KR100471655B1 - 단말기와원격으로전력이투입되는휴대품간의비접촉통신에의한데이터교환시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단말기와 원격으로 전력이 투입되는 휴대품간의 비접촉 통신을 통한 데이터 교환 시스템에 관한 것이다. 상기 단말기(100)는 데이터 송수신 수단(108-118)과 연휴하여 동작하는 코일(102)을 포함하고, 상기 휴대품(200)은 원격으로 전력이 투입되는 전기 회로를 포함한다. 상기 회로는 단말기로부터 방출되는 변조된 자기장을 검출하거나 또는 상기 자기장의 변조된 장애에 의한 응답을 발생시키는 코일(202)과; 상기 휴대품의 회로에 전력을 투입하기 위하여 검출된 상기 자기장을 DC 전압(d)으로 변형시키기 위하여 상기 휴대품의 코일과 연휴하여 동작하고, 정류 단(210)과 필터링 단(212)을 포함하는 변환 수단과; 또한 데이터 전송 수단은 상기 코일에 의하여 검출된 신호의 진폭을 복조하는 수단(218)을 포함하고, 상기 진폭 변조 수단(218)은 상기 정류 및 필터링 단(210, 212)의 출력단에 제공되는 신호(b)에 따라 동작한다. 상기 코일(101, 202)은 자유 공간에 자기장을 방출하는 동조 공진회로(106, 208)의 부분이 된다. 상기 진폭 변조는 일반적으로 변조 비율이 50% 이하로서 변조의 정도가 낮은 변조이다.

Description

단말기와 원격으로 전력이 투입되는 휴대품간의 비접촉 통신에 의한 데이터 교환 시스템

본 발명은 휴대품과 단말기간의 비접촉 통신(contactless communication) 기술에 관한 것이다.

비접촉 데이터 교환은 주지되어 있으며, 이 기술의 응용에는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 제어 액세스(controlling access), 전자 지불("전자 지갑" 형태의 응용) 및 원격지불, 예를 들어 대중 수송기관으로의 액세스 및 요금지불을 위한 원격지불을 포함한다.

후자의 예에서, 각각의 사용자에게 "비접촉 카드" 또는 "비접촉 배지(badge)"와 같은 휴대품이 제공되는데, 이러한 휴대품은 배지를 단말기에 근접시켜서 이들사이에서 발생하는 금속경로가 아닌 상호 접속을 가능하게 함으로써, 고정(또는 이동) 단말기와의 정보 교환에 적합하다(본 발명에서, "단말기"라는 용어는 휴대품과 연휴하여 동작하는데 적합한 데이터 송수신 장치를 표시하는데 사용된다),

이러한 접속은 유도코일에 의해 발생되는 자기장을 변화시킴으로써 수행된다(이러한 기술은 "유도 방식"으로 알려져 있다). 이를 위해, 상기 단말기는 주변 공간에서 교류 자기장을 발생시키는 교류신호에 따라 활성화되는 유도회로를 포함한다. 이러한 공간상에서, 상기 휴대품은 자기장을 검출하고 상기 단말기에 접속된 휴대품의 부하를 변조함으로써 응답한다. 이러한 변화가 상기 단말기에 의해 검출되어 이에 따라 양방향 통신을 확립한다.

본 발명은 단말기에 의해 방출되는 자기(magnetic) 에너지로부터 전력을 얻는 원격으로 전력이 투입되는 휴대품에 관한 것으로서, 더욱 정확히 설명하면, 통신기능에 이용되는 것과 동일한 코일을 이용하는 휴대품에 의하여 원격 전력이 검출되는 경우에 관한 것이다.

본 발명은 또한 진폭 변조를 통하여 단말기로부터 휴대품으로 정보를 전송하는 경우에 관한 것이다. 이 경우, 상기 휴대품은 코일에 의하여 픽업된 신호의 진폭을 복조 시키는 수단을 포함한다.

US-A-4 650 981에서는, 휴대품을 단말기의 자기 회로의 에어 갭에 놓아, 사용자가 휴대품을 단말기의 리드 슬롯에 삽입하면 접속이 이루어지는 형태의 비접촉 통신 시스템이 개시되고 있다. 따라서, 상기 휴대품의 코일은 상기 단말기의 자기회로에 위치되고, 이에 따라 정보는 단말기와 휴대품간에 양방향으로 전송되고, 상기 휴대품은 상기 단말기에 의하여 발생되는 자기 에너지로부터 원격으로 전력이 투입되어, 접속이 구현된다. 이를 위하여, 상기 휴대품은 상기 단말기로부터 자기장을 검출하고, DC 전원 전압을 발생시키는 변환 수단과 연관되고, 또한 상기 단말기에 의하여 방출된 신호로부터 정보내용을 추출하기 위하여 상기 변환 수단에서 하향으로 동작하는 진폭 복조 수단과 연관되는 단일 코일을 포함한다.

본 발명의 목적중의 하나는, 상기 형태의 비접촉 데이터 교환 기술을 제공하는 것이나, 이것은 자유 공간으로, 즉 변할 수 있는 코일로부터의 거리 및 임의의 방향에서, 휴대품이 단말기의 코일주위에 소정의 부피로 단지 존재할 때. 방출되는 자기장과 함께 사용될 수 있다. 그 목적은 핸즈프리(hands-free)형 단말기(예를 들어, 조사 게이트(inspection gate)를 통과하는 경우)로, 또는 배지를 작은 크기의 리드 지역으로 가져오거나 그러한 지역에 대하여 그러나 단말기와 휴대품간의 기하학적인 고도의 임의의 양으로 그리고 임의의 방향에서 배지를 위치시키도록 사용자가 요청받는 단말기로 비접촉 통신을 확립할 수 있는 것이다.

