CZ309665B6 - Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou - Google Patents

Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou Download PDF

Info

Publication number
CZ309665B6
CZ309665B6 CZ2019-563A CZ2019563A CZ309665B6 CZ 309665 B6 CZ309665 B6 CZ 309665B6 CZ 2019563 A CZ2019563 A CZ 2019563A CZ 309665 B6 CZ309665 B6 CZ 309665B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
converter
signal
operational amplifier
rfid chip
antenna
Prior art date
Application number
CZ2019-563A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2019563A3 (cs
Inventor
Vladislav KasĂ­k
Vladislav Kasík
Pavel STANĚK
Pavel Ing. Staněk
Original Assignee
Y Soft Corporation, A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Y Soft Corporation, A.S. filed Critical Y Soft Corporation, A.S.
Priority to CZ2019-563A priority Critical patent/CZ309665B6/cs
Priority to PCT/CZ2020/050064 priority patent/WO2021043348A1/en
Priority to AU2020342303A priority patent/AU2020342303B2/en
Priority to US17/640,078 priority patent/US11797792B2/en
Priority to JP2022539457A priority patent/JP7377983B2/ja
Publication of CZ2019563A3 publication Critical patent/CZ2019563A3/cs
Publication of CZ309665B6 publication Critical patent/CZ309665B6/cs

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/0008General problems related to the reading of electronic memory record carriers, independent of its reading method, e.g. power transfer
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10158Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves methods and means used by the interrogation device for reliably powering the wireless record carriers using an electromagnetic interrogation field
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10366Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the interrogation device being adapted for miscellaneous applications
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10118Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the sensing being preceded by at least one preliminary step
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45076Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier
    • H03F3/45475Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of implementation of the active amplifying circuit in the differential amplifier using IC blocks as the active amplifying circuit
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06KGRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K2007/10495Circuits for pulse forming, amplifying
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2203/00Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45528Indexing scheme relating to differential amplifiers the FBC comprising one or more passive resistors and being coupled between the LC and the IC
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2203/00Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/45Indexing scheme relating to differential amplifiers
    • H03F2203/45594Indexing scheme relating to differential amplifiers the IC comprising one or more resistors, which are not biasing resistor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

Předmětem vynálezu je způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu (1) čtečkou (2) za účelem zesílení užitečného signálu. Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu (1) čtečkou (2) zahrnující anténu (3), operační zesilovač (4), AD převodník (5) a první DA převodník (6) a dále druhý DA převodník (7) nebo zdroj konstantního napětí sestává z kroků vyslání zdrojového signálu antény (3), přijetí zdrojového signálu antény (3) RFID čipem (1), vyslání signálu RFID čipem (1) a přijetí signálu RFID čipu (1) anténou (3), přičemž na invertující vstup operačního zesilovače (4) je přiveden přijatý signál RFID čipu (1) a výstup prvního DA převodníku (6) a na neinvertující vstup operačního zesilovače (4) je přiveden výstup druhého DA převodníku (7) nebo výstup zdroje konstantního napětí. Po převedení signálu pomocí AD převodníku (5) nastává odečtení amplitudy dvou po sobě následujících peaků příslušejících jedné vlně, přičemž jednotlivé signály jsou před odečtením dočasně uloženy do vyrovnávací paměti (12).

Description

Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu zpracování signálu pasivního RFID čipu pracujícího v oblasti nízkých frekvencí (LF), nejčastěji na frekvenci 125 kHz, za účelem zesílení užitečného signálu a zlepšení kvality čtení LF RFID bezkontaktních karet.
Dosavadní stav techniky
V současné době je stále více používaná metoda bezkontaktního přenosu dat založená na vysílání, přijímání a zpracovávání rádiového signálu, známá též pod zkratkou RFID (radio-frequency identification). Tato technologie, uplatnitelná například v identifikačních průkazech pro evidenci docházky, k identifikaci komponent v zařízení během výroby či pro bezkontaktní autentizaci k zařízení, jako jsou například tiskárny či kopírky, využívá přenosu signálu mezi čtečkou a tzv. tagem (kartou, čipem), v němž je zabudována anténa a integrovaný obvod pro generování vlastního signálu. Navrhované řešení se týká způsobu zpracování signálu pasivního RFID čipu, tedy čipu či karty, které nemají vlastní zdroj energie, a jsou proto napájeny elektromagnetickou energií ze čtečky. Ve zjednodušeném uspořádání anténa čipu zachytí signál vysílaný anténou čtečky a přijímanou energii využije k napájení svého vnitřního integrovaného obvodu, který začne tvořit vlastní signál a vysílat jej prostřednictvím antény zpět ke čtečce. V praxi se lze nicméně setkat s problémy při čtení bezkontaktních karet, a to zejména z hlediska síly signálu. Existují možnosti zesílení tohoto signálu pomocí dodatečných externích komponent, nicméně tento postup s sebou nese značné náklady a rovněž také zvýraznění šumu. Z tohoto důvodu by bylo žádoucí přijít s elegantním řešením, které k zesílení signálu používá jiného mechanismu.
