CN1233361A - 具有站和应答电路的数据传输电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有一个站(1)和一个应答电路(2)的数据传输电路,其中该站具有一个与一个信号发生器(3)一起用于产生一个具有载波频率的交变磁场的初级线圈(4)以及一个振幅解调器(6)。应答电路(2)具有一个次级线圈(7)和一个用于影响该次级线圈上的负载的调幅器(13)。该调幅器(13)是如此设计的,使得可以用数字信号调制交变磁场。
Description
本发明涉及一种具有一个站和具有一个应答电路的数据传输电路，其中该站具有一个初级线圈以及一个振幅解调器，该初级线圈具有一个信号发生器，其用于产生一个具有载波频率的交变磁场，其中应答电路具有一个次级线圈以及用于影响该次级线圈负载的调幅器，并且其中如此形成调幅器，可以用数据信号调制交变磁场。
这类数据传输电路特别应用于SPR系统(Simultaneous Poweringand Reading)，其具有能量和数据的感应传输。如此的SPR系统也在应用无触点芯片卡的情况下得到使用。
在运行中，站的信号发生器在初级线圈上产生周期性的信号，在线圈范围内形成一个感应的交变场或者交变磁场，这种交变场在初级线圈四周作为所谓的“近场”起作用。与由初级线圈发出的电磁波不同，在初级线圈的近场中由初级线圈发出的信号的该纯感应作用是特别重要的。
在这个近场范围内可以引入应答电路，该应答电路从交变磁场中得到其工作能量。因此应答电路配备有一个次级线圈，在次级线圈中交变磁场感应出交流电压。在那里感应出的交流电压在应答电路中被检波、变成直流，并且供给数据信号产生块。数据信号产生块如此与一个在次级线圈的范围内特别布置的调幅器连接，使调幅器可以依赖于由数据信号产生块产生的数据信号改变次级线圈的负载。
对此，在现技术状况下已知，调幅器作为可变的电阻负载，同时，根据数据信号适当地改变次级线圈的电阻负载。次级线圈的电阻负载的如此改变导致，站这一侧的初级线圈的电特性也改变，因为在初级线圈和次级线圈之间存在感应耦合。这种感应耦合的耦合系数一般在1％和5％之间。
按上面的方式，如果应答电路处于初级线圈的邻近范围内，则可以用应答电路的数据信号调制交变磁场。
在初级线圈的这一侧，振幅解调器检测随数据信号变化的、在初级线圈上下降的电压，并且从中再现数据信号。
通过这种数据传输电路能够以可靠的方式给应答电路提供能量，此外保证，在站的这一侧可以读出由应答电路发出的数据信号。
可是在这种数据传输电路的实际使用中表明，特别在批量生产该数据传输电路的情况下，频繁出现这种情况，在该情况中，在站这一侧不可能再现由应答电路在交变磁场上加调的数据信号。特别是在这种传输电路应用于为汽车确定的公路自动停车信号器的情况下这导致，尽管准许，可是汽车的使用者仍不能使用他的汽车。
因此本发明的任务是提供一种所述类型的数据传输电路，其始终可靠地工作。
根据本发明如此解决该任务，应答电路附加地具有一个用于影响次级线圈的电特性的调相器，其中调幅器和/或调相器是如此形成的，即这个或者这些调制器特别被设计成是可通过至少一个调制信号控制的。
本发明的目标是基于本发明本质的认识，即特别在应答电路批量生产的情况下，根据生产公差，具有初级线圈的初级回路和具有次级线圈的次级回路可以是失谐的。在确定的、特别依赖于在次级线圈与初级线圈之间间距的耦合系数的情况下，这导致在初级线圈中的接收电压不再按照一个纯的幅度调制进行调制。更确切地说，在确定的条件下在初级线圈中的接收电压被按照相位调制进行调制。由于在站的这一侧仅仅设置了一个振幅解调器，所以该解调器不可能再解调相位调制的信号，这在被接收信号的解调时表现为所谓的零值。
通过符合主权利要求1的应答电路的形成可以实现，交变磁场不仅可以进行幅度调制而且也可以进行相位调制。对此，通过调幅器和/或调相器的适当的激励或者去激励可以实现，就调制信号而言这两种调制例如偏移90°。此外，如果关于强度方面适当地实施两种调制，致使在振幅方面这两种调制产生近似相等的各边带，然后在幅度调制和相位调制的适当偏移的情况下将获得某个调制边带的消除。因此就幅度调制而言可与生产公差和与应答电路和站的变化的间距无关地来避免所谓的“调制零值”。此外，不仅调幅器而且-根据权利要求2-调相器也可以在任何时候解调信号，因为适合本发明的交变磁场的调制仅仅导致所接收的数据信号的相位差，其在数据信号的适当的编码时不干扰。
