專(zhuān)利名稱(chēng)：一種降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡功耗的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡功耗的方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信終端，比如手機(jī)的應(yīng)用普及，基于移動(dòng)通信終端的電子錢(qián)包，手機(jī)門(mén)禁、手機(jī)支付等新的應(yīng)用也越來(lái)越引起人們的廣泛興趣。要滿(mǎn)足這些應(yīng)用，最好的方式是跟現(xiàn)有射頻卡刷卡使用方式相同或者相近。這就要求移動(dòng)通信終端能夠像射頻卡一樣可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信來(lái)跟消費(fèi)終端、或者門(mén)禁控制器來(lái)交換數(shù)據(jù)。通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付等功能，需要在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)通信功能，目前在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)通信功能主要有以下幾種模式，第一種模式是NFC手機(jī)，是在現(xiàn)有的手機(jī)上集成 NFC通信模塊(Near FieldCommunication)，采用的是13. 56MHz的低頻感應(yīng)模式，屬于被動(dòng)式，需要用戶(hù)更換手機(jī)；第二種模式是在手機(jī)SIM上加裝13. 56MHz的低頻感應(yīng)模塊，需要改裝SIM卡，并且在SIM上會(huì)帶很大一個(gè)感應(yīng)電路，這種模式無(wú)法大規(guī)模商業(yè)化；第三種模式是在手機(jī)上加裝2. 4G的有源高頻感應(yīng)模式，能有效的解決穿透問(wèn)題，該種模式在日本得到發(fā)展，缺點(diǎn)是用戶(hù)需要專(zhuān)用的手機(jī)，這一點(diǎn)不適合用戶(hù)更換手機(jī)的使用習(xí)慣；第四種模式是在SIM卡上集成2. 4G的有源高頻感應(yīng)模塊(以下稱(chēng)RF-SIM卡)，該種模式非常符合用戶(hù)的使用習(xí)慣。我國(guó)國(guó)內(nèi)正在推廣的是第四種模式，并作為移動(dòng)支付的首要標(biāo)準(zhǔn)，但就目前的商用情況，主要存在以下缺點(diǎn)第一是手機(jī)對(duì)RF-SIM的適應(yīng)性問(wèn)題，第二是RF-SIM卡和 RF-SIM卡讀卡裝置之間的配合問(wèn)題，主要表現(xiàn)在讀卡速度慢，讀卡距離不穩(wěn)定，控制讀卡距離難，對(duì)于同一個(gè)讀卡裝置，有的手機(jī)讀卡距離很近，有的手機(jī)讀卡距離很遠(yuǎn)，第三是讀卡后手機(jī)屏幕顯示結(jié)果慢。以上缺點(diǎn)，從產(chǎn)品上來(lái)說(shuō)，主要?dú)w結(jié)于兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)問(wèn)題是高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的技術(shù)不過(guò)關(guān)，功耗高、瞬間電流大，讀卡速度慢，導(dǎo)致很多手機(jī)不能適用這種高頻無(wú)線(xiàn)智能卡，或因讀卡速度慢，用戶(hù)體驗(yàn)效果很差，導(dǎo)致推廣工作進(jìn)展遲緩。另一個(gè)問(wèn)題是讀卡裝置的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在對(duì)讀卡距離缺少行之有效的控制方法?？傊F(xiàn)有的技術(shù)推出的產(chǎn)品不僅成本高，而且體驗(yàn)效果不好，從而影響了現(xiàn)有移動(dòng)商務(wù)用戶(hù)的體驗(yàn)及商業(yè)化進(jìn)程，這也是目前推廣該技術(shù)應(yīng)用的障礙之一。如何實(shí)現(xiàn)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的低功耗，有效控制瞬間電流及實(shí)現(xiàn)高速刷卡，一直是該領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。