支付卡信號表徵方法及電路的製作方法

2023-10-27 18:50:07 1

專利名稱：支付卡信號表徵方法及電路的製作方法
支付卡信號表徵方法及電路 相關申請的交叉引用
本申請要求2004年7月15日提交的美國臨時專利申請No. 60/588,270的優先 權。本申請也相關於同一天共同提交的序列號為—，，—，和—的美 國專利申請，其中所有這些申請要求上述專利申請No. 60/588,270的優先權。所有 上述專利申請都通過引用全部結合於此。
背景技術：
射頻識別(RFID)標籤是連接到天線的小集成電路(IC)，該天線取決于于IC的 尺寸用簡單標識信息或更複雜的信號來對詢問RF信號作出響應。RFID技術不要 求用於通信的接觸或瞄準線。例如，現今射頻識別技術變得經濟可行，並且越來越 多的工商業應用中採用了這項技術。例如，現在RFID技術廣泛地在倉庫、商店的 商品、ID或門卡等中用作標籤。另外，RFID技術也以嵌有RFID標籤的"非接觸 式"支付或信用卡的形式被引入到支付卡行業中(例如，MasterCard、 American Express和Visa信用卡)。這些非接觸式支付卡可被用來經由與可用RFID的支付 終端的無線通信進行電子支付交易。非接觸式支付卡可在例如零售店、商店或超級 市場中為消費者提供簡單、快速且方便的購物方式及服務。
一些RFID技術可被用於非接觸式支付卡和讀卡器/終端。非接觸式系統的基 本元件包括非接觸式讀卡器(例如接近耦合設備(PCD))和應答器。非接觸式讀卡 器是連接到電子電路的天線。應答器由感應天線與連接到此天線端部的集成電路構 成。讀卡器-應答器的組合用作變壓器。交變電流流經產生電磁場的初級線圈(讀 卡器天線)，該電磁場在次級線圈(應答器天線)中感生電流。應答器通過二極體 整流器將由非接觸式讀卡器(PCD)發送的電磁場(或RF場)轉換成DC電壓。此 DC電壓對應答器的內部電路上電。根據不同的設備，兩個天線的配置和調諧決定 了耦合效率。應答器可以是非接觸式支付卡。
為了使非接觸式支付卡在經濟上更為可行並在商業上獲得認同，甚至在卡和 終端具有專用於供卡商/發卡行、供應商或終端製造商的專利技術特性時，非接觸
式支付卡就必須能在所有或大多數可用RFID的支付終端上可互操作。期望在整個行業內具有可互操作性。為此，行業標準化組織和團體(例如，國際標準化組織(ISO)
和國際電工技術委員會(IEC))已經制訂了用於實現非接觸式支付技術的非官方行 業標準。己由ISO/IEC定義的三個這種示例性標準是分別適用於緊密耦合、接近式 和鄰近式卡的ISO/IEC 10536、 ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693標準。
ISO/IEC 14443接近式卡標準(ISO 14443)已經在全世界範圍內用於一些非接 觸式卡使用。ISO 14443接近式卡的操作目標範圍最高達到10 cm，儘管此範圍取 決於功率要求、存儲器尺寸、CPU、以及協同處理器而有所變化。
ISO 14443標準文件具有四個不同的部分
*第1部分物理特性，限定用於接近式集成電路卡(PICC)的物理尺寸。該 卡是ID-1大小(85.6mmx54.0mmx0.76mm)。這與銀行信用卡的尺寸相同。
*第2部分射頻功率和信號接口，限定非接觸式IC晶片的關鍵技術特性， 包括諸如頻率、數據傳輸速率、調製和位編碼程序的項。第二部分詳細描述了A 類接口與B類接口兩種。這兩種接口都在相同頻率上運行、並使用相同的數據傳 輸速率，但是它們在調製和位編碼方面彼此不同。
*第3部分初始化和防衝突。初始化描述了對在卡進入讀卡器的射頻(RF) 磁場時靠近耦合設備(PCD)(即讀卡器)與卡以建立通信的要求。防衝突定義當 多個卡同時進入磁場時，標識系統如何確定在交易中使用哪個卡，並確保記錄和處 理所出現的所有卡。
*第4部分傳輸協議，定義了在交易期間啟用通信的數據格式和數據元。
