專利名稱：同時(shí)查詢多個(gè)便攜射頻通信設(shè)備的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)用于遠(yuǎn)端查詢多個(gè)便攜射頻設(shè)備的查詢系統(tǒng)。
無線電技術(shù)在通信領(lǐng)域中正引起一場(chǎng)重大變革。該技術(shù)提供了到陸線網(wǎng)絡(luò)的新式訪問連接。而無線電技術(shù)所造成的影響比其僅作為另一種訪問方法具有更深遠(yuǎn)的意義。無線電技術(shù)允許用戶在他或她的通信中具有靈活性且不受有線電訪問局限性的制約。在無線網(wǎng)絡(luò)的分布和范圍的約束下，無線電技術(shù)也允許用戶從他或她所希望的任何地方獲得對(duì)一個(gè)應(yīng)用的訪問。
然而，允許智能卡式設(shè)備在短距無線通信時(shí)完全不受限制的無線通信技術(shù)仍處于初級(jí)階段。
為了給用戶提供用于完成各種金融事務(wù)的無線連接，一些建議已經(jīng)提出。比如，在于1990年12月11日批準(zhǔn)的由L.P.Lefevre申請(qǐng)的美國專利第4,977,501號(hào)中描述了一個(gè)這樣的建議。該專利描述了一個(gè)針對(duì)運(yùn)輸車輛操作員的運(yùn)費(fèi)收集系統(tǒng)，其中有關(guān)信息在乘客攜帶的智能票卡和車上的收發(fā)器之間以微波頻率周期性地進(jìn)行交換。最初賦給票卡的信貸余額被查詢票卡的收發(fā)器中的電路所減少。
為了給智能卡式設(shè)備的擁有者提供一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)單獨(dú)的設(shè)備擁有者的識(shí)別射頻信號(hào)，另外一些建立也已被指出。在于1983年5月17日授權(quán)的由C.A.Walton申請(qǐng)的美國專利第4,384,288中描述了一個(gè)用于提供射頻發(fā)射識(shí)別器的無線電系統(tǒng)的建議。該專利描述了一個(gè)電子識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)用于用戶識(shí)別在射頻范圍內(nèi)產(chǎn)生可編程脈沖相位調(diào)制信號(hào)的信用卡狀識(shí)別器。
能快速準(zhǔn)確地識(shí)別位于遠(yuǎn)離中心處理站的人們已變得越來越必要。這種識(shí)別對(duì)于處理金融事務(wù)或使人們快速通過電子屏障來說是必須的。在這樣的系統(tǒng)中，識(shí)別必須是精確的，較快地完成以節(jié)省計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間。
隨著無線通信的成熟，多個(gè)智能卡式設(shè)備，即使是只允許短距通信，在通信終端的輻射范圍內(nèi)產(chǎn)生毀滅性干擾的可能性也越來越大。因而，非常需要一種支持多個(gè)在輻射范圍內(nèi)不帶毀滅性干擾的智能卡式設(shè)備的可查詢修改的無線系統(tǒng)。
通過根據(jù)本發(fā)明來提供一個(gè)同時(shí)查詢多個(gè)便攜數(shù)據(jù)卡的可修改的查詢系統(tǒng)，先有技術(shù)中的問題可得到了解決。
根據(jù)本發(fā)明的原理，通過對(duì)多個(gè)射頻的操作，查詢系統(tǒng)順序地與每個(gè)在對(duì)應(yīng)于多個(gè)射頻中的第一個(gè)的射頻范圍內(nèi)的便攜數(shù)據(jù)卡進(jìn)行通信，在這個(gè)頻率上，查詢系統(tǒng)確定一個(gè)與每個(gè)數(shù)據(jù)卡相對(duì)應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)。一旦查詢系統(tǒng)獲取了一個(gè)卡的標(biāo)識(shí)號(hào)，便啟動(dòng)被識(shí)別的卡的持有者的預(yù)定的事務(wù)，比如撤消電子屏障使之進(jìn)入一限定訪問區(qū)。
進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明的原理，查詢系統(tǒng)選擇多個(gè)射頻中一個(gè)不同的頻率并將每個(gè)卡轉(zhuǎn)移到該頻率上以完成和該卡之間的所預(yù)定事務(wù)中的數(shù)據(jù)傳輸部分。在這個(gè)所選的射電頻率上，查詢系統(tǒng)完成從卡上讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)到卡上的預(yù)定事務(wù)，同時(shí)，查詢系統(tǒng)在為其它的卡所選的各自的射頻上與這些卡進(jìn)行通信。
在閱讀附圖時(shí)，本發(fā)明及其操作模式根據(jù)下面詳細(xì)描述會(huì)被更清楚的理解，其中附

圖1是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明用于和多個(gè)智能卡和射頻盒接口的查詢器系統(tǒng)的方框圖；附圖2是附圖1中所述的射頻盒的俯視圖和側(cè)視圖以及附圖1中智能卡的俯視圖的說明；附圖3是當(dāng)智能卡插入盒中時(shí)射頻盒和智能卡的外觀說明；附圖4為附圖1中查詢器系統(tǒng)的一個(gè)示例站點(diǎn)發(fā)送器接口的框圖；附圖5為一用于該查詢器系統(tǒng)中的示例性的時(shí)幀格式圖；附圖6為附圖1中查詢器系統(tǒng)的一個(gè)示例站點(diǎn)接收器接口的模塊圖；附圖7為根據(jù)本發(fā)明在射頻盒中為查詢器和智能卡間提供通信的示例性接口電路的模塊附圖8為一用于說明根據(jù)本發(fā)明在進(jìn)行雙向射頻讀/寫通信的查詢器，射頻盒和智能卡間的相互作用的簡(jiǎn)圖；附圖9為根據(jù)本發(fā)明用于和多個(gè)智能卡和射頻盒接口的另一個(gè)查詢器系統(tǒng)的模塊圖；所有的附圖中，在多個(gè)圖中出現(xiàn)的同一部件由同一個(gè)參考號(hào)來表示。
