CN1289188A - 防止数据在调幅载波解调时错误恢复的非接触式ic卡 - Google Patents

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Abstract

一种非接触式IC卡,其作用是检波经ASK调制过的载波的包络线和对载波进行解调以恢复承载在载波上的数据。在这种非接触式IC卡中,在承载在载波上的数字数据的数据值不可能变化(从数据0变成数据1,或从数据1变成数据0)期间暂缓进行解调操作。通过这样做,即使电源电压波形中因内部存储器等耗电而出现杂波时也可以避免数据错误恢复。

Description

防止数据在调幅载波解调 时错误恢复的非接触式IC卡
本申请以在日本提交的申请号为H11-268632的申请为基础，这里把该申请的内容包括进来，以供参考。
本发明涉及一种非接触式IC(集成电路)卡，供接收用调制系数小于100％调幅过的载波，并解调经调幅的载波以恢复载波上所承载的数据，具体地说本发明涉及一种防止数据在解调时错误恢复的技术。
近几年来，象列车车票收集系统、保安系统和电子现金系统之类的系统中日益考虑采用由IC卡和读写器(以下简称“R/W”)构成的非接触式IC卡系统，其中R/W通过固定频率的载波与IC卡进行非接触式数据通信。下面简要说明这类非接触式IC卡系统的一般结构。
图1示出了非接触式IC卡系统的一般结构。如图中所示，非接触式IC卡系统大致由一个非接触式IC卡10和一个R/W 30构成，非接触式IC卡配备有一个IC 11和一个环形线圈12，R/W 30则配备有一个环形线圈21、一个调制/解调部分22、一个控制部分23和一个输入/输出部分24。
环形线圈21用作天线，供向/从非接触式IC卡10发送/接收用数据调制过的载波。调制/解调部分22用准备传送给非接触式IC卡10的数据调制载波，或解调自非接触式IC卡10接收的载波，恢复承载在载波上的数据。控制部分23控制整个R/W 30，包括控制调制/解调的数据在内。输入/输出部分24输入/输出数据。
R/W 30装在列车车票收票闸口之中，用待传输的数据对预定频率(例如13.56兆赫)的载波进行调幅(ASK(振幅编移键控)调制)，并将调幅过的载波传送给用作季度票等的非接触式IC卡10。这样，为了将数据从R/W 30传送给非接触式IC卡10而采用ASK调制，根据载波振幅的级别确定数字数据0和1。这里，ASK调制的调制系数从未达到100％。采用调制系数小于100％的ASK调制可以使数据在占用的带宽狭窄的情况下高速传送，从而使非接触式IC卡获取正确调制过的信号。
非接触式IC卡10是没有电池的非接触式IC卡。在此非接触式IC卡10中，环形线圈12从接收R/W 30来的经调幅的载波。IC 11按与R/W 30中采用的调制方法相应的解调方法解调所收到的载波，恢复承载在载波上的原始数据。接着，IC 11对恢复过来的数字数据进行预定的处理。这之后，非接触式IC卡10给R/W 30发送响应信号。
从以上说明可知，非接触式IC卡10中的数据处理主要由IC 11进行。下面说明IC 11的结构。
图2是IC 11结构的方框图。非接触式IC卡10由于没有电池，因而通过对R/W 30发送来的载波进行整流获取直流电。
IC 11包括一个整流器40、一个调制/解调部分41、一个控制部分42、一个存储部分43和一个稳压电路44。整流器40连接用作天线给/从R/W 30发送/接收载波的环形线圈12。调制/解调部分41连接整流器40。图中，整流器40和调制/解调部分41是串联连接的，但它们也可以并联连接。
环形线圈12一旦收到来自R/W 30的经ASK调制的载波，整流器40就对载波进行整流，产生电源电压，设在调制/解调部分41中的解调电路解调经整流的载波，获得解调信号。
这里，解调信号不仅含有数据，还含有其它象指令和地址之类的信息。控制部分42根据这些信息处理解调信号，再把数据存入存储部分43中。这里，控制部分42的控制是由时钟信号发生电路(图中未示出)根据从载波产生的时钟信号进行的。
