专利名称：一种读卡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种读卡器。
背景技术：
随着移动终端的普及，利用移动终端进行移动终端支付的应用需求非常迫切，目前已经有多种实现方案，但各有缺点。当前，已经出现了在移动终端中的用户识别模块SIM (Subscriber Identity Module)卡上增加射频功能(称为射频SIM卡)或者在移动终端主板上增加近距离通信模块来实现移动终端近距离通信的方法，后者称为NFC(Near Field Communication,近场通信)，这些方法的出现使得移动终端成为一个可以充值、消费、交易及身份认证的超级智能终端，极大地满足了市场的迫切需求。其中，基于射频SIM卡的移动终端近距离解决方案以其简单、无需更改移动终端等优势得到广泛的关注，在该方案中，射频SIM卡采用UHF (Ultra High Frequency，超高频)技术，由于UHF特别是采用2. 4GHz ISM公共频段(即工业，科学和医用频段)的射频 SIM卡，其工作频率很高，天线的尺寸很小，在SIM卡内放置小型的天线就能发射足够强度的信号，即使射频SIM卡嵌入在移动终端内部射频信号仍然可以从移动终端中透射出来， 在读卡器中采用业界主流的RF (Radio Frequency,射频)收发芯片即可无需额外放大可靠接收到绝大多数移动终端的射频信号，从而实现不必对现有的移动终端进行任何结构改变就可使移动终端具备近距离通信功能。但是，不同移动终端由于内部结构不同造成射频信号透射效果存在很大的差异，透射强的移动终端其射频SIM卡射频通信距离可能达到几米远的距离，透射弱的移动终端其射频SIM卡通信距离只可以达到几厘米。射频SIM卡为了避免不同移动终端对RF信号衰减的巨大差异，必须对移动终端进行校准，也就是在使用前必须将移动终端的衰减参数记录到卡中。需要校准是射频SIM卡的主要问题。另外一种移动支付的技术NFC基于IS014443标准的非接触卡技术演化而来，两者根本点在于都采用13. 56MHz的磁场传送信号和能量。NFC技术的主要问题有
1.必须改造移动终端才能实现可靠的双向数据通讯，NFC的磁场线圈不能集成到SIM 卡或 SD 卡(Secure Digital Memory Card,安全数字存储卡)/TF (TransFLash,闪存)卡等移动终端用的卡内。在13. 56MHz频点下，读卡器和卡之间采用电感线圈耦合的方式交互信号及传送能量，读卡器到卡的方向需要同时传递能量和13. 56MHz调幅信号，对卡上接收线圈的尺寸面积均有较高要求；卡到读卡器的方向，卡依靠短路和开路卡上线圈的负载调制方式而不是依靠外部能量直接发送场强的方式向读卡器传递信息，由于负载调制信号要求卡线圈和读卡器线圈的耦合系数越高越利于读卡器解码卡传送的信息，这种方式进一步提高了对卡上天线尺寸和面积的要求。另外一方面，由于13. 56MHz频点较低，耦合线圈的尺寸相对较大。综合上述因素，NFC要求移动终端内的天线线圈足够大，该尺寸大小完全不能放入SIM 卡或SD/TF卡等移动终端用的卡内，不但如此，移动终端上的金属及其它导电物体会严重干扰天线的接收和负载调制效果，为了达到近场通讯良好的通讯效果，必须对手机进行定
5制化的改造，使天线的效果达到最佳。改造点例如，将卡的多匝天线放到移动终端的电池后盖上，或者通过柔性PCB从终端主板上将天线引到电池背面，天线的面积和普通电池尺寸相当，另外，手机的后盖不能为金属材质。2. NFC所使用的13. 56MHz频点需要校准才能用于距离控制。即使有一种NFC的天线能够更换到任何移动终端中，由于其使用13. 56MHz频点， 该频点信号在遇到金属和其它导电物体会形成强烈的涡流效应，信号强度会随着移动终端结构而变化，从而在NFC卡接收天线上形成场强的巨大波动，无法进行无校准的距离控制。图1为线圈接收电路放入各种移动终端内，在同一 14443 POS机上保持13. 56MHz 载波恒定的情况下测试的电压-距离曲线，其中信号强度值是接收天线感应电压经过必要的放大后的值，放大倍数保持恒定，只需关注强度随距离的相对变化。可以看出，不同终端接收到的场强差异>30dB，同一终端从Icm到IOcm的场强变化为25dB左右，手机差异造成的场强变化已经超过终端在Icm到IOcm距离控制范围内的场强变化，因此无法采用同一门限对各终端进行距离控制，也就是无法实现无校准距离控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种读卡器，使得对于各种具有近距离通信功能的移动终端不需要校准就能够实现电子支付等刷卡交易。为解决上述技术问题，本发明提出了一种读卡器，包括至少一个低频发射线圈、至少一个驱动电路、至少一个编码电路、至少一个第一主处理器、至少一个射频收发电路和至少一个射频天线，所述低频发射线圈、驱动电路、编码电路、第一主处理器、射频收发电路、 射频天线顺次串联连接；
其中，所述低频发射线圈、驱动电路、编码电路组成的低频发射链路工作于预先选定的系统无校准工作的最高频率 以下的频率；
所述读卡器发射预先设定的幅度恒定或微分幅度恒定的低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号的幅度值对应于设定的物理通讯距离，所述低频交变磁场信号幅度的误差小于预设误差值Sk，其中δκ的典型范围为<4dB;
进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述读卡器的驱动电路和编码电路之间还设有调制电路。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述驱动电路中包含有调整电路。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述驱动电路由顺次串联的DAC、运算放大器和电阻组成。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频发射线圈为漆包线线圈或PCB 线圈。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频发射线圈的匝数大于10圈。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频发射线圈的匝数为50 500圈。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频发射线圈内填塞有铁氧体磁芯或铁芯。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频发射线圈所包围面积的截面至少包含直径3cm的圆形区域或者3cm*3cm的方形区域。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频发射线圈所包围的面积大于 10平方厘米。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频发射线圈所包围的面积为 20-1000平方厘米。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，还包括本地磁场强度检测装置。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述本地磁场强度检测装置由顺次相连的控制器、采样电路、放大电路和低频接收线圈组成。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述控制器集成在所述第一主处理器中。进一步地，上述读卡器还可具有以下特点，所述低频交变磁场信号幅度的预设误差值δκ小于4dB。为解决上述技术问题，本发明提出了一种上述任一种读卡器中系统无校准工作的最高频率 的确定方法，包括如下步骤
步骤al，确定系统的距离控制目标(Din，Dv)，所述系统中包含至少一个移动射频装置和至少一个读卡器，其中Din表示距离为0 Din的范围内所有装载有所述移动射频装置的终端确保可刷卡，Dv表示距离波动范围，距离为Din (Din+Dv)的范围内均允许刷卡， 距离大于Din+Dv的范围不允许刷卡；
步骤a2，确定读卡器导致的移动射频装置内检测电压的波动范围δκ; 步骤a3，确定移动射频装置本身导致的检测电压的波动范围δ c ； 步骤a4，在f频率下测试各典型终端及障碍物的电压距离曲线； 步骤a5，由距离控制目标(Din，Dv)确定移动射频装置内检测电压的波动范围δ Α，δ A 等于由各典型终端及障碍物的电压距离曲线得到的具有平均场强衰减曲线斜率的电压距离曲线上Din点所对应的电压值与(Din+ Dv)点所对应的电压值之差；