本發(fā)明涉及智能卡的查詢器系統(tǒng)，更具體地講，是涉及能夠在可移動(dòng)環(huán)境中處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的智能卡查詢器系統(tǒng)。該查詢器系統(tǒng)能夠應(yīng)付大量的業(yè)務(wù)并能較好地加速擁有智能卡的人或移動(dòng)物體通過電子屏障的移動(dòng)。查詢器系統(tǒng)的用戶通過射頻(RF)和多個(gè)查詢站點(diǎn)(SITES)中的任意一個(gè)進(jìn)行通信，其中這些站點(diǎn)位于比如象柵欄那樣的，插在為系統(tǒng)的用戶指明的通路上的一個(gè)電子屏障阻塞點(diǎn)的附近。
現(xiàn)在參照附圖1，這里給出了查詢器10的說明性的模塊圖，其中包括地理上分散的N個(gè)站點(diǎn)111到11N及其天線12，一個(gè)控制器16和一個(gè)主機(jī)17。也在附圖1中說明但不屬于查詢器10的部件是與標(biāo)準(zhǔn)信用卡尺寸一樣的智能卡20和用于卡住每個(gè)智能卡并提供智能卡接口電路的小尺寸盒子或射頻盒40。可以理解用于和N個(gè)站點(diǎn)111到11N通信的智能卡接口電路也可以全放在卡上，而不是象這里描述的那樣放在小尺寸盒子或射頻盒中。
主機(jī)17通常是一個(gè)作為智能卡20上具體服務(wù)的提供者的數(shù)據(jù)庫?？刂破?6可以和主機(jī)17在一起或分離開，并且包含主機(jī)17所需的用于建立、保持、終結(jié)在查詢器10和射頻盒40以及智能卡20之間的通信的切換、控制和所有的用戶線電路。射頻盒20完成多種功能，包括象提供從射頻盒耦合到智能卡20的磁能形式的操作能量以及在查詢器10和智能卡間耦合數(shù)據(jù)。在查詢器和每個(gè)射頻盒40間的通信可以通過任一上述天線12來進(jìn)行。
每個(gè)智能卡/盒組合均包含一個(gè)相應(yīng)的射頻收發(fā)器420，該裝置將在后文中參照附圖4來加以描述，它是在比如象2.4GHz這樣的頻段內(nèi)進(jìn)行信號(hào)和數(shù)字信息的通信的。這種數(shù)字和信號(hào)信息可以傳送到N個(gè)站點(diǎn)111到11N的任何一個(gè)。這N個(gè)站點(diǎn)被有策略地分布在所指明的集中有智能卡/盒組合成的盒的用戶的通路附近。這些通路離由天線12中的一個(gè)所提供的輻射源足夠地近以便在這些用戶的正常移動(dòng)時(shí)有足夠的時(shí)間完成查詢以及任何必要的對(duì)卡的寫操作。
當(dāng)位置很近時(shí)，每個(gè)站點(diǎn)11i可以被比如Mi個(gè)，通常是20到30個(gè)用戶同時(shí)訪問。這Mi個(gè)用戶和站點(diǎn)11i間的通信可以通過象時(shí)分復(fù)用訪問(TDMA)，頻分復(fù)用訪問(FDMA)，分割的ALOHA協(xié)議或任何其它合適的當(dāng)和多個(gè)用戶同時(shí)通信時(shí)在站點(diǎn)避免相互干擾的方法來加以完成。為了方便討論而不是加以了限定的目的，此后假定查詢器系統(tǒng)采用FDMA技術(shù)和Mi個(gè)用戶通信。
由于可對(duì)多個(gè)射頻信道操作，當(dāng)智能卡/盒組合處在站點(diǎn)天線12通信范圍內(nèi)時(shí)，查詢器系統(tǒng)開始順序地在多個(gè)射頻信道中的第一個(gè)公共的或是安排好的一個(gè)信道上和每個(gè)智能卡/盒組合進(jìn)行通信。
在這第一個(gè)射頻信道上，查詢器系統(tǒng)確定與每個(gè)卡/盒組合中的卡對(duì)應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)。一旦查詢器系統(tǒng)獲取了卡的標(biāo)識(shí)號(hào)，便開始處理所識(shí)別的卡的擁有者的預(yù)定的事務(wù)。
接著，查詢系統(tǒng)從多個(gè)RF信道中選擇一第二信道，并把每個(gè)所選的卡/盒組合移動(dòng)到該選中的信道上，用于完成預(yù)定事務(wù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移部分。然后，查詢器系統(tǒng)完成每個(gè)從卡/盒組合中讀數(shù)據(jù)以及向其中寫數(shù)據(jù)的預(yù)定事務(wù)，同時(shí)在各相應(yīng)的從多個(gè)射頻信道中所選擇的信道上和每個(gè)卡/盒組合通信。由于查詢器系統(tǒng)使用的頻分復(fù)用方案，大量的卡/盒用戶很容易地得到控制并且這些用戶通過指明的電子屏障阻塞(choke)點(diǎn)的活動(dòng)得到有效地加速。
在幾乎一直只有小業(yè)務(wù)量的區(qū)域，可以使用一個(gè)或兩個(gè)象柵欄那樣的電子屏障阻塞點(diǎn)。因此，可以只使用一個(gè)站點(diǎn)11i來完成查詢器10和Mi個(gè)用戶間的通信。在預(yù)計(jì)會(huì)周期性地出現(xiàn)大業(yè)務(wù)量的其它區(qū)域，比如象在地鐵高峰期間，要提供許多電子屏障阻塞點(diǎn)。相應(yīng)要增加多個(gè)站點(diǎn)11i來加速人們通過這些電子屏障的活動(dòng)。
