TW583590B - Modulator for electromagnetic signals emitted by a contactless transceiver system - Google Patents

Description

583590 A7 ____B7____ 五、發明說明（/ ) 發明之領域 本發明係關於一種位於非接觸式收發器系統讀取器中 且設計成向可攜式非接觸式物件發射電磁訊號之電磁訊號 傳輸天線。且尤其係關於一^種用於由非接觸式收發器系統 發射之電磁訊號之調變器。 發明背景 一個非接觸式物件及一個非接觸式收發器系統之間之 資訊交換一般而言係藉由位於該非接觸式物件內之該第一 天線及位於該非接觸式收發器系統內之該第二天線之間之 遠距電磁連結而達成。此外，該物件係設有一個電子模組 ，該模組之特色爲：該第一壓線係連接至一個特別包含一 個射頻部件，一個微處理器及/或一個記憶體之電子晶片 ，於該電子晶片中，該資訊係被提供至該非接觸式收發系 統且該邏輯函數係需要編輯將被傳輸之資訊且處理該接收 到之資訊。 可以爲一個票或者信用卡格式之卡之非接觸式物件係 一個正持續地被使用於許多應用之系統。舉例而言，於該 傳輸應用中，該可拋棄式非接觸票及非接觸式智慧卡係被 發展作爲用於偶然及定期使用者之付款裝置。對於電子錢 包而言，其亦係爲真實的。許多公司亦已經使用非接觸式 智慧卡而發展用於其人事之辨識裝置。 目前，通常稱爲讀取器之該非接觸式收發器系統及非 接觸式智慧卡之間之資料傳輸係遵循國際標準組織之標準 。於最廣的分佈中，該國際標準組織之1 4 4 4 3號標準 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·- 583590 A7 _____B7 ____ 五、發明說明（1 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 係關於透過射頻之一個智慧卡及一個讀取器之間及反之亦 然之資料傳輸。該國際標準組織之1 4 4 4 3號標準係涵 蓋二種傳輸協定，即眾所周知之形式“A”傳輸協定及形 式“B”傳轍協定。該兩個資料非接觸式資料傳輸協定， 形式“A”傳輸協定及形式“B”傳輸協定’係根據使用於 一方面該讀取器及該智慧卡之間及另一方面該智慧卡及該 讀取器之間之射頻通訊的調變形式而有所不同。只有由該 讀取器傳輸至該智慧卡之訊號將於此被處理。 •，線- 於由該該讀取器至該智慧卡之資料傳輸方向上，協定 B係提供對應於發射出之訊號或者由該傳輸訊號之電磁載 波之1 0 %的調變率，而於協定A中，該電磁載波係於該 傳輸資料之振幅的1 〇 〇 %下被調變。於上述兩個情況之 中，該發射出之該週期性的電磁載波之振幅係該該第一時 間期間tl預設爲最大値，然後，於該第二時間期間，對於 第一種情況而言，於調變期間其係等於大約該最大振幅之 8 2 %，而對於第二種情況而言，於調變期間其係等於大 約該最大振幅之0 %。 現今，增加數量之標準係需要非接觸式讀取器係與形 式“A”傳輸協定及形式“B”傳輸協定兩者皆相容。該標 準化電磁載波頻率對於兩個協定係相同的，且大致上係等 於 1 3 · 5 6 MHz 〇 用於一個讀取器之一主要標準之一係爲必須儘可能大 的電磁輻射域之範圍。因此，製造商係企圖藉由除了增加 該電壓源之外而發展該些傳輸系統之範圍。然而，當置放