이러한 환경 하에서, 원격 전력투입은 주변의 자기장에 의존하는 결점을 갖고 있는데, 주변의 자기장은 상기 휴대품으로부터 단말기까지의 거리의 원근(遠近)에 따라 상당한 정도로 변할 수 있다. 자기장의 이러한 변화는, 일단 정류되고 필터링 되면, 휴대품의 전원 전압에 상당한 변화를 유발시키게 되고, 이러한 변화는 적절한 안정화 단계를 통하여 제거되어야 한다.

원격 전력투입의 또 다른 결점은 휴대품과 단말기간 거리의 함수로서 자기장의 평균 레벨의 변화 또는 소비 전류량의 오차 변화 때문에 발생하는 전원 전압과 진폭변조일 때 자기장의 변조에서 변화들간의 간섭현상이다. 전송 오차의 발생 결과로 인하여, 간섭현상 또는 작은 변화가 신호변조로 잘못 해석될 수 있다.

이와는 반대로, 휴대품이 단말기로 신호를 전송할 때, 동조된 회로의 부하의 변화에 의한 변조는 상기 휴대품이 소비하는 전류량을 강제로 변화시키는 것을 의미하고, 이는 상기 휴대품 회로로의 전반적인 전력 공급에 영향을 주게되어, 상기 변조의 일정 단계 동안 휴대품의 전원 부족의 위험이 따를 수 있다.

이와 같이, 자기장을 통한 휴대품의 원격 전력투입에는 결점이 없을 수가 없으며, 이에 대하여는 발명의 상세한 설명부분에서 설명될 것이다.

현재까지, 이러한 장애로 인하여, 그 장점에도 불구하고 이러한 기술의 이용이 제한되었거나 매우 특정한 응용에 예를 들어 상기 US-A-4 650 981의 경우에서 처럼, 단말기와 휴대품의 거리가 짧고 일정한 경우에 한정되었는데, 이것은 일반적으로 원격 지불 응용기술의 경우는 아니다.

본 발명의 다른 목적은, 단말기와 원격으로 전력이 투입되는 휴대품과의 사이에 비접촉 통신 시스템을 제공하여 전술한 여러 가지 장애를 극복하여, 간섭의 위험 없이 단말기로부터 전송되고 휴대품에 의하여 검출되는 전원을 최적으로 관리하여 가장 안전하게 상기 휴대품의 전자 회로에 전원이 공급될 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단말기에 의하여 정의된 클럭 신호에 의하여 카드의 동작이 기록되는 통신 방식과 같이, 단말기와 휴대품과의 사이에 동기식 통신을 가능하게 하는 것이다. 이러한 기술은 접촉 단자가 있는 카드에 흔히 이용된다. (ISO 기준 7816-3에 따르면, 동기식 통신의 경우에는, 클럭 신호를 전송하는 일련의 접촉단자가 제공된다). 그러나, 이러한 명백한 장점에도 불구하고, 이러한 기술이 비접촉 시스템에서 거의 이용되지 않고 있는데, 이는 클럭 신호 정보를 단말기로부터 휴대품으로 전송하는데 어려움이 있기 때문이다.

도 1은 단말기와 휴대품으로 구성되는 본 발명의 시스템을 도시한 블록도.

도 2는 도 1의 휴대품의 특정 실시예를 도시한 도면.

도 3은 도 2의 조절 회로의 상세도.

도 4 및 5는 도 2의 변조 회로의 두 가지 가능한 변형을 도시한 도면.

도 6은 도 5의 변조 회로에 대한 상세도.

도 7은 도 2의 클럭 검출 회로의 상세도.

도 8은 휴대품이 원격으로 전력이 투입되고 클럭신호가 검출되는 방법을 도시한 파형도.

도 9는 단말기로부터 휴대품으로의 정보 전송 방법을 설명하는 파형도.

도 10은 휴대품으로부터 단말기로의 정보 전송 방법을 설명하는 파형도.

도 11은 접촉 단자를 통한 그리고 비접촉을 통한 두 가지 동작 모드 사이에서의 이중모드 카드로 실행되는 다양한 스위칭 동작을 도시한 도면.

본 발명에 따른 시스템은 전술한 US-A-4 650 981에 개시된 바와 같은 일반적인 형태의 시스템이며, 상기 단말기는 자기장을 방출하기에 적합한 코일과; 상기 코일과 연휴하여 동작하고, 교류 신호 발진 수단과 진폭 변조 수단을 포함하는 데이터 전송 수단과; 또한 상기 코일과 연휴하여 동작하고 데이터 수신 수단을 구비한다. 휴대품은 상기 단말기에 의하여 원격으로 전력이 투입되는 전자 회로를 포함하며, 상기 휴대품은, 상기 단말기로부터 방출되는 상기 변조된 자기장을 검출하거나 또는 상기 자기장의 변조된 장애에 의한 응답을 발생시키는 코일과; 상기 휴대품의 코일과 연휴하여 동작하여 검출된 상기 자기장을 상기 휴대품의 회로에 전력을 투입하는 DC 전압으로 변환시키고, 정류기 단과 필터 단을 포함하는 변환 수단과; 또한 상기 휴대품의 코일과 연휴하여 동작하는 데이터 전송 수단 및 데이터 수신 수단을 포함하여, 상기 데이터 수신 수단은 상기 코일에 의하여 검출된 신호의 진폭을 복조하는 수단을 포함하고, 상기 진폭 복조 수단은 상기 정류기 및 필터 단의 출력에 제공되는 신호에 따라 동작한다.

본 발명에 따른 시스템에서, 상기 코일의 각각은 빈 공간에서 자기장을 방출하는 동조 공진회로의 부분을 형성하고, 또한 상기 단말기에 의하여 방출된 자기장의 진폭 변조는, 그 변조 비율이 일반적으로 50％ 이하로서 변조정도가 낮은 변조인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전술한 시스템의 휴대품과 단말기에 관한 것으로 각각 다른 특징을 갖는다.

본 발명의 다양한 부차적인 장점은 다음과 같다.

