CN1813260A - 具有用于更改有载周期的更改装置的数据载体 - Google Patents

Abstract

在数据载体(1)中，设置有更改装置(19)，用于将有载周期(TB)的持续时间与无载周期(TE)的持续时间的比值作为数据载体(1)与基站(4)之间的距离的函数来进行更改，在该比值下，数据载体(1)对由基站(4)产生的电磁场(HF)进行负载调制。

Description

具有用于更改有载周期的更改装置的数据载体

技术领域

本发明涉及一种用于借助由基站产生的电磁场与该基站进行无接触通信的数据载体，该数据载体具有天线线圈，该天线线圈与第一线圈端子和第二线圈端子相连接，在该天线线圈内，在工作状态下可以由电磁场感生天线信号，并且该数据载体具有调制装置，用于在连续的有载周期和无载周期期间，用将要传送给基站的传输数据调制电磁场，该电磁场是在有载周期期间通过更改至少间接与第一线圈端子和第二线圈端子连接的调制负载的阻抗值来进行负载调制的。

本发明此外还涉及一种用于借助由基站产生的电磁场与该基站进行无接触通信的数据载体的集成电路，该集成电路具有第一线圈端子和第二线圈端子，天线线圈可以与该第一线圈端子和第二线圈端子连接，在该天线线圈中，在工作状态下可以由电磁场感生天线信号，并且该集成电路具有调制装置，用于在连续的有载周期和无载周期期间，用将要传送给基站的传输数据调制电磁场，该电磁场是在有载周期期间通过更改至少间接与第一线圈端子和第二线圈端子连接的调制负载的阻抗值来进行负载调制的。

本发明此外还涉及一种由数据载体对基站产生的电磁场进行调制的调制方法，其中进行了下述步骤：

在连续的有载周期和无载周期期间，由数据载体用将要传送给基站的传输数据对电磁场进行调制，该电磁场是在有载周期期间通过更改属于数据载体的调制负载的阻抗值来进行负载调制的。

背景技术

从文献EP0669591B中，可以获知这种类型的集成电路和这种类型的方法。这个文献公开了一种设计为与基站进行无接触通信的数据载体。这种类型的数据载体包含在例如所谓的智能卡中，并且设计成用于借助从基站发出的例如13.56MHz的电磁场将传输数据发送给基站。已知的数据载体具有天线线圈，该线圈与第一和第二线圈端子相连，用于接收电磁场，并且用于发射天线线圈内产生的线圈电压，作为数据载体的天线信号。为了对电磁场进行调制，已知的数据载体具有调制装置，该装置在有载周期的时段期间为电磁场加载一个调制负载并且在所有的无载周期时段期间卸载该负载。

基站具有天线线圈，用于接收负载调制的电磁场并且用于将天线线圈中产生的线圈电压作为基站中的天线信号发送出去。在有载周期期间，天线信号的包络下降到负载电压，而在无载周期期间，它再次上升到无载电压。在基站中对基站中的天线信号的这种包络上升和下降进行分析，以使得传输数据能够得到接收(幅度或相位调制)。

已经发现，数据载体与基站的距离对有载周期和无载周期期间的基站中的天线信号包络的上升和下降速度有影响。已知的数据载体并没有考虑到这种影响，由于这个原因，基站并不能通过分析天线信号以最佳效果来确定传输数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种本文第一段中规定的那种类型的数据载体、第二段中规定的那种类型的集成电路和第三段中规定的那种类型的调制方法，其中上面详细介绍的缺点得到了避免。为了实现上面指出的目的，上述类型的数据载体具有下述进一步的特征：

