一種具有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備的製作方法
2023-05-24 03:17:46 1
專利名稱：一種具有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及非接觸式智慧卡技術和消費電子設備，具體而言，特別涉及一種具有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備。
背景技術：
目前，隨著技術的不斷進步，諸如手機、MP3/MP4播放器、個人數字助理(PDA)和手持式計算機之類的可攜式設備的普及率越來越高，功能也越來越強大。另一方面，智慧卡(IC)的應用也在以前所未有的速度發展著。除了傳統的門禁應用以外，在銀行儲蓄、生活消費、安全認證等領域的應用已經廣泛部署。因此，安全方便的IC卡技術，漸漸成為人們生活中不可缺少的一部分。在IC卡技術中，非接觸式IC卡由於具有使用方便和耐用等優點而成為最有活力的領域。
由上可見，迫切需要一種集成有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備，特別是，這樣的可攜式設備能夠應用於需要快速刷卡的應用場合，例如公共運輸、門禁等。
實用新型內容本實用新型的其中一個目標是提供一種具有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備，其無需人工幹預即可自動完成刷卡過程。
本實用新型的上述目的可通過下列技術方案實現一種具有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備，包含適於響應讀寫器發射的信號而生成檢測信號的檢測單元；與所述檢測單元相連的處理單元；以及適於與所述讀寫器通信並與所述處理單元相連的射頻電路，其中，所述處理單元響應於所述檢測信號，向所述射頻電路發送啟動信號以啟動所述射頻電路與所述讀寫器的通信過程。
優選地，在上述可攜式設備中，所述射頻電路與所述可攜式設備的電源相連。
優選地，在上述可攜式設備中，所述檢測單元包含採用電感線圈和電容作為檢測元件的諧振電路及以諧振電路輸出信號作為輸入信號的整流放大電路。
優選地，在上述可攜式設備中，所述檢測單元與所述可攜式設備的電源相連。
優選地，在上述可攜式設備中，所述處理單元為數位訊號處理器、微處理器、中央處理器、專用集成電路和現場可編程門陣列中的一種。
優選地，在上述可攜式設備中，所述射頻電路包含天線；與所述天線和所述處理單元相連的射頻調製解調單元；以及與所述射頻調製解調單元相連的存儲器，所述射頻調製解調單元在從所述處理單元接收到所述啟動信號後，將所述存儲器內的信息進行處理並傳送至所述天線進行發射，或者，所述射頻調製解調單元對所述天線接收的信號進行處理，並傳送至所述存儲器和/或所述處理單元。
或者在可攜式設備中，所述射頻電路包含與所述處理單元相連的微控制器；與所述微控制器相連的存儲器；天線；以及與所述微控制器和所述天線相連的射頻調製解調單元，所述微控制器在從所述處理單元接收到所述啟動信號後，將所述存儲器內的信息傳送至所述射頻調製解調單元，由其處理後傳送至所述天線進行發射，或者，所述射頻調製解調單元對所述天線接收的信號進行處理並傳送至所述微控制器，由其處理和/或傳送至所述處理單元和/或所述存儲器。
優選地，所述可攜式設備為手機，所述射頻電路封裝在遵循ISO7816標準的SIM/PIM卡內，所述存儲器存儲有與手機通信和智慧卡使用相關的信息，並且所述微控制器、所述存儲器和所述射頻調製解調單元由手機電池供電。或者，所述可攜式設備為手機，所述微控制器與所述處理單元相連，所述存儲器存儲有與智慧卡使用相關的信息，並且所述微控制器、所述存儲器和所述射頻調製解調單元由手機電池供電。