對於順應ISO 14443的非接觸式支付卡和讀卡器系統，它們必須達到非官方標 準的至少一部分要求。除了在ISO 14443下標準化的非接觸技術，許多專用的非接 觸式接口也被用於此行業中(例如，Cubic的Go-Card和索尼的FeliCa卡)。對於 現有卡技術的使用，互操作性可能是個問題。市場上的供應商所使用的讀卡器最好 應當適用於若干種不同類型的卡。例如，期望的讀卡器應當支持IS0 14443的A 類與B類卡、ISO 15693卡和任何其它類的專用卡。
即使卡的使用基本順應單個ISO標準(例如ISO 14443)，也可能產生可互操 作性問題。在ISO 14443標準中，與RF功率以及非接觸式卡和讀卡器系統的接口 (即，此系統的開放式系統互連(OSI)模型圖中的物理層)相關的所有要求和規 範都使用對卡和讀卡器的單獨標準化測試來定義。ISO/IEC 10373標準的第6部分 (ISO-10373-6)涉及測試方法，該方法專用於非接觸式集成電路卡技術(接近式卡)。 非接觸卡和讀卡器對ISO 14443的順應性通過使用基準設備來校驗。根據ISO10373-6，代表非接觸式卡的特性的一組"基準"卡(即，基準PICC)被用於測定 非接觸式讀卡器的規範順應性。(例如，參見圖la)。例如，基準PICC被用來測 試由PCD產生或傳輸的磁場，並測試PCD向PICC供電的能力。類似地，表示典 型非接觸式讀卡器特性的"基準"讀卡器(即，測試或基準PCD)被用來測定非 接觸式卡的規範順應性。例如，連接有一對外部感應線圈的基準PCD被用來測試 在測試期間由卡產生的負載調製。
雖然基於ISO 10373-6的卡和讀卡器分別的順應性測試程序可確保使用的產 品設備各自具有落在所指定的卡或讀卡器的規範範圍內的特性，但是程序不能確保 區域內的互操作性。校驗為順應性的卡和/或讀卡器可以僅僅是邊際順應的(例如， 通過具有指定規範範圍的端部或邊緣的特性值)。這種標準順應性方式將導致現場 內的操作失敗。例如，使用僅為邊際順應的讀卡器將可能不能讀取或難以讀取邊際 順應的卡。
此外，相對於校驗非接觸式設備的重要數據發送和接收功能，ISO 10373-6僅 提供由卡生成的負載調製數據信號的間接測量。由ISO 10373-6規定的用於測試成 品卡的PCD測試組件具有在基準PCD讀卡器外部的一對讀出線圈。這些外部讀出 線圈被用來測定由測試中的卡生成並發送的負載調製信號。(例如，參見圖l)。 然而，由讀出線圈所測量的負載調製信號與由基準PCD天線物理接收的信號之間 並沒有直接或明顯的關係。因此，使用外部讀出線圈測試成品卡的數據發送功能確 實提供了直接保證推定順應於ISO的成品卡對數據信號的調製足以使成品讀卡 器正確接收或處理該經調製數據信號的能力，或與該能力兼容。
現在考慮提高用於非接觸式電子支付系統中的電子支付設備的互操作性的方 法。將注意力集中到減少與普遍認可的標準相一致的卡和讀卡器特性中的改變。具 體地，將注意力集中到改進規範順應性過程和測試裝備上以提高支付設備的互操作 性。

發明內容
本發明提供了用於測試在電子支付系統中使用的交互支付卡和讀卡器的數據 發送和接收功能的信號表徵方法。此信號表徵方法使用CMR電路來解調由讀卡器 天線接收的載波信號，由此精確地恢復由卡發送的小振幅數據信號。對讀卡器天線 所接收的卡數據信號的分析將提供比現有技術更為精確的卡數據發送功能的表徵， 其中該現有技術使用外部讀出線圈替代讀卡器天線。在諸如PayPass的示例性非接觸式支付卡技術的實現中，基準PCD讀卡器設 備中設置有被指定用來測試成品支付卡功能的CMR電路。該CMR電路和基準PCD 讀卡器天線都可製造於同一塊電路板上。
根據附圖及以下的詳細描述，本發明的其它特徵、特性以及各種優點將變得 更加顯而易見。


圖1是根據ISO10373-6的基準讀卡器測試組件的示圖，該基準讀卡器測試組 件包括用於測定由支付卡生成的小振幅數據信號的一對外部讀出線圈。
