SK288677B6

SK288677B6 - Spôsob spracovania signálu vysielaného z NFC analógového budiča a zapojenie na jeho vykonávanie

Info

Publication number: SK288677B6
Application number: SK50029-2015A
Authority: SK
Inventors: Miroslav Florek
Original assignee: Logomotion, S.R.O.
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2019-06-04
Also published as: US10291447B2; SK500292015A3; WO2016193926A1; EP3304838A1; US20180183638A1

Abstract

Pri bezkontaktnom prenose dát z PICC zariadenia (1) do PCD zariadenia (4) so záťažovou moduláciou sa v rámci PICC zariadenia (1) analógový signál medzi vysielacou anténou (3) a výstupom budiča (2) demoduluje. Z demodulovaného výstupu sa generujú digitálne dáta na riadenie následnej úpravy signálu privádzaného do anténnej sústavy PICC zariadenia (1). Digitálne dáta získané z demodulovania signálu sa použijú na zosilnenie a/alebo zoslabenie signálu prijímaného na strane PCD zariadenia (4) a/alebo na synchronizáciu, alebo na inú úpravu signálu na strane PICC zariadenia (1), pričom sa nevyžaduje zmena analógového budiča (2). Zapojenie na výstupoch LA, LB sa svojimi vlastnosťami javí pre analógový budič (2) podobne ako priamo pripojená anténa. Takéto spracovanie a zapojenie umožňuje použiť široko dostupné analógové budiče (2), analógové rozhrania, ktoré sa môžu kombinovať s rôznymi ďalšími prvkami iných výrobcov, čím sa dosiahne reálna kompatibilita a vysoká voľnosť pri dizajnovaní obvodov, ako aj nezávislosť od konkrétneho výrobcu čipov.

Description

Vynález sa týka spôsobu a zapojenia na spracovanie signálu, ktorý sa prenáša do vysielacej antény z rozhrania analógového výstupu NFC (Near field commimication, komunikácia na krátku vzdialenosť) budiča pri bezkontaktnom prenose dát z PICC (Proxímity lntegrated Circuit Card, blízka karta s integrovaným obvodom) do PCD (Proxmiity Coupling Device, blízke spojovacie zariadenie) najmä ako čítačky. Vynález opisuje spracovanie signálu ako prípravu na následné úpravy signálu, napríklad pre zosilňovanie, zoslabovanie, synchronizovanie, diagnostiku, pričom nie je potrebné meniť analógovú podstatu výstupov pôvodného analógového budiča.

Doterajší stav techniky

Pri vysielaní signálu z PICC zariadenia do PCD zariadenia sa využíva transformátorová väzba. Prenos dát sa realizuje amplitúdovou moduláciou, ktorá sa generuje zmenou záťaže v budiči antény. Zmena záťaže spôsobí zmenu prúdu na strane PCD, krie sa tieto zmeny sledujú a digitaíizujú sa z nich prenášané dáta. Budič má zvyčajne podobu špecializovaného čipu, napríklad NFC čipu s výstupmi LA, LB s nastavenímna príslušnú rezonančnú frekvenciu. K výstupom LA, LB je pripojená anténa. Vprípade analógového budiča nemá príslušný čip digitálny výstup s dátami, ktoré by sa dali použiť na riadenie prípadnej ďalšej úpravy signálu. Absencia digitálnych dát spôsobuje technické problémy s prípadným ďalším spracovaním signálu medzi anténou a budičom. Riešením je použitie budiča s digitálnym výstupom, existuje v š ak len málo dostupných čipov s digitálnym výstupom a tieto sú zároveň málo kompatibilné s ostatnými prvkami iných výrobcov.

Riešenia podľa zverejnení US2014086301, KR20130105259, US2013084799, GB2501792 upravujú signál pomocou zosilňovača, tieto riešenia nie sú však použiteľné v existujúcom zapojení s analógovým budičom

Je žiadané a nie je známe také usporiadanie a taký postup, ktorý umožní využiť bežne dostupné budiče s analógovým výstupom a zároveň umožni digitálne riadiť následné úpravy signálu, pričom zapojenie nasledujúce za výstupom z budiča sa zo strany budiča prejavuje rovnako alebo podobne ako pôvodná anténa pripojená priamo na výstupy budiča.