盡管可以通過一些合適的方法來完成在站點(diǎn)11i和控制器16間的通信，但為了便于討論而不是加限制的目的，此后將假定(a)查詢器系統(tǒng)10在總線上使用TDMA技術(shù)；(b)每個(gè)站點(diǎn)11i把來自用戶的信號(hào)處理成包含有必要的控制信息的分離的信息包；用于在總線14上傳輸?shù)饺缰鳈C(jī)17所示的數(shù)據(jù)庫中；(c)查詢器系統(tǒng)10使用一個(gè)沿總線14傳送光波信號(hào)的光局域網(wǎng)(LAN)，該總線是一種象單模式光纖總線的光波導(dǎo)。這樣的系統(tǒng)在當(dāng)前技術(shù)條件下是可行的且在1989年2月21日批準(zhǔn)的由N.Amitay申請(qǐng)的美國專利第4,807,222號(hào)中得到描述。TDMA技術(shù)也是眾所周知的且在美國專利第4,143,241號(hào)，4,232,266號(hào)，4,232,197號(hào)，4,188,578號(hào)，4,730,305號(hào)和4,730,310號(hào)專利中得到描述。
附圖1中的查詢器10使用了一系列開環(huán)網(wǎng)絡(luò)方案。在該方案中，幀標(biāo)記產(chǎn)生器18設(shè)在總線14的頭端用于在總線14上把時(shí)間劃分成為擁有時(shí)間間隔T的相等的時(shí)幀(如圖5所示)。由幀標(biāo)記產(chǎn)生器18在每個(gè)幀起始發(fā)送的標(biāo)記作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的同步源且該標(biāo)記由周期性光調(diào)制位序列構(gòu)成，延遲為δT，每T秒發(fā)送一次，其中δT＜＜T。在位于總線14頭端的幀標(biāo)記產(chǎn)生器18出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，該功能也可以根據(jù)沿總線14的首批站點(diǎn)中的后備部分進(jìn)行以提高系統(tǒng)的可靠性。此外，幀標(biāo)記功能可以在第一個(gè)站點(diǎn)11i中直接進(jìn)行來取代幀標(biāo)記產(chǎn)生器18在下批后續(xù)站點(diǎn)提供備用操作。站點(diǎn)11d到11N的每一個(gè)相應(yīng)地把位于來自于M個(gè)用戶中的每一個(gè)信號(hào)加以格式化成分離的信息包，且在檢測(cè)到來自幀標(biāo)記產(chǎn)生器18的標(biāo)記且發(fā)現(xiàn)未被總線14上的前面站點(diǎn)用到的一幀后，站點(diǎn)在檢測(cè)到的空幀期間發(fā)送一信息包到總線14上。
下面一起參照附圖2和3給出射頻盒40和智能卡20的基本結(jié)構(gòu)的說明。智能卡通常是一種在從傳統(tǒng)的累積計(jì)費(fèi)撥號(hào)到個(gè)人健康存貯以及/或者是銀行存入記錄的各種應(yīng)用中用到的個(gè)人存貯卡或數(shù)據(jù)卡。盡管這種智能卡看上去或感覺上更象普通信用卡，但它包含一個(gè)計(jì)算機(jī)，一個(gè)電子可擦除的實(shí)際可編程的只讀存貯器以及感應(yīng)接收能量信號(hào)并在該卡和相關(guān)的位于射頻盒40內(nèi)的接口電路上的卡讀/寫器電路之間容性地傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的電路。在射頻盒中的該卡和讀/寫器電路之間沒有直接的電阻性電氣連接，用以通過讀/寫器電路向卡20傳遞能量或傳送數(shù)據(jù)進(jìn)出該卡。該卡還可通過射頻盒40中的讀/寫器電路，由一個(gè)專門指定的查詢器10用所希望的新的不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編程。
適于用作智能卡20的存貯卡在本領(lǐng)域是眾所周知的，并且由AT&T和其它提供廠家給予商業(yè)化產(chǎn)品支持。在1989年1月3日批準(zhǔn)的由H.L.Bernstein等人申請(qǐng)的美國專利第4,795,898號(hào)；1989年3月28日批準(zhǔn)的由E.C.Anderl等人申請(qǐng)的美國專利第4,816,653號(hào)；1989年11月21日批準(zhǔn)的由E.C.Anderl等人申請(qǐng)的美國專利第4,882,474號(hào)中對(duì)該卡也進(jìn)行了描述。在1989年1月17日批準(zhǔn)的由H.L.Bernstein等人申請(qǐng)的美國專利第4,798,322號(hào)中對(duì)一個(gè)適于用作射頻盒40中讀/寫器電路的卡讀/寫器進(jìn)行了描述。
射頻盒40包含一個(gè)接收并放置智能卡20的套狀開口以提供由盒到卡的操作能量，并能啟動(dòng)卡20和查詢器10之間的讀/寫通信。通常情況下射頻盒保持關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)智能卡/盒組合離查詢站點(diǎn)的輻射源很近時(shí)，來自與查詢器10相應(yīng)的查詢站點(diǎn)的輻射能量打開射頻盒的內(nèi)部電池操縱的能量供應(yīng)。當(dāng)位于查詢器的查詢站點(diǎn)附近或通過該站點(diǎn)時(shí)，智能卡/盒組合的持有者就能夠和查詢器10一起處理或以他或她認(rèn)為合適的方式來處理完畢一個(gè)數(shù)據(jù)事務(wù)。當(dāng)智能卡/盒組合在來自查詢站點(diǎn)的輻射能量場(chǎng)之外時(shí)，盒和卡中所有電路的能量被關(guān)閉掉，因而可以延長電池操縱的能量供應(yīng)的時(shí)間。