对此，根据本发明的主导思想这已经足够了，即如果在应答电路这一侧如此实施相位调制和幅度调制，致使交变磁场的一个边带与另一个边带相比被消弱了。仅通过这个措施即可实现符合本发明的优点，据此，为了解调用载波信号调制的数据信号，在站这一侧仅用一个振幅解调器或者仅用一个相位解调器就足够了。
根据本发明，调幅器形成为并联于次级线圈的可接入的电阻。
根据本发明，相位调制器可以形成为并联于次级线圈的可接入的电容器，其中该电容器有移相电容器的功能。
此外，在具有用于数据信号调制的交叉调制设备的应答电路的改进中，本发明配备有副载波信号，其中副载波信号的频率特别不同于载波信号或者交变磁场的频率。副载波信号可以有益地从载波信号中获得，也就是说通过应用一个在时钟脉冲导出装置中的分频器而获得。再则系统时钟脉冲间接用于控制调相器和/或调幅器。不过副载波信号也可以另外的方式产生。
根据本发明，用交变磁场调制从数据信号和副载波信号中得出的调制结果。由此得出振幅解调器的一种特别简单的结构，因为能够特别简单地解调该调制结果。
应答电路对此可以具有一个移相装置，其可以如此形成，即从系统时钟脉冲中可以产生至少一个第一和至少一个第二总是互相偏移一确定相位值的控制时钟脉冲。此时移相装置尤其具有至少一个分频器。因此从交变磁场的载波信号振荡中并不复杂地准确产生90°偏移的控制时钟脉冲，其可以直接用于控制调幅器和调相器。从载波信号中导出的、相位偏移的振荡可以作为副载波信号应用，在该载波信号上加调数据信号。
振幅解调器在输入端一侧特别具有一带通滤波器，其中心频率大体上等于载波信号与辅助信号的频率的和或差。
当如此形成应答电路和/或站时，即它们可以处理数字信号，则可得到符合本发明的数据传输电路的特别简单的结构。这样的电路能够通过传统的数字电路技术以特别简单的方式形成。
此外，本发明涉及一种应答电路，其特别确定在应答器中或在芯片卡中应用，其中应答电路配备有一个次级线圈以及一个用于影响次级线圈的电阻负载的调幅器。对此如此形成调幅器，即如果应答电路处在产生外部交变磁场的初级线圈的邻近区域内，则可以用一个特别由应答电路产生的数据信号调制外部的交变磁场。
根据本发明应答电路此外附加具有一个用于影响次级线圈的电特性的相位调制器，其中调幅器和/或调相器是如此形成的，可以通过一个选通信号控制这个或这些调制器。此外特别按照权利要求3至13之一的要求可以改进应答电路，因此给出符合本发明的应答电路的有益结构。
本发明也涉及一种方法，其用于以一个由应答电路根据一个数据信号产生的调制信号调制一个站的外部交变磁场。根据本发明这样实现该调制，使得被调制的交变磁场的一个边带比另一个边带产生的较强。因此在边带信道上集中调制交变磁场的信号功率，并消除调制零值。
从属权利要求16至21给出符合本发明方法的有益改进。
借助于实施例以附图详细说明本发明。
图1示出一个符合本发明的数据传输电路的原理图，该数据传输电路具有一个站并具有一个应答电路，
图2示出一个源于图1的应答电路的数据信号产生块，
图3示出一个源于图1的数据传输电路的交变磁场的调制的矢量图，
图4示出在t=0时刻一个源于图1的数据传输电路的交变磁场的调制的矢量图，
图5示出在t=90°时刻一个源于图1的数据传输电路的交变磁场的调制的矢量图，
图6示出在t＞90°时刻一个源于图1的数据传输电路的交变磁场的调制的矢量图。
图1示出一个符合本发明的数据传输电路，该数据传输电路具有一个站1和具有一个应答电路2。站1具有一个信号发生器3，其在初级线圈中产生一个具有载频Ω的交流电压信号。由信号发生器3产生的交流电压信号被供给初级线圈4，其中在信号发生器3和初级线圈4之间的电路中设置一个振荡电路电容器5a以及一个阻尼电阻5b。此外站1具有一个并联于初级线圈4的解调器6。该解调器6在该外观图中没有详细说明，其不仅可以作为振幅解调器而且也可以作为相位解调器实施。
应答电路2具有一个次级线圈7，其在符合本发明的数据传输电路运行中处在初级线圈4的邻近区域。次级线圈7与一个振荡电路电容器9一起形成一个次级回路。该振荡电路电容器9为次级回路提供一个适当的谐振频率。连接在次级线圈7上以及连接在振荡电路电容器9上的应答电路2的部分主要划分为能量供给单元以及载波信号调制单元。