圖2是由IS0 14443標準規定的非接觸式支付卡與讀卡器之間的數據傳輸的載 波信號調製方案的示意圖。
圖3是由支付卡生成的低調製指數數據信號的示意圖。
圖4是根據本發明的原理、耦合到基準讀卡器天線的共模抑制電路(CMR)的 框圖。該CMR電路被配置成解調在天線上接收到的載波信號以提取由測試中支付 卡發送的額外數據信號。
圖5是根據本發明的原理、耦合到基準讀卡器天線的示例性CMR電路的電路圖。
具體實施例方式
提供了用於測試在非接觸式電子支付系統中使用的交互支付卡與讀卡器的數 據發送和接收功能的信號表徵方法。該信號表徵方法使用CMR電路來解調由讀卡 器天線接收的載波信號，以及恢復由卡發送的負載調製數據信號。與載波信號的振 幅相比，負載調製數據信號基本上可具有小振幅。對在讀卡器天線上接收的負載調 制信號的分析和測定將提供比現有技術方法更為精確的卡數據發送功能的表徵，其
中該技術使用外部讀出線圈來替代讀卡器天線。
在本文本發明的信號表徵方法和電路在電子支付系統實現的環境中描述，其
中非接觸式支付設備規範旨在符合諸如ISO 14443標準的通用行業標準，該ISO 14443標準還詳細說明了用於單個非接觸支付設備的規範校驗的標準化測試方法 (即，ISO 10373-6測試方法，接近式卡)。近來，專利受讓人MaterCard International Incorporated ("MasterCard")已開發了用於實現接近支付卡技術(即，由卡和讀卡器 的發卡行、供應商或製造商來實現)的專用規範MasterCard PayPass ISO/IEC14443實現規範("PayPass" ) 。 PayPass實現符合ISO 14443標準，並提供了示 出本發明原理的一方便示例。應當理解為了本文的說明目的，選擇PayPass實現 僅僅是示例性的，而本發明的原理可更一般地應用於在其它通用行業或專用標準下 運行的電子支付設備和系統。
在符合諸如ISO 14443標準的通用行業電子支付系統中，非接觸式讀卡器與支 付卡之間的功率和數據經由13.56 MHz載波信號來發送。ISO 14443標準要求支付 卡以在847.5 kHz方波副載波以106 Kbps發送位-編碼數據。(參見圖2)。支付 卡通過接通或斷開電路的感應負載，即通過負載調製來將低振幅(或低調製指數) 數據信號疊加到讀卡器生成的載波信號上。在卡操作的大多數實例中，調製振幅的 範圍為從約幾mV到約lOOmv，該調製振幅被疊加到振幅範圍為約幾伏特的讀卡器 生成的載波信號上。對負載調製載波信號而言通常<1/100的低調製指數使得難以 提取卡數據信號用於精確表徵或測定。此精確表徵或測定對於可靠地確保數據規範 順應性與確保支付設備的互操作性可能是必要的。ISO 10373-6推薦稱為共模抑制 (CMR)的技術，用於從載波信號中提取小值負載調製信號以便於PICC負載調製 測試。
用於測試交互支付卡與讀卡器的數據發送和接收功能的本發明信號表徵方法 也基於CMR技術丄MR電路設置在用於測試卡的功能的基準讀卡器(即，PayPass-基準讀卡器)中。讀卡器天線連接到CMR電路的輸入端。CMR電路處理在基準 PCD自身上接收到的調製載波信號，並從大振幅載波信號中提取小振幅負載調製 數據信號。
圖4示出了一示例性CMR電路400的電路圖，該CMR電路400可包括在基
準PCD (例如PayPass-基準PCD，參見序列號為_的美國專利申請)中。CMR
電路400包括鎖相環(PLL)電路404、微分器404、放大器406和任選的A/D轉換 器408。 CMR電路400的輸入端連接到讀卡器天線408的輸出引線。PLL電路404 被設計成對輸入信號的小變化求平均以生成具有穩定頻率、相位和振幅的輸出信 號。包括諸如相位檢測器和振蕩器的公知元件的PLL電路404可使用公知的電子
電路設計原理方便地進行設計。(例如，參見1^口:〃611^1]<1。€€^.0^/\^1^/ 11&56-
locked一loop)。
