DE60202301T2

DE60202301T2 - Lesegerät für berührungslose chipkarten, wobei entlang einer übertragungsleitung von der antenne zum empfänger die modulierung wechselt zwischen amplituden- und phasenmodulation

Info

Publication number: DE60202301T2
Application number: DE60202301T
Authority: DE
Inventors: Vinko Kunc; Anton Stern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2022-07-26
Also published as: SI21005A; ATE285094T1; WO2003015007A1; KR100873592B1; EP1415264A1; US20040201453A1; CN1549986A; US7215239B2; DE60202301D1; JP2004538697A; CN1261901C; KR20040021686A; EP1415264B1; JP4020206B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Lesegerät zum berührungslosen Lesen der Chipkarten, worin sich die Modulation eines Signals entlang einer Übertragungsleitung von einer Antenne zu einem Empfänger zwischen Amplitudenmodulation und Phasenmodulation ändert und welches einen Trägerwellengenerator und einen Amplitudendemodulationsempfänger aufweist, die beide durch die Übertragungsleitung an die Antenne angeschlossen sind. Das Lesegerät ist vervollkommnet, so daß eine wirksame Amplitudendemodulation des Signals, das in der Chipkarte als ein amplitudenmoduliertes Signal generiert wird, möglich wird.
Identifizieren mittels einer Hochfrequenzdatenübertragung breitet sich schnell auf neue Anwendungsgebiete aus. Der Erfindungsgegenstand ist auf ein Lesegerät in einem ein Verfahren eines solchen Identifizierens ausübenden System beschränkt, wobei aber das System auch eine oder mehrere Chipkarten umfaßt. Ein Lesegerät zum kontaktlosen Lesen der Chipkarten umfaßt einen Trägerwellengenerator, zum Beispiel mit einer Frequenz von 13,56 MHz, und einen Empfänger, üblicherweise einen Amplitudendemodulationsempfänger, die durch eine Übertragungsleitung an eine Antenne angeschlossen sind. Die Antenne des Lesegeräts sendet eine Trägerwelle in der Form von Hochfrequenzwellen und empfängt Hochfrequenzwellen, die amplitudenmoduliert von einer Antenne der Chipkarte gesendet werden, wenn diese die Trägerwelle empfängt. Empfangene Signale werden danach durch das Lesegerät identifiziert.
In der Antenne des Lesegerätes wird durch ein Signal, das in einem Schwingkreis der Chipkarte amplitudenmoduliert und durch die Antenne der Chipkarte gesendet wird, ein Signal gebildet, das an den Antenneklemmen amplitudenmoduliert oder phasenmoduliert oder durch eine Kombination der beiden Modulationsarten moduliert wird, und zwar abhängig sowohl vom Verhältnis der Frequenz der gesendeten Welle zu Resonanzkurven der Antenne der Chipkarte und der Antenne des Lesegeräts als auch vom Kopplungsfaktor zwischen den beiden Antennen. Die Modulation des empfangenen Signals ändert sich auch längs des Kabels von den Anschlußklemmen der Antenne des Lesegeräts bis zum Eingang des Empfängers.
Die Datenimpulse werden durch übliche mit einem Lesegerät verbundene Empfangsmittel empfangen und verarbeitet. Durch eine im Patent US 6.208.235 vorgeschlagene Schaltung der Chipkarte wird der Übergang von der Amplitudenmodulation zur Phasenmodulation wegen zwei oder mehreren im Lesegerätfeld vorhandenen Chipkarten abgeschwächt.
Das oben erwähnte Patent US 6.208.235 B1 offenbart eine Resonanzschaltungsmarkierung für RFID Markierungen oder berührungslose Chipkarten, zum Beispiel zum Schutz vor Diebstahl. Da das Feld andere nahegelegene Resonanzmarkierungen stört, können Schwankungen in der empfangenen Leistung das Funktionieren solcher Markierungen ungünstig beeinflussen. Als Abhilfe wird im US Patent vorgeschlagen, eine Markierungsantenne mit zwei Spulen anzuwenden, damit sich die durch außen induzierte Spannungen verursachten Ströme in der Markierung zur Null addieren. Die Schaltung der Antenne wird nie entaktiviert, doch das durch den ersten Induktor erzeugte Feld wird durch den zweiten Induktor wirksam aufgehoben. Auf diese Weise ermöglicht die Schaltung, daß die Resonanzmarkierung scharf von ihrer Umgebung getrennt wird.
DE 20 08 600 A bezieht sich auf ein mit UHF-Radiosignalen funktionierendes Überwachungssystem. Ein UHF Strahl wird direkt auf den Gegenstand von Interesse gerichtet, der ein besonders entwickeltes kodiertes Resonanzelement aufweist, das zum Empfänger eine mit Muster versehene Wellenform reflektiert. Das kodierte Element besteht aus einer mit einer gedruckten Antenne versehenen Karte und aus einer kodierten Sendelinie, die eine Druckschaltung auf einem piezoelektrischen Substrat aufweist. Im genannten Dokument wird vorgeschlagen, die Impulsmodulation anzuwenden.
EP 0 466 949 A offenbart das berührungslose Daten- und Energieübertragen. Die Daten werden simultan von einem festen Teil zu einem beweglichen Teil phasenmoduliert und zurück vom beweglichen zum festen Teil amplitudenmoduliert übertragen.
DE 199 38 998 A betrifft berührungslose Chipkarten. Digitales Filtrieren wird vor oder nach der Demodulation durchgeführt, so daß die Signale amplitudenmoduliert werden können oder ein Signal mit einem Hilfsträger zweiwertig phasenmoduliert werden kann. Wenn sich mehrere Karten im Lese/Schreibgerät befinden, kann die Karte unterscheiden, ob ein empfangenes Signal vom Lesegerät oder von einer anderen Karte kommt.
Im System der erwähnten (in US 6.208.235 ) Art ist die Demodulation des Phasenteils der Signalmodulation nicht befriedigend gelöst.
Ein phasenmoduliertes Signal mit einem Modulationswinkel unter 90° wird gewöhnlich mit einem Empfänger demoduliert, der mit einem Phasenregelkreis (PLL) versehen ist. Es wird an die mittlere Phase der Trägerwelle synchronisiert, die Ausgangsspannung des Phasendetektors hängt jedoch von der momentanen Phasendifferenz beziehungsweise Phasenmodulation ab. Doch die Empfängerschaltung (ein Schleifenfilter, ein spannungsgesteuerter Oszillator – VCO) wird größer und besonders der spannungsgesteuerte Oszillator im Phasenregelkreis wird zu einer vorherrschenden und den Systemeigenschaften Grenzen setzender Quelle des Phasenrauschens.
