一种IC卡信号放大电路及采用此电路的IC卡的制作方法

本发明涉及集成电路卡（IC卡）技术领域，特别涉及一种IC卡信号放大电路及采用此电路的IC卡。

背景技术：

目前城市一卡通涉及到公交卡、身份证、社保卡还有市政煤水电等充值卡，再加上各种银行卡基本上都已经转换为标准的IC卡模式，这种IC卡标准类型基本上采用了13.56MHz频率，包括曾经使用在门禁方面的低频IC卡目前也越来越多的转为高频13.56MHz频段。这个频段的IC卡虽然数据通讯协议和调制方式各不相同，但是针对使用频率最多的公交卡和门禁卡来说基本上采用的ISO14443A数据通讯协议，而大部分IC卡按照国际标准设计的使用距离均在10厘米以内，在实际应用中由于读卡器和IC卡封装问题，使用距离基本在5厘米左右。实际刷卡效果不太理想，距离太近不太容易操作。

在用户实际使用IC卡过程中由于很多IC卡操作越来越复杂，需要读写的数据区域越来越多，尤其是智能卡，需要很多加密认证传送证书的过程，数据传输速度越来越慢，很多用户在实际应用中因为IC卡的抖动和电场的不稳定造成IC卡数据读写不稳定，比如我们经常遇到在乘座地铁时刷卡有时候会把交通卡刷坏了，数据结构造成破坏，此时就需要找到旁边的客服人员进行卡片数据恢复，使用不稳定，也造成了资源浪费。

另外在用户使用IC卡过程中，由于大部分用户肯定不是IC卡技术专家，所以在使用过程中有人把卡片贴在金属物上进行刷卡，有的人放在书包或钱包里进行刷卡，有的人把多张IC卡贴合在一起进行刷卡。这些做法实际上都会把IC卡内部参数改变了，造成频率不准确、天线效率降低、信号衰减、数据混合无法识别等问题。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种IC卡信号放大电路及采用此电路的IC卡，将天线与RFID芯片隔离开，增大了IC卡读卡距离，抗干扰能力增强、提高了IC卡信息传输稳定性。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种IC卡信号放大电路，其包括：无线谐振回路、放大电路、近场通讯芯片、识别电路以及反馈电路，其中，

所述天线谐振回路用于接收外部读卡器发出的电场；

所述放大电路的输入端与所述无线谐振回路的输出端相连，所述放大电路的输出端与所述近场通讯芯片的输入端相连，所述放大电路用于接收所述天线谐振回路的所述外部电场，经过隔离产生高频电场并传输给所述近场通讯芯片；

所述近场通讯芯片用于实际数据交换及各种服务功能；

所述识别电路的输入端分别与所述近场通讯芯片的输出端以及所述放大电路的输出端相连，所述识别电路的输出端与所述反馈电路的输入端相连，所述识别电路用于识别双向通讯数据的调制信号，判断所述数据是由所述外部读卡器传送来的还是由所述近场通讯芯片产生的，将由所述近场通讯芯片产生的数据传输给所述反馈电路；

所述放大电路的输出端还与所述反馈回路的输入端相连，所述反馈电路的输出端与所述天线谐振回路相连，所述反馈电路用于当接收到所述识别电路传输来的数据时，产生自由振荡，所述自由振荡与所述天线谐振回路中的所述外部电场混合形成对所述外部电场的衰减调制，并发射回所述读卡器。

较佳地，所述识别电路包括：检波电路以及高速比较器，所述检波电路的输入端与所述近场通讯芯片的输出端相连，所述检波电路的输入端还与所述放大电路的输出端相连，所述检波电路的输出端与所述高速比较器的输入端相连，所述检波电路用于分别对所述近场通讯芯片产生的数据以及所述放大电路传送来的数据进行提取检波；

所述高速比较器的输出端与所述反馈电路的输入端相连，所述高速比较器用于识别所述近场通讯芯片产生的数据以及所述放大电路传送来的数据，比较两种数据检波出的电压，将电压低的数据传输给所述反馈电路。

较佳地，还包括：电池，所述电池用于为所述放大电路以及所述近场通讯芯片供电，IC卡中自带电池，所有芯片工作能量取自内部电池，不吸收外部电场能量，进一步提高了读卡距离。

