ES2251315B2 - Sistema emisor-receptor a baja frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto. - Google Patents
Sistema emisor-receptor a baja frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto.Info
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Abstract
Sistema emisor-receptor a baja frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto. Sistema de recepción-emisión de información aplicado a tarjetas inteligentes sin contacto que evita los problemas de apantallamiento de las técnicas actuales. Se basa y permite el uso de campos de baja frecuencia (por debajo de 100 kHz). Se compone de tres módulos diferentes: a. Emisor. Campo magnético variable con una zona de campo despreciable para evitar la saturación del sensor magnético receptor. b. Receptor. Sensor sintonizable de campo magnético que detecta directamente la alteración del campo magnético producido por la tarjeta al ser sintonizado a la frecuencia del módulo emisor. c. Tarjeta inteligente sin contactos. Caracterizada por estar formada por un núcleo magnético y un arrollamiento cortocircuitable que rodea a dicho núcleo. No requiere necesariamente de un circuito resonante. Aplicable en sistemas de control automatizado de procesos de entrada-salida como acceso automático, pago automático,etc. Fácilmente fabricable, de forma económica, mediante tecnología planar PCB.
Description
Sistema emisor-receptor a baja
frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto.
El dispositivo que se presenta se encuadra en el
ámbito de la emisión-recepción de información y, en
particular, en el de las tarjetas inteligentes sin contacto.
Los sistemas de tarjetas sin contacto se basan en
la fuerza electromotriz (fem) inducida por un campo magnético
variable en una espira o conjunto de espiras que forma parte de la
propia tarjeta. La fuerza electromotriz inducida es utilizada para
alimentar los circuitos electrónicos de la tarjeta y para trasmitir
información del sistema base (también llamado emisor o excitador,
por ser el sistema que crea el campo magnético de excitación) a la
tarjeta. La tarjeta envía información al sistema base mediante
cambios de impedancia del circuito receptor integrado en ella. Así
pues, tanto la transmisión de información del sistema base a la
tarjeta como la transmisión de la tarjeta al sistema base, está
basado en el acoplamiento inductivo entre ambos. Para que este
acoplamiento sea eficaz el sistema debe trabajar a frecuencias por
encima de los 100 kHz y la tarjeta debe estar formada por un
circuito resonante a la frecuencia de excitación.
En la actualidad se trabaja en dos rangos de
frecuencia diferente: uno de alta frecuencia (10 MHz
aproximadamente -13.36 MHz en los estándares ISO 14443 e ISO 15693-)
y otro de baja frecuencia (100 kHz aproximadamente -125 kHz como
valor típico-).
El sistema de acoplamiento inductivo presenta
problemas de apantallamiento debido a corrientes inducidas. Esto es
evitable disminuyendo la frecuencia, pero esta solución es
irrealizable debido a dos fenómenos:
- 1.
- La fem inducida en el sistema receptor decae con el cuadrado de la frecuencia.
- 2.
- Con frecuencias elevadas, la tarjeta puede trabajar en resonancia con un condensador pequeño. Al disminuir la frecuencia es necesario utilizar un condensador excesivamente grande, no integrable en la propia tarjeta. (Reducir la frecuencia a la mitad supone emplear un condensador cuatro veces mayor).
El sistema desarrollado se basa en medir
directamente el campo magnético producido por la tarjeta y no la
fuerza electromotriz inducida por éste en una espira receptora.
Esto presenta una ventaja sustancial: el campo magnético producido
por las espiras de la tarjeta decae linealmente y no cuadráticamente
con la frecuencia. Además, en este caso, no se trata de medir el
campo magnético producido por éstas, sino la variación de la
imanación que producen en un 1 núcleo magnético: Operando de este
modo se posibilita el trabajar a frecuencias por. debajo de 100
kHz, lo que evita el mencionado problema de apantallamiento por
corrientes inducidas.
