DE19839802A1

DE19839802A1 - Amplitude modulated carrier signal generation method for contactless data transmission signals

Info

Publication number: DE19839802A1
Application number: DE1998139802
Authority: DE
Inventors: Martin Haering
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 1999-12-09

Abstract

The method involves filtering a digital, pulse-width modulated (PWM) signal (Upwm). Preferably, the filtering of the signal is carried out by a network of coils (8). A signal proportional to the AM signal (Is) is used for controlling the pulse-width of the PWM signal (Upwm).

Description

Die EP 0669591 A2 beschreibt ein kontaktloses Datenübertra gungssystem mit einer Sende- und Empfangsstation und mehreren Transpondern. Ein solcher Transponder ist ein tragbarer Da tenträger, der als wesentlichen Bestandteil einen nicht flüchtigen Speicher aufweist. Desweiteren verfügt er über die nötigen Einrichtungen zur kontaktlosen Kommunikation über ein elektromagnetisches Feld mit der Sende- und Empfangsstation.EP 0669591 A2 describes a contactless data transfer system with one sending and receiving station and several Transponders. Such a transponder is a portable Da carrier that is not an essential component has volatile memory. He also has the necessary facilities for contactless communication via a electromagnetic field with the transmitting and receiving station.

Die Information von der Sende- und Empfangsstation zu einem Transponder wird mittels Amplitudenmodulation des hochfre quenten, üblicherweise sinusförmigen Trägersignals bewirkt. Beim Beispiel des Datenübertragungssystems der EP 0669591 A2 handelt es sich um eine 100%-ASK-Modulation, das heißt, daß das Trägersignal vollständig ausgetastet wird.The information from the sending and receiving station to one Transponder is by means of amplitude modulation of the high frequency quents, usually sinusoidal carrier signal. In the example of the data transmission system of EP 0669591 A2 it is a 100% ASK modulation, which means that the carrier signal is completely blanked out.

Es sind jedoch auch Übertragungsverfahren im Gespräch, die einen geringeren Modulationsgrad im niederen Prozentbereich (z. B. von 5-15%) der Amplitude des Trägersignals haben. Die Erzeugung eines solchen amplitudenmodulierten Trägersignals mit geringem Modulationsgrad ist schwierig und kosteninten siv. Üblicherweise erfolgt dies durch Variation der an die Sendespule angelegten Spannung. Dies führt zu thermischen Verlusten und einem geringen Gesamtwirkungsgrad, da die Steuerung der aktiven Elemente wie der Leistungshalbleiter und diese selbst Temperaturkoeffizienten aufweisen, die durch Selbsterwärmung und durch Schwankungen der Umgebungstempera tur zu Funktionsbeeinträchtigungen führen können.However, transmission methods are also under discussion a lower degree of modulation in the lower percentage range (e.g. 5-15%) of the amplitude of the carrier signal. The Generation of such an amplitude-modulated carrier signal with a low degree of modulation is difficult and costly siv. Typically, this is done by varying the Transmitter coil applied voltage. This leads to thermal Losses and a low overall efficiency since the Control of active elements such as the power semiconductor and these themselves have temperature coefficients, which by Self-heating and by fluctuations in the ambient temperature can lead to functional impairments.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ei ne Vorrichtung zum Erzeugen eines amplitudenmodulierten Trä gersignals anzugeben, das bzw. die die bekannten Nachteile vermeidet. It is therefore the object of the invention, a method and egg ne device for generating an amplitude-modulated Trä Specify gersignals, the or the known disadvantages avoids.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ei ne Vorrichtung gemäß Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Weiter bildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a method according to claim 1 and egg ne device according to claim 4 solved. Advantageous Next educations are specified in the subclaims.