能量供给单元为此具有一个整流器8，该整流器在其输出端上配备有平滑电容器或者滤波电容器10。此外，能量供给单元有一个齐纳二极管11形式的稳压器。该整流器8在应答电路示出的实施形式2中是作为由四个二极管组成的桥式整流器建立的。
载波信号调制单元主要包括一个数据信号产生块12、一个调幅器13以及包括一个调相器14。其中调幅器13与次级线圈7并联，致使可以用一个附加的电阻加载此次级线圈。与此相对，调相器14有一个与次级线圈7可以并联接入的电容器，因此可以改变其容性负载。调幅器13和调相器14不仅可以作为线性的而且可以作为非线性的调制器实施。
在示出的实施例中，调幅器作为一个具有一个电子可控制开关的欧姆电阻串联电路实施。与此相对，调相器14作为一个电容器和一个电子可控制开关的串联电路实施。调幅器13和调相器14各通过一个连接线15或者16与数据信号产生块12连接，而且是如此连接，使得根据数据信号产生块12的指令可以控制其开关。
此外数据信号产生块12通过一个载波信号线17直接与次级线圈7连接。最后数据信号产生块12也具有能量供给端18及19，通过这些端数据信号产生块与应答电路2的能量供给单元连接。
图2更加详细地示出了应答电路1的数据信号产生块12。数据信号产生块12有一个时钟脉冲整理设备23，其通过载波信号线17与次级线圈7连接。在时钟脉冲整理设备23上连接一个分频器24，其此外包含一个在该外观图中没有示出的移相装置。分频器24产生两个彼此移相的、相同频率的信号，这两个信号通过一个第一输出线25和一个第二输出线26输出。第一个由分频器24产生的信号通过第一输出线25传输到第一副载波调制器27上。第二个由分频器24产生的信号通过第二输出线26传输到第二副载波调制器28上。为了第一副载波调制器27和第二副载波调制器28的信号的输出，这些调制器连接在前面已经提到的连接线15或者16上。
此外，第一副载波调制器27和第二副载波调制器28从一个在数据信号产生块12中另外设置的逻辑和存储装置29中接收数据信号。逻辑和存储装置29完全象数据信号产生块12的所有其它的组件一样，从能量供给端18和19获得其运行能量。第一副载波调制器27和第二副载波调制器28是如此形成的，使得以逻辑和存储装置29的数据信号调制由分频器24产生的信号。
符合本发明的数据传输电路的运行情况如下所述。
站1中的信号发生器3产生一个高频的交流电压信号，该信号被供给初级线圈4。此时振荡回路电容器5a基于串联谐振而导致在初级线圈4中的电压升高。阻尼电阻5b保证所必需的带宽。因此以由信号发生器3产生的、具有载频Ω的交流电压信号输入给在信号发生器3的两个连接端上连接的初级线圈4。因此在初级线圈4的区域内形成一个感应的交变磁场，其在初级线圈4周围的区域内起所谓的近场作用。此时交变磁场的磁场强度随着频率Ω的改变而改变。
在符合本发明的数据传输电路的运行中，应答电路2被引入到初级线圈4的近场区域内，确切地说是应答电路2的次级线圈7直接处在初级线圈4的周围。于是交变磁场在次级线圈中感应出具有与载频Ω一致的频率的交流电压。应答电路2的能量供给单元检测该交流电压，并对其进行整流。为此整流器8与次级线圈7的二个输出端连接。根据平滑电容器或者滤波电容器10的作用在整流器8的输出端上出现平滑的直流电压，由齐纳二级管11限制其量值，确切地说限制在对于数据信号产生块12的运行所必需的值上。能量供给单元的经平滑的并且经限幅的输出电压通过能量供给端18和19加在数据信号产生块12上。
因此数据信号产生块12开始进入激活状态，在该状态中其通过载波信号线17检测在次级线圈7中感应的电压。在图2中示出的时钟脉冲导出设备20从在次级线圈7中感应的交流电压中得出一个系统时钟脉冲，并将其供给分频器21。
在分频器21中设置一个在该图中没示出的移相装置，其从系统时钟脉冲中产生一个第一副载波信号以及一个与第一副载波信号同频的第二副载波信号，就第一副载波信号的相位来说，第二副载波信号同第一副载波信号移位90°。
