CN104794521B - 一种非接触射频通信带距离控制的nfc全卡 - Google Patents

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Abstract

一种非接触射频通信带距离控制的NFC全卡，涉及移动支付技术领域。本发明包括CPU智能卡和NFC模块。其结构特点是，NFC模块包括NFC射频功能模块、可调谐天线和控制功能模块。NFC射频功能模块包括依次连接的接收灵敏度可调的接收单元、数字信号处理单元和发射功率可调的发射单元。控制功能模块包括调谐控制单元、运算单元和配置单元。可调谐天线包括采用并联方式连接的天线线圈、谐振电容和可调谐振电容阵列。本发明能有效解决集成了NFC模块的手机SIM卡/SD卡在不同品牌、型号移动终端设备上使用时与读卡器有效通信距离变化过大的问题，使用方法简便，同时提高了SIM卡/SD卡对不同品牌、型号手机/移动设备的兼容率。

Description

一种非接触射频通信带距离控制的NFC全卡
技术领域
本发明涉及移动支付技术领域，特别是基于SIM卡/SD卡的非接触射频通信带距离控制的NFC全卡。
背景技术
随着智能手机在移动设备市场上占有率的提升，基于智能手机的相关无线应用得到极大推动和发展。基于无线应用的商业模式也呈现出快速发展势头，因此，有必要将银行卡支付，一卡通支付等多种传统支付手段移植到智能手机等移动设备上。基于智能手机等移动终端设备的支付方式称为移动支付，是NFC近场通信应用中的一种。将具备NFC功能的模块集成/嵌入到移动终端设备上逐渐成为当前移动支付技术的主流发展趋势。
以具备NFC功能的手机为例，当用户需要进行支付交易时，储存在手机/SIM卡/SD卡中的交易信息通过NFC模块与刷卡器完成身份认证和交易过程，支付流程简单，交易时间短，极大地方便了用户和商家。
尽管如此，移动支付当前还未能获得大规模商业运用，原因在于其存在多个技术障碍，其中之一就是支付安全性问题。普通无源非接触式IC卡在进行近场交易时保证安全性的手段之一是控制刷卡距离。对于基于智能手机的移动支付应用来说，这种安全手段是否能有效实现还存在技术问题。
普通非接触式IC卡因其无源工作方式以及应用环境特点，容易满足安全支付要求的通信距离。对于具备NFC功能的手机/SIM卡/SD卡来说，大多为有源工作方式，与无源非接触式IC卡相比应用环境更为复杂，手机电路板，插卡槽，电池，后盖，外壳均会对NFC射频模块工作造成影响。
现有技术中，以SIM卡为例，集成NFC模块的SIM卡称为NFC全卡。NFC全卡天线线圈的等效电感和Q值受不同品牌、型号手机的外壳，电路板，电池，插卡槽等因素影响较大。经实验，不同品牌、型号手机***同一支持移动支付功能的NFC全卡，在相同的通信距离上，NFC全卡上接收信号强度差异超过20dB。再计入NFC全卡间射频性能差异以及工作环境、温度的变化导致射频指标变化。这种射频性能差异造成不同品牌、型号手机使用NFC全卡与读卡器通信时有效通信距离有较大差异，不仅安全交易距离得不到保证，手机兼容性也差。
发明内容
为解决上述现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种非接触射频通信带距离控制的NFC全卡。它能有效解决集成了NFC模块的手机SIM卡/SD卡在不同品牌、型号移动终端设备上使用时与读卡器有效通信距离变化过大的问题，使用方法简便，同时提高了SIM卡/SD卡对不同品牌、型号手机/移动设备的兼容率。
为达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种非接触射频通信带距离控制的NFC全卡，它包括CPU智能卡和NFC模块。其结构特点是，所述NFC模块包括NFC射频功能模块、可调谐天线和控制功能模块。所述控制功能模块分别控制NFC射频功能模块和可调谐天线，NFC射频功能模块和可调谐天线相互连接。NFC射频功能模块，包括依次连接的接收灵敏度可调的接收单元、数字信号处理单元和发射功率可调的发射单元；NFC射频功能模块用于发射13.56MHz射频信号并检测可调谐天线两端信号强度。
控制功能模块，包括调谐控制单元、运算单元和配置单元，调谐控制单元分别连接到运算单元和配置单元。调谐控制单元用于执行天线调谐流程，运算单元用于计算与可调谐天线配置数据对应的发射功率配置数据和接收灵敏度配置数据；配置单元用于配置可调谐天线和配置射频功能单元发射功率与接收灵敏度。
可调谐天线，包括采用并联方式连接的天线线圈、谐振电容和可调谐振电容阵列；用于接收外界射频信号和将射频信号发射到自由空间。
本发明由于采用了上述结构，使得全卡设备当前应用和距离要求下NFC全卡的天线调谐配置与发射功率配置数据数学模型，天线调谐配置数据与接收灵敏度配置数据数学模型。能使得不同品牌、型号手机***本发明支持移动支付功能的NFC全卡后，与读卡器通信时有效通信距离差异不大，安全交易距离能够得到保证。距离校准全程无需外界设备接入和用户参与，使用方法简化，同时提高了NFC模块/SIM卡/SD卡对不同品牌、型号手机/移动设备的兼容率。
