本發(fā)明涉及rfid裝置中的電力采集，并且具體地，涉及包括需要電力的附加部件，諸如指紋掃描器的無源rfid裝置中的電力采集。

背景技術：

圖1示出了典型的無源rfid裝置2的架構。供電的rfid讀寫器4經(jīng)由天線6發(fā)送信號。對于由nxp半導體公司制造的和系統(tǒng)，該信號通常為13.56mhz，而對于由hidglobal公司制造的低頻產(chǎn)品，該信號可為125khz。該信號由rfid裝置2的天線8接收然后傳遞給rfid芯片10，其中，天線8包括調(diào)諧線圈和電容器。所接收的信號由橋式整流器12整流，并且整流器12的dc輸出被提供給控制來自芯片10的消息收發(fā)的控制電路14。

從控制電路14輸出的數(shù)據(jù)被連接至跨天線8連接的場效應晶體管16。通過接通和斷開晶體管16，信號可以由rfid裝置2發(fā)送并且由讀寫器4中的適當?shù)目刂齐娐?8對信號進行解碼。此類型的信令被稱為反向散射調(diào)制，并且其特征在于，讀寫器4用于向返回其自身的消息供電。

作為附加的安全措施，一些rfid裝置已經(jīng)適于附加地處理生物特征識別數(shù)據(jù)以提供改進的安全性。在此類系統(tǒng)中，向使用者提供具有存儲有生物特征模板的rfid卡。例如，為了使卡的所有者能夠訪問錢或建筑物或辦公室的物理門禁，終端設置有指紋傳感器，并且為了授權使用者，從終端讀取的指紋從終端發(fā)送給rfid卡，在該rfid卡上與卡上存儲的模板進行匹配。rfid卡然后向終端無線傳送實時匹配的結果，匹配還是未匹配。

在此提出將生物特征傳感器，諸如指紋掃描器并入到無源rfid裝置中。至少本發(fā)明的優(yōu)選實施例尋求解決與此裝置相關聯(lián)的一些技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供用于在包括無源生物特征認證引擎的無源rfid裝置中采集電力的方法，該方法包括：由rfid裝置從供電的rfid讀寫器接收命令；在rfid讀寫器等待對命令的響應的同時，由rfid裝置接收非脈沖持續(xù)射頻激勵場；由rfid裝置從該激勵場采集電力；將從激勵場提取的電力提供給生物特征認證引擎；在生物特征認證引擎中執(zhí)行處理，該處理為不需要對來自rfid讀寫器的命令做出響應的處理；確定rfid裝置已等待響應的時間段；以及響應于確定該時間段超過預定閾值，如果該處理尚未完成，則由rfid裝置向rfid讀寫器發(fā)送等待時間延長的請求。

如下面將更詳細地討論的，典型的rfid讀寫器施以脈沖將它們的激勵信號打開和關閉，以便節(jié)省能量，而不是穩(wěn)定地發(fā)射激勵信號。通常，這種脈沖產(chǎn)生小于通過穩(wěn)定發(fā)射所發(fā)射的電力的10％的有用能量的占空比。這可能不足以為生物特征認證引擎供電。

上述方法通過利用符合例如國際標準iso/iec14443的rfid讀寫器的標準功能的某些方面來克服這個問題。具體地，當rfid讀寫器等待對命令的響應時，它必須保持非脈沖的射頻(rf)激勵場，該非脈沖的射頻(rf)激勵場優(yōu)選為非脈沖的基本上持續(xù)的射頻(rf)激勵場。

因此，根據(jù)該方法，當rfid讀寫器向rfid裝置發(fā)送命令時，裝置不響應，而是等待并采集電力以驅動生物特征認證引擎的功能。

由生物特征認證引擎執(zhí)行的處理為不需要響應于命令的處理，例如，該命令可為“請求提供識別碼”的命令。也就是說，來自rfid裝置的對命令的響應被有意地延遲，以允許執(zhí)行處理。

在優(yōu)選實施例中，當生物特征認證引擎正在執(zhí)行處理時，rfid裝置并不響應命令。此外，該方法優(yōu)選進一步包括：在生物特征認證引擎完成處理之后，由rfid裝置對命令作出響應。

下列步驟優(yōu)選被重復：“確定rfid裝置已等待響應的時間段；以及響應于確定該時間段超過預定閾值，如果該處理還沒有完成，則由rfid裝置向rfid讀寫器發(fā)送等待時間延長的請求”，直到該處理完成和/或對命令的響應已經(jīng)被發(fā)送為止。例如，在該處理已完成之后，如果不需要與rfid讀寫器進一步通信，則rfid裝置可允許等待時間到期。另選地，例如，如果在對命令作出響應之前該處理為授權步驟的一部分，則可發(fā)送對rfid讀寫器的響應。

