专利名称：适于随非接触式交易设备使用的多天线读取系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及非接触式卡读取系统和方法。
背景技术：
相信以下专利出版物代表了该技术的当前状况 美国专利3，395，353;4，497，068 ;4，857，760 ;4，951，044 ;5，241，160 ;5，349，173 ;5，357，091 ;5，539，188 ;5，640，003 ;5，698，838 ;5，801，372 ;5，812，942 ；5，815，020 ;5，825，329 ;5，831，257 ;5，864，126 ;5，874，725 ;5，978，655 ;6，021，951 ；6，074，312 ；RE36769 ;6，161，762 ;6，202，927 ;6，209，592 ;6，234，902 ;6，329，139 ；6，375，082 ;6，445，743 ;6，507，130 ;6，517，000 ;6，533，178 ;6，601，770 ;6，686，847 ；6，769，604 ;6，883，103 ;7，064，651 ;7，075，434 ;7，091，412 ;7，162，302 ;7，183，929 ；7，207，488 ;7，260，221 ;7，280，970 ;7，334，735 和 7，383，297。发明概述本发明试图提供改进的非接触式卡读取系统和方法。由此根据本发明的优选实施方式提供适用于随非接触式交易设备使用的多天线读取系统，该系统包括至少一个读取器、至少第一和第二天线以及天线功能禁用电路，至少第一和第二天线具有至少一些在其间的感应耦合并且被可操作地连接到至少一个读取器，天线功能禁用电路在至少第一和第二天线的至少第一天线激活时自动运作以禁用至少第一和第二天线的至少第二天线的天线功能。优选地，第一和第二天线中的一个的激活包括作为由读取器产生的信号的结果，由第一和第二天线中的一个生成RF场。根据本发明的优选实施方式，天线功能禁用电路从至少一个读取器接收控制信号。可选地，天线功能禁用电路从至少第一和第二天线中的至少一个接收控制信号。优选地，至少一个读取器还包括通信、计算和逻辑功能中的至少一个。根据本发明的优选实施方式，至少第一和第二天线中的每个被安排与智能卡通信。根据本发明的优选实施方式，系统至少是访问控制系统的部分。另外地或者可选地，系统至少是识别系统的部分。可选地或者另外地，系统至少是支付系统的部分。优选地，至少第一和第二天线中的每个包括天线线圈和天线匹配电路。根据本发明的优选实施方式，天线功能禁用电路可操作来可选择地有效地短路天线线圈。可选地，天线功能禁用电路可操作来可选择地改变天线线圈的谐振频率。可选地，天线功能禁用电路可操作来可选择地改变天线线圈的品质因数(Q-factor)。作为另一可选方案，天线功能禁用电路可操作来可选择地防止由天线线圈生成RF场。
优选地，控制信号包括整流的RF信号输出。另外地或者可选地，控制信号通过专用线路从至少一个读取器被路由到至少第一和第二天线。可选地，控制信号被叠加在RF信号上通过单个电缆从至少一个读取器被路由到至少第一和第二天线。根据本发明的优选实施方式，读取器包括可操作来防止RF信号被衰减的至少第一和第二低通滤波器。根据本发明的优选实施方式，至少第一和第二天线中的每个还包括低通滤波器。另外地，低通滤波器包括串联的电感器、电阻器和电容器。优选地，至少一个读取器包括微控制器以及至少第一和第二 RF收发器。根据本发明的优选实施方式，至少第一和第二天线包括多于两个天线，而天线功能禁用电路对多于两个天线操作以致多于一个的天线可以同时被激活，且多于一个的天线可以同时被停用。另外地或者可选地，至少一个读取器包括连接到至少第一和第二天线中 的多个天线的多个读取器，并且多于一个的天线可以同时被激活且多于一个的天线可以同时被停用。根据本发明的优选实施方式，至少一个读取器包括多个读取器，至少第一天线被可操作地连接到多个读取器的第一读取器，且至少第二天线被可操作地连接到多个读取器的第二读取器。可选地，至少一个读取器包括一个读取器，而至少第一天线和至少第二天线被可操作地连接到该一个读取器。附图简述根据结合附图所进行的以下详细描述，本发明将被更完全地理解和领会，在附图中图IA是在运输系统环境中根据本发明的优选实施方式构建和运作的非接触式卡读取系统的简化的、部分形象化的、部分方框图的图解；图IB是在访问控制系统环境中根据本发明的优选实施方式构建和运作的非接触式卡读取系统的简化的、部分形象化的、部分方框图的图解；图2A、2B和2C是有助于