有一些專(zhuān)利對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，例如，專(zhuān)利200410036263. 4描述了高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的硬件基本組成，包含的要素，但并未闡述如何去實(shí)現(xiàn)低功耗及高速刷卡；另一項(xiàng)專(zhuān)利2007101243M. 7更細(xì)致的闡述了高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的幾種物理結(jié)構(gòu)及邏輯原理，但同樣沒(méi)有涉及到如何降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡功耗和實(shí)現(xiàn)高速刷卡等非常重要的軟件及硬件技術(shù)。雖然現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)有在手機(jī)SIM卡中增設(shè)射頻芯片以擴(kuò)展使用功能的技術(shù)方案，以便此類(lèi)同時(shí)具備SIM卡功能和射頻芯片的無(wú)線(xiàn)智能卡能夠具備更廣泛的應(yīng)用前景。
3但是現(xiàn)有的技術(shù)方案在研究之初，都是只在手機(jī)SIM卡中增設(shè)低頻射頻芯片，均未涉及或考慮增加射頻芯片后的功耗增加問(wèn)題。因?yàn)榈皖l射頻芯片的功耗較低，如果只是增加低頻射頻芯片，對(duì)無(wú)線(xiàn)智能卡的功耗影響不大，還處于可以接受的范圍。但是，隨著新技術(shù)的發(fā)展，新的應(yīng)用更多的要求使用高頻射頻芯片，但高頻射頻芯片在工作狀態(tài)的功耗極大，如果完全忽視其功耗問(wèn)題，依舊按照在手機(jī)SIM卡中增設(shè)低頻射頻芯片的技術(shù)方案去增設(shè)高頻射頻芯片，則存在以下問(wèn)題1、高頻射頻芯片功耗過(guò)大，造成手機(jī)待機(jī)時(shí)間過(guò)短，給客戶(hù)帶來(lái)極大的不便；普通 SIM卡休眠狀態(tài)時(shí)電流一般在500微安以下，工作時(shí)電流一般幾個(gè)毫安。待機(jī)時(shí)間遠(yuǎn)高于工作時(shí)間，這樣平均電流應(yīng)該在1毫安以下。現(xiàn)有手機(jī)的待機(jī)時(shí)間是充分考慮了這個(gè)因素而設(shè)計(jì)，其根本原則是要求手機(jī)的平均工作電流越低越好。高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的高頻模塊在作無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)電流很大。無(wú)論高頻部分工作在接收模式，還是發(fā)送模式，電流都至少達(dá)到7毫安以上，最高可以達(dá)到12毫安以上。連同原有手機(jī)IC卡功耗，平均電流將超過(guò)8毫安。對(duì)于一個(gè)電池600毫安小時(shí)，待機(jī)72小時(shí)的手機(jī)而言，長(zhǎng)期工作在無(wú)線(xiàn)收發(fā)模式下待機(jī)時(shí)間將直接減少到原來(lái)的一半即36小時(shí)，甚至更低。2、高頻射頻芯片功耗過(guò)大，要求的輸入電壓在1.9V 3.6V之間，而手機(jī)提供給 SIM卡的工作電壓大致有三種，即1. 8V、3. 0V、5. 0V,高頻射頻芯片會(huì)因電壓低而無(wú)法正常工作，或因電壓過(guò)高而損壞，大大降低良品率及兼容性，不能很好的與現(xiàn)有的大多數(shù)手機(jī)配套使用；3、高頻無(wú)線(xiàn)智能卡在生產(chǎn)流程中有一個(gè)重要的操作流程，就是要對(duì)卡進(jìn)行初始化操作，例如寫(xiě)入軟件系統(tǒng)、寫(xiě)入出廠參數(shù)、寫(xiě)入初始密鑰等，現(xiàn)有慣用的初始化方法就是將高頻無(wú)線(xiàn)智能卡插入一接觸式讀卡器進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的操作，而現(xiàn)有接觸式讀卡器的工作電壓都在5. 0V，與高頻射頻芯片要求的輸入電壓1. 9V 3. 6V不配套，很容易造成高頻無(wú)線(xiàn)智能卡在寫(xiě)卡時(shí)損害，影響出廠的良品率以及造成用戶(hù)使用時(shí)的隱患。 對(duì)于移動(dòng)通信終端，特別是手機(jī)來(lái)說(shuō)，低功耗是一個(gè)重要技術(shù)要求，否則會(huì)導(dǎo)致手機(jī)待機(jī)時(shí)間過(guò)短、無(wú)法識(shí)別RF-SIM卡，甚至無(wú)法開(kāi)機(jī)；高速刷卡也是移動(dòng)支付要求的一個(gè)重要指標(biāo)。