一種場時鐘自動同步的有源非接觸式ic卡的制作方法
【專利摘要】一種場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡，涉及非接觸式IC卡【技術(shù)領(lǐng)域】。本實用新型包括發(fā)射通路、接收通路、鎖相環(huán)、主控單元和天線網(wǎng)絡(luò)。其結(jié)構(gòu)特點是，它還包括控制單元、整形單元一和相位補償單元。所述整形單元二的輸出端依次經(jīng)鎖相環(huán)和相位補償單元連接到調(diào)制單元，整形單元二的輸出端還連接到控制單元。主控單元和整形單元一都分別連接到控制單元，控制單元和相位補償單元相互連接，功率放大單元的輸出端連接到整形單元一。本實用新型能克服有源非接觸式IC卡存在的發(fā)射信號與外部場信號之間的相位差，使通信順暢，保證IC卡的正常工作。
【專利說明】一種場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及非接觸式IC卡【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡。
【背景技術(shù)】
[0002]感應(yīng)式無線射頻識別RFID系統(tǒng)被廣泛使用于信用卡支付、票務(wù)系統(tǒng)、公共交通系統(tǒng)以及訪問控制(如門禁卡)和身份認(rèn)證(電子通行證、身份證)等應(yīng)用中。這類系統(tǒng)以ISO/IEC 14443、15693、18000-3、18092協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)，其中主要支持協(xié)議為IS0/IEC 14443。工作頻段為13.56MHz，支持非接觸式IC卡在近場，特別是距離小于IOcm的場區(qū)內(nèi)通信。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，非接觸式IC卡的工作特點是卡片通過感應(yīng)方式為自身供電，以負(fù)載調(diào)制方式將數(shù)據(jù)返回給讀卡器。優(yōu)點是卡片不需獨立電源，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。缺點是讀卡器與卡片天線之間耦合系數(shù)小，通信距離受限制；對天線尺寸需要足夠大(IDl)才能為自身供電和數(shù)據(jù)交換。隨著移動智能終端技術(shù)的發(fā)展，將上述各項應(yīng)用集成到手機(jī)/SD卡等設(shè)備當(dāng)中成為趨勢，這要求非接觸式IC卡的天線尺寸足夠小才能夠集成到手機(jī)內(nèi)部/SD卡內(nèi)部。
[0004]有源非接觸式IC卡可以解決上述問題，有源非接觸式IC卡由外部電源單獨供電，可以采用電路相對復(fù)雜、靈敏度高的接收通路和輻射功率高的發(fā)送通路，保證卡片天線尺寸即使成倍縮小也可以有效接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。參看圖1，現(xiàn)有技術(shù)中的有源非接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)包括天線網(wǎng)絡(luò)9、接收通路4、鎖相環(huán)7和發(fā)射通路2。
[0005]與無源非接觸式IC卡相比，上述有源非接觸式IC卡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊設(shè)計更為復(fù)雜。并且卡片向讀卡器返回數(shù)據(jù)時，不再是負(fù)載調(diào)制的方式，而是由卡片內(nèi)部產(chǎn)生一個13.56M的載波信號，數(shù)據(jù)與載波信號經(jīng)調(diào)制單元調(diào)制后由功率放大單元發(fā)送給讀卡器。
[0006]上述有源非接觸式IC卡接收靈敏度高，即使卡天線面積為幾個cm2也能在有效距離(IOcm)內(nèi)接收到場信號；發(fā)送采用功率放大器大功率驅(qū)動天線，即使外部應(yīng)用環(huán)境(金屬板遮擋，屏蔽，干擾等)惡劣，在有效距離內(nèi)讀卡器端也能接收到IC卡返回的數(shù)據(jù)。解決了移動終端設(shè)備對IC卡天線小尺寸的要求；若保持天線尺寸與無源非接觸式IC卡天線尺寸相同，有源非接觸IC卡能在更遠(yuǎn)的距離外與讀卡器建立通信。
[0007]但是，上述有源非接觸式IC卡存在的發(fā)射信號之間以及與場時鐘信號之間存在的相位差異會導(dǎo)致下面兩個問題:
[0008]1、IC卡發(fā)射信號與外部場信號間的相位偏差在某個特定相差范圍內(nèi)，IC卡發(fā)射信號幾乎被全部抵消，無法被讀卡器解調(diào)，造成通信失敗。