V současném stavu techniky jsou známa řešení, která při zpracování signálu využívají kladných i záporných hodnot signálu. Patentový dokument WO 200880758 A1 zveřejňuje demodulátor amplitudově modulovaného signálu - takzvaný ASK demodulátor, který zahrnuje pozitivní a negativní větev, jež umožňují demodulovat současně signál kladné a záporné půlperiody, přičemž proces demodulace probíhá právě v těchto jednotlivých větvích. Tento dokument nicméně nezveřejňuje posouvání signálu pomocí operačního zesilovače ve funkčním zapojení jakožto sčítače. Značnou nevýhodou zveřejněného řešení je především jeho omezení na zpracování pouze amplitudově modulovaného signálu, přičemž v oblasti RFID technologií existují také zařízení pracující s frekvenčně (FSK) či fázově (PSK) modulovaným signálem.
Evropský patent EP 0545254 B1 dále zveřejňuje analogově-digitální převodník (ADC) vyznačující se automatickou kontrolou rozsahu převodníku. Zveřejněné řešení zahrnuje kromě samotného AD převodníku také detektor peaků, který slouží pro vytváření referenčního potenciálu na základě amplitudy peaku detekovaného signálu, a obvod zajišťující posun stejnosměrné hladiny signálu s přihlédnutím k referenčnímu potenciálu tak, aby signál spadal do rozsahu AD převodníku. V konkrétním příkladném provedení je posun signálu realizován součtem poloviční hodnoty vstupního analogového signálu a poloviční hodnoty referenčního potenciálu, a nikoliv s využitím operačního zesilovače. Takto posunutý signál je dále zpracován AD převodníkem, přičemž automatická kontrola rozsahu převodníku je zajištěna tím, že referenční potenciál nabývá nové hodnoty při každé další detekci nového peaku. Tento dokument zároveň nezveřejňuje případné využití takového řešení v technické oblasti RFID technologií.
Princip posouvání signálu pro využití v RFID čtečce je zveřejněn také v evropské patentové přihlášce EP 1538546 A2, která popisuje řešení zahrnující obvod pro oříznutí signálu tak, aby byla čtečkou dále zpracována pouze jeho určitá část. S výhodou lze tento obvod použít pro oříznutí signálu například v okolí peaku. K posouvání signálu nicméně není použit operační zesilovač jako
- 1 CZ 309665 B6 v případě navrhovaného vynálezu a rozdílný je také účel jednotlivých řešení. Posouvání signálu slouží v případě zmíněné patentové přihlášky ke zvýraznění relativně malých odchylek v napětí, které obsahují čitelné informace, a nikoliv ke zpracování vstupního signálu pro AD převodník.
V současné době jsou známa také řešení využívající k posunu signálu operační zesilovač ve speciálním zapojení, které umožňuje především to, aby mohl být signál dále zpracován AD převodníkem také v případě, že má tento převodník menší rozsah, než je amplituda vstupního signálu. Zveřejněné řešení nicméně kromě samotného mechanismu posunutí signálu pro zpracování AD převodníkem nevyužívá žádného kombinování výstupních hodnot AD převodníku za účelem zesílení užitečného signálu a zlepšení kvality čtení LF RFID bezkontaktních karet.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky alespoň částečně odstraňuje způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou, jehož podstata spočívá v tom, že čtečka zahrnuje anténu, operační zesilovač, AD převodník a první DA převodník a dále druhý DA převodník nebo zdroj konstantního napětí a že tento způsob sestává z kroků vyslání zdrojového signálu antény, přijetí zdrojového signálu antény RFID čipem, vyslání signálu RFID čipu a přijetí signálu RFID čipu anténou, přičemž na invertující vstup operačního zesilovače je přiveden přijatý signál RFID čipu a výstup prvního DA převodníku a na neinvertující vstup operačního zesilovače je přiveden výstup druhého DA převodníku nebo výstup zdroje konstantního napětí.
Výhodou navrhovaného řešení oproti standardnímu způsobu zpracování signálu RFID čipu je především využití užitečného signálu jednak v kladné, ale navíc také v záporné půlperiodě. Aby mohl být tento signál dále zpracován pomocí AD převodníku, dochází k jeho posunutí s využitím operačního zesilovače ve funkčním zapojení jakožto sčítače. Pro posun signálu takovým způsobem, aby AD převodník zpracovával právě užitečný signál kladného, respektive záporného peaku, slouží vhodně nastavená hodnota poměru napětí DAC1 na prvním DA převodníku, jehož výstup je přiveden na invertující vstup operačního zesilovače, a napětí DAC2 na druhém DA převodníku nebo zdroji konstantního napětí, jehož výstup je přiveden na neinvertující vstup operačního zesilovače. Pomocí kalibrace je nalezena první dvojice hodnot Pos1 a Pos2 napětí prvního a druhého DA převodníku nebo zdroje konstantního napětí, přičemž hodnoty Pos1 a Pos2 jsou zvoleny tak, že okno operačního zesilovače snímá pozitivní půlvlnu přijatého signálu, a druhá dvojice hodnot Neg1 a Neg2 napětí prvního a druhého DA převodníku nebo zdroje konstantního napětí, přičemž hodnoty Neg1 a Neg2 jsou zvoleny tak, že okno operačního zesilovače snímá negativní půlvlnu přijatého signálu.