检测装置，用于检测能量信息项，该能量信息项表征天线信号的能含量，和

比较器装置，用于将所检测到的能量信息项与能量信息预设项进行比较并且用于发出比较信息项，和

更改装置，用于将有载周期的持续时间与相继的无载周期的持续时间的比值作为比较信息项的函数来进行更改。

为了实现上面指出的目的，上述类型的集成电路具有下述进一步的特征：

检测装置，用于检测能量信息项，该能量信息项表征天线信号的能含量，和

比较器装置，用于将所检测到的能量信息项与能量信息预设项进行比较并且用于发出比较信息项，和

更改装置，用于将有载周期的持续时间与相继的无载周期的持续时间的比值作为比较信息项的函数来进行更改。

为了实现上面指定的目的，在上述类型的调制方法中制定了下述进一步的方法步骤：

确定数据载体与基站之间的距离，

将有载周期的持续时间与相继的无载周期的持续时间的比值作为所确定的数据载体与基站之间的距离的函数来进行调节。

由按照本发明的特征实现的是，按照数据载体到基站的距离，在数据载体内对有载周期的持续时间与相继的无载周期的持续时间的比值进行更改，这种更改是按照这样一种方式进行的：使得基站能够将基站中的天线信号分析为最佳结果。如果例如数据载体处于相对远离基站的位置上，则会出现这样的情况：基站中的天线信号的包络从有载周期的起点开始相对快速地下落到有载电压，而从无载周期的起点开始仅仅相对慢速地上升。如果在这种情况下无载周期对于基站内的天线信号的包络而言过短以致不能在无载周期的整个长度内从有载电压上升到无载电压，则在基站中无法对传输数据进行可靠的分析。当出现这种情况时，按照本发明的更改装置通过延长无载周期的持续时间使得有载周期的持续时间与无载周期的持续时间的比值变小，结果，能够实质上改善为了使得传输数据能够得到确定而对基站中的天线信号的包络进行的分析。

在这种情况下非常有益处的事情是，设置在数据载体内的更改装置根据数据载体所处位置与基站之间的距离对数据载体进行调节，以使得传输数据能够在基站中得到最佳接收成为可能。可以在基站中进行调节，但并非必须如此。

通过权利要求4、10和16中所涉及的条款，获得了这样的优点：数据载体的调制装置进行子载波调制，并且将更改装置设置成用于更改子载波信号的占空比。这样，为了编码传输数据，可以将有载周期的持续时间和无载周期的持续时间之和保持恒定，并且通过更改子载波信号的占空比，依据数据载体到基站的距离单独进行对数据载体的调节。

通过权利要求5、6、11和12所涉及的条款，以可靠的方式实现用于确定天线信号的能含量的检测装置成为了可能。

参照下文中介绍的实施方式，本发明的这些和其它的方面将会变得显而易见，并且将参照下文中介绍的实施方式，对本发明的这些和其它方面进行解释说明，不过不应将对实施方式的介绍看作是对它们的限制。

附图说明

在附图中：

附图1表示具有更改装置的用于与基站进行无接触通信的数据载体。

附图2表示从数据载体传送到基站的传输数据随时间变化的波形。

附图3表示按照曼彻斯特(Manchester)编码方法加以编码时传输数据随时间变化的波形。

附图4表示在数据载体中产生的经过子载波调制的传输信号随时间变化的波形。

附图5表示在基站的天线线圈中感生出来的已经按照附图4中所示的信号进行了负载调制的电磁场随时间变化的波形，假设是理想信号波形。

附图6表示，当现有技术的数据载体位于基站的接收范围之内但又距离基站相对较远并且传送传输数据时，由基站通过电磁波接收到的天线信号随时间变化的实际波形。

附图7表示，当现有技术的数据载体位于基站的接收范围之内但又相对靠近基站并且传送传输数据时，由基站通过电磁波接收到的天线信号随时间变化的实际波形。

附图8表示，当如附图1所示的按照本发明的数据载体位于基站的接收范围之内但又距离基站相对较远并且传送传输数据时，由基站通过电磁波接收到的天线信号随时间变化的实际波形。

具体实施方式

附图9表示当把附图1中所示的按照本发明的数据载体放在基站的接收范围内而又使它相对靠近基站并且发送传输数据时，由基站通过电磁场接收到的天线信号随时间变化的实际波形。

附图1表示数据载体1，该数据载体1由集成电路2和天线线圈3构成，并且将该数据载体1设计成用于借助由基站4产生的电磁场HF与基站4进行无接触通信。天线线圈3与集成电路2的第一线圈端子5和第二线圈端子6相连接，在工作状态下，在数据载体1的天线线圈3中感生出天线信号ASD并且在基站4的天线线圈中感生出天线信号ASB。

