CN205176868U - 用于管理能够与读取器非接触式通信的对象的操作的装置以及对象 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种用于管理能够与读取器非接触式通信的对象的操作的装置以及对象，所述读取器被磁耦合至所述对象，所述装置包括被配置用于在用于从所述对象至所述读取器的信息的传输的阶段期间进行跨天线的端子连接的负载的阻抗的调制的第一部件(205，203)，其特征在于，所述装置进一步包括被配置用于执行在所述传输阶段之前的监测阶段的监测部件(206)，所述监测阶段包括所述负载的所述阻抗的测试调制、存在于所述对象的所述天线处并且源于所述测试调制的已调制测试信号的幅度调制的电平的监测和如果该电平低于阈值(VTH)则进行的所述负载的所述阻抗的电容性修改。
Description
技术领域
本实用新型的各种实施例涉及读取器与对象(例如标签类型的应答器、非接触式智能卡抑或以卡模式仿真的移动电话)之间的无线通信，而这些示例不是限制性的，并且更特别地涉及在这样的对象、特别是NFC(用于近场通信)对象内执行的负载调制的管理和校正。
背景技术
近场通信是无线连接技术，其允许在诸如例如非接触式智能卡或以卡模式仿真的移动电话等的电子装置与读取器之间的跨越短距离、例如10cm的通信。
NFC技术特别适用于连接任何类型的用户装置并使得能够实现快速且容易的通信。
非接触式对象是能够根据非接触式通信协议与另一非接触式对象、例如读取器经由天线交换信息的对象。
作为非接触式对象的NFC对象是与NFC技术兼容的对象。
NFC技术是在ISO/IEC18092标准和ISO/IEC21481标准中标准化的开放式技术平台，但结合有若干以前存在的标准，诸如例如，可以是在NFC技术中可用的通信协议的在ISO-14443标准中所限定的类型A和类型B协议。
除了作为电话的常规功能以外，蜂窝移动电话可以(如果配备有特定部件的话)用于利用在NFC技术中可用的非接触式通信协议与另一非接触式装置、例如非接触式读取器交换信息。
这允许了信息在非接触式读取器与位于移动电话内的安全元件之间进行交换。因此诸如用于公共交通的移动票务(移动电话表现为旅行票)抑或移动支付(移动电话表现为支付卡)等的很多应用是可能的。
此外，缩写为首字母EMV的欧陆(Europay)、万事达卡(Mastercard)、维萨(Visa)是用于由EMVCo财团发起的智能卡类型的支付卡的国际安全标准。大部分或甚至全部银行智能卡如大部分或甚至所有电子支付终端设施一样符合EMV标准。可从EMVCo财团得到涵盖EMV标准的规范的各种公布、特别是2011年11月的版本2.3。
此外，包括四个卷的标题为“用于支付系统的EMV非接触式规范(EMVContactlessSpecificationsforPaymentSystems)”且处于可从EMVCo财团得到的2011年3月的版本2.1的规范显著地涉及用于执行两个非接触式装置之间的银行交易并符合EMV标准的非接触式通信协议。用于EMV非接触式标准的通信协议因此主要基于ISO/IEC14443标准中描述的协议。
当信息在读取器与以标签或卡模式仿真的对象之间传输时，读取器借助于其天线产生磁场，该磁场通常是常规使用的标准中的具有0.5安培/米与7.5安培/米之间的范围内的幅度的、处于13.56MH的正弦波。
在另一面，仿真标签的对象的天线调制由读取器产生的场。
该调制通过修改连接至对象的天线的端子的负载来执行。
通过修改跨对象的天线的端子的负载，读取器的天线的输出阻抗由于两个天线之间的磁耦合而改变。这导致存在于读取器的和对象的天线上的电压和电流的幅度的改变。于是，以该方式，待从对象传输至读取器的信息通过负载调制被传输至读取器的天线电流。该电流的副本被产生并且被注入到读取器的接收器链中，在那里被以使得提取所传输的信息的方式解调和处理。
然而，这样的负载调制具有某些缺陷。
事实上，在负载调制期间执行的负载的变化导致读取器的天线上的信号(电压或电流)的幅度和相位的调制。
该信号的频谱包括对应于载波(13.56MHz)的、中心例如在13.56MHz处的主谱线，和对应于含有由对象传输的信息的有用信号的两个侧线
然而，事实证明，存在于读取器的天线上的这些侧线的特性取决于天线设计和它们的网络的匹配并取决于对象相对于读取器的位置而变化。
