SI23785A

SI23785A - Postopek in vezje za visokofrekvenčno komuniciranje med izpraševalnikom in pametno nalepko

Info

Publication number: SI23785A
Application number: SI201100232A
Authority: SI
Inventors: Vinko Kunc; tiglic Maksimilijan Ĺ; Andrej Vodopivec
Original assignee: Ids D.O.O.; Austriamicrosystems Ag
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2012-12-31
Also published as: WO2013002737A8; WO2013002737A1

Abstract

Pri komuniciranju med izpraševalnikom in pametno nalepko, katere vezje je galvansko povezano z napetostnim virom, se v časovnih intervalih, v katerih se po komunikacijskem protokolu pametna nalepka ne odziva na izpraševalnik z oddajanjem visokofrekvenčnih odzivnih signalov, pametna nalepka opazuje prvo amplitudo (Ai), ki je amplituda napetosti, ki jo nosilni signal izpraševalnika inducira na nalepkini anteni. Pametna nalepka nato oddaja signale, s tem da svojo anteno vzbuja z napetostjo, katere amplituda je v bistvu stalna znotraj posameznega odzivanja in se kot druga amplituda (At) glede na dotlej opazovano prvo amplitudo (Ai) nastavi v glavnem tako, da je druga amplituda (At) obratno sorazmerna prvi amplitudi (Ai). Pametna nalepka po izumu nastavi čim nižjo amplitudo svojih odzivnih signalov, s tem da upošteva nazadnje ugotovljeno slabljenje signala na poti med izpraševalnikom in njo, s čimer se odpravi prevelika elektromagnetna emisija ter se varčuje z energijo baterije.

Description

IDS d.o.o., Sojerjeva ulica 63, SI-1000 Ljubljana

AUSTRIAMICROSYSTEMS AG, Schloss Premstatten, A-8141 Unterpremstatten

Postopek in vezje za visokofrekvenčno komuniciranje med izpraševalnikom in pametno nalepko

Izum se nanaša na postopek za visokofrekvenčno komuniciranje med konvencionalnim izpraševalnikom pasivne pametne nalepke in z izumom predlagano pametno nalepko, katere vezje je galvansko povezano z napetostnim virom, pri čemer se predmet izuma nanaša na samodejno naravnavanje amplitude nalepkinega odzivnega signala glede na sproti ugotavljano slabljenje visokofrekvenčnega signala na poti od izpraševalnika do pametne nalepke.

Izum je po mednarodni klasifikaciji patentov uvrščen v razred H 04B 01/59.

Poznane so aktivne pametne nalepke, ki obsegajo različna tipala in beležnik podatkov. Takšne aktivne pametne nalepke morajo delovati tudi v odsotnosti izpraševalnikovega polja. Zato so opremljene z baterijo.

Omenjeni izpraševalnik je eden izmed preprostih konvencionalnih izpraševalnikov visokofrekvenčnih pasivnih pametnih nalepk.

Poznane pa so tudi aktivne pametne nalepke za ultravisoko frekvenco pri 900 MHz. Takšne aktivne pametne nalepke se izpraševalniku lahko še vedno dovolj močno odzovejo le s pasivno moduliranim vzvratnim sipanjem celo pri tako šibkem izpraševalnikovem elektromagnetnem polju na njihovem mestu, da iz tega šibkega elektromagnetnega polja ne morejo izvleči dovolj moči za svoje delovanje. Pametne nalepke za ultravisoko frekvenco se torej opremijo z baterijo zato, da se v razmerah še zadovoljivega omenjenega komuniciranja zagotovi tudi njihovo delovanje, s čimer se dejansko poveča njihov domet.

Na omenjeni način pa se ne more povečati domet pametnih nalepk za visoko frekvenco, na primer pri 13,56 MHz. Namreč oddaljenost od izpraševalnika, pri kateri se takšne pametne nalepke več ne morejo odzvati z moduliranim vzvratnim sipanjem, je približno enaka oni, pri kateri iz šibkega izpraševalnikovega elektromagnetnega polja na njihovem mestu ne morejo več izvleči dovolj moči za svoje delovanje.

Pametne nalepke za visoko frekvenco pri 13,56 MHz, ki niso opremljene s tipali ali beležnikom podatkov, zato ne potrebujejo lastnega napetostnega vira za napajanje svojega vezja. Takšne pametne nalepke so le pasivne. Kadar morajo komunicirati z zmerno oddaljenim izpraševalnikom, se napajajo iz njegovega visokofrekvenčnega elektromagnetnega polja na mestu, kjer se nahajajo. Z izpraševalnikom pa komunicirajo, s tem da v časovnih intervalih svojega odzivanja pasivno znižajo amplitudo vzvratno sipanih izpraševalnikovih nosilnih valov, kar v teh časovnih intervalih povzroči interferenčni dvig amplitude napetosti na izpraševalnikovi anteni.

