KR19990057842A

KR19990057842A - RF Data Modulation Circuit and Modulation Method of Contactless Smart Card

Info

Publication number: KR19990057842A
Application number: KR1019970077921A
Authority: KR
Inventors: 이석준; 박태근
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명은 비접촉(contactless) 스마트 카드에 관한 것으로, 특히 RF(Radio Frequency) 데이터 변조 회로 및 변조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 비접촉 스마트 카드의 데이터 변조방법은, 카드 리더로부터 송신된 적은 변조 인덱스를 가지는 RF캐리어 신호 및 상기 RF캐리어의 송신 전 구간에서 데이터 값을 전송하는 단계; 및 상기 전송된 RF캐리어 신호를 입력 받아 상기 데이터를 변조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하한다. 또한, 본 발명에 따른 비접촉 스마트 카드의 데이터 변조회로는, 전원전압 및 데이터 신호성분을 정류하는 정류회로에 연결된 차동증폭기; 및 상기 차동증폭기의 제1 입력단과 제1 입력단에 인가되는 전압차를 형성하는 레벨쉬프터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a contactless smart card, and more particularly, to a radio frequency (RF) data modulation circuit and a modulation method. A data modulation method of a contactless smart card according to the present invention comprises the steps of: transmitting an RF carrier signal having a small modulation index transmitted from a card reader and a data value in a pre-transmission section of the RF carrier; And modulating the data by receiving the transmitted RF carrier signal. In addition, the data modulation circuit of the contactless smart card according to the present invention, the differential amplifier connected to the rectifier circuit for rectifying the power supply voltage and data signal components; And a level shifter forming a voltage difference applied to the first input terminal and the first input terminal of the differential amplifier.

Description

RF Data Modulation Circuit and Modulation Method of Contactless Smart Card

본 발명은 비접촉(contactless) 스마트 카드에 관한 것으로, 특히 RF(Radio Frequency) 데이터 변조 회로 및 변조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a contactless smart card, and more particularly, to a radio frequency (RF) data modulation circuit and a modulation method.

일반적으로, 스마트 카드에 사용되는 비접촉 식별(identification)은 물리적인 접촉 없이, 전자장치 내에 기억되어 있는 정보를 매우 편리하게 얻을 수 있는 방식으로, 여러 가지 주변 환경(습도, 온도 먼지 등)의 영향에 대해서도 높은 신뢰성을 제공하고 있다. 비접촉 식별은 여러 분야에서 사용되는데, 버스카드, 공장 자동화에서 각 제품의 공정 조절, 신분카드, 주차관리, 전자지갑등 일상생활의 많은 부분에 응용이 가능하다.In general, the non-contact identification used for smart cards is a very convenient way to obtain information stored in electronic devices without physical contact. It also provides high reliability. Contactless identification is used in many fields. It can be applied to many parts of daily life such as bus card, factory automation, process control of each product, identity card, parking management, and electronic wallet.

비접촉 카드에서는 RF 필드(field)를 통하여 전원을 공급받는다. RF-인터페이스에는 카드리더(reader)에서 보내온 RF필드에서 전원을 얻는 전원복원(power-recovery)부와 RF필드에서 신호를 복원하는 신호복원(signal-recovery)부 및 변조(demodulation)부, 카드에서 코일을 통해 신호를 송신하는 신호변조부로 크게 나눌 수 있다.In contactless cards, power is supplied through the RF field. The RF-interface includes a power-recovery section that obtains power from the RF field sent from the card reader, a signal-recovery section that modulates the signal from the RF field, a modulation unit, and a card. It can be largely divided into a signal modulator for transmitting a signal through a coil.

전원복원 및 신호의 송수신에 관련된 변조 및 복조(demodulation)는 통신 프로토콜(protocol)에 따라 달라지는데, 일반적으로 데이터를 맨체스터(manchester) 인코딩하여 신호의 일정시간동안 1인 구간이 있도록 하여, 전원복원이 용이하도록 하고, 변조는 FSK(Frequency Shift Keying)나 ASK(Amplitude Shift Keying) 등을 사용한다.Modulation and demodulation related to power restoration and signal transmission and reception depend on the communication protocol. In general, data is Manchester encoded so that there is one section for a certain period of time, so power restoration is easy. For modulation, frequency shift keying (FSK) or amplitude shift keying (ASK) is used.

도1은 ASK 방식을 이용한 종래기술의 RF 수신단회로를 도시하고 있다.1 shows a conventional RF receiving end circuit using an ASK scheme.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 RF 수신단회로는 카드리더에서 전원을 전달하는 시간구간과 데이터를 전달하는 시간구간이 분리된다.As shown in the figure, in the conventional RF receiving end circuit, the time interval for transferring power from the card reader and the time interval for transferring data are separated.