* 상기 변조 비율이 20% 미만이다;

* 상기 진폭 복조 수단은 그 입력단에 인가된 신호의 순간값을 그 동일 신호의 평균값과 비교하는 가변 드레스홀드(threshold) 수단이다;

˚ 상기 진폭 복조 수단은 상기 인가된 신호의 순간값의 증가 비율에 민감한 수단이다;

˚ 상기 변환 수단은, 상기 정류 및 필터링 단으로부터 하향하고, 전력 공급 단자 사이에서 전력이 공급되는 회로와 병렬로 설치되고 상기 회로의 전력 공급 라인과 직렬로 연결된 저항 소자와 관련된 조정 소자를 구비하는 안정화 단을 더 포함하고, 상기 분기 조정 소자는 상기 회로의 전력 공급 전류의 가변 부분을 떼어내어, 상기 회로의 동작에 필요하지 않는 과잉전력을 상기 저항 소자 및 상기 분기 조정 소자가 소실시키고, 상기 회로의 단자에서의 전력 공급 전압을 이에 따라 안정화시키는 방식으로 상기 상향 동조소자의 단자에서의 전압 일탈이 제한되고, 전류 소비의 변화가 복조되는 신호의 진폭에 대한 상향으로 영향을 갖는 것이 방지된다;

˚ 상기 휴대품은 상기 분기 조정기의 동작을 선택적으로 그리고 일시적으로 금지하는 수단을 포함하고, 비접촉 또는 접촉단자를 통한 통신의 형식을 검출하는 수단이 제공되고, 상기 분기 조정기의 동작의 선택적 및 일시적 금지 동작은 상기 접촉단자를 경유하여 통과하는 통신 형식의 검출에 따라 실행된다;

˚ 상기 동조소자의 코일을 제외한 전체 전자 회로는 집적 모놀리식 기술로 구현된다; 또한

˚ 상기 데이터 전송 수단은 상기 동조 회로로부터 하향하는 소비 전류를 변조함으로써 동작하는 수단이고, 상기 회로는 명목 전력 소비 및 저전력 소비의 두 가지 전력 소비모드로 동작할 수 있고, 상기 데이터 전송 수단이 상기 변조의 실행을 시작하기 전에 회로를 저전원 소비모드로 변화시키는 수단이 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 설명되며, 여기서, 동일한 참조번호는 동일한 또는 기능적으로 유사한 소자를 표시한다.

본 발명에 따른 시스템의 일실시예를 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 참조번호 100은 단말기를 표시하고, 상기 단말기는 인접한 휴대품(200)에 연결된다.

상기 단말기는 전송 코일(102)을 포함한다. 커패시터(104)와 연계하여 상기 전송 코일(102)은 변조된 자기 유도장을 발생시키는 동조 회로(106)을 형성한다. 회로(106)가 동조되는 주파수는 13.56MHz이며, 이러한 주파수 값으로 한정되는 것은 아니며, 이러한 특정한 값의 선택은 통신과 원격 전력투입 기능에 대한 유럽 표준으로 공인된 값과 일치하는 사실에서 유래하는 것이다. 또한 이렇게 비교적 높은 값은 권선 수가 적은 코일을 구비한 회로 설계를 가능하게 하고, 따라서 그 실용화가 쉽고 가격이 저렴하다.

상기 동조 회로(106)는 접속파(sustained-wave) 고주파 발진기(108)에 의하여 전력이 공급되고, 이는 디지털 회로(112)에서 출력되어 전송되는 신호 TXD에 의해 구동되는 혼합 단(110)에 의하여 변조된다. 상기 디지털 회로(112)의 동작은, 특히 신호 TDX의 시퀀스는 클럭 신호 CLK를 생성하는 회로(114)에 따라 클럭킹(clocking)된다.

코일(102)의 양 단자를 통하여 검출된 신호로부터 수신 데이터 RXD를 검출하는 수신 단은 후술하는 바와 같이 휴대품으로부터 단말기의 방향으로 부반송파 변조의 사용이 결정된 때, 부반송파 복조 회로(118)와 함께 고주파 복조 회로(116)를 포함한다(이러한 기법은 당연히 어느 방향에서도 제한되지 않고 변조는 기저대역에서도 동일하게 실행될 수 있다).

휴대품(200)은 전자 회로(204)와 연휴하여 동작하는 코일(202)을 포함한다. 일반적으로 "신용 카드"의 형태를 갖고 휴대품의 크기를 작게 하기 위하여, 완전 집적 모놀리식 방식으로 실현하는 것이 유리하다. 예를 들어, 코일(202)은 인쇄코일이고 회로집합(214)은 특정용도 집적 회로(ASIC)의 형식으로 실행된다.

코일(202)은 커패시터(206)와 연휴하여 동작하여 소정의 주파수(예를 들어 13.56MHz)로 동조되는 공진회로(208)를 형성하는데, 상기 주파수는 이른바 "유도"기술에 의하여 단말기와 양방향으로 데이터가 상호 교환되게 하고 또한 코일(202)에 의하여 즉 정보 교환에 이용되는 코일과 같은 코일에 의하여 휴대품으로 전력이 원격으로 투입될 수 있게 한다.

동조회로(208)의 양 단자에서 검출된 교류 전압 (a)은 필터링 단(212)이 수반되는 반파(half-wave) 또는 전파(full-wave) 정류 단(210)에 인가되어 필터링된 정류전압 (b)을 출력한다.

상기 휴대품은 또한 마이크로 프로세서, RAM, ROM 및 EPROM 메모리 및 인터페이스 회로에 기초하여 실현되는 디지털 처리 단(214)을 포함한다.

상기 정류 및 필터링 단(210, 212)의 다음에는 여러 특정 단이 병렬로 연결되며, 그 특정 단은 다음과 같다.