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
图 1 为本发明中的结构示意图；
图 2为本发明NFC全卡的天线调谐与距离校准流程图。
具体实施方式
参看图1，本发明非接触射频通信带距离控制的NFC全卡，它包括CPU智能卡2和NFC模块1。NFC模块1包括NFC射频功能模块4、可调谐天线3和控制功能模块5。控制功能模块5分别控制NFC射频功能模块4和可调谐天线3，NFC射频功能模块4和可调谐天线3相互连接。
NFC射频功能模块4，包括依次连接的接收灵敏度可调的接收单元4.3、数字信号处理单元4.2和发射功率可调的发射单元4.1；NFC射频功能模块4用于发射13.56MHz射频信号并检测可调谐天线3两端信号强度；
控制功能模块5，包括调谐控制单元5.2、运算单元5.3和配置单元5.1。调谐控制单元5.2分别连接到运算单元5.3和配置单元5.1；调谐控制单元5.2用于执行天线调谐流程，运算单元5.3用于计算与可调谐天线3配置数据对应的发射功率配置数据和接收灵敏度配置数据；配置单元5.1用于配置可调谐天线3和配置射频功能单元4发射功率与接收灵敏度。
可调谐天线3，包括采用并联方式连接的天线线圈3.1、谐振电容3.2和可调谐振电容阵列3.3；用于接收外界射频信号和将射频信号发射到自由空间。
本发明NFC全卡在出厂前，芯片厂商/卡商需做如下工作：
A、针对特定应用的通信距离要求，将NFC全卡***不同品牌、型号手机进行批量测试，获得当前应用和距离要求下NFC全卡的天线调谐配置与发射功率配置数据数学模型，天线调谐配置数据与接收灵敏度配置数据数学模型。
B、将上述数学模型植入NFC全卡初始化流程，将天线调谐与距离校准流程植入NFC全卡初始化流程。植入方式既可以硬件定制实现，也可以软件写入片上***COS的方式实现。
C、NFC全卡出厂前配置天线，使天线在自由空间状态下谐振。
用户拿到经上述处理的NFC全卡，将卡***手机卡槽。NFC全卡自动执行上电复位初始化和天线调谐与距离校准流程。
参看图2，NFC全卡天线调谐与距离校准的流程为：
① 流程开始；
② 取第一组天线配置数据；
③ 发射射频信号，检测可调谐天线3两端信号强度；
④ 比较当前信号强度Pn与前一信号强度Pn-1，若Pi<=Pi-1，不记录当前天线配置数据；若Pi>Pi-1，记录当前天线配置数据；
⑤ 若未遍历所有天线配置，则逐个测定，找出所有天线配置中能使天线两端信号强度最大的一组；若已经完成遍历，认为天线已经在所记录的天线配置数据下谐振；
⑥ 根据找出的天线配置数据计算发射功率配置数据和接收灵敏度配置数据；
⑦ 配置视频功能模块4发射功率与接收灵敏度指标；
⑧ 终止流程。
图2中，RFM表示射频模块，N为可调谐天3配置总数量，TS为保留的天线配置数据，TSn和TSn-1分别表示当前和上一个天线配置数据；
Pn和Pn-1分别表示可调谐天线3当前配置数据下和前一配置数据下对应的可调谐天线3两端信号强度；
TP表示发射功率配置数据，RS表示接收灵敏度配置数据；
可调谐天线3配置数据与发射功率配置数据数学模型，以函数TP=Fn1(TS)表示；
可调谐天线3配置数据与接收灵敏度配置数据数学模型，以函数RS=Fn2(TS)表示。
本发明NFC全卡上电初始化后，执行天线调谐与距离校准流程即可完成对特定应用下NFC全卡的距离校准工作，达到射频通信距离控制的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉此技术的本领域技术人员在本发明公开的技术范围内，显而易见得到的变换或者替换，都应该属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种非接触射频通信带距离控制的NFC全卡，它包括CPU智能卡（2）和NFC模块（1），其特征在于，所述NFC模块（1）包括NFC射频功能模块（4）、可调谐天线（3）和控制功能模块（5）；所述控制功能模块（5）分别控制NFC射频功能模块（4）和可调谐天线（3），NFC射频功能模块（4）和可调谐天线（3）相互连接；
NFC射频功能模块（4），包括依次连接的接收灵敏度可调的接收单元（4.3）、数字信号处理单元（4.2）和发射功率可调的发射单元（4.1）；NFC射频功能模块（4）用于发射13.56MHz射频信号并检测可调谐天线（3）两端信号强度；
控制功能模块（5），包括调谐控制单元（5.2）、运算单元（5.3）和配置单元（5.1），调谐控制单元（5.2）分别连接到运算单元（5.3）和配置单元（5.1）；调谐控制单元（5.2）用于执行天线调谐流程，运算单元（5.3）用于计算与可调谐天线（3）配置数据对应的发射功率配置数据和接收灵敏度配置数据；配置单元（5.1）用于配置可调谐天线（3）和配置射频功能单元（4）发射功率与接收灵敏度；
可调谐天线（3），包括采用并联方式连接的天线线圈（3.1）、谐振电容（3.2）和可调谐振电容阵列（3.3）；用于接收外界射频信号和将射频信号发射到自由空间。
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