NL9301169A - Snelle communicatie naar een programmeerbaar identificatielabel. - Google Patents

Description

Snelle communicatie naar een programmeerbaar identificatielabel.

De uitvinding betreft een elektronisch identificatiesysteem welke een snelle communicatie tussen de programmeerbare identificatielabel en de zend/ontvanger mogelijk maakt.

Een belangrijke toepassing van draadloze elektronische identifica-tielabels is het gebruik van deze labels als openbaar vervoer kaart. De label moet voor deze toepassing de afmetingen van een creditcard hebben, zoals genormeerd in de internationale norm ISO 7816. Om tevens gebruikt te kunnen worden in de bestaande infrastructuur is ook een contact interface volgens genoemde norm van groot belang. Deze combinatie van contact en draadloos label is onderwerp van de Nederlandse octrooiaanvrage no. 9101608 van aanvraagster. De draadloze interface moet hierbij zo ingericht zijn dat op grote afstand kan worden gelezen. Het schrijven mag slechts op beperkte afstand plaats kunnen vinden, immers de gebruiker van zo'n draadloze kaart moet bewust de kaart in een specifieke kleine zone brengen om een transactie te realiseren. De verwerkingssnelheid van het systeem zend/ontvanger en label moet zo groot zijn dat bij een normale beweging van de kaart door de programmeerzone, een transactie kan worden gerealiseerd. Vooral in verband met de noodzakelijke beveiliging tegen misbruik is het noodzakelijk veel gegevens van en naar de labels te sturen. Een snelle communicatieverbinding tussen label en zend/ontvanger is dan noodzakelijk. Bij programmeerbare identifica-tielabels zoals bijvoorbeeld bekend uit Europees octrooi nr 0287175 van aanvraagster, is om snelle communicatie mogelijk te maken de ontvangspoel niet afgestemd maar breedbandig gehouden. Dit betekent dat de maximaal te overbruggen afstand erg klein is. Immers door de opslingering van een resonant systeem zijn aanmerkelijk grotere afstanden haalbaar. Door deze opslingering wordt de bandbreedte klein en is de maximale communicatiesnelheid beperkt.

In de Europese octrooiaanvrage 0297688 van aanvraagster is een oplossing voor dit probleem voorgesteld, door twee omschakelbare werk-modes te definiëren. De ene mode maakt gebruik van een resonerende antennekring in de label waardoor een grote afstand kan worden overbrugd, terwijl in de tweede mode de antennekring zo sterk wordt gedempt, dat er een voldoende grote bandbreedte ontstaat, om snelle communicatie mogelijk te maken.

Bij de stand van de techniek voor programmeerbare identificatiela-bels is vooral de uitvoering van de labels eenvoudig gehouden. Immers een complexe schakeling is moeilijk in een miniatuurlabel onder te brengen. Bovendien is het stroomverbruik dat een complexe ont-vangschakeling in de label met zich mee zou brengen, erg nadelig voor de maximale werkafstand.

Om de schakeling eenvoudig te houden gebruikt Mikron pulspauzemodu-latie in zijn labels volgens de Europese octrooiaanvrage EP 0 473 569.

Een zeer vergelijkbare methode wordt gebruikt in het IC met type nummer e5570 van Eurosil electronic GmbH.

In het programmeerbare identificatie tag (PIT) IC dat door Philips onder type nummer PCF7930 op de markt wordt gebracht, wordt pulspo-sitie modulatie gebruikt om informatie naar de label te sturen. Om uit het signaal op één ontvangspoel zowel de clock als data te halen, worden enige eisen aan de signaalniveaus gesteld. Enerzijds moet de amplitude voldoende groot zijn om op eenvoudige wijze en zonder stroom consumerende versterking de clocksignalen te reconstrueren, zelfs bij het laagste niveau van de gemoduleerde kring-spanning, en anderzijds moet het laagste niveau voldoende laag zijn om het verschil met het hoogste niveau eenvoudig decodeerbaar te krijgen. Ook bij pulspositie en pulsduur modulatie moet in de label een referentieniveau over- resp. onderschreden worden, om de puls te kunnen vaststellen. Dit referentieniveau is meestal als een vaste waarde ingesteld. De grote variatie in afstand tussen label en zend-ontvanger maakt dat de veldsterkte ter plekke van de label zeer sterk kan variëren.