可以将天线信号ASD馈送给数据载体1的电源电压装置7，该装置对天线信号ASD进行整流并且为数据载体1的所有其它装置和级发送电源电压UV。电源电压UV由稳压器级8加以限幅，如果数据载体1到基站4的距离相对较短并且如果天线线圈3中感生的天线信号ASD的能含量对于数据载体1来说过高，则该稳压器级8输出分流稳压器电流IR。稳压器级8设计成用于发出稳压器电流信息项IRI，该稳压器电流信息是分流稳压器电流IR大小的函数，因此表征了数据载体1所处位置与基站4之间的距离。

还可以将天线信号ASD馈送给数据载体的时钟信号发生装置9，该装置由天线信号ASD的时钟频率得出用于数据载体1的时钟信号，并且将其传送给数据载体1的处理器装置10和子载波发生装置11。

还可以将天线信号ASD馈送给数据载体1的解调器12，该解调器对从基站4发送到数据载体1的天线信号ASD中包含的传输数据UDB进行解调。关于这一点，本领域的技术人员熟悉多种类型的调制和解调，因此这个问题在这里不作详细考察。可以将由解调器12解调的天线信号馈送给数据载体1的解码装置13。关于这一点，本领域技术人员熟悉多种类型的编码和解码，因此在此不对这个问题进行详细考察。可以将由解码装置13确定的传输数据UDB传送给处理器装置10。处理器装置10设计成用于对所接收到的传输数据UDB进行处理并且将所接收到的或者经过处理的传输数据UDB存储在存储装置S中。

如果要将传输数据UDD从数据载体1传送到基站4，则可以由处理器装置10将传输数据UDD传送到编码装置14。附图2中给出了这种类型的传输数据UDD，具有位序列“0101100”和相应的随时间变化的电压波形的形式。编码装置14设计成用于按照曼彻斯特编码方法对传输数据UDD进行编码，并且它们将经过编码的传输数据KUDD传送给数据载体1的调制器15。附图3中给出了经过编码的传输数据KUDD。

调制器15设计成用于在连续的有载周期TB和无载周期TE期间，利用要传送给基站4的经过编码的传输数据KUDD对电磁场HF进行调制，在有载周期期间通过更改至少间接与第一线圈端子5和第二线圈端子6相连的调制负载的阻抗值对该电磁场HF进行负载调制。为此，调制器首先使用由子载波发生装置11发出的子载波信号HTS进行经过编码的传输数据KUDD的子载波调制。附图4中给出了这种类型的经过子载波调制的传输信号HUS。

为了继续进行这一过程，将调制器15设计成用于在经过子载波调制的传输信号HUS的高周期(有载周期TB)期间在第一线圈端子5与第二线圈端子6之间连接一个阻抗，并且通过这样做，用这个阻抗对电磁场HF进行加载，从而进行负载调制。在经过子载波调制的传输信号HUS的低周期(无载周期TE)期间，将该阻抗切离第一天线端子5，这样，将该负载从电磁场HF中除去，结果，电磁场HF受到了负载调制。在附图5中给出了由经过负载调制的电磁场HF在基站4的天线线圈中感生的天线信号ASB。

附图4和5中给出的信号波形是理想信号波形，在实践中，这些波形是通过在天线线圈3和基站4的天线线圈中进行加载和卸载处理并且通过其它本领域技术人员熟知的效应来更改的。在附图6到9中，给出了基站的天线线圈中实际出现的天线信号ASB的波形，在附图6到9中，时间间隔Z1是以放大形式示出的。

