KR19990082448A - 단말기와 휴대 장치간의 접촉 또는 비접촉 통신에 의한 데이터교환 시스템 - Google Patents

단말기와 휴대 장치간의 접촉 또는 비접촉 통신에 의한 데이터교환 시스템 Download PDF

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Abstract

금속 경로를 통해 제1형의 단말기과 통신하는 다수의 전기 접촉부, 이에 대응하는 다수의 전기 접촉부 및, 데이터를 운반하도록 변조된 전자기장을 전송하는 제2형의 단말기(100)과 비접촉 통신을 위한 코일(202)을 포함하는 휴대 장치가 제공된다. 상기 단말기에 의해 전송되고, 클럭 신호에 의해 클럭되는 데이타를 위해 휴대 장치는 수신된 신호, 특히 코일에 의해 픽업된 신호에서의 클럭 신호(CLK)의 유무의 함수로서 휴대 장치의 동작을 수정하는 클럭 검출 수단(220)을 포함한다. 이런 수단은 특히 통신, 신호 처리 및/또는 수신된 데이터 처릴를 위한 프로토콜을 제어할 수 있고, 전기 접촉부와 휴대 장치의 다른 회로 사이의 링크를 인터럽트하는 스위치 수단을 제어할 수 있다.

Description

단말기와 휴대 장치간의 접촉 또는 비접촉 통신에 의한 데이터 교환 시스템
본 발명은 휴대용 장치와 단말기 사이의 비접촉 통신 기술에 관한 것이다.
비접촉 데이터 교환 기술의 응용기술은 다양하며, 이는 액세스 제어, 전자 지불("전자 지갑"의 응용기술), 및 대중 교통과 관련된 액세스 및 요금지불과 같은 원격 지불 등을 포함한다.
원격 지불 기술의 예에 따르면, 각각의 사용자에게 "비접촉 카드" 또는 "비접촉 뱃지"와 같은 휴대 장치가 제공되고, 이러한 휴대 장치는, 금속 경로를 이용하지 않고 함께 결합되게 하기 위하여, 뱃지를 단말기에 인접시키는 방식을 통한 고정(또는 이동)"단말기"와의 정보 교환에 적합하다. (본 발명에서, "단말기"라는 용어는 다수의 휴대 장치와의 공조에 적합한 데이터 송수신 장치를 표시한다.)
이러한 접속 동작은 유도코일이 발생시키는 자기장을 변화시키는 방식으로 수행된다. (이러한 기술은 "유도 방식"으로 알려져 있다.) 따라서, 상기 단말기은 주변 공간에서 교류 자기장을 발생시키는 교류신호에 따라 활성화되는 유도회로를 포함한다. 이러한 공간상에서, 상기 휴대 장치는 자기장을 검출하고 상기 단말기에 연결된 휴대 장치에 따른 부하의 변조를 통하여 반응한다. 이러한 변화는 상기 단말기를 통하여 검출되며 이에 따라 양방향 통신이 가능해진다.
또한, 전기 접촉부를 거쳐 금속 경로를 통해 현존하는 휴대 장치, 특히 통상적으로 "스마트 카드"라 부르는 상기 장치와 통신하는 많은 단말기이 있다. 이런 이유로, 다른 것 중에서, (접촉부를 거친) 금속 경로와 (접촉부 없는) 비금속 경로를 통해 균일하게 잘 단말기과 통신할 수 있는 휴대 장치를 갖는 것이 바람직하다.
유럽 특허원 제424,726호에는 접촉부 또는 접촉부 없이 통신할 수 있는 그런 이중 모드 카드가 기술되어 있다. 이런 카드에서, 접촉 영역 또는 코일상에서 전기 전압의 존재(presence) 함수로서 접촉 영역 또는 코일을 통해 선택적으로 통신이 설정된다.
그럼에도 불구하고, 그런 시스템의 결점은 실제로 사용하기가 어려운 턴 아웃(turns out)이 존재하는 전압의 함수로서 스위칭하는 데에 있다. 특히 간섭으로 동작이 방해를 받을 수 있다. 따라서, 접촉부에서 전원 공급 전압의 간섭은 코일을 통한 통신 경로가 시간에 맞지 않게 선택되게 할 수 있고, 초과 전류가 흐르는 션트(shunt) 조정기를 활성화시키는 데, 이때 상기 조정기는 전원 공급 단말기에 걸쳐 접속된다. 이런 시스템은 또한 접촉부를 통한 전력 손실이 간섭을 재개시킬 수 있으므로 처리 회로를 개시하여 이를 실행시키는 조건을 선택하는 데 부적당하다. 2개의 전원 공급부를 비교하여 획득된 정보의 함수로서의 개시 선택으로 모든 가동 조건하에 정확한 순간에 선택을 로크(lock)하기가 어렵게 된다.
본 발명의 목적은 사용할 통신 모드를 검출하고, 휴대 장치의 각종 기능을 제어하는 다른 방식을 제공하는 것이다.
본 발명의 휴대 장치는 전술된 유럽 특허원 제525726호에 기술된 바와 같은 일반적인 형, 즉 금속 경로를 통해 제1형의 단말기과 통신하는 다수의 전기 접촉부, 이에 대응하는 다수의 전기 접촉부 및, 데이터를 운반하도록 변조된 전자기장을 전송하는 제2형의 단말기(100)와 비접촉 통신을 위한 코일(202)을 포함하는 휴대 장치이다.