El sistema que permite la detección a baja
frecuencia se compone de tres módulos: a. Sistema Emisor, b.
Sistema Receptor, c. Tarjeta inteligente sin contac-
tos.
tos.
Este sistema consiste en un generador de un campo
magnético variable y alterno con cualquier frecuencia menor a 100
kHz y con una zona de campo despreciable donde situar el receptor.
Debe existir una región de campo magnético despreciable donde poder
ubicar el sistema receptor sin que éste se sature. Por ejemplo, en
el centro de un carrete Helmholtz en oposición el campo es nulo,
pero en el exterior del mismo, y en el mismo eje, el campo
magnético podría ser tan intenso como se deseara.
Se emplea un sensor magnético sintonizable de
campo magnético sintonizado que detecta directamente la alteración
del campo magnético producido por la tarjeta al ser sintonizado a
la frecuencia del módulo emisor. Para evitar la saturación del
sensor se sitúa en la zona de campo nulo proporcionado por el
sistema excitador, de modo que el sensor no puede detectar el
campo producido por el sistema emisor pero sí que puede medir otros
campos de igual frecuencia y con desfase determinado, por ejemplo,
el campo debido a la presencia de un material magnético imanado por
el sistema emisor.
Al reducir la frecuencia de excitación, el campo
producido por el circuito de la tarjeta es despreciable a muy corta
distancia de ella, por lo que este sistema no sería viable en
principio. Para evitar este problema se introduce en la tarjeta un
núcleo magnético y las espiras forman un arrollamiento
cortocircuitable que rodea a dicho núcleo. El campo producido por
las espiras (arrollamiento) es suficientemente elevado como para
provocar una alteración de la imanación del núcleo sin precisar de
un circuito resonante. Esta imanación es detectable por el sistema
receptor. Además, la fuerza electromotriz inducida se emplea para
alimentar un circuito integrado en la tarjeta. Éste puede abrir y
cerrar el propio arrollamiento modificando así la imanación del
núcleo y siendo capaz de este modo de enviar información. También
es posible introducir un condensador que junto al arrollamiento
forme un circuito resonante a la frecuencia de excitación y, en
este caso, el circuito integrado podría enviar información: o bien
abriendo y cerrando las espiras, o bien modificando la impedancia
del circuito de la tarjeta de forma que el circuito entraría o
saldría de la resonancia.
El uso de materiales magnéticos
electrodepositados para crear el núcleo de la tarjeta y de
tecnología planar 1 PCB en la tarjeta y los elementos receptores,
podría suponer una apreciable disminución de costes y un sencillo
desarrollo industrial.
Modo de Realización
(ejemplo)
Los elementos o sistemas empleados para la
realización del sistema emisor-receptor son:
Tomar un carrete de Helmholtz con los dos
conjuntos de espiras puestas en oposición y excitar con un
generador de señales.
Puesto que el campo magnético en el centro de los
Helmholtzs es nulo, se sitúa en él un sensor magnético
sintonizable. Como sensor sintonizable se puede emplear un sensor
de núcleo magnético saturado (flux-gate) al que se
aplica una técnica de doble demodulación en fase. De este modo, el
sistema receptor consiste en un núcleo magnético saturado
sintonizable mediante una doble demodulación en fase.
Un sensor de núcleo magnético saturado está
formado por dos núcleos magnéticos (de material magnéticamente
blando) en los que se realizan dos arrollamientos: uno llamado
primario que rodea primero a un núcleo y después al otro de forma
que al hacer pasar por él una corriente alterna de alta frecuencia
(de 5 kHz a 1 MHz según las características particulares del
sensor) que crea un campo magnético, se satura los núcleos en
sentidos opuestos; otro llamado secundario que rodea a ambos
núcleos de forma que en él se induce una tensión cuando el flujo de
campo magnético a su través está descompensado debido a la
presencia de un campo externo. La amplitud del segundo armónico de
la señal inducida en el secundario es proporcional al campo
externo aplicado. Para excitar el primario es conveniente emplear
una fuente de intensidad variable.