Po převedení signálu pomocí AD převodníku jsou při zpracovávání vyrovnávací paměti (bufferu) odečteny amplitudy dvou po sobě následujících peaků, čímž lze získat silnější signál, a to i bez použití nákladných dodatečných vnějších komponent, přičemž takové řešení vede ke zvýšení citlivosti čtečky, díky čemuž lze zpracovávat také slabé signály přicházející z LF RFID karet. Ve výhodném provedení jsou jednotlivé signály na výstupu AD převodníku před odečtením dočasně uloženy do vyrovnávací paměti a výsledný digitálně zpracovaný signál je následně ukládán do datové struktury (fronty) pro zamezení přetečení dat.
Efekt zvětšení amplitudy signálu RFID čipu je pozorován na všech typech modulace signálu (ASK, FSK i PSK; tedy amplitudové, frekvenční i fázové), přičemž u PSK karet je navíc tímto postupem odstraněn další nedostatek. Při standardním způsobu vysílání signálu PSK karty totiž dochází k rozdílné modulaci jednotlivých půlvln v závislosti na tom, kterou stranou je karta ke čtečce přiložena, což má za následek rozdílnou čtecí vzdálenost z různých stran karty. Navrhovaný způsob zpracování signálu RFID čipu lze s výhodou použít například pro bezkontaktní autentizaci k zařízení, jako jsou tiskárny či kopírky.
- 2 CZ 309665 B6
Čtečka k provádění výše popsaného způsobu zpracování signálu pasivního RFID čipu zahrnuje alespoň anténu uzpůsobenou k vysílání zdrojového signálu a detekci signálu pasivního RFID čipu, řídicí jednotku elektricky spojenou s anténou a uzpůsobenou k vybuzení antény, první DA převodník a dále druhý DA převodník nebo zdroj konstantního napětí, synchronizační jednotku, AD převodník a operační zesilovač. Synchronizační jednotka je elektricky spojena s prvním DA převodníkem a dále s druhým DA převodníkem nebo zdrojem konstantního napětí, řídicí jednotkou a AD převodníkem a je uzpůsobená k časové synchronizaci všech komponent, se kterými je přímo a/nebo nepřímo elektricky spojena. Výstupy antény a prvního DA převodníku jsou přivedeny na invertující vstup operačního zesilovače. Výstup druhého DA převodníku nebo zdroje konstantního napětí je pak přiveden na neinvertující vstup operačního zesilovače. Výstup operačního zesilovače je následně přiveden na vstup AD převodníku, přičemž operační zesilovač je zapojen jako sčítací operační zesilovač.
Aby operační zesilovač vykazoval definované chování také mimo provozní rozsah, musí být vstup operačního zesilovače typu rail-to-rail. Ve výhodném provedení je výstup operačního zesilovače rovněž typu rail-to-rail. Řídicí jednotka ve výhodném provedení zahrnuje tranzistor typu push-pull MOSFET.
Objasnění výkresů
Podstata vynálezu je dále ukázána na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, kde na:
obr. 1 je znázorněno schéma zapojení čtečky k provádění způsobu zpracování signálu pasivního RFID čipu, obr. 2 je znázorněno schéma zapojení sčítacího operačního zesilovače k rezonančnímu obvodu antény a jednotlivým součástkám zabudovaným do jednotky MCU.
Příklady uskutečnění vynálezu
Vynález bude dále objasněn na příkladech uskutečnění s odkazem na příslušné výkresy.
Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu 1 čtečkou 2 zahrnující anténu 3, operační zesilovač 4, AD převodník 5 a první DA převodník 6 a dále druhý DA převodník 7 nebo zdroj konstantního napětí sestává z kroků vyslání zdrojového signálu antény 3, přijetí zdrojového signálu antény 3 RFID čipem 1, vyslání signálu RFID čipu 1 a přijetí signálu RFID čipu 1 anténou 3, přičemž na invertující vstup operačního zesilovače 4 je přiveden přijatý signál RFID čipu 1 a výstup prvního DA převodníku 6 a na neinvertující vstup operačního zesilovače 4 je přiveden výstup druhého DA převodníku 7 nebo výstup zdroje konstantního napětí.
Samotnému zpracování signálu RFID čipu 1 čtečkou 2 předcházejí tři kalibrační procedury, které zahrnují ladění antény 3 a dále pak fázovou kalibraci čtečky 2 a kalibraci hodnot napětí na výstupu prvního DA převodníku 6 a druhého DA převodníku 7 nebo zdroje konstantního napětí, které jsou připojeny jednotlivě na invertující a neinvertující vstup operačního zesilovače 4. Ladění antény 3 je realizováno pomocí řady externích ladicích kondenzátorů a je prováděno tak, aby anténa 3 vykazovala nejvyšší amplitudu signálu na požadované frekvenci 125 kHz. Napětí na anténě 3 je měřeno pomocí kapacitního děliče pro převedení napětí do rozsahu AD převodníku 5, přičemž k měření je využit sekundární vstup AD převodníku 5.