상기 휴대 장치는 상기 단말기에 의해 전송되고, 클럭 신호에 의해 클럭되는 데이타를 위해, 수신된 신호에서의 클럭 신호의 유무의 함수로서 휴대 장치의 동작을 수정하는 클럭 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 양호하게도, 상기 클럭 검출 수단은 상기 코일에 의해 픽업된 신호내에서 클럭 신호를 검출한다.
양호하게도, 비접촉 통신 모드에 있을 시에, 휴대 장치는 코일 및, 클럭 신호에 의해 수신된 전자기장에 의해 원격적으로 가동되며, 이 경우에는 코일에 의해 픽업될 시에 전자기장으로 부터 상기 장치에 대한 DC 전원 공급 전압을 획득하는 정류기 및 필터 수단과, 코일과 정류기 및 필터 수단 사이에 제공된 신호(이런 경우에 상기 신호는 최대 진폭에 있음)를 수신하는 입력을 가진 검출 수단을 포함한다.
클럭 신호는 동일한 위치에서 추출될 수 있다. 특히, 클럭은 수신된 반송파 주파수로 정의되고, 클럭 추출 수단으로 분할될 수 있다.
이는 더욱 예민하고 신뢰 가능한 방식으로 클럭 신호의 존재를 검출할 수 있게 한다. 데이터 그 자체는 양호하게도 신호 복조가 더욱 안정적이도록, 특히 진폭 변조 방식이 이용되는 경우에 정류기 및 필터 단에서 다운스트림으로 추출된다.
다수의 양호한 부가 특징부에 따르면, 아래의 것이 제공된다.
통신 데이타를 획득하도록 코일에 의해 픽업된 신호를 복조하는 수단, 특히 정류기 및 필터 수단의 출력에서 송달 신호로 동작하는 진폭 복조 수단,
정류기 및 필터 수단에서의 다운스트림, DC 전압을 안정화시키는 조정 수단 및, 클럭 검출 수단의 제어하에 조정 수단을 선택즉으로 억제시키는 수단,
코일의 단말기에서 부하 변조 방식에 의해 비접촉 모드로 휴대 장치에서 단말기로 데이타를 전송하는 수단이 제공되는 데, 잇점으로 상기 변조 방식은 상기 검출 수단에 의해 송달된 클럭 주파수를 분할함으로써 생성된 부반송파 변조 방식이며, 상기 회로는 2개의 서로 다른 전력 소모 모드, 즉 공칭 전력 소모 및 저 전력 소모로 동작할 수 있고, 데이터 전송 수단이 상기 변조 방식의 수행을 개시하기 전에 상기 회로를 저 전력 소모 모드에 위치시키는 수단이 제공된다.
클럭 검출 수단은 통신, 신호 처리 및/또는 수신 데이터 처리를 위한 프로토콜을 선택할 수 있다. 따라서, 클럭의 존재 유무를 나타내는 신호는 각종 방식, 예를들어 DC 전원 공급 전압을 안정화시키는 조정기에 억제 신호를 공급하여, 상기 조정기가 단지 비접촉 모드로 확실히 동작하게 함으로써 이용될 수 있다. 적절치 않은 시간에 상기 션트 조정기를 활성화시키는 리스크가 게거된다. 또한 클럭 유무 신호는 처리 회로를 활성화시켜, 그의 클럭 신호를 선택하는 신호를 발생시키는 데 이용될 수 있다. 최종으로, 통신 및 처리 신호를 위한 프로토콜은 서로 다를 수 있고, 통신 모드는 접촉부 또는 접촉부 없이 수행됨에 있어 서로 다르며, 클럭의 유무는 프로토콜 이용을 제어할 수 있다.
최종으로 전기 접촉부와 휴대 장치의 다른 회로 사이의 링크에 스위치 수단은 상기 휴대 장치가 비접촉 경로를 통해 통신할 때미다 상기 링크를 인터럽트하도록 클럭 검출 수단의 제어하에 있다. 이는 부정한 픽업에서의 시도를 피하게 할 수 있고, 이런 통신 모드로 접근할 수 있을 경우 접촉부에 나타나는 신호를 해독할 수 있게 한다. 사용되지 않는 입력(코일 또는 접촉부)상에 나타날 수 있는 어떤 간섭을 데이타로서 해석하지 않도록 접촉부를 통해 통신 모드로 링크를 인터럽트할 아날로그 스위치를 제공하는 것이 바람직하다.
비접촉 모드로 원격 가동되는 휴대 장치의 양호한 실시예에서, 정류기 및 필터 단에서의 다운스트림, 전원 공급 단말기 사이에서 가동될 회로와 병렬로 설치되고, 상기 회로의 전원 공급 라인에서 직렬로 접속된 저향성 부품과 결합된 션트 조정 소자를 포함한 안정화기단이 제공되는 데, 상기 션트 조정 소자는 상기 회로의 전원 공급 전류의 가변 부분을 송달시켜, 저항성 소자 및 션트 조정 소자가 상기 회로의 동작에 요구되지 않는 소정의 초과 전력을 소산시킴으로써, 이에 대응하는 방식으로, 회로의 단말기에 걸친 전원 공급 전압을 안정화시키고, 업스트림 동조 소자의 단말기에서의 전압 익스커션(excursion)을 제한하며, 복조될 신호의 진폭에 업스트림으로 영향을 주는 전류 소모의 편차를 방지한다.