優選地，所述可攜式設備為手機，所述射頻調製解調單元與所述處理單元相連，並且與智慧卡使用的相關信息存儲在與獨立於所述存儲器並與所述處理單元相連的其它存儲器中。
優選地，上述可攜式設備為手機，手機鍵盤經所述處理單元和所述微控制器與所述存儲器相連，以使用戶可通過所述手機鍵盤向所述存儲器輸入信息和/或修改所述存儲器內存儲的信息。
優選地，所述可攜式設備為MP3/MP4播放器、個人數字助理和手持式計算機中的一種。
在上述可攜式設備中，由於內置有檢測單元，因此可對讀寫器振蕩信號的自動檢測，並進而啟動射頻電路與讀寫器進行通信，由此實現了自動、快速地刷卡，擺脫了諸如通過手機菜單輸入命令之類的人工幹預過程。
由於射頻電路可經由可攜式設備供電，因此檢測單元中線圈所承擔的能量耦合元件的功能不再需要，這有利於縮小檢測單元的尺寸，實現檢測單元的小型化。
在本實用新型中，射頻電路與可攜式設備的處理單元相連，因此可充分利用該單元強大的計算和處理資源來識別各類不同的讀寫器，處理不同的讀寫卡需求，實現了真正意義上的「一卡通」。
本實用新型的另一個優點體現在射頻電路模塊與手機SIM/PIM卡的集成上，由於智慧卡信息(例如帳號、金額、密碼等)和手機通信信息(例如IMSI等身份信息)都存儲在SIM/PIM卡內的存儲器，因此可將這些信息捆綁在一起，掛失SIM/PIM卡的同時也掛失了智慧卡。
本實用新型的優點還包括可以通過手機的人機互動接口實現對智慧卡信息的輸入和修改，方便了智慧卡的使用。
附圖簡述通過以下藉助較佳實施例和附圖對本實用新型的闡述，可以進一步理解本實用新型的上述以及其它目標、優點和特徵，其中
圖1為示意圖，其示出了按照本實用新型一個較佳實施例的具有非接觸式智慧卡功能的手機。
圖2為電路圖，其示出了按照本實用新型的可攜式設備中的檢測單元所採用的一個示例。
圖3為在本實用新型中實現讀寫器類型自動識別過程的一個實施例的流程圖。
具體實施方式
非接觸式智慧卡識別系統一般包括讀寫器(或讀卡器和閱讀器)和非接觸式智慧卡或IC卡。讀寫器一方面發射頻率例如為125KHz或13.5MHz的振蕩信號以向IC卡提供電磁能量，另一方面利用頻率例如為2.4GHz的射頻調製信號與IC卡通信。在本說明書中，讀寫器、讀卡器和閱讀器皆指藉助於無線通信方式從智慧卡讀取信息和/或向智慧卡寫入信息的設備。IC卡內封裝有負責通過射頻調製信號與讀寫器進行通信的射頻調製解調單元、天線、邏輯控制單元和存儲器等。
射頻調製解調單元提供信號的調製和解調等處理。天線用於向讀寫器發射射頻調製信號和從讀寫器接收射頻調製信號，基本形式包括線繞電感天線和在介質基板上壓印或印刷刻蝕形成的盤旋狀微帶天線，其具體結構參數由載波頻率、封裝形式、性能和組裝成本等因素決定。存儲器常採用EEPROM(電可擦除及可編程式只讀存儲器)，其內存儲有與IC卡使用有關的信息，例如帳號、金額、密碼和持卡人身份等，還可存儲控制信息。邏輯控制單元用於控制射頻調製解調單元和數據處理，其將符合讀寫器通訊標準的數據、指令和存儲器存儲的信息進行編碼，並隨後送至射頻調製解調單元以調製發射給讀寫器，其還將射頻調製解調單元解調後的信號進行解碼並存入存儲器中。
IC卡的電磁能量由讀寫器提供，即，當IC卡接近讀寫器時，前述讀寫器發射的振蕩信號將在作為耦合元件的電感線圈上產生感應電動勢，經由二極體的整流和電容器的濾波處理後產生足以使IC卡工作所需的電壓，給邏輯控制單元和射頻調製解調單元供電。
