，该电路包含一个由线圈L1、电容器C1、C2组成的并联谐振电路，当手机靠近读写器2时，读写器2发射的振荡信号在线圈L1上产生感应电动势。通过调整线圈L1、电容器C1、C2的参数，可以使读写器2的振荡信号在该电路内产生谐振信号，该信号经二极管D整流和三极管T放大后从其集电极输出至手机控制器12。由于线圈L1产生的感应电动势只要能够产生足以使手机控制器12响应的信号即可，因此尺寸可以做得很小，这有利于减小检测单元的体积和成本。值得指出的是，该单元也可以采用其它形式的信号检测电路，例如串联谐振电路，显然，具体的电路形式不应构成对本实用新型保护范围的限定。

为使本实施例的手机适于检测到多个不同频率的振荡信号，检测单元11可包含多个谐振电路，或者使谐振电路的电路参数是可调节的(例如采用可变电容器和/或电感可变的线圈)。

参见图1，手机控制器12与检测单元11相连，当检测单元11有信号输出时，手机控制器12将作出响应，触发射频电路13启动与读写器2的通信。值得指出的是，这里的连接除了指手机控制器12的输入端与检测单元11的输出端(例如图2的输出端)直接相连以外，也可以理解为二者通过电容或电感等其它元件或电路耦合的方式连接。在本说明书中，除非特别说明，对于连接的含义都应作上述广义理解。

这里所述的手机控制器12指的是手机中负责数据处理或计算的各种处理单元，包括但不限于例如用于基带信号处理的数字信号处理器、用于视音频信号处理的编码/译码器、控制整个手机运行的微处理器或中央处理器以及专用集成电路、现场可编程门阵列等。当将本实用新型应用于其它便携式设备时，完全可以将这里的手机控制器12替换为这些设备内已有的各种处理单元，以实现触发射频电路13启动与读写器通信的功能。更进一步，也可以在便携式设备增设处理单元，专门负责实现触发射频电路13启动与读写器通信的功能。这些变动或改动对于所属或相近技术领域内的普通技术人员来说都是显而易见的，因此应归入本实用新型的保护范围。

由于具有较强的处理能力，在本实施例中，手机控制器12除了实现手机通信和触发射频电路13启动与读写器通信的功能以外，还可以实现与非接触式智能卡有关的其它功能，例如确定读写器的工作参数(例如振荡信号频率和通信协议类型)，修改智能卡存储的信息(例如修改账户名称和密码)，以及控制用户与识别系统的人机交互过程(例如输入密码和交易金额)等，这些将在下面作进一步的描述。

参见图1，射频电路13包含天线131、射频调制解调单元132、存储器133和微控制器134。天线131用于射频电路13与读写器2之间射频调制信号的发射和接收，射频调制解调单元132负责对天线131收发的信号进行调制/解调和编码/解码处理，如果需要，还负责信号加密和解密，存储器133可采用各种的存储器件，例如EEPROM、闪存等，其内可存储控制射频电路13工作的计算机指令以及与IC卡使用有关的各种信息，例如包括但不限于个人身份信息、名片信息、通讯录、信用信息(如账号、密码、医疗卡号、身份证号)、账务信息(卡内所存金额)以及订购商品种类和数量等。

在本实施例中，射频电路13的控制逻辑由微控制器134实现，控制逻辑例如包括但不限于：触发射频调制解调单元132开始工作，对收发信号的处理模式进行控制(例如与读写器2交换数据遵循的通信协议、发射信号的调制格式和信息的编码格式等)，对信号进行加密/解密处理，对射频调制解调单元132与存储器133之间数据传送进行控制，以及对存储器133的读写模式进行控制(例如只读模式或可读可写模式等)等。为此，如图1所示，微控制器134分别与射频调制解调单元132和存储器133相连，其从存储器133调用实现上述控制逻辑的计算机指令。在另外的实例中，射频调制解调单元132、存储器133和微控制器134也可以总线方式互连。

此外，微控制器134还经接口电路15与手机控制器12通信，从而可接收手机控制器12的控制指令(例如指示射频电路13与读写器2进行通信的命令)和/或数据(例如通过射频电路13向读写器2发送的用户密码信息)，实现手机控制器12对射频电路13的控制。微控制器134也可经接口电路15向手机控制器12发送数据(例如经天线131从读写器2接收的数据)。在本实施例中，比较好的是接口电路15遵循ISO7816标准，即采用SIM/PIM接口。

