專利名稱：一種非接觸卡讀卡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻卡讀寫器，尤其涉及一種利用支持納瓦技術(shù)的MCU實(shí)現(xiàn)低功 耗工作狀態(tài)的射頻卡讀寫器。
背景技術(shù)：
非接觸式IC卡又稱射頻卡，由IC芯片、感應(yīng)天線組成，封裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PVC卡 片內(nèi)，芯片及天線無(wú)任何外露部分。是世界上最近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功的將 射頻識(shí)別技術(shù)和IC卡技術(shù)結(jié)合起來(lái)，結(jié)束了無(wú)源(卡中無(wú)電源)和免接觸這一難題，是電 子器件領(lǐng)域的一大突破?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍(通常為5-10mm)靠近讀寫器表面，通過(guò)無(wú) 線電波的傳遞來(lái)完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。非接觸性IC卡與讀卡器之間通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫操作。二者之間的通訊頻 為125Kz。非接觸性IC卡本身是無(wú)源卡，當(dāng)讀寫器對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作是，讀寫器發(fā)出的信 號(hào)由兩部分疊加組成一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與本身的L/C產(chǎn)生一個(gè)瞬間 能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、儲(chǔ)存等， 并返回信號(hào)給讀寫器，完成一次讀寫操作。讀寫器則一般由單片機(jī)，專用智能模塊和天線組 成，并配有與PC的通訊接口，打印口，I/O 口等，以便應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。與接觸式IC卡相比較，非接觸式卡具有以下優(yōu)點(diǎn)1、可靠性高非接觸式IC卡與讀寫器之間無(wú)機(jī)械接觸，避免了由于接觸讀寫而產(chǎn) 生的各種故障。例如由于粗暴插卡，非卡外物插入，灰塵或油污導(dǎo)致接觸不良造成的故障。 此外，非接觸式卡表面無(wú)裸露芯片，無(wú)須擔(dān)心芯片脫落、靜電擊穿、彎曲損壞等問(wèn)題，既便于 卡片印刷，又提高了卡片的使用可靠性。2、操作方便。由于非接觸通訊，讀寫器在IOCM范圍內(nèi)就可以對(duì)卡片操作，所以不 必插撥卡，非常方便用戶使用。非接觸式卡使用時(shí)沒(méi)有方向性，卡片可以在任意方向掠過(guò)讀 寫器表面，既可完成操作，這大大提高了每次使用的速度。3、可以適合于多種應(yīng)用。非接觸式卡的序列號(hào)是唯一的，制造廠家在產(chǎn)品出廠前 已將此序列號(hào)固化，不可再更改。非接觸式卡與讀寫器之間采用雙向驗(yàn)證機(jī)制，即讀寫器驗(yàn) 證IC卡的合法性，同時(shí)IC卡也驗(yàn)證讀寫器的合法性。4、加密性能好。非接觸式IC卡由IC芯片，感應(yīng)天線組成，并完全密封在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) PVC卡片中，無(wú)外露部分。非接觸式IC卡的讀寫過(guò)程，通常由非接觸型IC卡與讀寫器之間 通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫操作。非接觸型IC卡本身是無(wú)源體，當(dāng)讀寫器對(duì)卡進(jìn)行讀寫操作時(shí)，讀寫器發(fā)出的信號(hào) 由兩部分疊加組成一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與其本身的L/C產(chǎn)生諧振，產(chǎn) 生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是結(jié)合數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)、修改、 存儲(chǔ)等，并返回給讀寫器。由非接觸式IC卡所形成的讀寫系統(tǒng)，無(wú)論是硬件結(jié)構(gòu)，還是操作 過(guò)程都得到了很大的簡(jiǎn)化，同時(shí)借助于先進(jìn)的管理軟件，脫機(jī)的操作方式，都使數(shù)據(jù)讀寫過(guò) 程更為簡(jiǎn)單。