在图2示出的副载波调制器24、25中以副载波信号把在逻辑和存储装置26中存储的数据信号调制成为一个调相信号和调制成为一个调幅信号。接着调幅信号通过连接线15被供给调幅器13，同时调相信号通过连接线16被供给调相器14。调幅器13和调相器14根据供给他们的信号对次级线圈7加负载。由于在初级线圈4和次级线圈7之间存在一个耦合，所以次级线圈7的负载通过调相器14和通过调幅器13反作用于初级线圈4的电特性。因此改变了在初级线圈4上得到的信号的形状和大小，这由解调器6检测。在适当地设计在此图中没有详细示出的解调器6的情况下，能够从在初级线圈4中如此变化的交流电压中复原数据信号。
图3至6阐明了具有副载波信号的载波信号的符合本发明的调制的工作原理，为了更加清楚地说明本发明的主导思想，这个说明限制在没有由数据信号影响的副载波信号或者调相信号和调幅信号上。
图3示出了具有载波信号的副载波信号的调制的矢量图，该调制是通过调幅器13和通过调相器14实施的。此时载波信号表明为一个载波信号矢量20，具有载频Ω的载波信号矢量围绕起点0旋转。调幅信号矢量21a(a1)和21b(a2)以及调相信号矢量22a(p1)和22b(p2)表明围绕着载波信号矢量20的顶端旋转。对此每两个矢量21a、21b或者22a、22b不仅表示数据信号的调幅而且也表示载波信号的调相，这些矢量各再现了幅度调制和相位调制的两个频谱分量。副载波信号或者调相与调幅信号具有一恒定的频率ω。与载波信号相比频谱分量的旋转速度ω与副载波信号的频率相符，对于调幅和调相的所有矢量21a、21b、22a、22b该频率是相等的。可是幅度调制或相位调制的矢量21a或者22a以与幅度调制或相位调制的矢量21b或者22b相反的方向旋转。
图4示出在t=0时刻源于图3的矢量图。载波信号矢量20以载频Ω旋转，同时幅度调制矢量a1、a2以及相位调制矢量p1、p2静止。
在t=0时刻开始调幅。因此幅度调制矢量a1,a2开始以旋转速度ω围绕载波信号矢量20的顶端旋转，其中在所示出的图中一个频谱分量a1以逆时针方向旋转，而另一个分量a2以顺时针方向旋转。
图5示出在t=90°/ω时刻数据传输电路的交变磁场的调制的矢量图。在这个时刻幅度调制的频谱分量a1、a2已从在图4中描述的垂直位置移动到一水平位置，因此幅度调制的一个频谱分量a2与相位调制的两个频谱分量p1、p2重叠，而幅度调制的另一个频谱分量a1位于频谱分量a2、p1、p2的对面。相位调制的频谱分量p1、p2准确地在该时刻启动。一个频谱分量p1开始以频率ω逆时针方向旋转，而另一个频谱分量p2开始以频率ω顺时针方向旋转。正如在该图明显看出的，一假设频谱分量a1和p1的振幅相等一频谱分量a1与频谱分量p1抵消。剩余的频谱分量a2和相位调制的另一个频谱分量p2加强。
图6示出在t＞90°/ω时刻源于图3的矢量图。在这个时刻幅度调制的频谱分量a1、a2已从在图5中的位置再移动一定的角度。频谱分量p1、p2已从在图5中的位置同样再移动一定的角度。频谱分量a1、a2或者p1、p2从在图5中的位置再移动的这个角度总是互相一致的，因为频谱分量总是以相同的频率ω围绕载波信号矢量20的顶端旋转。正如在该图中特别容易看出的，幅度调制的频谱分量a1和相位调制频谱分量p1抵消，而幅度调制的频谱分量a2和相位调制的频谱分量p2加强。
在符合本发明的应答电路中，例如相位调制从而幅度调制超前副载波信号的频率ω的信号周期的90°。可是也可能，相位调制从而幅度调制滞后副载波信号的频率ω的信号周期的90°。在第一种情况中矢量21b和22b的方向始终重合，而矢量21a和22a的方向始终相反。因此没有调制零值。如果矢量21a和22a有相同的长度，则导致一个边带的完全消失，因此交变磁场的调制信号功率集中在一个边带上。
Claims (21)
1．具有一个站和具有一个特别确定用于芯片卡的应答电路的数据传输电路，其中该站具有一个初级线圈以及一个振幅解调器，该初级线圈具有一个信号发生器，其用于产生一个具有载波频率的交变磁场，其中应答电路具有一个次级线圈以及一个用于影响该次级线圈负载的调幅器，其中如此形成调幅器，可以用一个数据信号调制交变磁场，其特征在于，应答电路(2)具有一个用于影响次级线圈(7)的电特性的调相器(14)，其中调幅器(13)和/或调相器(14)被设计成总是可通过至少一个调制信号控制的。