In figuur 1 is een curve getekend die voor een zendantennespoel van 20 cm rond de veldsterkte als functie van de afstand tussen label en antenne op de as van de zendspoel weergeeft. Hieruit blijkt dat bij normaal voorkomende werk afstand van identificatielabels, een verschil in veldsterkte van enige ordes van grootte goed mogelijk is. De in de spoel geïnduceerde wisselspanning kan dus enorm fluctueren. Met een moderne zeer fijne IC-technologie is de maximale spanning die kan worden verwerkt zonder dat beschadiging van de chip optreedt, beperkt tot een lage waarde van enige volt. Dit betekent dat er maatregelen moeten worden genomen om het IC te beveiligen tegen deze te hoge spanning. Dit gebeurt in de bekende techniek door bijvoorbeeld een zenerdiode parallel aan de voedingsaansluiting van de chip te schakelen, of ook wel door twee zenerdiodes die rug aan rug in serie parallel aan de resonantiekring zijn aangesloten. De hierdoor gestelde bovengrens van de spanning maakt dat de instelling van de modulatiediepte van de zend/ontvanger erg kritisch is. Een hogere amplitude van het zendsignaal zal in de label door deze beveiliging geen hogere spanning opwekken. De waarde van het laagniveau zoals dat in de label wordt gezien, heeft slechts in een gering afstands-gebied de goede waarde.

In EP0287175 is ter oplossing van dit probleem voorzien in een automatische aanpassing van het zendniveau. De hiervoor noodzakelijke regellus maakt vooral dat het systeem langzaam wordt.

De uitvinding geeft een oplossing voor bovengenoemde problemen, door automatisch om te schakelen naar de breedbandmode, zodra do magnetische veldsterkte ter plekke van de label een zekere minimumwaarde overschrijdt. Dit overschrijden wordt geconstateerd door de stroom in de begrenzerschakeling te meten en waarbij de stroom die in de begrenzer gaat lopen, wordt gebruikt om de data te reconstrueren.

Door de stroom te nieten en niet de spanning, zoals gebruikelijk is, kan het niveau van het laag niveau voldoende groot worden gemaakt. Immers het hoog niveau is ook bij zware oversturing van de beveilig-schakeling nog steeds eenduidig te meten. In de zendontvanger wordt het uitgezonden magneetveld zodanig gemoduleerd door de data, dat niet deze stroom zelf, maar het verschil in de stroom die in twee opeenvolgende periodes van de draaggolf loopt de betekenis van de data bepaalt, zodanig dat een zeer gering verschil in stroom het ene logische niveau vastlegt en een groter verschil het andere logische niveau en waarbij de label is ingericht om deze stroomverschillen te detecteren.

Bovendien voorziet de uitvinding in een methode om dit stroomver-schil eenvoudig te bepalen. Integreren van de stroom door de beveiliging in een periode van de draaggolf, en terug integreren in de daaropvolgende periode maakt dat de niveauverschillen die in deze periodes optreden, bepaald worden. Juist dit verschil is veel minder kritisch te bepalen dan een absolute waarde van het lage niveau, en dus over een veel groter afstand gebied te gebruiken om informatie naar de labels te sturen.

Aan de hand van de figuren wordt een uitvoeringsvoorbeeld nader beschreven.

Fig. 1 toont het verloop van de veldsterkte als functie van de afstand.

Fig. 2 toont een begrenzerschakeling volgens de stand van de techniek.

Fig. 3 toont een begrenzerschakeling volgens de uitvinding.

De schakeling van figuur 2 geeft een resonantiekring weer met daaraan parallel twee zenerdiodes die de maximale spanning over de kring begrenzen. In de bestaande techniek is dit nodig om de silicium chip die met de kring is verbonden te beschermen. Indien de kwaliteits- factor van de kring voldoende hoog is, kan de strenge symmetrie van de schakeling vervallen. Bij een hoge Q kan de energie-inhoud van de kring niet snel veranderen en levert derhalve een begrenzing van de positieve waarde van de kringspanning ook een begrensde negatieve waarde. Om de stroom door de spanningsbegrenzende zenerdiode te kunnen meten kan in serie een meetweerstand opgenomen worden. Een andere mogelijkheid is om in serie met de zenerdiode de basis-emit-terdiode van een bipolaire transistor op te nemen. In een low-power CMOS-technologie is die niet of nauwelijks te realiseren. Daar is een oplossing met veldeffecttransistoren wenselijk.

