KR20070023744A - Contactless, synchronous phase demodulation method, and associated demodulator and reader - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비접촉식 트랜스폰더에 의해 유도되는 전자기장(H)의 신호를 복조하는 방법으로서, 트랜스폰더로부터의 신호가 주어진 시간들 또는 주파수에서 검출되게 하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 검출의 시간들 또는 주파수가 전자기장과 위상 동기화되는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 관련 복조기 및 판독기에도 관련된다.The present invention relates to a method for demodulating a signal of an electromagnetic field (H) induced by a contactless transponder, the method comprising causing a signal from a transponder to be detected at given times or frequencies. The method is characterized in that the times or frequencies of detection are phase synchronized with the electromagnetic field. The invention also relates to an associated demodulator and reader.
Description
본 발명은 비접촉식 트랜스폰더 판독기(contactless transponder reader)를 위한 복조 방법 및 시스템에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 판독기와 트랜스폰더 간의 통신의 개선에 관한 것이다.The present invention relates to a demodulation method and system for a contactless transponder reader. More particularly, the present invention relates to improving communication between readers and transponders.
이하의 설명의 문맥에서, 트랜스폰더는 전자기장에 의해 검출되거나 통신할 수 있는 임의의 식별 장치(identification apparatus)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 장비의 예를 들면, 안테나와의 통신 인터페이스를 포함하는 비접촉식의 칩 카드 또는 전자 라벨이 있다. 더 상세하게는, 본 출원은 캐패시터, 집적 회로 또는 기타 전자 컴포넌트에 접속된 코일을 포함하는 전자기 트랜스폰더에 관한 것이다. In the context of the following description, a transponder is to be understood as meaning any identification apparatus that can be detected or communicated by an electromagnetic field. Examples of various equipments are contactless chip cards or electronic labels that include a communication interface with an antenna. More particularly, the present application relates to an electromagnetic transponder comprising a coil connected to a capacitor, an integrated circuit or other electronic component.
이하의 설명의 문맥에서, 판독기는 주어진 주파수에서 전자기장을 생성하는 안테나를 구비하는 송신/수신 디바이스를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 디바이스의 안테나는 전자기장을 변조하고, 전자기장에서의 변동을 측정하는 것을 가능하게 한다. 판독기 안테나는 일반적으로 하나 이상의 코일을 포함한다.In the context of the following description, a reader is to be understood as meaning a transmitting / receiving device having an antenna which generates an electromagnetic field at a given frequency. In addition, the antenna of the device makes it possible to modulate the electromagnetic field and measure the variation in the electromagnetic field. Reader antennas generally include one or more coils.
판독기-트랜스폰더 시스템은 사용되는 트랜스폰더의 유형에 따라 더 복잡하거나 덜 복잡한 방식으로 기능한다. 일반적인 동작 원리는 주어진 주파수의 전자기장의 방출을 포함한다. 트랜스폰더가 전자기장에 들어가면, 그 트랜스폰더는 급전되고 반응한다. 트랜스폰더의 반응은 판독기에 의해 검출되는 전자기장의 변동을 유발한다.Reader-transponder systems function in more complex or less complex ways depending on the type of transponder used. The general principle of operation involves the emission of electromagnetic fields of a given frequency. When a transponder enters the electromagnetic field, the transponder is powered up and reacts. The response of the transponder causes variations in the electromagnetic field detected by the reader.
보다 더 복잡한 시스템에 있어서, 트랜스폰더는 예를 들어 코일에 접속된 집적 회로를 포함하며, 코일과 집적 회로는 특히 튜닝된 공진 회로를 형성한다. 트랜스폰더가 전자기장 내에 존재하면, 집적 회로가 급전되고, 그 집적 회로는 자신의 존재를 판독기에 알리도록 전자기장을 변조한다. 그러면, 전자기장의 변조에 의하여 트랜스폰더와 판독기 간에 대화가 발생할 수 있다. 이러한 시스템은 비접촉식 칩 카드 또는 전자 라벨이라는 용어로 알려져 있으며, 많은 응용에서 사용된다.In more complex systems, the transponder comprises, for example, an integrated circuit connected to the coil, the coil and the integrated circuit forming a particularly tuned resonant circuit. If the transponder is in the electromagnetic field, the integrated circuit is fed, and the integrated circuit modulates the electromagnetic field to inform the reader of its presence. Then, a conversation may occur between the transponder and the reader due to the modulation of the electromagnetic field. Such a system is known by the term contactless chip card or electronic label and is used in many applications.
판독기(도 1)는 일반적으로 고정 주파수의 전류 또는 전압 발생기, 및 예를 들어 적어도 하나의 턴(turn)을 포함하는 원형 평면 코일에 의해 구현되는 안테나를 포함한다. 여기에 언급되는 경우에서(표준 ISO/IEC 14443을 따르는 제품), 이 주파수는 13.56㎒이다. 이것은 고려되는 기술 분야에 따라 달라질 수 있다.The reader (FIG. 1) generally comprises an antenna implemented by a fixed frequency current or voltage generator and a circular planar coil comprising for example at least one turn. In the case mentioned here (product conforming to standard ISO / IEC 14443), this frequency is 13.56 MHz. This may vary depending on the technical field under consideration.