因此，解決這兩個(gè)問(wèn)題是高頻無(wú)線(xiàn)智能卡產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在給出一種降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡功耗的方法，在用作移動(dòng)通信工具的同時(shí)，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡可通過(guò)高頻發(fā)射來(lái)作數(shù)據(jù)傳輸，能夠方便的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付功能及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，使用該方法的高頻無(wú)線(xiàn)智能卡，不僅具有低功耗的特點(diǎn)，刷卡速度快，而且方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，成本低，有利于實(shí)現(xiàn)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模的推廣應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡功耗的方法，其特征在于包括以下步驟1)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的終端通信模塊通過(guò)IO 口連接上射頻模塊，并能通過(guò)這些IO 口操縱射頻模塊在休眠模式與收發(fā)模式間切換，2)射頻模塊參數(shù)初始化，3)射頻模塊進(jìn)入休眠模式，休眠模式持續(xù)的時(shí)間為X，4)然后射頻模塊進(jìn)入收發(fā)模式，收發(fā)模式持續(xù)的時(shí)間為y，設(shè)定χ > y，
5)射頻模塊在上述休眠模式和收發(fā)模式間反復(fù)循環(huán)，6)在上述休眠模式和收發(fā)模式間循環(huán)的同時(shí)，檢測(cè)射頻模塊是否收到讀卡器的命令或數(shù)據(jù)如果沒(méi)有收到讀卡器的命令或數(shù)據(jù)，返回步驟5 ；如果收到讀卡器的命令和/或數(shù)據(jù)，則高頻無(wú)線(xiàn)智能卡開(kāi)始執(zhí)行刷卡交易流程， 進(jìn)入交易執(zhí)行時(shí)間Z，所說(shuō)的刷卡交易流程指的是讀卡器與高頻無(wú)線(xiàn)智能卡作一個(gè)完整的數(shù)據(jù)交換、安全驗(yàn)證和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過(guò)程，7)如果x+y的值越小，用戶(hù)連續(xù)刷卡的速度越快，如果χ除以y的值越大，平均工作電流越低，降低功耗的效果越好。本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景以及χ時(shí)間的長(zhǎng)短(由交易的復(fù)雜度決定)，χ和y的值可做不同調(diào)整，但χ必須大于1，y值只要確保足夠收到最少一個(gè)有效的命令和數(shù)據(jù)就可，如果χ+y的值越小，用戶(hù)連續(xù)刷卡的速度越快，如果χ除以y的值越大，平均工作電流越低，降低功耗的效果越好。按照這個(gè)方式，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡在刷卡工作中，雖然瞬間有極高的工作電流，但是其占用的時(shí)間非常短暫，已經(jīng)滿(mǎn)足GSM11. 11規(guī)范的要求，普通手機(jī)都能適用。本發(fā)明不僅具有低功耗的特點(diǎn)，刷卡速度快，而且方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，成本低，有利于實(shí)現(xiàn)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模的推廣應(yīng)用。