Bei der erfindungsgemäße Erzeugung eines Trägersignals mit geringem Modulationsgrad wird der Spulenstrom aus einer rechteckförmigen Spannung gleichbleibender Periodendauer mit variabler Pulsweite über ein Filter aus vorzugsweise einem Spulennetzwerk erzeugt und ist daher einfacher, billiger und stabiler als bei der direkten Variation der Spulenspannung. Das Filter filtert dabei die Grundwelle des Spulenstromes und unterdrückt die anfallenden Oberwellen. Die Pulsweite be stimmt - gemäß der Fourierzerlegung - die Amplitude der Grundwelle des Spulenstromes. Eine Ansteuerschaltung bestimmt die Pulsweite der Rechteckspannung und bewerkstelligt so die ASK-Modulation.When generating a carrier signal according to the invention with low degree of modulation, the coil current from a rectangular voltage with constant period variable pulse width via a filter, preferably one Coil network generates and is therefore simpler, cheaper and more stable than with the direct variation of the coil voltage. The filter filters the fundamental wave of the coil current and suppresses the harmonics generated. The pulse width be agrees - according to the Fourier decomposition - the amplitude of the Fundamental wave of the coil current. A control circuit determines the pulse width of the square wave voltage and thus accomplishes that ASK modulation.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine Rück führung der tatsächlichen Strominformation durch die Sende spule zur Optimierung der Einschwingvorgänge und des Modula tionsgrades vorgesehen.In an advantageous development of the invention is a re routing of the actual stream information through the transmission Coil to optimize the transient response and the modula degree of provision provided.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung weisen da bei folgende Vorteile auf:
The method and the device according to the invention have the following advantages:

- minimization of the power requirement,
- Applicability also for low-power systems,
- use of inexpensive components,
- insensitivity to thermal influences,
- low thermal losses,
- continuous adjustment of the degree of modulation,
- controllability and control of the degree of modulation by op national feedback,
Integrability of the circuit into a semiconductor chip,
- Possibility of retrofitting existing ASK 100% systems.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game explained with the help of figures. Show:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines kontaktlosen Übertra gungssystems, Fig. 1 shows a basic circuit of a contactless Übertra supply system,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Erzeugen eines amplitudenmodulierten Trägersignals und Fig. 2 is a block diagram of a device for generating an amplitude-modulated carrier signal and

Fig. 3 die Signalverläufe eines pulsweitenmodulierten und eines amplitudenmodulierten Signals zur Ver deutlichung der Erfindung. Fig. 3 shows the waveforms of a pulse-width modulated and an amplitude-modulated signal to clarify the invention.

Fig. 1 zeigt ein kontaktloses Datenübertragungssystem mit einer Sende- und Empfangsstation 1, die eine Sendespule 3 aufweist. Durch das mit Hilfe der Sendespule 3 erzeugte elek tromagnetische Feld wird Energie E, ein Taktsignal C1 sowie Daten Data zu einem Transponder 2 übertragen, der im Beispiel als Chipkarte ausgebildet ist. Fig. 1 shows a non-contact data transmission system having a transmitting and receiving station 1 comprises a transmitter coil 3. By the generated by means of the transmitter coil 3 elec tromagnetic field energy E, a clock signal C1 as well as data Data is transmitted to a transponder 2, which is designed in the example as a smart card.

Die Chipkarte 2 weist eine Antennenspule 4 mit einer oder mehreren Windungen auf, deren Enden mit einem Halbleiterchip 5 verbunden sind. Statt der Sendespule 3 und der Antennenspu le 4, die hauptsächlich induktiv koppeln, sind auch andere Antennenformen denkbar, wie beispielsweise Mikrowellenanten nen.The chip card 2 has an antenna coil 4 with one or more turns, the ends of which are connected to a semiconductor chip 5 . Instead of the transmitter coil 3 and the antenna coil 4 , which mainly couple inductively, other antenna shapes are also conceivable, such as microwave antennas.

Die Übertragung von Daten von der Sende- und Empfangsstation 1 zum Transponder bzw. der Chipkarte 2 erfolgt mittels Ampli tudenmodulation des hochfrequenten Trägersignals. Die Über mittlung von Daten vom Transponder bzw. der Chipkarte 2 zur Schreib- und Lesestation 1 findet über eine Belastungsmodula tion statt. Die Erzeugung der Amplitudenmodulation des hoch frequenten Trägersignals ist in Fig. 2 detaillierter darge stellt.The transmission of data from the transmitting and receiving station 1 to the transponder or the chip card 2 takes place by means of amplitude modulation of the high-frequency carrier signal. The transmission of data from the transponder or chip card 2 to the read and write station 1 takes place via a load modulation. The generation of the amplitude modulation of the high-frequency carrier signal is shown in greater detail in FIG. 2.