優(yōu)選地，該時間段為自從接收到命令以來或者自從作出最后的等待時間延長請求以來的時間。因此，等待時間延長的請求可以在當前等待時間到期之前發(fā)送，以確保rfid讀寫器繼續(xù)保持rf激勵場直到該處理完成為止。

由生物特征認證引擎執(zhí)行的處理可為生物特征登記處理或生物特征匹配處理中的一者。該描述的方法特別適用于生物特征匹配或登記，例如指紋匹配或登記處理，因為這些處理需要來自使用者的輸入(即，一個或更多個生物特征掃描)，這些輸入只能以它們由rfid裝置的使用者提供的速率進行處理。

在不使用對等待時間延長的請求的情況下，對于符合國際標準iso/iec14443的rfid讀寫器，可提供非脈沖射頻激勵場的最大默認時間為4.949秒。因此，該方法允許由生物特征認證引擎執(zhí)行的處理，其中，該處理需要大于5.0秒的時間來完成。

在各種實施例中，生物特征認證引擎可包括生物特征掃描器和處理單元。優(yōu)選地，生物特征認證引擎為紋認證引擎。

如上所述，本方法特別適用于符合國際標準iso/iec14443的裝置和讀寫器(盡管該方法也可應用于以類似方式操作的其他標準)，因此rfid裝置優(yōu)選為感應集成電路卡(picc)，并且rfid讀寫器優(yōu)選為感應耦合裝置(pcd)。picc和pcd優(yōu)選地符合國際標準iso/iec14443中給出的定義。

預定閾值優(yōu)選地低于picc和pcd的預先布置的第一等待時間。

從第二方面來看，本發(fā)明提供了無源rfid裝置，包括：用于從rfid讀寫器接收射頻激勵場并且用于從激勵場采集電力的天線；被布置成接收由天線采集的電力的無源生物特征認證引擎；以及被布置成執(zhí)行方法的rfid裝置控制器，該方法包括：由天線從供電的rfid讀寫器接收命令；在rfid讀寫器等待對命令的響應的同時，由天線接收基本上為持續(xù)的射頻激勵場；在生物特征認證引擎中執(zhí)行處理，該處理為不需要對來自rfid讀寫器的命令作出響應的處理；確定rfid裝置已等待響應的時間段；以及響應于確定該時間段超過預定閾值，如果該處理尚未完成，則由天線向rfid讀寫器發(fā)送等待時間延長的請求。

rfid裝置控制器優(yōu)選地進一步被布置成執(zhí)行第一方面的方法的任何或所有優(yōu)選步驟。

rfid裝置可為以下中的任一者：門禁卡、信用卡、借記卡、預付卡、會員卡、身份證、密碼卡等。

附圖說明

現(xiàn)在將僅通過示例并參考附圖更詳細地描述本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例，其中：

圖1示出了現(xiàn)有技術的無源rfid裝置的電路；

圖2示出了包含指紋掃描器的無源rfid裝置的電路；以及

圖3示出了包含所述指紋掃描器的所述無源rfid裝置的外殼。

具體實施方式

圖2示出了rfid讀寫器104和無源rfid裝置102的架構，其是圖1所示的現(xiàn)有技術無源rfid裝置2的變型。圖2所示的rfid裝置102已經(jīng)適于包括指紋認證引擎120。

rfid讀寫器104為常規(guī)的rfid讀寫器，并且被配置成使用讀寫器天線106來生成rf激勵場。讀寫器天線106進一步從rfid裝置102接收輸入的rf信號，其由rfid讀寫器104內(nèi)的控制電路118解碼。

rfid裝置102包括用于接收rf(射頻)信號的天線108、由天線供電的無源rfid芯片110和由天線108供電的無源指紋認證引擎120。

如本文所使用的，術語“無源rfid裝置”應理解為意指rfid裝置102，其中，rfid芯片110僅由從例如由rfid讀寫器118生成的射頻激勵場采集的能量供電。也就是說，無源rfid裝置102依賴于rfid讀寫器118來提供其用于廣播的電力。無源rfid裝置102通常不包括電池，盡管可包括電池來為電路的輔助部件供電(但不是用于廣播)；此類裝置通常被稱為“半無源rfid裝置”。

類似地，術語“無源指紋/生物特征認證引擎”應理解為意指僅由從射頻激勵場，例如由rfid讀寫器118生成的射頻激勵場采集的能量供電的指紋/生物特征認證引擎。

天線包括調(diào)諧電路，在該布置中，調(diào)諧電路包括感應線圈和電容器，其被調(diào)諧以從rfid讀寫器104接收射頻信號。當暴露于由rfid讀寫器104生成的激勵場時，在天線108兩端感應出電壓。

