CN100337245C - 数据载体及其集成电路 - Google Patents

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Abstract

在由基站(2)产生电磁场(HF)上与基站(2)进行无接触通信的数据载体(1)中，线圈电压控制装置(16)被设置成控制接收信号(ES)的未调制的线圈电压(US)，该线圈电压控制装置(16)被设置成在电磁场(HF)的场强度增加时响应实质降低的线圈电压(US)进行控制。

Description

数据载体及其集成电路
技术领域
一般地说本发明涉及一种在由基站所产生的电磁场上与基站进行无接触通信的数据载体，具有连接到第一线圈端子和第二线圈端子的天线线圈，在电磁场处于运行中时可以在天线线圈中感应出接收信号，接收信号具有在第一和第二线圈端子之间的线圈电压，以及通过要与基站通信的传输数据调制电磁场的调制装置，接收信号的线圈电压被偶尔地减小调制幅值并且它的负载被调制成至少间接地连接到第一和第二线圈端子的调制负载的电阻值被偶尔地改变。
本发明进一步涉及一种在由基站产生的电磁场上与基站无接触地通信的数据载体的集成电路，该集成电路具有如下的特征：
天线线圈可以连接到其中的第一线圈端子和第二线圈端子，在电磁场的运行过程中可以感应出具有在第一和第二线圈端子之间的线圈电压的接收信号；
通过要与基站通信的传输数据调制电磁场的调制装置，接收信号的线圈电压被偶尔地减小调制幅值并且它的负载被调制成至少间接地连接到第一和第二线圈端子的调制负载的电阻值被偶尔地改变。
背景技术
这种数据载体和这种集成电路公开在文献US5,874,829中并由所谓的智能卡的应答器形成。公知的应答器为IC的形式，这种IC具有天线线圈连接到其中的第一和第二线圈端子。该IC包括具有能量存储电容器的电压输送电路和确保给IC的元件提供恒定的电源电压的两个并行控制器。为此两个并行控制器间接地连接到天线线圈的第一和第二线圈端子并被设置成使并行电流从第一线圈端子泄漏到第二线圈端子。能量存储电容器通过整流器电路间接地连接到第一和第二线圈端子并被设置成存储由并行控制器控制的并经整流的线圈电压。
在应答器保持接近基站并由此电磁场具有相对较大的场强度时，线圈电压和由此到能量存储电容器的电源电压将强烈地增加，这是不希望的。为避免这种情况，在这种情况下并行控制器泄漏具有相对较大的电流强度的并行电流，以便响应基本稳定的电压值控制线圈电压。
在这个文献中公开的并行控制器具有不同的控制器特征，一个并行控制器对线圈电压的变化反应相对较快，而另一个并行控制器对线圈电压的变化反应相对较慢。两个并行控制器响应基本恒定的电压值控制线圈电压，以便对于在电磁场中的智能卡的快速和慢速运动都能够确保恒定的电源电压。
在并行控制器中从并行电流中导出并通过天线线圈从电磁场中接收的过大的能量将以热损失的形式被泄漏。要带走的热损失为并行电流的电流强度和线圈电压的电压值的乘积。因此这个损失随着应答器更加接近基站而增加越大。
公知的应答器进一步包括上述的调制装置，应用这个调制装置通过连接和断开调制负载实现电磁场的负载调制。随线圈电压的电压值越大，调制幅值越大。
应用公知的数据载体和公知的集成电路，存在的缺陷是，因为响应基本稳定的电压值控制线圈电压，因此调制幅值基本上独立于数据载体距基站的距离。由于在电磁场上数据载体和基站的天线线圈的电感耦合随着它们彼此相距更加遥远而减小，所以在该距离增加时在负载调制的过程中发射的传输数据的可靠性减小。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种如在开始段落中界定的类型的数据载体和如在第二段中界定的类型的集成电路，应用这种数据载体和集成电路避免了上文所述的缺陷。为实现上文界定的目的，给这种数据载体和这种集成电路提供控制接收信号的未调制的线圈电压的线圈电压控制装置，该线圈电压控制装置被设置成在电磁场的场强度增加时响应实质降低的线圈电压进行控制。