특히 접촉부를 통과하는 형의 통신 검출에 응답하여 션트 조정기의 동작을 선택적이고 순간적으로 억제시키는 수단이 제공될 수 있다.
최종으로, 동조 소자의 코일을 제외한 휴대 장치의 전자 회로는 가장 잇점으로 입적 모놀리식 기술로 구현된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 설명되며, 여기서, 동일한 참조번호는 동일한 또는 기능적으로 유사한 부재를 표시한다.
도 1은 단말기와 휴대 장치로 구성되는 본 발명의 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 도 1의 휴대 장치의 특정 실시예를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 조절 회로의 상세도.
도 4 및 5는 도 2의 변조 회로의 두가지 가능한 변형을 도시한 도면.
도 6은 도 5의 변조 회로에 대한 상세도.
도 7은 도 2의 클럭 검출 회로의 상세도.
도 8은 휴대 장치가 원격 시동되고 클럭신호가 검출되는 방법을 도시한 파형도.
도 9는 단말기로부터 휴대 장치로의 정보 전송 방법을 설명하는 파형도.
도 10은 휴대 장치로부터 단말기로의 정보 전송 방법을 설명하는 파형도.
도 11은 접촉 단자를 통한 그리고 비접촉을 통한 두가지 동작 모드 사이에서의 이중모드 카드로 실행되는 다양한 스위칭 동작을 도시한 도면.
본 발명에 따른 시스템의 일실시예를 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 참조번호 100은 단말기를 표시하고, 상기 단말기는 인접한 휴대 장치(200)에 연결된다.
상기 단말기는 전송 코일(102)을 포함한다. 캐패시터(104)와 연계하여 상기 전송 코일(102)은 변조된 자기 유도장을 발생시키는 동조 회로(106)을 형성한다. 회로(106)을 동조시키는 주파수는 13.56MHz이며, 이러한 주파수 값에 제한이 있는 것은 아니며, 이러한 특정한 값의 선택은 통신과 원격 시동 기능에 대한 유럽 표준으로 공인된 값과 일치하는 사실에서 유래하는 것이다.
또한 이렇게 상대적으로 높은 값은 회전이 거의 없는 코일을 구비한 회로 설계를 가능하게 하고, 따라서 그 실용화가 쉽고 가격이 저렴하다.
상기 동조 회로(106)는 일정한 파형의 고주파 발진기(108)에 의하여 전원공급 되고, 이는 디지탈 회로(112)에서 출력되어 전송되는 신호 TXD에 따라 구동되는 혼합 단(112)에 의하여 변조된다.
상기 디지탈 회로(112)의 동작은 특히 신호 TDX의 시퀀스는 클럭 신호 CLK를 수신하는 회로(114)에 따라 기록된다.
코일(102)의 단말기를 통하여 픽업된 신호로부터 수신된 수신 데이터 RXD를 검출하는 수신 단는 부반송파 복조 회로(118)와 함께 고주파 복조 회로(116)를 포함한다.
여기서, 휴대 장치로부터 단말기의 방향으로 부반송파 변조의 사용이 결정된다. (이러한 기술은 근본적으로 제약받지 않으므로, 변조는 기초대역에서도 똑같이 잘 실행될수 있다).
휴대 장치(200)는 전자 회로(204)와 공조하는 코일(202)를 포함한다. 일반적으로 "신용 카드"의 포맷을 갖고 크기가 작은 휴대 장치를 인에이블시키기 위하여, 바람직하게는 완전 집적 모놀리식 방식으로 실행된다.
예를 들어, 코일(202)는 인쇄회로이고 회로(204)의 집합은 응용 집적 회로(ASIC)의 형식으로 실행된다.
코일(202)는 캐패시터(206)와 공조하여 소정의 주파수(예를 들어 13.56MHz)로 동조된 공진 회로(208)을 형성한다. 상기 주파수는 이른바 "유도" 기술에 의하여 단말기와 양방향으로 상호 교환되는 데이터를 인에이블 시키고 또한 코일(202)에 의하여 즉 정보 교환에 이용되는 코일과 같은 코일에 의하여 원격 시동되는 휴대 장치를 인에이블 시킨다.
동조회로(208)의 단말기로 픽업된 교류 전압 (a)은 필터링 단(212)가 수반되는 반파(half-wave) 또는 전파(full-wave) 정류 단(210)에 인가되어 필터링되고 정류된 전압 (b)을 전송한다.
상기 휴대 장치는 또한 마이크로 프로세서, RAM, ROM 및 EPROM 메모리 및 인터페이스 회로를 기초로 실행되는 디지탈 처리 단(214)를 포함한다.
상기 정류 및 필터링 단(210, 212)의 다음에는 다수의 특정 단과 평행으로 연결되며, 그 특정 단은 다음과 같다.
。 정류되고, 필터링되고, 또한 안정화된 DC전압 (d)을 그 출력단에서 전송하는 전 압 안정화 조절 단(216). 여기서, 상기 DC전압 (d)는, 다른 전원 단말기가 접지 (GND)인 디지탈 회로(214)의 특히 양극 전원 단말기(VCC)에 인가된다. 상기 안 정화 단(216)은 종래 형태의 전압 안정와 단가 될 수 있고 또는 제한 없는 변형하에서는 도 2 및 3을 참고로 다음에 기술되는 특정 회로가 될 수 있 다.