这里所述的微控制器应理解为负责数据处理或计算的各种处理单元，包括但不限于数字信号处理器、微处理器或中央处理器以及专用集成电路、现场可编程门阵列等。

值得指出的是，在本实施例中，射频电路13的控制逻辑由分立的微控制器134实现，但是在另外的实施例中，射频调制解调单元132也可以内置相应的控制逻辑，此时手机控制器12将经接口电路15与射频调制解调单元132通信。此外，射频调制解调单元132所完成的编码/解码处理以及信号加密/解密处理也可由微控制器134实现。还有，与智能卡使用的相关信息不一定被存储在存储器133中，例如当数据量较大时，还可以存储在独立于存储器133的其它存储器中，例如与手机控制器12相连的手机存储器(未画出)中。对于所属和相近领域内的普通技术人员来说，这些修改都是显而易见的。

参见图1，手机显示屏和键盘14与手机控制器12相连，用户可利用手机的人机界面，借助手机控制器12实现与射频电路13的通信。例如，用户可通过手机键盘输入密码、商品种类和数量等信息，这些信息经手机控制器12被送至微控制器134，然后由射频调制解调单元132处理后经天线131发射和/或存储在存储器133内，另外，用户也可通过手机键盘对存储在存储器133内的密码和其它信息进行修改。

至于射频电路13在手机内的设置方式，在其中一种方式中，射频电路13被封装在手机的SIM/PIM卡内，成为一个具有射频调制信号收发功能的SIM/PIM卡，此时存储器133内除了存储与IC卡使用有关的信息以外，还包含与手机通信有关的信息(例如IMSI等)，这样，该SIM/PIM卡除了提供手机通信时的用户身份鉴别等功能以外，还具有与读写器进行通信的功能。由于目前的手机都是机卡分离的，因此这种将射频电路13封装在SIM/PIM卡内的方式对手机结构的改动很小，此外，这种方式下可将IMSI信息与IC卡信息捆绑在一起，当手机挂失后，IMSI鉴权的失败将导致其它功能(例如IC卡功能)的自然失效。

可选地，射频电路13也可按照SIM/PIM卡的形式封装，手机提供两个SIM/PIM卡座，射频电路13和手机SIM/PIM卡分别设置在不同的卡座内。

在还有一种方式中，射频电路13则固定在手机内(例如外壳壳壁内)，并且比较好的是，射频电路13通过SIM/PIM接口与手机控制器12相连。

一般而言，各种非接触式智能卡识别系统往往采用不同的读写器工作参数，为适应于在各种读写器上刷卡的情况，从而真正做到“一卡通”，在本实施例中，可采用图3所示的一个示意性过程来实现读写器类型的自动识别，其中，假设各种读写器的工作参数都预先存储在手机的存储器(未画出)内。

如图3所示，在步骤31中，手机控制器12从手机存储器内读取其中一种读写器类型的工作参数。接着在步骤32中，手机控制器12经接口电路15指示射频电路13在对应于该读写器类型的处理模式下工作。

在步骤33中，当射频电路13接收到读写器返回的应答信号时，将其经接口电路15送至手机控制器12。接着在步骤34中，手机控制器12确认该应答信号与预设值是否匹配，如果匹配，则进入步骤35，确认读写器为当前类型，否则返回步骤31，手机控制器12读取下一种读写器类型的工作参数。

在本实施例中，比较好的是，射频电路13由手机电池供电，例如手机电池通过手机的电源管理单元(未画出)与射频电路13内的射频调制解调单元132、存储器133和微控制器134等相连，向这些有源工作单元提供合适的电压/电流。由于射频电路13所需的能量不是经作为耦合元件的检测单元中的电感线圈获取而是由手机电池提供，因此检测单元中的电感线圈尺寸可以缩小。

以下描述上述具有非接触式智能卡功能的手机在各种场合的应用。

首先描述参照图1和图2所述的手机在门禁系统中的应用，为此可在射频电路13的存储器133内存储用户的身份信息。当用户用手机刷卡时，门禁系统读写器发射的振荡信号将在检测单元11形成谐振信号，该信号被送至手机控制器12。手机控制器12对此作出响应，经接口电路15向射频电路13内的微控制器134发送指令，指示其启动射频电路13，将身份信息发送至读写器。