在第一实施例中，提供了一种在由基站所产生的电磁场上与基站进行无接触通信的数据载体，具有连接到第一线圈端子和第二线圈端子的天线线圈，在电磁场处于运行中时在天线线圈中感应接收信号，该接收信号具有在第一和第二线圈端子之间的线圈电压，以及具有用于以要传送给基站的传输数据调制电磁场的调制装置，接收信号的线圈电压偶尔按调制幅值减小并且它的负载被调制成使得连接到第一和第二线圈端子的调制负载的电阻值偶尔改变，其特征在于，还具有用于控制接收信号的未调制的线圈电压的线圈电压控制装置，该线圈电压控制装置被设置成在电磁场的场强度增加时提供降低的线圈电压。
根据本发明的特征实现了在较大的电磁场强度的情况下(由此在基站的附近)该线圈电压控制装置响应相对较小的电压值控制线圈电压。对于基站，在这种情况下相对较小的调制幅值对于可靠地解调在电磁场上通过负载调制从数据载体发射给基站的传输数据是足够的，因为天线线圈的电感耦合相对较大。
在另一方面，如果在数据载体的天线线圈的范围内电磁场相对较小(数据载体距基站相对较远)，线圈电压控制装置响应相对较大的电压值控制线圈电压。结果，相对较大的调制幅值使得如下情况仍然可能：尽管在数据载体和基站之间的较大的距离和由此天线线圈的相对较小的电感耦合，在基站中的发射数据仍然能够被可靠地解调。根据本发明的数据载体由此提供了一种非常大的传输范围。
本发明的进一步优点在于从线圈电压控制装置带走的热损失比公知的数据载体更小。实现了这个优点是因为在电磁场的场强度增加由此在基站附近时线圈电压控制装置响应线圈电压的较低的电压值进行控制。在数据载体被设置成集成电路时这特别有利。
根据上述实施例的数据载体，其中线圈电压控制装置被设置成在电磁场的场强度单调地增加时提供单调地降低的线圈电压，实现了线圈电压控制装置的非常有利的控制特征。
根据上述实施例的数据载体，其中线圈电压控制装置连接到第一和第二线圈端子并被设置成控制从第一线圈端子到第二端子中导出的并行电流，该线圈电压控制装置被设置成在电磁场的场强度增加时提供电流强度增加或减少的并行电流，实现了线圈电压控制装置的非常有利的结构设置。
根据上述实施例的数据载体，其中线圈电压控制装置包括参考电压源，用以独立于数据载体的工作温度而在最大和最小线圈电压之间的电压范围中控制线圈电压，实现了参考电压源在适当的电压范围内控制线圈电压，由此确保了从数据载体的元件的能量存储电容器输送电能。
本发明的另一目的是提供一种在由基站所产生的电磁场上与基站进行无接触通信的数据载体的集成电路，具有连接到第一线圈端子和第二线圈端子的天线线圈，在电磁场处于运行中时在天线线圈中感应接收信号，该接收信号具有在第一和第二线圈端子之间的线圈电压，以及具有用于以要传送给基站的传输数据调制电磁场的调制装置，接收信号的线圈电压被偶尔地按调制幅值减小并且它的负载被调制成使得连接到第一和第二线圈端子的调制负载的电阻值被偶尔地改变，其特征在于，还具有用于控制接收信号的未调制的线圈电压的线圈电压控制装置，该线圈电压控制装置被设置成在电磁场的场强度增加时提供降低的线圈电压。
附图说明
参考下文描述的实施例阐述本发明的这些和其它方面并且它们也是显然的。
附图1所示为在通过基站所产生的电磁场上彼此通信的基站和数据载体，该数据载体包括线圈电压控制装置。
附图2所示为通过线圈电压控制装置控制的并行电流的曲线，其中电流随着电磁场的场强度增加而单调地增加。
附图3所示为通过线圈电压控制装置控制的线圈电压的图形，其中线圈电压随着电磁场的场强度增加而单调地减小。
附图4所示为在电磁场的场强度增加时在线圈电压控制装置中要带走的热损失的图形。
具体实施方式
附图1所示为设置成与基站2进行无接触通信的数据载体1。为此，基站2通过基站2的天线线圈3产生电磁场HF，作为该电磁场HF的结果，建立了与数据载体1的天线线圈4的电感耦合。在电磁场HF上可以传送驱动数据载体1的元件的能量和要发射给数据载体1的数据。这种系统很久以前就已知，它例如以13.56MHz或125kHz的电磁场的频率进行通信。