Kalibrace čtečky 2 spočívá v první řadě ve správném určení fáze vstupního signálu AD převodníku 5 vzhledem k fázi synchronizační jednotky 11, které je nezbytné pro zpracování signálu AD převodníkem 5 přesně v daných extrémech, tj. v kladných a záporných vrcholech signálu, neboť
- 3 CZ 309665 B6 v pozitivních a negativních půlvlnách jsou detekovány pulzy odpovídající přenášené informaci RFID čipu 1.
Pro posun signálu takovým způsobem, aby AD převodník 5 zpracovával právě užitečný signál kladného, respektive záporného peaku, slouží vhodně nastavená hodnota poměru napětí DAC1 na prvním DA převodníku 6, jehož výstup je přiveden na invertující vstup operačního zesilovače 4, a napětí DAC2 na druhém DA převodníku 7 nebo zdroji konstantního napětí, jehož výstup je přiveden na neinvertující vstup operačního zesilovače 4. Operační zesilovač 4 je zapojen jako sčítač a ve výhodném provedení je výstup operačního zesilovače 4 typu rail-to-rail. Vstup operačního zesilovače 4 musí být typu rail-to-rail z principu, aby bylo zajištěno jeho definované chování také mimo provozní rozsah. Třetí krok kalibračního postupu spočívá právě v nalezení optimálních hodnot napětí DAC1 a DAC2, přičemž konkrétně jsou zvoleny hodnoty Pos1 a Pos2 představující napětí DAC1 a DAC2 pro případ, kdy okno operačního zesilovače 4 snímá pozitivní půlvlnu přijatého signálu, a hodnoty Neg1 a Neg2 představující napětí DAC1 a DAC2 pro případ, kdy okno operačního zesilovače 4 snímá negativní půlvlnu přijatého signálu. Změna poměru napětí DAC1 a DAC2 využívaná v dalším postupu navrhovaného řešení je tak zajištěna změnou obou těchto hodnot, čímž je umožněno posunutí signálu v širším rozsahu než v uspořádaní, v němž by jedna z těchto hodnot zůstala konstantní.
Hledání optimálních hodnot Pos1, Pos2, Neg1 a Neg2 probíhá postupnou změnou napětí DAC1 a DAC2 s využitím binárního vyhledávání. Tento algoritmus je založen na principu porovnávání kandidáta hledané hodnoty s mediánem uspořádané řady prvků a určení poloviny intervalu, v níž se hledaná hodnota nemůže vyskytovat. Kalibrace probíhá tak, že jsou současně zjišťovány optimální hodnoty Pos1 a Pos2, případně Neg1 a Neg2, přičemž pořadí těchto operací není pro další funkci navrhovaného řešení rozhodující; výstupem kalibrace musejí nicméně být všechny čtyři hledané optimální hodnoty. Současně ovšem nelze zjišťovat optimální hodnoty, z nichž jedna odpovídá nastavení čtecího okna operačního zesilovače 4 pro zpracovávání kladné půlvlny a druhá nastavení čtecího okna operačního zesilovače 4 pro zpracovávání záporné půlvlny, tedy například Pos1 a Neg2, případně Pos2 a Neg1. Ve výhodném provedení jsou hodnoty Pos1, Pos2, Neg1 a Neg2 zvoleny tak, aby střední hodnota užitečného signálu ležela ve středu oblasti určené pro převod AD převodníkem 5.
Po provedení každého z výše popsaných kalibračních postupů lze následně přistoupit ke zpracování signálu RFID čipu 1. První DA převodník 6 a dále druhý DA převodník 7 nebo zdroj konstantního napětí jsou řízeny pomocí DMA (Direct Memory Access) a jsou nakonfigurovány tak, aby v požadovaném okamžiku došlo na prvním kanálu DMA 8 k nastavení napětí DAC 1 na hodnotu buď Pos1, nebo Neg1 podle toho, zda je v daný moment žádané, aby čtecí okno operačního zesilovače 4 snímalo pozitivní, respektive negativní půlvlnu přijatého signálu. Na druhém kanálu DMA 9 přitom současně dojde k nastavení napětí DAC2 na hodnotu Pos2, nebo Neg2, přičemž pro správné posunutí čtecího okna operačního zesilovače 4 je nezbytné, aby byly na jednotlivých kanálech DMA 8, 9 současně nastaveny pouze dvojice hodnot Pos1 a Pos2, případně Neg1 a Neg2, tak jak to odpovídá provedené kalibraci.
Oba kanály DMA 8, 9 jsou dále nakonfigurovány na kruhový kontinuální režim, který zajišťuje pravidelnou změnu napětí DAC1 a DAC2 pro posun čtecího okna operačního zesilovače 4 na pozici konkrétního maxima, aby mohl být kladný a záporný peak střídavě zpracováván AD převodníkem 5, neboť v pozitivních a negativních půlvlnách jsou detekovány pulzy odpovídající přenášené informaci RFID čipu 1. Každý kanál DMA 8, 9 obsahuje pouze dvě hodnoty napětí, které jsou střídavě aplikovány v pravidelných intervalech, přičemž v případě prvního kanálu DMA 8, který odpovídá napětí DAC1, se jedná o hodnoty Pos1 a Neg1 a v případě druhého kanálu DMA 9, který odpovídá napětí DAC2, se jedná o hodnoty Pos2 a Neg2. Změna poměru napětí DAC1 a DAC2 je s výhodou zajištěna změnou obou těchto hodnot, čímž je umožněno posunutí signálu v širším rozsahu než v uspořádání, v němž by jedna z těchto hodnot zůstala konstantní.