Podstata vynáh'zu

Nedostatky uvedené v doterajšom s tave techniky podstatnou mierou odstraňuje spôsob spracovania signálu vysielaného z NFC analógového budiča pri bezkontaktnom prenose dát z PTCC zariadenia do PCD zariadenia so záťažovou moduláciou, kde v rámci PICC zariadenia je k analógovému výstupu NFC analógového budiča pripojená vysielacia anténa a kde analógový budič na svojom výs tupe generuje modulovaný signál s prenášanými dátami smerujúcimi do PCD zariadenia podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že vysielaný analógový signál medzi vysielacou anténou a výstupom analógového budiča sa derooduhije a z demodulovaného výstupu sa generujú digitálne dáta na riadenie následnej úpravy signálu privádzaného do anténnej sústavy PICC zariadenia. Podstatou je teda demodulácia na strane vysielača, teda že sa demodulujú dáta pri vysielaní, čo bolo doteraz bežné len pri prijímaní signálu. Anténna sústava môže pritom zahŕňať okrem antény zapojenej k. výstupom LA, LB aj ďalšie antény, výhodne môžu byť tieto antény tvorené vinutiami na jednom jadre. Digitálne dáta v podstate zodpovedajú dátam, ktoré boli použité na strane analógového budiča k modulácii vysielaného signálu, ale príslušný čip s čisto analógovými výstupmi nevie tieto dáta poskytnúť pre ďalš ie obvody spracovania s ignáhi.

Pojem NFC, Near field communication, v tomto vynáleze opisuje akýkoľvek bezkontaktný prenos aspoň s čiastočným využitím transformátora vej väzby, vrátane, nie však výlučne podľa platformy ISO/iEC 14443.

PICC zariadenie môže mať akúkoľvek: vonkajšiu podobu, môže ísť o klasickú kartu alebo o vyberateľnú pamäťovú kartu rôznych formátov, napríklad microSD formátu. Postup spracovania podľa tohto vynálezu sa realizuje úpravou výhradne v rámci obvodov PICC zariadenia, na strane čítačky PCD zariadenia nie sú potrebné žiadne zmeny.

Podstatným znakom vynálezu je demodulácia signálu, ktorý je už v skutočnosti pripravený na vysielanie anténou PICC zariadenia. Demodulácia je bežným spôsobom spracovania prijímaného signálu, nie je však známy m spôsobom spracovania ešte lert vysielaného signálu na sírane PICC zariadenia. Signál sa v rámci PICC zariadenia inoduluje zmenou záťaže, z pohľadu dizajnéra elektronických obvodov PICC zariadenia nie je žiaden dôvod takýto signál na strane PICC zariadenia naspäť detnodulovať, ale práve demodulácia a digitálne spracovanie v rámci PICC zariadenia prináša dôležitú technickú výhodu. Takéto spracovanie umožňuje použiť široko dostupné analógové budiče, analógové rozhrania, ktoré sa môžu kombinovať s rôznymi ďalšími ptvkam. Digitálny výstup je trožné získal⁵ aj použitím digitálneho budiča, ktorý môže mať výstup s digi

S K 288677 B6 tálnymi dátami na riadenie následnej úpravy signálu, ale digitálne rodiranie má nízku kompatibilitu s dostupnými prvkami iných výrobcov. Napríklad v prípade potreby zaradenia zosilňovača medzi anténu a budič s digitálnym výstupom je možné použiť len kompatibilný digitálny zosilňovač, čo v podstate znamená digitálny zosilňovač výrobcu zhodného s výrobcom budiča.