数据载体1由集成电路5和天线线圈4形成，该天线线圈4以它的线圈端部连接到集成电路5的第一线圈端子6和第二线圈端子7。如果数据载体1插入到电磁场HF，则接收信号ES感应在天线线圈4中并产生线圈电压US。线圈电压US的产生电压值取决于集成电路5在第一线圈端子6和第二线圈端子7上的输入电阻。
通过能量存储电容器9与第二线圈端子7连接并形成第一电路分支的第一二极管8连接到第一线圈端子6。第一二极管8以MOS技术设置并形成一个单向整流器，通过这个整流器由接收信号ES的正半波对能量存储电容器9充电到操作电压UB。由于第一二极管8的前向电压UDI大约为1.5V，因此将能量存储电容器9充电到它的最大值以便操作电压UB等于线圈电压US的正半波的电压幅值减去正向电压UDI。
集成电路5包括处理装置10和存储装置11，通过能量存储电容器9给处理装置10和存储装置11输送操作电压UB。处理装置10包括所谓的微控制器并被设置成执行存储在存储装置11中的软件程序，这些程序在本领域中在以前已经公知。为避免对处理装置10和能量存储装置11的损坏，操作电压UB必须不超过由存储装置11和处理装置10的电介质强度界定的最大值。为确保软件程序的可靠执行，更具体地说在存储装置11中的可靠存储操作，操作电压UB必须不下降到最小值之下。
集成电路5进一步包括由第二二极管12、第一晶体管13和处理装置1 0构成的调制装置。该调制装置被设置成以要与基站2进行通信的传输数据UD调制电磁场HF，该线圈电压US偶尔地被减小，并且由于至少间接地连接到第一线圈端子6和第二线圈端子7的第一晶体管13形成的调制负载的电阻值的偶尔地改变的结果而被负载调制。
处理装置10被设置成读取存储在能量存储装置11中的传输数据UD，并且视情况而定，处理所读出的传输数据UD。在数据载体1的发送模式中将处理装置10设置成输送具有要发射的传输数据UD的特征的调制信息MI给第一晶体管13的数据端子。调制信息MI是数字信息并控制第一晶体管13处于它的导通或它的禁止状态。
第二二极管12和第一晶体管13形成了连接到第一线圈端子6和第二线圈端子7的第二电路分支。如果第一晶体管13截止，则第二电路分支具有几乎无限大的电阻并影响集成电路5的输入电阻，由此影响在第一线圈端子6和第二线圈端子7上的线圈电压US。在另一方面，如果第一晶体管13接通，第二电路分支例如具有200欧姆，强烈地影响适合于第一线圈端子6和第二线圈端子7的线圈电压US。在这种情况下线圈电压US减小在线圈电压USM上调制的调制幅值UM，如附图3所示。在天线线圈4上调制的这个较小的线圈电压USM影响电磁场HF以致负载调制发生。
除了在这个连接中非本质的并由此在附图1中没有示出的元件之外，基站2包括还包括解调装置14，通过天线线圈3将感应在天线线圈3中的基站接收信号BES输送给解调装置14。解调装置14被设置成检测基站接收信号BES的幅值变化和对从数据载体1发射给基站2的传输数据UD进行解调，该变化由负载调制引起。在基站2中解调的传输数据UD可以进一步通过在附图1中没有示出的处理装置进行处理并随后存储在存储装置15中。
数据载体1现在进一步包括控制接收信号ES的未调制的线圈电压US的线圈电压控制装置16，该线圈电压控制装置16被设置成在电磁场HF的场强度增加时响应实质降低的线圈电压US进行控制。连接到第一线圈端子6的第三二极管17通过线圈电压控制装置16连接到第二线圈端子7，并由此形成了第三电路分支。
现在参考在附图2至4中的特征曲线进一步解释线圈电压控制装置16的操作。附图2所示为在电磁场HF的场强度增加时流经第三电路分支的并行电流IP的曲线。从数据载体1中可以看出，使数据载体1越接近基站电磁场HF的场强度越增加。数据载体1保持越接近基站2，两个天线线圈3和4的电感耦合也越强。随着电磁场HF的场强度的增加，线圈电压控制装置16减小第三电路分支的电阻，由此减小了在线圈端子6和7上的输入电阻，从而根据在附图3中的特征曲线调节线圈电压US，同时并行电流IP的电流强度增加，如附图2所示。