在附圖2中給出了射頻盒40的俯視和側(cè)視圖。其中也說明了從射頻盒40中移出的智能卡20。射頻盒40包括用于給其中的電子元件和智能卡20提供操作能量的電池401?？梢栽诤?0的表面可選擇地提供一個(gè)液晶顯示器(LCD)405來通知卡的持有者關(guān)于一個(gè)具體事務(wù)處理的結(jié)果。盡管圖中沒有說明，需要時(shí)也可在盒40的表面提供一個(gè)鍵板。
在附圖3中描述了智能卡20插入盒40時(shí)的情況。如附圖3所示，卡的一邊稍稍超出了盒40的右表面以便于把卡抽出或插入該盒。
再次參照查詢器10，在附圖4中給出了一個(gè)關(guān)于站點(diǎn)11i從總線14接收其發(fā)出的信號(hào)的一個(gè)發(fā)送器部分的模塊圖。在附圖4的發(fā)送器部分中，例如，一小部分來自串行總線14的光調(diào)制位流被一個(gè)光檢測(cè)器110解調(diào)到基帶上。這種解調(diào)信號(hào)被一個(gè)時(shí)鐘和幀恢復(fù)電路11以及一個(gè)空幀檢測(cè)器112接收到。時(shí)鐘與幀恢復(fù)電路111功能是恢復(fù)由幀標(biāo)記產(chǎn)生器18(附圖1中)產(chǎn)生的幀標(biāo)記，其中一個(gè)位時(shí)鐘被產(chǎn)生在該標(biāo)記之外。如附圖5所示，空幀檢測(cè)器接收來自恢復(fù)電路111的恢復(fù)后的幀標(biāo)記并在時(shí)延t。內(nèi)掃描該幀以確定該幀是否被總線14上前面的站點(diǎn)11中的一個(gè)所發(fā)出的信息包所占用。時(shí)延t0通?？梢允铅腡加上一些持續(xù)的位，或者是t0近似于δT。
如果該幀被由前面站點(diǎn)11中的一個(gè)所發(fā)出的信息包所占用，那么在附圖4的方案中，該信息包可以通過模擬延遲113很好地以極低的衰減在總線14上連續(xù)傳送。如果衰減太大，可以使用一個(gè)激光源(沒有示出)來進(jìn)行補(bǔ)償并向前發(fā)送調(diào)制的信息包。
在附圖4的方案中如果一個(gè)或多個(gè)用戶已發(fā)送一個(gè)信號(hào)到一個(gè)站點(diǎn)11i，信號(hào)被站點(diǎn)的天線12所接收并轉(zhuǎn)送給接收器117?？梢岳斫馑?到Mi個(gè)用戶都能在站點(diǎn)11i處使用前述的任一種合適的技術(shù)來進(jìn)竽異步傳輸，而接收器117被設(shè)計(jì)用來接收這種異步發(fā)送的信號(hào)并加以分別處理。接收器117的功能是收集從每個(gè)用戶處接收的信息，通過增加任何需要的附加協(xié)議對(duì)來自各用戶的信息加以格式化，在必要時(shí)緩沖格式化過的包，在合適的時(shí)間向發(fā)送緩沖區(qū)118傳送各格式化的包。
當(dāng)收到來自空幀檢測(cè)器112的一個(gè)“加載”使能信號(hào)后，發(fā)送緩沖區(qū)118以并行方式把其中存貯的包傳送給速度很快的移位寄存器115。當(dāng)空幀檢測(cè)器112產(chǎn)生一個(gè)“移位”使能信號(hào)時(shí)，在移位寄存器115中的包被串行方式用來自時(shí)鐘和幀恢復(fù)電路111的位時(shí)鐘速率提交給激光調(diào)制器116以把信號(hào)發(fā)送到串行總線14上。附圖4中被設(shè)計(jì)成模擬式的延遲D在附圖5中提供足夠的時(shí)延允許一旦確定某幀不被占用時(shí)把來自發(fā)送器緩沖區(qū)118的信息包多路復(fù)用進(jìn)入在總線上的該幀中。延遲D近似地等于t0加上，比如多達(dá)20個(gè)延時(shí)位。
這種接口協(xié)議是無碰撞的，因而是很有效的。只要在發(fā)送緩沖區(qū)118中有用于發(fā)送的信息包，該信息包就可被復(fù)用到當(dāng)即檢測(cè)到的未被占用的幀中從而送到總線上。當(dāng)在發(fā)送器緩沖區(qū)118中可用的信息包錯(cuò)過由空幀檢測(cè)器112所確定的一個(gè)未被占用的幀時(shí)，必須要等到下一個(gè)未被占用的幀到達(dá)時(shí)該信息包才能被放進(jìn)去。
下面參照附圖6，這里示出了附圖1中網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的一個(gè)站點(diǎn)11i的接收器部分的結(jié)構(gòu)圖。在該部分中，一小部分沿總線14傳播的光調(diào)制位流被一個(gè)光檢測(cè)器120通過一個(gè)R定向耦合器121收到。光檢測(cè)器120以站點(diǎn)11的發(fā)送部分中的光檢測(cè)器所描述的方式進(jìn)行操作。來自光檢測(cè)器120的解調(diào)信號(hào)被傳送給一個(gè)時(shí)鐘和幀檢測(cè)器電路122以及一個(gè)極快速移位寄存器123，其中時(shí)鐘和檢測(cè)器電路122恢復(fù)接收的位流中的時(shí)鐘和幀標(biāo)記，而接收的位流順序地饋入寄存器中。為響應(yīng)來自檢測(cè)器122的使能信號(hào)，寄存器123被并行地卸載并進(jìn)入一個(gè)消息解碼器和緩沖器區(qū)124。
在消息解碼器和緩沖器區(qū)124中根據(jù)信息包的附加部分提供的地址和目的地做出是放棄還是存貯一個(gè)包含在緩沖區(qū)中的消息的決定。更具體地講，如果信息倉包含與該特定站點(diǎn)相關(guān)的一個(gè)用戶的目的地址，則信息包被緩沖，否則就放棄。接著存貯在解碼器和緩沖區(qū)的消息在一個(gè)低功率射頻發(fā)送器和調(diào)制器125中被調(diào)制并通過天線12廣播到與該站點(diǎn)相關(guān)的所有用戶那里。