图1A&1B的实施方式的多天线读取系统的三个可替换的实施方式的简化的方框解。图3是图2C的实施方式中天线模块的简化的电路图；图4是与图3的实施方式的操作相一致的简化的信号图；图5A和5B是分别有助于图2A和2B的实施方式的读取器的简化的图解。图6A、6B和6C是有助于图2C的实施方式的读取器的三个可替换的实施方式的简化的图解；以及图7是图示图2A-2C中的任意一个的实施方式的操作的一些特征的简化的流程图。优选实施方式的详细描述现在参考图1A，图IA是在传输系统环境中根据本发明的优选实施方式构建和运作的非接触式卡读取系统的简化的、部分形象化的、部分方框图的图解。如在图IA中可看出的，提供了十字转门100，十字转门100具有中心柱102和一对管理行人穿过一对通道108和109的通过的可旋转的十字转门转台104和105，每个人怀有非接触式卡，例如预付的运输系统智能卡106和107。十字转门转台104和105中的每个的操作由包括一对邻近布置的天线110和112的十字转门控制电路独立地管理，该天线优选地布置在柱子102的顶部表面114上。由于期望最小化柱子102的宽度，天线110和112可以被足够靠近彼此地放置，以便于在其间具有至少一些感应耦合。天线110和112被耦合到一个或者多个读取器116。在此使用的术语“读取器”是广泛意义上的，并且包括常规的非接触式读取器以及可选的通信、计算和逻辑功能。天线110被安排读取穿过通道108通过的人的智能卡106，而天线112被安排读取穿过通道109通过的人的智能卡107。可以领会到邻近天线110放置的智能卡106被替代地由天线112读取并由此操作转台105而不是转塔104是不可接受的。还可以领会到智能卡106和107通常可以在任意给定的时间在其中载入不同的值，或者不同的有效的支付安排，并且该十字转门控制电路通常根据例如，旅行的距离或者当前有效的支付安排，来对智能卡106和107收取不同的费用。 本发明的特定功能在于提供天线功能禁用电路120，当天线110和112的至少第一天线激活时，天线功能禁用电路120自动地运作以禁用天线110和112的第二天线的天线功能，从而防止非接触式卡106在天线112处的不慎读取。天线功能禁用电路120通常包括与天线110和112中的每一个相关的电路，以及与读取器116相关的电路。可选地，天线功能禁用电路120不需要与读取器116相关。
天线110和112、读取器116和天线功能禁用电路120—起被称为多天线读取系统。现在参考图1B，图IB是在访问控制系统环境中根据本发明的优选实施方式构建和运作的非接触式卡读取系统的简化的、部分形象化的、部分方框图的图解。为了方便和清晰起见，图IB的实施方式中可能与以上图IA的实施方式中描述的那些项目相同的项目被给予相同的参考号码。如在图IB中可以看出的，提供了与门134的门锁132相关的双向访问控制终端组件130。双向访问控制终端组件130管理人穿过门134的通过，每个人怀有非接触式卡，例如访问控制卡136和137。门锁132的操作通过访问控制电路来关联，访问控制电路形成组件130的一部分并包括一对邻近布置的天线110和112，天线110和112优选布置在邻近门134的墙壁138的相对侧上。实际上，天线110和112可以足够靠近彼此地被放置，以便于在其间具有至少一些感应耦合。天线110和112被耦合到一个或者多个读取器116。在此使用的术语“读取器”是广泛意义上的，并且包括常规的非接触式读取器以及可选的通信、计算和逻辑功能。天线110被安排读取在第一方向上穿过门134通过的人的智能卡136，而天线112被安排读取在与第一方向相反的方向上穿过门134通过的人的智能卡137。可以领会到邻近天线110放置的智能卡136被替代地由天线112读取并由此在不正确的方向登记访问是不可接受的。还可以领会到通常智能卡136和137可以在其中载入不同的访问权利，例如，卡片136的持有人可以被授权在一个方向穿过门134通过，而在另一个方向被授权。如在图IA的实施方式中所示的，本发明的特定功能在于提供天线功能禁用电路120，当天线110和112的至少第一天线激活时，天线功能禁用电路120自动地运作以禁用天线110和112的第二天线的天线功能,从而防止非接触式卡106在天线112处的不慎读取。