[0009]2、在執(zhí)行抗沖突流程階段，若場內(nèi)有UID部分相同的多張IC卡，則卡片發(fā)射信號間的相位差異會導(dǎo)致讀卡器天線端接收到的不同卡片應(yīng)答信號UID相同部分互相抵消，造成抗沖突流程執(zhí)行失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡。它能克服有源非接觸式IC卡存在的發(fā)射信號與外部場信號之間的相位差，使通信順暢，保證IC卡的正常工作。
[0011]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實用新型的技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn):
[0012]一種場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡，它包括發(fā)射通路、接收通路、鎖相環(huán)、主控單元和天線網(wǎng)絡(luò)。所述發(fā)射通路包括調(diào)制單元和功率放大單元。所述接收通路包括放大單元、整形單元二和解調(diào)單元。天線網(wǎng)絡(luò)依次經(jīng)放大單元、整形單元二、解調(diào)單元、主控單元、調(diào)制單元和功率放大單元形成回路，主控單元和鎖相環(huán)相互連接。其結(jié)構(gòu)特點是，它還包括控制單元、整形單元一和相位補償單元。所述整形單元二的輸出端依次經(jīng)鎖相環(huán)和相位補償單元連接到調(diào)制單元，整形單元二的輸出端還連接到控制單元。主控單元和整形單元一都分別連接到控制單元，控制單元和相位補償單元相互連接，功率放大單元的輸出端連接到整形單元一。
[0013]在上述有源非接觸式IC卡中,所述控制單元包括依次連接的相位比較單元、相位轉(zhuǎn)換單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和邏輯單元。
[0014]本實用新型由于采用了上述結(jié)構(gòu)，它能夠自動測量卡片發(fā)射信號與外部場時鐘之間的相位差，并通過相位補償方式:
[0015]I)將發(fā)射信號與外部場時鐘相差控制在指定的誤差范圍內(nèi)，使二者相位差接近特定相位區(qū)域，避免通信失敗。
[0016]2)將不同卡片的發(fā)射信號相位差控制在指定的誤差范圍內(nèi)，保證不同卡片所發(fā)射信號不因相位差問題出現(xiàn)信號相抵消現(xiàn)象，保證讀卡器抗沖突流程能夠正確執(zhí)行。
[0017]本實用新型能夠解決工藝制程、環(huán)境變化所造成卡片電路延時差異，以及卡片內(nèi)部模擬場信號與外部場時鐘相位差，提高有源非接觸IC卡產(chǎn)品合格率和兼容率。
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中有源非接觸IC卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實用新型有源非接觸IC卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為本實用新型中控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為本實用新型有源非接觸IC卡內(nèi)部單元相位延遲示意圖；
[0023]圖5為實施例中本實用新型方法的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0024]參看圖2和圖3，本實用新型場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡包括發(fā)射通路
2、接收通路4、鎖相環(huán)7、主控單元8、天線網(wǎng)絡(luò)9、控制單元1、整形單元一 3和相位補償單元
5。發(fā)射通路2包括調(diào)制單元2.2和功率放大單元2.1,接收通路4包括放大單元4.1、整形單元二 4.2和解調(diào)單元4.3?？刂茊卧狪包括依次連接的相位比較單元1.1、相位轉(zhuǎn)換單元
1.2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器1.3和邏輯單元1.4。天線網(wǎng)絡(luò)9依次經(jīng)放大單元4.1、整形單元二 4.2、解調(diào)單元4.3、主控單元8、調(diào)制單元2.2和功率放大單元2.1形成回路。主控單元8和鎖相環(huán)7相互連接。整形單元二 4.2的輸出端依次經(jīng)鎖相環(huán)7和相位補償單元5連接到調(diào)制單元2.2，整形單元二 4.2的輸出端還連接到控制單元1，主控單元8和整形單元一 3都分別連接到控制單元1，控制單元I和相位補償單元5相互連接，功率放大單元2.1的輸出端連接到整形單元一 3。