먼저, 전원이 전달되고, 이 전달된 전원이 캐패시터(c1)에 저장된 이후에 데이터가 전달되어 신호처리가 수행되는데, 이때 저장된 전원을 사용하게 된다. 따라서, 신호가 카드리더에서 카드로 송신될 경우에는, RF 필드에 의하여 안테나에서 공급된 전력신호는 다이오드(d1)와 캐패시터(c1)로 구성된 정류기에 의하여 전원이 복원되어 카드의 전원으로 이용되고, 연이어 입력되는 데이터신호는 카드의 디지털 부분으로 입력되도록 구성되어 있다. 카드에서 카드리드로 송신될 경우에는, 카드리더는 대기(steady) RF전원을 카드에 전달하고, 데이터출력은 카드의 트랜지스터(M11)를 온/오프시켜 안테나 코일의 임피던스(impedance)를 변화시켜, 반사된 전원을 변화시킴으로써, 카드에서 카드 리더로 신호 전달이 수행된다.First, power is transferred, and the transferred power is stored in the capacitor c1, and then data is transferred to perform signal processing. In this case, the stored power is used. Therefore, when a signal is transmitted from the card reader to the card, the power signal supplied from the antenna by the RF field is restored by the rectifier composed of the diode d1 and the capacitor c1 to be used as the power of the card. The data signals that are subsequently input are configured to be input to the digital portion of the card. When transmitted from the card to the card lead, the card reader delivers a steady RF power to the card, and the data output changes the impedance of the antenna coil by turning on / off the transistor M11 of the card. By changing the reflected power source, signal transfer from the card to the card reader is performed.

상기와 같은 종래의 방법에서는 변조를 용이하게 수행하기 위하여 100% ASK 변조인 온/오프 ASK를 사용하는데, 이 경우 캐리어(carrier) 신호가 있는 구간과 없는 구간이 있어 복원되는 직류전압은 송신되는 신호의 1/2밖에 안되고, 저장되는 전원도 그만큼 줄어들어, 원거리의 사용이 불가능하다.In the conventional method as described above, in order to easily perform modulation, 100% ASK modulation is used on / off ASK. In this case, a DC signal that is restored due to a section having a carrier signal and a section having no carrier signal is transmitted. Only half of the power is stored, and the amount of power stored is also reduced, making remote use impossible.

도2는 종래 방법에 따른 온/오프 ASK 변조를 도시한 신호 파형도이다.2 is a signal waveform diagram showing on / off ASK modulation according to a conventional method.

도면에 도시된 바와 같이, 데이터 값이 1일 경우는 RF 캐리어가 전달되고, 데이터 값이 0일 경우는 RF 캐리어가 전달되지 않는다. 이 방법은 1의 값이 전달될 때와 0의 값이 전달될 때의 신호 차가 커서, 변조에는 유리하나, 전원복원이라는 관점에서 보면, RF 캐리어가 전달되지 않는 구간이 있어 전원복원을 효율적으로 하기 위해서는 큰 캐패시터를 사용하여야 하고, 같은 데이터 전송률에 대하여 효율이 떨어지는 문제점이 있다.As shown in the figure, when the data value is 1, the RF carrier is delivered. When the data value is 0, the RF carrier is not delivered. This method has a large signal difference between a value of 1 and a value of 0, and is advantageous for modulation. However, in terms of power restoration, there is an interval in which RF carriers are not transmitted. In order to use a large capacitor, there is a problem in that efficiency is low for the same data rate.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 데이터가 0인 구간에도 RF 캐리어가 전달되도록 함으로써, 전원복원에 유리하면서도, 작은 캐패시터를 사용할 수 비접촉 스마트 카드의 RF 데이터 변조회로 및 변조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides an RF data modulation circuit and a modulation method of a contactless smart card, which is advantageous in power restoration, and can use a small capacitor, by allowing the RF carrier to be delivered even in a zero data period. There is a purpose.

또한, 본 발명은 데이터가 0인 구간에도 RF 캐리어가 전달되도록 함으로써, 전원 전송효율이 높아져서 동작거리의 향상을 기할 수 있는 비접촉 스마트 카드의 RF 데이터 변조회로를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an RF data modulation circuit of a contactless smart card that can improve the operating distance by increasing the power transmission efficiency by allowing the RF carrier to be transmitted even in a zero data period.

도1은 ASK 방식을 이용한 종래 기술의 RF 수신단 변조회로도.1 is a RF receiver modulation circuit diagram of the prior art using the ASK method.

도2는 종래 방법에 따른 온/오프 ASK 변조를 도시한 신호 파형도.Fig. 2 is a signal waveform diagram showing on / off ASK modulation according to the conventional method.