步骤a6，确定由终端导致的移动射频装置内检测电压的波动范围δτ，δ τ表示终端衰减特性造成的移动射频装置内检测电压波动范围，δ τ= δ Α- δ κ- δ e ；
步骤a7，计算各典型终端及障碍物间在距离控制范围内各距离点上的最大场强差异 δ，若δ大于δτ，则降低频率f，转步骤a4;若δ小于δτ，则提高频率f，转步骤a4 ；若δ 等于δ τ，则当前测试频率f等于系统无校准工作的最高频率f0。为解决上述技术问题，本发明提出了一种低频交变磁场距离控制方法，应用于上面任一项所述的读卡器，包括以下步骤
步骤a，通过低频发射通道，持续循环发射预定发射参数的低频交变磁场信号，该信号中包含读卡器的识别码IDr，所述预定发射参数包括系统无校准工作的最高频率fO、编码方式、调制方式及恒定场强参数；同时，通过射频通道等待接收来自于含有移动射频装置的终端的信息；
步骤b，射频通道收到含有移动射频装置的终端的信息，该信息中包含终端返回的读卡器的识别码IDr及终端本身的识别码IDc，解码出IDr及IDc，比较返回的IDr是否与发出的IDr相同，若相同，则此后的射频通讯通过(IDr，IDc)组合地址实现读卡器与终端的唯一绑定通讯，否则通讯错误，射频通道继续等待接收直至收到正确数据；同时低频通道持续发射预定发射参数的低频交变磁场信号；
步骤C，通过射频通道进行交易通讯，直至交易完成。为解决上述技术问题，本发明提出了一种选择上面所述的低频交变磁场距离控制方法中发射参数的方法，包括如下步骤
步骤al，选择场强恒定方式，即恒定场强参数，场强恒定方式包括峰值场强幅度恒定和微分场强幅度恒定，选择峰值场强幅度恒定执行步骤a2，选择微分场强幅度恒定执行步骤 a3，恒定场强参数的幅度误差小于预设误差值δκ;
步骤a2，在峰值场强幅度恒定条件下，选择编码方式、调制方式、驱动电压波形，确定低频磁场强度目标值，从而选择驱动电压幅度、调整参数、低频发射线圈电阻、低频发射线圈圈数，测量该选择参数下低频磁场强度是否符合预定的低频磁场强度目标值，若是则发射参数选择完成，结束，否则重新调整驱动电路以及低频发射线圈参数，直至测量的低频磁场强度符合预定的低频磁场强度目标值；
步骤a3，在微分场强幅度恒定条件下，选择编码方式、调制方式、驱动电压波形，确定低频磁场强度目标值，从而选择驱动电压幅度、调整参数、低频发射线圈电阻、低频发射线圈圈数，然后测量该选择参数下低频磁场强度是否符合预定的低频磁场强度目标值，若是则发射参数选择完成，结束，否则重新调整驱动电路以及低频发射线圈参数，直至测量的低频磁场强度符合预定的低频磁场强度目标值。为解决上述技术问题，本发明提出了一种读卡器的自适应误差修正方法，应用于前述任一项带本地磁场强度检测装置的读卡器，包括如下步骤
步骤1、设置读卡器中本地磁场强度检测装置的测量目标Hs和误差范围He，其中He小于预设误差值S κ，则在读卡器本地磁场强度检测装置下的误差修正场强范围为[Hs-He， Hs+He]；
步骤2、在测试读卡器时，读卡器发射低频磁场信号，本地磁场强度检测装置比较当前接收到的低频磁场信号的磁场强度，调节读卡器上的发射调整电路，使读卡器的磁场强度处于设置的误差修正场强范围[Hs-He，Hs+He]内。为解决上述技术问题，本发明提出了一种应用于上面任一项所述的读卡器的误差修正系统，所述误差修正系统包括被测读卡器和位于该被测读卡器上方设定高度处的磁场强度检测装置。为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于上述读卡器的误差修正系统的读卡器的误差修正方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤1，设置磁场强度检测装置的测量目标Hs和误差范围He，则被测读卡器在标准的磁场强度检测装置下的误差修正场强范围为[Hs-He，Hs+He]，其中He小于预设误差值 δΕ;
步骤2，在测试读卡器时，被测读卡器发射低频磁场信号，磁场强度检测装置比较当前接收到的低频磁场信号的磁场强度，调节被测读卡器上的发射调整电路，使被测读卡器的磁场强度处于设置的误差修正场强范围[Hs-He，Hs+He]内。为解决上述技术问题，本发明提出了一种检测干扰读卡器的方法，合法读卡器工作时搜索附近是否有低频或者射频信号，并对搜索到的低频或者射频信号进行解码，判断该低频或者射频信号中携带的信息是否包含该合法读卡器的唯一标识码，若包含则说明附近没有干扰读卡器，否则有干扰读卡器。进一步地，上述检测干扰读卡器的方法还可具有以下特点，所述合法读卡器进一步检测接收到的低频或者射频信号的信号强度，并根据该信号强度判断自身与附近干扰读卡器的距离，若附近的干扰读卡器在设定的安全距离以内则报警。本发明的读卡器使得对于各种具有近距离通信功能的移动终端不需要校准就能够实现电子支付等刷卡交易。
图1为线圈接收电路放入各种移动终端内，在同一 14443 POS机上保持13. 56MHz 载波恒定的情况下测试的电压-距离曲线；
图2为本发明近距离通信方法中系统无校准工作的最高频率f0的选择系统结构框
图3为由距离控制目标(Din，Dv)确定系统总的接收检测电压波动范围示意图； 图4为典型终端及障碍物电压距离曲线及其波动区间δ示意图； 图5为频率f为3· 3KHz时5种典型移动终端的电压距离曲线； 图6为移动射频装置内部检测到的无调制直接基带发射时的接收电压信号和正弦波 FSK调制时的接收电压信号的电压波形图7为基准电压距离曲线的计算方法示意图； 图8为本发明实施例中近距离通信系统的结构图； 图9为读卡器低频发射部分示意图； 图10为读卡器低频数据帧格式示意图11为线圈接收电路放入各种移动终端内，用信号源通过低频发射线圈发射恒定 IKHz磁场条件下测试的电压距离曲线；
图12为本发明实施例中读卡器的结构图； 图13为图12中驱动部分的一种结构图14为峰值场强幅度恒定的直流或者交流磁场的典型形式示意图； 图15为微分场强幅度恒定的低频交流磁场的典型形式示意图； 图16为本发明实施例中读卡器发射参数的选择流程图； 图I7为读卡器的误差控制系统图18为本发明实施例中带误差控制装置的读卡器的结构图。
具体实施例方式在此首先说明，以下本文中所出现的终端在默认情况下指装载有移动射频装置的终端，而且指能够移动的终端，即移动终端，如手机等，距离指读卡器与移动射频装置之间的距离，也即读卡器与装载有移动射频装置的终端之间的距离。本发明针对射频装置(尤其是内置于终端中的射频卡，如射频SIM卡)与读卡器装置近距离交易的距离控制问题，提出了一种由带有低频交变磁场发射功能及射频信号收发功能的读卡器和与之对应的带有低频交变磁场感应接收功能及射频信号收发功能的移动射频装置组成的近距离通信系统，以及与该系统对应的近距离通信方法。本发明利用低频交变磁场穿透不同终端衰减差异小的特点进行距离控制，利用高频射频能有效穿透终端来完成高速双向通讯进行交易。系统通过预先设定好的门限判定方法来完成无需校准的距离检测和控制，即读卡器按照预设的发射参数发射低频交变磁场信号，移动射频装置在各距离点上检测该磁场信号并放大为与距离对应的幅度恒定的电压信号，进而通过预先设定的电压门限Vt来判断终端是否进入预先设定的有效距离区间(有效距离区间也即允许刷卡的范围)，该电压门限Vt对所有终端相同，无需校准。本发明通过低频单向通讯和RF双向通讯结合的方法来完成读卡器和移动射频装置的唯一绑定，绑定之后通过射频通道来完成双向的高速大数据量的通讯。本发明系统可以实现含有移动射频装置的终端(如装有射频 SIM卡的手机)与读卡器的数据通信距离(也即交易距离)可靠地控制在规定范围内，并且无需对终端进行校准。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。本发明的近距离通信方法，应用于包括至少一个读卡器和至少一个移动射频装置的近距离通信系统，包括如下的步骤a、步骤b、步骤c和步骤d四个步骤，下面分别对各个步骤进行具体说明