。 그 입력단으로 신호 (b)를 수신하고 그 출력단으로 상기 디지탈 회로(214)의 데 이터 입력단(RXD)에 인가되는 복조 신호 (e)를 전송하는 복조 단(218). 특히 상 기 복조 단는, 도 4, 5 및 6의 참고로하여 다음에 기술되는 가변 임계 전압과의 크기 변화를 검출한다.
。 그 입력단으로 상기 통조 회로(208)의 단말기로부터 픽업된 신호 (a)를 수신하 고 그 출력단으로 상기 디지탈 회로(214)의 클럭 신호(CLK)에 인가되는 신호 (c)를 송신하는 클럭 검출 단(220). 상기 클럭 검출 단(220)는 도시된 바와 같 이 정류 및 필터링 단(210, 212)로부터 상향하도록 또는 상기 단로부터 하향하 도록 위치되어, 신호 (a)대신 신호 (b)에따라 동작할수 있다. 그러나, 상기 필 터링 단계에 의하여 수행되는 신호의 평탄화 과정을 보상하기 위하여 상기 클럭 검출 단가 더 높은 감도를 필요로 하는한 신호 b를 이용하는 것은 덜 바람직하 다.
。 "부하 변조"에 의하여 종래의 방식으로 동작하고, 제어 방식으로 변화하는 단말 기에 의하여 발생되는 주변의 자기장에 위치되는 튜닝 회로(208)에 의하여 유도 된 전류를 발생시키는 기술에 따른 변조 단(222). 상기 변조 회로(222)는 상 기 디지탈 회로(214)의 출력 TXD에 존재하는 변조 신호 (f)에 의하여 제어되는 스위치 부재(226)(모스 트랜지스터)와 직렬로 연결되는 저항 부재(224) (별도의 저항 부재 또는, 모놀리식 기술에서는 격자 없이 저항의 역할을 하는 모스형 부 재)를 포함한다. 또한, 상기 정류 및 필터 회로(210, 212)로부터 하향되게 위치 되는 대신에, 상기 변조 단(222)는 도 1의 참조번호(222)로 도시된 바와 같 이, 상기 회로로부터 상향하도록 동일하게 위치될 수 있으며, 공진 회로(208)의 단말기로 직접 연결될 수 있다.
상기 복조 단(218)가 정류 및 필터링 단(210, 212)로부터 하향되게 위치되는 방식으로 구성되는 이러한 일반적인 구조에는 신호의 순간적인 변화로 감도가 감소되는 장점이 있다.
원격 시동되는 휴대 장치에 있어서, 정류되고 필터링된 신호에 대하여 복조를 실행하는 것은 발진 사이클동안 전원 공급의 순간적인 변화에 대한 영향을 줄일수 있게 해준다.
이는 도 8의 파형도를 참고로 하여 다음에 설명되는 복조기의 동작 설명을 통하여 잘 이해될수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 구조의 실시예는 도 2를 참고하여 다음에 설명되며, 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 실시예는, 디지탈 회로(214)에서 제어방식으로 전원 공급 전류를 변환시키는 역할을 하는 션트(shunt) 부품(228)를 구비한 "션트 조정기"의 단인 조정기 단(216)에 따른 구조를 특징으로 한다. 이런 션트 부품은 전원 공급부 및 접지 단자(VCC 및 GND) 사이에서 회로(214)와 병렬로 접속되고, 조정기 부품(228)에서 전원 공급 라인(VCC)의 업스트림에 위치된 직렬 저항성 소자(230)와 결합된다. 상기 션트 부재(228)은 제너(Zener) 다이오드로 구성되는 것이 유리하고 또는 국립 반도체 회사(National Semiconductor Corporation)의 예를 들면 LM185/LM285/LM385 등의 부재와 같은 제너 다이오드와 동등한 기능을 하는 개별 부재 또는 집적 부재로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 부재는, 매우 낮은 다이나믹 임피던스와 20 μA 내지 20 mA의 동작 전류 범위를 갖고 단지 20 μA의 바이어스 전류를 끄는동안 상기 부재에 죄우되어 고정되거나 또는 조절가능한 전압인 기준 전압을 형성한다.
상기 부재(228)은 또한 이러한 전압 기준 부재와 동일한 모놀리식으로서의 아식(ASIC)으로 집적될수 있다.
도 3은 회로(216)의 실시예를 도시하고 있다. 상기 회로(216)는 VCC와 접지 사이에 연결된 분할 브리지(236, 238)에 의하여 소정 값으로 바이어스된 전압 기준 입력(234)과 함께 전술된 형태의 부재를 이용한다.
상기 저항 부재(230)는 개별적인 레지스터로 구성될 수 있고, 바람직하게는, 예를 들면 상기 부재(224)에 대한 저항의 역할을 하는 모스 부재와 같은 집적 모놀리식 부재로 구성될수 있다.
모스 트랜지스터(240)과 같은 스위치 부재는 정상적인 동작시에는 그 격자에 인가되는 신호 /INH에 의하여 전도 상태로 유지된다. 상기 트랜지스터는, 상기 회로는 마치 상기 조정기가 생략된 것처럼 기능하기 때문에 상기 션트 조정기의 동작에 영향을 주는 단순 제어 신호 INH (구체적으로, 계산 회로(214)로부터의 소프트웨어 제어하에서)를 인가하여 비전도 상태로 스위칭 될수 있다.