도3은 본 발명에 따른 온/오프 ASK 변조를 도시한 신호 파형도.3 is a signal waveform diagram illustrating on / off ASK modulation according to the present invention;

도4는 본 발명에 따른 RF 수신단 변조회로도.4 is an RF receiver modulation circuit diagram according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

M1, M2, M5 내지 M7: NMOS트랜지스터M1, M2, M5 to M7: NMOS transistor

M3 내지 M5: PMOS트랜지스터 D: 다이오드M3 to M5: PMOS transistor D: diode

R: 저항 C: 캐패시터R: Resistance C: Capacitor

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비접촉 스마트 카드의 데이터 변조방법에 있어서, 카드 리더로부터 송신된 적은 변조 인덱스를 가지는 RF캐리어 신호 및 상기 RF캐리어의 송신 전 구간에서 데이터 값을 전송하는 단계; 및 상기 전송된 RF캐리어 신호를 입력 받아 상기 데이터를 변조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a data modulation method of a contactless smart card, the method comprising: transmitting an RF carrier signal having a small modulation index transmitted from a card reader and a data value in a pre-transmission section of the RF carrier; And modulating the data by receiving the transmitted RF carrier signal.

또한 본 발명은, 비접촉 스마트 카드의 데이터 변조회로에 있어서, 전원전압 및 데이터 신호성분을 정류하는 정류회로에 연결된 차동증폭기; 및 상기 차동증폭기의 제1 입력단과 제1 입력단에 인가되는 전압차를 형성하는 레벨쉬프터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a data modulation circuit for a contactless smart card, comprising: a differential amplifier connected to a rectifying circuit for rectifying a power supply voltage and a data signal component; And a level shifter forming a voltage difference applied to the first input terminal and the first input terminal of the differential amplifier.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment according to the present invention;

먼저, 본 발명은 종래와 같이 ASK 변조방법을 사용하지만, 변조 율을 줄여 데이터가 0인 구간에서도, RF 캐리어 신호가 전달된다. 도3은 본 발명에서 제안하는 비접촉 스마트 카드에 적합한 변조 스킴(scheme)이다.First, the present invention uses the ASK modulation method as in the prior art, but the RF carrier signal is transmitted even in a section where data is zero by reducing the modulation rate. 3 is a modulation scheme suitable for the contactless smart card proposed in the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 데이터가 0인 구간에도 RF 캐리어 신호가 전달되므로, 전원복원에 유리하고, 작은 캐패시터를 사용하여도 된다. 또한, 이와 같이 전 구간에서 전원이 전달됨으로써, 전원전송 효율이 높아져서 동작거리를 향상시킨다.As shown in the figure, since the RF carrier signal is transmitted even in a period where data is zero, it is advantageous for power restoration, and a small capacitor may be used. In addition, as the power is transmitted in all sections as described above, the power transmission efficiency is increased to improve the operating distance.

그러나, 본 발명의 변조 스킴에서는 전구간에서 전원이 전달되어야 하기 때문에 1과 0의 데이터 신호차이가 작아 지게된다. 따라서, 종래의 변조회로를 사용하는 것은 불가능하다.However, in the modulation scheme of the present invention, since the power must be transferred between all the parts, the data signal difference between 1 and 0 becomes small. Therefore, it is impossible to use a conventional modulation circuit.

따라서, 도3에 도시된 바와 같은 변조스킴을 사용하기 위해서는 새로운 고효율의 변조회로가 제공되어야만 한다.Therefore, in order to use the modulation scheme as shown in Fig. 3, a new high efficiency modulation circuit must be provided.

도4는 본 발명에 따른 변조회로를 도시한 것으로, 도면에서 도면부호 M1, M2, M5 내지 M7은 NMOS트랜지스터, M3 내지 M5는 PMOS트랜지스터, D는 다이오드, R은 저항, C는 캐패시터를 각각 나타낸다. 즉, 도4에 도시된 본 발명의 변조회로는 카드에서 수신된 신호가 정류기에서 정류된 후 입력되는 변조회로로서, 이때 정류된 신호는 일정한 직류전압 값에 신호 성분이 더해진 신호로서 입력되게 되는데, 이 신호 성분을 디지털 로직 레벨로 복원하도록 구성되어 있다.FIG. 4 illustrates a modulation circuit according to the present invention, in which reference numerals M1, M2, and M5 to M7 denote NMOS transistors, M3 to M5 denote PMOS transistors, D denotes diodes, R denotes resistors, and C denotes capacitors. . That is, the modulation circuit of the present invention shown in Figure 4 is a modulation circuit input after the signal received from the card is rectified in the rectifier, wherein the rectified signal is input as a signal with a signal component added to a constant DC voltage value, It is configured to restore this signal component to the digital logic level.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 변조회로는 NMOS트랜지스터(M1 및 M2)와 PMOS 트랜지스터(M3 및 M4)로 구성된 차동증폭기(DA)를 구비하고 있다.As shown in the figure, the modulation circuit according to the present invention includes a differential amplifier DA composed of NMOS transistors M1 and M2 and PMOS transistors M3 and M4.

