[发明专利]一种非接触式智能卡解调系统中自适应阈值调节方法

说明书

技术领域

本发明涉及符合ISO/IEC14443Type A协议的非接触式IC卡的解调系统中自适应阈值调节方法。针对不同场强不同天线波形，自适应地选择最佳比较阈值，使解调系统得到规范的解调数据。

背景技术

IC卡的概念是20世纪70年代初提出来的，法国布尔（BULL）公司于1976年首先创造出智能卡样品，并将这项技术应用于金融、交通、医疗和身份证明等多个行业。根据卡与外界数据传送的形式，IC卡可以分为接触式IC卡和非接触式IC卡。根据ISO/IEC14443-2A协议规定，智能卡读卡器产生耦合到IC卡的RF电磁场，用以传送能量和双向通信。RF场的场强范围是1.5A/m～7.5A/m，载波频率f_c为13.56MHz±7kHz。数据传输率=13.56MHz/128=106Kb/s,一位数据所占的时间周期为9.4us。调制方式采用100%的ASK（幅度键控调制），在RF场中创造一个“间隙（pause）”来传输二进制数据。ISO/IEC14443Type A协议规定的Pause波形如图1所示。100%ASK调制信号经如图2所示的解调电路后，输出波形如图3所示，VA为包络检波器在A点输出的输出的RF包络信号，其直流由电压跟随放大器固定在600mV，DIN为VA与阈值电压Vref在比较器中比较后得到解调数据。

国际规范规定了如图4所示的三种典型的天线波形：一种正常情况（t₁=3μs，t₂=1.4μs）和两种极端情况（极端情况1：t₁=3μs，t₂=0.5μs；极端情况2：t₁=2μs，t₂=0.7μs）。每种情况在不同的场强下天线波形都会有不同的变化，图5给出了极端情况1下包络波形随场强增大的大致变化趋势。

2012年4月发表在《中国集成电路》中的论文“双界面智能卡芯片中盲区问题的分析与解决”对盲区问题进行了研究：由于场强变化范围大，在3A/m～6A/m的场强下天线波形下降速度慢，并且下降过程有一个过渡区，包络波形与固定阈值比较得到的解调数据pause宽度很窄，只有0.5μs，与规范的3μs宽度相差很大。后来即使改进模拟电路，最终得到的pause宽度仍然只有1.8μs。

由此可以看出，非接触式智能卡天线波形的变化非常大，由模拟电路得到的包络波形变化也是很大的。如果比较器的比较阈值是固定值，不同情况下得到的Pause的宽度变化会很大。以阈值选在300mV（满幅电压定在600mV）为例，最小的时候宽度可以到0.5μs，而标准的pause宽度是3μs。

发明内容

针对非接触式智能卡解调系统比较器固定阈值不能很好地适应不同场强和天线波形变化大的问题，本发明提供了一种解调系统中比较器阈值自适应调节的方法，阈值随着包络波形的变化自动调节。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

对非接触式智能卡解调系统进行改进，增加自适应阈值调节电路。改进后的结构框图如图6所示，包括模拟前端和数字电路两部分，数字电路又包括数字解调电路和自适应阈值调节电路（图6中的虚线标注部分）。

模拟前端将RF信号进行包络检波，A点输出的包络信号的直流电压由跟随放大器固定在Vbuf，包络信号在比较器中与阈值进行比较得到解调数据。比较器的阈值有固定的多种选择，阈值选择由数字电路返回的Vref_config信号来控制。

自适应阈值调节电路完成阈值的自动调节，主要由阈值调节控制模块、采样模块、采样次数计数器、零个数计数器、判断模块、调节模块和延时模块等组成。

阈值调节控制模块，负责配置调节参数并输出调节使能信号tune_en。在智能卡上电初始化配置结束以及每次发数结束之后并等待一段时间，tune_en有效；在收到判断模块输出的调节结束信号tune_over以后，tune_en无效，本次调节结束。配置的参数主要有阈值调节的最高阈值Vmax、最低阈值Vmin、阈值步长、采样ΔV、次数上限值CNT_TIMES、零个数上限值NUM0、初始化延时等待时间PRE_TIME以及切换延时等待时间WAIT_TIME。

采样模块的功能是用13.56MHZ的时钟对模拟前端比较器的输出信号进行采样。

采样次数计数用于记录采样过程中采样的次数。