- 4 CZ 309665 B6
AD převodník 5 je nakonfigurován tak, aby neustále střídavě zpracovával kladné a záporné peaky vstupního signálu, přičemž synchronizace AD převodníku 5 s prvním DA převodníkem 6 a dále s druhým DA 7 převodníkem nebo zdrojem konstantního napětí, jejichž výstupy jsou připojeny jednotlivě na invertující a neinvertující vstup operačního zesilovače 4, a řídicí jednotkou 10 pro buzení antény 3 je realizována s využitím synchronizační jednotky 11. Řídicí jednotkou 10 je ve výhodném provedení například MOSFET tranzistor s dvojčinným výstupním obvodem (tzv. pushpull). V dalším příkladném provedení lze buzení antény 3 realizovat pomocí hradel logických obvodů.
Po převedení signálu pomocí AD převodníku 5 nastává odečtení amplitudy dvou po sobě následujících peaků příslušejících jedné vlně, přičemž jednotlivé signály jsou před odečtením dočasně uloženy do vyrovnávací paměti (tzv. bufferu) 12. Výsledný digitálně zpracovaný signál je následně ukládán do datové struktury, konkrétně fronty 13 pro zamezení přetečení dat.
V příkladném provedení vynálezu dle obr. 1 zahrnuje čtečka 2 k provádění způsobu zpracování signálu pasivního RFID čipu 1 anténu 3 uzpůsobenou k vyslání zdrojového signálu a detekci signálu pasivního RFID čipu 1, řídicí jednotku 10 elektricky spojenou s anténou 3 a uzpůsobenou k vybuzení antény 3, první DA převodník 6 a dále druhý DA převodník 7 nebo zdroj konstantního napětí, synchronizační jednotku 11, AD převodník 5 a operační zesilovač 4 v zapojení jakožto sčítač. Synchronizační jednotka 11 je elektricky spojena s prvním DA převodníkem 6 a dále s druhým DA převodníkem 7 nebo zdrojem konstantního napětí, řídicí jednotkou 10 a AD převodníkem 5 a uzpůsobená k časové synchronizaci všech komponent, se kterými je přímo a/nebo nepřímo elektricky spojena, přičemž výstupy antény 3 a prvního DA převodníku 6 jsou přivedeny na invertující vstup operačního zesilovače 4, výstup druhého DA převodníku 7 nebo zdroje konstantního napětí je přiveden na neinvertující vstup operačního zesilovače 4 a výstup operačního zesilovače 4 je přiveden na vstup AD převodníku 5.
Schéma zapojení čtečky 2 k provádění způsobu zpracování signálu pasivního RFID čipu 1, znázorněné na obr. 1, zahrnuje kromě výše zmíněných součástek také jednotku MCU (Microcontroller Unit) 14, do níž je zabudován první DA převodník 6 a dále druhý DA převodník 7 nebo zdroj konstantního napětí, příslušné DMA kanály 8, 9 nakonfigurované na kalibrované hodnoty Pos1, Pos2, Neg1 a Neg2 pro řízení prvního DA převodníku 6 a dále druhého DA převodníku 7 nebo zdroje konstantního napětí, AD převodník 5, synchronizační jednotka 11 k časové synchronizaci všech komponent, se kterými je přímo a/nebo nepřímo elektricky spojena, dále vyrovnávací paměť 12 pro dočasné uložení výstupních dat AD převodníku 5 před jejich odečtením a frontu 13, do níž je ukládán výsledný digitálně zpracovaný signál pro zamezení přetečení dat.
Mimo jednotku MCU 14 je zapojena řídicí jednotka 10, anténa 3 a operační zesilovač 4 a také adaptační člen zapojený na výstupu operačního zesilovače 4. Zapojení sčítacího operačního zesilovače 4 k rezonančnímu obvodu antény 3 a jednotlivým součástkám zabudovaným do jednotky MCU 14 je znázorněno na obr. 2. V příkladném provedení vynálezu dle obr. 2 je radiofrekvenční elektromagnetické pole vybuzeno anténou 3 za pomoci řídicí jednotky 10, ovládané ze synchronizační jednotky 11.
Rezonanční obvod antény 3 zahrnuje kondenzátor o kapacitě Cres ideálně v rozmezí hodnot 1 až 4 nF a cívku o indukčnosti L ant ideálně v rozmezí hodnot 600 až 650 μH, přičemž přijatelná je v tomto příkladném provedení indukčnost alespoň 400 μH a prakticky realizovatelná nejvýše 1620 μH. Optimální hodnota kapacity Cres závisí na indukčnosti antény 3 a z uvedeného intervalu je zvolena tak, aby byla rezonanční frekvence antény 3 na hodnotě 125 kHz. Dalšími charakteristikami rezonančního obvodu je napětí na anténě 3 a faktor kvality antény 3. Optimální hodnota napětí na anténě 3 se v tomto příkladném provedení pohybuje kolem 60 V, pro drtivou většinu technologií v této konfiguraci antény 3 nicméně zcela dostačuje napětí 40 V. Zvýšení napětí může mít totiž za následek zvýšení faktoru kvality antény 3, jehož optimální hodnota se pohybuje kolem hodnoty 4, zcela dostačující je nicméně také hodnota 10.