天线功能禁用电路120通常包括与天线110和112中的每一个相关的电路，以及与读取器116相关的电路。可选地，天线功能禁用电路120不需要与读取器116相关。现在将参考图2A-2C来描述天线功能禁用电路120的不同的实施例。天线110和112、读取器116和天线功能禁用电路120—起被称为多天线读取系统。现在参考图2A、2B和2C，图2A、2B和2C是图1A&1B的多天线读取系统的三个可替换的实施方式的简化的方框解。在图2A的实施方式中，读取器116优选地如在下文描述的图5A中所示出的。一 对天线模块210和212优选地通过同轴电流连接被耦合到读取器116。天线模块210包括与天线110和112中的任何一个相一致的天线线圈220,天线线圈220通过天线匹配电路221和通过禁用电路222被耦合到读取器116，禁用电路222可选择地有效地短路天线线圈220或者另外地改变其谐振频率或者品质因数。可选地，禁用电路222可以另外地防止由天线生成的RF场。天线模块212包括与天线110和112中的另一个相一致的天线线圈226，天线线圈226通过天线匹配电路227和通过禁用电路228被耦合到读取器116，禁用电路228可选择地有效地短路天线线圈220或者另外地改变其谐振频率或者品质因数。可选地，禁用电路222可以另外地防止由天线生成的RF场。天线匹配电路221/227优选地是在申请人/受让人的美国专利5，241，160中所描述的类型，其公开内容据此以引用方式并入。本发明的特定功能在于在天线线圈220的激活期间运作读取器116以提供禁用信号至禁用电路228，以及在天线线圈226的激活期间运作读取器116以提供禁用信号至禁用电路222。被提供至禁用电路228的禁用信号可操作来短路天线线圈226，而被提供至禁用电路222的禁用信号可操作来短路天线线圈220。在图2B的实施方式中，读取器116优选地如在下文描述的图5B中所示出的。一对天线模块230和232优选地通过同轴电流连接被耦合到读取器116。天线模块230包括与天线110和112中的任何一个相一致的天线线圈240,天线线圈240通过天线匹配电路241和通过禁用电路242被耦合到读取器116，禁用电路242可选择地有效地短路天线线圈240。天线模块232包括与天线110和112中的另一个相一致的天线线圈246，天线线圈246通过天线匹配电路247和通过禁用电路248被耦合到读取器116，禁用电路248可选择地有效地短路天线线圈246。天线匹配电路241/247优选地是在申请人/受让人的美国专利5，241，160中所描述的类型，其公开内容据此以引用方式并入。本发明的特定功能在于由读取器116通过与天线模块230同轴电流连接输出的RF信号被整流和使用来在天线线圈240的激活期间对禁用电路248提供禁用信号，而由读取器116通过与天线模块232同轴电流连接输出的RF信号被整流和使用来在天线线圈246的激活期间对禁用电路242提供禁用信号。被提供至禁用电路248的禁用信号可操作来短路天线线圈246，而被提供至禁用电路242的禁用信号可操作来短路天线线圈240。
在图2C的实施方式中，读取器116优选地是如在下文描述的图6A、6B和6C中所示出的可替换的实施方式中的任何一个所示出的。一对天线模块250和252优选地通过同轴电流连接被耦合到读取器116。天线模块250包括与天线110和112中 任何一个相一致的天线线圈260,天线线圈260通过天线匹配电路261和通过禁用电路262被耦合到读取器116，禁用电路262响应于通过低通滤波器264接收的禁用信号来可选择地有效地短路天线线圈260。天线模块252包括与其它天线110和112相一致的天线线圈266，天线110和112通过天线匹配电路267和通过禁用电路268被耦合到读取器116，其可响应于通过低通滤波器269接收的禁用信号来选择地有效地短路天线线圈266。天线匹配电路261/267优选地是在申请人/受让人的美国专利5，241，160中所描述的类型，其公开内容据此以引用方式并入。本发明的该实施方式的特定功能在于读取器116沿与天线模块250和252的同轴电流连接提供叠加的RF和DC控制信号。读取器116包括一对防止RF信号被衰减的低通滤波器270和271。