Dôležitou výhodou tohto vynálezu je dosiahnutie vysokej kompatibility vysielacích prvkov na strane PICC zariadenia, keďže sa zachová analógový charakter analógového budiča a pritom sa zároveň umožní digitálne riadenie ďalšieho spracovania signálu, teda umožni spracovávať signál na digitálnej platforme napriek tomu, že analógový budič má analógový výstup. To poskytuje možnosť signál medzi analógovým budičom a vysielacou anténou zosilniť, dočasne zoslabiť alebo synchronizovať, alebo inak upraviť s požadovaným výsledkom a na digitálnej platforme, napriek tomu, že analógový budič má analógový výstup. Najbežnejším následným spracovaním bude zosilnenie a/alebo zoslabenie signálu prijímaného na strane PCD zariadenia. Bude pritom výhodné, ak takéto zoslabenie alebo zosilnenie bude trvať len presne určený časový úsek: v rámci jednej prenosovej udalosti, podľa požiadaviek riadiaceho algoritmu, napríklad po skončení inicializačnej etapy danej prenosovej udalosti. Stabilná úroveň signálu na výstupoch LA, LB sa môže počas iniciácie prenosu zoslabiť a neskôr samôže naopak zosilniť na zvyšok priebehu prenosovejudalosti

Postup spracovania signálu vysielaného z NFC analógového budiča podľa tohto vynálezu bude pri návrhu zapojenia realizovaný predovšetkým úpravou bežného zapojenia, kde je pôvodne priamo na výstupy LA, LB analógového budiča pripojená anténa. Analógový budič v podobe NFC čipu je nastavený na príslušnú rezonančnú frekvenciu a je preto dôležité, aby sa zapojenie na realizáciu postupu podľa tohto vynálezu javilo na výstupe budiča rovnako ako pôvodná anténa. Predovšetkým je vhodné, aby výstupný odpor zapojenia bol zrovnateľný s impedanciou pôvodnej antény, na čo sa môžu využiť rezistorv zapojené do série na oboch vetvách za diódovým premostením demodulátora v smere z analógového budiča k anténe. Je výhodné, ak sa odpor zapojenia nelíši od impedancie pôvodnej antény o viac ako ± 20 %.

Nedostatky uvedené v stave techniky podstatným spôsobom odstraňuje aj samotné zapojenie na spracovanie signálu vysielaného z NFC analógového budiča pri bezkontaktnom prenose dát z PICC zariadenia do PCD zariadenia so záťažovou moduláciou podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva tiež v tom, že medzi vysielaciu anténu PICC zariadenia a analógový výstup analógového budiča tejto antény je zapojený demodulátor, ktorého výstup je pripojený k digitalizátoru, teda k prvku na prevod analógových dát do digitálnej podoby. Dátový výstup z digitalizátora je určený na riadenie následnej úpravy signálu alebo na iné využitie odvodené z priebehu vysielaného s ignálu.

Je výhodné, ak odpor celého zapojenia na strane antény je doreguiovaný pomocou odporov na vetvách tak, aby sanelíšil od impedancie pôvodnejantény viac ako o ± 20 %.

Zapojenie generuje na výstupe z digitalizátora údaje, ktoré sa môžu využiť napríklad tak, že k digitalizátoru je pripojený výkonový budič, ktorým sa pomocou zmeny fázy' môže meniť amplitúda signálu delegovaná na strane PCD zariadenia. Anténna sústava PICC zariadenia môže zahŕňať drahé vinutie, vo výhodnom usporiadaní bude druhé vinutie na jadre spoločnom s vinutím prvej antény. Druhé vinutie predstavuje prvok na aktívne ovplyvnenie vysielaného signálu, do druhého vinutia sa vysiela signál upravenýpodľa spätne digitalizovaných dát z. výstupov analógového budiča. Bežný odborník môže vytvoriť ďalšie po dskupiny zapojení, ktoré využívajú demodulátor medzi analógovým budičom a anténou a digitalizátor pripojený k demodulátora a ío podľa požadovaného druhu následného spracovania signálu.