- 5 CZ 309665 B6
Přijatý signál RFID čipu 1 je následně přiveden na rezistor o odporu R i ideálně v rozmezí hodnot 80 až 120 kΩ, přičemž spolehlivá funkčnost zařízení je v tomto příkladném provedení zajištěna také v širším rozsahu hodnot 20 až 200 kΩ, a dále na invertující vstup operačního zesilovače 4, přičemž na invertující vstup operačního zesilovače 4 je přes rezistor o odporu R 2 ideálně v rozmezí hodnot 2 až 10 kΩ přiveden také výstup prvního DA převodníku 6, zatímco na neinvertující vstup operačního zesilovače 4 je přiveden výstup druhého DA převodníku 7 nebo zdroje konstantního napětí. Operační zesilovač 4 je zapojen ve funkčním zapojení sčítače, a zahrnuje tedy rezistor Rf, ideálně o stejné hodnotě odporu jako rezistor R1, ve zpětnovazební větvi propojující invertující vstup operačního zesilovače 4 s výstupem operačního zesilovače 4. Minimální hodnota odporu R2 je prakticky určena zatížitelností prvního DA převodníku 6 a minimální hodnota odporů R1 a R f je dána omezením pro maximální proud ochrannými diodami operačního zesilovače 4. Hodnoty odporů R1 a R f jsou určeny ve vztahu ke zvolené hodnotě odporu R 2 tak, aby výsledný posun signálu odpovídal napětí na anténě 3. Výstup operačního zesilovače 4 je přiveden na vstup AD převodníku 5 zabudovaného v jednotce MCU 14.
V příkladném provedení vynálezu má operační zesilovač 4 rychlost přeběhu (slew rate) o hodnotě alespoň 4 V/μs a šířku pásma o hodnotě alespoň 8 MHz. Vynález však není omezen na použití právě těchto hodnot parametrů operačního zesilovače 4.
Příkladné využití zařízení a způsobu zpracování signálu RFID čipu 1 dle tohoto vynálezu je následující. Čtečka 2 pro zpracování signálu je součástí multifunkční tiskárny. Uživatel tiskárny přiloží kartu obsahující RFID čip 1 ke čtečce 2 RFID čipů 1. Čtečka 2 přečte informace uložené na této kartě. Informace může zahrnovat například identifikační číslo uživatele, jeho pracovní pozici, oprávnění, dostupnost tiskových úloh pro daného uživatele atp. Díky využití způsobu zpracování signálu dle tohoto vynálezu je pak dosaženo spolehlivějšího a přesnějšího čtení dat, zejména při použití RFID čipů 1 vysílajících fázově modulovaný signál. V příkladném provedení vynálezu jsou pak hodnoty parametrů elektrických komponent v obvodu na obr. 2 dány jako Lant = 630 μΗ, hodnota kapacity kondenzátoru Cres může být zvolena v intervalu 1,89 až 3,16 nF a hodnoty rezistorů R1 a R 2 pak nabývají hodnot 100 kΩ a 4,7 kΩ, přičemž hodnota rezistoru R f by měla být stejná, jako hodnota rezistoru R1. Hodnota odporu rezistoru R1 pak musí být také volena s ohledem na ochrannou diodu vstupu operačního zesilovače 4. Hodnota odporu rezistoru R2 pak musí být zvolena s ohledem na zatížitelnost prvního DA převodníku 6 dle jeho datasheetu. Z hodnot odporů těchto rezistorů je pak získána hodnota zesílení operačního zesilovače 4. Vynález však není omezen na použití těchto hodnot, tyto hodnoty jsou uvedeny pouze jako příkladné. Jako anténa 3 je zvolena v příkladném provedení vynálezu planární anténa 3 ze šestivrstvého plošného spoje. Na stejném plošném spoji je tak zároveň nízkofrekvenční (LF) i vysokofrekvenční (HF) anténa 3. Výhoda tohoto provedení spočívá v jednoduchosti výroby. Anténa 3 tohoto typu navíc také nevyžaduje žádnou manuální montáž, čímž je snížena výrobní složitost a zvýšena spolehlivost zařízení jakožto celku. Konkrétní optimální hodnota vlastní indukčnosti antény 3 je tedy dána konstrukčními parametry, respektive rozměry zařízení. Obecně pak s vyšší indukčností L roste spolehlivost zařízení. Činitel kvality antény 3 Q je v příkladném provedení zvolen jako 10, případně 4. Konkrétní hodnota parametru Q je však závislá na hodnotě vlastní indukčnosti a sériového odporu antény 3. V příkladném provedení s parametry uvedenými výše, které však není omezující na další možná provedení vynálezu, je anténa 3 volena na napětí při rezonanci o hodnotě 40 V. Hodnota kapacity kondenzátoru Cres je pak volena tak, aby byl rezonanční kmitočet obvodu na hodnotě 125 kHz.