当前读取器只含有用于解调天线的端子上的信号(电压)的幅度解调器。为此原因，只有关于侧线的幅度的信息被检测，但是侧线的相位旋转未被检测。然而，在一些情形中，换言之当相位调制相对于幅度调制占优势时，侧线的旋转可能接近大约90°，然后导致这些侧线的电平接近0。所以，在该情况中，读取器的幅度解调器不可能检测到这些线中含有的其电平下降至其检测阈值(灵敏度阈值)以下的信号。
然后这样做的结果是，这样的读取器/对象配对不能满足如对于EMVCo标准的情况那样要求在某些操作容积(operatingvolume)内的正确功能的标准。事实上，在这些标准中所限定的操作容积的某些位置中存在有通信的丢失。
很清楚的是，通过改变对象相对于读取器在操作容积中的位置，幅度调制的电平然后可以相对于相位调制的电平被增加，以便重新建立通信。然而，这不是令人满意的解决方案。
另一种解决方案将存在于不仅将幅度解调器而且将相位解调器结合到读取器中。不幸的是，在只含有幅度解调器的当前读取器中这样的修改是不可能的。
实用新型内容
根据一个实施例，想法是在对象内添加一个保证在读取器的天线处接收到的信号的幅度调制的电平总是高于读取器的幅度解调器的灵敏度阈值的功能。此外，这样的解决方案不仅与当前读取器兼容而且与将进一步能够结合相位解调器的将来的读取器兼容。
根据一个实施例，想法是实施这样的功能以便与所有的对象结构和所有的无线通信标准、例如使用ISO/IEC14443而且还有ISO/IEC15693和ISO/IEC18000标准中所描述的协议的NFC技术兼容。
根据一个实施例，想法是以具有在体硅方面工业上可接受的额外成本的特别简单的方式也实施该功能。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于管理能够与读取器非接触式通信的对象的操作的装置，所述读取器被磁耦合至所述对象，所述装置包括被配置用于在用于从所述对象至所述读取器的信息的传输的传输阶段期间进行跨天线的端子连接的负载的阻抗的调制的第一部件，所述装置进一步包括被配置用于执行在所述传输阶段之前的监测阶段的监测部件，所述监测阶段包括所述负载的所述阻抗的测试调制、存在于所述对象的所述天线处并且源于所述测试调制的已调制测试信号的幅度调制的电平的监测和如果该电平低于阈值则进行的所述负载的所述阻抗的电容性修改。
优选地，所述阈值对应于所述读取器的幅度解调器的灵敏度阈值。
优选地，所述监测部件包括被配置用于确定该测试信号的包络线和该包络线的波峰与波谷之间的幅度的处理部件以及被配置用于执行该幅度与所述阈值的比较的比较部件。
优选地，所述监测部件包括测试部件，所述测试部件被配置用于执行所述测试调制并且包括被设计为以使得交替地取两个不同值的方式连续地修改所述阻抗的测试调制信号的发生器。
优选地，所述负载包括跨所述天线的所述端子并联连接的第一电阻器，并且所述测试部件包括经由通过所述测试调制信号控制的开关跨所述天线的所述端子并联连接的第二电阻器，所述测试调制信号连续地并且交替地取低电平和高电平，以便将所述第二电阻器连续地并且交替地电连接至或以其他方式连接至所述天线的所述端子。
优选地，所述监测部件包括经由通过所述比较部件的输出信号控制的辅助开关连接至所述天线的所述端子的电容器。
优选地，所述装置被实施为集成电路。
根据本公开的另一方面，提供了一种对象，包括如上所述所述的任意一种装置装置。
根据一个方面，提供一种用于管理能够与读取器非接触式通信的对象的操作的方法，读取器被磁耦合至所述对象，方法包括从所述对象至读取器的信息的至少一个传输阶段，包括跨所述对象的天线的端子连接的负载的阻抗的调制。
根据该方面的一般特征，方法进一步包括在所述至少一个传输阶段之前的监测阶段，监测阶段包括存在于对象的天线处并且源于所述负载的阻抗的测试调制的已调制测试信号的幅度调制的电平的监测和如果该电平低于阈值则进行的所述负载的阻抗的电容性修改。
该电容性修改有利地包括电容至所述负载的附加。
所述阈值有利地对应于读取器的幅度解调器的灵敏度阈值。
因此，如果存在于对象的天线处的已调制测试信号的幅度调制的电平高于所述阈值，这意味着存在于读取器的天线上的信号的调制的电平在幅度解调器的灵敏度阈值之上。那么连接至对象的天线的端子的负载的阻抗不需要修改。
