RU2234129C2 - Носитель данных для бесконтактного приема амплитудно- модулированных сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к носителю данных, по меньшей мере, с одной катушкой для бесконтактного приема амплитудно-модулированных сигналов. Техническим результатом является возможность устранения искажений модуляции принимаемого сигнала. Носитель содержит, по меньшей мере, одну катушку для бесконтактного приема амплитудно-модулированных сигналов, схему выпрямителя, схемное устройство для обработки и/или запоминания данных, схему регулирования напряжения питания, действующее как амплитудный демодулятор измерительное устройство тока. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение касается носителя данных по меньшей мере с одной катушкой для бесконтактного приема амплитудно-модулированных сигналов, с включенной после катушки схемой выпрямителя и с устройством для обработки и/или запоминания данных.

Такой носитель данных в настоящее время известен на рынке, главным образом в форме карты на интегральных микросхемах, в частности из немецкой заявки 19634134.5. В описанном там способе передачи данных между терминалом и переносным носителем данных по беспроводной электромагнитной линии передачи, как это вообще обычно при таких современных бесконтактных передачах, имеет место 100-процентная амплитудная модуляция (AM) несущего сигнала. Это включение/выключение сигнала несущей частоты хотя относительно легко может демодулироваться в носителе данных, но имеет недостаток, заключающийся в том, что во время бланкирующего интервала нет тактового сигнала.

В комиссиях по стандартизации для бесконтактной карты на интегральных микросхемах (ISO 14443) все же есть современное положение, чтобы для передачи данных от устройства записи/считывания к карте или в общем к носителю данных наряду с амплитудной манипуляцией (АМН, ON-OFF-Keying (OOK)) использовать также амплитудную модуляцию (AM, (Amplitude-Shift-Keying (ASK)) с коэффициентом модуляции 5-15%.

Такую модуляцию все же трудно демодулировать, так как расстояние между устройством записи/считывания и носителем данных может сильно меняться и вследствие этого амплитуда принимаемого сигнала подвержена колебаниям, которые накладываются на модуляцию и искажают ее. Кроме того, схемы в носителе данных имеют сильно меняющееся потребление тока, которое также сказывается на модуляции. Рассмотренные проблемы особенно критичны при пассивных носителях данных, которые не имеют собственного источника питания и энергию для своей работы получают из принимаемого сигнала.

Поэтому задачей изобретения является предоставление носителя данных, при котором эти проблемы могут быть уменьшены или совсем устранены.

Задача решается посредством носителя данных в соответствии с п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования даны в зависимых пунктах.

У носителя данных в соответствии с изобретением демодулятор реализован в связи с концепцией электропитания. В качестве первого мероприятия параллельно схемному устройству включена схема регулировки напряжения питания. Она вызывает развязку токов в заданном схемным устройством нагрузочном контуре и в заданном катушкой и выпрямителем контуре питания. За счет этого ток в контуре питания зависит только от предложения мощности из принимаемого катушкой сигнала. С помощью действующего как амплитудный демодулятор измерительного устройства тока для тока в цепи питания регистрируется амплитудная модуляция.

В первом варианте исполнения изобретения в цепи питания расположен измерительный резистор, выводы которого соединены со схемой демодулятора. Схема демодулятора определяет, таким образом, падение напряжения на измерительном резисторе, которое является мерой амплитудной модуляции.

Второй вариант исполнения изобретения предусматривает зеркальную схему тока, выходной ток которой равен или по меньшей мере пропорционален току в цепи питания и, тем самым, модуляции. Зеркальная схема тока имеет преимущество, заключающееся в том, что падение напряжения на диоде или диодном транзисторе в цепи питания нелинейно зависит от тока и при больших токах нарастает только с корнем от тока и этим ограничивает напряжение на выпрямителе. Несмотря на меньшее по сравнению с измерительным резистором сопротивление зеркального токового диода, желательно далее уменьшить значение сопротивления. Это в усовершенствовании в соответствии с изобретением происходит за счет напряжения смещения на затворе зеркального токового диодного транзистора, за счет чего он становится более проводящим. Напряжение смещения предпочтительно выбирается таким, что зеркальный токовый диодный транзистор все еще находится в состоянии насыщения.