-_ -_A 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297 - 583590 A7 ___B7__ 五、發明說明（）） 於接近該讀取器時，該於範圍之增加係不會表現出使該卡 飽和或者損壞該卡之風險。 用於滿足此效能標準之因素之一係爲使用具有高過電 壓比率之天線。於該諧振頻率下，在該電感器之端點處， 一個電磁載波源之該均方根電壓係實質上等於Q乘上該電 路之端點之電壓，Q係爲該過電壓因子。以此方式，該天 線越呈現一個高的過電壓比率，其輻射域之範圍係越大。 爲了獲得於其振幅之1 0 0 %之下發射之訊號的調變 ，現今一般使用之方法係包含在對應於根據協定A之該域 的分割的時間而言，於該電路之該端點處關閉該電壓源， 以停止該電磁載波被傳輸。 實際上，將該產生器關閉雖然大幅增加該天線之驅動 電路之阻抗，然而卻使該電壓下降至0。此導致該壓線持 續發射，其乃因累積於該電路之負載之緣故’其對於比該 分割時間爲大之時間而言造成一個減弱且振盪之發射電磁 載波。因此，於該訊號分割期間，向該卡輻射之該域之振 幅係非爲0，且因此由該天線發射之該域係不對應於該電 磁載波之振幅之1 0 0%之調變；此係於小於該理論上之 分割時間時產生，該振幅係小於或等於該被發射訊號之最 大振幅之5 %。 因此，使用一個具有高的過電壓比率之天線係與+個1 B形式之讀取器相容。對於如此之讀取器而言’該電磁載 波係總是主動的，因爲其係以其振幅之僅1 〇 %作調變’ 其係與一個形式A之讀取器幾乎不相容。此外’以具有高 '________5______—---— 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------I----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂·- 丨線· 583590 A7 __ B7 __ 五、發明說明（f ) 的過電壓比率之一個天線所獲得的小的減震效應僅略微影 響於其振幅之1 0 %調變之波的形狀。 爲了使用一個與該兩種形式之讀取器相容之天線，一 個第一解決方案係包含使用具有一個降低的過電壓比率且 具有與該標準A之需要相容漸減之天線，然而，其係犧牲 標準B下之效能特性。 一個第二解決方案係包含使用一個具有雙極電晶體之 線性放大器，其係使得由該天線所發射出之訊號被減震， 使得該輻射域於該分割期間係爲0。此解決方案係以產量 之代價而允許獲得該期望之減震。該電路係具有固定的輸 出阻抗，雖然需要高的偏極化電流。該電路之實施係更複 雜。 一個第三方案係包含使用場效電晶體用於切換，以減 少損耗且不會不利於該形式B讀取器之範圍。使用如此之 電晶體係於該“開路”及“關閉”之間作切換，且當該電 路係實質上開路時，藉由增加呈現出之該阻抗而允許獲得 一個最大輻射域，然而，其係在該形式A協定之情況下犧 牲該波形。 發明槪要 因此，本發明之一個第一目的係爲提供一種裝置，其 係於形式A協定訊號之傳輸期間於最大效能之情況下，致 能由該讀取器之該天線而來之電磁載波朝向該非接觸式智 慧卡之傳輸。 本發明之一個第一目的係爲提供一種裝置，其係於形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

583590 A7 ^__ B7___ 五、發明說明（t ) 式A及形式B協定訊號之傳輸期間於最大效能之情況下， 致能由該讀取器之該天線而來之電磁載波朝向該非接觸式 智慧卡之傳輸。 因此，本發明之目的係關於一種資料傳輸裝置，其係 於一個非接觸式收發器系統中使用電磁波輻射朝向一個非 接觸式物件，該傳輸之資料位元係對應於電磁波係以一預 定載波頻率發射期間之一個起始期間及一個於該預定載波 頻率下在該電磁波傳輸中具有分割之第二分割期間之半個 週期。該裝置係包含產生裝置，其係用於在該第二分割期 間，以一個大於該分割之基本頻率之頻率產生電磁波，造 成藉由該天線之比一個預定値爲大之該輻射域之衰減。 