另一方面，在相反的情况中，这意味着由读取器的天线接收的信号的调制的电平下降至读取器的解调器的灵敏度阈值以下，并且负载调制能量的主要部分已经被转化成相位调制而不是幅度调制。那么，在该情况中，对应于例如跨对象的天线的端子的至少一个电容器的连接的所述负载的阻抗的电容性修改“理想地”允许90°的相位旋转被注入到侧线中，以便使调制幅度相对于相位幅度呈现优势，并作为结果允许侧线的电平被以使得由读取器的天线接收的信号的幅度调制可以通过读取器的幅度解调器被解调的方式增加。
执行已调制测试信号的幅度的调制的电平的监测的一个特别简单的方式可以包括该测试信号的包络线的确定、该包络线的波峰与波谷之间的幅度的确定和该幅度与所述阈值的比较。
根据一个实施例，所述测试调制包括被配置用于以使得交替地取两个不同值的方式连续地修改所述阻抗的测试调制信号(例如低和高逻辑状态的连续)的生成。
在实际中，所述负载可以包括跨所述天线的端子并联连接的第一电阻器、经由通过测试调制信号控制的开关跨所述天线的端子并联连接的第二电阻器，测试调制信号连续且交替地取低电平和高电平，以便将第二电阻器连续且交替地电连接至或以其他方式连接至天线的端子。
方法可以包括用于对象与读取器之间的信息的传输的若干连续的阶段。如果在第一传输阶段之后对象相对于读取器的位置没变，则在理论上在用于信息的传输的任何新的阶段之前执行新的监测阶段都是毫无意义的。然而，在实际中，当若干阶段被提供用于信息的传输时，优选在各传输阶段之前执行监测阶段。
根据另一方面，提供一种用于管理能够与读取器非接触式通信的对象的操作的装置，读取器被磁耦合至所述对象，装置包括被配置用于在用于从所述对象至读取器的信息的传输的阶段期间执行跨天线的端子连接的负载的阻抗的调制的第一部件。
根据该另一方面的一般特征，装置进一步包括被配置用于执行在所述传输阶段之前的监测阶段的监测部件，监测阶段包括所述负载的阻抗的测试调制、存在于对象的天线处并且源于所述测试调制的已调制测试信号的幅度调制的电平的监测和如果该电平低于阈值则进行的所述负载的阻抗的电容性修改。
根据一个实施例，监测部件包括被配置用于确定该测试信号的包络线和该包络线的波峰与波谷之间的幅度的处理部件以及被配置用于执行该幅度与所述阈值的比较的比较部件。
根据一个实施例，监测部件包括测试部件，该测试部件被配置用于执行所述测试调制并且包括被设计为以使得交替地取两个不同值的方式连续地修改所述阻抗的测试调制信号的发生器。
根据一个实施例，所述负载包括跨所述天线的端子并联连接的第一电阻器，并且测试部件包括经由通过测试调制信号控制的开关跨所述天线的端子并联连接的第二电阻器，测试调制信号连续且交替地取低电平和高电平，以便将所述第二电阻器连续且交替地电连接至或以其他方式连接至天线的端子。
根据一个实施例，监测部件包括经由通过比较部件的输出信号控制的辅助开关连接至所述天线的端子的电容器。
诸如前面本文所限定的装置可以有利地以集成的方式来实施。
根据另一方面，提供一种结合有诸如前面本文所限定的装置的对象，例如智能卡、标签、以卡模式仿真的蜂窝移动电话。
附图说明
本实用新型的其他优点和特征将在查阅非限制性实施例和随附权利要求的详细描述时变得明显，在附图中：
图1至图7示意性地图示出实用新型的一些实施例。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示读取器，例如但不限于以读取器模式仿真的蜂窝移动电话抑或常规的非接触式智能卡或诸如识别标记等的标签读取器，其包括天线10以及幅度解调器11，幅度解调器11被配置用于执行能够被幅度调制且在天线10处接收的信号(例如跨该天线的端子的电压)的幅度解调。
附图标记2表示对象，例如以卡模式仿真的蜂窝移动电话，并且更一般地是诸如标签或识别标记等的电磁应答器。
该对象2在这里包括集成电路20，集成电路20还具有通过由读取器1放射的磁场被磁耦合至读取器1的天线200。
在图2中，可以看出：集成电路包括有线圈200、与该线圈一起形成用于调制由读取器的振荡电路产生的磁场的并联谐振电路的电容器201。该谐振电路200-201被连接至二极管整流桥203的两个交流(AC)输入。作为变型，使用单一交替整流元件作为整流元件将是可能的。
当应答器进入读取器的磁场时，跨谐振电路200-201的端子产生高频电压。通过桥整流器203被整流的该电压经由电压调节器204为应答器的电子电路205提供电源电压。通常结合有调节器204的电子电路205可以含有至少存储器和处理器。
为了使得能够实现从应答器至读取器1的数据的传输，电路205发送命令至用于谐振电路200-201的反馈调制的级202。该级202包括由电路205所提供的信号SM控制的至少一个电子开关，和至少一个电阻器，以便修改跨天线200的端子连接的负载并允许由读取器检测。
