非接触cpu卡读卡器的制造方法
【专利摘要】一种非接触CPU卡读卡器，其由射频模块（1）、控制模块（2）、ESAM安全模块（3）、天线模块（4）、电源管理模块（5）组成。其中射频模块由THM3030射频收发电路、功率放大器、50欧姆匹配电路、50欧姆微带线、二极管检波电路组成；控制模块由处理器、韦根电路、RS485电路、UART电路组成；天线模块由PCB天线和50欧姆匹配电路组成。其优点是：内置ESAM安全芯片，能够进行国密SM1加密，同时数据传输过程中有随机数参与，保证了数据读取的安全性；提供多种硬件接口，方便用户使用，并可集成到其他设备中，如道闸、消费机等；采用模块化设计，只需改变天线和匹配电路即可适应不同尺寸外壳，其他模块设计可保持不变。
【专利说明】非接触CPU卡读卡器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种非接触CPU卡读卡装置【技术领域】，具体的说是一种应用于一卡通、门禁、身份识别等场合的非接触CPU卡读卡器。
【背景技术】
[0002]早期投入应用的非接触IC卡技术多为逻辑加密卡，比如最为著名的Philips公司(现NXP)的Ml卡片。非接触逻辑加密卡技术以其低廉的成本，简明的交易流程，较简单的系统架构，迅速得到了用户的青睐，并得到了快速的应用和发展。据不完全统计，目前国内各领域非接触逻辑加密卡的发卡量已经达到数亿张。
[0003]随着非接触逻辑加密卡不断应用的过程，非接触逻辑加密卡技术的不足之处也日益暴露，难以满足更高的安全性和更复杂的多应用的需求。特别是2008年10月，互联网上公布了破解Ml芯片密码的方法，不法分子利用这种方法可以很低的经济成本对采用该芯片的各类“一卡通”、门禁卡进行非法充值或复制，带来很大的社会安全隐患。因此，非接触CPU卡技术正成为一种技术上更新换代的选择。
[0004]非接触逻辑加密卡的安全认证依赖于每个扇区独立的KEYA和KEYB的校验，可以通过扇区控制字对KEYA和KEYB的不同安全组合，实现扇区数据的读写安全控制。非接触逻辑加密卡的个人化也比较简单，主要包括数据和各扇区KEYA、KEYB的更新，在期间所有敏感数据包括KEYA和KEYB都是直接以明文的形式更新。由于KEYA和KEYB的校验机制，只能解决卡片对终端的认证，而无法解决终端对卡片的认证，即我们俗称的“伪卡”的风险。
[0005]非接触CPU卡与非接触逻辑加密卡相比，拥有独立的CPU处理器和芯片操作系统，所以可以更灵活的支持各种不同的应用需求，更安全的设计交易流程。非接触CPU卡可以通过内外部认证的机制，即读卡器对卡片认证和卡片对读卡器认证，彻底解决伪卡的出现。同时读卡器和卡片进行数据传输均以密文的形式进行，且加入随机数进行运算，避免了被无线监听的风险。因此，CPU卡技术具有更高的安全性能，在安全级别要求较高的身份识别、金融等高端应用领域具有极大优势。
【发明内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是针对非接触IC卡技术安全性较差的问题，提供一种安全性较高的非接触CPU卡读卡装置，用于解决安全级别要求较高的门禁、身份识另IJ、金融等系统的安全隐患。同时针对以往读卡器接口单一的问题，提供了一种多接口的读卡器，方便用户使用；针对以往读卡器整体化设计的弊端，提供了模块化设计的思路，方便快速开发系列广品。
[0007]本实用新型非接触CPU卡读卡器，包括射频模块、控制模块、ESAM安全模块、天线模块、电源管理模块。其中射频模块和控制模块构成电连接，ESAM安全模块和控制模块构成电连接，天线模块和射频模块构成电连接，电源管理模块和ESAM安全模块、控制模块及射频模块构成电连接。[0008]所述的射频模块包括THM3030射频收发电路、功率放大器、50欧姆匹配电路、50欧姆微带线、二极管检波电路。其中，THM3030射频收发电路和功率放大器及二极管检波电路构成电连接；功率放大器和50欧姆匹配电路构成电连接；50欧姆匹配电路和50欧姆微带线构成电连接；50欧姆微带线和二极管检波电路构成电连接；二极管检波电路和THM3030射频收发电路及50欧姆微带线构成电连接。