稳压电路44调节检波器40产生的电源电压使其不超过某阈值电压。这个稳压电路44即所谓分路调节器，其作用是保护非接触式IC卡10中的电路诸如在非接触式IC卡10与R/W 30之间的间距变得过短等的情况下不致因过电压而损坏。
接下去，说明一下设在非接触式IC卡10的调制/解调部分41中的解调电路的一般结构和工作情况。图3是表示解调电路一个实例结构的电路图。
当环形线圈12收到来自R/W 30经ASK调制的载波时，其两端产生电压，所产生的电压经过整流和包络线检波之后作为电源电压(以下称“Vdd”)输入解调电路中。电阻器901和902耦合到Vdd的输入端，电容器903和904耦合到电阻器901和902的汇接点(以下称“节点A”)。电容器903是个平滑电容器，供滤除经整流器40整流之后剩余的杂波。
电容器904在与节点A相对的一侧的端子连接比较器908的一个输入端(以下称“节点B”)，节点B的一端耦合到电阻器905，电阻器905则连接一个供产生基准电压(以下称Vref)的基准电压发生电路。电容器904和电阻器905构成一个微分电路。通过此微分电路，只有经电阻器901和902分压的Vdd的高频分量从节点A传送到节点B。
基准电压发生电路还通过电阻器906与比较器908的另一个输入端(以下称“节点C”)连接。比较器908配备有一个锁存器，且构制成在节点B的输入电压超过节点C的输入电压一定值时将其输出(即解调信号)倒相。更具体地说，比较器908在两阈值(相对于Vref的上下阈值)之间具有滞后特性。这种特性可以避免比较器908的输出在每次出于某种原因电源电压轻微变化时遭倒相。
图4是图3所示解调电路中各节点电压电平的时间图。如图中所示，环形线圈12收到的从经ASK调制的载波产生的电源电压(Vdd)由电阻器901和902分压，在节点A产生得出的电压。此电压在节点A的微分分量传送给节点B。若节点B的电压相对于节点C的基准电压(Vref)超过两阈值(图中以节点B的上下水平虚线表示)的任何一个，解调信号就倒相。
在非接触式IC卡10中，控制部分42和存储部分43在工作过程中耗电。这里，非接触式IC卡10由于是从无线电波获取电能，因而其源阻抗高，既然如此，瞬间耗电使电源电压急剧下降，进而影响电源电压的波形，并引发如图4中箭头A或C所示的杂波。另一方面，此电源电压波形还传送需要通过解调加以恢复的数据和伴随信息，因而若电源电压波形中的干扰引发出大得足以超过比较器908的任何阈值的杂波，则即使数据值在0与1之间实际上没有任何变化，比较器908的输出也会错误倒相。发生这种情况时，原始数据不能正确恢复过来。
例如，A点电压下降引起的杂波会导致数据1作为数据0的误判(从A点至B点)，或者电压因在C点的回跳引起的升高会导致数据0作为数据1的误判(从C点至D点)。
本发明的目的是通过调制系数小于100％的ASK调制防止在从R/W接收数据的非接触式IC卡中因电源电压波形中的干扰引起数据错误恢复。
上述目的可以通过这样一种非接触式IC卡达到，这种非接触式IC卡包括一个解调电路和一个延缓部分，解调电路接收用数字数据ASK调制过的载波，并解调经ASK调制过的载波以恢复数字数据，延缓部分在数字数据中的数据值不可能变化期间延缓解调电路的解调。
在这种结构的情况下，在承载在载波上的数据中的数据值不可能变化(数据0变为数据1，数据1变为数据0)期间就暂缓进行解调。通过这样做，即使电源电压波形中出现杂波，也可以避免数据错误恢复。
这里，解调电路可以包括检波电路、CR时间常数电路、基准电压发生电路和比较电路。解调的延缓可以通过下列措施进行：在比较电路的两输入端之间形成短路；通过改变CR时间常数电路的时间常数降低CR时间常数电路的输出电压；或通过增大比较电路的滞后宽度降低比较电路的灵敏度。
从下面结合附图对本发明进行的说明可以清楚理解本发明的上述和其它目的、优点和特点。附图举例说明了本发明的一个具体实施例，附图中：