较佳地，还包括：电源控制电路以及电场检测电路，所述电池通过电源控制电路与所述放大电路相连，所述电场检测电路的输入端与所述无线谐振回路相连，所述电场检测电路的输出端与所述电源控制电路相连，所述电场检测电路用于检测外部电场是否存在，当外部电场存在时控制所述电源控制电路打开，以打开所述电池的供电，当外部电场不存在时控制所述电源控制电路断开，以关闭所述电池的供电。在没有外部电场激活的情况下关闭电池供电，大大降低了电池耗电量，提高了电池使用寿命。

较佳地，所述电池为锂电池，使用寿命长。

较佳地，所述近场通讯芯片包括：多个；

还包括：芯片选择电路，所述芯片选择电路用于在多个所述近场通讯芯片中选择其中一个，用户可以在多个近场通讯芯片中自由选择使用。

较佳地，所述近场通讯芯片为RFID芯片。

较佳地，所述放大电路为数字非门放大电路。

较佳地，所述反馈电路为数字非门反馈电路。

本发明还提供一种IC卡，其包括上述的IC卡信号放大电路。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

（1）本发明提供的IC卡信号放大电路及采用此电路的IC卡，将天线的天线谐振回路通过放大电路与RFID芯片隔离开，这样RFID芯片不需要从外部电场获得能量，谐振天线上的负载也会大大减轻，谐振天线在很远的距离就可以产生可以激活电路工作的电场电压，这个距离比较符合人们使用IC卡习惯，在这个距离以内电场比较稳定可靠，同时RFID芯片采用内部已经整形好稳定的内电场提供能量，所以工作更加稳定，数据读写更加可靠；

（2）本发明的IC卡信号放大电路及采用此电路的IC卡，采用双向数据传输，设计了一种读卡器主动发送同频率电波互相干扰模式的反馈电路，这个电路在空间上产生的电波与原电场电波频率相同，互相干扰，其干扰规律由RFID芯片产生的数据进行控制，因为是主动发送，所以在读卡器上产生了更大的干扰影响，这样大大提高了RFID芯片反馈信号幅度，提高了传送数据的距离，即提高了RFID信号到读卡器的识别距离；

（3）因为这个电路使用单天线谐振回路进行收发数据，既有读卡器传送过来的电场和数据信号，同时还要反向发射本地产生的数据调制信号，所以需要设计一个良好兼容的电路，本发明的IC卡信号放大电路，为了区分是读卡器发送的数据还是RFID芯片产生的数据，设计了两个检波电路分别对两路信号进行数据提取，然后通过高速比较器决定是否输出数据到反馈电路，控制自由振荡进行数据传送；

（4）本发明的IC卡中自带电池，所有芯片工作能量取自内部电池，不吸收外部电场能量，进一步提高了读卡距离；

（5）本发明的IC卡信号放大电路还采用了电场检测电路和电源开关电路，自动检测外部电磁，自动打开电池开始工作，在没有外部电场的情况下自动关闭电池供电进入休眠状态。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的实施例1的IC卡信号放大电路的示意图；

图2为本发明的实施例1的IC卡信号放大电路的电路原理图；

图3为本发明的实施例2的IC卡信号放大电路的示意图；

图4为本发明的实施例2的IC卡信号放大电路的电源控制电路及电场检测电路的电路原理图。

标号说明：1-无线谐振回路，2-放大电路，3-近场通讯芯片，4-识别电路，5-反馈电路，6-电池，7-电源控制电路，8-电场检测电路；

41-检波电路，42-高速比较器。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

结合图1，本实施例对本发明的IC卡信号放大电路进行详细描述，其包括：无线谐振回路1、放大电路2、近场通讯芯片3、识别电路4、反馈电路5，其中，天线谐振回路1用于接收外部读卡器发出的电场；放大电路2的输入端与无线谐振回路1的输出端相连，放大电路2的输出端与近场通讯芯片3的输入端相连，放大电路2用于接收天线谐振回路1的外部电场，经过隔离产生高频电场并传输给近场通讯芯片3；近场通讯芯片3用于实际数据交换及各种服务功能；识别电路4的输入端分别与近场通讯芯片3的输出端以及放大电路2的输出端相连，识别电路4的输出端与反馈电路5相连，识别电路4用于双向通讯数据的调制信号，判断数据是由外部读卡器传送来的还是由近场通讯芯片3产生的，将由近场通讯芯片3产生的数据传输给反馈电路5；放大电路2的输出端还与反馈回路5的输入端相连，反馈电路5的输出端与天线谐振回路1相连，反馈电路5用于当接收到识别电路传输来的数据时，产生自由振荡，其振荡频率与天线谐振回路相同，与天线谐振回路中的外部电场混合形成对外部电场的衰减调制，并发射回读卡器。