판독 안테나는 도전체에 비유될 수 있으며, 이것을 통하여 전류가 흐르면, 자기장이 발생된다. 자기장의 방향은 전류의 진행 방향에 의해 정의된다. 이 전류가 도전체를 통과한 후에 그 도전체에 의해 형성되는 전류 루프는 한 면에는 N극을 갖고, 반대 면에는 S극을 갖는다.The read antenna can be likened to a conductor, whereby a current flows through which a magnetic field is generated. The direction of the magnetic field is defined by the direction of propagation of the current. After this current passes through the conductor, the current loop formed by the conductor has an N pole on one side and an S pole on the opposite side.
트랜스폰더가 이 판독 장에 속하게 되면, 그 자신의 코일로 인해, 자기장 내에서 움직이는 도전체에 비유될 수 있다. 도전체가 자기장 내에서 움직여서, 그 플럭스 라인(flux line)을 절단하면, e.m.f.가 도전체 내에 유도된다. 동일한 방식으로, 고정된 회로를 통하여 플럭스가 변동하면, e.m.f. 전압이 유도된다. 모든 경우에서, 이러한 유도된 e.m.f. 전압과 플럭스 변동의 레벨은 패러데이의 법칙 e = - dphi / dt에 의해 연결된다.When a transponder belongs to this reading field, its own coil can be likened to a conductor moving in a magnetic field. As the conductor moves in the magnetic field, cutting its flux line, e.m.f. is induced in the conductor. In the same way, if the flux fluctuates through the fixed circuit, e.m.f. Voltage is induced. In all cases, these derived e.m.f. The levels of voltage and flux fluctuations are connected by Faraday's law e =-dphi / dt.
도 2는 종래 기술에서 일반적으로 사용되는 판독 시스템을 도시한 것이다. 이 판독 시스템은 주어진 주파수에서 전류를 생성하도록 되어 있는 발전기(1), 연결 케이블(2), 임피던스 정합 회로(3), 및 안테나(4)를 포함한다. 발전기는 적응된 임피던스 부하 상에 공급할 수 있는 전력에 의해 특징지워진다. 이 임피던스는 일반적으로 50옴의 값을 가지며, 이것은 발전기(1)의 출력 임피던스에 대응한다. 정합 회로(3)는 안테나(4)에서 발전기(1)가 전할 수 있는 최대 전력을 송신하기 위해 필요하다.2 shows a reading system commonly used in the prior art. This reading system comprises a generator 1, a connecting cable 2, an impedance matching circuit 3, and an antenna 4 which are adapted to generate a current at a given frequency. The generator is characterized by the power it can supply on an adapted impedance load. This impedance generally has a value of 50 ohms, which corresponds to the output impedance of the generator 1. The matching circuit 3 is necessary for transmitting the maximum power that the generator 1 can carry in the antenna 4.
판독기-트랜스폰더 시스템은 사용되는 트랜스폰더의 유형에 따라 더 복잡하거나 덜 복잡한 방식으로 기능한다. 트랜스폰더가 전자기장에 들어가면, 그 트랜스폰더는 급전되고 반응한다. 트랜스폰더의 반응은 판독기에 의해 검출되는 전자기장의 변동을 유발한다. 보다 더 간단한 시스템, 예를 들어 코일 및 캐패시터로 구성되는 트랜스폰더에 대하여, 이 어셈블리는 전자기장의 주파수로 튜닝된 공진 회로를 형성한다. 장 내에 트랜스폰더가 존재하면 공진 회로는 공진하게 되고, 판독기에 의해 검출될 수 있는 장에 변화를 유발한다. 매우 간단한 이 시스템은 상점에서 도난 방지 장치로서 흔하게 사용된다.Reader-transponder systems function in more complex or less complex ways depending on the type of transponder used. When a transponder enters the electromagnetic field, the transponder is powered up and reacts. The response of the transponder causes variations in the electromagnetic field detected by the reader. For a simpler system, for example a transponder consisting of a coil and a capacitor, this assembly forms a resonant circuit tuned to the frequency of the electromagnetic field. The presence of a transponder in the field causes the resonant circuit to resonate and cause changes in the field that can be detected by the reader. This very simple system is commonly used as an anti-theft device in stores.
트랜스폰더 및 판독기 시스템의 한가지 주된 문제점은, 트랜스폰더에 그것이 최대 효율로 기능하는 데에 필요한 에너지를 제공하면서, 안테나와 트랜스폰더 간의 송신 거리를 감소시키지 않고서 판독기의 방사 전력을 감소시키는 것이다.One major problem with transponder and reader systems is to reduce the radiated power of the reader without reducing the transmission distance between the antenna and the transponder while providing the transponder with the energy it needs to function at maximum efficiency.
집적 회로 트랜스폰더에 있어서는, 전자기장이 한편으로는 집적 회로에 급전하는 역할을 하고, 다른 한편으로는 트랜스폰더와 판독기 간의 단방향 또는 양방향 통신을 확립하기 위한 반송 주파수로서의 역할을 하기 때문에, 그 문제가 매우 복잡해진다. 실제로, 이 자기장을 이러한 두가지 용도로 사용하는 것은 모순된다.In integrated circuit transponders, the problem is very significant because the electromagnetic field serves to feed the integrated circuit on the one hand and on the other hand as a carrier frequency for establishing unidirectional or bidirectional communication between the transponder and the reader. It gets complicated. Indeed, the use of this magnetic field for these two purposes is contradictory.