上述識別系統的工作原理為，讀寫器將要發送的信息加載在某一頻率(例如2.4GHz)的調製信號上向外發送，當IC卡進入讀寫器的工作區域時，其在獲得振蕩信號電磁能量的同時，還經天線接收到此射頻調製信號，邏輯控制單元經射頻調製解調單元將信號解調和解碼後獲得相應的命令和/或數據。若為讀命令，控制邏輯單元則從存儲器中讀取有關信息，經編碼、調製後通過IC卡的天線再發送給讀寫器，由讀寫器作相應的處理；若為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的內部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPROM中的內容進行改寫，若經判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。
上述控制邏輯單元與射頻調製解調單元集成在一塊晶片上，當涉及比較複雜的控制時(例如涉及信息的加密/解密過程)，控制邏輯單元也可由分立的微控制器實現。
有關非接觸式智慧卡技術的詳細描述，可參見各種技術應用規範，例如關於非接觸智慧卡的ISO10536、ISO15693、ISO14443和ISO7816標準，這些技術資料在此作為參考文獻加以引用並成為本說明書的一部分。
以下以手機為例，藉助附圖描述本實用新型的一個較佳實施例。從下面的描述將可以看到，本實用新型的原理並不依賴於手機的特殊結構，完全可應用於其它可攜式設備，例如MP3/MP4播放器、個人數字助理(PDA)和手持式計算機等，因此本實用新型並不局限於下述實施例中的手機。
圖1為示意圖，其示出了按照本實用新型一個較佳實施例的具有非接觸式智慧卡功能的手機。在下面的描述中，手機中與本實用新型無關的結構和單元未作描述，但是顯而易見的是，對於所屬或相近領域內的普通技術人員來說，這種省略並不會妨礙或影響其對本實用新型的理解和實施。
如圖1所示，按照本實用新型較佳實施例的手機1包括檢測單元11、手機控制器12、射頻電路13、手機顯示屏和鍵盤14和接口電路15。
檢測單元11用於檢測讀寫器2發射的振蕩信號，其安裝位置例如包括但不局限於手機的外殼殼壁內、外殼表面和外殼包圍的內部空間內。圖2示出了該單元的一個示例性電路圖，參見圖2，該電路包含一個由線圈L1、電容器C1、C2組成的並聯諧振電路，當手機靠近讀寫器2時，讀寫器2發射的振蕩信號在線圈L1上產生感應電動勢。通過調整線圈L1、電容器C1、C2的參數，可以使讀寫器2的振蕩信號在該電路內產生諧振信號，該信號經二極體D整流和三極體T放大後從其集電極輸出至手機控制器12。由於線圈L1產生的感應電動勢只要能夠產生足以使手機控制器12響應的信號即可，因此尺寸可以做得很小，這有利於減小檢測單元的體積和成本。值得指出的是，該單元也可以採用其它形式的信號檢測電路，例如串聯諧振電路，顯然，具體的電路形式不應構成對本實用新型保護範圍的限定。
為使本實施例的手機適於檢測到多個不同頻率的振蕩信號，檢測單元11可包含多個諧振電路，或者使諧振電路的電路參數是可調節的(例如採用可變電容器和/或電感可變的線圈)。
參見圖1，手機控制器12與檢測單元11相連，當檢測單元11有信號輸出時，手機控制器12將作出響應，觸發射頻電路13啟動與讀寫器2的通信。值得指出的是，這裡的連接除了指手機控制器12的輸入端與檢測單元11的輸出端(例如圖2的輸出端)直接相連以外，也可以理解為二者通過電容或電感等其它元件或電路耦合的方式連接。在本說明書中，除非特別說明，對於連接的含義都應作上述廣義理解。
這裡所述的手機控制器12指的是手機中負責數據處理或計算的各種處理單元，包括但不限於例如用於基帶信號處理的數位訊號處理器、用於視音頻信號處理的編碼/解碼器、控制整個手機運行的微處理器或中央處理器以及專用集成電路、現場可編程門陣列等。當將本實用新型應用於其它可攜式設備時，完全可以將這裡的手機控制器12替換為這些設備內已有的各種處理單元，以實現觸發射頻電路13啟動與讀寫器通信的功能。更進一步，也可以在可攜式設備增設處理單元，專門負責實現觸發射頻電路13啟動與讀寫器通信的功能。這些變動或改動對於所屬或相近技術領域內的普通技術人員來說都是顯而易見的，因此應歸入本實用新型的保護範圍。