˚ 정류되고, 필터링되고, 또한 안정화된 DC전압 (d)을 그 출력단에서 전송하는 전압 안정화 조정 단(216). 여기서, 상기 DC전압 d는 디지털 회로(214)의 특히 양극 전원 단말기(VCC)에 인가되고 다른 전원 단자는 접지(GND)된다. 상기 안정화 단(216)은 종래 형태의 전압 안정화 단이 될 수 있고 또는 이에 한정되는 것은 아니나 도 2 및 도 3을 참고로 다음에 기술되는 특정 회로가 될 수 있다.

˚ 그 입력단으로 신호 (b)를 수신하고 그 출력단으로 상기 디지털 회로(214)의 데이터 입력단(RXD)에 인가되는 복조 신호 (e)를 출력하는 복조 단(218). 특히 상기 복조 단은, 도 4, 5 및 6의 참고로 하여 상세히 설명되는 바와 같이 진폭변동을 검출하고 그리고/또는 가변임계를 갖는 복조회로이다.

˚ 그 입력단으로 상기 동조 회로(208)의 단자로부터 검출된 신호 (a)를 수신하고 그 출력단으로 상기 디지털 회로(214)의 클럭 신호(CLK)에 인가되는 신호(c)를 송신하는 클럭 추출 단(220), 상기 클럭 추출 단(220)은 도시된 바와 같이 정류 및 필터링 단(310, 212)으로부터 상향하도록 또는 상기 단으로부터 하향하도록 배치되어, 신호 (a)대신 신호 (b)에 따라 동작할 수 있다. 그러나, 상기 필터링 단계에 의하여 수행되는 신호의 평활성을 보상하기 위하여 상기 클럭 추출 단이 더 높은 감도를 필요로 하는 한 신호 (b)를 이용하는 것은 덜 바람직하다.

˚ 단말기에 의하여 발생되는 주변의 자기장에 위치되는 동조 회로(208)에 의하여 유도된 전류를 제어된 상태에서 변동시키는 기술인 "부하 변조"에 의하여 종래의 방식으로 동작하는 변조 단(222). 상기 변조 회로(222)는 상기 디지털 회로(214)의 출력 TXD에 존재하는 변조 신호 (f)에 의하여 제어되는 스위치 소자(226)(MOS 트랜지스터)와 직렬로 연결되는 저항 소자(224) (별도의 저항 소자 또는, 모놀리식 기술에서 리드가 없는 저항으로서 동작하는 MOS형 소자)를 포함한다. 변형예에서, 상기 정류 및 필터 회로(210, 212)로부터 하향 배치되는 대신에, 상기 변조 단(222)은 도 1의 참조번호(222)로 도시된 바와 같이, 상기 회로로부터 동일하게 상향 위치될 수 있으며, 공진회로(208)의 단자에 직접 연결될 수 있다.

상기 복조 단(218)이 정류 및 필터링 단(210, 212)으로부터 하향 배치되는 방법으로 제안된 일반적인 구조에는 신호의 순간적인 변화에 대한 감도가 감소되는 장점이 있다.

원격으로 전력이 투입되는 휴대품에 있어서,정류되고 필터링된 신호에 대하여 복조를 실행하는 것은 발진 사이클동안 전력 공급의 순간적인 변화에 대한 영향을 줄일 수 있게 해준다.

이는 도 8의 파형도를 참고로 하여 다음에 설명되는 복조기의 상세한 동작 설명을 통하여 잘 이해될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같은 구조의 실시예는 도 2를 참고하여 다음에 설명되며, 상기 실시예는, 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 디지털 회로(214)와 무관하게 제어되는 방법으로 전력공급전류를 우회시키기 위해 동작하는 분기(shunt) 소자(228)를 구비한 "분기 조정기"의 단인 조정기 단(216)에 부여된 구조를 특징으로 한다. 이런 분기 소자는 전력 공급부 및 접지 단자(VCC 및 GND)사이에서 회로(214)와 병렬로 접속되고, 조정기 소자(228)의 상향에 있는 전력 공급 라인(VCC)에 배치된 직렬 저항 소자(230)와 결합된다.

상기 분기 소자(228)는 제너다이오드(Zener diode)로 구성되는 것이 유리하고 또는 제너다이오드와 동일한 기능을 하는 개별 또는 직접 소자 예를 들면, National Semiconductor Corporation의 LM185/LM285/LM385 계열로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 소자는, 매우 낮은 다이내믹 임피던스와 20 μA 내지 20 mA의 동작 전류 범위를 갖고 단지 20 μA의 바이어스 전류를 인출하면서 상기 소자에 따라서 고정되거나 또는 조정 가능한 전압인 기준 전압을 형성한다.

상기 소자(228)는 또한 이러한 전압 기준 소자와 동일한 모놀리식으로서의 ASIC에 집적될 수 있다.

도 3은 상기 소자를 이용하는 회로(216)의 실시예를 도시하고 있는데, 상기 회로(216)의 전압기준입력(234)이 VCC와 접지 사이에 연결된 분할 브리지(236, 238)에 의하여 소정 값으로 바이어스 된다.

상기 저항 소자(230)는 개별적인 저항기로 구성될 수 있고, 바람직하게는, 예를 들면 상기 소자(224)와 같은 저항의 역할을 하는 MOS 소자와 같은 집적 모놀리식 소자가 될 수 있다.

MOS 트랜지스터(240)와 같은 스위치 소자가 또한 제공되어 정상적인 동작시에는 그 그리드에 인가되는 신호 /INH에 의하여 도전상태로 유지되는 것이 좋다. 상기 트랜지스터는, (연산회로(214)로부터의 소프트웨어 제어 하에서) 단순제어신호 INH를 인가함으로써 비도전상태로 전환되는데, 제어신호 INH는 분기조정기의 동작을 금지하는 작용을 하고 이 때 회로는 조정기가 생략된 것처럼 동작한다.

상기 분기 조정기의 동작을 금지하는 능력은, 상기 조정 단이 파괴될 위험을 피하는 동안 고전압으로 마이크로 프로세서에 전력을 공급하고자 할 때 특히 이용될 수 있다.