통신을 가능하게 하기 위해서는, 전자기장을 주파수 및/또는 진폭에 있어서 변조해야 한다. 그러나, 당업자라면, 안테나에 의해 방출되는 전자기장의 전력이 지나치게 크면, 판독기는 트랜스폰더에 의해 유도되는 부하 변동에 의해 유발된 장의 진폭 변동에 덜 민감하게 된다는 것을 알고 있다. 이것은 신호-대-잡음비의 문제이다. 또한, 당업자라면, 전자기장의 전송 전력의 증가는 집적 회로 내에 열을 발생시키고, 이로 인해 집적 회로가 부분적으로, 일시적으로, 전체적으로 또는 한정적으로 파괴될 수 있다는 것도 알고 있다.To enable communication, the electromagnetic field must be modulated in frequency and / or amplitude. However, one skilled in the art knows that if the power of the electromagnetic field emitted by the antenna is too large, the reader will be less sensitive to variations in the amplitude of the field caused by the load variation induced by the transponder. This is a matter of signal-to-noise ratio. Those skilled in the art also know that an increase in the transmit power of the electromagnetic field generates heat in the integrated circuit, which can cause the integrated circuit to be partially, temporarily, wholly or indefinitely destroyed.
또한, 트랜스폰더 코일이 판독기 안테나와 동일한 주파수(바람직하게는 양호한 방사 효율을 갖기 위한 송신 주파수)로 튜닝되면, 통신 구멍(communication hole)이 존재한다는 것도 알려져 있다. 이 중대한 문제는 제공되는 한계 밖에서가 아니라 정상 동작 거리 전반에서 발생할 수 있다. 이것은, 판독 트랜스폰더 커플링에 따르면, 판독 안테나를 통해서 본 자기장 상의 트랜스폰더에 의해 유도된 부하의 변동은, 트랜스폰더가 자기장 상에서 동작하고 있는지의 여부에 상관없이 동일할 수 있기 때문이다. 결과는 판독기가 메시지를 디코딩할 수 없다는 것이다. 이러한 판독 문제는 사용하는 복조 방법의 선택에 따라 더 커지거나 더 작아질 수 있다.It is also known that if a transponder coil is tuned to the same frequency as the reader antenna (preferably a transmission frequency for having good radiation efficiency), there is a communication hole. This critical problem can occur over the normal working distance, not outside the limits provided. This is because, according to the read transponder coupling, the variation in the load induced by the transponder on the magnetic field seen through the read antenna may be the same whether or not the transponder is operating on the magnetic field. The result is that the reader cannot decode the message. This reading problem can be larger or smaller depending on the choice of demodulation method used.
이것은 이러한 "통신 구멍"의 문제가 결정적이기 때문이며, 이는 판독기 및 트랜스폰더에 의해 정의되는 시스템의 정밀 분석에 의해 설명될 수 있다.This is because the problem of this "communication hole" is crucial, which can be explained by the precise analysis of the system defined by the reader and transponder.
도 2의 도면을 다시 보면, 종래 기술은 고정된 주파수(ISO/IEC 14443에 대해서는 13.56㎒)를 갖는 사인 곡선 형태의 신호를 발생시키는 것을 포함하며, 이것은 임피던스 정합 후에, 일반적으로 하나 이상의 턴을 포함하는 도전체로 구성된 안테나로 주입된다는 것을 알 수 있다. 앞에서 기술한 바와 같이, 이 도전체를 통하여 흐르는 전류는 동일한 주파수를 갖는 자기장 H를 생성할 것이다. 판독 안테나의 유도 부분으로 인해, 이 장은 발전기로부터 오는 전류와 동위상에 있지 않고, 오히려 반대 위상에 있을 것이다.2 again, the prior art involves generating a sinusoidal signal with a fixed frequency (13.56 MHz for ISO / IEC 14443), which typically includes one or more turns after impedance matching. It can be seen that is injected into the antenna consisting of a conductor. As previously described, the current flowing through this conductor will produce a magnetic field H with the same frequency. Due to the inductive part of the read antenna, this field will not be in phase with the current coming from the generator, but rather in the opposite phase.
판독 안테나와 트랜스폰더 간에 어떠한 커플링도 존재하지 않는다면, 앞에서 기술한 위상차는 고정된 채로 유지된다.If there is no coupling between the read antenna and the transponder, the phase difference described above remains fixed.
그러나, 트랜스폰더가 판독 안테나로부터 발생하는 장 H에 들어가자마자, 커플링이 나타나고, 판독 안테나의 유도 특성이 그에 따라 수정된다. 이것의 결과는 장 H와 발전기에 의해 생성되는 신호 간의 위상차의 변동이다.However, as soon as the transponder enters the field H resulting from the read antenna, the coupling appears and the inductive characteristics of the read antenna are modified accordingly. The result of this is the variation in phase difference between the field H and the signal produced by the generator.