接着，微控制器134从存储器133中读取身份信息并送至射频调制解调单元132，射频调制解调单元132将身份信息编码和调制后经天线131发送。读写器接收到该调制编码信号后，对信号进行解调和解码处理，然后将处理后得到的身份信息数据送至应用系统，应用系统对该数据进行验证，如果通过则允许用户进入并将用户的进出时间等信息记录下来，否则将用户阻止在外。

上述具有非接触式智能卡功能的手机也可用于餐饮等消费活动中，此时射频电路13相当于一张餐饮卡。例如用户可以预先通过手机的人机界面(即显示屏和键盘14)输入菜单、数量等信息，这些信息由手机控制器12指示微控制器134写入存储器133内。当用户就餐时，只要将手机在餐厅的POS机上刷一下卡，检测单元11产生的信号即启动手机控制器12，指示射频电路13将存储器133内存储的菜单和数量等信息发送至POS机，POS机根据这些信息从存储器133内的金额中扣除相应的数量。

在阅读上述披露内容之后，其它修改对于本领域内的技术人员来说将是显而易见的。这种修改可能涉及到所属和相近技术领域内普通技术人员公知的特征，并且这些特征可以代替这里已经描述的特征或者以添加的方式应用。

Claims (12)

1、一种具有非接触式智能卡功能的便携式设备，其特征在于，包含：

适于响应读写器发射的信号而生成检测信号的检测单元；

与所述检测单元相连的处理单元；以及

适于与所述读写器通信并与所述处理单元相连的射频电路，

其中，所述处理单元响应于所述检测信号，向所述射频电路发送启动信号以启动所述射频电路与所述读写器的通信过程。

2、如权利要求1所述的便携式设备，其中，所述射频电路与所述便携式设备的电源相连。

3、如权利要求1所述的便携式设备，其中，所述检测单元包含采用电感线圈和电容作为检测元件的谐振电路及以谐振电路输出信号作为输入信号的整流放大电路。

4、如权利要求1所述的便携式设备，其中，所述检测单元与所述便携式设备的电源相连。

5、如权利要求1所述的便携式设备，其中，所述射频电路包含：

天线；

与所述天线和所述处理单元相连的射频调制解调单元；以及

与所述射频调制解调单元相连的存储器，

所述射频调制解调单元在从所述处理单元接收到所述启动信号后，将所述存储器内的信息进行处理并传送至所述天线进行发射，或者，所述射频调制解调单元对所述天线接收的信号进行处理，并传送至所述存储器和/或所述处理单元。

6、如权利要求1所述的便携式设备，其中，所述射频电路包含：

与所述处理单元相连的微控制器；

与所述微控制器相连的存储器；

天线；以及

与所述微控制器和所述天线相连的射频调制解调单元，

所述微控制器在从所述处理单元接收到所述启动信号后，将所述存储器内的信息传送至所述射频调制解调单元，由其处理后传送至所述天线进行发射，或者，所述射频调制解调单元对所述天线接收的信号进行处理并传送至所述微控制器，由其处理和/或传送至所述处理单元和/或所述存储器。

7、如权利要求1所述的便携式设备，其中，所述处理单元为数字信号处理器、微处理器、中央处理器、专用集成电路和现场可编程门阵列中的一种。

8、如权利要求4-6中任意一项所述的便携式设备，其中，所述便携式设备为手机，所述射频电路封装在遵循ISO7816标准的SIM/PIM卡内，所述存储器存储有与手机通信和智能卡使用相关的信息，并且所述微控制器、所述存储器和所述射频调制解调单元由手机电池供电。

9、如权利要求4-6中任意一项所述的便携式设备，其中，所述微控制器与所述处理单元相连，所述存储器存储有与智能卡使用相关的信息，并且所述微控制器、所述存储器和所述射频调制解调单元由手机电池供电。

10、如权利要求4-6中任意一项所述的便携式设备，其中，所述便携式设备为手机，所述射频调制解调单元与所述处理单元相连，并且与智能卡使用的相关信息存储在与独立于所述存储器并与所述处理单元相连的其它存储器中。

11、如权利要求10所述的便携式设备，其中，手机键盘经所述处理单元和所述微控制器与所述存储器相连，以使用户可通过所述手机键盘向所述存储器输入信息和/或修改所述存储器内存储的信息。

12、如权利要求1所述的便携式设备，其中，所述便携式设备为MP3/MP4播放器、个人数字助理和手持式计算机中的一种。

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