이러한 상황은 특히 테스트를 목적으로 할 경우에, 또는 상기 휴대품이, 조정 기가 동작하는 "비접촉" 모드에서 또는 조정기의 동작이 금지되는 "접촉" 모드에서 선택적으로 이용될 수 있는 이중모드(dual-mode) 장치일 경우에 발생하며, 조정된 전원 전압은, 원격 전력투입 동작에서와 같은 특정의 조정을 실행할 필요 없이 상기 휴대품의 접촉단자들 중의 하나에 직접 인가된다.

상기 진폭 복조 단(218)은 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

상기 진폭 복조기는 변조의 정도가 낮은 변조신호를 처리하기에 적합한 회로이다.

"변조의 정도가 낮은 것" 또는 "낮은 변조"라는 용어는 일반적으로 50% 이하이거나 또한 바람직하게는 20% 미만의 비율로 수행되는 변조를 의미하도록 사용되며, 여기서의 "비율"이란 고려하는 신호의 최대 및 최소의 진폭(A_max, A_min)의 (A_max - A_min) / (A_max ＋ A_min)으로 정의된다.

원격으로 전력이 투입되는 휴대품의 특정한 정황에 있어서, 소정의 전력 공급의 제약상태에서, 변조가 낮은 상태에 있는 기간동안 충분한 전력이 공급될 수 있도록 낮은 변조 비율을 이용하는 것이 유리한데, 이는 진폭 변조가 휴대품으로 공급되는 순시전력을 변조레벨에 기초하여 직접적으로 변조시키는 효과가 있기 때문이다.

도 4는 복조기가 가변 임계치를 갖는 적응 복조기가 되는 제 1 변형예를 도시한 것이다.

선택적인 저역 필터 단(242)이후, 회로는 바람직하게는 히스테리시스를 갖는 비교기(244)를 구비하며, 그 양극 입력단으로는 복조되는 신호 (b)(단(242)에 의하여 적절히 필터링된다)를 수신하고 그 음극 입력단으로는 상기와 동일한 신호 (b)를 수신하게 되지만, 이는 적분기의 역할을 하는 RC 단(246, 248)을 통과한 후의 신호 (b)를 수신한다.

따라서, 비교동작은 상기 신호의 순간값과 가변 비교 임계치를 구성하는 신호의 평균값과의 사이에서 실행된다.

도 5는 상기 복조기(218)의 제 2 변형예를 도시하며, 여기서 상기 복조기는진폭의 변화에 민감하다.

선택적인 저역 필터 단(242) 이후에, 상기 신호 (b)는 미분기의 역할을 하는 CR 단(250, 252)에 인가된다. 이에 따른 출력신호는, 바람직하게는 히스테리시스를 갖는 상기 비교기(244)의 양극 단자에 인가되며, 그 음극 출력단은 고정 전위 즉 그라운드에 연결된다. 이 경우, 상기 복조기는, 상기 신호의 중간값과 상관없이, 상기 미분기 단의 동작 때문에 발생하는 진폭의 변화에 반응하여 상기 비교기만이 상기 중간값의 변화를 검출한다:

도 6은 진폭의 변화를 검출하는 복조 회로에 대한 더 상세한 실시예를 도시하고 있다. 상기 저항(252) 및 상기 커패시터(254)에 의하여 형성되는 상기 저역 필터(242)에 추가하여, 저항(256 내지 264)과 조합하여 미분기로 역할을 하는 직렬 커패시터(250)가 제공된다.

이러한 방식으로 미분된 신호는 대칭되는 두 개의 비교기(244, 266)에 인가되고, 상기 비교기(244, 266)의 출력단은 두 개의 적정한 모양의 대칭신호 RXD, /RXD를 출력하도록 구성되는 두 개의 교차 연결된 쌍안정부(biatables)(268, 270)의 역할을 한다.

도 7은 클럭 검출 및 추출회로의 실시예를 도시한 도면이다.

상기 회로의 입력단으로는 상기 공진회로(208)의 단말기로부터 출력된 신호를 수신하며. 이는 클럭 신호 CLK를 출력하는 히스테리시스(272)를 갖는 비교기의 미분 입력단에 인가된다.

상기 클럭 신호는 또한 배타적 논리합 게이트 (274)의 두 개의 입력단에 인가되며, 여기서 상기 입력단 중의 하나에는 직접 인가되고 상기 또 다른 하나의 입 력단에는 RC 회로(276, 278)를 거쳐서 인가된다. 상기 RC회로는 검출된 신호에 지연을 인가하는데, 상기 지연은 대략 1/4f_CLK의 시간 상수를 갖도록 선택된다. 여기서, f_CLK는 단말기(100)의 회로(114)에 따라 생성된 클럭의 주파수이다.

상기 게이트(274)의 출력 신호는 1/2f_CLK 이상의(바람직하게는 약 1/f_CLK) 시간 상수를 갖는 RC회로(280, 282)에 의해 평균화되고, 이는 고정 임계치 S와의 비교를 위한 비교기(284)의 입력단 중의 하나에 인가된다.

상기 클럭 신호 CLK는 디지털 처리 회로(214)로 적정한 클럭을 인가하는 역할을 하는 한편, 상기 비교기(284)의 출력은 클럭 신호가 존재하는 지를 표시하는 신호 PRSCLK를 출력한다.

"비접촉" 모드와 "접촉" 모드에서 똑같이 잘 동작하도록 하는데에 적합한 이중 모드 카드에 있어서, 상기 클럭 신호가 존재하는지 존재하지 않는지를 표시하는 상기 신호 PRSCLK는, 휴대품이 "비접촉" 환경에 있는 것을 디지털 회로에 알리고 또한 적정한 통신 프로토콜을 선택하고 분기 조정기를 활성화시키는 것과 같은 대응 동작을 결정하기 위해 이용된다. 상기 신호 PRSCLK는 도 3을 참조로 전술한 바와 같은 /INH의 발생 등에 이용된다.