이 위상차는 더 이상 일정하지 않다. 이것은 커플링에 의존하며, 따라서 안테나를 기준으로 한 트랜스폰더의 위치, 및 안테나가 수행하는 동작 및 안테나를 구성하는 비선형 소자들에 따라 달라지는 안테나의 소비에도 의존한다. This phase difference is no longer constant. This depends on the coupling and therefore also on the location of the transponder with respect to the antenna and the consumption of the antenna which depends on the operation the antenna performs and the nonlinear elements making up the antenna.
이러한 위상 변동은 판독기/트랜스폰더 통신의 단절을 유발한다. 최상의 경우(2중 동기 검출을 갖는 복조기)에서, 이것은 판독기로부터 본 신호의 약화를 유발할 것이다. 최악의 경우(단일 동기 검출 또는 직접 복조)에서, 트랜스폰더로부터 발생한 신호는 판독기가 볼 수 없을 것이다.This phase shift causes a break in the reader / transponder communication. In the best case (demodulator with double sync detection), this will cause a weakening of the signal seen from the reader. In the worst case (single sync detection or direct demodulation), the signal from the transponder will not be visible to the reader.
현재, 판독기가 트랜스폰더에 의해 반환된 메시지를 디코딩하는 데에 몇가지 복조 방법이 사용된다.Currently, several demodulation methods are used for the reader to decode the message returned by the transponder.
가장 단순한 방법은 저항(6) 및 필터링 캐패시터(7)에 관련된 다이오드(5)와 같은 단순한 비선형 컴포넌트를 이용하여 수행되는 직접 복조이다(도 3). 가장 복잡한 방법은 도 4에 도시된 바와 같이 I/Q라고 칭해지는 2중 동기 검출(double synchronous detection)을 이용한다.The simplest method is direct demodulation performed using simple nonlinear components such as diodes 5 associated with resistors 6 and filtering capacitors 7 (FIG. 3). The most complex method uses double synchronous detection, called I / Q, as shown in FIG.
직접 복조의 경우(도 3)에서, 복조기는 그 입력(Ve)에 위치하는 부하의 임피던스에서의 변동에 민감하게 반응한다. 이 임피던스는 실수부와 허수부를 포함하는 복소수에 의해 표현된다. 이러한 유형의 복조기는 이 복소수에 의해 표현되는 벡터의 모듈러스(modulus)(길이)의 변동에 민감하게 반응한다. 이 길이는 트랜스폰더에 의해 반환되는 메시지의 리듬에 따라 변동한다. 주어진 커플링에 대하여, 2가지의 길이 Z1 및 Z2가 존재한다. 복조된 신호의 진폭은 이들 2개의 벡터의 길이차에 대응한다.In the case of direct demodulation (FIG. 3), the demodulator is sensitive to variations in the impedance of the load located at its input Ve. This impedance is represented by a complex number comprising a real part and an imaginary part. This type of demodulator is sensitive to variations in the modulus (length) of the vector represented by this complex number. This length varies with the rhythm of the message returned by the transponder. For a given coupling, there are two lengths Z1 and Z2. The amplitude of the demodulated signal corresponds to the length difference of these two vectors.
그러나, 도 5는 2개의 상이한 벡터가 동일한 길이를 가질 수도 있음을 도시하고 있다. Z1 및 Z2의 길이가 동일한 원들 각각이 "통신 결함"에 대응한다. 이것은 2개의 길이가 동일하다면, 복조기는 트랜스폰더에 의해 취해지는 2개의 논리 상태 간에서 어떠한 차이도 보지 못할 것이기 때문이다. 위상의 영향은 이러한 오작동의 매개변수들 중 하나로서 나타난다.However, FIG. 5 shows that two different vectors may have the same length. Each of the circles of the same length of Z1 and Z2 corresponds to a "communication defect". This is because if the two lengths are the same, the demodulator will not see any difference between the two logic states taken by the transponder. The effect of phase is seen as one of the parameters of this malfunction.
비접촉식 트랜스폰더 판독기의 문맥에서 직접-검출 복조기를 사용하는 것은, 판독 안테나와 트랜스폰더 간의 커플링에 따른 통신의 완전한 단절을 유발할 수 있다.Using a direct-detect demodulator in the context of a contactless transponder reader can cause a complete disconnection of communication due to the coupling between the read antenna and the transponder.
도 4에 나타난 것과 같은 가장 복잡한 복조기(2중 검출 동기식 I/Q)의 경우에서, 트랜스폰더에 의해 유발되는 위상 쉬프트는 복조된 신호의 진폭에 감쇠를 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 감쇠는 최대 신호에 대하여 0.707의 인수에 이를 수 있다.In the case of the most complex demodulator (double detection synchronous I / Q) such as that shown in Fig. 4, it is known that the phase shift caused by the transponder can cause attenuation in the amplitude of the demodulated signal. This attenuation can reach a factor of 0.707 for the maximum signal.