Opísaná podstata vynálezu sa môže použiť aj pri zapojení, kde je viacero samostatných analógových budičov. V takom prípade je výhodné, ak zapojenie zahŕňa prepínač, ktorým sa obvod demodulátora pripája na jeden z viacerých analógových budičov. Každý analógový budič môže byť priradený k samostatnému secure elementu umiestnenému v rámci PICC zariadenia. Seeure element (SIí) označuje prvok, ktorý' je odolný proti neoprávnenej manipulácii, ktorý je schopný bezpečne hostiť aplikácie a ich dôverné a kryptografické dáta v súlade s pravidlám a bezpečnostným požiadavkami dôveryhodného orgánu,

Vynález prináša možnosť jednoduchej úpravy existujúceho dizajnu vysielača PICC zariadenia s analógovým budičom bez digitálneho výstupu, pričom sa dosiahne vyššia kompatibilita jednotlivých prvkov zapojenia od rôznych výrobcov. Zapojenie následne umožňuje efektívnu úpravu signálu s digitálnym nadetiítn

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je bližšie vysvetlený na obrázkoch 1 až 3.

Na obrázku í je zapojenie antény k NFC analógovému budiču podľa stavu techniky.

Na obrázku 2 je znázornený príklad zapojenia s demodulovanim signálu pri vysielaní z microSD karty vloženej v mobilnom telefóne.

Obrázok 3 zobrazuje zapojenie pri vysielaní z jedného z dvoch prepínateľných analógových budičov, ktoré obsluhujú dva samostatné seeure elementy na microSD karte.

S K 288677 B6

Príklady’ uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V torrío príklade podľa obrázka 2 je PICC zariadenia i vrátane antény 3 umiestnený v tele microSD karty. MicroSD karta je určená na zasunutie do príslušného slotu v mobilnom telefóne, pričom s a má zabezpečiť dostatočné stabilné vysielanie z microSD karty cez kovové telo mobilného telefónu. Bodkovanou čiarou na obrázku 2 je znázornená časť obvodu, ktorá môže zahŕňať rôzne prvky podľa konkrétne požadovanej úpravy signálu, podstatné je pripojenie k demodulátoru 5. V spodnej časti obrázka 2 sú znázornené dve alternatívy umiestnen ia PICC zariadenia na microSD karte auaSIM karte.

Pôvodné zapojenie podľa obrázka 1 má anténu 3 pripojenú k výstupom LA, LB analógového budiča 2. Technická úloha teraz spočíva v tom, aby sa signál dostupný na analógovom výstupe LA, LB mohol spracovať pomocou digitálneho riadenia, pričom však, samotný čip analógového budiča 2 netná. výstup s príslušnými digitálnymi dátami modulácie vysielaného signálu. Potreba takéhoto spracovania pramení z nízkej úrovne signálu na strane PCD zariadenia 4, čo je spôsobené najmä tienením microSD karty v mobilnom telefóne. Najpriamejším riešením takto definovanej technickej úlohy je zmena celého dizajnu bezkontaktného rozhrania, pri ktorej by sa nahradil analógový budič 2 novým čipom s digitálnym výstupom Z technologického hľadiska by však takéto rozhodnutie viedlo k rozsiahlym problémom s kompatibilitou nového čipu a od rovnakého výrobcu by sa museli zadovážiť aj ďalšie súvisiace elektronické obvody. To by okrem iného znamenalo súčiastkovú závislosť od jedného dodávateľa a tiež obmedzenia pri ďalšom vývoji dizajnu zapojenia.

Z uvedených dôvodov je použité nové zapojenie podľa obrázka 2, kde sa medzi analógový budič 2 a anténu 3 zapojí na výstupy LA, LB amplitúdový demodulátor 5. Medzi diódami Dl a D2 demodulátora 5 je odbočka, ku ktorej je pripojený digitalizáíor 6, ktorým sa v podstate získavajú pôvodné digitálne dáta modulácie. Zapojenie analógového budiča 2 s demodulátorom 5 a digitalizátororn 6 sa ako celok teraz javí rovnako, akoby bol k dispozícii analógový budič 2 s digitálnym výstupom, na ktorý sú privádzané dáta použité pri modulácii signálu ua výstupoch LA, LB. Výstup z digitalizátora 6 je teraz, použiteľný na riadenie rôznych uprav vysielacieho signálu. Obrázok 2 neobsahuje síce ďalšie obvody realizujúce konkrétne úpravy, je však zrejmé, že po získaní digitálneho výstupu sa môžu príslušné dáta spracovať v súčiastkach a v obvodoch, ktoré sú už samostatne známe, napríklad v zosilňovači, v módulátore, v ďalšom budiči a podobne.

