[发明专利]非接触便携数据源的供电装置和方法

说明书

本发明涉及包含终端和便携数据源的数据传输系统，更具体地讲，是涉及在这种数据传输系统中为便携数据设备供电的方法。

已知数据传输系统包含终端设备(有时称作阅读器或激励器)和便携数据设备(有时称作卡或智能卡)。众所周知今天的便携数据设备包含需要从终端设备供电的存储器和处理器设备。一旦这样的便携数据设备(可以是非接触式或接触/非接触式——有时称作混合卡)进入终端设备的激励区域，则能量和数据可以被终端设备传送到便携数据设备。许多因素对便携数据设备可见的视在能量有影响。具体地，对终端设备的不同接近和不同的应用/交易对数据设备看见并使用的能量有影响。如下所述，这些不同的能量水平在卡中产生操作问题。

根据在任意具体时刻所执行的卡的功能，卡所需要的DC电流量是可变的。例如，如果一个简单状态机完全满足访问控制，只读操作模式的需要，则卡可能只在3V电压上吸收300μA级别的电流。如果进行更复杂的交易，例如使用电子钱包在自动售货机上购物或在公共汽车购票，可能需要激活一个微处理器或微控制器，并且根据处理器的复杂度和时钟速度，电流会增加到1mA或更高。这样一种交易有时也需要存储器写入或擦除，并且这种模式会额外增加500-800μA的电流。如果需要非常安全的模式，例如大额交易或高度安全建筑或室内的出入，通常需要一个加密或鉴别算法。这样的功能计算量很大，并且及时完成这种功能通常需要辅助的处理能力。根据实现的时钟速度和复杂度，这些辅助计算模式会使卡中的电流增加5mA或更多。

对于一个给定的卡-阅读器距离，流入阅读器天线的电流必须高于某个级别以便为卡提供足够的能量，使得在校正耦合能量后，可以维持卡的DC电流需求。卡所享有的一个显著优点是能够在离阅读器更远的距离上工作。阅读器制造商通常以当地发射射线规章允许的最大电流驱动天线。阅读器电流越大，意味着无意发射到的远端区域也就越大，这样会在相邻的频段内彼此产生干扰。这就是非接触卡标准组织，例如ISO-14443考虑13.56MHz全世界工业，科学和医学(ISM)频段的原因之一。如图1所述，这个特定的频谱区域允许高功率，窄带应用的强发射射线。

图1说明了一个频谱图100，其中包含一个频谱屏蔽102，该屏蔽描述了ISM频段的FCC规定发射限制。即表示从终端发射的功率电平的实际功率-频率响应曲线104不能超出在所求的频率上的屏蔽102中明确的限制。例如，根据FCC部分15，在30m测量的发射E场强10,000μV/m是在13.56MHz的±7kHz内允许的最大功率电平110。类似地，在这个窄带的外面，发射E场强必须低于在30m测量的30μV/m的一般限制108。

为了与卡通信，阅读器必须对天线电流进行调制。这种检测必须易于在卡上检测以便能够容易地通过一个低复杂度，低费用，低电流消耗的卡接收器进行解调。符合ISO-14443的调制指数值是关于逻辑1或0的平均载波值的额定值的±10％。对于随机数据，这级针对合理数据速率(ISO-14443中的105.9375 kbps)的调制会导致在大约25dBc峰值以下的边带，在无线干扰国际特别委员会(即CISPR-16)9kHz测量带宽中平均为30dBc。这些频谱边带会落在±7kHzISM窗口外面，因而在FCC部分15下，边带在30m处最大为30μV/m。这意味着调制载波最大可以高出25dB，或者对于未调制载波允许533μV/m，甚至可以达到10,000μV/m。

对于现有技术的微处理器卡(3.3Vdc上1mA)，通过这些发射射线电平可以得到的阅读范围量(即终端和便携数据设备之间的最大距离)只有10-12cm。更复杂的交易所需要的任何更高的电流模式只会减小这个阅读范围。

相应地，需要一种允许在便携数据设备上出现依赖于活动的功率电平的数据传输系统。这种在不超过规定限制的情况下可以动态增加功率的数据传输系统对于现有技术是一个改进。

图1说明了在现有技术设备中实现的功率和数据信号的频谱图；

图2说明了描述基于本发明的终端设备的操作的流程图；

图3说明了描述基于本发明的便携数据设备的操作的流程图；

图4说明了基于本发明最优实施例的功率信号的频谱图。