下面參照附圖7，這里說明了一個(gè)在用于在查詢器10和智能卡20間提供通信的射頻盒40中的接口電路的高層模塊圖。查詢器10通常是在2.4GHz的頻道上連續(xù)發(fā)射一個(gè)低層查詢信號(hào)。該信號(hào)在一個(gè)足以產(chǎn)生每個(gè)查詢站點(diǎn)所期望規(guī)模的操作區(qū)域的電場(chǎng)反射的層次上被發(fā)射出去。
當(dāng)在一個(gè)查詢站點(diǎn)的操作區(qū)域之外時(shí)，盒40被保持在完全關(guān)閉狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)上，不需要用于監(jiān)控維持在活動(dòng)狀態(tài)的電子器件的信號(hào)。因而省去了后備電流消耗并從實(shí)質(zhì)上延長了電池401的壽命。此外，若一個(gè)可再充電的電池用作電池401，則實(shí)際上延長了該電池兩次充電之間的間隔時(shí)間。這種有利的操作可通過一個(gè)檢測(cè)器電路440來獲得，該電路在仍在審查中的在1993年7月6日遞交的序號(hào)為08/086401的美國專利申請(qǐng)中被加以描述。通過這個(gè)檢測(cè)電路的使用，在盒子處于查詢站點(diǎn)的操作范圍之外時(shí)，所有在盒和卡中的消耗電流的電路能被保持在完全關(guān)閉狀態(tài)。
在卡和盒的持有者進(jìn)入查詢器10的操作區(qū)域內(nèi)時(shí)，由在查詢器10的查詢站點(diǎn)處的天線12發(fā)射的射頻信號(hào)能量被天線410捕捉到。該能量被耦合到射頻(RF)部分420，盒40在發(fā)送的數(shù)據(jù)到查詢器10和從查詢器10接收數(shù)據(jù)時(shí)用到該部分420，這個(gè)捕捉到的能量也通過R/F部分420耦合到檢測(cè)器電路440，借此提供一種裝置用于把中央處理單元CPU 430從一個(gè)關(guān)閉狀態(tài)設(shè)置到全開操作狀態(tài)。從而在盒40位于查詢器10的操作范圍內(nèi)時(shí)，在天線410上捕捉到能量激活了檢測(cè)器440。
CPU 430有利地提供了多種控制功能。比如它提供了一種在智能卡20和查詢器10之間提供接口的裝置。通過由內(nèi)部ROM提供的固件控制下的操作，CPU 430對(duì)通過數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路450提供給智能卡20以及通過R/F部分420給查詢器10的數(shù)據(jù)加以格式化。CPU 430也可按其認(rèn)為合適的方式對(duì)通過R/F部分420接收的查詢器10的指令加以解釋。另外，CPU 430檢查在對(duì)智能卡進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)時(shí)以及在傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)出查詢器10過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。
數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路450接收來自CPU 430的串行數(shù)據(jù)并差動(dòng)地驅(qū)動(dòng)智能卡20中與其相配的電容極板(未示出)接口的電容極板451和452。數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路把來自CPU 430具有單一極性的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不同的極性，使得針對(duì)每次來自CPU 430的信號(hào)傳輸在一個(gè)電容極板上的電位變正的同時(shí)另一個(gè)電容極板上的電位為負(fù)。
數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路也接收來自智能卡20上電容極板的差分?jǐn)?shù)據(jù)，該極板非?？拷?0中的電容極板453和454且與之相配。來自智能卡20的數(shù)據(jù)被連到盒40上的CPU 430，并借以連接到查詢器10。
磁滯后被引入到數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路450中以使大于磁滯的差分脈中均是把數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路450的輸出從高狀態(tài)到低狀態(tài)或從低狀態(tài)到高狀態(tài)切換到電容極板451和452所必需的。磁滯也有助于在接收來自智能卡20的數(shù)據(jù)時(shí)通過忽略微小的差分噪聲信號(hào)而只在大的差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)上切換來防止噪聲引起數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路中的接收電路的錯(cuò)誤觸發(fā)。因而一旦數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)電路450中的接收電路切換到某狀態(tài)，如果沒有進(jìn)一步的輸入，該接收電路會(huì)保持在所切換到的狀態(tài)并且不會(huì)偏移回到其它狀態(tài)。