Eine Demodulation des Phasenteiles der Signalmodulation kann durch das Abtasten der Signalspannung in Nulldurchgängen ausgeführt werden. Gesammelte Abtastwerte stellen eine Phasendifferenz in jedem Moment und folglich ein demoduliertes Signal dar. Gebraucht wird jedoch eine Abtastschaltung mit genauen und stabilen Abtastzeiten, und zwar hinunter bis zur Größenordnung von 100 ps. Auch das Phasenrauschen der Steuerimpulse wird unmittelbar auf das demodulierte Signal abgebildet.
Einige Hersteller haben Schwierigkeiten bei der Demodulation des Phasenteiles der Signalmodulation umgangen, indem sie ein anderes Modulierverfahren in der Chipkarte angewandt und ein Lesegerät mit einem äußerst empfindlichen Empfänger versehen haben. So versteckt sich zum Beispiel eine Modulation, bei der ein Hilfsträger mit auf geeignete Weise kodierten Daten vollkommen amplitudenmoduliert ist, nie in der Phase. Weil es nach der Demodulation mehr an die Anwesenheit des Hilfsträgers ankommt und seine Phase nach der Demodulation unbedeutend ist, wird mit einem äußerst empfindlichen Empfänger das Signal auch dann zufriedenstellend empfangen, wenn die meiste Signalleistung in der Phasenmodulation steckt. Auf die beschriebene Weise ist jedoch die Phasenwanderung weder bei der Nichtbenutzung eines Hilfsträgers noch bei der BPSK Modulation abgeschaft.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei der Anwendung von Chipkarten, die ein amplitudenmoduliertes Signal bilden, die Schaltung eines zum Lesen solcher Chipkarten vorgesehenen Lesegeräts zu vervollkommnen, damit das Lesegerät mit seinem die Amplitudendemodulation ausübenden Empfänger die Chipkarte zuverlässig identifizieren wird.
Die genannte Aufgabe wird gelöst, wie es in Patentansprüchen angegeben ist.
In dem erfindungsgemäßen Lesegerät zum kontaktlosen Lesen der Chipkarten wird eine wirksame Anwendung einer Amplitudendemodulation ermöglicht, indem mit einem passiven, jedoch keine Rauschquelle ins System eintragenden Element die Phasenmodulation in eine Amplitudenmodulation umgewandelt wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Lesegeräts und der einzigen Figur, die ein Schaltbild des ersten Ausführungsbeispiels darstellt, näher erläutert.
Ein Gerät 1 zum Lesen einer Chipkarte 2 ohne Berührung weist einen Trägerwellengenerator 11 und einen Amplitudendemodulationsempfänger 16 auf (Fig.). Sie sind durch eine Übertragungsleitung 14 an eine Antenne 15 angeschlossen.
Ein erstes Ende A einer Achtelwellenübertragungsleitung 13 ist an eine den Empfänger 16 mit der Übertragungsleitung 14 verbindende Klemme angeschlossen und an ein zweites Ende B der Achtelwellenübertragungsleitung 13 ist der Trägerwellengenerator 11 angeschlossen, vorzugsweise durch ein die Trägerwellenharmonischen höherer Ordnung abschwächendes LC Anpassungsfilter 12.
Die Achtelwellenübertragungsleitung 13 kann entweder als ein Koaxialkabel oder als ein die Phase der Trägerwelle um 45° verschiebendes Filter ausgeführt werden. Wenn das im 50 Ω Koaxialkabel vorhandene Dielektrikum Polyäthylen ist, beträgt die Kabellänge bei der Frequenz von 13,56 MHz 1,825 m.
Im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lesegeräts 1 ist an das erste Ende A der Achtelwellenübertragungsleitung 13 der erste Amplitudendemodulations empfänger 16 und an das zweite Ende B der Achtelwellenübertragungsleitung 13 ein zweiter Amplitudendemodulationsempfänger 16' angeschlossen.
Im zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lesegerätes 1 ist jedoch der erste Amplitudendemodulationsempfänger 16 abwechselnd an das erste Ende A und an das zweite Ende B der Achtelwellenübertragungsleitung 13 angeschlossen (nicht dargestellt).
Die Trägerwelle CW vom Trägerwellengenerator 11 erreicht eine Antenne 21 der Chipkarte 2 durch das Anpassungsfilter 12, die Achtelwellenübertragungsleitung 13, die Übertragungsleitung 14 und eine Antenne 15 des Lesegeräts. Eine integrierte Schaltung 22 der Chipkarte absorbiert die Energie von der Trägerwelle CW und gewinnt ein Taktsignal für ihr eigenes Funktionieren und durch die Antenne 21 sendet sie die in der Chipkarte 2 vorhandene Information in der Form einer amplitudenmodulierten Seitenbandwelle SBW zum Lesegerät 1. In der Antenne 15 des Lesegeräts 1 generiert die amplitudenmodulierte Seitenbandwelle SBW ein Signal, das an den Antenneklemmen amplitudenmoduliert oder phasenmoduliert oder moduliert gemäß einer Kombination der genannten Modulationsarten moduliert wird.
Die Modulation des im Lesegerät 1 empfangenen Signals ändert sich dann längs der Übertragungsleitung 14 und der Achtelwellenübertragungsleitung 13 bis zum Eingang des Empfängers. Die Phase im Seitenband des modulierten Signals ändert sich längs der Übertragungsleitungen 14, 13 im Bezug zur Phase der Trägerwelle. So kann man auf einer Strecke einer halben Wellenlänge eine Stelle finden, wo die spektralen Komponenten in Phase oder gegenphasig sind (Amplituden- oder inverse Amplitudenmodulation), an einer um 90° in einem oder anderen Sinne verschobenen Stelle ist die Phasenmodulation jedoch mit einer oder anderer Polarisation vorhanden.
Aus diesem Grunde ist der durch die Achtelwellenübertragungsleitung 13 bestimmte Abstand zwischen den Empfängern 16, 16' solcher, daß immer einer von beiden das vorwiegend amplitudenmodulierte Signal erhält. Wenn die Empfänger 16, 16' gleiche Anteile an Amplituden- und Phasenmodulation erhalten, ist das empfangene Signal um einen Faktor (2)^–½ schwächer als das stärkste Signal an einem von den beiden bei der reinen Amplitudenmodulation.