2．具有一个站和具有一个特别确定用于芯片卡的应答电路的数据传输电路，其中该站具有一个初级线圈以及一个解调器，该初级线圈具有一个用于产生交变磁场的信号发生器，其中应答电路具有一个次级线圈以及一个用于影响该次级线圈的电特性的调幅器，其中如此形成调幅器，可以用一个数据信号调制交变磁场，其特征在于，应答电路(2)具有一个用于影响次级线圈(7)的电特性的调相器(13)，其中调幅器(13)和/或调相器(14)被设计成总是可通过至少一个调制信号控制的，并且还在于解调器(6)设计成为相位解调器。
3．符合权利要求1或权利要求2的数据传输电路，其特征在于，如此形成应答电路(2)，即可以如此控制调幅器(13)和/或调相器(14)，就其相位而言，相位调制与幅度调制是错开的。
4．符合权利要求3的数据传输电路，其特征在于，如此形成应答电路(2)，即可以如此控制调幅器(13)和/或调相器(14)，就调制信号的信号周期而言，相位调制与幅度调制相比超前或者滞后90°。
5．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，调幅器(13)形成为并联于次级线圈(7)的可接入的电阻。
6．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，调相器(14)形成为并联于次级线圈(7)的可接入的电容器。
7．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，应答电路具有至少一个交叉调制设备(24、25)，其用于以副载波信号调制数据信号。
8．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，应答电路(2)具有一个时钟脉冲导出装置(20、21)，其用于从交变磁场导出副载波信号。
9．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，应答电路(2)具有一个移相装置(21)，其是如此形成的，即从系统时钟脉冲中可以产生至少一个第一和至少一个第二总是互相偏移一确定相位值的副载波信号。
10．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，移相装置具有至少一个分频器(21)。
11．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，解调器(6)在输入端一侧具有一个带通滤波器。
12．符合权利要求10或权利要求11的数据传输电路，其特征在于，带通滤波器的中频大体上等于载波信号与副载波信号的频率的和或差。
13．符合上述权利要求之一的数据传输电路，其特征在于，应答电路和/或站形成用于处理数据信号的确定的电路。
14．特别用于在一个应答器上或在一个芯片卡上的应答电路具有一个次级线圈以及具有一个调幅器，其用于影响次级线圈的电特性，其中如此形成调幅器，可以以数据信号调制外部的交变磁场，其特征在于，应答电路(8)具有一个用于影响次级线圈(7)的电特性的调相器(14)，其中总是可以通过至少一个调制信号控制调幅器(13)和/或调相器(14)。
15．以一个由应答电路根据数据信号产生的调制信号对一个站的一个外部交变磁场进行调制的方法，其特征在于，如此实现该调制，使得被调制的交变磁场的一个边带比另一个边带产生的较强。
16．符合权利要求15的方法，其特征在于，不仅用幅度调制而且也用相位调制实现交变磁场的调制。
17．符合权利要求16的方法，其特征在于，幅度调制与相位调制相比具有一相移。
18．符合权利要求17的方法，其特征在于，相移为90°，并且或者超前或者滞后。
19．符合权利要求15至18之一的方法，其特征在于，以一个通过调幅信号控制的调幅器(13)进行调幅，以一个通过调相信号控制的调相器(14)进行调相，其中总是从以各一个副载波信号进行的数据信号的调制中产生调幅信号和/或调相信号。
20．符合权利要求19的方法，其特征在于，通过分频从交变磁场中导出这个副载波信号或者这些副载波信号。
21．符合权利要求19或权利要求20的方法，其特征在于，如此产生副载波信号，即在这些副载波信号之间存在一个特别的90°的相移。
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