Dort wird einer Modulationsschaltung 9 ein Modulationssignal MS zugeführt. Die Modulationsschaltung 9 weist dabei eine Steuerschaltung 7 auf, die gemäß der prinzipiellen Darstel lung in Fig. 2 einen Schalter 6 nach Maßgabe des Modulati onssignals MS zwischen einer Spannung Vdd und Massepotential Vss schaltet. Die Steuerung erfolgt dabei derart, daß am Aus gang des Schalters 6, der den Ausgang der Modulationsschal tung 9 bildet eine nach Maßgabe des Modulationssignals MS pulsweitenmodulierte Spannung Upwm anliegt. Diese wird einer Filterschaltung 8 zugeführt, die lediglich die Grundwelle dieser pulsweitenmodulierten Spannung Upwm der Spule 3 als Spulenstrom Is zuführt.There a modulation signal MS is fed to a modulation circuit 9 . The modulation circuit 9 has a control circuit 7 which, according to the basic illustration in FIG. 2, switches a switch 6 in accordance with the modulation signal MS between a voltage Vdd and ground potential Vss. The control takes place in such a way that a pulse-width modulated voltage Upwm is present at the output of the switch 6 , which forms the output of the modulation circuit 9 , in accordance with the modulation signal MS. This is fed to a filter circuit 8 , which only supplies the fundamental of this pulse-width-modulated voltage Upwm to the coil 3 as coil current Is.

In Fig. 3 ist der prinzipielle Zusammenhang zwischen der un ter a) dargestellten pulsweitenmodulierten Spannung Upwm und dem unter b) dargestellten Spulenstrom Is dargestellt. Wie zu erkennen ist, weist die pulsweitenmodulierte Spannung Upwm eine konstante Periodendauer Tp auf, während die Pulsweite Tv1, Tv2 variiert. Entsprechend variiert auch die Amplitude A0, A1 des Spulenstromes Is.In Fig. 3, the basic relationship between the un ter a) is represented pulse width modulated voltage and the Upwm shown under b) illustrated coil current Is. As can be seen, the pulse width modulated voltage Upwm has a constant period Tp, while the pulse width Tv1, Tv2 varies. The amplitude A0, A1 of the coil current Is also varies accordingly.

Die Filterschaltung 8 gemäß Fig. 2 kann beispielsweise mit einem Spulennetzwerk gebildet sein.The filter circuit 8 according to FIG. 2 can be formed, for example, with a coil network.

In Fig. 2 ist als Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vor richtung eine mit einem Widerstand R als Stromsensor gebil dete Detektorschaltung dargestellt, deren Ausgangsspannung der Modulationsschaltung 9 zugeführt wird. Durch diese Rege lung wird eine Optimierung des Modulationsgrades sowie der Einschwingvorgänge der Schaltung erreicht.In Fig. 2 as a further development of the device according to the invention, a detector circuit formed with a resistor R as a current sensor is shown, the output voltage of which is supplied to the modulation circuit 9 . This regulation optimizes the degree of modulation and the transient response of the circuit.

Bei heutigen kontaktlosen Datenübertragungssystemen, die hauptsächlich zur Identifikation von Gegenständen und Perso nen eingesetzt werden, findet die Amplitudenmodulation bei der Datenübertragung von der Schreib- und Lesestation 1 zum Transponder 2 statt. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich jedoch bei jeder Art der Amplitudenmodulation eines hochfrequenten Trägersignals in vorteilhafter Weise verwenden.In today's contactless data transmission systems, which are mainly used for the identification of objects and people, the amplitude modulation takes place during data transmission from the read and write station 1 to the transponder 2 . However, the method according to the invention and the device according to the invention can be used advantageously in any type of amplitude modulation of a high-frequency carrier signal.

Claims

1. Method for producing an amplitude-modulated carrier signals (Is) by filtering a digital, pulse width mod gated signal (Upwm).

2. The method according to claim 1, characterized in that the filtering is carried out by a coil network ( 8 ).

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the amplitude-modulated signal (Is) proportional signal for regulating the pulse width of the pulse white tenmodulated signal (Upwm) is used.

4. Device for generating an amplitude-modulated carrier signal (Is), characterized by a modulation circuit ( 9 ) which can be acted upon at an input with a modulation signal (MS) for changing the pulse width of a digital signal of constant period (Upwm) in accordance with the modulation signal (MS ) and one of these downstream filter circuit ( 8 ), at the output of which the amplitude-modulated carrier signal (Is) is provided.

5. The device according to claim 4, characterized in that the output of the filter circuit ( 8 ) via a detector circuit (R) is connected to a further input of the modulation circuit ( 9 ).