附图6中给出的天线信号ASB的波形表示有载周期TB期间的快速卸载处理和无载周期TE期间的慢速加载处理。这种情况下的卸载处理的意思是天线振荡器电路中的振荡衰落，而加载处理的意思是上升到数据载体1的天线振荡器电路的稳定振荡。如果电磁场HF没有由处于基站4的通信范围之内的任何数据载体进行加载，则设定无载电压UE。如果然后这样的数据载体对电磁场HF进行了加载，则在第一有载周期TB期间，天线信号ASB相对快速地下落到有载电压UB。从无载周期TE的起点开始，当数据载体不再对电磁场HF加载时，天线信号ASB相对慢速地上升，并且，到在下一个有载周期TB期间由数据载体再次对电磁场HF加载时为止，天线信号ASB仅仅达到了中间电压UZ。之后在一连串连续地有载周期TB和无载周期TE中的最后一个有载周期TB之后，天线信号ASB才会重新上升到无载电压UE。

当现有技术的数据载体位于基站4的通信范围之内但又相对远离基站4时，会出现上面介绍并且在附图6中给出的天线信号ASB的波形。在附图7中，给出了相反的情况，此时现有技术的数据载体处于相对靠近基站4的位置上。在附图7中，天线信号ASB在有载周期TB期间相对较慢地仅仅下落到中间电压UZ，并且在无载周期TE期间，它相对较快地上升到无载电压UE。在基站4中，对这些来自位于相对靠近基站4和相对远离基站4的位置上的现有技术数据载体的不同天线信号ASB进行解码是很困难的，由于这个原因，在传输数据UDD中会有相对较高的误码率。

因此，按照本发明的数据载体1具有检测装置16，该检测装置16设计成用于检测能量信息项EI，该能量信息表征天线信号ASD的能含量。上面介绍过的稳压器装置8构成检测装置16，并且由稳压器装置8发出的稳压器电流信息项IRI表征天线信号ASD的能含量。数据载体1此外还具有天线电压装置17，该装置确定施加在线圈端子5和6上的天线电压US。天线电压US同样表征天线信号ASD的能含量，并且可以由天线电压装置17向数据载体1的比较器装置18发送相应的能量信息项EI。

然后比较器装置18将该稳压器电流信息项IRI与存储在数据载体1内的一项或多项临界稳压器电流信息进行比较和/或将天线电压US与存储在数据载体1内的一项或多项临界天线电压信息进行比较。所得到的一个或多个比较结果会给出数据载体1所处的位置与基站4之间的距离，于是将给出这一信息的比较信息项VI传送给数据载体1中的更改装置19。

于是，将更改装置19设计成用于，将有载周期TB的持续时间与相继的无载周期TE的持续时间的比值作为该比较信息项VI的函数来对其进行更改。可以由更改装置19向调制器15发送给出有载周期TB与无载周期TE的最佳比值的比值信息项RI，该比值信息RI是数据载体1所处位置与基站4之间的距离的函数。有载周期TB与相继的无载周期TE的持续时间的总和在这种情况下总是等于子载波信号HTS的一个周期的长度。

附图8于是表示当按照本发明的数据载体1对电磁场HF进行调制时的天线信号ASB的波形。即使在这种情况下数据载体也同样位于通信范围内相对远离基站4的位置上(天线信号ASB快降慢升)，基站4中接收到的天线信号ASB在每个有载周期TB期间却达到了有载电压UB，并且在每个无载周期TE期间也达到了无载电压UE。结果，基站4中的解调器能够非常好地解调出附图8中所示的天线信号ASB，并且由此，在发送传输数据UDD的时候，误码率会相对较低。

在附图9中给出了当按照本发明的数据载体位于相对靠近基站4的位置上时的天线信号ASB的波形。在这种情况下，由更改装置19预先设定的有载周期TB明显比附图8中长，因此，即使当按照本发明的数据载体1也是处于通信范围内的同样位置上时，在每个有载周期TB期间都达到了有载电压UB，并且在每个无载周期TE期间都达到了无载电压UE。因此在这种情况下，基站4中的解调器也能够很好地解调出天线信号ASB。

如果将比较器装置18和更改装置19设计成能够使得有载周期TB的持续时间与无载周期TE的持续时间的比值连续变化，则效果会非常好。这样，可以针对数据载体1所处的位置与基站4之间的任何距离，对周期TB与TE的比值进行最佳调节。