장 H의 위상이 발전기로부터 발생하는 시그널링에 대하여 Π/4만큼 위상에서 벗어나 있을 때, 이러한 최대의 감쇠에 도달된다. 위상 로크 루프(phase lock loop)는 일정한 진폭을 갖는 반송파의 주파수를 복원할 수 있지만, 한편으로는 반송 주파수와 복원된 주파수 간의 위상차 "phi"가 존재한다.This maximum attenuation is reached when the phase of field H is out of phase by π / 4 with respect to the signaling from the generator. A phase lock loop can recover the frequency of a carrier with a constant amplitude, while on the one hand there is a phase difference "phi" between the carrier frequency and the recovered frequency.
따라서, 가장 개선된 형태의 진폭 복조 디바이스를 구비하는 비접촉식 트랜스폰더 판독기라도, 판독기에 의해 생성되는 신호에 대한 장 H의 위상의 제어되지 않은 변동으로 인해, 복조된 신호의 감쇠로 인한 통신 단절을 겪기 쉽다.Thus, even a non-contact transponder reader with the most advanced form of amplitude demodulation device suffers from communication disruption due to attenuation of the demodulated signal, due to uncontrolled variations in the long H phase with respect to the signal produced by the reader. easy.
ISO/IEC 10373-6은 ISO/IEC 14443에 따르도록 판독기 및 트랜스폰더에 적용되는 테스트 방법을 정의한다.ISO / IEC 10373-6 defines test methods applied to readers and transponders to comply with ISO / IEC 14443.
판독기와의 통신에 관련된 표준을 따르기 위하여, 트랜스폰더는 부대역 진폭이 적어도 30/H1.2(H는 자기장의 진폭임)인 역변조 신호(retro-modulation signal)를 생성해야 한다. 판독기에 있어서, 표준을 따르기 위해서, 판독기는 위상에 관계없이, 적어도 이 진폭의 신호를 반드시 복조할 수 있어야 한다.In order to comply with standards relating to communication with the reader, the transponder must generate a retro-modulation signal with a subband amplitude of at least 30 / H 1.2 (H is the amplitude of the magnetic field). For the reader, to comply with the standard, the reader must be able to demodulate signals of this amplitude at least, regardless of phase.
이전에 기술된 방법들에서는 이것이 불가능할 것이 분명하다. 이것은, 특히 Π/4의 위상차가 존재하여 감쇠가 최대일 때, 트랜스폰더의 영향이 판독기의 감도에 관련하여 변조된 신호의 지나치게 큰 감쇠를 유발하는 경우에, 30/H1.2의 메시지 진폭을 검출할 수 있는 ISO/IEC 14443을 따르는 판독기는, 마찬가지로 ISO/IEC 14443을 따르는 트랜스폰더를 검출할 수 없기 때문이다.It is clear that this is not possible with the previously described methods. This is especially true when there is a phase difference of π / 4 so that the attenuation is maximum, when the influence of the transponder causes excessively large attenuation of the modulated signal with respect to the sensitivity of the reader, it detects a message amplitude of 30 / H 1.2 . This is because a reader that conforms to ISO / IEC 14443 may not detect a transponder that likewise conforms to ISO / IEC 14443.
결과적으로, 해결되어야 할 기술적 문제는 다음과 같이 정의될 수 있다.As a result, the technical problem to be solved can be defined as follows.
한편으로, 비접촉식 트랜스폰더 판독기의 판독 감도는 사용되는 복조 원리에는 무관하게, 한쪽에서의 판독기 안테나에 공급되는 전류와 다른쪽에서의 결과적인 장의 전류 간에의 위상 변동에 의해 영향을 받는다. 반면에, 이러한 위상차는 트랜스폰더와 판독기 안테나 간의 거리에 따라서도 달라질 수 있다. 그 결과는 큰 문제이다. 즉, 복조된 신호의 진폭의 감쇠, 심지어는 완전한 소멸이 발생하며, 이것은 트랜스폰더의 이동 동안 트랜스폰더와 판독기 간의 통신 단절을 유발할 수 있다.On the one hand, the read sensitivity of a non-contact transponder reader is affected by the phase shift between the current supplied to the reader antenna on one side and the resulting field current on the other side, regardless of the demodulation principle used. On the other hand, this phase difference may also vary depending on the distance between the transponder and the reader antenna. The result is a big problem. That is, attenuation of the amplitude of the demodulated signal, even complete extinction, occurs, which can cause a loss of communication between the transponder and the reader during the movement of the transponder.
그러므로, 본 발명은 판독 디바이스에 의해 생성되는 장에서 트랜스폰더가 유발할 수 있는 위상 변동에 독립적으로, 트랜스폰더로부터 발생되는 신호의 복조를 허용하는 것을 목적으로 한다.Therefore, it is an object of the present invention to allow demodulation of a signal originating from a transponder, independent of the phase variation that the transponder can cause in the field produced by the reading device.
본 발명의 방법의 원리는 트랜스폰더 메시지의 검출을, 생성되는 자기장의 위상이나 그 위상을 나타내는 값(전압, 전류 등)에 종속(slave)시키는 것을 포함한다.The principle of the method of the present invention involves slaved detection of the transponder message to the phase of the magnetic field being generated or to a value representing the phase (voltage, current, etc.).