V pametni nalepki za visoko frekvenco pri 13,56 MHz, ki bi se opremila z baterijo zato, da bi se moč te baterije zadovoljivo uporabila za oddajanje odzivnih signalov s strani te pametne nalepke, bi bilo koristno naravnavati amplitudo odzivnega signala glede na razmere med njo in izpraševalnikom.

Podpora baterije pametni nalepki pri oddajanju signalov pa bi bila zelo potrebna zlasti v mejnih razmerah, ko gre za miniaturno pametno nalepko zelo majhnih linearnih razsežnosti ali pa je oddaljenost pametne nalepke od izpraševalnika večja od običajnega komunikacijskega dometa.

Sklop med anteno izpraševalnika in anteno miniaturne pametne nalepke z razsežnostmi reda velikosti 10 mm x 10 mm je nizek. Zato celo pri praktično uporabnih oddaljenostih od izpraševalnika miniaturna pametna nalepka iz elektromagnetnega polja izpraševalnika izvleče premalo moči za svoje napajanje, pa tudi na njej na moduliran način vzvratno sipani signal z interferenco prešibko vpliva na napetost na izpraševalnikovi anteni, da bi izpraševalnik lahko zaznal omenjeni modulirano vzvratno sipani signal. Izpraševalnikovo polje na mestu miniaturne pametne nalepke pa se še oslabi, ko se le-ta vstavi v drugo pripravo, na primer v mobilni telefon.

Poznana je mikro SD kartica (US 2010/0044444 Al), ki je opremljena z izpopolnjeno anteno in vezjem za ojačenje na nalepkini anteni sprejetega izpraševalnikovega signala pred dekodiranjem. Njeno vezje je galvansko povezano z napetostnim virom. Ne predlaga pa se, kako naj takšna mikro SD kartica pripravi signal za odzivanje izpraševalniku.

Naloga izuma je, v visokofrekvenčni pametni nalepki, katere vezje je galvansko povezano z napetostnim virom, nastaviti amplitudo v signalu za njeno odzivanje izpraševalniku pasivnih pametnih nalepk, tako da se bo upoštevalo slabljenje visokofrekvenčnega signala na poti med tem izpraševalnikom in to nalepko.

Navedena naloga izuma je rešena s postopkom po izumu za visokofrekvenčno komuniciranje med izpraševalnikom in visokofrekvenčno pametno nalepko, pri čemer je postopek opredeljen z značilnostmi iz označujočega dela prvega patentnega zahtevka, podzahtevki 2 do 4 pa opredeljujejo variante izvedbenega primera postopka po izumu, in z vezjem po izumu za izvajanje omenjenega postopka po izumu, pri čemer je vezje opredeljeno z značilnostmi iz označujočega dela petega patentnega zahtevka, podzahtevek 6 pa opredeljuje varianto izvedbenega primera vezja po izumu.

Visokofrekvenčna pametna nalepka po izumu na ugoden način nastavi čim nižjo primemo amplitudo svojih odzivnih signalov, s tem da upošteva nazadnje ugotovljeno slabljenje visokofrekvenčnega signala na poti med izpraševalnikom in njo, in tako na ugoden način odpravi preveliko elektromagnetno emisijo ter varčuje z energijo baterije.

Izum bo v nadaljnjem podrobno obrazložen na osnovi opisa izvedbenih primerov tako postopka po izumu kot vezja pametne nalepke po izumu za visokofrekvenčno komuniciranje med konvencionalnim izpraševalnikom in to pametno nalepko ter pripadajočega načrta in grafov časovnih potekov, ki prikazujejo na sl. 1 blokovno shemo vezja po izumu v pametni nalepki za visokofrekvenčno komuniciranje z izpraševalnikom, sl. 2 graf časovnih potekov usmerjene in zglajene napetosti na izpraševalnikovi anteni v času dveh odzivov pametne nalepke brez nastavljanja amplitude teh nalepkinih odzivnih signalov za sklopne faktorje 0,100, 0,020 in 0,005 med izpraševalnikovo anteno in nalepkino anteno in sl. 3 graf časovnih potekov kot na sl. 2 vendar s samodejnim nastavljanjem po izumu amplitude nalepkinih odzivnih signalov.

• ·

Postopek po izumu se nanaša na visokofrekvenčno komuniciranje med izpraševalnikom in pametno nalepko, katere vezje je galvansko povezano z napetostnim virom, na primer je opremljena z baterijo.

Izpraševalnik oddaja visokofrekvenčne radijske valove stalne amplitude (constant wave mode), ki ne nosijo nobene informacije.

Resonančna frekvenca fi visokofrekvenčnega antenskega kroga v izpraševalniku je na primer enaka 13,56 MHz.