图1示出了非接触式IC卡系统的一般结构；
图2是图1中所示IC的结构方框图；
图3是配备在图2中所示IC的调制/解调部分中的解调电路一个实例的结构的电路图；
图4是图3解调电路中各节点电压电平的时间图；
图5是配备在本发明第一实施例的非接触式IC卡调制/解调部分中的解调电路一个实例的结构的电路图；
图6是图5解调电路中各节点电压级的时间图，连同解调延缓信号的波形；
图7是配备在本发明第二实施例非接触式IC卡调制/解调部分中的解调电路一个实例的结构的电路图；
图8是配备在本发明第三实施例非接触式IC卡调制/解调部分中的比较器一个实例的结构的电路图；
图9是第三实施例解调电路中各节点电压级的时间图，连同解调延缓信号的波形；以及
图10是本发明一种改型的解调电路一个实例的结构的电路图。
下面参阅附图说明本发明的一些实施例。
第一实施例
图5是装配在本发明第一实施例的非接触式IC卡10的调制/解调部分41中解调电路的一个实例结构的电路图。此解调电路与图3中所示的那一种不同之处在于，配备了一个晶体管107，供在预定的时间短接比较器108的两个输入端(节点B和C)，以防比较器108的输出倒相。除晶体管107以外的结构元件，即电阻器101和102、电容器103和104、电阻器105和106和比较器108都和图3中所示的那些元件一样，因此这里不再详述。
更具体地说，节点B和节点C分别接晶体管107的源极和漏极，解调延缓信号输入晶体管107的栅极。在此结构的情况下，节点B和节点C在解调延缓信号导通时处于短接状态，从而避免比较器108的输出即使在电源电压波形中出现杂波也不致倒相。
这种解调延缓信号以下列方式产生。图6是图5解调电路中各节点电压电平的时间图，连同解调延缓信号的波形。
这里非接触式IC卡系统采用ISO 1443 B型，因而13.56兆赫载波上载有大约212千赫的数据。虽然调制系数在本实施例中取大约10％，但调制系数并不局限于此。此外，这里非接触式IC卡10配备有时钟信号发生电路(图中未示出)，通过对所收到的载波分频而从时钟信号发生电路产生的时钟信号提供给控制部分42、存储部分43等。在此实施例中，13.56兆赫载波被除4分频，从而产生3.39兆赫的时钟信号，提供给非接触式IC卡10的上述结构元件。
通过载波从R/W 30传送的信号包括点信号(例如“010101010“)和同步信号(例如”01010011“)，供使R/W 30与非接触式IC卡10同步。采用这些信号，控制部分42检测出现时钟信号上升沿或下降沿的时间，和数据值改变(数据0变为数据1，数据1变为数据0)的时间(即从一个比特转入下一个比特发生的时间)。有了这些检测出的时间，控制部分42就能确定诸如读出解调信号的时间、使解调延缓信号接通的时间和访问存储部分43的时间。
例如，收到同步(SYNC)信号时，控制部分42用内部计数器开始计出时钟信号边沿的数目，使解调延缓信号在上升边沿(例如点A)之后的上升边沿(例如点B)接通，这时数据值可能改变。鉴于解调延缓信号是输入晶体管107的栅极中的，因而节点B和节点C在解调延缓信号接通时短路。因此，即使在此期间电源电压波形中出现杂波，比较器108的输出(解调信号)也避免倒相。与此同时，控制部分42在解调延缓信号接通时访问存储部分43。一旦对存储部分43的访问没有引起杂波的风险，控制部分42就使解调延缓信号(在例如C点)关断，恢复对承载在载波上的数据进行的解调。图6中，举例说，数据值在A点和/或D点可能发生变化，从而控制部分42进行控制使解调延缓信号至少在这些点之前关断。
通过这样做，即使由于对存储部分43的访问或其它原因在电源电压波形中出现杂波也可以避免数据恢复出错。
第二实施例
在第一实施例中，解调延缓信号加到晶体管107的栅极使节点B和节点C短路，从而避免因电源电压波形中出现杂波而引起错误数据恢复。另一方面在第二实施例中，当解调延缓信号接通时，由电容器104和电阻器105构成的微分电路的时间常数增加，即使电源电压波形中出现杂波也避免节点B的电压超过比较器108的阈值。