바람직하게는, 복조기의 검출기는 메시지의 획득을 동기화하기 위하여, 자기장으로부터 발생하는 신호를 클럭 신호로서 사용한다. 이러한 방식으로, 트랜스폰더에 의해 유발되는 장의 위상에서의 임의의 변동은 복조 디바이스로 전해질 것이다. 이 방법에서는, 종래 기술에서처럼 더 이상 복조기의 위상 기준으로서 사용되는 것이 발전기의 클럭 신호가 아니라, 자기장 H로부터 발생되는 동일 주파수의 신호이다.Preferably, the detector of the demodulator uses the signal generated from the magnetic field as the clock signal to synchronize the acquisition of the message. In this way, any variation in the phase of the field caused by the transponder will propagate to the demodulation device. In this method, it is no longer the clock signal of the generator that is used as the phase reference of the demodulator any more, as in the prior art, but of the same frequency signal generated from the magnetic field H.
도 1 및 도 2는 (앞에서 설명한) 종래 기술의 비접촉식 판독기를 도시한 도면.1 and 2 illustrate a prior art contactless reader (described above).
도 3은 (앞에서 설명한) 종래 기술의 직접 복조를 이용하는 판독기의 전자 도면.3 is an electronic diagram of a reader using prior art direct demodulation (described above).
도 4 및 도 5는 (앞에서 설명한) 종래 기술의 이중 동기 검출 복조 I/Q의 원리를 나타낸 도면.4 and 5 illustrate the principle of a prior art dual sync detection demodulation I / Q (described above).
도 6은 본 발명에 따른 판독 안테나의 실시예를 도시한 도면.6 illustrates an embodiment of a read antenna in accordance with the present invention.
도 7은 본 발명의 판독기의 유사한 실시예를 나타낸 도면.7 shows a similar embodiment of the reader of the present invention.
도 8은 도 7의 판독기의 구현에 관련된 프로세싱 동작의 결과를 나타낸 도면.8 shows the results of processing operations related to the implementation of the reader of FIG.
도 9는 본 발명의 판독기의 디지탈 구현을 도시한 도면.9 illustrates a digital implementation of the reader of the present invention.
이 때문에, 본 발명의 목적은 우선 비접촉식 트랜스폰더에 의해 유도되는 전자기장(H) 내의 신호를 복조하는 모든 방법으로서, 트랜스폰더 신호들이 주어진 시간들 또는 주파수에서 검출되는 단계를 포함하는 것이다. 이것은 검출의 시간들 또는 주파수가 전자기장과 위상 동기화되는 것을 특징으로 한다.To this end, it is an object of the present invention to firstly all the method of demodulating a signal in the electromagnetic field H induced by a contactless transponder, comprising the steps of detecting the transponder signals at given times or frequencies. It is characterized in that the times or frequencies of detection are phase synchronized with the electromagnetic field.
본 발명의 다른 특성 또는 변형에 따르면,According to another feature or variant of the invention,
- 동기화를 위하여, 전자기장(H)에 의해 유발되는 플럭스가 추가 코일에서 픽업되고, 플럭스의 위상이 동기화 요소로서 사용된다.For synchronization, the flux caused by the electromagnetic field H is picked up in an additional coil and the phase of the flux is used as the synchronization element.
- 동기화를 위하여, 전자기장을 발생시키는 전류의 위상이 선택되고, 동기화 요소로서 사용된다;For synchronization, the phase of the current generating the electromagnetic field is selected and used as a synchronization element;
- 트랜스폰더의 신호는 전자기장(H)의 주파수와 동일한 샘플링 주파수 및 동일 위상으로 검출된다;The signal of the transponder is detected at the same sampling frequency and in phase as the frequency of the electromagnetic field H;
- 동기화 클럭 CLK는 전자기장 또는 그 발생 전류로부터 취해진 위상으로부터 생성되며, 이 클럭은 신호 검출 시간을 맞추는 데에 사용된다.The synchronization clock CLK is generated from the phase taken from the electromagnetic field or its generated current, which is used to match the signal detection time.
본 발명의 다른 목적은 메인 전자기장 송수신 안테나, 및 전자기 신호를 샘플링 주파수로 샘플링하는 수단을 포함하는 전자기 신호 복조기를 포함하는 비접촉식 트랜스폰더 판독기이다.Another object of the invention is a contactless transponder reader comprising an electromagnetic signal demodulator comprising a main electromagnetic field transmitting and receiving antenna and means for sampling the electromagnetic signal at a sampling frequency.
판독기는 복조기의 샘플링 주파수를 전자기장의 위상과 동일한 방식으로 시간을 맞추고 동기화할 수 있는 동기화 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The reader is characterized in that it comprises synchronization means capable of timing and synchronizing the sampling frequency of the demodulator in the same manner as the phase of the electromagnetic field.