步骤a，读卡器按照预设的发射参数发射低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号中携带该读卡器的身份标识信息，其中，发射参数包括低频交变磁场信号的频率，该频率等于或小于系统无校准工作的最高频率f0 ；其中，身份标识信息可以是识别码ID。这里需要说明的是，本步骤中低频交变磁场信号的频率是指所述低频交变信号的频谱上3dB带宽的高端频率截止点所对应的频率。低频交变磁场频率越低，穿过各种类型的终端后衰减的差异越小，利用该特性， 在频点选择系统(如图2所示)中选定差异足够小的频点，以实现无校准距离控制。采用标准信号源通过标准的磁场发射线圈发送低频交变磁场信号，在各个典型的移动终端及障碍物内部接收该低频交变磁场信号，调整发射频率直到找到频点f0，使移动射频装置(装载在移动终端中)接收到的电压(该电压是由低频交变磁场信号经放大后得到的与距离对应的幅度恒定的的电压信号)在距离发射线圈平面中心点相同距离条件下，不同终端及障碍物间的场强差异大致等于设定的波动范围δ τ，该频点f0及低于该频点f0的频段是系统无校准工作的频段，不需要校准任何系统中的任何终端，工作频点(即前述的低频交变磁场信号的频率)高于f0，系统需要校准，通常工作频点高于fO越多，需要校准的终端越多，校准的复杂度越高。频点选定是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改。图2为本发明近距离通信方法中系统无校准工作的最高频率f0的选择系统结构框图，如图2所示，频点选择系统的组成为发送系统由信号源505和低频磁场发射线圈 504组成，接收系统由典型移动终端501及障碍物、信号强度测试仪503 (电压表、示波器、 频谱仪等)组成，移动终端501内部具有低频接收模块502。信号源505可以精确的产生各种频率、波形和幅度的信号。频点选择的原理是信号源505产生固定幅度频率为f的正弦波信号，通过发射线圈504发送，低频接收模块502放置在选定的典型移动终端501或障碍物内部，接收到的低频信号通过专用信号线接到信号强度测试仪503，信号强度测试仪503 测试接收到的电压。改变移动终端的距离可以得到该移动终端或障碍物在频率f条件下的检测电压随距离变化的曲线(以下称为电压距离曲线)，更换移动终端或障碍物可以得到多个终端的曲线，改变频率f也可以得到不同的曲线。步骤a中，系统无校准工作的最高频率fO通过下述步骤确定
步骤101，确定距离控制目标(Din，Dv)，其中Din表示0 Din范围内所有终端确保可刷卡，Dv表示距离波动范围，距离为Din (Din+Dv)的范围内均允许刷卡，距离大于Din+Dv 范围不允许刷卡；
例如(5cm，5 cm)表示5cm以下所有终端确保可刷卡，5cm IOcm允许刷卡，超过IOcm 不能刷卡。距离控制目标由具体的应用确定。(0 Din+Dv)称为距离控制范围。步骤102，确定读卡器导致的移动射频装置内检测电压的波动范围δ ；
读卡器低频发射电路参数波动形成发射场强的波动，造成移动射频装置内检测电压的波动，该参数包括发射驱动电压波动、线圈参数波动、温度影响等。、由读卡器设计及生产环节来控制，该波动可以在生产环节校准，由于低频发射电路工作频率很低，通常、可以被控制得很好，例如4dB以内。步骤103，确定移动射频装置本身导致的检测电压的波动范围δ c ；
移动射频装置本身低频接收电路参数波动造成的最终检测输出电压的波动，该参数包括接收天线误差、放大器增益误差、比较器或AD误差、温度影响及噪声等。δ。由移动射频装置设计及生产环节来控制，该波动可以在生产环节校准，由于移动射频装置低频接收电路工作频率很低，通常Se可以被控制得很好，例如4dB以内。步骤104，在f频率下测试各典型终端及障碍物的电压距离曲线，其中f频率为处于特低频频段或甚低频频段或低频频段中的任一频率，特低频频段的频率范围为300 Hz 3000Hz，甚低频频段的频率范围为3KHz 30KHz，低频频段的频率范围为30 KHz 300KHz ；
在进行本步骤104之前先要做个准备工作，即选定典型终端及典型障碍物。典型终端的选取原则主要依据终端金属或导电结构的多少来选取，金属越多，衰减越大，例如可以选取塑料外壳、金属外壳、厚金属壳、薄金属壳、大尺寸终端、小尺寸终端等，典型终端的数量不严格限制，典型终端的选取基本可以覆盖终端对低频交变磁场信号的衰减特点。为了避免个别移动终端差异太大，可以在应用中加入移动终端型号认证，对每种需要支持支付应用的移动终端尝试做刷卡测试，确认该型号的移动终端衰减特性符合要求。典型障碍物可以选择不同材质的标准形状的塑料、铝、铜、铁、不锈钢等移动终端常见材料，放置在读卡器和移动射频装置之间作为移动终端衰减特性的一种等效障碍物测量衰减效果。步骤105，由距离控制目标(Din，Dv)确定移动射频装置内检测电压的波动范围 δΑ, δ Α等于由各典型终端及障碍物的电压距离曲线得到的具有平均场强衰减曲线斜率的电压距离曲线上Din点所对应的电压值与(Din+ Dv)点所对应的电压值之差；
图3为由距离控制目标(Din，Dv)确定系统总的接收检测电压波动范围δΑ的示意图。如图3所示，(Din+ Dv)点所对应的电压值为V2，Din点所对应的电压值为VI，则 δa=V1-V2。步骤106，确定由终端导致的移动射频装置内检测电压的波动范围δτ，参数3:表示终端衰减特性造成的移动射频装置内检测电压波动范围，δ τ= δ Α- δ κ- δ e ；
步骤107，计算各典型终端及障碍物间在距离控制范围内各距离点上的最大场强差异 δ (又称为波动区间)，若δ大于51，则降低频率￡，转步骤&4;若δ小于δ τ，则提高频率f，转步骤a4;若δ等于δ τ，则当前测试频率f等于系统无校准工作的最高频率f0。图4为典型终端及障碍物电压距离曲线及其波动区间δ示意图。如图4所示，最大衰减终端或障碍物对应的电压距离曲线称为最大衰减曲线，最小衰减终端或障碍物对应的电压距离曲线称为最小衰减曲线，最大及最小衰减曲线包围的区域称为典型终端及障碍物电压距离曲线分布区间，任意距离D在最小衰减曲线上对应的电压为V3，在最大衰减曲线上对应的电压为V4，则δ =V3-V40至此，在限定距离控制目标的情况下，系统无校准工作的最高频率fO就确定下来了。系统可以采用调制的方式，也可以采用直接发送基带信号的方式，系统工作的主要频率分量最高只要不大于 ，距离控制就无需校准。举例说明f0的确定过程。图5为频率f为3. 3KHz时5种典型移动终端的电压距离曲线。如图5所示，系统距离控制目标为(5cm，5 cm)，系统0 IOcm距离区间电压的变化范围约为40dB，读卡器和移动射频装置导致的移动射频装置内检测电压波动均为4dB， 即δ Ε= δ c=4dB, 5A=20dB, δτ=δΑ-δΕ-δε=12 Β0假设5种终端可以代表系统所使用的所有终端，检查曲线在各距离点上的最大波动约等于12dB，因此该系统无校准工作的最高频率f0可确定为f0=3. 3KHz。步骤a中，发射参数还可以包括调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Br。发射参数选定的基本原则是保证移动射频装置在各距离点上对读卡器所发射的低频交变磁场信号检测并放大后的信号是与距离对应的幅度恒定的电压信号。图6为移动射频装置内部检测到的无调制直接基带发射时的接收电压信号和正弦波FSK调制时的接收电压信号的电压波形图，其中，a为无调制直接基带发射时的接收电压信号波形图，b为正弦波FSK 调制时的接收电压信号波形图。如图6所示，检测电压信号是包含解调信息的变化电压信号，该信号可以为无直流分量的交流电压信号，也可以是有直流分量的电压信号，幅度恒定是指交流分量的变化最大幅度在不同传输符号间恒定。
发射参数中的调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Br通过下述步骤al 1至步骤 al3选定
步骤all，选定任意一种无平均直流分量的编码方式，例如曼彻斯特码，差分曼彻斯特码，归零码等；
步骤al2，选择无调制方式或幅度无变化的载波调制方式，载波调制方式可以选定任意一种幅度无变化的调制方式，例如载波可以采用正弦波、脉冲、三角波等，调制方式可以选为开关键控法(00K)、相移键控法或频移键控法(FSK)等；采用无调制方式时，编码后的基带信号直接经驱动电路驱动由发射线圈发射；
步骤al3，选定发射磁感应强度幅值Br，方法为在选定的小于fO的工作频率、调制方式及编码方式下，先选定典型噪声终端及易于实现的移动射频装置内磁检测及放大的增益参数，将包含移动射频装置的移动终端放置在离读卡器为距离控制目标最远处即Din+Dv 距离处，如果移动射频装置采用霍尔器件、巨磁阻器件等检测磁场强度值的磁感应电路接收，则读卡器发射磁感应强度变化幅度恒定的磁场信号；如果移动射频装置采用线圈等检测磁场强度变化率的感应电路接收，则读卡器发射磁感应强度变化率幅度(即微分幅度)恒定的磁场信号，测试读卡器未发送低频交变磁场信号条件下移动射频装置内检测电压的固有噪声电压幅度Vn，然后测量读卡器用选定的调制编码方式发送低频交变磁场信号时移动射频装置内的检测电压Vr，选择发射幅度值Bgate或微分幅度值B_RATEgate，使Vr/ Vn>SNR, SNR为移动射频装置的信噪比。SNR值的选择通常越大越好，但是太大会造成读卡器发送功率过大，实现困难，典型值可选择SNR=IO.当SNR确定，Br通过上述方式便确定了，根据系统选择的磁感应电路类型不同，Br参数值分为两种，霍尔器件及巨磁阻器件接收系统为磁感应强度幅值门限Bgate，线圈接收系统为磁感应强度变化率幅值门限B_ RATEgate0步骤b，移动射频装置在各距离点上接收、检测所述低频交变磁场信号并放大为与距离对应的幅度恒定的的电压信号，进而通过预设的电压门限Vt判断装载有所述移动射频装置的终端是否进入了预设的有效距离区间，所述电压门限Vt对装载有所述移动射频装置的所有终端相同；