상기 션트 조정기를 억제하는 성능은, 상기 조절 단가 파괴될 위험을 피하는 동안 고전압에서 마이크로 프로세서를 시동하는 것이 바람직 할 때 특히 이용될수 있다.
이러한 상황은 특히 테스트를 목적으로 할 경우에, 또는 상기 휴대 장치가, 조정기가 동작하는 "비접촉" 모드에서 또는 조정기의 동작이 억제되는 "접촉" 모드에서 선택적으로 이용될 수 있는 이중모드(dual-mode) 장치일 경우에 발생하며, 조절된 전원 전압은, 원격 시동 동작에서와 같은 구체적인 조절동작을 실행할 필요없이 상기 휴대 장치의 접촉단자들 중의 하나에 직접 인가된다.
상기 진폭 복조 단(218)은는 도 4 내지 6을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 진폭 복조기는 변조의 깊이가 낮게 변조된 신호를 처리하기에 적합한 회로이다.
"변조의 깊이가 낮은 것" 또는 "낮은 변조"라는 용어는 일반적으로 50% 미만이거나 같고 또한 바람직하게는 20% 미만의 비율로 진행되는 변조를 의미하도록 사용되며, 여기서의 "비율"이란 신호의 최대 및 최소의 진폭 Amax, Amin을 (Amax- Amin) / (Amax+ Amin)로 정의됨을 고려한 것이다.
원격 시동 휴대 장치의 특정한 맥락으로 보면, 전원 공급이 억제되는 경우에, 변조가 로우 상태에서 실행되는 기간동안 충분한 전원이 이용가능 하다는 것을 보장하기 위하여 낮은 변조 비율을 이용하는 것이 유리하며, 이는 진폭 변조가, 변조 레벨과 함께 직접적으로 변화되도록 휴대 장치로 전송되는 순간 시동에 영향을 미치기 때문이다.
도 4는 복조기가 가변 문턱 전압을 갖는 적응성 복조기가 되는 상태에서의 제 1 변형을 도시한 것이다.
선택적인 저역 필터 단(242)이후의 회로는 바람직하게는 히스테리시스를 갖는 비교기(244)를 구비하며, 그 양극 입력단으로는 단(242)에 의하여 적절히 필터링되고 복조되는 신호 (b)를 수신하고 그 음극 입력단으로는 상기와 동일한 신호 (b)를 수신하게 되지만, 이는 적분기의 역할을 하는 RC 단(246, 248)를 통과한 후에 발생한다.
따라서, 비교동작은 상기 신호의 순간값과 가변 비교 임계 전압을 구성하는 신호의 평균값과의 사이에서 실행된다.
도 5는 상기 복조기(218)의 제 2 변형을 도시하며, 여기서 상기 복조기는 진폭의 변화에 민감하다.
선택적인 저역 필터 단(242)이후에, 상기 신호 (b)는 미분기의 역할을 하는 CR 단 250, 252에 인가된다. 이에 따른 출력신호는, 바람직하게는 히스테리시스를 갖는 상기 비교기(244)의 양극 단말기에 인가되며, 그 음극 출력단은 미세 전위 즉 그라운드에 연결된다. 이 경우, 상기 복조기는, 상기 신호의 중간값과 상관없이, 상기 미분기 단의 동작 때문에 발생하는 진폭의 변화에 반응한다. 여기서, 상기 비교기는 상기 중간값의 변화를 검출한다.
도 6은 진폭의 변화를 검출하는 복조 회로에 대한 더 상세한 실시예를 도시하고 있다. 상기 레지스터(252) 및 상기 캐패시터(254)에 의하여 형성되는 상기 저역 필터(242)에 추가하여, 레지스터(256 내지 264)와 조합을 이루는 미분기로 역할을 하는 캐패시터(250)이 제공된다.
이러한 방식으로 미분된 신호는 대칭되는 두 개의 비교기(244, 266)에 인가되고, 상기 비교기(244, 266)의 출력단은 두 개의 적정한 모양의 신호 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 공진 회로(208)의 단말기로부터 출력된 신호를 수신하며, 이는 클럭 신호 CLK를 출력하는 히스테리시스(272)와 함께 비교기의 미분 입력단에 인가된다.
상기 클럭 신호는 또한 배타적 논리합 게이트 (274)의 두 개의 입력단에 인가되며, 여기서 상기 입력단중의 하나에는 직접 인가되고 상기 또다른 하나의 입력단에는 RC 회로(276, 278)를 거쳐서 인가된다. 상기 RC회로에 따라 지연부가 픽업된 신호에 인가되며, 상기 지연부는 대략 1/4fCLK의 시간 상수를 갖도록 선택된다. 여기서, fCLK는 단말기(100)의 회로(114)에 따라 생성된 클럭의 주파수 이다.
상기 게이트(274)의 출력 신호는 1/2fCLK를 초과하는(바람직하게는 약 1/fCLK) 시간 상수를 갖는 RC회로(280, 282)의 평균이고, 이는 고정 문턱 전압 S와의 비교를 위한 비교기(284)의 입력단중의 하나에 인가된다.
상기 클럭 신호 CLK는 디지탈 처리 회로(214)로 적정한 클럭동작을 인가하는 역할을 하는 한편, 상기 비교기(280)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, 휴대 장치가 "비접촉"인 상태에서의 디지탈 회로 전달에, 또한 적정한 통신 프로토콜을 선택하고 션트 조정기를 활성화시키는 것과 같은 전송 동작의 결정에 유리하게 이용된다. 상기 신호 PRSCLK는 도 3을 참조로 전술한 바와 같은 /INH의 발생등에 이용된다.