[0025]本實用新型中的相位補償單元5可以在O~360°之間對鎖相環(huán)7輸出的信號進(jìn)行補償，補償目的是使得經(jīng)天線網(wǎng)絡(luò)9發(fā)射出去的信號與外部場信號同步。因為發(fā)射通路2和接收通路4對信號有延時和相移，同步的概念是使二者相位差為360°，即天線網(wǎng)絡(luò)9發(fā)射信號比外部場信號延遲一個場時鐘周期。
[0026]圖3中的相位比較單元1.1是將兩個輸入信號做邏輯與操作。其中相位轉(zhuǎn)換單元
1.2是一個線性變換模塊，能夠?qū)⑾辔徊畎幢壤P(guān)系轉(zhuǎn)為電壓或者電流信號。其中模數(shù)轉(zhuǎn)換器1.3的有效bit位數(shù)根據(jù)相位補償?shù)淖钚〔介L而定，對相位的等效量化誤差應(yīng)小于相位補償?shù)淖钚〔介L。其中邏輯單元1.4具體為實現(xiàn)相位補償算法的數(shù)字電路，輸出用于控制相位補償單元5。
[0027]本實用新型工作時，自動測量有源非接觸式IC卡發(fā)射信號與外部場時鐘之間的相位差，并通過相位補償方式將發(fā)射信號與外部場時鐘相差控制在指定的誤差范圍內(nèi)。本實用新型有源非接觸式IC卡結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成通路總相位延遲的路徑包括以下單元:天線網(wǎng)絡(luò)
9、放大單元4.1、整形單元二 4 .2、調(diào)制單元2.2、功率放大單元2.1。整形單元一 3和整形單元二 4.2采用相同的電路結(jié)構(gòu)，且輸入信號幅度相當(dāng)，頻率相同，假設(shè)
[0028]pd_shpl= pd_shp2(I)
[0029]首先可以對通路中造成相位延遲的路徑進(jìn)行劃分和分析。
[0030]參看圖4，為本實用新型中有源非接觸IC卡內(nèi)部單元相位延遲示意圖。將總相位延遲劃分為兩條路徑進(jìn)行測量:
[0031]路徑1:相位補償單元5輸出至整形單元一 3輸出；相位比較參考信號來自相位補償單元5的輸出，該路徑相位差為
[0032]pd—pathl= pd—mod+pd—pa+pd—shpl(2)
[0033]路徑2:功率放大單元2.1輸出至整形單元二 2輸出；相位比較參考信號來自功率放大單元2.1的輸出，該路徑相位差為:
[0034]pd_path2= pd_ant+pd_amp+pd_shp2-pd_shpI (3)
[0035]其次，計算通路總相位延遲表達(dá)為:
[0036]pd_total= pd_ant+pd_amp+pd_shp2+pd_p11+p d_caI+p d_mod+pd_pa
[0037]= pd_path2+pd_pll+pd_cal+pd_pathl(4)
[0038]其中pd_cal為相位補償單元5當(dāng)前相位補償量；pd_pll為鎖相環(huán)7鎖定時與輸入基準(zhǔn)頻率相位差。鎖相環(huán)7鎖定是殘余的相位差與因電路相位延遲相比較小，此處忽略不計。
[0039]pd_total= pd_path2+ pd_cal+pd_pathl(5)
[0040]要滿足發(fā)射信號與外部場時鐘同步的條件，計入通路各單元相位延遲后，總通路相移最小為360°。變量為pd_cal，根據(jù)式(13)，有
[0041]pd_cal= 360° -pd_pathl_pd_path2(6)
[0042]其中相位補償單元5相位補償范圍為O~360°。若預(yù)設(shè)一個起始相位延時量，記為pd_cal0，則其補償范圍變?yōu)開pd_calO~360° -pd_cal0。另記相位補償變量為pd_calc,則
[0043]pd_calc= pd_cal_pd_calO
[0044]= 360° -pd_cal0-pd_pathl-pd_path2(7)
[0045]參看圖5，本實用新型有源非接觸式IC卡的場時鐘自動同步使用方法步驟為:
[0046]1)上電初始化,使能場時鐘自動同步流程；
[0047]2)測量第I條子路徑的相位延遲并量化存儲；
[0048]3)若有其它子路徑，直至測完所有子路徑相位延遲并量化存儲；
[0049]4)所有子路徑相位延遲量化值累加作為通路總相位延遲數(shù)據(jù)；
[0050]5)開始相位補償，其中:INC=0表示減小一個相位補償步長；INC=1表示增加一個相位補償步長；起始時默認(rèn)INC=I ；
[0051]6)測量當(dāng)前相位補償配置下通路總相位延遲數(shù)據(jù)；
[0052]7)判斷當(dāng)前相位補償配置還是前一配置得到的測量數(shù)據(jù)大，較大的數(shù)據(jù)對應(yīng)的相位補償配置保留；
[0053]8)判斷應(yīng)增加相位補償還是減小相位補償，并按此設(shè)置:INC=1，當(dāng)前相位補償配置加I ;INC=O,當(dāng)前相位補償配置減I ;
[0054]9)判斷相位補償是否到達(dá)極大值/極小值，若是，跳至第10步；若否，返回第6)
I K
少；
[0055]10)終止流程，流程終止時第7)步保存的相位補償配置作為相位補償單元的最終相位補償配置。
