一种场时钟自动同步的有源非接触式ic卡及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及非接触式IC卡技术领域，特别是场时钟自动同步的有源非接触式IC卡及其使用方法。
【背景技术】
[0002]感应式无线射频识别RFID系统被广泛使用于信用卡支付、票务系统、公共交通系统以及访问控制(如门禁卡)和身份认证(电子通行证、身份证)等应用中。这类系统以ISO/IEC 14443、15693、18000-3、18092协议为标准，其中主要支持协议为IS0/IEC 14443。工作频段为13.56MHz，支持非接触式IC卡在近场，特别是距离小于1cm的场区内通信。
[0003]现有技术中，非接触式IC卡的工作特点是卡片通过感应方式为自身供电，以负载调制方式将数据返回给读卡器。优点是卡片不需独立电源，结构简单，成本低。缺点是读卡器与卡片天线之间耦合系数小，通信距离受限制；对天线尺寸需要足够大(IDl)才能为自身供电和数据交换。随着移动智能终端技术的发展，将上述各项应用集成到手机/SD卡等设备当中成为趋势，这要求非接触式IC卡的天线尺寸足够小才能够集成到手机内部/SD卡内部。
[0004]有源非接触式IC卡可以解决上述问题，有源非接触式IC卡由外部电源单独供电，可以采用电路相对复杂、灵敏度高的接收通路和辐射功率高的发送通路，保证卡片天线尺寸即使成倍缩小也可以有效接收和发送数据。参看图1，现有技术中的有源非接触式IC卡的结构包括天线网络9、接收通路4、锁相环7和发射通路2。
[0005]与无源非接触式IC卡相比，上述有源非接触式IC卡系统结构和功能模块设计更为复杂。并且卡片向读卡器返回数据时，不再是负载调制的方式，而是由卡片内部产生一个13.56M的载波信号，数据与载波信号经调制单元调制后由功率放大单元发送给读卡器。
[0006]上述有源非接触式IC卡接收灵敏度高，即使卡天线面积为几个cm2也能在有效距离(1cm)内接收到场信号；发送采用功率放大器大功率驱动天线，即使外部应用环境(金属板遮挡，屏蔽，干扰等)恶劣，在有效距离内读卡器端也能接收到IC卡返回的数据。解决了移动终端设备对IC卡天线小尺寸的要求；若保持天线尺寸与无源非接触式IC卡天线尺寸相同，有源非接触IC卡能在更远的距离外与读卡器建立通信。
[0007]但是，上述有源非接触式IC卡存在的发射信号之间以及与场时钟信号之间存在的相位差异会导致下面两个问题:
1、IC卡发射信号与外部场信号间的相位偏差在某个特定相差范围内，IC卡发射信号几乎被全部抵消，无法被读卡器解调，造成通信失败。
[0008]2、在执行抗冲突流程阶段，若场内有UID部分相同的多张IC卡，则卡片发射信号间的相位差异会导致读卡器天线端接收到的不同卡片应答信号UID相同部分互相抵消，造成抗冲突流程执行失败。
【发明内容】
[0009]针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种场时钟自动同步的有源非接触式IC卡及其使用方法。它能克服有源非接触式IC卡存在的发射信号与外部场信号之间的相位差，使通信顺畅，保证IC卡的正常工作。
[0010]为达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现:
一种场时钟自动同步的有源非接触式IC卡，它包括发射通路、接收通路、锁相环、主控单元和天线网络。所述发射通路包括调制单元和功率放大单元。所述接收通路包括放大单元、整形单元二和解调单元。天线网络依次经放大单元、整形单元二、解调单元、主控单元、调制单元和功率放大单元形成回路，主控单元和锁相环相互连接。其结构特点是，它还包括控制单元、整形单元一和相位补偿单元。所述整形单元二的输出端依次经锁相环和相位补偿单元连接到调制单元，整形单元二的输出端还连接到控制单元。主控单元和整形单元一都分别连接到控制单元，控制单元和相位补偿单元相互连接，功率放大单元的输出端连接到整形单元一。
[0011]在上述有源非接触式IC卡中,所述控制单元包括依次连接的相位比较单元、相位转换单元、模数转换器和逻辑单元。
[0012]如上所述的场时钟自动同步的有源非接触式IC卡的使用方法，它使用包括发射通路、接收通路、锁相环、主控单元、天线网络、控制单元、整形单元一和相位补偿单元。其方法步骤为:
1)上电初始化，使能场时钟自动同步流程；
2)测量第I条子路径的相位延迟并量化存储；
3)若有其它子路径，直至测完所有子路径相位延迟并量化存储；
4)所有子路径相位延迟量化值累加作为通路总相位延迟数据；
5)开始相位补偿，其中:INC=0表示减小一个相位补偿步长；INC=1表示增加一个相位补偿步长；起始时默认INC=I ；
6)测量当前相位补偿配置下通路总相位延迟数据；
7)判断当前相位补偿配置还是前一配置得到的测量数据大，较大的数据对应的相位补偿配置保留；
8)判断应增加相位补偿还是减小相位补偿，并按此设置:INC=1，当前相位补偿配置加I ；INC=O,当前相位补偿配置减I ;
9)判断相位补偿是否到达极大值/极小值，若是，跳至第10步；若否，返回第6)步；
10)终止流程，流程终止时第7)步保存的相位补偿配置作为相位补偿单元的最终相位补偿配置。
[0013]本发明由于采用了上述结构和使用方法，它能够自动测量卡片发射信号与外部场时钟之间的相位差，并通过相位补偿方式:
I)将发射信号与外部场时钟相差控制在指定的误差范围内，使二者相位差接近特定相位区域，避免通信失败。
[0014]2)将不同卡片的发射信号相位差控制在指定的误差范围内，保证不同卡片所发射信号不因相位差问题出现信号相抵消现象，保证读卡器抗冲突流程能够正确执行。
[0015]本发明能够解决工艺制程、环境变化所造成卡片电路延时差异，以及卡片内部模拟场信号与外部场时钟相位差，提高有源非接触IC卡产品合格率和兼容率。
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0017]图1为现有技术中有源非接触IC卡的结构示意图；
图2为本发明有源非接触IC卡的结构示意图；
图3为本发明中控制单元的结构示意图；
图4为本发明有源非接触IC卡内部单元相位延迟示意图；
图5为本发明方法的工作流程图。
【具体实施方式】
[0018]参看图2和图3，本发明场时钟自动同步的有源非接触式IC卡包括发射通路2、接收通路4、锁相环7、主控单元8、天线网络9、控制单元1、整形单元一 3和相位补偿单元5。发射通路2包括调制单元2.2和功率放大单元2.1,接收通路4包括放大单元4.1、整形单元二 4.2和解调单元4.3。控制单元I包括依次连接的相位比较单元1.1、相位转换单元1.2、模数转换器1.3和逻辑单元1.4。天线网络9依次经放大单元4.1、整形单元二 4.2、解调单元4.3、主控单元8、调制单元2.2和功率放大单元2.1形成回路。主控单元8和锁相环7相互连接。整形单元二 4.2的输出端依次经锁相环7和相位补偿单元5连接到调制单元2.2，整形单元二 4.2的输出端还连接到控制单元1，主控单元8和整形单元一 3都分别连接到控制单元1，控制单元I和相位补偿单元5相互连接，功率放大单元2.1的输出端连接到整形单元一 3。
[0019]本发明中的相位补偿单元5可以在O?360°之间对锁相环7输出的信号进行补偿，补偿目的是使得经天线网络9发射出去的信号与外部场信号同步。因为发射通路2和接收通路4对信号有延时和相移，同步的概念是使二者相位差为360°，即天线网络9发射信号比外部场信号延迟一个场时钟周期。
[0020]图3中的相位比较单元1.1是将两个输入信号做逻辑与操作。其中相位转换单元1.2是一个线性变换模块，能够将相位差按比例关系转为电压或者电流信号。其中模数转换器1.3的有效bit位数根据相位补偿的最小步长而定，对相位的等效量化误差应小于相位补偿的最小步长。其中逻辑单元1.4具体为实现相位补偿算法的数字电路，输出用于控制相位补偿单元5。
[0021]本发明工作时，自动测量有源非接触式IC卡发射信号与外部场时钟之间的相位差，并通过相位补偿方式将发射信号与外部场时钟相差控制在指定的误差范围内。本发明有源非接触式IC卡结构中，构成通路总相位延迟的路径包括以下单元:天线网络9、放大单元4.1、整形单元二 4.2、调制单元2.2、功率放大单元2.1。整形单元一 3和整形单元二 4.2采用相同的电路结构，且输入信号幅度相当，频率相同，假设
pd_shpl= pd_shp2(I)
首先可以对通路中造成相位延迟的路径进行划分