在操作中，測試中的PICC 410被放置在PayPass-基準PCD的放卡盤上。在測 試條件下，PICC 410生成疊加於天線402接收到的13.56 MHz載波信號上的負載 調製數據信號。PLL 404處理接收到的載波信號420以對所接收的信號420中的小振幅小變化求平均，以生成作為未經調製的13.56 MHz載波信號(即，未經卡的 負載調製)的精確副本的"載波-副本"信號422。載波-副本信號422和所接收的 信號420被饋送到微分器404，該微分器404將後一信號減去前一信號以精確地復 制由PICC 410在測試條件下生成的小振幅數據信號424。然後，數據信號424可 進一步由放大器414放大，並在測定或分析之前直接顯示在示波器上以便圖形測定 或通過任選的模-數轉換器416進行處理。
本發明信號檢測方法和電路可結合共同待批的序列號為—的美國專利申請 所公開的系統和方法一起使用，用於提高非接觸式支付設備(即，向消費者發行的 成品卡和商家所使用的產品讀卡器)的互操作性。所公開的系統和方法確保在比 ISO 14443標準下操作所容許的更嚴格規範範圍內操作或運行單個產品卡和讀卡 器。該系統和方法包括交叉校準基準設備(例如序列號為——的共同待批美國專利 申請中所公開的PayPass-基準PICC和PayPass-基準PCD設備)，這些基準設備被 用來測試各個成品讀卡器和卡與ISO 14443和ISO 10373-6的規範順應性。基準 PCD被用來確定基準PICC的觀測到的功能特性或參數的範圍。成品讀卡器需要具 有落在由基準PCD測定的標稱卡範圍內的功能特性或參數。相反，基準PICC被 用來建立基準PCD觀測到的功能特性或參數("標稱讀卡器範圍")的範圍。成 品讀卡器需要具有落在讀取基準卡時的標稱讀卡器範圍內的功能特性。
用於確保成品非接觸式支付設備的數據傳送互操作性的示例性過程可包括以 下步驟
(a) 通過基準PICC生成不同信號來測試PCD的數據接收(例如，負載調製靈 敏度)。首先相關於基準PCD校準PayPass-基準PICC以確定由基準PICC生成的 不同信號的電平和特性，以及
(b) 在基準PCD上測定由PICC進行的數據發送，且基準PCD向PICC發送 "平均"值命令並提供"平均"功率電平。相關於基準PICC基準由基準PCD生
成的功率電平和命令特性。
設置於基準PCD中、耦合到讀卡器天線的CMR電路提供了對讀卡器接收的 PICC數據信號的直接訪問，並由此更精確地測定PICC設備的數據發送功能。CMR 電路可與其它電子電路一起設置於PayPass-基準PCD設備中，該PayPass-基準PCD
設備被設計成測試與電子支付系統中所使用的若干讀卡器一起使用的支付卡。 PayPass-基準PCD電子電路被配置成展現外部特性，該外部特性代表電子支付系 統中所使用的若干讀卡器與交互卡的特性。此電子電路包括直徑為約7mm、共振頻率為13.56MHz的印刷電路板天線。
圖5示出了一示例性CMR電路500的電路圖，該示例性CMR電路500可與 PayPass-基準PCD天線一起用來隔離由PICC調製生成的弱信號。在操作中，從 PCD天線輸入到CMR電路500的信號可以是約1 Vpp 13.56 MHz的調幅載波。調 制卡信號是847.5 KHz的方波副載波。因為調製指數極低，所以CMR電路400顯 著地減小殘餘載波振幅(例如，約40dB)，這將使所接收信號的調製指數增加相 同的量，從而可以實用且有益的方式對847.5 KHz的數據信號進行採樣。採樣和測 定可通過模-數轉換器來有效地執行，該模-數轉換器可以是獨立單元或按需構造於 示波器內。
雖然己經參考多個示例性實施例對本發明進行了具體描述，但是應當理解 本領域技術人員可進行各種更改和改變而不背離本發明的精神和範圍。因此，本發 明所公開的實施例僅僅被視為是示例性的，而且本發明僅如附加權利要求中所述地 來限定範圍。
權利要求