Om wille van de eenvoud is van de begrenzerschakeling volgens de uitvinding slechts de positieve tak getoond. Indien nodig, kan een gelijkwaardige negatieve tak worden toegevoegd. De begrenzer bestaat uit een schakeling waarvan het principe is getoond in figuur 3. De zenerdiode in deze schakeling is voor kleine stromen gedimensioneerd. In een CMOS-IC kan deze zenerdiode ook worden nagebootst door middel van een stapel als diode geschakelde transistoren. Zodra de spanning over de schakeling groter wordt dan de zenerspanning zal in deze zenerdiode stroom gaan lopen. Hierdoor loopt de gatespanning van transistor Tl op. Zodra deze spanning de drempelspanning van Tl overschrijdt, gaat er stroom lopen in transistor Tl. De maximale spanning die tussen source en drain van Tl kan optreden is begrensd tot de som van drempelspanning van Tl en de doorslagspanning van de zenerdiode. De transistor T2 is zodanig aangesloten dat de gate-source-spanning van deze transistor gelijk is aan die van Tl. Bij gelijke transistoren betekent dit dat in de drainleiding van T2 dezelfde stroom als in die van Tl wil gaan lopen. Door T2 veel kleiner te maken dan Tl zal een klein deel van de stroom die in Tl loopt in T2 kunnen lopen. De waarde van deze stroom is wel evenredig met de totale begrenzerstroom. De amplitude modulatie van de zender is zodanig dat voor overdracht van logische 'één-en' continu een sterk magneetveld wordt opgewekt. Een logische nul wordt verstuurd door gedurende een periode de veldsterkte te verlagen. De uitgang van de stroomspiegel T2 wordt aan een integratorschakeling toegevoerd. Deze integratorschakeling wordt zodanig bestuurd dat steeds over een volle periode van de draaggolf geïntegreerd wordt, en de daaropvolgende volle periode wordt terug geïntegreerd. Bij een constante amplitude zal de integratoruitgang aan het einde van elke periode juist weer 0 zijn. Bij een dip in de veldsterkte gedurende één periode zal aan het einde van die periode de integratoruitgang duidelijk positief zijn, en na nog een periode op weer de oude (hoge) veldsterkte te zijn, zal de integrator duidelijk een negatief signaal afgeven.

Interpretatie van de integratoruitgang is op conventionele wijze gerealiseerd. Op deze wijze is de maximale seinsnelheid één bit per periode van de draaggolf. De hiervoor noodzakelijke bandbreedte is gelijk aan de frequentie van de draaggolf. Door de integratie over meerdere periodes uit te strekken, kan de benodigde bandbreedte worden verkleind, weliswaar ten koste van de snelheid.

Claims (8)

1. Een elektronisch identificatiesysteem bestaande uit een zend/ont-vanger en één of meerdere labels, waarbij de communicatie van de zend/ontvanger naar de labels met hoge snelheid wordt gerealiseerd door de ontvangkring van de label breedbandig te maken, met het kenmerk, dat dit gerealiseerd wordt door middel van begrenzen van de maximale spanning over deze kring.

2. Een elektronisch identificatiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stroom die in de begrenzer gaat lopen, wordt gebruikt om de data te reconstrueren.

3. Een elektronisch identificatiesysteem volgens één of meerdere der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat niet deze stroom zelf, maar het verschil in de stroom die in twee opeenvolgende periodes van de draaggolf loopt de betekenis van de data bepaalt, zodanig dat geen of een zeer gering verschil in stroom het ene logische niveau vastlegt, en een groter verschil het andere logische niveau.

4. Een elektronisch identificatiesysteem volgens één of meerdere der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat de stroom die gedurende meerdere periodes loopt, wordt vergeleken met de stroom die in een daaropvolgend aantal periodes loopt.

5. Een elektronisch identificatiesysteem volgens één of meerdere der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat niet de hoofdstroom in de begrensschakeling wordt bepaald, maar een hiervan afgeleide waarde.

6. Een elektronisch identificatiesysteem volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat deze afgeleide waarde door middel van een stroomspiegelschakeling wordt bepaald.

7. Een elektronisch identificatiesysteem volgens één of meerdere der bovenstaande conclusies, met het kenmerk, dat stroomverschillen in de opeenvolgende periodes van de draaggolf worden bepaald door de stroom of een hiervan afgeleide waarde steeds over één periode van de draaggolf te integreren en op te slaan en deze geïntegreerde stromen te vergelijken.

8. Een elektronisch identificatiesysteem volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat voor het vergelijken van de stromen een dynamische comparator wordt gebruikt.