一種IC卡信號放大電路及採用此電路的IC卡的製作方法

2023-06-28 01:58:51 1

本發明涉及集成電路卡（IC卡）技術領域，特別涉及一種IC卡信號放大電路及採用此電路的IC卡。

背景技術：

目前城市一卡通涉及到公交卡、身份證、社保卡還有市政煤水電等充值卡，再加上各種銀行卡基本上都已經轉換為標準的IC卡模式，這種IC卡標準類型基本上採用了13.56MHz頻率，包括曾經使用在門禁方面的低頻IC卡目前也越來越多的轉為高頻13.56MHz頻段。這個頻段的IC卡雖然數據通訊協議和調製方式各不相同，但是針對使用頻率最多的公交卡和門禁卡來說基本上採用的ISO14443A數據通訊協議，而大部分IC卡按照國際標準設計的使用距離均在10釐米以內，在實際應用中由於讀卡器和IC卡封裝問題，使用距離基本在5釐米左右。實際刷卡效果不太理想，距離太近不太容易操作。

在用戶實際使用IC卡過程中由於很多IC卡操作越來越複雜，需要讀寫的數據區域越來越多，尤其是智慧卡，需要很多加密認證傳送證書的過程，數據傳輸速度越來越慢，很多用戶在實際應用中因為IC卡的抖動和電場的不穩定造成IC卡數據讀寫不穩定，比如我們經常遇到在乘座地鐵時刷卡有時候會把交通卡刷壞了，數據結構造成破壞，此時就需要找到旁邊的客服人員進行卡片數據恢復，使用不穩定，也造成了資源浪費。

另外在用戶使用IC卡過程中，由於大部分用戶肯定不是IC卡技術專家，所以在使用過程中有人把卡片貼在金屬物上進行刷卡，有的人放在書包或錢包裡進行刷卡，有的人把多張IC卡貼合在一起進行刷卡。這些做法實際上都會把IC卡內部參數改變了，造成頻率不準確、天線效率降低、信號衰減、數據混合無法識別等問題。

技術實現要素：

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提出一種IC卡信號放大電路及採用此電路的IC卡，將天線與RFID晶片隔離開，增大了IC卡讀卡距離，抗幹擾能力增強、提高了IC卡信息傳輸穩定性。

為解決上述技術問題，本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明提供一種IC卡信號放大電路，其包括：無線諧振迴路、放大電路、近場通訊晶片、識別電路以及反饋電路，其中，

所述天線諧振迴路用於接收外部讀卡器發出的電場；

所述放大電路的輸入端與所述無線諧振迴路的輸出端相連，所述放大電路的輸出端與所述近場通訊晶片的輸入端相連，所述放大電路用於接收所述天線諧振迴路的所述外部電場，經過隔離產生高頻電場並傳輸給所述近場通訊晶片；

所述近場通訊晶片用於實際數據交換及各種服務功能；

所述識別電路的輸入端分別與所述近場通訊晶片的輸出端以及所述放大電路的輸出端相連，所述識別電路的輸出端與所述反饋電路的輸入端相連，所述識別電路用於識別雙向通訊數據的調製信號，判斷所述數據是由所述外部讀卡器傳送來的還是由所述近場通訊晶片產生的，將由所述近場通訊晶片產生的數據傳輸給所述反饋電路；

所述放大電路的輸出端還與所述反饋迴路的輸入端相連，所述反饋電路的輸出端與所述天線諧振迴路相連，所述反饋電路用於當接收到所述識別電路傳輸來的數據時，產生自由振蕩，所述自由振蕩與所述天線諧振迴路中的所述外部電場混合形成對所述外部電場的衰減調製，並發射回所述讀卡器。

較佳地，所述識別電路包括：檢波電路以及高速比較器，所述檢波電路的輸入端與所述近場通訊晶片的輸出端相連，所述檢波電路的輸入端還與所述放大電路的輸出端相連，所述檢波電路的輸出端與所述高速比較器的輸入端相連，所述檢波電路用於分別對所述近場通訊晶片產生的數據以及所述放大電路傳送來的數據進行提取檢波；

所述高速比較器的輸出端與所述反饋電路的輸入端相連，所述高速比較器用於識別所述近場通訊晶片產生的數據以及所述放大電路傳送來的數據，比較兩種數據檢波出的電壓，將電壓低的數據傳輸給所述反饋電路。

較佳地，還包括：電池，所述電池用於為所述放大電路以及所述近場通訊晶片供電，IC卡中自帶電池，所有晶片工作能量取自內部電池，不吸收外部電場能量，進一步提高了讀卡距離。

較佳地，還包括：電源控制電路以及電場檢測電路，所述電池通過電源控制電路與所述放大電路相連，所述電場檢測電路的輸入端與所述無線諧振迴路相連，所述電場檢測電路的輸出端與所述電源控制電路相連，所述電場檢測電路用於檢測外部電場是否存在，當外部電場存在時控制所述電源控制電路打開，以打開所述電池的供電，當外部電場不存在時控制所述電源控制電路斷開，以關閉所述電池的供電。在沒有外部電場激活的情況下關閉電池供電，大大降低了電池耗電量，提高了電池使用壽命。