天線108具有第一端輸出線122和第二端輸出線124，在天線108的每一端有一個輸出線。天線108的輸出線被連接至指紋認證引擎120以向指紋認證引擎120提供電力。在該布置中，提供整流器126以對由天線108接收的交流電壓進行整流。使用平滑電容器對整流的dc電壓進行平滑并將其提供給指紋認證引擎120。

指紋認證引擎120包括處理單元128和指紋讀寫器130，指紋讀寫器130優(yōu)選為如圖3所示的區(qū)域指紋讀寫器130。指紋認證引擎120為無源的，并因此僅由從天線108輸出的電壓供電。處理單元128包括被選擇為具有非常低的電力和非常快的速度的微處理器，以便能夠在合理的時間內(nèi)執(zhí)行生物特征匹配。

指紋認證引擎120被布置成掃描呈現(xiàn)給指紋讀寫器130的手指或拇指，并且使用處理單元128將所掃描的手指或拇指的指紋與預先存儲的指紋數(shù)據(jù)進行比較。然后確定所掃描的指紋是否與預先存儲的指紋數(shù)據(jù)匹配。在一個優(yōu)選實施例中，捕獲指紋圖像和準確識別所登記的手指所需的時間小于1秒。

如果確定匹配，則rfid芯片110被授權向rfid讀寫器104發(fā)送信號。在圖2的布置中，這通過閉合開關132以將rfid芯片110連接至天線108來實現(xiàn)。rfid芯片110為常規(guī)的，并且以與圖1所示的rfid芯片10相同的方式操作，以通過接通和斷開晶體管116使用反向散射調(diào)制經(jīng)由天線108廣播信號。

圖3示出了rfid裝置102的示例性外殼134。圖2所示的電路被容納在外殼134內(nèi)，使得指紋讀寫器130的掃描區(qū)域從外殼134露出。

在使用之前，rfid裝置102的使用者必須首先將他的指紋日期登記到“未經(jīng)使用的”裝置上，即不包括任何預先存儲的生物特征數(shù)據(jù)。這可通過將他的手指呈現(xiàn)給指紋讀寫器130一次或更多次，優(yōu)選地至少三次并且通常五至七次來完成。在wo2014/068090a1中公開了使用低功率滑動型傳感器來登記指紋的示例性方法，本領域的技術人員將能夠適應于本文所述的區(qū)域指紋傳感器130。

外殼可包括用于與rfid裝置的使用者通信的指示器，諸如圖3所示的led136、138。在登記期間，使用者可由指示器136、138引導，指示器136、138告知使用者指紋是否已被正確登記。rfid裝置102上的led136、138可通過發(fā)送與其已通過rfid裝置102接收的使用者的指令一致的閃光序列來與使用者通信。

在若干次呈現(xiàn)之后，指紋將已被登記，并且裝置102可永遠只對其原始使用者作出響應。

在指紋生物統(tǒng)計學的情況下，一個常見的問題在于，當在一個地方，諸如專用登記終端發(fā)生初始登記時，難以獲得可重復的結果，并且用于匹配的后續(xù)登記發(fā)生在需要進行匹配的例如另一終端上。圍繞每個指紋傳感器的外殼的機械特征必須進行精心地設計，以在每次讀取時以一致的方式引導手指。如果用若干不同的終端掃描指紋，每個終端略有不同，則在讀取指紋時可能發(fā)生錯誤。相反，如果每次使用相同的指紋傳感器，則降低發(fā)生此類錯誤的可能性。

如上所述，裝置102包括具有車載指紋傳感器130以及登記使用者的能力的指紋認證引擎120，并因此可使用相同的指紋傳感器130來執(zhí)行匹配和登記掃描。因此，可以平衡掉掃描錯誤，因為如果使用者傾向于在登記期間用橫向偏置呈現(xiàn)他們的手指，則它們在匹配期間也可能這樣做。

因此，對于與rfid裝置102一起使用的所有掃描，使用相同的指紋傳感器130顯著減少登記和匹配中的錯誤，并因此產(chǎn)生更可重現(xiàn)的結果。

在本布置中，rfid芯片110和指紋認證引擎120的電力從由rfid讀寫器104生成的激勵場采集。也就是說，rfid裝置102為無源rfid裝置，并因此沒有電池，而是代替以與基本rfid裝置2類似的方式使用從讀寫器104采集的電力。

來自第二橋式整流器126的整流輸出用于向指紋認證引擎120供電。然而，與正常rfid裝置2的部件的電力需求相比，此裝置所需的電力相對較高。為此，先前不可能將指紋讀寫器130并入無源rfid裝置102中。在本布置中使用特殊設計考慮，以使用從rfid讀寫器104的激勵場采集的電力為指紋讀寫器130供電。