可以一提的是，如果使用的是不用子载波调制的负载调制，也能够把经过编码的传输数据KUDD或传输数据UDD的高周期与低周期的持续时间的比值作为比较信息的函数并且因此作为数据载体所处位置与基站之间的距离的函数来加以更改。应当以这样一种方式重新对高周期与低周期的比值加以更改：对于“1”或“0”位或者经过编码的“1”或“0”位，保持完整周期(高周期+低周期)的持续时间恒定。这样，按照如上所述的本发明，可以获得恒定的数据速率和其它的优点。

可以一提的是，按照本发明的数据载体的检测装置也可以仅由稳压器装置8或者仅由天线电压装置17或者仅由同等装置来构成。

可以一提的是，按照本发明的数据载体并非必须具有任何时钟信号发生装置，因为用于数据载体的时钟信号也可以由属于处理器装置的振荡器产生。

可以一提的是，按照本发明的数据载体并非必须包括解调器，因为基站没有要求(首先进行标记对话)进行发送的数据载体也可以向基站发送传输数据，只要电源电压装置通过电磁场获得了充足的能量。

可以一提的是，就本发明而言，术语天线线圈应当也可以理解为指的是称为偶极天线的天线，这种天线由两个短线柱构成。

可以一提的是，调制负载并非必须直接与天线端子连接，而是可以例如设置在数据载体中的电源电压装置7下游由稳压器装置8所占用的位置上。

可以一提的是，数据载体与基站之间的距离也可以由基站确定并且通知给数据载体。

可以一提的是，调制装置的阻抗可以是纯感性的、容性的或阻性的，或者是它们的组合。

可以一提的是，有载周期的持续时间与无载周期的持续时间的比值的更改可以通过延长或缩短有载周期和/或无载周期来实现。

可以一提的是，天线信号的能含量受到数据载体所处位置与基站之间的距离的影响，而且也受到数据载体的天线振荡器电路与基站的天线振荡器电路的耦合度的影响。因此应当将所公开的内容理解为具有这样的效果：只要一说数据载体到基站的距离很短，就同样意味着振荡器电路之间的耦合度很高。反过来说，当说到数据载体与基站之间的距离很长时，就同样意味着天线振荡器电路之间的耦合度很低。

Claims (16)

1.一种数据载体(1)，用于借助由基站(4)产生的电磁场(HF)与基站(4)进行无接触通信，该数据载体(1)具有：与第一线圈端子(5)和第二线圈端子(6)相连的天线线圈(3)，在工作状态下，可以由所述电磁场在所述天线线圈(3)内感生天线信号(ASD)；并且该数据载体(1)具有调制装置(15)，用于按照要传送给基站的传输数据(UDD，KUDD)在连续的有载周期(TB)和无载周期(TE)期间对所述电磁场进行调制，该电磁场(HF)是在有载周期(TB)期间通过更改至少间接地与第一线圈端子和第二线圈端子相连的调制负载的阻抗值而进行负载调制的；并且数据载体(1)具有检测装置(16)，用于检测能量信息项(EI，IRI)，该能量信息项表征天线信号(ASD)的能含量；而且数据载体(1)具有比较器装置(18)，用于将所检测到的能量信息项(EI，IRI)与能量信息预设项进行比较并且用于发出比较信息项(VI)；并且数据载体(1)具有更改装置(19)，用于将有载周期(TB)的持续时间与相继的无载周期(TE)的持续时间的比值作为比较信息项(VI)的函数来进行更改。

2.按照权利要求1所述的数据载体(1)，其中更改装置(19)设计为，如果比较信息项(VI)表明所检测到的能量信息项(EI，IRI)超过了能量信息预设项，则增大有载周期(TB)的持续时间与相继无载周期(TE)的持续时间的比值。

3.按照权利要求1所述的数据载体(1)，其中更改装置(19)设计为，连续更改有载周期(TB)的持续时间与相继无载周期(TE)的持续时间的比值。

4.按照权利要求1所述的数据载体(1)，其中调制装置(15)设计为，使用子载波信号(HTS)对电磁场(HF)进行调制，有载周期(TB)的持续时间与无载周期(TE)的持续时间的和相当于子载波信号(HTS)的一个周期的长度。