Claims

Lesegerät (1) zum kontaktlosen Lesen der Chipkarten, das einen Trägerwellengenerator (11) und einen ersten Amplitudendemodulationsempfänger (16) aufweist, die beide durch eine erste Übertragungsleitung (14) an eine Antenne (15) angeschlossen sind, wobei sich die Modulation des Signals entlang der ersten Übertragungsleitung (14) von der Antenne (15) zum Empfänger (16) zwischen Amplitudenmodulation und Phasenmodulation ändert, gekennzeichnet dadurch, daß ein erstes Ende (A) einer Achtelwellenübertragungsleitung (13) an eine den ersten Amplitudendemodulationsempfänger (16) mit der ersten Übertragungsleitung (14) verbindende Klemme angeschlossen ist, ein zweites Ende (B) der Achtelwellenübertragungsleitung (13) an den Trägerwellengenerator (11) angeschlossen ist und daß ein Signal an dem ersten Ende (A) und ein Signal an dem zweiten Ende (B) der Achtelwellenübertragungsleitung (13) abgetastet werden.
Lesegerät (1) zum kontaktlosen Lesen der Chipkarten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das zweite Ende (B) der Achtelwellenübertragungsleitung (13) an einen zweiten Amplitudendemodulationsempfänger (16') angeschlossen ist.
Lesegerät (1) zum kontaktlosen Lesen der Chipkarten nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Amplitudendemodulationsempfänger (16) abwechselnd an das erste Ende (A) und das zweite Ende (B) der Achtelwellenübertragungsleitung (13) angeschlossen ist.
Lesegerät (1) zum kontaktlosen Lesen der Chipkarten nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Achtelwellenübertragungsleitung (13) als ein die Phase der Trägerwelle um 45° verschiebendes Filter ausgeführt ist.
Lesegerät (1) zum kontaktlosen Lesen der Chipkarten nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Trägerwellengenerator (11) an das zweite Ende (B) der Achtelwellenübertragungsleitung (13) durch ein die Trägerwellenharmonischen höherer Ordnung abschwächendes Impedanzanpassungsfilter (12) angeschlossen ist.