本发明的该实施方式的特定功能在于在天线线圈260的激活期间运作读取器116以提供禁用信号至禁用电路268，以及在天线线圈266的激活期间运作读取器116以提供禁用信号至禁用电路262。被提供至禁用电路268的禁用信号可操作来短路天线线圈266，而被提供至禁用电路262的禁用信号可操作来短路天线线圈260。在图2C的实施方式中，来自读取器116的DC控制信号通过同轴电流连接和低通滤波器264/269被路由。现在参考图3，图3图示了图2C的实施方式中天线模块250和252中的每个。如在图3中看到的，包括串联的电感器272、电阻器274和电容器276的低通滤波器264/269被耦合在到匹配电路261/267的信号输入端和地之间。低通滤波器264/269的输出端优选地在电阻器274和电容器276的接合处，作为提供至禁用电路262/268的禁用信号，禁用电路优选地是光耦合器278。电阻器274控制用于激活光耦合器278的二极管280的输入电流。现在参考图4，图4图示了图2C和3的电路的操作。具体参考图2C中所示出的优选实施方式，在图4中，迹线A图示了天线模块250中同轴电流连接携带的信号，迹线B图示了由读取器116提供的DC控制信号，该DC控制信号被叠加到读取器116的RF输出上以形成迹线A中的信号。迹线C图示了由天线模块250的低通滤波器264输出的DC信号。可以领会到迹线C中DC信号的电压由电阻器274来管理以便适合于光耦合器278的二极管280。迹线D图示了由天线模块252中同轴电流连接携带的信号。迹线E图示了由读取器116提供的第二 DC控制信号，该第二 DC控制信号被叠加到读取器116的RF输出上以形成迹线D中的信号。迹线F图示了由天线模块252的低通滤波器269输出的DC信号。如在图3和图4的迹线A和C中所看到的，当天线模块250的天线线圈260工作时，RF信号由同轴电流连接来携带。低通滤波器264阻断该RF信号，其结果是禁用信号不被提供到开关262，而当天线模块250的天线线圈260不工作时，来自读取器116的DC控制信号通过同轴电流连接来路由，通过低通滤波器264并且作为禁用信号被提供到开关262。再如在图3和图4的迹线D和F中所看到的，当天线模块252的天线线圈266工作时，RF信号由同轴电流连接来携带。低通滤波器269阻断该RF信号，其结果是禁用信号不被提供到开关268，而当天线模块252的天线线圈266不工作时，来自读取器116的DC控制信号通过同轴电流连接被路由，通过低通滤波器269并且作为禁用信号被提供到开关268。现在参考图5A和5B，图5A和5B分别是有助于图2A和2B的实施方式的读取器的简化的图解。在图5A的实施方式中，微控制器280，例如MCS’51，与第一和第二 RF收发器282和284交接，第一和第二 RF收发器282和284通常是NXP RC531芯片，它们的输出端分别被提供至天线模块210和212。微控制器280将禁用控制信号提供至对应的禁用电路 222 和 228。在图5B的实施方式中，微控制器290，例如MCS’51，与第一和第二 RF收发器292和294交接，第一和第二 RF收发器292和294通常是NXPRC531芯片，它们的输出在图4中分别作为迹线A和D的RF部分出现。现在参考图6A、6B和6C，图6A、6B和6C是有助于图2C的实施方式中的读取器的三个可替换的实施方式的简化的图解。在图6A的实施方式中，微控制器300，例如MCS’ 51，与第一和第二 RF收发器302和304交接，第一和第二 RF收发器302和304通常是NXP RC531芯片，它们的输出在图4中分别作为迹线A和D的RF部分出现。微控制器300优选地提供两个通过同轴电流连接被路由到对应的天线模块250和252的禁用控制信号，这两个禁用控制信号在图4中分别作为迹线A和D的DC部分出现。提供低通滤波器306和308以防止RF信号被衰减。在图6B的实施方式中，微控制器310，例如MCS’51，与RF收发器312交接，RF收发器312通常是NXP RC531芯片，该芯片的输出由放大器314和316放大，在图4中分别作为迹线A和D的RF部分出现。微控制器310优选地提供两个通过同轴电流连接被路由到对应的天线模块250和252的禁用控制信号，这两个禁用控制信号在图4中分别作为迹线A和D的DC部分出现。提供低通滤波器318和320以防止RF信号被衰减。来自天线模块250和252的Rx信号通过电阻器322和324被路由回RF收发器312。