CPU 430還提供激活智能卡20的裝置。一旦CPU 430進(jìn)入全開操作狀態(tài)，它提供一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)給一個(gè)軟膜片電感器(FWID)驅(qū)動(dòng)電路460。該電路從電池401接收其能量，該電池的電壓通過一個(gè)DC到DC轉(zhuǎn)換電路402步進(jìn)到合適的操作電平。到卡20的能量由FWID驅(qū)動(dòng)電路460通過包括變壓器初級(jí)線圈的FWID461來提供。該初級(jí)線圈包括一個(gè)多圈電導(dǎo)材料和一個(gè)用于把磁能傳入智能卡20中的板狀多匝線圈(未示出)。當(dāng)盒40中的初級(jí)線圈和智能卡20的次級(jí)線圈匹配時(shí)便構(gòu)成了一個(gè)變壓器。適合用于把能量從盒子耦合到卡上的變壓器由R.L.Billings在1987年9月8日批準(zhǔn)的美國專利第4，692，604號(hào)中公開。
CPU 430也提供一種用于用戶接口的裝置，使得在事務(wù)處理發(fā)生時(shí)通過由象LCD驅(qū)動(dòng)器406和LCD405提供視頻顯示器給出的信息或由峰鳴器408給出的音頻指示通知卡20的持有者。
下面參照附圖8，這里給出一個(gè)說明在通過射頻信道進(jìn)行雙向讀/寫通信的查詢器、射頻盒和智能卡之間的相互作用的簡(jiǎn)圖。當(dāng)這些單元處于與查詢器相應(yīng)的查詢站點(diǎn)接收范圍之外時(shí)，到盒40從而再到卡20的能量被關(guān)閉。根據(jù)所公開的實(shí)施例，盒40通常停留在能量關(guān)閉狀態(tài)以保護(hù)電池壽命。
如此前所指示的，查詢器10發(fā)射一個(gè)通常為2.4GHz的覆蓋近似于所希望的每個(gè)查詢站點(diǎn)操作區(qū)域的低層查詢信號(hào)。當(dāng)卡的持有者進(jìn)入查詢站點(diǎn)的操作區(qū)域時(shí)，由查詢器天線12發(fā)射的射頻信號(hào)導(dǎo)致一個(gè)提供給盒40中的CPU 430的激活信號(hào)。一旦CPU 430被喚醒，它就向智能卡20提供能量，還產(chǎn)生并發(fā)送其自身查詢信號(hào)給智能卡，用于該智能卡提供本身標(biāo)識(shí)(ID)給查詢器10。由卡提供的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)向查詢器10唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)特定的卡。當(dāng)收到查詢指令時(shí)，智能卡20產(chǎn)生其標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)并把該信息返回給盒40中的接口電路。該盒接著把標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)送到查詢器10。
查詢器10收到該標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)并接著把信道改變命令加上標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)回送到盒40。如此前所述，初始數(shù)據(jù)通過一個(gè)為此目的保留的專門指定的RF信道在盒和查詢器間快速交換。一旦初始數(shù)據(jù)被交換，查詢器把盒引到多個(gè)RF通信信道中的一條，其中所有的順序的和較長的數(shù)據(jù)在查詢器和盒/卡之間進(jìn)行交換。通過允許每個(gè)站點(diǎn)容納多個(gè)同時(shí)用戶，該方案很好地加速了比如人們通過電子屏障那樣的活動(dòng)。
為保證人們的流動(dòng)，一旦一個(gè)人被識(shí)別為卡的用戶，查詢器就使這些用戶快速通過電子屏障。而為了完成事務(wù)處理，一旦用戶通過電子屏障，智能卡/盒必須與服務(wù)提供者連續(xù)通信。為了在處于一個(gè)開放區(qū)域的用戶越過電子屏障時(shí)防止該用戶通過不完成必須的通信來欺騙查詢器，較好地包含在卡和查詢器系統(tǒng)中的智能功能可有效地鎖定該卡并防止標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)在以后嘗試的應(yīng)用中被從卡上順序讀出。這樣基本上使卡變得不能使用并強(qiáng)制用戶把卡還給服務(wù)提供者來重新打開該卡。在美國專利第4,882,474號(hào)中公開了一個(gè)包含保密文件系統(tǒng)，適于使用在后文中描述的方式來加以鎖定的卡。
一旦盒子移入查詢器可用的一條通信信道，查詢器把一個(gè)讀/寫(R/W)命令加上標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)回送給盒40。在讀/寫命令中含有一可選的鎖定命令在不進(jìn)一步接收來自查詢器的命令時(shí)暫時(shí)設(shè)置該卡到一個(gè)鎖定狀態(tài)。這樣一旦用戶通過生成標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)被提供一個(gè)超越電子屏障的訪問，查詢器的事務(wù)處理必須能被完成或把卡設(shè)到鎖定狀態(tài)。在最近的一條由查詢器到卡的用于事務(wù)處理的讀/寫命令中所提供的是一條可有效地越過在前面提供的從查詢器到卡的鎖定命令的鎖定恢復(fù)命令。