[0009]THM3030射频收发芯片内置接收放大电路、数字解调电路、时钟电路和复位电路，工作时需要外接13.56MHz晶振，完成射频信号的产生、调制及接收、解调来自二极管检波电路的信号。功率放大器完成将THM3030射频收发电路产生的射频信号放大至天线发射所需的功率大小，提高读CPU卡距离。50欧姆匹配电路完成将功率放大器输出阻抗匹配至50欧姆进行传输，减小射频信号的反射。50欧姆微带线完成将射频信号输送至天线模块。二极管检波电路完成将接收的射频信号进行检波后送至THM3030射频收发电路进行放大和数字解调解码。
[0010]所述控制模块由处理器、韦根电路、RS485电路、UART电路组成，处理器分别和韦根电路、RS485电路、UART电路构成电连接。
[0011]所述ESAM安全模块完成对控制模块发送信号的加密、对接收CPU卡信号的解密、与CPU卡的相互认证。ESAM安全模块内置国密SMl算法，使非接触CPU卡读卡器系统具有较高的安全等级。
[0012]所述天线模块由50欧姆匹配电路及PCB天线组成。主要完成将射频模块产生的射频信号通过无线的方式辐射出去，并接收CPU卡返回的无线信号送至射频模块进行处理。PCB天线采用线路板布线的方式实现，通过阻抗匹配电路将输出阻抗匹配至50欧姆。
[0013]所述电源管理模块和射频模块、控制模块、ESAM安全模块构成电连接。完成对射频模块、控制模块、ESAM安全模块的5V直流供电。
[0014]本实用新型的非接触CPU卡读卡器的优点是:
[0015]1、内置ESAM安全芯片，能够进行国密SMl加密，同时数据传输过程中有随机数参与，保证了数据读取的安全性。
[0016]2、提供多种硬件接口，方便用户使用，并可集成到其他设备中，如道闸、消费机等;
[0017]3、采用模块化设计，只需改变天线和匹配电路即可适应不同尺寸外壳，其他模块设计可保持不变。
[0018]【专利附图】
【附图说明】:
[0019]图1是本实用非接触CPU卡读卡器的系统框图；
[0020]图2是本实用新型非接触CPU卡读卡器的结构原理图。
[0021]【具体实施方式】:
[0022]如图1所示，本实用新型所述非接触CPU卡读卡器，由射频模块1、控制模块2、ESAM安全模块3、天线模块4、电源管理模块5组成。其中射频模块I和控制模块2构成电连接，ESAM安全模块3和控制模块2构成电连接，天线模块4和射频模块I构成电连接，电源管理模块5和ESAM安全模块3、控制模块2及射频模块I构成电连接。
[0023]如图2所示，所述射频模块I由THM3030射频收发电路、功率放大器、50欧姆匹配电路、50欧姆微带线、二极管检波电路组成。其中，THM3030射频收发电路和功率放大器及二极管检波电路构成电连接；功率放大器和50欧姆匹配电路构成电连接；50欧姆匹配电路和50欧姆微带线构成电连接；50欧姆微带线和二极管检波电路构成电连接；二极管检波电路和THM3030射频收发电路及50欧姆微带线构成电连接。
[0024]THM3030为集成度较高的射频收发芯片，其内置接收放大电路、数字解调电路、时钟电路和复位电路,工作时需要外接13.56MHz晶振，外围电路相对较少。主要完成射频信号的产生、调制及接收、解调来自二极管检波电路的信号。功率放大器采用N沟道场效应管实现，可实现功率增益6db，输出功率24dbm。主要完成将THM3030射频收发电路产生的射频信号放大至天线发射所需的功率大小，提高读CPU卡读卡距离。50欧姆匹配电路采用电容、电感实现，主要完成将功率放大器输出阻抗匹配至50欧姆进行传输，减小射频信号的反射。50欧姆微带线采用PCB走线的方式实现，线路板为双层板，底层为地平面。主要完成将射频信号输送至天线模块。二极管检波电路采用开关二极管实现，主要完成将接收的射频信号进行检波后送至THM3030射频收发电路进行放大和数字解调解码。