由於具有較強的處理能力，在本實施例中，手機控制器12除了實現手機通信和觸發射頻電路13啟動與讀寫器通信的功能以外，還可以實現與非接觸式智慧卡有關的其它功能，例如確定讀寫器的工作參數(例如振蕩信號頻率和通信協議類型)，修改智慧卡存儲的信息(例如修改帳戶名稱和密碼)，以及控制用戶與識別系統的人機互動過程(例如輸入密碼和交易金額)等，這些將在下面作進一步的描述。
參見圖1，射頻電路13包含天線131、射頻調製解調單元132、存儲器133和微控制器134。天線131用於射頻電路13與讀寫器2之間射頻調製信號的發射和接收，射頻調製解調單元132負責對天線131收發的信號進行調製/解調和編碼/解碼處理，如果需要，還負責信號加密和解密，存儲器133可採用各種的存儲器件，例如EEPROM、快閃記憶體等，其內可存儲控制射頻電路13工作的計算機指令以及與IC卡使用有關的各種信息，例如包括但不限於個人身份信息、名片信息、通訊錄、信用信息(如帳號、密碼、醫療卡號、身份證號)、帳務信息(卡內所存金額)以及訂購商品種類和數量等。
在本實施例中，射頻電路13的控制邏輯由微控制器134實現，控制邏輯例如包括但不限於觸發射頻調製解調單元132開始工作，對收發信號的處理模式進行控制(例如與讀寫器2交換數據遵循的通信協議、發射信號的調製格式和信息的編碼格式等)，對信號進行加密/解密處理，對射頻調製解調單元132與存儲器133之間數據傳送進行控制，以及對存儲器133的讀寫模式進行控制(例如只讀模式或可讀可寫模式等)等。為此，如圖1所示，微控制器134分別與射頻調製解調單元132和存儲器133相連，其從存儲器133調用實現上述控制邏輯的計算機指令。在另外的實例中，射頻調製解調單元132、存儲器133和微控制器134也可以總線方式互連。
此外，微控制器134還經接口電路15與手機控制器12通信，從而可接收手機控制器12的控制指令(例如指示射頻電路13與讀寫器2進行通信的命令)和/或數據(例如通過射頻電路13向讀寫器2發送的用戶密碼信息)，實現手機控制器12對射頻電路13的控制。微控制器134也可經接口電路15向手機控制器12發送數據(例如經天線131從讀寫器2接收的數據)。在本實施例中，比較好的是接口電路15遵循ISO7816標準，即採用SIM/PIM接口。
這裡所述的微控制器應理解為負責數據處理或計算的各種處理單元，包括但不限於數位訊號處理器、微處理器或中央處理器以及專用集成電路、現場可編程門陣列等。
值得指出的是，在本實施例中，射頻電路13的控制邏輯由分立的微控制器134實現，但是在另外的實施例中，射頻調製解調單元132也可以內置相應的控制邏輯，此時手機控制器12將經接口電路15與射頻調製解調單元132通信。此外，射頻調製解調單元132所完成的編碼/解碼處理以及信號加密/解密處理也可由微控制器134實現。還有，與智慧卡使用的相關信息不一定被存儲在存儲器133中，例如當數據量較大時，還可以存儲在獨立於存儲器133的其它存儲器中，例如與手機控制器12相連的手機存儲器(未畫出)中。對於所屬和相近領域內的普通技術人員來說，這些修改都是顯而易見的。
參見圖1，手機顯示屏和鍵盤14與手機控制器12相連，用戶可利用手機的人機界面，藉助手機控制器12實現與射頻電路13的通信。例如，用戶可通過手機鍵盤輸入密碼、商品種類和數量等信息，這些信息經手機控制器12被送至微控制器134，然後由射頻調製解調單元132處理後經天線131發射和/或存儲在存儲器133內，另外，用戶也可通過手機鍵盤對存儲在存儲器133內的密碼和其它信息進行修改。