Dle výše vypsaného je tedy zřejmé, že nastavení optimálních parametrů probíhá následovně. Je vybrána anténa 3 o určité hodnotě vlastní indukčnosti L. K ní je přiřazen rezonanční kondenzátor a hodnota jeho kapacity je zvolena tak, aby rezonanční kmitočet byl 125 kHz pro minimální napětí na anténě 3 a patřičné Q. Hodnota R 2 je určena zatížitelností prvního DA převodníku 6. Hodnoty R1 a Rf jsou pak dány maximálním proudem procházejícím ochrannými diodami operačního zesilovače 4.
- 6 CZ 309665 B6
V dalším příkladném provedení je možné první DA převodník 6 či druhý DA převodník 7 nebo zdroj konstantního napětí nahradit pomocí PWM (Pulse Width Modulation) kanálu s filtrem v realizaci dolnofrekvenční propusti. Zařazením filtru na výstup PWM nicméně dochází ke zpomalení signálu a zanesení nežádoucího šumu, stejně tak je v tomto příkladném provedení velice 5 obtížné prakticky realizovat zpracování signálu kladné a záporné půlvlny ve stejný okamžik (tzv. two peak sampling).
Průmyslová využitelnost
Zařízení podle tohoto vynálezu lze využít pro zlepšení kvality přenosu dat z LF RFID čipu, který nachází uplatnění například v identifikačních průkazech pro evidenci docházky, k identifikaci komponent v zařízení během výroby či pro bezkontaktní autentizaci k zařízení, jako jsou například tiskárny či kopírky.

Claims (6)

1. Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu (1) čtečkou (2) zahrnující anténu (3), operační zesilovač (4), AD převodník (5) a první DA převodník (6) a dále druhý DA převodník (7) nebo zdroj konstantního napětí, sestávající z kroků vyslání zdrojového signálu antény (3), přijetí zdrojového signálu antény (3) RFID čipem (1), vyslání signálu RFID čipu (1) a přijetí signálu RFID čipu (1) anténou (3), vyznačující se tím, že
- na invertující vstup operačního zesilovače (4) je přiveden přijatý signál RFID čipu (1) a výstup prvního DA převodníku (6),
- na neinvertující vstup operačního zesilovače (4) je přiveden výstup druhého DA převodníku (7) nebo výstup zdroje konstantního napětí,
- je zvolena první dvojice hodnot napětí prvního (6) a druhého (7) DA převodníku nebo zdroje konstantního napětí, přičemž tato dvojice hodnot je zvolena tak, že okno operačního zesilovače (4) snímá pozitivní půlvlnu přijatého signálu,
- je zvolena druhá dvojice hodnot napětí prvního (6) a druhého (7) DA převodníku nebo zdroje konstantního napětí, přičemž tato dvojice hodnot je zvolena tak, že okno operačního zesilovače (4) snímá negativní půlvlnu přijatého signálu,
- v pozitivních a negativních půlvlnách jsou detekovány pulzy odpovídající přenášené informaci RFID čipu (1),
- výsledný signál je přiveden na AD převodník (5), - pulzy detekované ze stejné vlny jsou odečteny.
2. Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu (1) čtečkou (2) podle nároku 1, vyznačující se tím, že hodnoty napětí prvního (6) a druhého (7) DA převodníku nebo zdroje konstantního napětí jsou zvoleny tak, aby střední hodnota užitečného signálu ležela ve středu oblasti určené pro převod AD převodníkem (5).
3. Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu (1) čtečkou (2) podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že digitálně zpracovaný signál je ukládán do fronty (13).
4. Čtečka (2) k provádění způsobu zpracování signálu pasivního RFID čipu (1) podle kteréhokoliv z předchozích nároků, zahrnující anténu (3) uzpůsobenou k vysílání zdrojového signálu a detekci signálu pasivního RFID čipu (1), řídicí jednotku (10) elektricky spojenou s anténou (3) a uzpůsobenou k vybuzení antény (3), první DA převodník (6) a dále druhý DA převodník (7) nebo zdroj konstantního napětí, synchronizační jednotku (11), AD převodník (5) a operační zesilovač (4), vyznačující se tím, že synchronizační jednotka (11) je elektricky spojena s prvním DA převodníkem (6) a dále druhým DA převodníkem (7) nebo zdrojem konstantního napětí, řídicí jednotkou (10) a AD převodníkem (5) a uzpůsobená k časové synchronizaci všech komponent, se kterými je přímo a/nebo nepřímo elektricky spojena, přičemž výstupy antény (3) a prvního DA převodníku (6) jsou přivedeny na invertující vstup operačního zesilovače (4), výstup druhého DA převodníku (7) nebo výstup zdroje konstantního napětí je přiveden na neinvertující vstup operačního zesilovače (4) a výstup operačního zesilovače (4) je přiveden na vstup AD převodníku (5), přičemž operační zesilovač (4) je zapojen jako sčítací operační zesilovač.
5. Čtečka (2) signálu pasivního RFID čipu (1) podle nároku 4, vyznačující se tím, že výstup operačního zesilovače (4) je typu rail-to-rail.
6. Čtečka (2) signálu pasivního RFID čipu (1) podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (10) zahrnuje tranzistor typu push-pull MOSFET.