电阻器322和324作为来自天线模块250和252的信号的无源混频器起作用，其中在任意特定时间天线模块中只有一个是激活的，并且从而有效地将Rx信号从激活的天线模块路由到RF收发器312。在图6C的实施方式中，微控制器330，例如MCS’ 51，与RF收发器332交接，RF收发器332通常是NXP RC531芯片，该芯片的输出由开关334和336控制，在图4中分别作为迹线A和D的RF部分出现。微控制器330优选地提供两个控制开关334和336的使能控制信号。两个使能控制信号还通过反相器338和340被反相，以提供两个通过同轴电流连接被路由到对应的天线模块250和252的禁用控制信号，禁用控制信号在图4中分别作为迹线A和D的DC部分出现。提供低通滤波器342和344以防止RF信号被衰减。现在参考图7，图7是图示使用图2A-2C中任意图中的电路的本发明的实施方式的操作的简化的流程图。如在图7中看到的，读取器116优选地激活第一天线，第一天线可以是天线110和112中的任一个，并且通常同时停用第二天线，第二天线是天线110和112中的另一个。第一天线的激活以及第二天线的对应的停用持续至少时间T。第一天线的激活在其总体区域生成RF场，并且向智能卡发送叠加到RF场上的询问消息。例如，该类型的天线功能可以根据 IS0/IEC 14443 标准或者 IS0/IEC 15693 标准。如果智能卡，例如卡106、107、136和137中的一个，在持续时间T内响应来自第一、天线的询问消息，则在读取器116和卡之间建立起双向通信，该双向通信可以继续超出持续时间T。在该通信终止之后，通常不管卡是否从第一天线的RF场被移除，读取器116停用第一天线，并且通常同时地激活第二天线。然而，如果智能卡，例如卡106、107、136和137中的一个，在持续时间T内不响应
来自第一天线的询问消息，读取器116停用第一天线，并且通常同时激活第二天线持续时间T。第二天线的激活在其总体区域生成RF场，并且向智能卡发送叠加到RF场上的询问消
肩、O如果智能卡，例如卡106、107、136和137中的一个，在持续时间T内响应来自第二天线的询问消息，则在读取器116和卡片之间建立起双向通信，该双向通信可以继续超出持续时间T。在该通信终止之后，通常不管卡是否从第二天线的RF场被移除，读取器116停 用第二天线，并且通常同时地激活第一天线。然而，如果智能卡，例如卡106、107、136和137中的一个，在持续时间T内不响应
来自第二天线的询问消息，则读取器116停用第二天线，并且通常同时激活第一天线持续时间T。可以领会到持续时间T不必全部是相同的。还可以领会到本发明的系统可以使用多于两个天线操作，并且在上文中描述的功能容易适用于多天线操作。在这种情况下，多于一个的天线可以同时被激活，并且多于一个的天线可以同时被停用。本领域中的技术人员将领会到本发明并不局限于在上文中特别地示出和描述的内容。而是本发明的范围包括在上文中描述的不同特征的组合和子组合以及现有技术中没有示出的其变化和修改两者。
权利要求
1.一种适于随非接触式交易设备使用的多天线读取系统，所述系统包括 至少一个读取器； 至少第一和第二天线，所述至少第一和第二天线具有至少一些在其间的感应耦合并且被可操作地连接到所述至少一个读取器；以及 天线功能禁用电路，所述天线功能禁用电路在所述至少第一和第二天线的至少第一天线激活时自动运作以禁用所述至少第一和第二天线的至少第二天线的天线功能。
2.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中，对所述第一和第二天线中的一个的所述激活包括作为由所述读取器产生的信号的结果，由所述第一和第二天线的所述一个生成RF场。
3.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述天线功能禁用电路从所述至少一个读取器接收控制信号。
4.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述天线功能禁用电路从所述至少第一和第二天线中的至少一个天线接收控制信号。
5.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述至少一个读取器还包括通信、计算和逻辑功能中的至少一个。
6.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述至少第一和第二天线中的每个被安排与智能卡通信。