至於射頻電路13在手機內的設置方式，在其中一種方式中，射頻電路13被封裝在手機的SIM/PIM卡內，成為一個具有射頻調製信號收發功能的SIM/PIM卡，此時存儲器133內除了存儲與IC卡使用有關的信息以外，還包含與手機通信有關的信息(例如IMSI等)，這樣，該SIM/PIM卡除了提供手機通信時的用戶身份鑑別等功能以外，還具有與讀寫器進行通信的功能。由於目前的手機都是機卡分離的，因此這種將射頻電路13封裝在SIM/PIM卡內的方式對手機結構的改動很小，此外，這種方式下可將IMSI信息與IC卡信息捆綁在一起，當手機掛失後，IMSI鑑權的失敗將導致其它功能(例如IC卡功能)的自然失效。
可選地，射頻電路13也可按照SIM/PIM卡的形式封裝，手機提供兩個SIM/PIM卡座，射頻電路13和手機SIM/PIM卡分別設置在不同的卡座內。
在還有一種方式中，射頻電路13則固定在手機內(例如外殼殼壁內)，並且比較好的是，射頻電路13通過SIM/PIM接口與手機控制器12相連。
一般而言，各種非接觸式智慧卡識別系統往往採用不同的讀寫器工作參數，為適應於在各種讀寫器上刷卡的情況，從而真正做到「一卡通」，在本實施例中，可採用圖3所示的一個示意性過程來實現讀寫器類型的自動識別，其中，假設各種讀寫器的工作參數都預先存儲在手機的存儲器(未畫出)內。
如圖3所示，在步驟31中，手機控制器12從手機存儲器內讀取其中一種讀寫器類型的工作參數。接著在步驟32中，手機控制器12經接口電路15指示射頻電路13在對應於該讀寫器類型的處理模式下工作。
在步驟33中，當射頻電路13接收到讀寫器返回的應答信號時，將其經接口電路15送至手機控制器12。接著在步驟34中，手機控制器12確認該應答信號與預設值是否匹配，如果匹配，則進入步驟35，確認讀寫器為當前類型，否則返回步驟31，手機控制器12讀取下一種讀寫器類型的工作參數。
在本實施例中，比較好的是，射頻電路13由手機電池供電，例如手機電池通過手機的電源管理單元(未畫出)與射頻電路13內的射頻調製解調單元132、存儲器133和微控制器134等相連，向這些有源工作單元提供合適的電壓/電流。由於射頻電路13所需的能量不是經作為耦合元件的檢測單元中的電感線圈獲取而是由手機電池提供，因此檢測單元中的電感線圈尺寸可以縮小。
以下描述上述具有非接觸式智慧卡功能的手機在各種場合的應用。
首先描述參照圖1和圖2所述的手機在門禁系統中的應用，為此可在射頻電路13的存儲器133內存儲用戶的身份信息。當用戶用手機刷卡時，門禁系統讀寫器發射的振蕩信號將在檢測單元11形成諧振信號，該信號被送至手機控制器12。手機控制器12對此作出響應，經接口電路15向射頻電路13內的微控制器134發送指令，指示其啟動射頻電路13，將身份信息發送至讀寫器。
接著，微控制器134從存儲器133中讀取身份信息並送至射頻調製解調單元132，射頻調製解調單元132將身份信息編碼和調製後經天線131發送。讀寫器接收到該調製編碼信號後，對信號進行解調和解碼處理，然後將處理後得到的身份信息數據送至應用系統，應用系統對該數據進行驗證，如果通過則允許用戶進入並將用戶的進出時間等信息記錄下來，否則將用戶阻止在外。
上述具有非接觸式智慧卡功能的手機也可用於餐飲等消費活動中，此時射頻電路13相當於一張餐飲卡。例如用戶可以預先通過手機的人機界面(即顯示屏和鍵盤14)輸入菜單、數量等信息，這些信息由手機控制器12指示微控制器134寫入存儲器133內。當用戶就餐時，只要將手機在餐廳的POS機上刷一下卡，檢測單元11產生的信號即啟動手機控制器12，指示射頻電路13將存儲器133內存儲的菜單和數量等信息發送至POS機，POS機根據這些信息從存儲器133內的金額中扣除相應的數量。
在閱讀上述披露內容之後，其它修改對於本領域內的技術人員來說將是顯而易見的。這種修改可能涉及到所屬和相近技術領域內普通技術人員公知的特徵，並且這些特徵可以代替這裡已經描述的特徵或者以添加的方式應用。