較佳地，所述電池為鋰電池，使用壽命長。

較佳地，所述近場通訊晶片包括：多個；

還包括：晶片選擇電路，所述晶片選擇電路用於在多個所述近場通訊晶片中選擇其中一個，用戶可以在多個近場通訊晶片中自由選擇使用。

較佳地，所述近場通訊晶片為RFID晶片。

較佳地，所述放大電路為數字非門放大電路。

較佳地，所述反饋電路為數字非門反饋電路。

本發明還提供一種IC卡，其包括上述的IC卡信號放大電路。

相較於現有技術，本發明具有以下優點：

（1）本發明提供的IC卡信號放大電路及採用此電路的IC卡，將天線的天線諧振迴路通過放大電路與RFID晶片隔離開，這樣RFID晶片不需要從外部電場獲得能量，諧振天線上的負載也會大大減輕，諧振天線在很遠的距離就可以產生可以激活電路工作的電場電壓，這個距離比較符合人們使用IC卡習慣，在這個距離以內電場比較穩定可靠，同時RFID晶片採用內部已經整形好穩定的內電場提供能量，所以工作更加穩定，數據讀寫更加可靠；

（2）本發明的IC卡信號放大電路及採用此電路的IC卡，採用雙向數據傳輸，設計了一種讀卡器主動發送同頻率電波互相干擾模式的反饋電路，這個電路在空間上產生的電波與原電場電波頻率相同，互相干擾，其幹擾規律由RFID晶片產生的數據進行控制，因為是主動發送，所以在讀卡器上產生了更大的幹擾影響，這樣大大提高了RFID晶片反饋信號幅度，提高了傳送數據的距離，即提高了RFID信號到讀卡器的識別距離；

（3）因為這個電路使用單天線諧振迴路進行收發數據，既有讀卡器傳送過來的電場和數據信號，同時還要反向發射本地產生的數據調製信號，所以需要設計一個良好兼容的電路，本發明的IC卡信號放大電路，為了區分是讀卡器發送的數據還是RFID晶片產生的數據，設計了兩個檢波電路分別對兩路信號進行數據提取，然後通過高速比較器決定是否輸出數據到反饋電路，控制自由振蕩進行數據傳送；

（4）本發明的IC卡中自帶電池，所有晶片工作能量取自內部電池，不吸收外部電場能量，進一步提高了讀卡距離；

（5）本發明的IC卡信號放大電路還採用了電場檢測電路和電源開關電路，自動檢測外部電磁，自動打開電池開始工作，在沒有外部電場的情況下自動關閉電池供電進入休眠狀態。

當然，實施本發明的任一產品並不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明：

圖1為本發明的實施例1的IC卡信號放大電路的示意圖；

圖2為本發明的實施例1的IC卡信號放大電路的電路原理圖；

圖3為本發明的實施例2的IC卡信號放大電路的示意圖；

圖4為本發明的實施例2的IC卡信號放大電路的電源控制電路及電場檢測電路的電路原理圖。

標號說明：1-無線諧振迴路，2-放大電路，3-近場通訊晶片，4-識別電路，5-反饋電路，6-電池，7-電源控制電路，8-電場檢測電路；

41-檢波電路，42-高速比較器。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1：

結合圖1，本實施例對本發明的IC卡信號放大電路進行詳細描述，其包括：無線諧振迴路1、放大電路2、近場通訊晶片3、識別電路4、反饋電路5，其中，天線諧振迴路1用於接收外部讀卡器發出的電場；放大電路2的輸入端與無線諧振迴路1的輸出端相連，放大電路2的輸出端與近場通訊晶片3的輸入端相連，放大電路2用於接收天線諧振迴路1的外部電場，經過隔離產生高頻電場並傳輸給近場通訊晶片3；近場通訊晶片3用於實際數據交換及各種服務功能；識別電路4的輸入端分別與近場通訊晶片3的輸出端以及放大電路2的輸出端相連，識別電路4的輸出端與反饋電路5相連，識別電路4用於雙向通訊數據的調製信號，判斷數據是由外部讀卡器傳送來的還是由近場通訊晶片3產生的，將由近場通訊晶片3產生的數據傳輸給反饋電路5；放大電路2的輸出端還與反饋迴路5的輸入端相連，反饋電路5的輸出端與天線諧振迴路1相連，反饋電路5用於當接收到識別電路傳輸來的數據時，產生自由振蕩，其振蕩頻率與天線諧振迴路相同，與天線諧振迴路中的外部電場混合形成對外部電場的衰減調製，並發射回讀卡器。