當尋求為指紋認證引擎120供電時出現(xiàn)的一個問題是典型的rfid讀寫器104施以脈沖將其激勵信號接通和斷開，以便節(jié)省能量，而不是穩(wěn)定地發(fā)射激勵信號。通常，這種脈沖產(chǎn)生小于通過穩(wěn)定發(fā)射所發(fā)射的電力的10％的有用能量的占空比。這不足以為指紋認證引擎120供電。

rfid讀寫器104可符合iso/iec14443，iso/iec14443為定義用于識別的感應卡的國際標準，以及用于與它們通信的傳輸協(xié)議。當與此rfid裝置104通信時，rfid裝置102可以利用這些協(xié)議的某些特征(將在下面描述)將來自rfid讀寫器104的激勵信號切換為持續(xù)足夠長的時間以執(zhí)行必要的計算。

iso/iec14443-4標準定義了感應卡的傳輸協(xié)議。iso/iec14443-4規(guī)定了在感應集成電路卡(picc)(即rfid裝置102)和感應耦合裝置(pcd)(即rfid讀寫器104)之間的信息的初始交換，其至少部分用于協(xié)商幀等待時間(fwt)。fwt定義了在pcd傳輸幀結束之后picc開始其響應的最大時間。picc可以在工廠設置成請求fwt范圍為從302微秒到4.949秒。

iso/iec14443-4規(guī)定了當pcd向picc發(fā)送命令，諸如對picc發(fā)出提供識別碼的請求時，pcd必須保持射頻場并在它決定已發(fā)生響應超時之前等待來自picc的響應的至少一個fwt時間段。如果picc需要比fwt更多的時間來處理從pcd接收的命令，則picc可以向pcd發(fā)送等待時間延長(s(wtx))的請求，這致使fwt定時器被重置回其全協(xié)商值。然后，在聲明超時條件之前，pcd需要等待另一完整fwt時間段。

如果在重置fwt到期之前向pcd發(fā)送另一等待時間延長(s(wtx))，則fwt定時器被再次重置回其全協(xié)商值，并且在聲明超時條件之前，pcd需要等待另一完整fwt時間段。

發(fā)送等待時間延長的請求的這種方法可以用于在無限期的時間段內(nèi)保持射頻場。當保持該狀態(tài)時，停止pcd和picc之間的通信進程，并且rf場可以用于采集電力以驅動通常不與智能卡通信相關聯(lián)的其他進程，諸如指紋登記或驗證。

因此，通過在卡和讀寫器之間進行消息收發(fā)的一些精心設計，可以從讀寫器提取足夠的電力以實現(xiàn)認證周期。該采集電力的方法克服了對無源rfid裝置102中的無源指紋認證引擎120供電的一個主要問題，特別是當進行指紋登記時。

此外，該電力采集方法允許使用更大的指紋掃描器130，并且具體地，為區(qū)域指紋掃描器130，其輸出計算強度較小的數(shù)據(jù)以進行處理。

如上所述，在使用rfid裝置102之前，裝置102的使用者必須首先將自己登記在“未經(jīng)使用的”裝置102上。在登記之后，rfid裝置102然后將僅響應于該使用者。因此，重要的是，只有預期使用者能夠將他們的指紋登記在rfid裝置102上。

經(jīng)由郵件接收新信用卡或芯片卡的人的典型安全措施是通過一個郵件來發(fā)送卡并通過另一個郵件來發(fā)送與卡相關聯(lián)的pin。然而，對于如上所述的生物特征認證的rfid裝置102，該處理更復雜。下面描述確保僅rfid裝置102的預期接收者能夠登記其指紋的一個示例性方法。

如上所述，rfid裝置102和與rfid裝置102相關聯(lián)的唯一pin被單獨地發(fā)送給使用者。然而，使用者不能使用rfid卡102的生物特征認證功能，直到他將他的指紋登記到rfid裝置102上為止。

使用者被指示來到銷售點終端，該終端被配備成能夠不接觸地讀取卡，并且被指示將其rfid裝置102呈現(xiàn)給終端。同時，他通過其小鍵盤將其pin輸入終端中。

終端將向rfid裝置102發(fā)送所輸入的pin。由于使用者的指紋尚未登記到rfid裝置102，因此rfid裝置102將把鍵盤輸入與rfid裝置102的pin進行比較。如果兩者是相同的，則卡變成可登記的。

然后，卡使用者可使用上述方法登記他的指紋。另選地，如果使用者具有在家中可用的合適的電源，則他可將rfid裝置102拿回家并在稍后的時間進行生物特征登記過程。

一旦登記，rfid裝置102就可在沒有pin或者僅具有取決于發(fā)生的交易的量的pin的情況下使用指紋不接觸地使用。