步骤b中，预设的电压门限Vt通过下述步骤201至步骤203确定，前提是，确定读卡器发射及移动射频装置接收是无波动的，或者两者引起的接收检测电压波动远小于、及
5C
步骤201，在选定的发射参数下，测量各典型终端和障碍物的电压距离曲线，其中，发射参数包括低频交变磁场信号的频率、调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Br ；
步骤202，求取基准电压距离曲线，基准电压距离曲线是典型终端及障碍物曲线的中间值，其距离典型终端曲线的上边界及下边界的电压幅度都为δτ/2，如图7所示；
步骤203，选定移动射频装置内检测电压门限值Vt，Vt值等于距离控制目标Din与 (Din+Dv)分别对应的电压值之间以dBmV为单位的电压值的中间值。如图7所示，在基准电压距离曲线上对应于Din的电压为V5 (dBmV)，对应于(Din+Dv)点的电压值为V6 CdBmV), 则 Vt=V5-(V5-V6)/2 (dBmV)o步骤c，若与接收到的低频交变磁场信号对应的电压信号大于或等于预设的电压门限Vt，则装载有移动射频装置的终端进入了预设的有效刷卡区间，移动射频装置从接收到的低频交变磁场信号中获取读卡器的身份标识信息，并将其连同自身的身份标识信息一起通过射频通道传送给读卡器；
步骤d，读卡器接收移动射频装置通过射频通道传送的信息，比较该信息中读卡器的身份标识信息是否同自身的身份标识信息一致，若一致则以自身的身份标识信息和移动射频装置的身份标识信息的结合作为组合地址，与移动射频装置通过射频通道进行刷卡交易。 此处，刷卡交易不单指电子支付，还可以是其他通过射频通道进行的通讯过程，比如充值、 消费、身份认证等，本文中的刷卡交易泛指通过射频通道进行的通信，尤其指近距离通信中通过射频通道进行的通信。本发明中，低频交变磁场信号的频率处于特低频频段或甚低频频段或低频频段， 其中，特低频频段的频率范围为300 Hz 3000Hz，甚低频频段的频率范围为3KHz 30KHz,低频频段的频率范围为30 KHz 300KHz。优选地，低频交变磁场信号的频率可以为300Hz 50KHz。优选地，低频交变磁场信号的频率可以为500Ηζ、ΙΚΗζ、1. 5KHz、2KHz、 2. 5KHz、;3KHz、4KHz、5KHz、10KHz、20KHz 或 30KHz。本发明近距离通信方法采用低频磁场单向通讯和射频电磁场高速双向通讯的结合，从而避免了 NFC系统中采用唯一 13. 56MHz频点双向通讯及距离控制带来天线问题及终端信号衰减差异大等问题。本方法中，读卡器利用低频单向通道将自身唯一标识IDr(即前述的身份标识信息)传给移动射频装置，移动射频装置通过射频双向通道将自身唯一标识 IDc附加在IDr后回传给读卡器，读卡器比较回传的IDr的正确性，进而实现了读卡器与移动射频装置的唯一绑定。绑定后读卡器与移动射频装置采用射频双向通道实现高速大数据量的通讯，直至本次交易完成。本发明近距离通信方法实现了含有移动射频装置的射频通信终端(如装有射频 SIM卡的手机)与读卡器的数据通信距离(也即交易距离)可靠地控制在规定范围内，并且无需对终端进行校准。为了实现上述的近距离通信方法，本发明还提出了一种近距离通信系统。本发明的近距离通信系统包括至少一个读卡器和至少一个移动射频装置，其中
读卡器用于按照预设的发射参数发射低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号中携带该读卡器的身份标识信息，其中，发射参数包括低频交变磁场信号的频率，该频率等于或小于系统无校准工作的最高频率 ；读卡器还用于接收移动射频装置通过射频通道传送的信息，比较该信息中读卡器的身份标识信息是否同自身的身份标识信息一致，若一致则以自身的身份标识信息和移动射频装置的身份标识信息的结合作为组合地址，与移动射频装置通过射频通道进行刷卡交易；
移动射频装置，用于在各距离点上接收、检测读卡器发射的低频交变磁场信号并放大为与距离对应的幅度恒定的的电压信号，进而通过预设的电压门限Vt判断装载有该移动射频装置的终端是否进入了预设的有效距离区间，其中，电压门限Vt对装载有该移动射频装置的所有终端相同；移动射频装置还用于在与接收到的低频交变磁场信号对应的电压信号大于或等于预设的电压门限Vt时，从接收到的低频交变磁场信号中获取读卡器的身份标识信息，并将其连同自身的身份标识信息一起通过射频通道传送给读卡器；移动射频装置还用于与读卡器通过射频通道进行刷卡交易。其中，身份标识信息可以为识别码ID。由上述可见，本发明近距离通信系统中的读卡器具有低频发射功能和射频收发功能这样两个基本功能，也可以说本发明近距离通信系统中的读卡器具有低频发射模块和射频收发模块这样两个基本模块；本发明近距离通信系统中的移动射频装置具有低频接收功能和射频收发功能这样两个基本功能，也可以说本发明近距离通信系统中的移动射频装置具有低频接收模块和射频收发模块这样两个基本模块。进一步地，上述的近距离通信系统可以由如下的具体电路来实现读卡器包括至少一个低频发射线圈、至少一个驱动电路、至少一个编码电路、至少一个第一主处理器、至少一个射频收发电路和至少一个射频天线，其中，低频发射线圈、驱动电路、编码电路、第一主处理器、射频收发电路、射频天线、顺次串联连接；移动射频装置包括至少一个低频磁感应电路、至少一个低频放大电路、至少一个门限判断及解调电路、至少一个第二主处理器、 至少一个射频收发电路和至少一个射频天线，其中，低频磁感应电路、低频放大电路、门限判断及解调电路、第二主处理器、射频收发电路、射频天线顺次串联连接。优选地，在上述具体实现电路中，读卡器的驱动电路和编码电路之间还可以设有调制电路。在上述具体实现电路中，读卡器中的低频发射线圈、驱动电路和编码电路(带调制电路时，还包括调制电路)可以认为是低频发射模块的组成部分，读卡器中的第一主处理器、射频收发电路和射频天线可以认为是读卡器中射频收发模块的组成部分；移动射频装置中的低频磁感应电路、低频放大电路和门限判断及解调电路可以认为是低频接收模块的组成部分，移动射频装置中的第二主处理器、射频收发电路、射频天线可以认为是移动射频装置中射频收发模块的组成部分。优选地，在上述具体实现电路中，低频发射线圈可以为漆包线线圈或PCB线圈。进一步地，低频发射线圈的匝数可以大于10圈。优选地，低频发射线圈的匝数为50 500圈。 优选地，低频发射线圈内填塞有铁氧体磁芯或铁芯。优选地，低频发射线圈所包围面积的截面最宽处大于移动射频终端的截面宽度。优选地，低频发射线圈所包围面积的截面至少包含直径3cm的圆形区域或者3cm*3cm的方形区域。优选地，上述的低频磁感电路可以为PCB线圈、漆包线线圈、霍尔器件或巨磁阻器件。本发明中，移动射频装置可以置于移动终端中，也可以置于移动终端内的SIM卡、 UIM卡、USIM卡、TF卡或SD卡中。其中，移动终端可以为手机、个人数字助理PDA或笔记本电脑等。下面对本发明近距离通信系统的原理进行说明
1、系统无校准工作的最高频率f0的选定方法及装置在前述近距离通信方法的内容中已有阐述，此处不再赘述；
2、距离测量和控制实现原理如下
读卡器根据距离控制目标，以设定的发射参数持续不断的循环发送不高于选定频率fo 的低频交变磁场信号，该信号中以调制或直接基带传送的方式携带数据帧，数据帧内包含读卡器的唯一识别码Idr (当然也可以是其他身份标识信息)。当装载有移动射频装置的移动终端置于读卡器周围，低频交变磁场信号穿透该终端到达其内部的移动射频装置，移动射频装置在各距离点上检测该磁场信号并放大为与距离对应的幅度恒定的的电压信号，当电压的幅度低于卡内预设的接收电压门限值Vt，表示终端未进入有效刷卡距离范围，不允许刷卡；当电压的幅度高于卡内预设的接收电压门限值Vt，表示终端进入读卡器预定的有效刷卡范围，移动射频装置内的低频接收电路(指前述的低频磁感应电路、低频放大电路和门限判断及解调电路)启动解码过程，得到读卡器的唯一标识码IDr。另一方面，移动射频装置内磁场转换后的电压信号与读卡器和移动射频装置之间的距离存在一一对应关系，该关系由电压距离变化曲线确定，根据该对应关系，可以由该电压确定移动射频装置与读卡器之间的距离，从而间接的确定了移动终端与读卡器的距离。Vt和发射参数的设定是一次工作，一旦设定在使用中无需更改。3、移动射频装置接入读卡器的过程原理