如果用戶以某種方式能夠改變他或她的卡使之只向查詢器提供出標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，則這種情況也可被查詢器系統(tǒng)檢測(cè)出來。由主機(jī)17提供的數(shù)據(jù)庫會(huì)檢測(cè)每一個(gè)未完成的事務(wù)。由于將要存貯標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)而后提供用來同任意的在前面提供的對(duì)應(yīng)于未完成事務(wù)的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，所以該數(shù)據(jù)庫也是可修改的。在任一種這樣的情況下，由位于電子屏障附近的值班員工作站產(chǎn)生一個(gè)警告信號(hào)用來向值班員提供一個(gè)指示信號(hào)通知在系統(tǒng)中正要使用一個(gè)偽造的卡。
為了防止查詢器10錯(cuò)誤地影響在附近的任意一個(gè)具有類似結(jié)構(gòu)，而且可能偶然地，比如說移入錯(cuò)誤的通信信道上或正在不同的查詢站點(diǎn)上和查詢器10通信的智能卡中的數(shù)據(jù)，所有的讀寫命令都伴隨有標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。
來自查詢器的讀/寫命令可以用多種形式提供。當(dāng)其持有者在查詢站點(diǎn)附近時(shí)，可以用把帳單記入智能卡的形式來提供讀/寫命令。比如當(dāng)持有者使用象地鐵那樣的公共交通系統(tǒng)時(shí)，該卡開始被讀取并把入口位置記入卡中。接著在卡的持有者離開地鐵時(shí)，適量的帳單被記入智能卡中。這一命令也可以在智能卡中附加帳單的形式來提供。進(jìn)一步地，一旦持有者提供某些額外的識(shí)別信息，比如象語音指紋，讀/寫命令可以簡(jiǎn)單地允許具有提供的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的卡的持有者的所限定的訪問區(qū)或位置。
當(dāng)智能卡20接收到來自盒40的讀/寫命令時(shí)，在該智能卡中進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭?dòng)作并產(chǎn)生一個(gè)對(duì)查詢器10的響應(yīng)。盒40把讀/寫響應(yīng)和智能卡的標(biāo)識(shí)一起耦接到查詢器10以提供一個(gè)指示通知在卡中適當(dāng)?shù)膭?dòng)作已經(jīng)進(jìn)行。如果需要，查詢器10可產(chǎn)生其它的命令且由智能卡20作出響應(yīng)。一旦最后的命令已被卡20響應(yīng)，查詢器發(fā)送一個(gè)附有卡和盒的標(biāo)識(shí)的睡眠命令。接著CPU 430把其本身和盒40中所有的接口電路均關(guān)閉掉。然后關(guān)閉智能卡20的電源。此時(shí)盒返回到它的電源關(guān)閉狀態(tài)。
附圖9是另一個(gè)用于和多個(gè)智能卡和射頻盒接口的查詢器系統(tǒng)的模塊圖。該系統(tǒng)具有并行發(fā)送/串行接收網(wǎng)絡(luò)的形式。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，用戶、站點(diǎn)11和接收器總線之間的內(nèi)部交互與此前圖1中網(wǎng)絡(luò)所描述的相類似。而由于站點(diǎn)111到11N現(xiàn)在分別在分離的總線901到90N上為發(fā)送格式化信息包到多路復(fù)用器/控制器(M/C)91，在站點(diǎn)11和M/C91間的傳送用站點(diǎn)速率進(jìn)行且可以是異步的。在附圖9網(wǎng)絡(luò)中的并行發(fā)送部分里，站點(diǎn)111到11N通過對(duì)各自的接收器9141到914N分別將其信息包存在緩沖區(qū)9131到913N。定序器和控制器915周期性地控制并通過切換裝置917把信息包串行地發(fā)給主機(jī)17。主機(jī)17處理收到的信息包并把主機(jī)17提供的刷新的信息發(fā)送回系統(tǒng)用戶。信息包被從主機(jī)耦拉到切換裝置921，用于把信息包并行地加載進(jìn)入一個(gè)極快速移位寄存器916。
在M/C91中的一個(gè)主時(shí)鐘918控制在緩沖區(qū)913，切換裝置917和921，和寄存器916間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，以及把來自幀標(biāo)記產(chǎn)生器919的位流快速移位到調(diào)制器和激光電路920。幀標(biāo)記產(chǎn)生器919具有和附圖1中所描述的查詢器10中幀標(biāo)記產(chǎn)生器18一致的功能，它用來在要通過總線14發(fā)送的每個(gè)包的起始處插入一個(gè)標(biāo)記。在電路920中，激光被從寄存器916串行接收的信息包調(diào)制。調(diào)制后的位流被送入進(jìn)行同步傳輸?shù)母咚倏偩€14。
在軟件控制下，M/C91是靈活的，用于把來自不同緩沖區(qū)913的信息包多路復(fù)用到總線14上。比如，一個(gè)或一固定數(shù)量的來自每個(gè)緩沖區(qū)913的信息包可以周期性地被多路復(fù)用，或者是每個(gè)緩沖區(qū)913在移到下一緩沖區(qū)前把其中的信息包送空。在程序控制下也可以容易地把優(yōu)先級(jí)賦予某個(gè)緩沖區(qū)913。從硬件的角度看，由于在每個(gè)站點(diǎn)11處既不需要感應(yīng)(S)和發(fā)送(T)定向耦合器又不需要激光器116和極快速移位寄存器115，附圖9中的網(wǎng)絡(luò)比附圖1中的串行網(wǎng)絡(luò)更為簡(jiǎn)單。附圖9中總線401到40N上并行傳輸?shù)牡退俣仍试S附圖9中的光波網(wǎng)絡(luò)使用象多模光纖和LED源那樣的裝置。唯一的缺點(diǎn)是在并行傳送連接需要更多的總線。而在附圖9中站點(diǎn)11的接收器部分以及被所有的站點(diǎn)11共享的M/C91中，仍需要很高速的部件。