Obvod demodulátora 5 má na vetvách vychádzajúcich z LA, LB zapojené odpory R2, R3, ktorými je doladená impedaticia zapojenia na strane antény 3, pričom sa táto impedancia líši od irrpedancie pôvodnej antény men ej ako o 10 %.

Pri vysielaní signálu z PICC zariadenia 1 sa mení zmena záťaže Z v obvode analógového budiča 2. Táto zmena sa za rozhraním LA, LB sleduje na diódovom demodulátore 5 s diódami Dl, D2. Demudulovaný signál spomedzi diód Dl, D2 sa porovná v digíializátori 6 a výstupom z neho sú d igitálne dáta, ktoré zodpovedajú riadiacim dátam modulácie použitej na strane analógového budiča 2. Druhé vinutie 8 je vytvorené na spoločnom jadre s anténou 3. Medzi demodulátorom 5 a anténou 3 je vytvorená odbočka na digitálny lazový záves DPLL - Digital Phase-Locked Loop (napríklad ako obvod, ktorý na základe frekvencie referenčného oscilátora produkuje frekvenciu, ktorá je násobkom alebo podielom tejto frekvencie).

Na obrázku 2 je v dolnej časti tiež znázornené, že rovnaké zapojenie je možné použiť nielen pri vyberateľnej' pamäťovej karte, ale aj pri SIM karte rôznych formátoch.

Príklad 2

V tomto príklade podľa obrázka 3 je vynález použitý pri dvoch analógových budičoch 2 s analógovými výstupmi. Existencia dvoch samostatných bezkontaktných rozhraní vyplýva z použitia dvoch secure elementov, ktoré sú v tomto príklade umiestnené na microSD karte. Aby sa nemusel zdvojnásobovať obvod s demodulátorom 5 a digitalizátororn 6, je použitý prepínač 7, ktorým sa do zapojenia k LA, LB alternatívne pripája jeden z dvoch analógových budičov 2. Postup spracovania signálu je následne podobný ako v predchádzajúcom príklade. Prepínač 7 je v tomto príklade analógový.

Príeuryselná wtsžitei’riosť

Priemyselná využiteľnosť vynálezu je qavná. Podľa tohto vynálezu je možné spracovávať analógový signál medzí analógovým budičom a anténou a askavať z nebo digitálne dáta použiteľné na riadenie ďalšej úpravy signálu. Vynález umožňuje využiť širokú škálu analógových budičov, ktoré majú v praxi vyššiu mieru kompatibility ako čipy s digitálnymi výstup tni..