Первая форма исполнения схемы формирования напряжения смещения реализуется с делителем напряжения, который соединен с напряжением питания, предпочтительно с регулируемым напряжением питания. Делитель напряжения в предпочтительном усовершенствовании может быть выполнен как фильтр нижних частот, чтобы подавлять колебания напряжения, которые вызываются на параллельном регуляторе изменяющейся нагрузкой.

Другая форма исполнения образована с другой схемой регулирования напряжения. Она предпочтительным образом может быть подключена к схеме регулирования напряжения питания, следовательно, питаться от нее, чтобы таким образом вырабатывать более стабильное выходное напряжение.

В третьем варианте исполнения изобретения зеркальная токовая схема интегрирована в схему выпрямителя. Таким образом, не падает никакого напряжения между схемой выпрямителя и нагрузкой, так как зеркальная токовая схема использует уже содержащийся в схеме выпрямителя диод. Предпочтительно используются две зеркальные токовые схемы, так как тогда частота импульсов входного тока включенной после зеркальной токовой схемы демодулятора удваивается, вследствие чего облегчается фильтрация в схеме демодулятора.

Падение напряжения может также детектироваться и оцениваться на самих диодах выпрямителя. Для этого, предпочтительно, по меньшей мере еще одна пара диодов включена параллельно ведущей к линии питания диодной паре схемы выпрямителя. Точка соединения расположенных в противоположной полярности диодов этой другой пары диодов соединена с первым входом схемы демодулятора. Поступившее через соответствующую диодную пару схемы выпрямителя напряжение питания подводится ко второму входу схемы демодулятора, так что схема демодулятора может определять разностное напряжение. Диоды представляют собой нелинейное сопротивление, характеристика которого должна приниматься во внимание при демодуляции. Этот вариант изобретения имеет одно преимущество, заключающееся в том, что нет дополнительного падения напряжения, и другое, состоящее в том, что на практике очень легко может быть проведено расширение схемы выпрямителя.

Предпочтительная комбинация регулировки напряжения питания в нагрузочном контуре с измерением тока в цепи питания достигается в другом исполнении изобретения с последовательной схемой регулировки, при которой регулируется напряжение на выходе схемы выпрямителя. Расположенный в токовой цепи между схемой выпрямителя и схемой регулирования напряжения питания транзистор управляется таким образом, что его сопротивление изменяется в зависимости от тока в цепи питания таким образом, что падение напряжения на транзисторе остается приблизительно постоянным. Регулирующий сигнал для транзистора тогда является мерой тока в цепи питания и, тем самым, модуляции.

Изобретение ниже объясняется подробнее на примерах исполнения с помощью чертежей. При этом показывают:

Фиг.1 - принципиальное изображение носителя данных в соответствии с изобретением,

Фиг.2 - принципиальное изображение первого примера исполнения,

Фиг.3 - принципиальное изображение второго примера исполнения изобретения,

Фиг.4 - усовершенствованный вариант примера исполнения в соответствии с фиг.3,

Фиг.5 - другой вариант усовершенствования исполнения в соответствии с фиг.3,

Фиг.6 - принципиальное изображение третьего варианта исполнения изобретения,

Фиг.7 - принципиальное изображение четвертого варианта исполнения изобретения,

Фиг.8 - принципиальное изображение пятого варианта исполнения изобретения и

Фиг.9 - детальное представление схемы регулирования и демодулятора в соответствии с фиг.8.

В соответствии с фиг.1 катушка 1 соединена со схемой 2 выпрямителя, которая, со своей стороны, снабжает по проводам 6, 7 напряжением питания схемное устройство 3 для обработки и/или запоминания данных.

Принципиально представленный на фиг.1 носитель данных, с одной стороны, должен иметь возможность принимать посредством катушки 1 энергию и данные от устройства записи/считывания, причем передаваемый от устройства записи/считывания сигнал несущей является амплитудно-модулированным. С другой стороны, также является возможным передавать данные от носителя данных на устройство записи/считывания, причем к тому же, например, и в настоящее время обычно проводится модуляция нагрузки на катушке 1. Так как подробности этого для данного изобретения не имеют значения, необходимые для этого схемные детали на фигурах не представлены и ниже также не излагаются.