目前，射頻卡廣泛應(yīng)用于水表、熱量表、燃?xì)獗?、公交自?dòng)售票、停車自動(dòng)收費(fèi)、食 堂售飯、考勤和門禁等多種場(chǎng)合，而對(duì)射頻卡進(jìn)行讀寫的電路應(yīng)用最多的是由集成器件 U2270B結(jié)合其外圍器件構(gòu)成，如圖2所示。由于U2270B只能在4. 5V 5. 5V的電壓區(qū)間工 作，如果用戶使用U2270B來(lái)設(shè)計(jì)讀寫基站系統(tǒng)，則需要工作在5V或更高電壓，系統(tǒng)在這個(gè) 電壓下工作，功耗變高，供電電池有效工作電壓區(qū)間也顯得比較窄，而且要考慮到由于電池 放電的不均勻而造成電池的使用壽命短等問(wèn)題。U2270B采用內(nèi)置的RC振蕩電路提供射頻 的基準(zhǔn)時(shí)鐘，而RC振蕩電路的頻率特性在穩(wěn)定性和溫度系數(shù)方面較差，所以U2270B的讀寫 電路中需要在RF管腳上加一個(gè)頻率校準(zhǔn)電阻，在必要的時(shí)候?qū)@個(gè)電阻進(jìn)行調(diào)整才可以 達(dá)到理想的輸出頻率，這樣在生產(chǎn)的過(guò)程中就需要在產(chǎn)品出廠前對(duì)射頻的頻率進(jìn)行測(cè)試和 調(diào)整，大大地增加了生產(chǎn)流程的復(fù)雜性。U2270B的天線驅(qū)動(dòng)電路采用直接耦合的方式，這樣 做的一個(gè)直接后果就是當(dāng)外部串接的諧振回路的固有頻率和U2270B的內(nèi)部時(shí)鐘頻率存在 誤差的時(shí)候，天線上的實(shí)際發(fā)射頻率也會(huì)發(fā)生變化，影響卡片的讀寫。此外，還有采用邏輯器件門電路4060，運(yùn)算放大器TL062，LM358，ST393等，組成的 讀寫卡電路由于器件多，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其固有的缺點(diǎn)是故障率比較高，不利于縮小體 積。上述的電路都是通電后直接處于運(yùn)行狀態(tài)，其自身的運(yùn)行狀態(tài)特別是電路的器件 故障、自身的功耗是不可控的，難以做到電池供電系統(tǒng)長(zhǎng)期的低功耗運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題，提供了一種能大幅度降低運(yùn)行功耗的非接觸卡讀卡器。本發(fā)明的技術(shù)方案是包括設(shè)在殼體內(nèi)的讀寫電路和USB連接電路，所述讀寫電 路包括支持納瓦技術(shù)的具有1-8腳的MCU，所述USB連接電路包括電源適配電路和I2C接口， 所述讀寫電路還包括與射頻卡通訊的諧振電路、檢波電路、基準(zhǔn)電壓提供電路、比較接口和 電源管理接口；所述諧振電路包括相互串接的電感Ll和電容Cl ；所述檢波電路包括二極管D1、電容C2、電容C3、電容C4和電阻R5 ；所述電容Cl的一端接地，另一端分別于所述電感Ll和二極管Dl的正極端相連； 所述電容C2和電阻R4的一端分別接地，電容C2和電阻R4的另一端分別于二極管Dl的負(fù) 極端和電阻R5的一端相連；電容C3和電容C4串接在電阻R5的后端，電容C4的尾端接地； 在電容C3和電容C4之間有B接點(diǎn)；所述基準(zhǔn)電壓提供電路包括電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C5和基準(zhǔn)電壓源；電 阻R6、電阻R7、電阻Rg和電容C5的一端共同連接于A接點(diǎn)，電容C5的另一端接地，電阻Rg 的另一端連接所述基準(zhǔn)電壓源，電阻R7的另一端接地，電阻R6的另一端分別連接所述B接點(diǎn)；所述比較接口包括所述MCU的2、3腳，所述2腳連接所述A接點(diǎn)，所述3腳連接所 述B接點(diǎn)；所述電源管理接口包括所述MCU的1、8腳；所述MCU的1、8腳連接所述電源適配 電路；所述MCU的4腳連接所述電感Ll ；