S K 288677 B6

Zoznam vzťahových značiek

- P1CC zariadenie

-analógový budič

-anténa

--PCD zariadenie

- demoduiátor

- digitaiizátor

-prepínač

- druhé vinutie

LA, LB -- výs tupý analógového budiča R2, R3 -reastory

Z - záťaž

Dl, D2 -- diódy deinodulátora

PÍCC -Proximily IntegratedCircuit Card, blízki karta s integrovaný tu obvodom

PCD -Proximity Coupling Device, blízke spojovacie zariadenie

NFC - Near field conmtnication, komunikácia na krátku vzdialenosť

DPLL -Digital Phase-Locked Loop, digitálny fázový záves

Claims

PATENTO V É N Á R O K¥

1. Spôsob spracovania signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) pri bezkontaktnom prenose dát z PTCC zariadenia (J) do PCD zariadenia (4) so záťažovou moduláciou, kde v rámci PICC zariadenia (1) je k analógovénai výstupu NFC analógového budiča (2) pripojená vysielacia anténa (3) a kde analógový budič (2) na svojom výstupe generuje modulovaný signál s prenášanými dátami smerujúcimi do PCD zariadenia (4), vyznačujúci sa t ý m, že vysielaný analógový' signál medzi vysielacou anténou (3) a výstupom analógového budiča (2) sa na strane PICC zariadenia (ľ) demoduluje a zdemodulovaného vystúpi· sa generujú digitálne dáta na riadenie následnej úpravy signálu privádzaného do anténnej sústavy PICC zariadenia (1).
2. Spôsob spracovania signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa nároku 1, vyznáč b j ú c i sa i ý m, že digitálne dáta získané z denodulovania signálu sa použijú na zosilnenie a/alebo zoslabenie signálu prijímaného na strane PCD zariadenia (4).
3. Spôsob spracovania signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa nároku 2, vyznačujúci s a t ý ib , že signál sa zosilňuje a/alebo zoslabuje len počas požadovaného časového úseku v rámci jednej prenosovej udalosti.
4. Spôsob spracovania signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 3, vy z a a čujúci sa t ý m , že pomocou digitálnych dát z deroodulovanta signálu sa riadi druhý budič aktívny v anténnej sústave PICC zariadenia (1).
5. Spôsob spracovania signáli· vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až 4, vyznačujúci sa tým, že digitálne dáta z demodulovania signáli· sa použijú na moduláciu signálu vysielaného do druhej antény na strane PICC zariadenia (1), ktorá je elektromagneticky previazaná s anténou (3).
6. Zapojenie na spracovanie signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) pri bezkontaktnom prenose dát z PICC zariadenia (1) do PCD zariadenia (4) so záťažovou moduláciou, vyznačujúce s a í: ý m, že medzi vysielaciu anténu (3) PICC zariadenia (1) a analógový výstup analógového budiča (2) antény (3) je na strane PTCC zariadenia (J) zapojený demodulátor (5), ktorého výstup je pripojený k digitalizátoru (6), pričom demodulátor (5) je zapojený na demoduláciu signálu vysielaného z analógového budiča (2) do antény (3).
7. Zapojenie na spracovanie signálu vysielaného zNFC analógového budiča (2) podľa nároku 6, vy z n a č u j ú c e sa tým, že obvod demodulátora (5) na vetvách pripojených k výstupom LA, LB má rezistory Rl, R2 na doladenie impedancie.
8. Zapojenie na spracovanie signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa nárokov 6 alebo 7, vyznačujúce sa tým, že k digitalizátoru (6) je pripojený druhý budič, ktorý je prispôsobený na zmenu amplitúdy signálu delegovaného na strane PCD zariadenia (4), výhodne pomocou zmeny fázy.
9. Zapojenie na spracovanie signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 6 až 8, vy z n a č u j ú c e sa t ý m, že anténna sústava PICC zariadenia (1) zahŕňa druhé vinutie (8) na jadre spoločnom s vinutím antény (3).
10. Zapojenie na spracovanie signálu vysielaného zNFC analógového budiča (2) podľa nároku 9, vy z n a č u j ú c e s a t ý m, že druhé vinutie (8) je pripojené k výstupu signálu, ktorý je upravený ua základe dát z demodulátora (5) a/alebo digitalizátora (6).
11. Zapojenie na spracovanie signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 6 až 10, vy z b a čujúce s a t ý m , že medzi demodulátororn (5) a anténou (3) je vytvorená odbočka na fázový záves.
12. Zapojenie na spracovanie signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2) podľa ktoréhokoľvek z nárokov 6 až 1 i, vy z u a č u j ú c e sa t ý m , že zahŕňa prepínač <7), ktorým sa obvod demodulátora (5) pripája na jeden z viacerých analógových budičov (2), výhodne je každý analógový budič (2) priradený k samostatnému secure elementu umies tri enému v rámci PICC zariadenia (1).
13. Zapojenie na. spracovanie signálu vysielaného z NFC analógového budiča (2.) podľa nároku 12, vy z b a č u j ú c e sa tým, že prepínač (7) je analógový.