本發(fā)明有如下附圖圖1高頻無(wú)線(xiàn)智能卡一種結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明軟件流程示意3高頻無(wú)線(xiàn)智能卡另一種結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明所述的高頻是指很容易穿透移動(dòng)通信終端的VHF頻段和UHF頻段以及SHF 頻段，同時(shí)避開(kāi)跟移動(dòng)通信所使用的頻段，以防沖突。所述的高頻無(wú)線(xiàn)智能卡包含至少兩部分，一部分是用于和移動(dòng)通信終端(比如手機(jī))通信的終端通信模塊，該模塊主要用于手機(jī)通信的鑒權(quán)、參數(shù)存儲(chǔ)等，另一部分是用于高頻刷卡的射頻模塊，用于移動(dòng)通信終端的刷卡支付、門(mén)禁控制等功能。高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1、圖3。圖1中，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡01上設(shè)有終端通信模塊02和射頻模塊03，終端通信模塊02與移動(dòng)通信終端04(所述移動(dòng)通信終端可以為手機(jī))交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)通信的相關(guān)功能，射頻模塊03與讀卡器05交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)射頻刷卡相關(guān)功能。圖3中，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡01上設(shè)有終端通信模塊02和射頻模塊03，終端通信模塊02與移動(dòng)通信終端04(所述移動(dòng)通信終端可以為手機(jī))交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)通信的相關(guān)功能，射頻模塊03與讀卡器05交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)射頻刷卡相關(guān)功能。終端通信模塊02的主芯片可以選用EM公司的TG360，射頻模塊03可以選用NRF24L01作為主芯片，將TG360芯片的一個(gè)IO引腳06連接到NRFML01的CE引腳07，以實(shí)現(xiàn)二者間的數(shù)據(jù)交互功能。本發(fā)明采用一種多數(shù)時(shí)間射頻模塊休眠、短暫?jiǎn)拘呀惶媸褂玫哪Ｊ絹?lái)減小高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的平均電流，達(dá)到低功耗的目的。通過(guò)這個(gè)方式，瞬間電流也可控制在GSM11. 11 規(guī)范對(duì)手機(jī)智能卡的要求范圍內(nèi)。普通SIM卡休眠狀態(tài)時(shí)電流一般在500微安以下，工作時(shí)電流一般幾個(gè)毫安。待機(jī)時(shí)間遠(yuǎn)高于工作時(shí)間，這樣平均電流應(yīng)該在1毫安以下?，F(xiàn)有手機(jī)的待機(jī)時(shí)間是充分考慮了這個(gè)因素而設(shè)計(jì)，其根本原則是要求手機(jī)的平均工作電流越低越好。按照現(xiàn)有技術(shù)水平，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的射頻模塊在作無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)電流很大。無(wú)論射頻部分工作在接收模式，還是發(fā)送模式，電流都至少達(dá)到7毫安以上，最高可以達(dá)到12毫安以上。連同原有手機(jī)SIM卡終端通信模塊部分的功耗，平均電流將超過(guò)8毫安。對(duì)于一個(gè)電池600毫安小時(shí)，待機(jī)72小時(shí)的手機(jī)而言，長(zhǎng)期工作在無(wú)線(xiàn)收發(fā)模式下待機(jī)時(shí)間將直接減少到原來(lái)的一半即36小時(shí)，甚至更低。但是為了刷卡應(yīng)用的便捷性，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡不適合被人工設(shè)置為在射頻休眠模式和射頻工作模式間作手工切換。這種手工模式在實(shí)際應(yīng)用中不可行。雖然高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的射頻模塊在作無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)電流很大，但是因?yàn)樗⒖ń灰讜r(shí)間短、次數(shù)少，消耗的電能不會(huì)給手機(jī)待機(jī)帶來(lái)實(shí)質(zhì)影響。高頻通信的速度特別快，工作在 2. 4G頻段的芯片基本都可達(dá)到每秒IMbit以上的速率。