图7是配备在本发明第二实施例的非接触式IC卡10调制/解调部分41中配备的解调电路一个实例的电路图。如图中所示，电容器103与一个新的电容器109并联连接，晶体管107接电容器109，解调延缓信号输入晶体管107的栅极中。在此结构的情况下，电容器104和电阻器105构成的CR时间常数电路的时间常数在解调延缓信号接通时保持较高的电平。
因此，甚至在电源电压波形中出现杂波时，节点B的电压也不会超过比较器108中的阈值，从而可以避免比较器108的输出倒相。这里，考虑到比较器108的阈值最好最优化比较器108的阈值，使B节点的电压在杂波出现时不致超过任何阈值。
第三实施例
在第三实施例中，解调延缓信号接通时提高比较器108的滞后宽度(即，分别使比较器108的上下阈值提高和降低一定值)从而避免数据因电源电压波形中出现杂波而错误恢复。
图8是此实施例解调电路中比较器108一个实例结构的电路图。比较器108包括P沟道MOS晶体管(以下称“PchMOS晶体管”)301至305和N沟道MOS晶体管(以下称“NchMOS晶体管”)306至315，电源电压(Vdd)输入PchMOS晶体管301，304和305的源极。
此外，电流控制用的偏压加到PchMOS晶体管301的栅极。此偏压的电平并没有特别加以限制，而是根据Vdd和Vref确定的。节点B的电压加到PchMOS晶体管302的栅极，节点C的电压(Vref)加到PchMOS晶体管303的栅极。
此外，解调延缓信号输入NchMOS晶体管308和312的栅极中，从而使比较器108中的上下阈值在解调延缓信号接通时分别保持较高和较低的电平1，可以避免数据错误恢复。
图9是表示第三实施例解调电路中各节点电压电平的时间图，连同解调延缓信号的波形。如图中所示，即使当节点B的输入电压因(例如在C点)出现杂波而变化时，比较器108中的上下阈值在解调延缓信号接通(例如从A点到B点)时也分别处在较高和较低的电平，从而尽管存在杂波也不会使解调信号倒相。
这样，通过改变比较器108的滞后宽度可以避免数据因电源电压波形中的杂波而错误恢复。
改型
尽管上面已就上述一些实施例说明本发明，但本发明并不局限于此。例如，可以进行下面的改型。
(1)可以将第一至第三实施例变化的组合使用。
(2)在上述诸实施例中，本发明是应用于电源电压(Vdd)的分压信号流经由电容器104和电阻器105组成的微分电路，且得出的微分波形输入比较器108的解调电路。
然而本发明也可应用于不同结构的解调电路中。图10示出了本发明应用于结构与上述实施例不同的解调电路的情况。此解调电路包括PchMOS晶体管401至403、NchMOS晶体管404至406、电容器407和比较器408。电源电压(Vdd)加到PchMOS晶体管401的源极，基准电压(Vref)加到NchMOS晶体管404和405的栅极。这里比较器408的一个输入端称之为节点A，另一个输入端称之为节点B。
此解调电路的工作原理如下。当Vdd下降时，与电容器407连接的节点B处电压的变化看来比节点A电压的变化慢。就是说，Vdd下降时，节点A的电压保持一段时间低于节点B的电压。发生这种情况时，比较器408检测出Vdd的下降，并使经解调的信号降低。同样的原理适用于Vdd上升的情况。
然而，假设存储部分43等的耗电量相当大，则电源电压波形中因此产生的杂波可能大得足以误认为数据值的变化，从而使数据错误恢复。为避免这一点，在节点A与节点B之间插接了晶体管406，令解调延缓信号输入晶体管406的栅极，将节点A和节点B短接起来。
虽然上面已参照附图通过举例全面地描述本发明，但应该指出的是，本领域的技术人员都知道对上述实施例是可以作种种变化和改型的。因此，这类更改和修改只要不脱离本发明的范围都应包括在本发明中。

Claims (14)

1.一种非接触式IC卡，其特征在于，它包括：
一个解调电路，接收用数字数据ASK调制过的载波，和解调经ASK调制过的载波，以恢复数字数据；和