移动射频装置接入读卡器主要包含读卡器和移动射频装置的唯一绑定过程。这里举例说明该绑定过程移动射频装置中从低频信号中解出读卡器唯一识别码IDr后传送到移动射频装置内的第二主处理模块，该第二主处理模块将移动射频装置的唯一识别码IDc连同收到的IDr—起，通过RF收发模块发送给读卡器，读卡器收到移动射频装置返回的(IDr ，IDc)后，确认识别码为IDc的移动射频装置正确的返回了读卡器的识别码IDr，是本次交易的唯一通讯终端。由于IDr编码保证了该读卡器周围其它读卡器的识别码在该时刻不相同，因此识别码为IDc的移动射频装置确认了其与识别码为IDr的读卡器建立了唯一的通讯。至此，移动射频装置和读卡器实现了唯一绑定，双方通过(IDr，IDc)组合地址唯一的识别对方。绑定后的通讯过程采用RF通道进行交互不会产生错误。移动射频装置接入成功后，距离控制过程完成，可在RF通道上进行后续的交易过程，直至交易结束。4、交易过程
读卡器和移动射频装置通过RF通道建立了可靠的唯一通讯链路，在该链路基础上，双方可以实现交易所需的身份认证及其他交易所需的过程。所有这些过程均通过快速的RF 通道完成，由于前述过程的完成保证了只能在预定的距离范围内完成接入，因此整个交易过程也是在限定范围内的近距离通讯。下面通过实施例对本发明作进一步说明。图8为本发明实施例中近距离通信系统的结构图。如图8所示，该系统由2部分组成读卡器装置100和移动射频装置200，该移动射频装置200放在移动终端内部，并通过移动终端通讯接口与终端交互。读卡器100由下述模块组成第一主处理器101，负责读卡器低频及高频的控制及其他协议处理，第一主处理器101通过接口电路102或直接连接到外部通讯接口 ；编码电路108，负责将低频帧数据进行逐比特编码，调制电路107负责将编码输出的符号流对载波进行调制形成调制信号送给驱动电路106，不需要调制时编码后的信号直接送给驱动电路 106 ；驱动电路106，负责驱动低频发射线圈105，产生低频交变磁场301 ；由低频发射线圈 105、驱动电路106、调制电路107及编码电路108构成的低频发射模块，其发射场强值可更改并设定；低频发射线圈105通常由较多匝数特定形状的线圈构成；RF收发电路103，通过 RF天线104接收及发射RF信号。移动射频装置由下述模块组成第二主处理器201，负责低频及射频模块的控制及其他协议处理，也负责和移动终端的通讯；SIM/TF/SD卡模块202为移动终端的SIM/TF/ SD卡本体模块，具体何种模块由卡类型确定；低频磁感应电路207，由PCB线圈、漆包线线圈、霍尔器件或其他能感应磁场变化的电路元件构成，负责感应低频交变磁场信号301并转换为电信号；低频放大电路206负责放大低频磁感应电路检测到的电信号得到低频磁检测电压信号303 ；门限判断及解调电路205，负责对低频磁检测电压信号303按照预设的门限Vt进行判决，未达到门限Vt不解调也不允许刷卡，达到门限Vt对信号进行解调，解调后的信号送给第二主处理器201 ； RF收发电路203通过RF天线204负责与读卡器的RF收发模块完成RF双向通讯。系统通过预先设定好的门限判定方法来完成无需校准的距离检测和控制，即读卡器100按照预设的发射参数发射低频交变磁场信号301，移动射频装置200接收该磁场信号转换为低频磁检测电压信号303，并通过预先设定的门限Vt来判断终端是否进入预先设定的有效距离区间，该门限Vt对所有终端相同，无需针对不同终端修改(即所谓校准)。通过低频单向通讯和RF双向通讯结合的方法来完成读卡器100和移动射频装置200的唯一绑定，即读卡器100利用低频单向通道将自身唯一标识IDr传给移动射频装置200，移动射频装置200通过射频双向通道将卡自身唯一标识IDc附加在IDr后回传给读卡器100，读卡器100比较回传IDr的正确性，进而实现了读卡器100与移动射频装置200的唯一绑定。 绑定之后通过射频通道来完成双向的高速大数据量的通讯。本实施例中，近距离通信系统的具体工作流程如下
(一)首先，选定系统工作的基本参数，包括RF频点，无校准低频频点fO，读卡器发射参数，移动射频装置的接收电压门限vt。1. RF频点选择
上述RF通讯的频点通常采用MOO M83MH 2. 4G ISM频段，以实现高速的通讯和对终端的良好穿透性，也可以采用其它频点，例如433MHz，900MHz，5GHz等。2.无校准低频频点f0选择
采用前述方法确定系统低频无校准工作频点f0，对于典型的GSM移动通讯终端，要实现0 IOcm范围的距离控制，f0频点通常小于ΙΟΚΗζ，典型值包括500Hz，IKHz, 1. 5KHz, 2KHz,2. 5KHz,3KHz, 5KHz 等。3.读卡器发射参数的选择
发射参数主要包括调制方式、编码方式及发射磁感应强度幅值Br。图9为读卡器低频发射部分示意图。参见图8，读卡器低频发射电路由驱动电路 106、调制电路107及编码电路108构成的，驱动电路106驱动的低频调制信号输出到低频发射线圈105。调制电路107可以采用多种调制方式
1)载波调制方式调制编码电路108产生的基带信号通过调制电路107对载波进行调制，载波可以为正弦波、方波及三角波等，调制可以采用开关频移键控00K、相移键控、频移键控FSK等，调制后的信号通过驱动电路106加载到低频发射线圈105上；
2)无载波直接基带发射编码电路108产生的基带信号，通过驱动电路106直接加载到低频发射线圈105上；
3)其他调制方式由于本发明系统采用门限判断的方式进行距离控制，因此调制方式不宜采用幅度调制，凡是发送过程中能够保持移动射频装置内检测电压幅度基本恒定的调制方式均可以用于本发明的近距离通信系统；
编码电路108可以采用多种编码方式
1)曼彻斯特编码比特1编码为两个符号01，比特0编码为10。2)差分曼彻斯特编码有两种比特符号序列01及10，比特1编码为与上一符号序列不同，比特0则相同，或者反过来编码亦可。3)其他编码方式由于本发明系统采用门限判断的方式进行距离控制，因此低频调制信号必须保持均值稳定，编码后的序列不能含有直流分量，凡是编码后平均直流分量为零的编码方式均可以用于本发明的近距离通信系统。确定好调制方式和编码方式后，采用前述方法，确定读卡器发射磁感应强度幅值 Br。调整Br的过程实际上是调整线圈匝数，线径，形状等参数的过程。4.移动射频装置接收电压门限Vt的选择采用前述方法确定卡接收门限电压Vt。上述参数的选定是一次性的，一旦选定，工作中无需改变。(二)其次，工作参数确定后的系统工作流程如下
步骤AlOO 距离测量和控制过程。读卡器100的第一主处理器101产生包含读卡器的唯一识别码IDr的数据帧，送给编码电路108完成编码，编码后的信号通过调制电路107调制或不经调制直接送给驱动电路106，调制电压送给低频发射线圈105发射，通过预先设定好帧格式、调制编码方式及驱动能力，发射线圈105以设定的强度Br持续不断的按照上述帧格式循环发送指定参数的低频交变磁场信号301。当移动终端置于读卡器周围，低频交变磁磁场信号301穿透该终端到达内部的移动射频装置200，移动射频装置200内的低频磁感应电路207检测到低频磁信号，转换为电信号后经低频放大电路206放大后得到低频磁检测电压303，当电压的幅度小于(或大于)于预设的接收电压门限值Vt，不允许刷卡；当电压的幅度大于等于于(或小于等于)预设的接收电压门限值Vt，表示终端进入读卡器预定的有效刷卡范围，低频接收电路启动解码过程，得到读卡器的唯一标识码IDr。另一方面，所述移动射频装置内磁场转换后的电压信号与读卡器和移动射频装置之间的距离存在一一对应关系，该关系由电压-距离变化曲线确定，根据该对应关系，可以由该电压确定移动射频装置与读卡器的距离，从而间接的确定了移动终端与读卡器的距离。上述门限值Vt对所有终端均相同，无需针对每个终端修正，也就是无需知道校准，从而上述过程是一种无需校准的距离测量及控制过程；
步骤AlOO中的帧格式定义如下
图10为读卡器低频数据帧格式示意图，如图10所示，读卡器低频数据帧每帧分为如下
域
同步码8比特，通常为FFH，用于帧同步；
控制域8比特，用于提供帧数据的解帧信息，如长度，数据类型等，可留保留位用于扩
展；
IDr:N比特，读卡器唯一识别码，由控制域指定；