[0056]本實用新型的場時鐘自動同步方法中，包括:
[0057]I)將場信號經(jīng)過的所有延遲單元劃分為幾個獨立的子相位延遲通路；
[0058]2)產(chǎn)生模擬場信號，即內(nèi)部產(chǎn)生一個與外部場信號相同頻率的時鐘信號，幅度信息根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境確定，占空比50%，對該信號相位無要求。
[0059]3)選擇其中一條子相位延遲通路；
[0060]4)模擬場信號經(jīng)選中的子相位延遲通路后整形，即內(nèi)部產(chǎn)生的模擬場時鐘信號通過指定的相位延遲通路，將輸出波形整形為方波。
[0061]5)比較待測節(jié)點整形信號與參考信號相位差，即整形信號與參考場信號做邏輯與操作獲得相位差信號。
[0062]6)將相位差轉(zhuǎn)換為可存儲數(shù)字形式包括:將相位差信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀涣炕幋a的電壓/電流形式；采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將與相位差信息相關(guān)的電壓/電流信號量化編碼為數(shù)字邏輯信號；采用邏輯寄存器存儲上述數(shù)字化后的相位差數(shù)據(jù)。
[0063]7)遍歷外部場信號需通過的所有相位延遲子單元，存儲對應(yīng)相位延遲信息。
[0064]8)計算外部場信號相位延遲路徑的總相位延遲，若劃分的子單元通路有模塊重疊，需保證重疊模塊相位延遲遠(yuǎn)小于(〈=1/5)待測量子單元通路相位延時；若劃分的子單元通路沒有模塊重疊，則累加各子單元相位延遲作為總相位延遲。
[0065]9)按相位補償算法對輸出的模擬場信號進(jìn)行相位補償包括:按最小步長補償相位，執(zhí)行相位差檢測和量化編碼步驟并存儲；本次相位差測量結(jié)果與上一次測量結(jié)果比較，保存二者中較大的結(jié)果，保存對應(yīng)的相位補償配置狀態(tài)；重復(fù)執(zhí)行測量，量化編碼，調(diào)整，比較步驟，直至在所有相位補償配置狀態(tài)中，當(dāng)前狀態(tài)所獲得的相位差量化編碼結(jié)果最大；保留該相位補償配置狀態(tài)作為最終相位補償配置。
[0066]10)經(jīng)相位補償后的模擬場信號作為與外部場通信的時鐘信號包括:接收外部場信號，以外部場信號作為基準(zhǔn)時鐘，使內(nèi)部產(chǎn)生的模擬場信號與外部場信號保持頻率和相位鎖定；暫停接收外部場信號時，內(nèi)部產(chǎn)生的模擬場信號經(jīng)過相位補償單元，以相位補償方式預(yù)補償通路相位延時，保證內(nèi)部信號與外部場信號相位差最大不超過360° ±1個相位調(diào)整步長。
【權(quán)利要求】
1.一種場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡，它包括發(fā)射通路(2)、接收通路(4)、鎖相環(huán)(7)、主控單元(8)和天線網(wǎng)絡(luò)(9)，所述發(fā)射通路(2)包括調(diào)制單元(2.2)和功率放大單元(2.1)，所述接收通路(4)包括放大單元(4.1)、整形單元二(4.2)和解調(diào)單元(4.3);天線網(wǎng)絡(luò)(9)依次經(jīng)放大單元(4.1)、整形單元二(4.2)、解調(diào)單元(4.3)、主控單元(8)、調(diào)制單元(2.2)和功率放大單元(2.1)形成回路，主控單元(8)和鎖相環(huán)(7)相互連接；其特征在于，它還包括控制單元(I)、整形單元一(3)和相位補償單元(5)，所述整形單元二(4.2)的輸出端依次經(jīng)鎖相環(huán)(7)和相位補償單元(5)連接到調(diào)制單元(2.2)，整形單元二(4.2)的輸出端還連接到控制單元(I )，主控單元(8)和整形單元一(3)都分別連接到控制單元(I )，控制單元(I)和相位補償單元(5 )相互連接，功率放大單元(2.1)的輸出端連接到整形單元一(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場時鐘自動同步的有源非接觸式IC卡，其特征在于，所述控制單元(I)包括依次連接的相位比較單元(1.1)、相位轉(zhuǎn)換單元(1.2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1.3)和邏輯單元(1.4)。
【文檔編號】G06K19/07GK203706244SQ201320835989
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】楊媛, 范明浩, 王曉暉, 豆玉嬌, 安治龍, 毋磊, 張靖云, 姚金科, 韓書光 申請人:北京同方微電子有限公司