5.按照权利要求1所述的数据载体(1)，其中，为了检测天线信号(ASD)的能含量，将检测装置(16)设计成用于确定第一和第二线圈端子之间产生的线圈电压(US)。

6.按照权利要求1所述的数据载体(1)，其中，为了检测天线信号(ASD)的能含量，将检测装置(16)设计成用于确定流过稳压器级(8)的分流电流(IR)。

7.一种数据载体(1)的集成电路(2)，该数据载体(1)用于借助由基站(4)产生的电磁场(HF)与基站(4)进行无接触通信，该集成电路(2)具有：第一线圈端子(5)和第二线圈端子(6)，可以与天线线圈(3)相连接，在工作状态下，可以由所述电磁场在所述天线线圈(3)内感生天线信号(ASD)；并且该集成电路(2)具有调制装置(15)，用于按照要传送给基站的传输数据(UDD，KUDD)在连续的有载周期(TB)和无载周期(TE)期间对所述电磁场进行调制，该电磁场(HF)是在有载周期(TB)期间通过更改至少间接地与第一线圈端子和第二线圈端子相连的调制负载的阻抗值而进行负载调制的；并且集成电路(2)具有检测装置(16)，用于检测能量信息项(EI，IRI)，该能量信息项表征天线信号(ASD)的能含量；而且集成电路(2)具有比较器装置(18)，用于将所检测到的能量信息项(EI，IRI)与能量信息预设项进行比较并且用于发出比较信息项(VI)；并且集成电路(2)具有更改装置(19)，用于将有载周期(TB)的持续时间与相继的无载周期(TE)的持续时间的比值作为比较信息项(VI)的函数来进行更改。

8.按照权利要求7所述的集成电路(2)，其中更改装置(19)设计为，如果比较信息项(VI)表明所检测到的能量信息项(EI，IRI)超过了能量信息预设项，则增大有载周期(TB)的持续时间与相继无载周期(TE)的持续时间的比值。

9.按照权利要求7所述的集成电路(2)，其中更改装置(19)设计为，连续更改有载周期(TB)的持续时间与相继无载周期(TE)的持续时间的比值。

10.按照权利要求7所述的集成电路(2)，其中调制装置(15)设计为，使用子载波信号(HTS)对电磁场(HF)进行调制，有载周期(TB)的持续时间与无载周期(TE)的持续时间的和相当于子载波信号(HTS)的一个周期的长度。

11.按照权利要求7所述的集成电路(2)，其中，为了检测天线信号(ASD)的能含量，将检测装置(16)设计成用于确定第一和第二线圈端子之间产生的线圈电压(US)。

12.按照权利要求7所述的集成电路(2)，其中，为了检测天线信号(ASD)的能含量，将检测装置(16)设计成用于确定流过稳压器级(8)的分流电流(IR)。

13.一种调制方法，用于由数据载体(1)对由基站(4)产生的电磁场(HF)进行调制，其中执行下述步骤：

在连续的有载周期(TB)和无载周期(TE)期间，按照要传送给基站(4)的传输数据(UDD，KUDD)，由数据载体(1)对电磁场进行调制，该电磁场是在有载周期(TB)期间通过更改属于数据载体(1)的调制负载的阻抗值而进行负载调制的；

确定数据载体(1)与基站(4)之间的距离；

将有载周期(TB)的持续时间与相继无载周期(TE)的持续时间的比值作为所确定的数据载体(1)与基站(4)之间的距离的函数来加以调节。

14.按照权利要求13所述的调制方法，其中，如果数据载体(1)与基站(4)之间的距离减小，则增大有载周期(TB)的持续时间与无载周期(TE)的持续时间的比值。

15.按照权利要求13所述的调制方法，其中，有载周期(TB)的持续时间与相继无载周期(TE)的持续时间的比值是连续更改的。

16.按照权利要求13所述的调制方法，其中电磁场(HF)是由数据载体(1)用子载波信号(HTS)进行调制的，并且其中有载周期(TB)的持续时间与相继无载周期(TE)的持续时间的和相当于子载波信号(HTS)的一个周期的长度。

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