所述MCU的6、7腳連接所述I2C接口。它還包括串接在電感Ll和所述MCU的4腳之間的放大電路，所述放大電路包括 NPN型的三極管Q1、PNP型的三極管Q2、電阻R1、電阻R2、電阻R14和基準(zhǔn)電壓源，電阻R14 的一端與所述所述MCU的4腳相連，電阻R14的另一端分別與三極管Q1、三極管Q2的B極 并接，三極管Q2的C極接地，電阻Rl和電阻R2串接在三極管Ql的E極和三極管Q2的E 極之間，電阻Rl和電阻R2之間有C接點(diǎn)，所述C接點(diǎn)連接所述電感Li。本發(fā)明中的讀寫電路，采用由支持納瓦技術(shù)的MCU為電路的控制核心，讀寫電路 含有信號(hào)與能量發(fā)射、信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊；數(shù)據(jù)與能量發(fā)射、接收模塊含有線圈 Li、Cl，MCU產(chǎn)生的125Kz、manchester方式調(diào)制的數(shù)據(jù)由其4pin (腳)經(jīng)Ql、Q2互補(bǔ)功率 輸出。L1、C1諧振于125Kz，Ll 一方面輻射能量與發(fā)送數(shù)據(jù)、另一方面根據(jù)其負(fù)載的變化接 收被讀的調(diào)制數(shù)據(jù)；Dl、電容(C2、C3、C4)和電阻(R4、R5)為AM檢波，C2、C3、C4、R4、R5組 成濾波電路，經(jīng)C3連到MCU 3Pin, R7、Rg、R6為MCU內(nèi)部比較器的基準(zhǔn)單元，給MCU的2、 3Pin提供的基準(zhǔn)，MCU依據(jù)基準(zhǔn)解調(diào)出數(shù)據(jù)。3pin還在數(shù)據(jù)信號(hào)的間隙進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換，分辨 干擾與數(shù)據(jù)，對(duì)干擾數(shù)據(jù)進(jìn)行濾除，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性。MCU的2、3、4pin在非讀寫期 間被置于數(shù)字口狀態(tài)，在讀寫之前進(jìn)行電路檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與初始狀態(tài)不符時(shí)關(guān)閉讀寫電路， 給出報(bào)警提示，盡可能的延長(zhǎng)了電池供電設(shè)備的使用壽命。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，本發(fā)明的工作電壓 為2. 7-5v，工作電流4. 5mA，靜態(tài)電流為ΙΟηΑ，以應(yīng)用于智能水表為例，一月一抄，功耗在納 瓦級(jí)水平，可確保智能水表同樣的電池，工作更長(zhǎng)的時(shí)間。此外，還可以拓展應(yīng)用到智能煤 氣表、電表、公交卡等。


圖1是本發(fā)明的原理框2是本發(fā)明的電路3是本發(fā)明另一實(shí)施方式的電路中1是諧振電路，2是檢波電路，3是基準(zhǔn)電壓提供電路，4是比較接口，5是外部 設(shè)備連接口，6是放大電路，7是電源管理接口，8是MCU，9是射頻卡。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明如圖1、2所示，包括設(shè)在殼體內(nèi)的讀寫電路和USB連接電路，所述讀寫電路 包括支持納瓦技術(shù)的具有1-8腳的MCU8，所述USB連接電路包括電源適配電路和I2C接口， 所述讀寫電路還包括與射頻卡通訊的諧振電路1、檢波電路2、基準(zhǔn)電壓提供電路3、比較接 口 4和電源管理接口 7 ；所述諧振電路1包括相互串接的電感Ll和電容Cl ；所述檢波電路2包括二極管D1、電容C2、電容C3、電容C4和電阻R5 ；所述電容Cl的一端接地，另一端分別于所述電感Ll和二極管Dl的正極端相連； 所述電容C2和電阻R4的一端分別接地，電容C2和電阻R4的另一端分別于二極管Dl的負(fù) 極端和電阻R5的一端相連；電容C3和電容C4串接在電阻R5的后端，電容C4的尾端接地； 在電容C3和電容C4之間有B接點(diǎn)；所述基準(zhǔn)電壓提供電路3包括電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C5和基準(zhǔn)電壓源；