本实施例中，识别电路4包括：检波电路41以及高速比较器42，检波电路41的输入端与近场通讯芯片3的输出端相连，检波电路41的输入端还与放大电路2的输出端相连，检波电路41的输出端与高速比较器42的输入端相连，检波电路41用于分别对近场通讯芯片3传输来的数据以及放大电路2传输来的数据进行提取；高速比较器42的输出端与反馈电路5的输入端相连，高速比较器42用于识别近场通讯芯片3传输来的数据以及放大电路2传输来的数据，比较两种数据检波出的电压，如果是近场通讯芯片3产生的数据则其检波出来的电压会比放大电路2传送过来的数据电压低，将由近场通讯芯片3传输来的数据输出给反馈电路5。

如图2所示为本实施例的IC卡信号放大电路的一种电路原理图，本电路中放大电路采用数字非门放大电路，反馈电路采用数字非门反馈电路，成本低廉，工作稳定，其天线谐振回路由天线电感L1和电容C2组成谐振回路，频率在13.56MHz左右，感应出来的电场电压由电容C1传送给非门U2A，U2A和电阻R1组成放大电路输出数字方波，频率在13.56MHz，并起到对外部电场整形保持稳定输出电压幅度的效果，用来保持RFID芯片的工作稳定性。U2A输出的稳定电场通过C3传送给RFID芯片U1，并且谐振回路感应出来的读卡器调制的命令数据也可以传送到RFID芯片电场中，这样RFID芯片就可以稳定的接收到读卡器送过来的各种命令、数据等信息。由于谐振天线输出负载是高阻输入的非门电路，所以负载很轻，不需要从电场获得很大的能量，这样在远距离就可以通过非门产生稳定的RFID工作电场。

图2中检波电路由二极管D2和D3及电容C4和C5组成，分别检出两路调制数据，其中D3产生的是读卡器发出的调制命令，D2产生的是RFID芯片返回的数据，两组数据通过几个电阻调整电平幅度，然后送入高速比较器U3A，比较器通过比较两路电压判断是否输出控制反馈。电阻R2和非门U2B连接到天线谐振回路中，这样就与另一个非门U2A形成了振荡电路，其谐振频率与天线回路频率相同。这个反馈振荡形成了强信号发射出去，频率与电场相同，这样就会对读卡器电场产生强烈干扰，读卡器在很远距离就能稳定地接收到RFID反馈的数据。比较器输出的RFID反馈数据经过二极管D1控制振荡器，调制规律由RFID芯片控制，这样就形成了双向的数据通道，在刷卡距离上大大提高了。

不同实施例中，电路原理图与可以采用其他电路，只要能实现各电路的功能即可。

实施例2：

本实施例是在实施例1的基础上增加了电池6，同时为了节约电池能量，延长电池寿命，还增加了电源控制电路7以及电场检测电路8，电池6通过电源控制电路7与放大电路2相连，电场检测电路8的输入端与无线谐振回路1相连，电场检测电路8的输出端与电源控制电路7相连，电场检测电路8用于检测外部电场是否存在，当外部电场存在时控制电源控制电路7打开，以打开电池6的供电，当外部电场不存在时控制电源控制电路7断开，以关闭电池6的供电。

如图4所示为本实施例的电源控制电路及电场检测电路的一种电路原理图，其中天线谐振回路L1和C2产生了电场电压，由电容C1传送到电场检测模块。电场检测模块由双二极管D5组成，检波出直流电压通过电容C20及电阻R15产生控制开关电源的信号。电源控制模块由PMOS管Q10和NMOS管Q9组成，当电场电压足够大，使得Q9导通，导致Q10开关导通，打开了整机电源。如果外部电场消失，则Q9关闭，同时Q10也会关闭，整体电源关闭，节省电池耗电。

同样地，不同实施例中，电路原理图与可以采用其他电路，只要能实现各电路的功能即可。

较佳实施例中，近场通讯芯片3可以包括多种，此时还包括：芯片选择单元，用于可以在多种芯片中进行自由选择使用。

较佳实施例中，近场通讯芯片3采用RFID芯片，且可以采用标准的13.56MHz频段RFID芯片，可以为ISO14443A系列高频芯片、ISO14443B系列高频芯片、ISO15693系列高频芯片以及ISO18000系列高频芯片中的任意一种或多种。

较佳实施例中，电池6可以采用锂电池，延长电池使用寿命。

本发明还提供一种IC卡，其可以采用上述任意一种实施例的IC卡信号放大电路。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。