集成电路20还包括可由电路205所提供的控制信号SCTRL控制的监测部件206。这些监测部件206被配置用于在数据传输阶段之前执行监测阶段，包括：
跨天线的端子连接的负载的阻抗的测试调制，
存在于对象的天线处并且源于所述测试调制的已调制测试信号STM的幅度调制的电平的监测，和如果该电平低于阈值则进行的负载的阻抗的电容性修改。
为此目的，如将在下文中更详细地看出的，监测部件206产生测试调制信号SMT。
如图3中所图示出的，监测阶段S30紧接在包括负载调制的数据传输阶段S31前被执行。在实际中，如果存在有若干连续的传输阶段，则监测阶段S30将在各传输阶段S31之前被执行。
如图4中所图示出的，监测阶段S30包括利用测试调制信号SMT在连接至天线200的端子的负载上执行的测试调制S300，以便在天线200处得到已调制测试信号STM，例如跨线圈200的端子的电压。
随后(步骤S301)，确定已调制测试信号STM的幅度调制的电平。
接着，在步骤S302中，将该电平与根据读取器的解调器11的灵敏度阈值的变化而选择的阈值VTH进行比较。
在这里回顾，如示意性地图示出跨读取器的天线的端子的信号(电压)的频谱的图5中所示意性地图示出的，含有被传输的信息的有用信号位于从在载波频率的中心(例如13.56MHz)处的中心线BP在频率上偏移的侧线BLB和BLS中。
如果已调制测试信号的电平高于阈值VTH，那么这意味着在对象的天线200上有充分的幅度调制，并且作为结果在由读取器的天线10接收的信号上有充分的幅度调制，这将允许读取器的解调器1能够正确地解调用于检测信息的信号。
如果已调制测试信号STM的幅度调制的电平低于阈值VTH，那么这意味着存在于对象的天线200处的信号的相位幅度相对于幅度调制占优势，这将导致存在于读取器的天线10处的信号的幅度调制的电平对于允许信号的解调并作为结果允许所传输的信息的检测是不充分的。
在该情况中，以使得(理想地)将90°的相位旋转施加至由对象的天线10接收的信号的频率侧线BLB和BLS的方式执行(步骤S303)负载阻抗的电容性修改。
在实际中，如图6中所图示出，已调制测试信号STM的幅度电平的确定可以包括信号STM的包络线的确定S3010、接着该包络线的波峰和波谷的确定S3011和最后波峰与波谷之间的差异的确定(步骤S3012)。该差异代表已调制测试信号STM的幅度调制的电平。
在实际中，如图7中所示意性地图示出的，监测部件206包括处理部件，该处理部件包括被配置用于确定已调制测试信号STM的包络线(在这里是跨谐振电路200-201的端子的电压的包络线)的块2001、被配置用于确定该包络线的波峰的块2002和被配置用于确定该包络线的波谷的块2003。
处理部件还包括在块2002和2003的输出处的、被配置用于产生波峰的电平与波谷的电平之间的差异以便确定该包络线的波峰与波谷之间的幅度的块2004。块2001、2002、2003和2004是本身已知并且具有常规结构的块。
块2004的输出因此代表信号STM的幅度调制的电平。
监测部件206进一步包括比较器2005，用于将该电平与阈值VTH进行比较，以便递送可以取决于比较而取高逻辑状态或低逻辑状态的比较信号SCMP。
在该示例性实施例中，反馈调制部件202进一步包括连接至谐振电路200-201的端子的第一电阻器R1和经由开关SW2连接至谐振电路的端子的第二电阻器R2。
在传输阶段中，该开关SW2由处理器205所提供的调制信号SM控制，以便能够将数据传输至读取器。
另一方面，在监测阶段中，该开关SW2由发生器2007所提供并在这里包括连续的逻辑“0”与“1”的测试调制信号SMT控制以便连续且交替地断开和闭合开关SW2。
反馈调制部件202进一步包括经由比较信号SCMP所控制的开关SWX被连接至天线200的端子的至少一个电容器CX。
更确切地，如果比较信号SCMP等于0，则开关SWX断开并且电容器CX未电连接至天线的端子。
如果信号SCMP处于逻辑状态“1”，那么开关SWX闭合，从而将电容器CX电连接至天线200的端子。
如果信号STM的幅度调制的电平高于阈值VTH，那么信号SCMP取逻辑状态“0”，而如果信号STM的幅度调制的电平低于阈值VTH，则信号SCMP取逻辑状态“1”。