도 11은 "비접촉" 모드와 "접촉" 모드사이에서 자동으로 동작하는 다양한 스위치를 도시하고 있다. 접촉 단자(286)에는 ISO 7816-3의 표준에 부합하는 CLK(클럭), I/O(데이터), VCC(전원), 및 /RST(제로 리셋)등이 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다. 상기 다양한 스위치(288 내지 296)은 모두 "0"으로 표기된 디폴트 값인 "접촉" 위치에 있는 것으로 도시되고 있으며, 이는 상기 회로(220)에 의하여 출력된 신호 PRSCLK의 제어에 따라 "1"로 표기된 "접촉" 위치로 변화되어, 정류 및 필터링 수단에서 출력된 클럭 신호의 존재를 표시한다.
클럭 신호의 추출은, 기초대역이 아니라 부반송파에서 변조를 수행하는 것이 유리하며, 이는 상기 서브 캐리어는 상기 클럭의 주파수를 분할함으로서 쉽게 발생되기 때문이다. 디지탈 회로(214)는 이와 같이 발생된 부반송파를 전송 데이터에 부가시키며, 이는 부하 변조 회로(222)에 인가된 신호 TXD를 발생시키기 위해서이다.
변형에서, 코일에서 나온 신호 대신에 접촉 영역(CLK)상의 클럭 신호의 존재를 걸출할 수 있다(클럭 추출기). 이는, 입력으로서의 접촉 영역(CLK)을 이용하고, 추출기(220)에 대한 대안으로서 신호(PRSCLK)를 송달함으로써 가산될 클럭 존재 검출기와 반전될 쌍안정부(228 내지 296)의 동작을 필요로 한다.
그럼에도 불구하고, 이런 변형은 많은 결점을 갖게 한다. 따라서, 접촉 모드로의 통신이 ISO 표준 7816에 따라 일어날 경우, 클럭 신호는 전압이 다른 접촉 영역상에 나타난 후에만 발생하고, 접촉부와 통신을 개시함과 동시에(코일에서 원격 가동을 위해 제공된) 션트 조정기가 과부하 VCC를 방지하도록 적당한 측정을 필요로 한다.
상기 휴대 장치의 동작은 도 8내지 10의 파형도를 참조하여 설명하기로 한다.
동조회로(208)은 단말기에 의하여 발생된 자기 에너지의 일부를 픽업한다. 도 8에 도시된 대응되는 교류신호 (a)는 블록(210)에 의하여 정류되고 캐패시터(212)에 의하여 필터링되어 도 8에 도시된 정류 및 필터링 신호 b가 된다. 피크 전압 10V를 갖는 교류 전압을 위하여, 약 8.5V의 피크 전압을 갖는 정류 및 필터링 전압이 구해진다.
따라서, 전압 (a) 및 이에 따른 전압 (b)의 진폭은 휴대 장치와 단말기 사이의 거리에 크게 좌우되며, 그 진폭은 상기 휴대 장치가 상기 단말기에 근접하면 증가된다. 상기 조정기(216)은, 일반적으로 도 8의 파형 b와 같은 약 3V의 안정 전압을 상기 디지탈 회로(214)에 출력함으로서, 이러한 변화를 보상하는 역할을 한다.
따라서, 상기 단말기로부터 상당한 거리만큼 떨어져 있고, 특히 그 범위의 경계점에 있을 경우에, 상기 전압 b는 요구값인 3V에 상당히 근접하게 될 것이고, 또한 b와 d사이의 전압 강하정도는 작게 되며, 또한 상기 션트(228)을 통과하는 전류는 매우 작은 값이 되며, 실질적으로 상기 전원 공급 회로에 의하여 전송된 모든 전류는 상기 디지탈 회로(214)의 시동에 이용된다.
이러한 환경하에서, 상기 션트(228)을 통하여 흐르는 전류는 단지 수 마이크로 앰프(최소 바이어스 전류)정도로 낮다는 것이 관찰된다.
반대로, 상기 휴대 장치가 상기 단말기에 인접하여 위치할 경우, 상기 전압 (b)는 하이가 되고 b와 d사이의 전위차는 수 볼트 정도로 커지게 되어, 상기 션트(228)을 통하여 흐르는 전류는 하이가 되고, 저항 부재(230) 및 상기 션트(228)은 상기 초과 전원을 소실시킨다.
상기 디지탈 회로(214)로의 전원 공급을 안정화시키는 순수한 전기적인 기능에 추가하여, 상기 션트 조절 단는 후술되는 회로의 맥락에 따라 몇가지 장점을 갖게된다.
첫번째로, 상기 휴대 장치가 상기 단말기에 인접하여 위치하고 있으면, b에서 그리고 그다음은 a에서의 전압의 진폭을 제한하는 것이 가능하며, 이는 상기 동조 회로(208)로부터 하향하게 존재하는 부하가 낮기 때문이며, 다시 말하여, 상기 션트(228)를 통과하며 흐르는 많은 전류 때문이다.
픽업되었지만 상기 디지탈 회로(214)의 시동에 필요하지 않은 전원은 열의 형태로 완전히 소실된다.