這樣刷卡交易工作時(shí)間會(huì)很短，比如一般的刷卡交易一次數(shù)據(jù)交易量不會(huì)超過(guò)8000bit，加上運(yùn)算流程開(kāi)銷(xiāo)，時(shí)間是不會(huì)超過(guò) IOOms的。假設(shè)一個(gè)用戶(hù)一天刷50次卡，M小時(shí)內(nèi)的全部交易時(shí)間5秒鐘。按照平均電流 8毫安來(lái)算，刷卡交易所產(chǎn)生的功耗相當(dāng)于讓一個(gè)可待機(jī)72小時(shí)的手機(jī)減少待機(jī)15秒鐘， 這點(diǎn)損耗是用戶(hù)完全能接受的。因此，我們只需把重點(diǎn)放在降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的射頻模塊的工作模式上，即要盡可能讓射頻模塊處于休眠模式，而不是處于收發(fā)模式。并且能根據(jù)一定的條件在射頻休眠模式與射頻收發(fā)模式間迅速切換。射頻休眠期間射頻模塊的電流非常微弱，一般是以微安來(lái)計(jì)量，如果高頻無(wú)線(xiàn)智能卡能做到在等待與讀卡器通信握手時(shí)多數(shù)時(shí)間射頻休眠、短暫?jiǎn)拘咽瞻l(fā)模式交替使用的方式，將大大減小高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的平均電流。通常射頻卡的等待刷卡時(shí)間一般在IOOms 300ms之間，如果超過(guò)300ms，用戶(hù)的刷卡體驗(yàn)會(huì)非常不好，屬于不被接受的指標(biāo)。手機(jī)門(mén)禁、手機(jī)支付等應(yīng)用需求同樣也有這個(gè)限制。所說(shuō)的刷卡交易流程指的是為了完成一個(gè)特定的應(yīng)用，讀卡器與高頻無(wú)線(xiàn)智能卡作一個(gè)完整的數(shù)據(jù)交換、安全驗(yàn)證和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過(guò)程。本發(fā)明使用軟件設(shè)置，將射頻模塊的工作流程從時(shí)間上分成x、y、z三部分，其中χ 代表射頻休眠模式時(shí)間，y代表短暫?jiǎn)拘咽瞻l(fā)模式時(shí)間，ζ代表喚醒握手成功后的完成工作交易時(shí)間，χ時(shí)間要大于y時(shí)間，y時(shí)間要盡量小，但要保證能完整接收到一個(gè)讀卡器發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包，最低要求的可靠時(shí)間就是2個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間。按照高頻通信每秒IMbit的速率和每個(gè)數(shù)據(jù)包500bit來(lái)算，y時(shí)間最低可設(shè)為1ms。高頻通信速率越高，y時(shí)間越低。 如射頻模塊工作流程圖2，首先，將讀卡器這一端設(shè)置成全天候收發(fā)模式，多次重復(fù)發(fā)送有效的命令和數(shù)據(jù)信息，以高頻無(wú)線(xiàn)智能卡作為SIM的手機(jī)開(kāi)機(jī)，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡初始化，包括射頻模塊的射頻參數(shù)初始化，射頻模塊初始化完成之后，射頻模塊進(jìn)入休眠模式，該模式時(shí)長(zhǎng)為χ，χ時(shí)長(zhǎng)結(jié)束，射頻模塊進(jìn)入射頻模塊收發(fā)模式，該模式時(shí)長(zhǎng)為y，由于讀卡器是一直處于收發(fā)模式，此時(shí)，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡射頻收發(fā)模塊檢測(cè)是否有讀卡器的命令或數(shù)據(jù)，由于高頻通信的速度極快，以2. 4G的射頻通信為例，只要y的時(shí)長(zhǎng)大于1ms，就可確保高頻無(wú)線(xiàn)智能卡在短暫?jiǎn)拘咽瞻l(fā)模式的時(shí)間片y上能可靠收到讀卡器的數(shù)據(jù)和命令。如果沒(méi)有刷卡，沒(méi)收到讀卡器發(fā)出的命令或數(shù)據(jù)，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡射頻模塊轉(zhuǎn)入射頻休眠模式，即再次進(jìn)入χ時(shí)長(zhǎng)；如果有刷卡，即在y時(shí)長(zhǎng)內(nèi)會(huì)收到讀卡器發(fā)出的命令或數(shù)據(jù)，此時(shí)，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的射頻模塊和讀卡器握手成功，進(jìn)入刷卡交易時(shí)長(zhǎng)z，根據(jù)交易的復(fù)雜度，ζ時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)短不一，交易越復(fù)雜，ζ時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)。