Схемное устройство 3 для обработки и запоминания данных, во-первых, имеет предпочтительно энергонезависимое запоминающее устройство данных. Оно включает в себя также логические схемы для обработки и подготовки данных, в частности, чтобы в качестве реакции на принимаемые данные выполнять предусмотренную задачу. В особенно высокосовершенном исполнении такого носителя данных схемное устройство 3 включает в себя полный микрокомпьютер.

Описанное схемное устройство 3 нуждается, во-первых, в максимально постоянном напряжении питания, но в зависимости от подлежащей решению задачи имеется изменяющееся потребление мощности или тока. Хотя устройство записи/считывания будет передавать сигнал с постоянной мощностью к носителю данных, принимаемый там сигнал все же, в зависимости от расстояния носителя данных от устройства записи/считывания, будет иметь колеблющуюся амплитуду. Оба этих эффекта накладываются на амплитудную модуляцию сигнала несущей и могут, таким образом, искажать подлежащие приему данные.

В соответствии с изобретением проблема демодуляции амплитудно-модулированного сигнала решается в связи с концепцией электропитания, в частности стабилизации напряжения питания.

В качестве первого мероприятия параллельно схемному устройству 3 включена схема 4 регулирования напряжения питания. Этот параллельный регулятор 4 отводит более высокий ток, который подается от катушки 1 и схемы 2 выпрямителя в случае полной амплитуды, например при передаче логической "1". Напряжение на схемном устройстве 3 от этого остается неизменным. Посредством схемы 4 регулирования напряжения питания, следовательно, производится развязка определенной схемой 4 регулирования напряжения питания и схемным устройством 3 нагрузочной цепи LK и определенной катушкой 1 и схемой 2 выпрямителя, а также схемой 4 регулирования напряжения питания цепи питания VK. Ток I через цепь питания VK при этом является мерой амплитудной модуляции. Параллельно схеме 4 регулирования напряжения питания включен зарядный конденсатор 5, который служит в качестве накопителя энергии для схемного устройства 3.

Все названные ранее схемные детали могут быть реализованы как интегральная схема на полупроводниковом кристалле. При этом можно вывести наружу точки соединения зарядного конденсатора 5 с линиями 6, 7 питания, так что к полупроводниковому кристаллу может быть подключен внешний конденсатор для увеличения зарядной емкости.

В качестве второго мероприятия в соответствии с изобретением детектируется ток I через действующее как амплитудный демодулятор измерительное устройство SME тока, детектированный сигнал демодулируется и полученный таким образом сигнал данных подается на схемное устройство 3.

В качестве первой возможности измерительного устройства тока на фиг.2 показан измерительный резистор RM, который расположен в цепи VK питания и клеммы которого соединены со схемой демодулятора DS. Падение напряжения на измерительном резисторе RM является мерой тока I через цепь VK питания и, тем самым, мерой модуляции сигнала несущей.

Измерительный резистор RM хотя может быть просто реализован, он все же приводит к нарушениям за счет вызываемого им падения напряжения, так как за счет этого ограничивается дальность действия носителя данных. В другом исполнении изобретения реализовано измерительное устройство тока с зеркальной токовой схемой SP. Это показано на фиг.3. Включенный как диод транзистор T1 зеркальной токовой схемы SP расположен в цепи тока цепи VK питания, в то время как транзистор Т2 на своем стоке подает подлежащий демодуляции ток, который пропорционален току в цепи VK питания, на схему демодулятора DS. Такая зеркальная токовая схема SP имеет преимущество, заключающееся в том, что падение напряжения на транзисторном диоде Т1 является небольшим и этот транзистор Т1 без обратной связи, так как он работает в режиме насыщения.

Другое уменьшение падения напряжения в цепи VK питания в соответствии с фиг.4 и 5 достигается за счет нагрузки затвора, расположенного в цепи VK питания транзистора Т1 зеркальной токовой схемы напряжением смещения, при этом управляющий вывод диодного транзистора Т1 соединен с выходом схемы формирования напряжения смещения. Схема формирования напряжения смещения может быть реализована с помощью выполненного из сопротивлений R1, R2 делителя напряжения. В предпочтительном усовершенствовании схема формирования напряжения смещения дополнена конденсатором С до фильтра нижних частот, чтобы подавить колебания напряжения на параллельном регуляторе 4 за счет колебаний нагрузки.