在附图3中所示为由线圈电压控制装置16控制的线圈电压US对由已有技术的线圈电压控制装置所控制的线圈电压US1的曲线。公知的线圈电压控制装置在电磁场的场强度变化时响应基本恒定的线圈电压US1进行控制，以便确保恒定的操作电压UB。
在另一方面，线圈电压控制装置16响应实质降低的线圈电压US进行控制。这实现了在数据载体1处于基站2的附近并且电磁场HF的场强度较大时，将线圈电压控制为相对较小。由于在这种情况下天线线圈3和4的电感耦合相对较好，因此以相对较低的调制幅值UM2将传输数据UD从数据载体1发射给基站2并在基站2中对它们进行可靠地解调也是可能的。
如附图4所示，在发现数据载体1处于基站2的附近的情况下，可实现的优点在于，在线圈电压控制装置16中消耗的功率PV2比在已有技术的线圈电压控制装置中消耗的功率PV1小得多。这种消耗功率也可以从线圈电压US(US1＞US)和并行电流IP的乘积中计算。结果，与数据载体1通信的基站2可以产生具有大得多的场强度的电磁场HF而不担心在基站2的附近的数据载体1受到热干扰。电磁场HF的这种更大的场强度能够使数据载体1在实质更大的距离上与基站2进行通信，这非常有利。
在根据本发明的数据载体1在距基站2相当大的距离上被插入到基站的电磁场HF中时，根据本发明的线圈电压控制装置16响应在附图3中所示的相对较大的电压值控制线圈电压US。这可以实现在这种情况下在负载调制的过程中达到相对较大的调制幅值UM1，因此在基站2中可以对从数据载体1发射给基站2的传输数据UD进行可靠地解调，尽管在这种情况下天线线圈3和4的电感耦合相对较差。
线圈电压控制装置16包括第二晶体管18、控制级19、参考电压源20和并行电流传感器21。并行电流传感器21被设置成监测通过线圈电压控制装置16导出的并行电流IP和将相应的传感器信息SI传送到控制级19。通过参考电压源20将参考电压UREF进一步输送给控制级19以便控制级19能够独立于数据载体1的工作温度和周围环境温度地控制线圈电压US。这种参考电压源20对于本领域熟练人员来说是公知的，例如所谓的带隙源，因此在此省去了对它们的进一步讨论。
控制装置19取决于以并行电流IP的电流强度为特征并通过参考电压UREF“校准”以便将控制信息RI传送给第二晶体管18的控制极端子的传感器信息SI。根据控制信息RI，第二晶体管18改变它的电阻，在这种情况下由此改变第三电路分支的电阻，以便集成电路5的输入电阻在第一线圈端子6和第二线圈端子7上改变。通过控制信息RI改变的输入电阻规定，在电磁场HF的场强度增加时维持在附图3中所示的线圈电压US作为降低的线圈电压。随着电磁场HF的单调增加的场强度单调地降低的线圈电压US在实践中是非常有利的。
控制级19现在进一步被设置成将线圈电压US限制到最大的线圈电压，以限制由存储电容器9所产生的操作电压UB到最大的操作电压。这实现了如下的优点：避免了由过电压对处理装置10和存储装置11的损坏。
控制级19现在进一步被设置成限制线圈电压US到最小的线圈电压直到仍然确保通过处理装置10和存储装置11进行的传输数据UD的可靠处理。这提供的优点在于：在数据载体1相对接近基站2时，相对较小的线圈电压仍然足够确保最小的操作电压。
可以看出，根据本发明并在附图1中所示的线圈电压控制装置能够被置于整流二极管后的所谓的DC侧。然而，在线圈端子和在所谓的AC侧上的整流二极管之间插入根据本发明的线圈电压控制装置也是有利的。
可以看出，根据本发明的线圈电压控制装置也可以连接到双向整流器或仅将接收信号的负半波传送给线圈电压控制装置的单向整流器。此外，具有三个并行电路分支的结构设置不是必须的。在这种连接中本领域的普通技术人员知道多种可能的结构设置。
此外，可以看出，本领域的普通技术人员知道多种其它可能的构造线圈电压控制装置，以在电磁场HF的场强度增加时响应降低的线圈电压US根据本发明进行控制。