CRC 对控制域，IDr进行校验，可采用CRC校验和或其他方式。上面所述帧格式仅作为一种示例，不限制本发明实际采用的帧格式，原则上任何包含能唯一识别读卡器的帧格式均可使用。唯一识别码可采用足够长度的随机数，也可采用所有读卡器人工分配唯一码的方式，或其他方式产生的识别码。步骤A200 移动射频装置接入读卡器的过程移动射频装置接入读卡器主要包含读卡器100和移动射频装置200的唯一绑定过程，实际上表示读卡器和移动射频装置所在移动终端的唯一绑定过程。移动射频装置200内部低频接收电路解出读卡器唯一识别码Idr后传送到移动射频装置内第一主处理器201，该模块将移动射频装置自身的唯一识别码Idc连同收到的Idr —起，通过移动射频装置内RF收发电路203和RF天线204发送给读卡器100，读卡器内部RF天线103和RF收发电路104收到移动射频装置返回的(IDr ，IDc)后，传送给第一主处理器101处理，第一主处理器101确认识别码为IDc的移动射频装置正确的返回了读卡器IDr，是本次交易的唯一通讯终端。由于IDr编码保证了该读卡器周围其它读卡器的识别码在该时刻不相同，因此识别码为IDc的卡确认了其与识别码为 IDr的读卡器建立了唯一的通讯。至此，移动射频装置和读卡器实现了唯一绑定，双方通过 (IDr, IDc)组合地址唯一的识别对方。绑定后的通讯过程采用RF通道进行交互不会产生错误。移动射频装置成功接入读卡器后，距离控制过程完成，可在RF通道上进行后续的交易过程；
步骤A200中的移动射频装置唯一识别码IDc，是预先存储在移动射频装置内非易失存储器内(NVM)的唯一识别码，或者是由移动射频装置内产生的足够长的的随机数。步骤A300:交易过程。读卡器100和移动射频装置200通过RF通道建立了可靠的唯一通讯链路，在该链路基础上，双方可以实现交易所需的身份认证及其他交易所需的过程。所有这些过程均通过快速的RF通道完成，直至本次交易结束。由于前述步骤AlOO A200的完成保证了移动射频装置200只能在预定的距离范围内完成接入，因此整个交易过程也是在限定距离范围内才能完成交易。交易过程是成熟的POS机处理流程，本发明不做详细描述。移动射频装置200中低频信号检测电路207通常可以用PCB线圈、漆包线线圈或霍尔器件构成，该检测电路并不仅限于用这几种元件，原则上任何能将磁场变化转变为电信号的传感器都可以用于该模块，唯一的限制是能放入卡内部。本发明系统利用低频交变磁场实现距离检测和控制，并实现读卡器和移动射频装置的单向通讯，利用RF通道结合低频通讯实现终端的可靠绑定，同时利用RF通道实现读卡器和移动射频装置之间高速的数据通讯。其具有如下特点点1.可以无需改造移动终端， 只需更换终端内部的SIM卡/TF/SD卡，即可实现可靠的双向距离通讯；2读卡器发射低频交变磁场信号，移动射频装置只需接收该磁场信号，由于是单向通讯，并且无需读卡器通过磁场提供能量，因此可以将接收线圈或其他接收电路小型化，足以将移动射频装置放入SIM 卡/TF/SD卡内；3.由于接收信号较弱，移动射频装置内需要增加放大电路。另外移动射频装置内同时放置RF收发电路，与读卡器内的RF收发电路实现双向高速通讯，如前面所述， RF电路的天线很小，可以轻易的集成到SIM卡/TF/SD卡内。依照本发明所述方法选定的频点 ，系统在该频点以下工作无需校准，作为一种扩展，系统工作在f0频点以上，也不是绝对不行，可能的效果是性能降低，距离控制的精度降低，同时可能需要辅以简单的校准，这些应用并不与本发明所述原则从根本上冲突，只是一种性能改变的延伸应用。本发明近距离通信系统实现了含有移动射频装置的射频通信终端(如装有射频 SIM卡的手机)与读卡器的数据通信距离(也即交易距离)可靠地控制在规定范围内，并且无需对终端进行校准。采用本发明所述的系统和方法，选择合适的无校准工作的最高频点f0，用低于f0 的低频交变磁场进行距离测量和控制，移动终端间结构差异的影响可以减小到距离控制目标所要求的波动范围之内，从而实现无校准距离控制。图11为线圈接收电路放入各种移动终端内，用信号源通过低频发射线圈发射恒定IKHZ磁场条件下测试的电压距离曲线。如图 11所示，为系统在IKHz频率下多个典型终端的电压距离曲线实例。其中信号强度值是接收天线感应电压经过必要的放大后的值，放大倍数保持恒定，只需关注强度随距离的相对变化。从图11可以看出，终端之间的场强差异<5dB，而各终端在1 IOcm范围的场强变化范围达到40dB，不考虑读卡器发射场强波动及移动射频装置检测电路的误差，移动射频装置端采用统一的门限Vt来判断各终端是否在目标距离范围之内，距离控制的误差在终端之间的差异大致为Icm范围，完全满足无校准距离控制的要求。读卡器
本发明提出了一种读卡器。图12为本发明实施例中读卡器的结构图。如图12所示，本实施例中，读卡器包括低频磁场发射部分1200和射频收发部分1100两部分，其中，低频磁场发射部分1200包括编码电路1201、调制电路1202、驱动部分1203和低频发射线圈1204， 射频收发部分1100包括控制器1101、射频收发机1102和射频天线1103。其中，驱动部分 1203包括驱动电路和调整电路。可见，图12所示的读卡器与图8所示的近距离通信系统中读卡器装置100的结构是基本一致的，只是在图12中，将图8中的第一主处理器101具体为控制器1101 了。其中，低频发射线圈、驱动电路、编码电路组成的低频发射链路工作于预先选定的系统无校准工作的最高频率f0以下的频率。读卡器发射预先设定的幅度恒定或微分幅度恒定的低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号的幅度值对应于设定的物理通讯距离，低频交变磁场信号幅度的误差小于预设误差值Sk。关于低频交变磁场信号的幅度值与物理通讯距离的确定方法前面已经说明过，此处不再赘述。其中
低频发射线圈1204，其作用是发射低频磁场信号。主要可以由漆包线绕制或者由PCB 走线绘制组成；
控制器1101负责整个读卡器的控制，包括低频磁场发射部分1200的控制以及射频收发部分1100的控制；
射频收发机1102负责射频信号的收发，射频通信频率主要是UHF频段，尤其是 2400Mhz M83MHz频段，也可以采用其它频段，例如433MHz、900MHz、5GHz等； 射频天线1103负责射频能量的辐射与接收； 编码电路1201主要负责低频磁场信号信息的编码； 调制电路1202主要负责将编码后的低频磁场信号信息调制到载波上； 驱动部分1203包含驱动电路以及调整电路，驱动电路主要负责将低频磁场信号放大并增强其驱动能力，调整电路主要负责调整低频磁场信号强度的误差。驱动电路可以是由 DACCDigital Analog Canverter，数模转换器)与运算放大器(以下简称运放)组成的方波、 正弦波、三角波等波形的生成以及放大电路，也可以是由电阻、电容、运放组成的方波、正弦波、三角波等波形的生成以及放大电路。调整电路可以是调整驱动电路的输出电压，也可以是调整负载的电阻。图13为图12中驱动部分的一种结构图。驱动部分1203可以由顺次串联的 DAC1213、运放1223和电阻1233组成。基于上述的读卡器，本发明提出了一种低频交变磁场距离控制方法，应用于上述的读卡器，该低频交变磁场距离控制方法包括如下步骤
步骤a，通过低频发射通道，持续循环发射预定发射参数的低频交变磁场信号，该信号中包含读卡器的识别码IDr，预定发射参数包括系统无校准工作的最高频率《K编码方式、 调制方式及恒定场强参数；同时，通过射频通道等待接收来自于含有移动射频装置的终端的信息；
步骤a中，系统无校准工作的最高频率fO的选择方法如下低频交变磁场频率越低，穿过各种类型的终端后衰减的差异越小，利用该特性，在频点选择系统中选定差异足够小的频点，以实现无校准距离控制。采用标准信号源通过标准的磁场发射线圈发送低频交变磁场，在各个典型的移动终端及障碍物内部接收该交变磁场，调整发射频率直到找到频点f0， 使移动射频装置接收到的电压在距离发射线圈平面中心点相同距离条件下，不同终端及障碍物间的场强差异大致等于设定的波动范围St，该频点及低于该频点的频段是系统无校准工作的频段，高于fO频点，系统需要校准，通常频点高于fO越多，需要校准的终端越多， 校准的复杂度越高。频点选定是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改。步骤a中，除频点外，其它预定发射参数的选择方法如下步骤al 选择场强恒定方式(即恒定场强参数)，场强恒定方式包括峰值场强幅度恒定和微分场强幅度恒定，选择峰值场强幅度恒定执行步骤a2，选择微分场强幅度恒定执行步骤a3，恒定场强参数的幅度误差小于预设误差值δ Ε ；
峰值场强幅度恒定的直流或者交流磁场的典型形式如图14所示，其可以是直流磁场， 也可以是方波磁场或者正弦波磁场