Po izumu pametna nalepka na svojo anteno A vodi takšen signal (sl. 1), da bodo oddajani visokofrekvenčni signali v času, ko bodo vplivali na izpraševalnikovo anteno, v interferenci z izpraševalnikovim visokofrekvenčnim nosilnim signalom na izpraševalnikovi anteni dosegli želj eni interferenčni učinek na časovni potek napetosti na njej.

V ta namen mora signal, ki se vodi na nalepkino anteno A, imeti primemo amplitudo.

Pametna nalepka zato najprej kot prvo amplitudo Ai opazuje amplitudo napetosti, ki jo visokofrekvenčni nosilni signal izpraševalnika inducira na nalepkini anteni A. Omenjeno opazovanje poteka v časovnih intervalih, v katerih po komunikacijskem protokolu pametna nalepka ne oddaja visokofrekvenčnih signalov.

Nato pametna nalepka oddaja visokofrekvenčne signale, s tem da svojo anteno A vzbuja z napetostjo, katere amplituda je znotraj trajanja odzivnega signala v bistvu stalna. Vendar se ta amplituda napetosti na anteni A kot druga amplituda At glede na « · dotlej opazovano prvo amplitudo Ai nastavi tako, da je druga amplituda At, grobo rečeno, obratno sorazmerna prvi amplitudi Ai.

Kadar je prva amplituda Ai nizka, se izpraševalnikov signal na poti od izpraševalnika do pametne nalepke močno oslabi. Tedaj mora biti druga amplituda At visoka, saj se enaka slabitev signala pričakuje tudi na poti od pametne nalepke do izpraševalnika.

Natančneje povedano, pa se nalepkina antena A vzbuja z napetostjo, katere druga amplituda At se nastavi na naj večjo vrednost Atmax, kadar je prva amplituda Ai pod referenčno vrednostjo Airef prve amplitude Ai, oziroma se nalepkina antena A vzbuja z napetostjo, katere druga amplituda At se nastavi na vrednost, ki je določena z izrazom Atmax * Airef / Ai, kadar je prva amplituda Ai nad referenčno vrednostjo Airef prve amplitude Ai.

Omenjena referenčna vrednost Airef prve amplitude Ai se določi kot dva- do petkratnik minimalne vrednosti Aimin prve amplitude Ai, ki jo izpraševalnikovo magnetno polje v nalepkini anteni inducira pri najmanjši vrednosti gostote magnetnega polja na mestu nalepkine antene, ki se zahteva s standardom.

Druga amplituda At se nastavi ravno še dovolj visoko, da se omogoči komunikacija, obenem pa se čim bolj omeji elektromagnetna emisija in se varčuje z energijo.

Vezje pasivne pametme nalepke po izumu za visokofrekvenčno komuniciranje s konvencionalnim izpraševalnikom je prikazano na sl. 1.

Vezje pametne nalepke po izumu je na znan način galvansko povezano z napetostnim virom.

• ·

Izhodni signal ts’ signalnega generatorja SG se preko izhodnega ojačevalnika OA, ki za oblikovanje omenjenega nalepkinega odzivnega signala nastavi drugo amplitudo At kot amplitudo napetosti signala ts na nalepkini anteni A, vodi na nalepkino anteno.

s

Za oblikovanje omenjenih odzivnih signalov se signalni generator SG in ojačevalnik OA po izumu krmilita s signalom tos o začetku in koncu oddajanja pametne nalepke.

Merilnik amplitude AMC kot prvo amplitudo Ai opazuje amplitudo sprejetega signala rs, torej amplitudo napetosti, ki jo izpraševalnikov visokofrekvenčni nosilni signal inducira na nalepkini anteni A.

Merilnik AMC amplitude Ai sprejetega izpraševalnikovega signala s svojim prvim izhodnim signalom avs amplitudne vrednosti krmili omenjeni izhodni ojačevalnik is O A, tako da se druga amplituda At kot amplituda napetosti na nalepkini anteni A za oblikovanje nalepkinega valovnega paketa nastavi glede na vrednost dotlej opazovane prve amplitude Ai. Drugo amplitudo At, grobo rečeno, nastavi obratno sorazmerno prvi amplitudi Ai.

Merilnik AMC amplitude je na nalepkino anteno A priključen preko vezja Att/DC za slabitev signala in za vzpostavitev enosmernega napetostnega nivoja. Vezje Att/DC skrbi, da se signal rs oslabi med nalepkinim oddajanjem in da se vzpostavi enosmeren napetostni nivo v vezju, ko nalepka ne oddaja.

Vezje Att/DC za slabitev signala in za vzpostavitev enosmernega napetostnega nivoja je krmiljeno z omenjenim signalom tos, ki najavi začetek in prenehanje oddajanja pametne nalepke po izumu.