В соответствии с фиг.5 для дальнейшей стабилизации напряжения смещения схема формирования напряжения смещения также может быть выполнена с другой схемой VRS регулирования напряжения. Она может быть нагружена тем же самым опорным напряжением Uref, что и схема 4 регулирования напряжения смещения. Опорное напряжение Uref отводится от регулируемого напряжения питания.

На фиг.5 несколько детальнее представлено возможное исполнение схемы демодулятора DS. Ток от транзистора Т2 зеркальной токовой схемы проводится через управляемое сопротивление RD. Падение напряжения на этом сопротивлении RD подводится к схеме фильтра FS для отфильтровывания постоянной составляющей и после этого к схеме КS сравнения, которая детектирует логический уровень. Схема регулирования демодулятора RS управляет сопротивлением RD таким образом, что при медленных колебаниях тока, таких, которые, например, получаются за счет механического движения носителя данных в электромагнитном поле устройства записи/считывания, получается постоянное падение напряжения. Схема регулирования демодулятора RS при этом включена параллельно сопротивлению RD, которое может быть выполнено посредством работающего в области сопротивления МОП-транзистора.

Схема 2 выпрямителя выполнена на диодах. В интегральных полупроводниковых схемах эти диоды чаще всего выполнены включенными как диоды транзисторами Т21-Т24. Чтобы избежать дальнейшего падения напряжения в цепи VK питания, эти транзисторные диоды могут быть дополнены до зеркальных токовых схем и зеркальный ток подводится к схеме демодулятора. На фиг.6 ведущие к положительной линии питания 6 транзисторные диоды Т23, Т24 выпрямительной схемы 2 дополнены до зеркальных токовых схем SP1, SP2. Для изменения направления на обратное за зеркальными токовыми схемами SP1, SP2 соответственно включено еще по одной зеркальной токовой схеме SP3, SP4. Находящиеся в схеме 2 выпрямителя зеркальные токовые схемы SP1, SP2 в представленном примере выполнены на n-канальных МОП-транзисторах и включенные после зеркальные токовые схемы SP3, SP4 выполнены на р-канальных МОП-транзисторах.

При форме исполнения изобретения в соответствии с фиг.7 диоды D1-D4 выпрямителя 2 используются как сопротивления, а падение напряжения на них как информация о силе тока подается на схему демодулятора. Показанное на фиг.7 предпочтительное выполнение этой формы исполнения включает в себя, кроме того, опорную ветвь выпрямителя с другими диодами D11, D22, которые включены параллельно ведущим к положительной линии питания 6 диодами D1, D2. Их точка соединения соединена, однако, со схемой демодулятора DS, так что она может оценивать разностное напряжение. Указанная пара диодов (D11, D22) имеет такую же полярность, как и пара диодов (D1, D2), причем вывод, соединяющий диоды (D11, D22), образует выход измерительного устройства тока.

Другая возможность детектирования протекающего в цепи VK питания тока показана на фиг.8. Там в цепи VK питания расположен регулирующий транзистор TR, который управляется схемой RDS регулирования и демодуляции. Схема RDS регулирования и демодуляции непосредственно соединена с выходными клеммами схемы 2 выпрямителя, так что с помощью образованного регулирующим транзистором TR и схемой RDS регулирования демодуляции последовательного регулятора поддерживается постоянным входное напряжение. Это происходит за счет управления регулирующим транзистором TR таким образом, что его проходное сопротивление изменяется в зависимости от тока так, что падение напряжения на регулирующем транзисторе TR остается постоянным. Управляющий сигнал для регулирующего транзистора TR тогда является мерой тока в цепи питания VK и соответственно может оцениваться.

Возможная схема для этого показана на фиг.9. Отводимое от делителя напряжения на сопротивлениях R3, R4, которые соединены с выходными клеммами схемы 2 выпрямителя, входное напряжение посредством компаратора V сравнивается с опорным напряжением Uref, и разностный сигнал через первый полосовой усилитель BPV1 подводится к затвору регулирующего транзистора TR. Выходной сигнал компаратора V, кроме того, проходит через второй полосовой усилитель BPV2, который на своем выходе имеет соответствующий модуляции сигнал. В принципе, можно также отказаться от полосовых усилителей BPV1, BPV2, когда компаратор V сам имеет подходящую характеристику фильтра и вход схемного устройства 3, к которому подводится демодулированный сигнал, не имеет обратной связи, так что не осуществляется регулирование регулирующего транзистора TR.