5電阻R6、電阻R7、電阻R8和電容C5的一端共同連接于A接點(diǎn)，電容C5的另一端接地，電阻 R8的另一端連接所述基準(zhǔn)電壓源，電阻R7的另一端接地，電阻R6的另一端分別連接所述B 接點(diǎn)；所述比較接口 4包括所述MCU的2、3腳，所述2腳連接所述A接點(diǎn)，所述3腳連接 所述B接點(diǎn)；所述電源管理接口 7包括所述MCU的1、8腳；所述MCU的1、8腳連接所述電源適 配電路；所述MCU8的4腳連接所述電感Ll ；所述MCU8的6、7腳(即電路的外部設(shè)備連接口 5)連接所述I2C接口。將數(shù)據(jù)通 過(guò)USB連接電路的USB物理接口傳輸給PC等外部設(shè)備上去，或?qū)C的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電路中來(lái)。本發(fā)明的另一實(shí)施方式如圖3所示，它還包括串接在電感Ll和所述MCU8的4腳 之間的放大電路6，所述放大電路6包括NPN型的三極管Ql、PNP型的三極管Q2、電阻R1、 電阻R2、電阻R14和基準(zhǔn)電壓源，電阻R14的一端與所述所述MCU的4腳相連，電阻R14的 另一端分別與三極管Ql、三極管Q2的B極并接，三極管Q2的C極接地，電阻Rl和電阻R2 串接在三極管Ql的E極和三極管Q2的E極之間，電阻Rl和電阻R2之間有C接點(diǎn)，所述C 接點(diǎn)連接所述電感Li。組成電路的各模組化電路組成及功能作用諧振電路1 :L1、C1組成125KZ諧振電路，Ll 一方面輻射能量、發(fā)送調(diào)制數(shù)據(jù)，另一 方面，當(dāng)卡處于輻射區(qū)內(nèi)，且正確接收命令數(shù)據(jù)后，卡內(nèi)的返回?cái)?shù)據(jù)由內(nèi)部的線圈作為L(zhǎng)i、 Cl諧振回路的負(fù)載，負(fù)載的的變化直接反映的內(nèi)部被調(diào)制的數(shù)據(jù)信息。Li、Cl連接點(diǎn)輸出 接收到的數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)。檢波電路2:01、1 4、1 5、02、03、04為數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)的檢波電路?；鶞?zhǔn)電壓提供電路3 :R7、R8是MCU內(nèi)部比較電路的基準(zhǔn)電壓提供電路，C5為基準(zhǔn) 電壓提供電路的濾波。R6是內(nèi)部比較電路cmpin-的偏置隔離電阻，b點(diǎn)的點(diǎn)位略低于a點(diǎn) 的點(diǎn)位，檢波電路有數(shù)據(jù)輸出時(shí)b點(diǎn)的點(diǎn)位隨之變化，比較器根據(jù)其變化，解調(diào)數(shù)據(jù)。比較接口 4 :MCU2、3腳在數(shù)據(jù)接收時(shí)，連接內(nèi)部比較器，在等待接收與接收前夕 mcu的3腳為數(shù)字口輸入狀態(tài)，檢測(cè)b點(diǎn)的電平是否為數(shù)據(jù)電平，大于和小于數(shù)據(jù)電平的寬 度一般會(huì)視為干擾，MCU在需要時(shí)還會(huì)將2腳也切換為I/O 口，做器件完好性檢查。外部設(shè)備連接口 5 =MCU的6、7腳為外部設(shè)備連接口。放大電路6 :MCU4腳輸出125KH和被調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)，Ql、Q2為互補(bǔ)功率輸出管， Rl、R2是輸出匹配電路的一部分，R14是Ql、Q2基極驅(qū)動(dòng)限流電阻。C、D點(diǎn)直接連接的情況下(即本發(fā)明圖所示狀況)，直接使用MCU的含有CMOS互 補(bǔ)推挽電路的io 口 MCU4腳，輸出125KH和被調(diào)制的數(shù)據(jù)功率信號(hào)，直接送至L1、C1諧振發(fā) 射電路，以形成放大作用。