Claims (10)

1.一种在由基站(2)所产生的电磁场(HF)上与基站(2)进行无接触通信的数据载体(1)，具有连接到第一线圈端子(6)和第二线圈端子(7)的天线线圈(4)，在电磁场(HF)处于运行中时在天线线圈中感应接收信号(ES)，该接收信号具有在第一和第二线圈端子之间的线圈电压(US)，以及具有用于以要传送给基站(2)的传输数据(UD)调制电磁场(HF)的调制装置(10，12，13)，接收信号(ES)的线圈电压(US)被偶尔地按调制幅值(UM1，UM2)减小并且它的负载被调制成使得连接到第一和第二线圈端子的调制负载(13)的电阻值被偶尔地改变，其特征在于，还具有用于控制接收信号(ES)的未调制的线圈电压(US)的线圈电压控制装置(16)，该线圈电压控制装置(16)被设置成在电磁场(HF)的场强度增加时提供降低的线圈电压(US)。
2.权利要求1所述的数据载体(1)，其中线圈电压控制装置(16)被设置成在电磁场(HF)的场强度单调地增加时提供单调地降低的线圈电压(US)。
3.权利要求1所述的数据载体(1)，其中线圈电压控制装置(16)连接到第一和第二线圈端子(6，7)并被设置成控制从第一线圈端子(6)到第二端子(7)中导出的并行电流(IP)，该线圈电压控制装置(16)被设置成在电磁场(HF)的场强度增加时提供电流强度增加的并行电流(IP)。
4.权利要求3所述的数据载体(1)，其中线圈电压控制装置(16)包括监测并行电流(IP)的电流强度的并行电流传感器(21)，以及其中线圈电压控制装置(16)被设置成在并行电流(IP)的电流强度增加时提供降低的线圈电压(US)。
5.权利要求1所述的数据载体(1)，其中线圈电压控制装置(16)包括参考电压源(20)，用以独立于数据载体(1)的工作温度而在最大和最小线圈电压(USMAX，USMIN)之间的电压范围中控制线圈电压(US)。
6.一种在由基站(2)所产生的电磁场(HF)上与基站(2)进行无接触通信的数据载体(1)的集成电路(5)，具有连接到第一线圈端子(6)和第二线圈端子(7)的天线线圈(4)，在电磁场(HF)处于运行中时在天线线圈中感应接收信号(ES)，该接收信号具有在第一和第二线圈端子之间的线圈电压(US)，以及具有用于以要传送给基站(2)的传输数据(UD)调制电磁场(HF)的调制装置(10，12，13)，接收信号(ES)的线圈电压(US)被偶尔地按调制幅值(UM1，UM2)减小并且它的负载被调制成使得连接到第一和第二线圈端子的调制负载(13)的电阻值被偶尔地改变，其特征在于，还具有用于控制接收信号(ES)的未调制的线圈电压(US)的线圈电压控制装置(16)，该线圈电压控制装置(16)被设置成在电磁场(HF)的场强度增加时提供降低的线圈电压(US)。
7.权利要求6所述的集成电路(5)，其中线圈电压控制装置(16)被设置成在电磁场(HF)的场强度单调地增加时提供单调地降低的线圈电压(US)。
8.权利要求6所述的集成电路(5)，其中线圈电压控制装置(16)连接到第一和第二线圈端子(6，7)并被设置成控制从第一线圈端子(6)到第二端子(7)中导出的并行电流(IP)，该线圈电压控制装置(16)被设置成在电磁场(HF)的场强度增加时提供电流强度增加的并行电流(IP)。
9.权利要求8所述的集成电路(5)，其中线圈电压控制装置(16)包括监测并行电流(IP)的电流强度的并行电流传感器(21)，以及其中线圈电压控制装置(16)被设置成在并行电流(IP)的电流强度增加时提供降低的线圈电压(US)。
10.权利要求6所述的集成电路(5)，其中线圈电压控制装置(16)包括参考电压源(20)，用以独立于数据载体(1)的工作温度而在最大和最小线圈电压(USMAX，USMIN)之间的电压范围中控制线圈电压(US)。
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