도 11은 "비접촉" 모드와 "접촉" 모드사이에서 자동으로 동작하는 다양한 스위치를 도시하고 있다. 접촉 단자(286)에는 ISO 7816-3의 표준에 따르는 CLK(클럭), GND(접지), I/O(데이터), VCC(전원), 및 /RST(제로 리셋)이 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다. 상기 다양한 스위치(288 내지 296)는 디폴트 위치인 "접촉" 위치("0"으로 표시)에 있는 것으로 도시되고 있으며, 이는 상기 회로(220)에 의하여 출력되고 클럭신호가 정류 및 필터링 수단으로부터 온 것을 나타내는 신호 PRSCLK의 제어에 따라 "1"로 표기된 "비접촉" 위치로 전환된다.

클럭 신호의 추출은, 기초대역이 아니라 부반송파에서 변조를 수행하려고 할때 특히 유리한데, 이는 상기 부반송파는 상기 클럭의 주파수를 분할함으로써 쉽게 발생되기 때문이다. 디지털 회로(214)는 부하 변조 회로(222)에 인가된 신호 TXD를 발생시키기 위해서 이와 같이 발생된 부반송파를 전송용 데이터에 부가시킨다.

상기 휴대품의 동작은 도 8 내지 도 10의 파형도를 참조하여 설명하기로 한다.

도 8을 참조하여 휴대품에 어떻게 전원이 투입되고 클럭신호를 복원하는지에 대해서부터 설명을 시작한다.

동조회로(208)는 단말기에 의하여 발생된 자기 에너지의 일부를 검출한다. 도 8에 도시된 대응되는 교류신호 (a)는 블록(210)에 의하여 정류되고 커패시터(212)에 의하여 필터링되어 도 8에 도시된 정류 및 필터링 신호 b가 된다. 피크 전압 10V를 갖는 교류 전압에 대하여, 약 8.5V의 피크 전압을 갖는 정류 및 필터링 전압이 구해진다.

전압 (a) 및 전압 (b)의 진폭은 휴대품과 단말기 사이의 거리에 크게 좌우되며, 그 진폭은 상기 휴대품이 상기 단말기에 근접하면 증가된다. 상기 조정기 단(216)은, 약 3V의 안정 전압(도 8의 파형 d)을 상기 디지털 회로(214)에 출력함으로써 이러한 변화를 보상하는 역할을 한다.

따라서, 상기 단말기로부터 상당한 거리만큼 떨어져 있을 때, 특히 그 범위의 경계점에 있을 때, 상기 전압 b는 요구값인 3V에 상당히 근접하게 될 것이고, 또한 b와 d사이의 전압 강하는 작게 되며, 또한 상기 분기소자(228)를 통과하는 전류도 매우 작은 값이 되며, 실질적으로 상기 전력 공급 회로에 의하여 전송된 모든 전류는 상기 디지털 회로(214)에 전력을 투입하기 위해 이용된다.

이러한 환경 하에서, 상기 분기소자(228)를 통하여 흐르는 전류는 단지 수 마이크로 앰프(최소 바이어스 전류)정도로 낮다는 것이 관측된다.

반대로, 상기 휴대품이 상기 단말기에 매우 인접하여 위치할 경우, 상기 전압(b)은 높아지고 b와 d사이의 전위차도 수 볼트 정도로 커지게 되어, 상기 분기소자(228)를 통하여 흐르는 전류는 높아지고, 저항 소자(230) 및 상기 분기소자(228)는 상기 과잉전력을 소실(dissipate)시킨다.

상기 디지털 회로(214)로의 전력 공급을 안정화시키는 순수한 전기적인 기능에 추가하여, 상기 분기 조정 단은 상기한 회로의 정황에서 몇 가지 장점을 갖게된다.

첫 번째로, 상기 휴대품이 상기 단말기에 인접해 있을 때, 상기 동조 회로(208)로부터 하향하게 존재하는 부하가 낮기 때문 b 그래서 전압 a의 일탈을 제한하는 것이 가능하며, 또한 상기 분기소자(228)를 통과하며 흐르는 전류가 많기 때문에, 검출되었지만 상기 디지털 회로(214)에 공급될 필요가 없는 전력은 열의 형태로 완전히 소실된다.

이것은, 특히, 과잉전압으로 인하여 상기 커패시터가 파손되는 위험을 막아주기 때문에, 상기 동조 회로(208)와 커패시터(206)가 집적 모놀리식 기술에서 실현되는 소자일 경우에 유리하다. 상기 집적 회로에 기하학적인 제약이 있으면, 높은 파괴 전압을 갖는 커패시터를 형성하는 것은 불가능하다. 불행히도, 마이크로 프로세서 주위에 구축되는 상기 디지털 회로(214)는 상대적으로 많은 전력 공급을 필요로 하고, 따라서 전술한 예방조치가 취해지지 않으면, 상기 동조회로에서의 과잉전압을 발생시킬 수 있는 높은 레벨의 자계를 필요로 하게 된다.

두 번째로, 상세히 설명된 바와 같이, 상기 분기 조정기는 상기 디지털 회로(이와 같은 회로의 전력소비는 일정하지 않음)로의 전력공급전류의 순간 변화를 평탄화 시키는 작용을 갖고, 또한 휴대품에서 단말기로 또는 단말기에서 휴대품으로의 통신용 회로의 다른 부재의 동작에 대한 순간전력공급 전류의 변화의 영향을 회피하는 작용이 있다. 전류 또는 전압의 바람직하지 않은 변화는 변조 또는 복조 동작에서의 오류를 유발시킬 수 있다.

마지막으로, 상기 휴대품이 상기 단말기로부터 극한의 범위에 위치하고, 따라서 상기 디지털 회로에 전력을 투입할 수 있는 정도의 신호만을 상기 단말기로부터 수신하는 경우, 상기 분기(220)를 통하여 흐르는 전류는 실질적으로 제로이기 때문에 상기 회로의 설계는 전원의 낭비를 피하도록 작용한다. 따라서, 상기 동조 회로에 의하여 검출된 모든 전력은 디지털 회로에 전력을 투입하기 위해 이용될 수 있다.

