一种非接触式ic卡能量自适应方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要应用于非接触式IC卡系统功耗设计领域，涉及一种非接触式IC卡能 量自适应方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机软件技术和集成电路的不断发展，IC卡的应用越来越广泛，主要应用 于法定证件、电信（电话卡、GSM卡、3G卡）、医疗保健、娱乐、公交、门票、门禁、识别、金融和 付费电视等领域。其中非接触式IC卡的发展比较迅速，应用领域也不断的扩大。
[0003] 非接触式IC卡与读写设备不通过机械接触，而是利用射频技术（radiofrequency identification，RFID)，通过电磁波传输进行IC卡的交互操作。非接触式IC卡的系统工 作原理为，系统以半双工方式在读写器与IC卡之间双向传递数据。读写器将要发送的信号 编码后，加载在特定频率的载波信号上，经天线向外发送；进入读写器工作区域的IC卡接 收到脉冲信号后，一方面芯片中的射频接口模块由此信号获得电源电压和复位、时钟信号， 同时该芯片中的有关电路对此信号进行解调、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进 行判断，控制逻辑电路从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后经卡内天线发送给 读卡器处理。
[0004] 非接触式IC的能量是通过射频场获得，因此在不同的场强下获得的能量差异比 较大，具体表现在非接触式IC卡对读卡器的距离、读卡器的发射场强、进场的方向等比较 敏感。传统固定性能工作的非接触IC卡功耗管理方案无法兼顾性能和工作场强范围；即注 重性能后IC卡本身的功耗较大无法工作在较低的工作场强，注重工作场强范围后，虽然能 够工作在较低的工作场强，但是在能量充足情况下无法获得更高的性能；最终的结果是用 户体检较差。本发明通过检测剩余能量，并根据当前的检测结果进行非接触式IC卡工作状 态的调整，达到当前工作功耗和所接受能量完美匹配。本发明解决了非接触式IC卡"无法 兼顾性能和工作场强"的问题，使非接触式IC卡在能量足够的情况下尽量工作在高性能状 态，在能量缺乏的情况下，通过降低性能尽量工作在更低的场强下。
【发明内容】
[0005] 本发明公开了一种非接触式IC卡能量自适应方法，通过一种合理的、有效的自适 应机制提高非接触式IC卡工作性能的同时，可以降低最低工作场强。
[0006] 一种非接触式IC卡能量自适应方法，包含了初始状态IDLE、能量过剩状态ADD、能 量欠缺状态SUB、严重能量欠缺状态SSUB、能量适中状态RETEN等状态。具体工作包含以下 步骤：
[0007] (1)系统复位时，进入初始态IDLE;
[0008] (2)当检测到能量过剩时进入ADD状态，并对智能卡的工作性能进行提高，可以是 (但不限于）提高主频或进入并行工作模式，使智能卡工作在更高的能效比下；
[0009] (3)当检测到能量欠缺时进入SUB状态，并对智能卡的工作性能进行降低，可以是 (但不限于）降低主频或进入串行工作模式，保证智能卡消耗的能量与接受的能量相匹配；
[0010] (4)当检测到能量严重欠缺时进入SSUB状态，并对智能卡的工作性能进行大幅度 降低，可以是（但不限于）迅速降低主频或进入串行工作模式，保证智能卡消耗的能量与接 受的能量相匹配；
[0011] (5)当检测到能量与当前的功耗相互匹配时进入RETEN状态，保持当前的工作性 能不变化；
[0012] (6)通过检测智能卡所接受的剩余能量，可以是（但不限于）检测电流或电压方 式，对当前的智能卡的工作状态进行调整，以达到当前工作功耗和所接受能量完美匹配。使 智能卡在能量足够的情况下尽量工作在高性能状态，在能量缺乏的情况下，通过降低性能 尽量工作在更低的场强下；
【附图说明】
[0013] 图1非接触IC卡与读卡器通讯模型