또한, NMOS트랜지스터(M5, M6 및 M7)는 바이어스 전류를 공급하고 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 다이오드(D)는 NMOS트랜지스터로 만들어져서 다이오드 결선을 하고 있는데, 정류기로부터 입력된 신호의 전압레벨을 떨어뜨려 차동증폭기(DA)의 입력단에 전압을 인가하는 레벨쉬프트로 동작한다.In addition, the NMOS transistors M5, M6, and M7 supply a bias current. Although not shown in the drawing, the diode D is made of an NMOS transistor and is connected to the diode. The diode D operates as a level shift that applies a voltage to the input terminal of the differential amplifier DA by dropping the voltage level of the signal input from the rectifier. do.

다이오드(D)와 차동증폭기(DA)의 NMOS트랜지스터(M2)의 게이트 사이에 형성된 저항(R) 및 캐패시터(C)는 저역 통과 필터를 형성하여 NMOS트랜지스터(M2)의 게이트에 DC 전압을 공급하는 역할을 수행한다.A resistor (R) and a capacitor (C) formed between the diode (D) and the gate of the NMOS transistor (M2) of the differential amplifier (DA) form a low pass filter to supply a DC voltage to the gate of the NMOS transistor (M2). Play a role.

정류기에서 공급된 Vdd에 신호성분이 더해진 신호는 변조기의 전원으로도 사용되는 동시에, 이 신호는 NMOS트랜지스터로 구성된 다이오드(D)에 의하여 전압 레벨이 낮아져서 차동증폭기(DA)의 한쪽 입력에 인가되고 (NMOS트랜지스터(M1)의 게이트), 또한 저항(R)과 캐패시터(C)로 이루어진 저역 통과 필터를 거쳐 직류전압 값이 되어 차동증폭기(DA)의 다른 쪽 입력 (NMOS트랜지스터(M2)의 게이트)에 인가된다. 따라서 차동증폭기(DA)의 한쪽 입력은 신호값의 중간 레벨의 DC 값이 들어가고, 다른쪽은 신호입력이 입력됨으로, 이 차이를 차동증폭기(DA)가 감지하고, 감지된 전압차는 PMOS트랜지스터(M5)의 게이트에 인가되어, 변조된 데이터 출력을 얻게 된다.The signal added with the signal component to the Vdd supplied from the rectifier is also used as the power supply of the modulator, and the signal is applied to one input of the differential amplifier DA by lowering the voltage level by a diode D composed of an NMOS transistor ( The gate of the NMOS transistor (M1), and also through the low pass filter consisting of a resistor (R) and a capacitor (C) to the DC voltage value to the other input (gate of the NMOS transistor (M2)) of the differential amplifier (DA). Is approved. Therefore, one of the inputs of the differential amplifier (DA) is the DC value of the intermediate level of the signal value, the other inputs the signal input, the differential amplifier (DA) detects this difference, the detected voltage difference is the PMOS transistor (M5) Is applied to the gate to obtain a modulated data output.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 RF 전원전송 효율을 향상시킴으로써, 동일한 RF 전원에 대하여 동작거리의 향상을 가져올 수 있고, 작은 캐패시터를 사용해도 되므로, 칩 면적을 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by improving the RF power transmission efficiency, the operation distance can be improved with respect to the same RF power supply, and a small capacitor can be used, thereby reducing the chip area.

Claims

In the data modulation method of the contactless smart card,

Transmitting an RF carrier signal having a small modulation index transmitted from a card reader and a data value in a pre-transmission section of the RF carrier; And

And modulating the data by receiving the transmitted RF carrier signal.

In the data modulation circuit of a contactless smart card,

A differential amplifier connected to the rectifying circuit for rectifying the power supply voltage and the data signal components; And

And a level shifter forming a voltage difference applied to the first input terminal and the first input terminal of the differential amplifier.

The method of claim 2,

The level shifter,

A diode connected between the rectifier circuit and a first input terminal of the differential amplifier; And

And a low pass filter connected between the output terminal of the diode and the second input terminal of the differential amplifier.

The method of claim 3, wherein

And said diode comprises an NMOS transistor.

The method of claim 3, wherein

The low pass filter,

A resistor connected with the diode; And

And a capacitor connected in parallel with the resistor.