监测部件206还包括监测块2006，其接收来自处理器205的控制信号SCTRL并能够在命令时激活监测部件206的所有元件，以便在数据传输阶段之前有效地触发监测阶段。
阈值VTH的值和电容器CX的值可以通过模拟来确定。
更确切地，阈值VTH的值被链接至所使用的传输标准。
例如假设传输必须满足EMVCo标准。
根据该标准，在读取器的称作J2的探测器上并且在对象(例如卡)的相对于读取器的某一位置处，读取器必须接收源于负载调制的信号的最小电平Vpp。
本领域技术人员将例如能够在他们方便时显著地参考2009年7月版本2.0.1的题为用于支付系统的EMV非接触式规范、EMV非接触式通信协议规范(EMVContactlessSpecificationsforPaymentSystems,EMVContactlessCommunicationProtocolSpecification)的手册的第32页，其示出了图示出利用Vpp定义的读取器的信号J2的图，并且还参考该相同手册中的用于查找对于卡的各种位置(z，r)的Vpp的各种值的表A3(第134页)。
此外，通过模拟，本领域技术人员将能够确定阈值VTH的值，该值保证了由读取器接收的信号具有比Vpp高的电平。
关于电容器CX的电容，这取决于对象的电路布局，并且通过模拟本领域技术人员将能够确定使侧带的相位旋转90°所需要的CX的电容。这些侧带的相位可以例如通过查找信号J2的傅里叶变换进行模拟来确定。
换言之，VTH的值和CX的电容可以通过模拟耦合至读取器的对象的电路来评价，并且当对象与读取器距离太远时总是发生对象的检测的困难。于是，VTH的值和CX的值将在对象的限制位置处(例如，对于前述表A3中的大于2的z和等于2.5的r)被确定。然后得到用于VTH和CX的各种模拟值并且接着例如可以选择这些值的平均值作为有效地实施用于VTH和CX的值。
Claims (8)
1.一种用于管理能够与读取器非接触式通信的对象的操作的装置，所述读取器被磁耦合至所述对象，所述装置包括被配置用于在用于从所述对象至所述读取器的信息的传输的传输阶段期间进行跨天线的端子连接的负载的阻抗的调制的第一部件(205，203)，其特征在于，所述装置进一步包括被配置用于执行在所述传输阶段之前的监测阶段的监测部件(206)，所述监测阶段包括所述负载的所述阻抗的测试调制、存在于所述对象的所述天线处并且源于所述测试调制的已调制测试信号的幅度调制的电平的监测和如果该电平低于阈值(VTH)则进行的所述负载的所述阻抗的电容性修改。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阈值(VTH)对应于所述读取器的幅度解调器的灵敏度阈值。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述监测部件(206)包括被配置用于确定该测试信号的包络线和该包络线的波峰与波谷之间的幅度的处理部件(2001至2004)以及被配置用于执行该幅度与所述阈值的比较的比较部件(2005)。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述监测部件(206)包括测试部件，所述测试部件被配置用于执行所述测试调制并且包括被设计为以使得交替地取两个不同值的方式连续地修改所述阻抗的测试调制信号(SMT)的发生器(2007)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述负载包括跨所述天线的所述端子并联连接的第一电阻器(R1)，并且所述测试部件包括经由通过所述测试调制信号(SMT)控制的开关(SW2)跨所述天线的所述端子并联连接的第二电阻器(R2)，所述测试调制信号连续地并且交替地取低电平和高电平，以便将所述第二电阻器连续地并且交替地电连接至或以其他方式连接至所述天线的所述端子。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述监测部件(206)包括经由通过所述比较部件(2005)的输出信号(SCM2)控制的辅助开关(SWX)连接至所述天线的所述端子的电容器(CX)。
7.根据权利要求1至2中的一项所述的装置，其特征在于，所述装置被实施为集成电路。
8.一种对象，其特征在于，包括根据权利要求1至7中的一项所述的装置。
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