可以理解上述實(shí)施例僅是簡(jiǎn)單說明本發(fā)明的原理。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作各種其它的修改或變化。比如，查詢器系統(tǒng)可以采用查詢?cè)趥魉蛶弦苿?dòng)的物品，進(jìn)出貨場(chǎng)的貨車和在測(cè)重站的長途卡車等等的系統(tǒng)。所有必須要做的是把智能卡/盒固定在所希望的物體上并使該物體在查詢器的一個(gè)查詢站的附近經(jīng)過。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于遠(yuǎn)端查詢便攜數(shù)據(jù)卡(20)的查詢器(10)，該查詢器可在多個(gè)射頻上操作，其特征在于用于在多個(gè)射頻中的第一個(gè)頻率上與便攜數(shù)據(jù)卡進(jìn)行通信以確定和數(shù)據(jù)卡相應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)的裝置(11，12，18)；響應(yīng)查詢器對(duì)唯一標(biāo)識(shí)號(hào)的接收用于啟動(dòng)一個(gè)預(yù)定事務(wù)的裝置(17)；用于在多個(gè)射頻中的所述第二個(gè)頻率上與卡通信的同時(shí)完成預(yù)定事務(wù)的裝置(17)，在上述多個(gè)射頻中的第二個(gè)頻率上操作時(shí)，查詢器從卡上讀數(shù)據(jù)并向卡上寫數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1中的查詢器，其中啟動(dòng)裝置的特征還包括用于獲取對(duì)一限定訪問區(qū)的訪問的激活裝置，該激活裝置去活(deactivating)一個(gè)電子屏障從而進(jìn)入上述限定訪問區(qū)。
3.權(quán)利要求1中的查詢器，其特征進(jìn)一步包括有一個(gè)向卡發(fā)送鎖定命令和后續(xù)鎖定恢復(fù)命令的裝置，其中鎖定命令被記錄在卡中并通過由查詢器在其完成預(yù)定事務(wù)處理時(shí)作出響應(yīng)發(fā)出的鎖定恢復(fù)命令來消除。
4.權(quán)利要求3中的查詢器，其進(jìn)一步的特征在于事務(wù)處理中從查詢器到卡的第一個(gè)讀/寫命令包含一鎖定命令。
5.權(quán)利要求4中的查詢器，其特征進(jìn)一步在于事務(wù)處理中最后一條由查詢器到卡的讀/寫命令中包含一條鎖定恢復(fù)命令。
6.權(quán)利要求5中的查詢器，其特征在于當(dāng)預(yù)定事務(wù)未被完成裝置完成時(shí)，鎖定命令保留在卡中用于禁止該卡被使用。
7.一個(gè)從一查詢站點(diǎn)遠(yuǎn)端查詢便攜數(shù)據(jù)卡的方法，該查詢站可在多個(gè)射頻上操作，該方法包括如下步驟在多個(gè)射頻中的第一個(gè)頻率上和便攜數(shù)據(jù)卡通信，用于確定和數(shù)據(jù)卡相應(yīng)的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)；響應(yīng)查詢站點(diǎn)對(duì)唯一標(biāo)識(shí)號(hào)的接收而啟動(dòng)一預(yù)定事務(wù)；當(dāng)在多個(gè)射頻中的一個(gè)第二頻率上和數(shù)據(jù)卡通信時(shí)完成預(yù)定的事務(wù)。
8.權(quán)利要求7中的方法，其中完成步驟包括當(dāng)在上述多個(gè)射頻中的一個(gè)第二頻率上操作時(shí)從卡上讀數(shù)據(jù)并向卡中寫數(shù)據(jù)的步驟。
9.權(quán)利要求7中的方法，其中啟動(dòng)步驟包括去活一個(gè)電子屏障以獲取對(duì)一個(gè)由該屏障控制的限定區(qū)域的訪問的步驟。
10.權(quán)利要求7中的方法，其進(jìn)一步包括傳送鎖定命令到卡上并傳送后續(xù)鎖定恢復(fù)命令到該卡的步驟，在收到的鎖定命令在卡中記錄下來并在收到鎖定恢復(fù)命令時(shí)被消除，該鎖定恢復(fù)命令由查詢站點(diǎn)發(fā)出以響應(yīng)其完成預(yù)定事務(wù)。
全文摘要
一個(gè)可修改的用于同時(shí)查詢多個(gè)便攜數(shù)據(jù)卡的查詢系統(tǒng)。由于可在多個(gè)射頻上進(jìn)行操作，查詢器系統(tǒng)在每個(gè)卡均處在多個(gè)射頻中的第一個(gè)頻率的通信范圍之內(nèi)時(shí)順序地和每個(gè)卡通信。一旦查詢系統(tǒng)獲得卡的標(biāo)識(shí)號(hào)，則開始執(zhí)行預(yù)定事務(wù)。接著查詢器系統(tǒng)把各卡移到不同的射頻上以完成事務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸部分。在所選的各頻率與各卡通信時(shí)，查詢器系統(tǒng)同時(shí)完成對(duì)各個(gè)卡的每一個(gè)讀寫數(shù)據(jù)的預(yù)定事務(wù)。
文檔編號(hào)H04B5/02GK1119378SQ9411480
公開日1996年3月27日 申請(qǐng)日期1994年8月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月2日
發(fā)明者理查德·曼德爾鮑姆 申請(qǐng)人:美國電報(bào)電話公司