權利要求1.一種具有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備，其特徵在於，包含適於響應讀寫器發射的信號而生成檢測信號的檢測單元；與所述檢測單元相連的處理單元；以及適於與所述讀寫器通信並與所述處理單元相連的射頻電路，其中，所述處理單元響應於所述檢測信號，向所述射頻電路發送啟動信號以啟動所述射頻電路與所述讀寫器的通信過程。
2.如權利要求1所述的可攜式設備，其中，所述射頻電路與所述可攜式設備的電源相連。
3.如權利要求1所述的可攜式設備，其中，所述檢測單元包含採用電感線圈和電容作為檢測元件的諧振電路及以諧振電路輸出信號作為輸入信號的整流放大電路。
4.如權利要求1所述的可攜式設備，其中，所述檢測單元與所述可攜式設備的電源相連。
5.如權利要求1所述的可攜式設備，其中，所述射頻電路包含天線；與所述天線和所述處理單元相連的射頻調製解調單元；以及與所述射頻調製解調單元相連的存儲器，所述射頻調製解調單元在從所述處理單元接收到所述啟動信號後，將所述存儲器內的信息進行處理並傳送至所述天線進行發射，或者，所述射頻調製解調單元對所述天線接收的信號進行處理，並傳送至所述存儲器和/或所述處理單元。
6.如權利要求1所述的可攜式設備，其中，所述射頻電路包含與所述處理單元相連的微控制器；與所述微控制器相連的存儲器；天線；以及與所述微控制器和所述天線相連的射頻調製解調單元，所述微控制器在從所述處理單元接收到所述啟動信號後，將所述存儲器內的信息傳送至所述射頻調製解調單元，由其處理後傳送至所述天線進行發射，或者，所述射頻調製解調單元對所述天線接收的信號進行處理並傳送至所述微控制器，由其處理和/或傳送至所述處理單元和/或所述存儲器。
7.如權利要求1所述的可攜式設備，其中，所述處理單元為數位訊號處理器、微處理器、中央處理器、專用集成電路和現場可編程門陣列中的一種。
8.如權利要求4-6中任意一項所述的可攜式設備，其中，所述可攜式設備為手機，所述射頻電路封裝在遵循ISO7816標準的SIM/PIM卡內，所述存儲器存儲有與手機通信和智慧卡使用相關的信息，並且所述微控制器、所述存儲器和所述射頻調製解調單元由手機電池供電。
9.如權利要求4-6中任意一項所述的可攜式設備，其中，所述微控制器與所述處理單元相連，所述存儲器存儲有與智慧卡使用相關的信息，並且所述微控制器、所述存儲器和所述射頻調製解調單元由手機電池供電。
10.如權利要求4-6中任意一項所述的可攜式設備，其中，所述可攜式設備為手機，所述射頻調製解調單元與所述處理單元相連，並且與智慧卡使用的相關信息存儲在與獨立於所述存儲器並與所述處理單元相連的其它存儲器中。
11.如權利要求10所述的可攜式設備，其中，手機鍵盤經所述處理單元和所述微控制器與所述存儲器相連，以使用戶可通過所述手機鍵盤向所述存儲器輸入信息和/或修改所述存儲器內存儲的信息。
12.如權利要求1所述的可攜式設備，其中，所述可攜式設備為MP3/MP4播放器、個人數字助理和手持式計算機中的一種。
專利摘要本實用新型提供一種具有非接觸式智慧卡功能的可攜式設備，包含適於響應讀寫器發射的信號而生成檢測信號的檢測單元；與所述檢測單元相連的處理單元；以及適於與所述讀寫器通信並與所述處理單元相連的射頻電路，其中，所述處理單元響應於所述檢測信號，向所述射頻電路發送啟動信號以啟動所述射頻電路與所述讀寫器的通信過程。本實用新型將智慧卡功能集成在可攜式設備內，可實現可攜式設備自動、快速地刷卡，而且藉助於可攜式設備的處理能力，多種智慧卡被集成在一起，實現了真正意義上的「一卡通」。本實用新型還可通過手機的人機互動接口實現對智慧卡信息的輸入和修改。
文檔編號G07F7/08GK2932495SQ20062011221
公開日2007年8月8日 申請日期2006年4月20日 優先權日2006年4月20日
發明者孫杰, 熊偉, 樂陶進 申請人:Ut斯達康通訊有限公司