Для защиты интегральных схем в бесконтактном режиме работы на полупроводниковой интегральной схеме, кроме того, могут быть предусмотрены схемы ограничения напряжения. Так, схема ограничения постоянного тока может располагаться как перед выпрямителем, так и после выпрямителя.

Носитель данных в соответствии с изобретением до сих пор был представлен как работающий чисто бесконтактно. Все же без труда можно его выполнить также как комбинированный носитель данных или носитель данных с двойным интерфейсом, то есть наряду с приемной и передающей катушкой 1 предусмотреть также контактное поверхности, чтобы допустить контактный режим работы. В контактном режиме работы может быть необходимо отключить параллельный регулятор 4, чтобы не протекал слишком высокий шунтирующий ток, когда от контактов подается более высокое напряжение, чем мог бы установить параллельный регулятор. Для соответствующего управления параллельным регулятором 4 тогда необходима другая схема, которая распознает, работает ли носитель данных в бесконтактном или контактном режиме. Такая схема тогда, например, может детектировать и оценивать наличие напряжения питания на контактах и/или на включенной после катушки схеме выпрямителя, и/или наличие высокочастотного сигнала несущей на катушке, и/или наличие тактового сигнала на контактах.

Claims (11)

1. Носитель данных, по меньшей мере, с одной катушкой (1) для бесконтактного приема амплитудно-модулированных сигналов, с включенной после катушки (1) схемой (2) выпрямителя и со схемным устройством (3) для обработки и/или запоминания данных, отличающийся тем, что схемное устройство (3) включено параллельно схеме (4) регулирования напряжения питания и что действующее как амплитудный демодулятор измерительное устройство тока расположено между катушкой (1) и схемой (4) регулирования напряжения питания.

2. Носитель данных по п.1, отличающийся тем, что измерительное устройство тока образовано схемой демодулятора (DS) и резистором (RM).

3. Носитель данных по п.1, отличающийся тем, что измерительное устройство тока образовано схемой демодулятора (DS) и зеркальной токовой схемой (SP), расположенной в цепи тока между схемой (2) выпрямителя и схемой (4) регулирования напряжения питания.

4. Носитель данных по п.3, отличающийся тем, что управляющий вывод диодного транзистора (Т1) зеркальной токовой схемы (SP) соединен с выходом схемы формирования напряжения смещения.

5. Носитель данных по п.4, отличающийся тем, что схема формирования напряжения смещения образована делителем напряжения (R1, R2).

6. Носитель данных по п.4 или 5, отличающийся тем, что схема формирования напряжения смещения выполнена в виде фильтра нижних частот (R1, R2, С).

7. Носитель данных по п.4, отличающийся тем, что схема формирования напряжения смещения образована дополнительной схемой (VRS) регулирования напряжения.

8. Носитель данных по п.1, отличающийся тем, что измерительное устройство тока образовано схемой демодулятора (DS) и, по меньшей мере, одной зеркальной токовой схемой (SP1, SP2), диодный транзистор (Т23, Т24) которой действует как диодный транзистор схемы (2) выпрямителя.

9. Носитель данных по п.1, отличающийся тем, что измерительное устройство тока образовано схемой демодулятора (DS) и, по меньшей мере, одной дополнительной парой диодов (D11, D22), включенной параллельно ведущей к соответствующей линии питания паре диодов (D1, D2) схемы (2) выпрямителя и имеющей такую же полярность, причем соединяющий диоды (D11, D22) вывод образует выход измерительного устройства тока.

10. Носитель данных по п.1, отличающийся тем, что измерительное устройство тока образовано схемой (TR, RDS) регулирования входного напряжения, расположенной в цепи тока между схемой (2) выпрямителя и схемой (4) регулирования напряжения питания и выполненной в виде последовательного регулятора, причем для регулирующего транзистора (TR) последовательного регулятора используется управляющий сигнал, пропорциональный измеряемому току.

11. Носитель данных по одному из пп.2, 3, 8 или 9, отличающийся тем, что схема демодулятора (DS) образована управляемым, преобразующим ток в напряжение резистором (RD) и схемой (RS) регулирования демодулятора, управляющей резистором (RD).

Images