微分场强幅度恒定的低频交流磁场，为一种磁场最大变化率恒定的低频交流磁场，典型形式如图15所示，由图15可见在典型微分幅度恒定的三角波磁场发射条件下，SIM卡线圈感应到的电压为方波形态。读卡器发射恒定的场强可作为距离检测的参考场强，由于低频磁场随着距离的变化，场强快速的衰减，因此读卡器周围随距离变化的低频场强可以作为距离的标尺，通过精确控制每个读卡器发射场强的差异值、可以控制读卡器作为距离检测标尺的精度，其中 Sk的典型范围为4dB以内，S卩δκ的典型值小于4dB。步骤a2 在峰值场强幅度恒定条件下，选择编码方式、调制方式、驱动电压波形， 确定低频磁场强度目标值，从而选择驱动电压幅度、调整参数、低频发射线圈电阻、低频发射线圈圈数，测量该选择参数下低频磁场强度是否符合与预定的低频磁场强度目标值的误差在Sr范围内，若是则发射参数选择完成，结束，否则重新调整驱动电路以及低频发射线圈参数，直至测量的低频磁场强度符合与预定的低频磁场强度目标值的误差在Sk范围内；
发射参数的选择流程如图16所示。步骤a2中，详细的选择方法如下 编码方式选择在峰值场强幅度恒定发射磁场条件下，编码方式无特定要求，编码方式选择是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改；
调制方式选择在峰值场强幅度恒定发射磁场条件下，主要是FSK、PSK等恒包络调制方式，调制方式选择是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改；
驱动电压波形选择在峰值场强幅度恒定发射磁场条件下，驱动电压波形最好为方波， 驱动电压波形选择是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改；
低频磁场强度目标值选择低频磁场强度目标值根据读卡器应用的需求来确定，如果是中远距离应用，则对磁场强度要求高，如果是近距离应用，则对磁场强度要求低；
驱动电压幅度选择选定低频磁场强度目标值后，则选择相应的驱动电压幅度，驱动电压幅度可以是驱动电路供电电压满幅值的60%以上；
调整参数选择可调整驱动电路的输出电压，也可以是调整负载的电阻，使低频发射磁场与预设的场强值相符合。具体地，在驱动部分为图13所示的电路时，可以通过调整DAC 输出电压或运放放大倍数以及调整负载电阻来进行参数调整；
发射线圈参数选择发射线圈主要可以由漆包线绕制或者由PCB走线绘制组成；低频发射线圈的面积尽量大于普通手机面积，以保证不同的手机sim卡位置都在低频发射线圈之内，从而保证手机刷卡的稳定性与便捷性；低频发射线圈的面积(指线圈所包围的面积， 下同)主要大于10平方厘米，进一步地，低频发射线圈的面积所包围可以为20-1000平方厘米；低频发射线圈，在保证相同磁通量的前提下，匝数需求与驱动电压需求是成反比的；低频发射线圈的匝数主要大于10匝，进一步地，低频发射线圈的匝数为50-500圈；低频发射线圈的电阻主要大于10欧姆，进一步地，低频发射线圈的电阻为50-500欧姆。
以上参数选定之后，测量磁场强度是否符合与预定的低频磁场强度目标值的误差在S κ范围内，如果不符合，则重新调整驱动电路以及低频发射线圈参数；如符合，则所述预定参数选择完成。步骤a3 在微分场强幅度恒定条件下，选择编码方式、调制方式、驱动电压波形， 确定低频磁场强度目标值，从而选择驱动电压幅度、调整参数、低频发射线圈电阻、低频发射线圈圈数，然后测量该选择参数下低频磁场强度是否符合与预定的低频磁场强度目标值的误差在S R范围内，若是则发射参数选择完成，结束，否则重新调整驱动电路以及低频发射线圈参数，直至测量的低频磁场强度符合与预定的低频磁场强度目标值的误差在^^范围内。步骤a3中，详细的选择步骤如下
编码方式选择在微分场强幅度恒定发射条件下，编码方式主要由曼彻斯特码或者其它归零码组成，编码方式选择是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改；
调制方式选择在场强幅度恒定发射磁场条件下，主要是FSK、PSK等恒包络调制方式， 调制方式选择是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改；
驱动电压波形选择在场强幅度恒定发射磁场条件下，驱动电压波形最好为三角波，驱动电压波形选择是一次性工作，一旦选定，在使用中无需更改；
后续步骤与步骤a2中峰值场强幅度恒定发射磁场条件选择方式一致，不再重复叙述。步骤b，射频通道收到含有移动射频装置的终端的信息，该信息中包含终端返回的读卡器的识别码IDr及终端本身的识别码IDc，解码出IDr及IDc，比较返回的IDr是否与发出的IDr相同，如果相同，则此后的射频通讯通过(IDr，IDc)组合地址实现读卡器与终端的唯一绑定通讯；如果不同，则通讯错误，射频通道继续等待接收直至收到正确数据；同时低频通道持续发射预定发射参数的低频交变磁场信号；
步骤c，通过射频通道进行交易通讯，直至交易完成。同时低频通道持续发射预定参数的低频交变磁场信号。低频交变磁场的频率主要是O-lOOKHz，进一步地，低频交变磁场频率可以是 O-IOKHz。步骤a2及a3中，读卡器发射场强误差范围δ κ的控制方法如下
为了保证批量生产时每台读卡器之间的一致性，需要建立一个对每台读卡器进行误差修正的系统，该系统检测并调整每台读卡器的误差，以保证每台读卡器的一致性，从而保证刷卡距离的可控。读卡器的误差修正系统如图17所示，读卡器的误差修正系统包括被修正读卡器 1702和位于被修正读卡器1702上方设定高度Dc处的磁场强度检测装置1701。基于图17所述的误差修正系统，读卡器的误差修正方法如下
步骤1、设置磁场强度检测装置的测量目标Hs和误差范围He，则被修正读卡器在标准的磁场强度检测装置下的误差修正场强范围为[HS-He，HS+He]；其中He<SK，δΕ为预设误差值，He越小系统余量越大；
步骤2、在测试读卡器时，被修正读卡器发射低频磁场信号，磁场强度检测装置比较当前接收到的低频磁场信号的磁场强度，调节被修正读卡器上的发射调整电路，使被修正读卡器的磁场强度处于设置的误差修正场强范围[Hs-He，Hs+He]内。
该误差修正系统可以是单独的系统，也可以是在读卡器上本身附带的功能模块， 从而实现读卡器的自误差修正功能。自带误差修正功能的读卡器的结构如图18所示。由图18可见，自带误差修正功能的读卡器与前述读卡器相比，多了误差修正部分1400，误差修正部分1400由顺次相连的采样电路1401、放大电路1402和低频接收线圈1403组成，其中，采样电路1401与控制器 1101相连。读卡器通过在读卡器上的接收线圈，感应到读卡器低频发射线圈辐射出来的电压，并通过放大以及采样传送到控制器处，控制器通过判断采样信号幅度的大小来判断低频发射信号是否符合发射强度的要求。基于图18所示的自带误差修正功能的读卡器，读卡器的自适应误差修正方法如下
步骤1、设置读卡器本地磁场强度检测装置的测量目标Hs和误差范围He，则在读卡器本地磁场强度检测装置下的误差修正场强范围为[Hs-He，Hs+He],其中He< δ Ε, He越小系统余量越大；本地磁场强度检测装置由图18中所示的顺次相连的控制器1101、采样电路 1401、放大电路1402和低频接收线圈1403组成；
步骤2、在测试读卡器时，读卡器低频发射线圈发射低频磁场信号，本地磁场强度检测装置比较当前接收到的低频磁场信号的磁场强度，调节读卡器上的发射调整电路，使读卡器的磁场强度处于设置的误差修正场强范围[Hs-He，Hs+He]内。本发明的读卡器还具有检测旁边是否有干扰读卡器并报警的功能。具体地，检测干扰读卡器的方法如下合法读卡器工作时搜索附近是否有低频或者射频信号，并对搜索到的低频或者射频信号进行解码，判断该低频或者射频信号中携带的信息是否包含该合法读卡器的唯一标识码，若包含则说明附近没有干扰读卡器，否则有干扰读卡器。合法读卡器还可以进一步检测接收到的低频或者射频信号的信号强度，并根据该信号强度判断自身与附近干扰读卡器的距离，如果附近的干扰读卡器在设定的安全距离以内则报警。由上可见，本发明的读卡器使得对于各种具有近距离通信功能的移动终端不需要校准就能够实现电子支付等刷卡交易。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种读卡器，其特征在于，包括至少一个低频发射线圈、至少一个驱动电路、至少一个编码电路、至少一个第一主处理器、至少一个射频收发电路和至少一个射频天线，所述低频发射线圈、驱动电路、编码电路、第一主处理器、射频收发电路、射频天线顺次串联连接；其中，所述低频发射线圈、驱动电路、编码电路组成的低频发射链路工作于预先选定的系统无校准工作的最高频率f0以下的频率；所述读卡器发射预先设定的幅度恒定或微分幅度恒定的低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号的幅度值对应于设定的物理通讯距离，所述低频交变磁场信号幅度的误差小于预设误差值、。