CZ2019-563A 2019-09-03 2019-09-03 Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou CZ309665B6 (cs)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-563A CZ309665B6 (cs) 2019-09-03 2019-09-03 Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou
PCT/CZ2020/050064 WO2021043348A1 (en) 2019-09-03 2020-09-03 Method of processing a signal of a passive rfid chip with a reader
AU2020342303A AU2020342303B2 (en) 2019-09-03 2020-09-03 Method of processing a signal of a passive rfid chip with a reader
US17/640,078 US11797792B2 (en) 2019-09-03 2020-09-03 Method of processing a signal of a passive RFID chip with a reader
JP2022539457A JP7377983B2 (ja) 2019-09-03 2020-09-03 リーダーを用いてパッシブrfidチップの信号を処理する方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-563A CZ309665B6 (cs) 2019-09-03 2019-09-03 Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2019563A3 CZ2019563A3 (cs) 2021-03-10
CZ309665B6 true CZ309665B6 (cs) 2023-06-28

Family

ID=74849245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-563A CZ309665B6 (cs) 2019-09-03 2019-09-03 Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11797792B2 (cs)
JP (1) JP7377983B2 (cs)
AU (1) AU2020342303B2 (cs)
CZ (1) CZ309665B6 (cs)
WO (1) WO2021043348A1 (cs)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309664B6 (cs) * 2019-09-03 2023-06-28 Y Soft Corporation, A.S. Zařízení pro detekci signálu pasivních čipů a způsob detekce signálu
CN116773900B (zh) * 2023-08-17 2024-05-28 深圳市首航新能源股份有限公司 一种残余电流检测电路及其方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014210183A2 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Wek Electronics Co., Ltd. Rfid card learning apparatus and operating method thereof

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5194865A (en) 1991-12-06 1993-03-16 Interbold Analog-to-digital converter circuit having automatic range control
DE10244450A1 (de) * 2002-09-24 2004-04-01 Infineon Technologies Ag Verfahren und Schaltungsanordnung zur Demodulation eines digitalen amplitudenmodulierten Funksignals
US7124942B2 (en) 2003-12-05 2006-10-24 Hid Corporation Low voltage signal stripping circuit for an RFID reader
CN101160890A (zh) * 2005-04-08 2008-04-09 富士通株式会社 在发送接收中使用相同载波的无线装置
JP2007174130A (ja) * 2005-12-20 2007-07-05 Teruya:Kk マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトidタグ
DE102006062598B4 (de) 2006-12-29 2018-09-27 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg ASK-Demodulator
FR2922341A1 (fr) * 2007-10-11 2009-04-17 St Microelectronics Rousset Detecteur d'un signal radiofrequence
US11038362B1 (en) * 2017-09-29 2021-06-15 Technology For Energy Corporation Self-contained power signal generation system for electricity meter testing

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014210183A2 (en) * 2013-06-28 2014-12-31 Wek Electronics Co., Ltd. Rfid card learning apparatus and operating method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021043348A1 (en) 2021-03-11
CZ2019563A3 (cs) 2021-03-10
US11797792B2 (en) 2023-10-24
US20220300724A1 (en) 2022-09-22
JP7377983B2 (ja) 2023-11-10
AU2020342303A1 (en) 2022-04-21
AU2020342303B2 (en) 2023-06-15
JP2022547232A (ja) 2022-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2636195B1 (en) Apparatus and method for detecting rfid signals
US8201745B2 (en) Transponder detection by resonance frequency reduction
JP5668196B2 (ja) 電磁トランスポンダの結合係数の誘導性評価
CZ309665B6 (cs) Způsob zpracování signálu pasivního RFID čipu čtečkou
US20090058601A1 (en) Data detector for UHF RFID tags
JP2003516099A (ja) 増加出力電圧をもつワイヤレス電力伝送システム
EP3584948A1 (en) Protocol detection and decoding in multiprotocol tag, and corresponding integrated circuit
EP2750301A1 (en) Wireless power and data transmission
CN106663181A (zh) 适应性射频识别读取器
US10044389B2 (en) Contactless communication device with receiver input voltage stabilization
EP3190539B1 (en) Target detection by rfid reader
US7317307B2 (en) Circuit arrangement for load regulation in the receive path of a transponder
WO2008140155A1 (en) Demodulator capable of compensating offset voltage of rf signal and method thereof
CN111342866B (zh) 低功率模式的卡检测
KR101027501B1 (ko) Rf 리더, 이의 오프셋 전압 보상 방법 및 이를 포함하는 rf 시스템
EP4022492A1 (en) <smallcaps/>? ? ?method of processing a signal of a passive rfid chip with a reader
US20140320264A1 (en) Carrier compensation reader
EP2279484B1 (en) Rfid transponder
EP3584949B1 (en) Method for limiting the level of a modulated signal received by a tag and corresponding limiter
JP6885985B2 (ja) Rfid回路用復調器
EP1512118B1 (en) Passive data carrier with signal evaluation means for evaluating information of a self-clocking signal
WO2019232609A1 (en) Apparatus and methods for radiofrequency sensing
KR100898328B1 (ko) Rfid 통신 시스템에서의 심볼 검출 방법
WO2021104545A1 (en) Method for nfc reader antenna tuning using a calibration module
JP2008067318A (ja) 無線タグ通信装置