상기 클럭 추출 회로(220)는 상기 동조 회로(208)의 단자의 양단에서 검출된 교류 전류 (a)를 적절한 형태의 클럭펄스 (c)로 변환시키는 역할을 한다.

단말기로부터 휴대품으로 정보를 전송하는 방식은 도 9의 파형도를 참조하여 설명하기로 한다.

정보를 휴대품으로 전송하기 위하여, 단말기는 자신이 발생시키는 자기장의 진폭을 변조시킨다.

상기 정보는 이진(binary) 형식으로 전송되기 때문에, 이러한 변조를 통하여 상기 신호의 진폭은 소정의 양까지, 예를 들면, 10%만큼 작아지게 된다. 이러한 진폭의 축소는, 예를 들면, 그 진폭을 논리 "1"에 대해 최대로 하여, 논리 "0"을 전송하는 것에 대응하는데, 이는 상기 동조 회로(208)에 의하여 검출된 신호의 파형도 (a)를 나타내는 도 9로부터 알 수 있다.

정류 및 필터링 이후에, (b)에서는 상기 정류 및 필터링된 신호의 진폭의 감소가 유발된다. 이러한 진폭의 감소는, 상기 디지털 회로로 인가되는 논리 신호 e를 출력하는 진폭 복조기(218)에 의하여 검출된다.

상기 단말기가 전송한 신호의 변조의 결과로 나타나는 진폭의 감소는, 클럭 추출기(신호 c) 또는 상기 디지털 회로로 전송되는 전력 공급 전압(신호 d)에는 영향을 미치지 않는다.

진폭변조 이외의 기술, 예를 들어 수많은 종래의 기술문헌에서 다루어진 위상 변조가 단말기 → 휴대품의 방향에 이용된다면, 변조의 형식은 본 발명에 따른 조정 회로의 동작에는 어떤 직접적인 영향을 주지 않는다. 그렇다 해도, 이러한 회로는 특히 진폭 변조를 이용할 경우에 유리하며, 앞에서 설명된 바와 같이, 이는 진폭 변조 기술의 선택과 관련된 여러 가지 장애를 완전히 대처할 수 있게 해주기 때문이다.

정보가 다시 휴대품으로부터 단말기로 전송되는 방법을 도 10의 파형도를 참조하여 설명하기로 한다.

전술한 실시예로 설명된 바와 같이, 전송은 부하의 변화에 의해, 다시 말하면 동조 회로(208)에 의해 인출된 전류의 제어변동에 의해 실행된다. 이를 위하여, 저항소자(224)가 상기 구성요소(226)에 의해 선택적으로 회로 내로 스위칭된다. 예를 들어, 논리 "0"이 전송될 때는 접속되고, 논리 "1"이 전송될 때는 접속되지 않는다.;

상기 저항기가 접속되는 경우 즉 논리 "0"의 경우, 부하의 추가로 인하여 전압 a의 강하가 발생한다. 상기 저항기의 저항값은 이러한 전압 강하에 관계없이 상기 디지털 회로로 공급되는 적정한 전력공급이 보존될 수 있도록 선택된다.

그러나, 상기 단말기로부터 극한의 범위에 있을 때에는 어려움이 있을 수 있다. 이러한 상황에서는, 변조를 발생시키기 위하여 상기 저항 소자(224)를 통해 출력되는 전류가 너무 높기 때문에 상기 디지털 회로가 계속 적절히 동작하게 할 수 없다.

이러한 상황에서는, 상기 휴대품이 단말기로 정보를 전송하기 전에, 상기 디지털 회로로의 전력 공급량을 위태롭게 하지 않고, 상기 저항 소자(224)에서 더 많은 전류가 소비될 수 있도록, 상기 디지털 회로를 "저소비" 모드로 설정하는 것이 유리하다.

이는, 데이터를 상기 단말기로 전송을 시작하기 전에, 전송 루틴을 액세스에 전원을 거의 소비하지 않는 RAM에 위치시키고. 또한 액세스에 상당한 전원을 소비하는 EPROM을 차단하는 상기 디지털 회로의 마이크로 프로세서의 프로그램을 통하여 달성될 수 있다. 다시 말하여, 다량의 전류를 이용 가능하도록 하기 위하여 상기 디지털 회로는 "저소비" 모드로 전환되게 되며, 상기 전류는 상기 단말기로의 데이터 전송 시 변조 저항기에서 소비된다.

또한, 만일 더 많은 변조 전류가 더 낮은 저항이 제공되는 상기 저항 소자(224)를 통과할 수 있다면, 상기 변조는 상기 단말기에 의해 더 잘 감지 될 수 있고, 따라서, 단말기에서는 덜 복잡하고 더 좋은 신호 대 잡음비를 제공하는 검출수단으로 대체할 수 있다.

휴대품→단말기 방향에 대해서, 다른 형식의 변조 또는 변형, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 전송되는 신호의 의하여 직접적으로 부하를 변조하는 대신 부하 변조를 제어하는 부반송파의 변조를 이용하는 것이 가능하다.