由于高頻通信速度特別快，交易完成時(shí)間(ζ時(shí)長(zhǎng))一般也會(huì)在IOOms內(nèi)完成。當(dāng)交易完成，即ζ時(shí)長(zhǎng)結(jié)束，再次轉(zhuǎn)入射頻休眠模式，即χ時(shí)長(zhǎng)。就這樣，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡將射頻模塊設(shè)置成在χ時(shí)長(zhǎng)和y時(shí)長(zhǎng)區(qū)域間輪流切換，當(dāng)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡有刷卡任務(wù)時(shí)，在y時(shí)長(zhǎng)射頻模塊可以探測(cè)到是否收到了讀卡器的有效命令或數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有收到重新進(jìn)入χ時(shí)長(zhǎng)。如果收到，則進(jìn)入ζ時(shí)長(zhǎng)，根據(jù)交易的復(fù)雜度，ζ時(shí)長(zhǎng)的長(zhǎng)短不一。當(dāng)交易完成后，又進(jìn)入χ時(shí)長(zhǎng)。一旦握手成功后，雙方也可在極短時(shí)間內(nèi)完成全部數(shù)據(jù)流程的交易。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景以及χ時(shí)間的長(zhǎng)短(由交易的復(fù)雜度決定)， χ和y的值可做不同調(diào)整，但χ必須大于1，y值只要確保足夠收到最少一個(gè)有效的命令和數(shù)據(jù)就可，如果χ+y的值越小，用戶(hù)連續(xù)刷卡的速度越快，如果χ除以y的值越大，平均工作電流越低，降低功耗的效果越好。軟件的具體設(shè)計(jì)參見(jiàn)圖2以下用實(shí)例說(shuō)明在高頻無(wú)線(xiàn)智能卡上通過(guò)軟件和硬件配合，實(shí)現(xiàn)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡射頻刷卡的低功耗。如圖3所示，終端通信模塊部分選用瑞士 EM公司的TG360芯片，射頻通信模塊采用NRF24L01芯片作為主要芯片。將TG360芯片的一個(gè)IO引腳連接上NRF24L01芯片的CE引腳。安全芯片通過(guò)軟件編程，根據(jù)不同比例時(shí)間連續(xù)交替輸出高電平和低電平， 高電平時(shí)間短、低電平時(shí)間長(zhǎng)，就可將射頻模塊設(shè)置成多數(shù)時(shí)間射頻休眠、短暫?jiǎn)拘咽瞻l(fā)模式交替使用的方式。實(shí)踐中，假如高頻無(wú)線(xiàn)智能卡使用由NRFML01芯片所組成的射頻模塊，射頻休眠時(shí)電流約320微安，處于收發(fā)模式時(shí)平均電流8毫安。在等待與讀卡器通信握手時(shí)我們將其設(shè)置成每60毫秒內(nèi)，4毫秒處于收發(fā)模式，即y的值是4，56毫秒處于休眠模式，即χ的時(shí)間是56。這樣，整個(gè)射頻部分平均待機(jī)電流為(8毫安X 4毫秒+320微安X 56毫秒)+60 毫秒=0.832毫安。估算起來(lái)，相當(dāng)于一個(gè)待機(jī)72小時(shí)的手機(jī)少待機(jī)7小時(shí)左右。對(duì)手機(jī)待機(jī)時(shí)間沒(méi)有太大影響，基本達(dá)到低功耗的目標(biāo)。高頻發(fā)射的速度非?？?，對(duì)于2. 4G頻段上通信的芯片，一般都可達(dá)到每秒1Mb以上的吞吐率。由于讀卡器采用了連續(xù)發(fā)射模式，因此，在這4毫秒的收發(fā)模式時(shí)間片上(y)，以2. 4G的高頻速率為例，可以發(fā)送至少8個(gè)數(shù)據(jù)包，因此高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的射頻模塊部分足夠收到最少一個(gè)有效的命令和數(shù)據(jù)，一旦收到一個(gè)有效的命令和數(shù)據(jù)，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡和讀卡器就握手成功，后再進(jìn)入通常的射頻工作模式(ζ)，因?yàn)楦哳l數(shù)據(jù)的速度非?？