7.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述系统是访问控制系统的至少一部分。
8.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述系统是识别系统的至少一部分。
9.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述系统是支付系统的至少一部分。
10.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述至少第一和第二天线中的每个包括天线线圈和天线匹配电路。
11.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述天线功能禁用电路可操作来可选择地有效地短路所述天线线圈。
12.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述天线功能禁用电路可操作来可选择地改变所述天线线圈的谐振频率。
13.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述天线功能禁用电路可操作来可选择地改变所述天线线圈的品质因数。
14.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述天线功能禁用电路可操作来可选择地防止由所述天线线圈生成RF场。
15.根据权利要求4所述的多天线读取系统，并且其中所述控制信号包括整流的RF信号输出。
16.根据权利要求3所述的多天线读取系统，并且其中所述控制信号通过专用线路从所述至少一个读取器被路由到所述至少第一和第二天线。
17.根据权利要求2和3所述的多天线读取系统，并且其中所述控制信号被叠加在所述RF信号上通过单个电缆从所述至少一个读取器被路由到所述至少第一和第二天线。
18.根据权利要求17所述的多天线读取系统，并且其中所述读取器包括可操作来防止所述RF信号被衰减的至少第一和第二低通滤波器。
19.根据权利要求17所述的多天线读取系统，并且其中所述至少第一和第二天线中的每个还包括低通滤波器。
20.根据权利要求19所述的多天线读取系统，并且其中所述低通滤波器包括串联的电感器、电阻器和电容器。
21.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述至少一个读取器包括微控制器以及至少第一和第二 RF收发器。
22.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述至少第一和第二天线包括多于两个天线，而天线功能禁用电路对所述多于两个天线操作，以致多于一个的天线能够同时被激活且多于一个的天线能够被同时停用。
23.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中所述至少一个读取器包括连接到所述至少第一和第二天线中的多个天线的多个读取器，并且多于一个的天线能够同时被激活且多于一个的天线能够同时被停用。
24.根据权利要求I所述的多天线读取系统,并且其中 所述至少一个读取器包括多个读取器； 所述至少第一天线被可操作地连接到所述多个读取器中的第一读取器；以及 所述至少第二天线被可操作地连接到所述多个读取器中的第二读取器。
25.根据权利要求I所述的多天线读取系统，并且其中 所述至少一个读取器包括一个读取器；以及 所述至少第一天线和所述至少第二天线被可操作地连接到所述一个读取器。
全文摘要
一种适于随非接触式交易设备使用的多天线读取系统，该系统包括至少一个读取器、至少第一天线和第二天线以及天线功能禁用电路，至少第一天线和第二天线具有至少一些在其间的感应耦合并且被耦合到至少一个读取器，天线功能禁用电路在至少第一和第二天线的至少第一天线激活时自动运作以禁用至少第一和第二天线的至少第二天线的天线功能。
文档编号H01Q7/00GK102741857SQ201180007454
公开日2012年10月17日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月17日
发明者奥迪德·巴尚, 尼赫姆亚·伊泰, 罗尼·吉尔伯 申请人:奥迪安有限公司