다른 특징 또는 실시예에 따르면,According to another feature or embodiment,
- 동기화 수단은 트랜스폰더에 의해 사용되는 자기장(H)의 부분을 픽업할 수 있는 추가 안테나, 및 전자기장(H)의 동기 샘플링을 위한 제어 신호를 생성할 수 있는 샘플링 제어 회로를 포함한다;The synchronizing means comprises an additional antenna capable of picking up the part of the magnetic field H used by the transponder and a sampling control circuit capable of generating a control signal for synchronous sampling of the electromagnetic field H;
- 동기화 수단은 전기장(E)에 민감한 안테나를 포함한다;The synchronization means comprises an antenna which is sensitive to the electric field E;
- 동기화 수단은 판독 안테나를 형성하는 도전체 내를 흐르는 전류의 부분을 떼내고, 그로부터 샘플링을 동기화하기 위한 위상 정보를 추출할 수 있는 전류 분기 수단을 포함한다;The synchronizing means comprises current branching means capable of stripping off the part of the current flowing in the conductor forming the read antenna and extracting phase information therefrom for synchronizing the sampling;
- 추가 안테나는 메인 안테나에 대하여 디튜닝(detuning)된다;The further antenna is detuned relative to the main antenna;
- 복조기는 동기 검출 복조기이다.The demodulator is a synchronous detection demodulator.
마지막으로, 본 발명의 목적은 전자기장(H) 내에서 비접촉식 트랜스폰더에 의해 유도되는 신호들을 위한 복조기이고, 상기 복조기는 주어진 시간들에서 기능하는 신호 검출기, 및 검출을 전자기장의 위상에 종속화시키는 수단을 포함한다. 이것은 종속화 수단이 위상과의 동기화를 계속적으로 제공하는 것을 특징으로 한다.Finally, it is an object of the present invention to provide a demodulator for signals induced by a contactless transponder in an electromagnetic field H, which demodulator is a signal detector that functions at given times, and means for subjecting the detection to the phase of the electromagnetic field. Include. This is characterized in that the subordinate means continue to provide synchronization with the phase.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 특정 실시예에 관한 이하의 설명을 읽음으로써 알게 될 것이며, 이 설명은 첨부 도면과 함께 주어진다.Other features and advantages of the present invention will be appreciated by reading the following description of specific embodiments, which are given in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들 중 하나가 도 6에 도시되어 있다. 유리하게, 종속화는 적어도 1 턴을 포함하는 추가 코일 또는 안테나(8)를 이용하여 이루어질 수 있고, 그 값은 트랜스폰더의 안테나에 비교하여, 판독기(1)의 안테나에 대하여 무시할 수 있는 커플링 효과를 가질 것이다.One of the embodiments of the present invention is shown in FIG. 6. Advantageously, the subordination can be made with an additional coil or antenna 8 comprising at least one turn, the value of which is negligible for the antenna of the reader 1 compared to the antenna of the transponder. Will have
이 코일은 트랜스폰더에 의해 사용되는 전자기장의 부분을 픽업하도록 배치된다. 더 상세하게는, 이것은 판독 안테나에 부착될 수 있으며, 바람직하게는 판독 안테나와 동심상에 있을 것이다. 접속 핀(9)은 판독 안테나의 임피던스 정합 회로에 접속될 것이며, 반면에 핀(10)은 장 H로부터의 동기 신호를 판독기에 반환하는 데에 사용될 것이다.This coil is arranged to pick up the portion of the electromagnetic field used by the transponder. More specifically, it may be attached to the read antenna and will preferably be concentric with the read antenna. The connecting pin 9 will be connected to the impedance matching circuit of the read antenna, while the pin 10 will be used to return the sync signal from the field H to the reader.
이러한 장 H의 추가 동기 코일에 의해 생성되는 신호는 트랜스폰더 메시지를 아날로그 또는 디지탈 형식으로 샘플링하기 위해 사용될 것이다.The signal generated by this additional H coil will be used to sample the transponder message in either analog or digital format.
도 7 및 도 9는 각각 판독 디바이스(17, 18)(안테나, 판독기)의 아날로그 및 디지탈 구현을 제시한다. 도 7의 도면에서, 판독 안테나(4)로부터 발생되는 메시지 E는 아날로그 승산기(11)에 주입되며, 아날로그 승산기(11)는 그 출력에서 신호 S를 생성할 것이고, 레벨 정합 스테이지(13) 다음의 추가 코일(8)로부터 발생된 신호는 획득 체인(acquisition chain)에 관련된 위상 쉬프트의 고정된 부분을 보상하도록 의도된 조정가능한 패시지 디페이서(passage dephaser)(12, 도시되지 않음)에 의해 처리된다. 이 신호는 전계 효과 트랜지스터(FET)(M1)에 주입되는 Vc로 칭해지는 촙핑(chopping) 커맨드(샘플링)를 활성화하는 데에 사용된다. 이 커맨드는 다음과 같다.7 and 9 show analog and digital implementations of reading devices 17 and 18 (antenna, reader), respectively. In the diagram of FIG. 7, the message E generated from the read antenna 4 is injected into the analog multiplier 11, which will generate a signal S at its output, following the level matching stage 13. The signal generated from the additional coil 8 is processed by an adjustable passage dephaser 12 (not shown) intended to compensate for the fixed part of the phase shift associated with the acquisition chain. This signal is used to activate a chopping command (sampling) called Vc which is injected into the field effect transistor (FET) M1. This command is:
if Vc > 0 => S = +Eif Vc> 0 => S = + E
if Vc < 0 => S = -Eif Vc <0 => S = -E
이것은 E에 값 +/-1인 직각 신호 C를 승산한 값이며, S(t) = E(t).C(t)이다. 이러한 연산의 결과가 도 8에 나타나 있다.This is a value obtained by multiplying E by a right angle signal C having a value +/- 1, and S (t) = E (t) .C (t). The result of this operation is shown in FIG.