欤ぷ髂Ｊ綍r(shí)間(ζ)也只持續(xù)非常短的時(shí)間，一般在 IOOms以?xún)?nèi)。加上之前最多60毫秒的等待時(shí)間，那么對(duì)于用戶(hù)體驗(yàn)來(lái)說(shuō)，完成一次刷卡總共的時(shí)間為x+y+z，即160ms以?xún)?nèi)，用戶(hù)感覺(jué)會(huì)非常好，充分利用了高頻通信的高速特性，實(shí)現(xiàn)了高速刷卡。為了節(jié)省射頻工作的功耗所采用的方法，只是增加了 60ms的刷卡等待開(kāi)銷(xiāo)。 而這個(gè)開(kāi)銷(xiāo)并不會(huì)影響用戶(hù)刷卡的感覺(jué)。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景以及χ時(shí)間的長(zhǎng)短(由交易的復(fù)雜度決定)，χ和 y的值可做不同調(diào)整，但χ必須大于y，y值只要確保足夠收到最少一個(gè)有效的命令和數(shù)據(jù)就可，如果χ+y的值越小，用戶(hù)連續(xù)刷卡的速度越快，如果χ除以ι的值越大，平均工作電流越低，降低功耗的效果越好。 按照這個(gè)方式，高頻無(wú)線(xiàn)智能卡在刷卡工作中，雖然瞬間有極高的工作電流，但是其占用的時(shí)間非常短暫，已經(jīng)滿(mǎn)足GSM11. 11規(guī)范的要求，普通手機(jī)都能適用。
權(quán)利要求
1. 一種降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡功耗的方法，其特征在于包括以下步驟1)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的終端通信模塊通過(guò)IO口連接上射頻模塊，并能通過(guò)這些IO 口操縱射頻模塊在休眠模式與收發(fā)模式間切換，2)射頻模塊參數(shù)初始化，3)射頻模塊進(jìn)入休眠模式，休眠模式持續(xù)的時(shí)間為X，4)然后射頻模塊進(jìn)入收發(fā)模式，收發(fā)模式持續(xù)的時(shí)間為y，設(shè)定χ> y，5)射頻模塊在上述休眠模式和收發(fā)模式間反復(fù)循環(huán)，6)在上述休眠模式和收發(fā)模式間循環(huán)的同時(shí)，檢測(cè)射頻模塊是否收到讀卡器的命令或數(shù)據(jù)如果沒(méi)有收到讀卡器的命令或數(shù)據(jù)，返回步驟5 ；如果收到讀卡器的命令和/或數(shù)據(jù)，則高頻無(wú)線(xiàn)智能卡開(kāi)始執(zhí)行刷卡交易流程，進(jìn)入交易執(zhí)行時(shí)間Z，所說(shuō)的刷卡交易流程指的是讀卡器與高頻無(wú)線(xiàn)智能卡作一個(gè)完整的數(shù)據(jù)交換、安全驗(yàn)證和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過(guò)程，7)如果x+y的值越小，用戶(hù)連續(xù)刷卡的速度越快，如果χ除以y的值越大，平均工作電流越低，降低功耗的效果越好。
全文摘要
一種降低高頻無(wú)線(xiàn)智能卡功耗的方法，包括以下步驟高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的終端通信模塊通過(guò)IO口連接上射頻模塊，并能通過(guò)這些IO口操縱射頻模塊在休眠模式與收發(fā)模式間切換；射頻模塊參數(shù)初始化；射頻模塊進(jìn)入休眠模式，持續(xù)的時(shí)間為x；射頻模塊進(jìn)入收發(fā)模式，持續(xù)的時(shí)間為y；在上述休眠模式和收發(fā)模式間循環(huán)的同時(shí)，檢測(cè)射頻模塊是否收到讀卡器的命令或數(shù)據(jù)如果收到讀卡器的命令和/或數(shù)據(jù)，則高頻無(wú)線(xiàn)智能卡開(kāi)始執(zhí)行刷卡交易流程，執(zhí)行時(shí)間z。本發(fā)明不僅具有低功耗的特點(diǎn)，刷卡速度快，而且方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)施，成本低，有利于實(shí)現(xiàn)高頻無(wú)線(xiàn)智能卡的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04W52/02GK102256341SQ20111009283
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者唐德富, 姜鳳明, 王李琰, 王海泉, 顧萬(wàn)水 申請(qǐng)人:王李琰, 王海泉