電源管理接口 7 :M⑶的vdd、vss可以連接2. 7-3. 6v的電池，M⑶的核可以工作 在1. Sv0 MCU內(nèi)部含有電源管理模塊，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)周邊元器件的工作狀態(tài)與電池的工作狀態(tài)， 在非讀卡期間受內(nèi)部策略機(jī)制的控制，一種是處于待機(jī)狀態(tài)，待機(jī)電流為60nA，(microchip 的nanoWatt XLP技術(shù))。另一種狀態(tài)時(shí)絕大部分時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，這時(shí)mcu的自身耗電 更低。
本發(fā)明與背景技術(shù)對(duì)比表
權(quán)利要求
一種非接觸卡讀卡器，包括設(shè)在殼體內(nèi)的讀寫電路和USB連接電路，所述讀寫電路包括支持納瓦技術(shù)的具有1 8腳的MCU(8)，所述USB連接電路包括電源適配電路和I2C接口，其特征在于，所述讀寫電路還包括與射頻卡通訊的諧振電路(1)、檢波電路(2)、基準(zhǔn)電壓提供電路(3)、比較接口(4)和電源管理接口(7)；所述諧振電路(1)包括相互串接的電感L1和電容C1；所述檢波電路(2)包括二極管D1、電容C2、電容C3、電容C4和電阻R5；所述電容C1的一端接地，另一端分別于所述電感L1和二極管D1的正極端相連；所述電容C2和電阻R4的一端分別接地，電容C2和電阻R4的另一端分別于二極管D1的負(fù)極端和電阻R5的一端相連；電容C3和電容C4串接在電阻R5的后端，電容C4的尾端接地；在電容C3和電容C4之間有B接點(diǎn)；所述基準(zhǔn)電壓提供電路(3)包括電阻R6、電阻R7、電阻R8、電容C5和基準(zhǔn)電壓源；電阻R6、電阻R7、電阻R8和電容C5的一端共同連接于A接點(diǎn)，電容C5的另一端接地，電阻R8的另一端連接所述基準(zhǔn)電壓源，電阻R7的另一端接地，電阻R6的另一端分別連接所述B接點(diǎn)；所述比較接口(4)包括所述MCU的2、3腳，所述2腳連接所述A接點(diǎn)，所述3腳連接所述B接點(diǎn)；所述電源管理接口(7)包括所述MCU的1、8腳；所述MCU的1、8腳連接所述電源適配電路；所述MCU(8)的4腳連接所述電感L1；所述MCU(8)的6、7腳連接所述I2C接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸卡讀卡器，其特征在于，它還包括串接在電感Ll 和所述MCU的4腳之間的放大電路(6)，所述放大電路(6)包括NPN型的三極管Q1、PNP型 的三極管Q2、電阻R1、電阻R2、電阻R14和基準(zhǔn)電壓源，電阻R14的一端與所述所述MCU的 4腳相連，電阻R14的另一端分別與三極管Q1、三極管Q2的B極并接，三極管Q2的C極接 地，電阻Rl和電阻R2串接在三極管Ql的E極和三極管Q2的E極之間，電阻Rl和電阻R2 之間有C接點(diǎn)，所述C接點(diǎn)連接所述電感Li。
全文摘要
一種非接觸卡讀卡器。涉及一種射頻卡讀寫器。能大幅度降低運(yùn)行功耗。包括設(shè)在殼體內(nèi)的讀寫電路和USB連接電路，所述讀寫電路包括支持納瓦技術(shù)的具有1-8腳的MCU，所述USB連接電路包括電源適配電路和I2C接口，所述讀寫電路還包括與射頻卡通訊的諧振電路、檢波電路、基準(zhǔn)電壓提供電路、比較接口和電源管理接口。本發(fā)明采用由支持納瓦技術(shù)的MCU為核心，在讀寫之前進(jìn)行電路檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與初始狀態(tài)不符時(shí)關(guān)閉讀寫電路，給出報(bào)警提示，延長(zhǎng)了電池壽命。
文檔編號(hào)G06K7/00GK101950349SQ20101027611
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者張堅(jiān), 徐一心, 李光普, 褚庭才, 陳永輔 申請(qǐng)人:揚(yáng)州恒信儀表有限公司