이 아날로그 승산기 함수는 동기 검출의 경우를 회상시키며, Vc는 추가 코일(8)에 의해 생성되고, 검출은 트랜스폰더가 속하는 장 H에 동 위상으로 종속된다. 앞에서 기술된 위상 문제는 사라진다. 장에 동기하여 이루어진 획득은 트랜스폰더의 이동 동안 그 트랜스폰더에 의해 유발되는 위상 변동에 반응하지 않는다.This analog multiplier function recalls the case of synchronous detection, Vc is generated by the additional coil 8, and the detection is in phase dependent to the field H to which the transponder belongs. The phase problem described above disappears. Acquisitions made in synchronism with the field do not respond to phase variations caused by the transponder during movement of the transponder.
도 9에서, 이러한 디지탈 동기 검출 판독기에서도 마찬가지로, 판독 안테나(4)로부터 발생된 메시지 E는 신호 E를 샘플링하도록 의도된 아날로그-대-디지탈 변환기(14)의 입력에 주입된다. 이 변환기는 메시지를 획득하는 데에 충분한 동적 범위를 갖도록 선택될 것이다 (12비트). 또한, 레벨 정합 스테이지(13) 다음의 추가 코일(8)로부터 발생되는 신호는 획득 체인에 관련된 위상 쉬프트의 고정된 부분을 보상하도록 의도된 조정가능한 패시브 위상 쉬프터에 의해 처리된다. 이 신호는 아날로그-대-디지탈 변환기(14)의 샘플링을 장으로부터 픽업된 클럭의 레이트로 트리거하는 데에 사용된다. 클럭 입력에 의해 유발된 각 트리거에서 변환기에 의해 획득된 샘플은, 처리 수단(16)에 의해 처리되기 위하여, 그 출력 버스(15)에서 디지탈 형태로 입수될 수 있다. 이 처리 수단은 예를 들어 프로그래밍가능한 코딩/디코딩 유닛(FPGA) 또는 마이크로프로세서 디바이스일 수 있다.In Fig. 9, in this digital synchronous detection reader as well, the message E generated from the read antenna 4 is injected into the input of the analog-to-digital converter 14 intended to sample the signal E. This converter will be chosen to have enough dynamic range to obtain the message (12 bits). In addition, the signal generated from the additional coil 8 after the level matching stage 13 is processed by an adjustable passive phase shifter intended to compensate for the fixed part of the phase shift associated with the acquisition chain. This signal is used to trigger the sampling of the analog-to-digital converter 14 at the rate of the clock picked up from the field. The sample obtained by the converter in each trigger caused by the clock input can be obtained in digital form on its output bus 15 for processing by the processing means 16. This processing means can be for example a programmable coding / decoding unit (FPGA) or a microprocessor device.
본 발명에 따른 방법이 판독 안테나에 의해 생성되는 자기장 H로부터 오는 정보에 의하여 복조를 종속화시키는 것을 포함한다는 점과 관련하여, 다른 실시예들도 유리하게 사용될 수 있다. 이것은 추가 코일(도 6의 8)이 자기장 H가 아니라 전기장 E에 민감한 다른 디바이스에 의해 대체될 수 있기 때문이다. 이 경우, 폐쇄된 윤곽을 표현하는 평면 코일(flat coil)은 전기장에 민감한 다이폴 안테나로 대체되어야 할 것이다. 그러면, 복조 스테이지에 신호를 반환하기 전에 진폭 정합 스테이지가 필요할 것이다.Other embodiments may also be advantageously used in that the method according to the invention comprises subjecting the demodulation by information coming from the magnetic field H generated by the read antenna. This is because the additional coil (8 in FIG. 6) can be replaced by another device that is sensitive to electric field E, not magnetic field H. In this case, a flat coil representing a closed contour will have to be replaced with a dipole antenna that is sensitive to electric fields. The amplitude matching stage will then be needed before returning the signal to the demodulation stage.
다른 실시예는 예를 들어 작은 부하(아주 낮은 값의 저항: 0.2옴)에 의하여 판독 안테나를 형성하는 도전체(도 6의 4) 내를 흐르는 전류의 부분을 떼내고, 정합 후에 이 위상 정보를 복조 스테이지로 반환하는 것을 포함한다. 이는 도전체 내를 흐르는 전류가 자기장 H의 소스이므로, 그 전류가 자기장 H와 동위상이기 때문이다.Another embodiment separates the portion of the current flowing in the conductor (4 in FIG. 6) that forms the readout antenna, for example, by a small load (very low resistance: 0.2 Ohm), and then matches this phase information after matching. Returning to the demodulation stage. This is because the current flowing in the conductor is the source of the magnetic field H, and therefore the current is in phase with the magnetic field H.
따라서, 본 발명의 방법은 복조 신호 기준을 표준화하기 위하여 비접촉식 제품을 테스트하는 방법에 관련된 ISO/IEC 10373-6에서 기술된 것들을 보충할 수 있다.Thus, the method of the present invention may complement those described in ISO / IEC 10373-6 related to a method of testing a contactless product to standardize demodulation signal criteria.
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