Na sl. 2 so za dva simulirana nalepkina odzivna signala prikazani časovni poteki usmerjene in zglajene napetosti Uirect na izpraševalnikovi anteni v času odzivanja pametne nalepke za tri različne sklopne faktorje med izpraševalnikovo anteno in nalepkino anteno: k = 0,100, 0,020 in 0,005.

Ta pametna nalepka ni opremljena s samodejnim nastavljanjem po izumu amplitude nalepkinega odzivnega signala. Pri sklopnem faktorju k = 0,100, nalepka tedaj leži na izpraševalniku, je signal, ki pride na izpraševalnikovo anteno močnejši od pričakovanega. V takem primeru lahko pride do nasičenja v izpraševalnikovem sprejemniku in nezanesljivega delovanja.

io Na sl. 3 pa so prikazani časovni poteki kot na sl. 2 vendar za pametno nalepko po izumu s samodejnim nastavljanjem amplitude nalepkinega odzivnega signala. Pri omenjenem zelo dobrem sklopu med izpraševalnikovo anteno in nalepkino anteno (k = 0,100) merilnik AMC amplitude izmeri visoko prvo amplitudo Ai in zato krmili izhodni ojačevalnik O A, tako da je druga amplituda At, torej amplituda napetosti signala ts na anteni A, primemo nižja in izpraševalnik sprejme signal s pričakovano amplitudo.

Claims

1. Postopek za visokofrekvenčno komuniciranje med izpraševalnikom in pametno nalepko, katere vezje je galvansko povezano z napetostnim virom, označen s tem, da v časovnih intervalih, v katerih se po komunikacijskem protokolu pametna nalepka ne odziva na izpraševalnik z oddajanjem visokofrekvenčnih odzivnih signalov, pametna nalepka opazuje prvo amplitudo (Ai), ki je amplituda napetosti, ki jo visokofrekvenčni nosilni signal izpraševalnika inducira na nalepkini anteni, in da pametna nalepka oddaja visokofrekvenčne signale, s tem da svojo anteno vzbuja z napetostjo, katere amplituda je v bistvu stalna znotraj posameznega odzivanja in se kot druga amplituda (At) glede na dotlej opazovano prvo amplitudo (Ai) nastavi v glavnem tako, daje druga amplituda (At) obratno sorazmerna prvi amplitudi (Ai).

2. Postopek po zahtevku 1, označen s tem, da se nalepkina antena vzbuja z napetostjo, katere druga amplituda (At) se samodejno nastavi na največjo vrednost (Atmax), kadar je prva amplituda (Ai) pod svojo referenčno vrednostjo (Airef), in da se nalepkina antena vzbuja z napetostjo, katere druga amplituda (At) se samodejno nastavi na vrednost, kije določena z izrazom Atmax * Airef / Ai, kadar je prva amplituda (Ai) nad svojo referenčno vrednostjo (Airef).

3. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da se referenčna vrednost (Airef) prve amplitude (Ai) določi kot dva- do pet-kratnik minimalne vrednosti (Aimin) prve amplitude (Ai), ki jo izpraševalnikovo magnetno polje v nalepkini anteni inducira pri s standardom zahtevani najmanjši vrednosti gostote magnetnega polja na mestu nalepkine antene.

4. Postopek po kateremkoli predhodnem zahtevku, označen s tem, da je resonančna frekvenca (fi) izpraševalnikovega antenskega kroga enaka 13,56 MHz.

5. Vezje za visokofrekvenčno komuniciranje med izpraševalnikom in pametno nalepko, katere vezje je galvansko povezano z napetostnim virom, označeno s tem, da merilnik amplitude (AMC) kot prvo amplitudo (Ai) opazuje amplitudo sprejetega signala (rs), ki je amplituda napetosti, ki jo izpraševalnikov visokofrekvenčni nosilni signal inducira na nalepkini anteni (A), in s svojim prvim izhodnim signalom (avs) amplitudne vrednosti krmili omenjeni izhodni ojačevalnik (OA), da se glede na dotlej opazovano prvo amplitudo (Ai) kot druga amplituda (At) za oblikovanje odzivnega signala nastavi amplituda napetosti na nalepkini anteni (A) po izbranem algoritmu.

6. Vezje po zahtevku 6, označeno s tem, daje merilnik amplitude (AMC) na nalepkino anteno (A) priključen preko vezja (Att/DC) za slabitev signala in za vzpostavitev enosmernega napetostnega nivoja in da se, signalni generator (SG), vezje (Att/DC) za slabitev signala in za vzpostavitev enosmernega napetostnega nivoja in izhodni ojačevalnik (OA) krmilijo s signalom (tos) o začetku in koncu oddajanja pametne nalepke, tako da omenjeno vezje slabi signal z nalepkine antene (A), medtem ko nalepka oddaja valovne pakete, in v vezju vzpostavi enosmerni napetostni nivo, ko pametna nalepka ne oddaja valovnih paketov.