La técnica de doble demodulación en fase consiste
en realizar una primera demodulación de la señal del secundario de
modo que se obtiene el segundo armónico de la señal inducida
rectificado y, a continuación, otra demodulación a la frecuencia de
excitación de los Helmholtzs de modo que se obtiene. una señal
proporcional al campo magnético externo producido por la presencia
de un material magnético que se imana con el campo producido por
los Helmholtzs. En nuestro caso queremos detectar la presencia de
la tarjeta. Para realizar la primera demodulación se introduce la
salida del secundario del detector en un primer
lock-in (es recomendable emplear en esta señal
previamente un filtro paso bajo) y como frecuencia de referencia
una señal de doble frecuencia que la de excitación del primario del
sensor magnético en fase con la señal obtenida en el secundario
(puesto que queremos obtener el segundo armónico rectificado). Para
realizar la segunda demodulación se introduce la salida del primer
lock-in en otro y se toma como frecuencia de
referencia en este segundo lock-in una señal de
igual frecuencia que la de excitación de los carretes Helmholtz.
Para fijar las fases adecuadamente se emplean circuitos
desfasadores.
Se realiza en PCB. Se emplean dos placas, cada
una de ellas con una superficie recubierta de cobre, donde se
electrodeposita un material magnético (por ejemplo, CoP crecido en
láminas o películas delgadas). Se unen las dos placas quedando la
superficie electrodepositada embutida en el interior de las
placas. Se introduce un arrollamiento exterior de hilo de cobre que
incluso puede ser integrado en las propias superficies externas de
las placas PCB de modo que los extremos van a un circuito integrado
que se alimenta con la intensidad inducida y que puede abrir o
cortocircuitar estos extremos para enviar información, lo que será
detectado debido a la variación de la imanación del núcleo.
Sistemas de control automatizado de
entrada-salida, como control de acceso (ej.: metro,
aparcamiento), de equipaje, pago automático, etc.
Claims (5)
1. Sistema emisor-receptor a baja
frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto
caracterizado por estar formado por tres módulos
fundamentales: un sistema emisor consistente en un generador de un
campo magnético variable y alterno con cualquier frecuencia menor
a 100 kHz y con una zona de campo despreciable donde situar el
receptor; sistema receptor consistente en un sensor magnético
sintonizable a la misma frecuencia de excitación del sistema
emisor; y una tarjeta inteligente sin contactos que contiene un
núcleo magnético y un arrollamiento cortocircuitable que rodea a
dicho núcleo y que se puede abrir y cerrar para enviar
información.
2. Sistema emisor-receptor a baja
frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto según
reivindicación 1 caracterizado porque el receptor
sintonizable es un sensor de núcleo magnético saturado sintonizable
mediante una doble demodulación en fase.
3. Sistema emisor-receptor a baja
frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto según
reivindicación 1 caracterizado por utilizar una tarjeta con
un núcleo magnético que no precisa de un circuito resonante.
4. Sistema emisor-receptor a baja
frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto según
reivindicación 1 y 3 caracterizado por utilizar una tarjeta
empleando películas magnéticas delgadas de CoP u otro material
magnético como núcleo.
5. Sistema emisor-receptor a baja
frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto según
reivindicación 1 y 3 caracterizado por realizar una
detección de la variación de la imanación del núcleo magnético de la
tarjeta y no en el campo producido directamente por las espiras que
componen la tarjeta.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ES200402437A ES2251315B2 (es) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | Sistema emisor-receptor a baja frecuencia para tarjetas inteligentes sin contacto. |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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|---|---|
| ES2251315A1 ES2251315A1 (es) | 2006-04-16 |
| ES2251315B2 true ES2251315B2 (es) | 2006-10-01 |
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-
2004
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Also Published As
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