[0014] 图2非接触式IC卡能量自适应方法状态图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将更详细的描述本发明的优选实施方式，在附图中显示了本发明的优选实施 案例。但是，本发明可以以各种形式实现而不应该理解为被这里阐述的实施案例所限制。提 供这些实施案例是为了使本发明更加透彻和完整，并且，完全把本发明的范围传达给本领 域的相关技术人员。
[0016] 下面进一步结合图表来说明本发明。
[0017] 如图1所示，为非接触IC卡与读卡器通讯模型，卡片通过耦合线圈获取能量，AI为 模拟射频前端，通过整流、稳压电路生成非接触式IC工作电源，此模块中也实现了剩余能 量的检测电路，可以采用电流检测、也可以是电压检测方式或两者同时采用。
[0018] 如图2所示，为一种非接触式IC卡能量自适应方法，给出了此发明的状态转换关 系以及状态转换条件，非接触式IC卡根据从射频场获取能量的变化，并通过调整自身工作 效率，来适应当前的射频场能量，保证能量利用率最大化，进而改善电源系的稳定性、提高 芯片的可靠性。
[0019] 非接触式IC卡上电时为初始态IDLE，之后再根据能量检测结果（ENERGY_DET)进 入不同的工作状态（包括ADD、SUB、SSUB、RETEN)。当ENERGY_DET= 2b' 00时，从IDLE状 态跳转到RETEN;当ENERGY_DET= 2b' 01 时，从IDLE状态跳转到ADD;当ENERGY_DET= 2b' 10时，从IDLE状态跳转到SUB;当ENERGY_DET= 2b' 11时，从IDLE状态跳转到SSUB。 同理，在IDLE之外的其他状态下，根掘ENERGY_DET指示信号，也可以跳转到相应的其他状 态。各个能量自适应状态的说明参见表1 ;能量检测指示信号的编码参见表2;自适应状态 转换条件参见表3。
[0020] 表 1
[0021]
【主权项】
1. 一种非接触式IC卡能量自适应方法，其特征是在非接触IC卡从射频场获取的能量 发生变化时，通过调整自身的性能来适应当前的射频场能量变化，保证能量利用率的最大 化，进而改善电源系的稳定性、提高芯片的可靠性，包括IDLE状态、能量过剩状态ADD、能量 欠缺状态SUB、严重能量欠缺状态SSUB、能量适中状态RETEN;其中： 当系统复位时，进入初始态IDLE; 当检测到能量过剩时进入ADD状态，并对智能卡的工作性能进行提高，可以提高主频 或进入并行工作，使智能卡工作在更高的能效比下； 当检测到能量欠缺时进入SUB状态，并对智能卡的工作性能进行降低，可以降低主频 或进入串行工作模式，保证智能卡消耗的能量与接受的能量相匹配； 当检测到能量严重欠缺时进入SSUB状态，并对智能卡的工作性能进行大幅度降低，可 以迅速降低主频或进入串行工作模式，保证智能卡消耗的能量与接受的能量相匹配； 当检测到能量与当前的功耗相互匹配时进入RETEN状态，保持当前的工作性能不变 化。
2. 如权利要求1所述的一种非接触式IC卡能量自适应方法，其特征在于通过检测智能 卡所接受的剩余能量，可以检测电流或电压方式，对当前的智能卡的工作状态进行调整，以 达到当前工作功耗和所接受能量匹配，使智能卡在能量足够的情况下尽量工作在高性能状 态，在能量缺乏的情况下，通过降低性能尽量工作在更低的场强下。
【专利摘要】本发明公开了一种非接触式IC卡能量自适应方法，主要应用于非接触式智能卡设计领域。通过此方法，非接触式IC卡根据射频场能量情况，可以实现自动调节自身的工作效率。最终达到：射频场强足够大时，通过提高工作效率尽量工作在更高的性能下；场强较小时，通过降低工作效率保证智能卡还能正常工作，防止产生系统复位。采用上述方法后，使非接触式IC卡的功耗管理更加有效，同时还能达到较高的能量利用率。
【IPC分类】G06K7-00
【公开号】CN104794413
【申请号】CN201410427363
【发明人】包乌日吐, 王延斌, 马哲
【申请人】北京中电华大电子设计有限责任公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2014年8月27日