[0025]如图2所示，所述控制模块2由处理器、韦根电路、RS485电路、UART电路组成，处理器分别和韦根电路、RS485电路、UART电路构成电连接。处理器采用51单片机，通过外围扩展电路实现韦根接口、RS485接口、UART接口。其中韦根电路采用三极管进行隔离驱动，RS485电路采用MAX485芯片实现。韦根接口和RS485接口用于和上位机数据通讯，UART接口用于程序下载和调试。
[0026]如图2所示，所述ESAM安全模块3采用北京融通的安全加密芯片，内置国密SMl算法，ESAM安全模块3和控制模块2之间通讯接口遵循IS07816-3协议，ESAM安全模块3工作时需要提供3-5MHz时钟信号。
[0027]如图2所示，所述天线模块4由50欧姆匹配电路和PCB天线组成，50欧姆匹配电路采用L型电容匹配的方式实现，PCB天线采用线路板布线的方式实现，线路板为双层板PCB天线谐振频率为13.56MHz，完成无线信号的发射和接收。为避免射频信号反射，需要通过50欧姆匹配电路将PCB天线阻抗匹配至50欧姆。
[0028]如图2所示，所述电源管理模块5和射频模块1、控制模块2、ESAM安全模块3构成电连接；电源管理模块5输入电压为直流12V，输出电压为直流5V，输出电压供给射频模块1、控制模块2、ESAM安全模块3 ;降压芯片线性稳压芯片，最大输出电流为500mA，可以降低输出电压纹波，提高射频性能。
【权利要求】
1.一种非接触CPU卡读卡器，其特征在于:包括:射频模块(I)、控制模块(2)、ESAM安全模块(3 )、天线模块(4 )、电源管理模块(5 )，其中射频模块(I)和控制模块(2 )构成电连接，ESAM安全模块(3 )和控制模块(2 )构成电连接，天线模块(4 )和射频模块(I)构成电连接，电源管理模块(5 )和ESAM安全模块(3 )、控制模块(2 )及射频模块(I)构成电连接。
2.根据权利要求1所述的非接触CPU卡读卡器，其特征在于:所述射频模块(I)由THM3030射频收发电路、功率放大器、50欧姆匹配电路、50欧姆微带线、二极管检波电路组成；其中，THM3030射频收发电路和功率放大器及二极管检波电路构成电连接；功率放大器和50欧姆匹配电路构成电连接；50欧姆匹配电路和50欧姆微带线构成电连接；50欧姆微带线和二极管检波电路构成电连接；二极管检波电路和THM3030射频收发电路及50欧姆微带线构成电连接。
3.根据权利要求1所述的非接触CPU卡读卡器，其特征在于:所述控制模块(2)由处理器、韦根电路、RS485电路、UART电路组成；处理器分别和韦根电路、RS485电路、UART电路构成电连接；处理器采用51单片机，通过外围扩展电路实现韦根接口、RS485接口、UART接口 ；其中韦根电路采用三极管进行隔离驱动，RS485电路采用MAX485芯片实现。
4.根据权利要求1所述的非接触CPU卡读卡器，其特征在于:所述ESAM安全模块(3)采用北京融通的安全加密芯片，内置国密SMl算法；ESAM安全模块和控制模块之间通讯接口遵循IS07816-3协议，ESAM安全模块工作时需要提供3_5MHz时钟信号。
5.根据权利要求1所述的非接触CPU卡读卡器，其特征在于:所述天线模块(4)由50欧姆匹配电路和PCB天线组成；50欧姆匹配电路采用L型电容匹配的方式实现，PCB天线采用线路板布线的方式实现，线路板为双层板；PCB天线谐振频率为13.56MHz，完成无线信号的发射和接收。
【文档编号】G06K7/00GK203673490SQ201320731234
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】章小城, 皮文博, 夏静 申请人:中船重工(武汉)凌久高科有限公司