1.一種用於測試可與電子支付系統中使用的數個讀卡器的任一個一起使用的支付卡的基準讀卡器，所述基準讀卡器包括電子電路，其外部特性代表所述電子支付系統中使用的數個讀卡器的特性，且其中所述電子電路被配置成向測試中的支付卡顯現代表性的外部特性；以及CMR電路，用於對所述讀卡器所接收的調幅數據信號進行解調。
2. 如權利要求1所述的基準卡，其特徵在於，所述數個讀卡器是非接觸式支 付卡讀卡器，其中所述基準讀卡器電子電路包括諧振頻率約為13.56 MHz的天線，且其中所述天線的輸出引線被連接到所述CMR電路。
3. 如權利要求1所述的基準讀卡器，其特徵在於，所述天線、電子電路和CMR 電路製造於印刷電路板上。
4. 如權利要求1所述的基準讀卡器，其特徵在於，所述CMR電路包括 鎖相環(PLL)電路；微分器；以及 放大器。
5. 如權利要求1所述的基準讀卡器，其特徵在於，所述CMR電路還包括模-數轉換器。
6. —種用於測試可與電子支付系統中使用的數個讀卡器的任一個一起使用的 支付卡的基準讀卡器，所述基準讀卡器包括調諧到RF載波頻率的天線，其中測試中的支付卡生成疊加於由所述天線接收 的RF載波信號上的負載調製數據信號；以及耦合CMR電路，所述耦合CMR電路對由所述天線所接收的所述負載調製卡 信號進行解調。
7. 如權利要求6所述的基準讀卡器，其特徵在於，所述RF載波信號是13.56 MHz載波信號，且其中所述負載調製卡數據信號是847.5 kHz的副載波。
8. 如權利要求6所述的基準讀卡器，其特徵在於，所述天線和所述CMR電 路製造於印刷電路板上。
9. 如權利要求6所述的基準讀卡器，其特徵在於，所述CMR電路包括 鎖相環(PLL)電路；微分器；以及 放大器。
10. 如權利要求9所述的基準讀卡器，其特徵在於，所述CMR電路還包括模 -數轉換器。
11. 一種用於測試可與電子支付系統中使用的數個讀卡器的任一個一起使用 的非接觸式支付卡的數據發送功能的方法，其中所述支付卡通過對RF載波信號的 副載波迸行負載調製來發送數據，所述方法包括以下步驟(a) 使用調諧到所述RF載波信號頻率的基準天線來接收由所述支付卡生成的 負載調製數據信號；以及(b) 使用CMR電路來對所接收的負載調製數據信號進行解調，並提取所述負 載調製副載波數據信號。
12. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，還包括使用基準天線在RF載 波信號上將功率和數據命令從所述基準讀卡器發送到所述支付卡的步驟(c)。
13. 如權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述步驟(c)包括使用所述基準 天線來發送具有平均值的功率，並向所述PICC發送作為平均值命令的數據命令， 其中所述平均值指代表電子支付系統中使用的所述數個讀卡器與交互卡的特性的 值。
14. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，使用CMR電路來對所接收的 負載調製數據信號進行解調並提取所述負載調製副載波數據信號的步驟(b)包括減 小所述載波信號的振幅以增大所接收信號的調製指數。
15. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，還包括使用模-數轉換器來採樣 所提取的信號的步驟(d)。
全文摘要
提供了一種用於測試非接觸式電子支付卡的基準讀卡器，該電子支付卡通過小負載調製RF載波信號發送數據。基準讀卡器包括讀卡器天線和耦合共模抑制電路。該共模抑制電路被配置成對讀卡器天線所接收的載波信號進行解調以檢索具有低調製指數的支付卡數據信號。
文檔編號G06K7/00GK101305381SQ200580028586
公開日2008年11月12日 申請日期2005年7月15日 優先權日2004年7月15日
發明者D·加勒特, E·L·H·范德維爾德, P·斯梅茨 申請人:萬事達卡國際股份有限公司