延缓装置，在数字数据的数据值不可能改变期间延缓解调电路的解调操作。
2.如权利要求1所述的非接触式IC卡，其特征在于，解调电路包括：
一个检波电路，对ASK调制过的载波的包络线进行检波；
一个基准电压发生电路，输出基准电压；
一个微分电路，接收来自检波电路的包络线，并根据基准电压输出所收到包络线的微分分量；和
一个比较电路，包括第一输入端，第二输入端和一个输出端，第一输入端供接收微分电路的输出，第二输入端供接收基准电压发生电路的输出，所述比较电路将第一输入端的电压与第二输入端的电压加以比较，并在两电压之间的差值超过预定值时将输出端的输出倒相。
3.如权利要求2所述的非接触式IC卡，其特征在于，延缓装置包括：
一个短路控制电路，在数字数据的数据值不可能变化期间将第一输入端与第二输入端短路；和
一个短路控制信号输出电路，给短路控制电路输出短路控制信号，表明数字数据的数据值不可能变化的时间。
4.如权利要求3所述的非接触式IC卡，其特征在于，短路控制电路是一个晶体管，该晶体管的源极和漏极接比较电路的第一和第二输入端中的不同端子，晶体管的栅极接收短路控制信号。
5.如权利要求4所述的非接触式IC卡，其特征在于，所述短路控制信号输出电路包括：
一个时钟信号发生电路，产生时钟信号；
一个计数器，计出时钟信号的边沿数；和
控制装置，实行控制，使得在计数器的计数值达到预定数时认定短路控制信号。
6.如权利要求5所述的非接触式IC卡，其特征在于，它还包括一个存储器，所述存储器在控装置件的控制下存储恢复后的数字数据，控制装置在认定有短路控制信号发出时访问存储器。
7.如权利要求2所述的非接触式IC卡，其特征在于，微分电路为CR时间常数电路，且延缓装置包括：
一个时间常数增加电路，在数字数据的数据值不可能改变期间将CR时间常数电路的时间常数维持在较高的水平；和
一个时间常数控制信号输出电路，给时间常数增加电路输出时间常数控制信号，表明数字数据的数据值不可能变化的时间。
8.如权利要求7所述的非接触式IC卡，其特征在于，时间常数增加电路包括：
第一电容器，与包括在CR时间常数电路中的第二电容器并联连接；和
一个开关元件，与第一电容器串联连接，接收来自时间常数控制信号输出电路的时间常数控制信号。
9.如权利要求8所述的非接触式IC卡，其特征在于，开关元件是个晶体管，晶体管的源极或漏极接第一电容器，晶体管的栅极接收时间常数控制信号。
10.如权利要求7所述的非接触式IC卡，其特征在于，时间常数控制信号输出电路包括：
一个时钟信号发生电路，产生时钟信号；
一个计数器，计出时钟信号的边沿数；和
控制装置，实行控制，使得当计数器的计数值达到预定数时认定时间常数控制信号。
11.如权利要求10所述的非接触式IC卡，其特征在于，它还包括一个存储器，所述存储器在控制装置的控制下存储恢复的数字数据，控制装置在认定有时间常数控制信号期间访问所述存储器。
12.如权利要求2所述的非接触式IC卡，其特征在于，比较电路相对于基准电压在上下阈值之间滞后，上阈值为预定值与基准电压的总和，下阈值为预定值与基准电压的差值：
其中延缓装置包括：
一个滞后控制信号输出电路，给比较电路输出滞后控制信号，表明数字数据的数据值不可能变化的时间；且
其中比较电路包括：
一个滞后控制电路，在数字数据的数据值不可能变化期间将预定值保持在较高的水平，从而将滞后宽度保持在较宽的水平
13.如权利要求12所述的非接触式IC卡，其特征在于，滞后控制信号输出电路包括：
一个时钟信号发生电路，产生时钟信号；
一个计数器，计出时钟信号的边沿数；和
控制装置，实行控制，使得在计数器的计数值达到预定值时发出滞后控制信号。
14.如权利要求13所述的非接触式IC卡，其特征在于，它还包括一个存储器，所述存储器在控制装置的控制下存储恢复的数字数据，控制装置在认定有滞后控制信号期间访问存储器。
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