이는. 초과 전압으로 인하여 상기 캐패시터가 고장나는 위험을 막아주기 때문에, 상기 동조 회로(208)의 캐패시터(206)이 집적 모놀리식 기술에 따른 부재일 경우에 더욱 유리하다.
상기 집적 회로에 기하학적인 제약이 있으면, 높은 고장 전압을 갖는 캐패시터를 얻는 것을 불가능하다. 불행히도, 마이크로 프로세서 주위에 구비되는 상기 디지탈 회로(214)는 상대적으로 많은 전원 공급을 필요로 하고, 따라서 또한, 전술한 유의사항이 지켜지지 않으면, 상기 동조회로에서의 초과 전압을 발생시킬수 있는 자기장의 하이 레벨을 필요로 하게된다.
두 번째로, 자세히 설명된 바와 같이, 상기 션트 조정기는 상기 디지탈 회로로 공븍되는 전원 전류의 순간 변화를 평탄화 시키는 동작에 영향을 주고, 또한 휴대 장치에서 단말기로 또는 단말기에서 휴대 장치로의 통신을 위한 회로의 다른 부재의 동작에는 영향을 주지 않도록 한다.
전류 또는 전압의 바람직 하지 않은 변화는 변조 또는 복조 동작에서의 오류를 유발시킬수 있다.
마지막으로, 상기 휴대 장치가 상기 단말기로부터 가장 먼 경계범위에 위치하고, 따라서 상기 디지탈 회로를 시동할수 있는 정도의 신호만을 상기 단말기로부터 수신하는 경우, 상기 회로의 설계 목적은 어떠한 전원의 낭비로 피하는 것이며, 이는 상기 션트(220)를 통하여 흐르는 전류는 실질적으로 제로이기 때문이다. 따라서, 상기 튜닝 회로에 의하여 픽업된 전원 전체는 디지탈 회로의 시동에 이용될수 있다.
상기 클럭 추출 회로(220)는 상기 동조 회로(208)의 단말기를 통하여 픽업된 교류 전류 (a)를 적절한 형태의 클럭 신호 (c)로 변형시키는 역할을 한다.
단말기로부터 휴대 장치로 정보를 전단하는 방식은 도 9의 파형도를 참조하여 설명하기로 한다.
정보를 휴대 장치로 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%까지 작아지게 된다.
이러한 진폭의 축소는, 예를 들면, 논리 "0"의 전송과 부합하며, 그 진폭은 논리 "1"에서 최대로 되며, 이는 도 9에서 상기 동조 회로(208)에 의하여 픽업된 신호의 파형도 (a)로 도시될수 있다.
정류 및 필터링 동장 이후에, (b)에서는 상기 정류 및 필터링된 신호의 진폭의 증가가 유발된다. 이러한 진폭의 증가는, 상기 디지탈 회로로 인가되는 논리 신호 e를 출력하는 진폭 복조기(218)에 의하여 검출된다.
상기 단말기가 전송한 신호의 변조의 결과로 나타나는 진폭의 증가는, 클럭 추출기 (신호 c) 또는 상기 디지탈 회로(신호 d)로 전송되는 전원 공급 전압에는 영향을 미치지 않는다는 것이 관찰된다.
수많은 종래의 기술에서 다루어진 예를 들어 위상 변조와 같은, 진폭 변조 이외의 기술을 단말기 → 휴대 장치의 방향에 이용한다면, 변조의 형식은 본 발명에 따른 조절 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 극복할수 있게 해주기 때문이다.
정보가 다시 휴대 장치로부터 단말기로 전송되는 방법을 도 10을 참조하여 설명하기로 한다.
전술한 실시예로 설명된 바와 같이, 전송 동작은 부하의 변화를 통하여, 다시 말하면 튜닝 회로(208)에 인가되는 전류 변화의 제어를 통하여 실행된다. 이를 위하여, 저항 부재(224)는 상기 부재(226)을 통하여 선택적으로 회로내로 스위치된다. 예를 들어, 논리 "0"가 전송될 때는 회로 안으로 스위치되고, 논리 "1"을 전송 할 때는 회로 밖으로 스위치된다.
상기 저항이 예를 들어 논리 "0"를 위하여 회로내에 존재할 경우, 부하의 추가로 인하여 전압 a의 강하가 발생한다. 상기 레지스터의 저항은 자연스럽게 선택되기 때문에, 이러한 전압 강하로 인하여 상기 디지탈 회로로 공급되는 적정한 전원이 보존될수 있게 된다.
그러나, 상기 단말기로부터 가장 먼 경계지역에서는 어려움이 있을수 있다. 이러한 환경하에서는, 변조 동작 발생을 위하여 상기 저항 부재(224)를 통한 변환이 요구되는 전류는 너무 높기 때문에 상기 디지탈 회로가 적절히 동작하도록 하기가 어렵다.
이러한 활경하에서는, 상기 디지탈 회로로의 전원 공급량을 절충하지 않고, 상기 저항 부재(224)에서 더 많은 전류가 소비될수 있도록 하기 위하여, 상기 휴대 장치가 단말기로 정보를 전송하기 전에, 상기 디지탈 회로를 "저소비" 모드에 위치시키는 것이 유리하다.
이는, 데이터를 상기 단말기로 전송을 시작하기 전에, 전송 루틴을 액세스에 전원을 거의 소비하지 않는 RAM에 위치시키고, 또한 액세서에 상당한 전원을 소비하는 EPROM의 연결을 차단하는 상기 디지탈 회로의 마이트로 프로세서의 프로그램을 통하여 달성될수 있다.