本實施例中，識別電路4包括：檢波電路41以及高速比較器42，檢波電路41的輸入端與近場通訊晶片3的輸出端相連，檢波電路41的輸入端還與放大電路2的輸出端相連，檢波電路41的輸出端與高速比較器42的輸入端相連，檢波電路41用於分別對近場通訊晶片3傳輸來的數據以及放大電路2傳輸來的數據進行提取；高速比較器42的輸出端與反饋電路5的輸入端相連，高速比較器42用於識別近場通訊晶片3傳輸來的數據以及放大電路2傳輸來的數據，比較兩種數據檢波出的電壓，如果是近場通訊晶片3產生的數據則其檢波出來的電壓會比放大電路2傳送過來的數據電壓低，將由近場通訊晶片3傳輸來的數據輸出給反饋電路5。

如圖2所示為本實施例的IC卡信號放大電路的一種電路原理圖，本電路中放大電路採用數字非門放大電路，反饋電路採用數字非門反饋電路，成本低廉，工作穩定，其天線諧振迴路由天線電感L1和電容C2組成諧振迴路，頻率在13.56MHz左右，感應出來的電場電壓由電容C1傳送給非門U2A，U2A和電阻R1組成放大電路輸出數字方波，頻率在13.56MHz，並起到對外部電場整形保持穩定輸出電壓幅度的效果，用來保持RFID晶片的工作穩定性。U2A輸出的穩定電場通過C3傳送給RFID晶片U1，並且諧振迴路感應出來的讀卡器調製的命令數據也可以傳送到RFID晶片電場中，這樣RFID晶片就可以穩定的接收到讀卡器送過來的各種命令、數據等信息。由於諧振天線輸出負載是高阻輸入的非門電路，所以負載很輕，不需要從電場獲得很大的能量，這樣在遠距離就可以通過非門產生穩定的RFID工作電場。

圖2中檢波電路由二極體D2和D3及電容C4和C5組成，分別檢出兩路調製數據，其中D3產生的是讀卡器發出的調製命令，D2產生的是RFID晶片返回的數據，兩組數據通過幾個電阻調整電平幅度，然後送入高速比較器U3A，比較器通過比較兩路電壓判斷是否輸出控制反饋。電阻R2和非門U2B連接到天線諧振迴路中，這樣就與另一個非門U2A形成了振蕩電路，其諧振頻率與天線迴路頻率相同。這個反饋振蕩形成了強信號發射出去，頻率與電場相同，這樣就會對讀卡器電場產生強烈幹擾，讀卡器在很遠距離就能穩定地接收到RFID反饋的數據。比較器輸出的RFID反饋數據經過二極體D1控制振蕩器，調製規律由RFID晶片控制，這樣就形成了雙向的數據通道，在刷卡距離上大大提高了。

不同實施例中，電路原理圖與可以採用其他電路，只要能實現各電路的功能即可。

實施例2：

本實施例是在實施例1的基礎上增加了電池6，同時為了節約電池能量，延長電池壽命，還增加了電源控制電路7以及電場檢測電路8，電池6通過電源控制電路7與放大電路2相連，電場檢測電路8的輸入端與無線諧振迴路1相連，電場檢測電路8的輸出端與電源控制電路7相連，電場檢測電路8用於檢測外部電場是否存在，當外部電場存在時控制電源控制電路7打開，以打開電池6的供電，當外部電場不存在時控制電源控制電路7斷開，以關閉電池6的供電。

如圖4所示為本實施例的電源控制電路及電場檢測電路的一種電路原理圖，其中天線諧振迴路L1和C2產生了電場電壓，由電容C1傳送到電場檢測模塊。電場檢測模塊由雙二極體D5組成，檢波出直流電壓通過電容C20及電阻R15產生控制開關電源的信號。電源控制模塊由PMOS管Q10和NMOS管Q9組成，當電場電壓足夠大，使得Q9導通，導致Q10開關導通，打開了整機電源。如果外部電場消失，則Q9關閉，同時Q10也會關閉，整體電源關閉，節省電池耗電。

同樣地，不同實施例中，電路原理圖與可以採用其他電路，只要能實現各電路的功能即可。

較佳實施例中，近場通訊晶片3可以包括多種，此時還包括：晶片選擇單元，用於可以在多種晶片中進行自由選擇使用。

較佳實施例中，近場通訊晶片3採用RFID晶片，且可以採用標準的13.56MHz頻段RFID晶片，可以為ISO14443A系列高頻晶片、ISO14443B系列高頻晶片、ISO15693系列高頻晶片以及ISO18000系列高頻晶片中的任意一種或多種。

較佳實施例中，電池6可以採用鋰電池，延長電池使用壽命。

本發明還提供一種IC卡，其可以採用上述任意一種實施例的IC卡信號放大電路。

此處公開的僅為本發明的優選實施例，本說明書選取並具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，並不是對本發明的限定。任何本領域技術人員在說明書範圍內所做的修改和變化，均應落在本發明所保護的範圍內。