2.根据权利要求1所述的读卡器，其特征在于，所述读卡器的驱动电路和编码电路之间还设有调制电路。
3.根据权利要求1所述的读卡器，其特征在于，所述驱动电路中包含有调整电路。
4.根据权利要求3所述的读卡器，其特征在于，所述驱动电路由顺次串联的DAC、运算放大器和电阻组成。
5.根据权利要求1所述的读卡器，其特征在于，所述低频发射线圈为漆包线线圈或 PCB线圈。
6.根据权利要求5所述的读卡器，其特征在于，所述低频发射线圈的匝数大于10圈。
7.根据权利要求6所述的读卡器，其特征在于，所述低频发射线圈的匝数为50 500圈。
8.根据权利要求5所述的读卡器，其特征在于，所述低频发射线圈内填塞有铁氧体磁芯或铁芯。
9.根据权利要求5所述的读卡器，其特征在于，所述低频发射线圈所包围面积的截面至少包含直径3cm的圆形区域或者3cm*3cm的方形区域。
10.根据权利要求9所述的读卡器，其特征在于，所述低频发射线圈所包围的面积大于 10平方厘米。
11.根据权利要求10所述的读卡器，其特征在于，所述低频发射线圈所包围的面积为 20-1000平方厘米。
12.根据权利要求1所述的读卡器，其特征在于，还包括本地磁场强度检测装置。
13.根据权利要求12所述的读卡器，其特征在于，所述本地磁场强度检测装置由顺次相连的控制器、采样电路、放大电路和低频接收线圈组成。
14.根据权利要求13所述的读卡器，其特征在于，所述控制器集成在所述第一主处理器中。
15.根据权利要求1所述的读卡器，其特征在于，所述低频交变磁场信号幅度的预设误差值δκ小于4dB。
16.一种如权利要求1至15任一项所述的读卡器中系统无校准工作的最高频率 的确定方法，包括如下步骤步骤al，确定系统的距离控制目标(Din，Dv)，所述系统中包含至少一个移动射频装置和至少一个读卡器，其中Din表示距离为0 Din的范围内所有装载有所述移动射频装置的终端确保可刷卡，Dv表示距离波动范围，距离为Din (Din+Dv)的范围内均允许刷卡， 距离大于Din+Dv的范围不允许刷卡；步骤a2，确定读卡器导致的移动射频装置内检测电压的波动范围δ Ε ； 步骤a3，确定移动射频装置本身导致的检测电压的波动范围δ c ； 步骤a4，在f频率下测试各典型终端及障碍物的电压距离曲线； 步骤a5，由距离控制目标(Din，Dv)确定移动射频装置内检测电压的波动范围δ Α，δ A 等于由各典型终端及障碍物的电压距离曲线得到的具有平均场强衰减曲线斜率的电压距离曲线上Din点所对应的电压值与(Din+ Dv)点所对应的电压值之差；步骤a6，确定由终端导致的移动射频装置内检测电压的波动范围δτ，δ τ表示终端衰减特性造成的移动射频装置内检测电压波动范围，δ τ= δ Α- δ κ- δ e ；步骤a7，计算各典型终端及障碍物间在距离控制范围内各距离点上的最大场强差异 δ，若δ大于δτ，则降低频率f，转步骤a4;若δ小于δτ，则提高频率f，转步骤a4 ；若δ 等于δ τ，则当前测试频率f等于系统无校准工作的最高频率f0。
17.一种低频交变磁场距离控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至15任一项所述的读卡器，包括以下步骤步骤a，通过低频发射通道，持续循环发射预定发射参数的低频交变磁场信号，该信号中包含读卡器的识别码IDr，所述预定发射参数包括系统无校准工作的最高频率fO、编码方式、调制方式及恒定场强参数；同时，通过射频通道等待接收来自于含有移动射频装置的终端的信息；步骤b，射频通道收到含有移动射频装置的终端的信息，该信息中包含终端返回的读卡器的识别码IDr及终端本身的识别码IDc，解码出IDr及IDc，比较返回的IDr是否与发出的IDr相同，若相同，则此后的射频通讯通过(IDr，IDc)组合地址实现读卡器与终端的唯一绑定通讯，否则通讯错误，射频通道继续等待接收直至收到正确数据；同时低频通道持续发射预定发射参数的低频交变磁场信号；步骤c，通过射频通道进行交易通讯，直至交易完成。
18.—种选择如权利要求17所述的低频交变磁场距离控制方法中发射参数的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤al，选择场强恒定方式，即恒定场强参数，场强恒定方式包括峰值场强幅度恒定和微分场强幅度恒定，选择峰值场强幅度恒定执行步骤a2，选择微分场强幅度恒定执行步骤 a3，恒定场强参数的幅度误差小于预设误差值δκ;步骤a2，在峰值场强幅度恒定条件下，选择编码方式、调制方式、驱动电压波形，确定低频磁场强度目标值，从而选择驱动电压幅度、调整参数、低频发射线圈电阻、低频发射线圈圈数，测量该选择参数下低频磁场强度是否符合预定的低频磁场强度目标值，若是则发射参数选择完成，结束，否则重新调整驱动电路以及低频发射线圈参数，直至测量的低频磁场强度符合预定的低频磁场强度目标值；步骤a3，在微分场强幅度恒定条件下，选择编码方式、调制方式、驱动电压波形，确定低频磁场强度目标值，从而选择驱动电压幅度、调整参数、低频发射线圈电阻、低频发射线圈圈数，然后测量该选择参数下低频磁场强度是否符合预定的低频磁场强度目标值，若是则发射参数选择完成，结束，否则重新调整驱动电路以及低频发射线圈参数，直至测量的低频磁场强度符合预定的低频磁场强度目标值。
19.一种基于权利要求12至14任一项所述的读卡器的自适应误差修正方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1、设置读卡器中本地磁场强度检测装置的测量目标Hs和误差范围He，其中He小于预设误差值S κ，则在读卡器本地磁场强度检测装置下的误差修正场强范围为[Hs-He， Hs+He]；步骤2、在测试读卡器时，读卡器发射低频磁场信号，本地磁场强度检测装置比较当前接收到的低频磁场信号的磁场强度，调节读卡器上的发射调整电路，使读卡器的磁场强度处于设置的误差修正场强范围[Hs-He，Hs+He]内。
20.一种应用于权利要求1至15任一项所述的读卡器的误差修正系统，其特征在于， 所述误差修正系统包括被测读卡器和位于该被测读卡器上方设定高度处的磁场强度检测直ο
21.一种基于权利要求20所述的读卡器的误差修正系统的读卡器的误差修正方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1，设置磁场强度检测装置的测量目标Hs和误差范围He，则被测读卡器在标准的磁场强度检测装置下的误差修正场强范围为[Hs-He，Hs+He]，其中He小于预设误差值 δΕ;步骤2，在测试读卡器时，被测读卡器发射低频磁场信号，磁场强度检测装置比较当前接收到的低频磁场信号的磁场强度，调节被测读卡器上的发射调整电路，使被测读卡器的磁场强度处于设置的误差修正场强范围[Hs-He，Hs+He]内。
22.—种检测干扰读卡器的方法，其特征在于，合法读卡器工作时搜索附近是否有低频或者射频信号，并对搜索到的低频或者射频信号进行解码，判断该低频或者射频信号中携带的信息是否包含该合法读卡器的唯一标识码，若包含则说明附近没有干扰读卡器，否则有干扰读卡器。
23.根据权利要求22所述的检测干扰读卡器的方法，其特征在于，所述合法读卡器进一步检测接收到的低频或者射频信号的信号强度，并根据该信号强度判断自身与附近干扰读卡器的距离，若附近的干扰读卡器在设定的安全距离以内则报警。
全文摘要
本发明涉及一种读卡器，包括至少一个低频发射线圈、至少一个驱动电路、至少一个编码电路、至少一个第一主处理器、至少一个射频收发电路和至少一个射频天线，所述低频发射线圈、驱动电路、编码电路、第一主处理器、射频收发电路、射频天线顺次串联连接；其中，低频发射线圈、驱动电路、编码电路组成的低频发射链路工作于预先选定的系统无校准工作的最高频率f0以下的频率；读卡器发射预先设定的幅度恒定或微分幅度恒定的低频交变磁场信号，该低频交变磁场信号的幅度值对应于设定的物理通讯距离，低频交变磁场信号幅度的误差小于预设误差值δR。本发明的读卡器使得对于各种具有近距离通信功能的移动终端不需要校准就能够实现电子支付等刷卡交易。
文档编号G06K7/08GK102194090SQ20101012432
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月15日 优先权日2010年3月15日
发明者欧阳立, 沈爱民, 肖德银 申请人:国民技术股份有限公司