Claims (12)

1. 적어도 하나의 단말기 및 상기 단말기와 비접촉 통신에 의해 연휴하여 동작하는데 적합한 다수의 휴대품을 구비한 데이터교환 시스템으로서,

   상기 단말기(100)는,

   자기장을 방출하기에 적합한 코일(102)과;

   상기 코일과 연휴하여 동작하고, 교류 신호 발진 수단(108) 및 진폭 변조 수단(110)을 포함하는 데이터 전송수단과;

   상기 코일과 연휴하여 동작하는 데이터 수신수단(118, 116)을 포함하고,

   상기 단말기에 의해 원격으로 전력이 투입되는 전기회로를 포함하는 상기 휴대품은,

   상기 단말기로부터 방출되는 상기 변조된 자기장을 검출하거나 또는 상기 자기장의 변조된 장애에 의한 응답을 발생시키는 코일(202)과;

   상기 휴대품의 회로에 전력을 투입하기 위하여 상기 휴대품에 의해 검출된 상기 자기장을 DC 전압(d)으로 변환시키기 위하여 상기 휴대품의 코일과 연휴하여 동작하고, 정류 단(210)과 필터링 단(212)을 포함하는 변환수단과;

   상기 휴대품의 코일과 연휴하여 동작하는 데이터 전송수단 및 데이터 수신수단-상기 데이터 전송수단은 상기 코일에 의하여 검출된 신호의 진폭을 복조하는 수단(218)을 포함하고, 상기 진폭복조수단(218)은 상기 정류 및 필터링 단(210, 212)의 출력단에 제공되는 신호(b)에 따라 동작한다-을 포함하고,

   상기 코일(102, 202)의 각각은 빈 공간에서 자기장을 방출하는 동조 공진회로(106, 2O8)의 부분을 형성하고,

   상기 단말기에 의하여 방출된 자기장의 진폭 변조는 그 변조 비율이 일반적으로 50% 이하로서 변조정도가 낮은 변조인 것을 특징으로 하는 데이터교환 시스템.
2. 제 1 항에 있어선,

   상기 변조 비율은 20% 미만인 것을 특징으로 하는 데이터교환 시스템.
3. 단말기와의 비접촉 통신을 수행하고 상기 단말기에 의하여 원격으로 전력이 투입되는 전자회로를 포함하는 휴대품(200)으로서,

   상기 회로는,

   단말기로부터 방출되는 상기 변조된 자기장을 검출하거나 또는 상기 자기장의 변조된 장애에 의한 응답을 발생시키는 코일(202)과;

   상기 휴대품의 회로에 전력을 투입하기 위하여 상기 휴대품에 의해 검출된 상기 자기장을 DC 전압(d)으로 변환시키기 위하여 상기 휴대품의 코일과 연휴하여 동작하고, 정류 단(210) 및 필터링 단(212)을 포함하는 변환수단과;

   상기 휴대품의 코일과 연휴하여 동작하는 데이터 전송수단 및 데이터 수신수단-상기 데이터 전송수단은 상기 코일에 의하여 검출된 신호의 진폭을 복조하는 수단(218)을 포함하고, 상기 진폭복조수단(218)은 상기 정류 및 필터링 단(210, 212)의 출력단에 제공되는 신호(b)에 따라 동작한다-을 포함하고,

   상기 코일(202)은 빈 공간에 자기장을 방출하는 동조 공진회로(208)의 부분인 것을 특징으로 하는 휴대품
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 진폭 복조 수단은 그 입력단에 인가된 신호의 순간값을 그 동일 신호의 평균값과 비교하는 가변 드레스홀드 수단(244, 246, 248)인 것을 특징으로 하는 휴대품.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 진폭 복조 수단은 상기 인가된 신호의 순간값의 증가 비율에 민감한 수단(244, 250, 252, 250-268)인 것을 특징으로 하는 휴대품.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 변환 수단은, 상기 정류 및 필터링 단(210, 212)으로부터 하향하고, 전력공급 단자(VCC, GND) 사이에서 전력이 공급되는 회로와 병렬로 설치되고 상기 회로의 전력 공급 라인과 직렬로 연결된 저항 소자(230)와 연관된 분기 조정 소자(228)를 구비하는 안정화 단(216)을 더 포함하고,

   상기 분기 조정 소자는 상기 회로의 전력 공급 전류의 가변 부분을 떼어내어, 상기 저항 소자 및 상기 분기 조정 소자가 상기 회로의 동작에 필요하지 않는 과잉 전력을 소실시키고,

   상기 회로의 단자에서의 전력 공급 전압 (d)을 이에 따라 안정화시키는 방식으로 상기 상향 동조소자의 단자에서의 전압 일탈(a)이 제한되고, 전류 소비의 변화가 복조되는 신호의 진폭에 대한 상향으로의 영향을 갖는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 휴대품.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 분기 조정기의 동작을 선택적으로 그리고 일시적으로 금지하는 수단(240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대품.
8. 제 7 항에 있어서,

   비접촉 또는 접촉단자를 통한 통신의 형식을 검출하는 수단이 제공되고, 상기 분기 조정기의 동작의 선택적 및 일시적 금지 동작은 상기 접촉단자를 경유하여 통과하는 통신 형식의 검출에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는 휴대품.
9. 제 3 항에 있어서,

   상기 동조소자의 코일(202)을 제외한 전체 전자 회로(204)는 집적 모놀리식 기술로 구현되는 것을 특징으로 하는 휴대품.
10. 제 3 항에 있어서,

    상기 데이터 전송 수단은 상기 동조 회로로부터 하향하는 소비 전류를 변조함으로써 동작하는 수단(222)이고, 상기 회로는 명목 전력 소비 및 저전력 소비의 두 가지 전력 소비모드로 동작할 수 있고, 상기 데이터 전송 수단이 상기 변조의 실행을 시작하기 상기 회로를 저전력 소비모드로 변화시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 휴대품.
11. 휴대품과의 비접촉 통신을 위한 단말기(100)-상기 휴대품은 상기 단말기에 의해 원격으로 전력이 투입된다-로서,

    자기장을 방출하기에 적합한 코일(102)과;

    상기 코일과 연휴하여 동작하고, 교류 신호 발진 수단(108) 및 진폭 변조 수단(110)을 포함하는 데이터 전송수단과;

    상기 코일과 연휴하여 동작하는 데이터 수신수단을 포함하고,

    상기 코일은 자유공간에서 자기장을 방출하는 동조 공진회로(106)의 부분이고,

    상기 진폭 변조는 그 변조비율이 일반적으로 50% 이하로서 변조정도가 낮은 진폭변조인 것을 특징으로 하는 단말기.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 변조비율은 20% 미만인 것을 특징으로 하는 단말기.