다시말하여, 다량의 전류를 이용가능하도록 하기 위하여 상기 디지탈 회로는 "저소비" 모드로 전환되게 되며, 여기서 상기 전류는 상기 단말기로의 데이터 전송을 위한 변조 레지스터에서 소비된다.
또한, 만일 더 많은 변조 전류가 더 낮은 저항이 제공되는 상기 저항부재(224)를 통과할수 있다면, 상기 변조 동작은 상기 단말기을 통하여 더 잘 감지 될수 있고, 따라서, 더 적은 노력으로 더 좋은 신호/소음 비율을 제공하는 검출수단을 상기 단말기로 변통하는 것이 가능하다.
휴대 장치→단말기 방향으로는, 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 (15)

  1. 금속 경로를 통해 제1형의 단말기과 통신하는 다수의 전기 접촉부(286), 이에 대응하는 다수의 전기 접촉부 및, 데이타를 운반하도록 변조된 전자기장을 전송하는 제2형의 단말기(100)과 비접촉 통신을 위한 코일(202)을 포함하는 휴대 장치(200)에 있어서,
    상기 단말기에 의해 전송되고, 클럭 신호에 의해 클럭되는 데이타를 위해, 수신된 신호에서의 클럭 신호(CLK)의 유무의 함수로서 휴대 장치의 동작을 수정하는 클럭 검출 수단(220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클럭 검출 수단(220)은 상기 코일에 의해 픽업된 신호내에서 클럭 신호(CLK)를 검출하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    비접촉 통신 모드로 코일에 의해 픽업된 전자기장으로 부터 상기 장치에 대한 DC 전원 공급 전압(d)을 획득하는 정류기 및 필터 수단(210, 212)을 포함하는 데, 상기 검출 수단의 입력은 코일과 정류기 및 필터 수단 사이에 제공된 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    통신 데이터를 획득하도록 코일에 의해 픽업된 신호를 복조하는 수단(210)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  5. 제 3 또는 4 항에 있어서,
    상기 복조 수단은 정류기 및 필터 수단(210, 212)의 출력에서 송달 신호(b)로 동작하는 진폭 보조 수단(218)인 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  6. 제 3 내지 5 항의 어느 한 항에 있어서,
    정류기 및 필터 수단에서의 다운스트림, DC 전압을 안정화시키는 조정 수단(216) 및, 클럭 검출 수단의 제어하에 조정 수단을 억제시키는 선택적인 억제 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  7. 제 1 내지 6 항중의 어느 한 항에 있어서,
    코일의 단자에서 부하 변조 방식에 의해 비접촉 모드로 휴대 장치에서 단말기로 데이터를 전송하는 수단(222)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터 전송 수단에 의해 수행된 변조 방식은 상기 검출 수단에 의해 송달된 클럭 주파수를 분할함으로써 생성된 부반송파 변조 방식인 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  9. 제 7 또는 8 항의 있어서,
    상기 회로는 2개의 전력 소모 모드, 즉 공칭 전력 소모 및 저 저력 소모로 동작할 수 있고, 데이터 전송 수단이 상기 변조 방식의 수행을 개시하기 전에 상기 회로에는 상기 회로를 저 전력 모드에 위치시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  10. 제 1 내지 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 클럭 검출 수단은 통신, 신호 처리 및/또는 수신 데이터 처리를 위한 프로토콜을 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  11. 제 1 내지 10 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 클럭 검출 수단의 제어하에 전기 접점부(286)와 휴대 장치의 다른 회로 사이의 링크를 인터럽트하여, 상기 휴대 장치가 비접촉 경로를 통해 통신할 때마다 상기 링크를 인터럽트하는 스위치 수단(288 내지 296)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  12. 제 3 내지 11 항의 어느 한 항에 있어서,
    정류기 및 필터단(210, 212)에서의 다운스트림, 전원 공급 단자(VCC, GND) 사이에서 가동될 회로와 병렬로 설치되고, 상기 회로의 전원 공급 라인에서 직렬로 접속된 저항성 부품(230)과 결합된 션트 조정 소자(228)를 포함한 안정화기단(216)을 더 포함하는 데, 상기 션트 조정 소자는 상기 회로의 전원 공급 전류의 가변 부품을 송달시켜, 저항성 소자 및 션트 조정 소자가 상기 회로의 동작에 요구되지 않는 소정의 초과 전력을 소산시킴으로써, 이에 대응하는 방식으로, 회로의 단자에 걸친 전원 공급 전압(d)을 안정화시키고, 업스트림 동조 소장의 단자에서의 전압 익스커션(excursion)(a)을 제한하며, 복조될 신호의 진폭에 업스트림으로 영향을 주는 전류 소모의 편차를 방지하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    션트 조정기의 동작을 선택적이고 순간적으로 억제시키는 수단(240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  14. 제 12 또는 13 항에 있어서,
    상기 션트 조정기의 동작에 대한 선택적 및 순간적 억제는 접촉부를 통과하는 형의 통신 검출에 응답하여 적용되는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
  15. 제 1 내지 14 항의 어느 한 항에 있어서,
    동조 소장의 코일(202)을 제외한 전체 전자 회로(202, 204)는 집적 모놀라식 기술을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 휴대 장치.
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