圖式簡單說明 由下列詳細說明結合後附圖式，本發明之該些目的及 特性將變成明顯的，其中： 第1圖係表示根據協定A所發射之該域之波封’其係 藉由分割該載波之頻率而獲得； 第2圖係表示根據本發明所發射之該域之該波封； 第3圖係表示由關於該接收訊號之頻率之該天線所輻 射之該域之該振幅曲線；及 第4圖係爲一個根據本發明之該裝置的功能的方塊匱1 〇 〔元件符號說明〕 10 輻射域 12 曲線 _______7 -----—-- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) — ·裝 --線· 583590 A7 B7 五、發明說明（6 ) 14 曲線 2 0 輻射域 2 2 曲線 4 2 資料訊號 4 4 時鐘 4 6 除頻器 4 8 開關 5 2 輸入 5 3 改變開關 5 4 輸入 5 6 電源切換級 5 8 電阻器 6 0 電阻器 6 2 低通濾波器 6 4 天線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳實施例詳細說明 資料係透過根據遵循目前標準之兩個資料傳輸協定形 式A及B之射頻訊號而由該讀取器至該智慧卡。形式A之 協定係於其振幅之1 0 0 %之下調變由該讀取器發射之該 電磁波。該週期性的載波頻率之振幅於一個起始期間係最 大化且爲常數，然後，於一個第二期間係等於0。形式B 之協定係於其振幅之1 0 %之下調變由該讀取器發射之該 電磁波。該週期性的載波頻率之振幅於一個起始期間係最 大化且爲常數，然後，於一個第二期間係等於其最大振幅 ___S_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 583590 五、發明說明（口） — — — — — — — — — — — —I — · I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之1 0 %。作爲一個標準，該電磁載波之頻率係目前等於 1 3 · 5 6 MHz，且此係該値於本文件中被選擇作爲該參 考値之原因。然而，於不偏離本發明之範疇之下’該載波 之頻率可以爲不同値。 根據形式A之資料傳輸協定，該電磁載波係藉由分割 該1 3 · 5 6 MHz之傳輸頻率而分割一個時間期間t。 :線· 因此，由該讀取器之天線所輻射之該域之波封係表示 於第1圖。當該載波之頻率係等於1 3 · 5 6 MHz時，該 輻射域1 0係爲最大値。當該頻率被分割時，該輻射域係 根據該曲線1 2而逐漸減少，直到其在該時間期間t結束 時達到一個除了 0之外之最小値。於該時間期間t結束時 該載波之頻率係再度等於1 3 · 5 6 MHz，且該輻射域之 該振幅係根據該曲線1 4而增加，直到其到達其最大値1 0爲止。以此方式，當其係爲於該最大振幅之1 〇 0 %之 調變時，由該載波之振幅所獲得之調變係不令人滿意的。 當該輻射域之該振幅之一個最小値係於該時間期間t中之 某一時間被取得時（目前之標準係需要小於該最大振幅之 5 %)，如此之調變係可以獲得。現在，當由曲線1 2所 表不之該載波頻率係被分割時，根據於該最大値之1 〇 〇 %之調變，該輻射域之減少係尙未大到獲得一個滿意的波 形。 第2圖係表示根據本發明之該裝置之讀取器之天線所 輻射之該域之波封。雖然該載波頻率係等於1 3 · 5 6 MHz，該輻射域2 0係爲最大値。爲了於時間t獲得該載 ____2_ ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " 583590 A7 ___— Β7 ______ 五、發明說明（牙） 波頻率之該振幅之分割，朝向該天線傳輸之該訊號的頻率 係因此爲時間t期間之諧振頻率之兩倍。因此’該天線係 接收一個具有2 7 · 1 2MHz之頻率，且當該頻率係被界 定爲該天線之頻寬之外時，該天線係未輻射任何域。於實 際上，於該頻率改變期間所獲得之該輻射域係沿著一個快 速減少之曲線2 2而快速地降低，直到於一個有實質意義 的期間t’其達到一個可忽略之値爲止。當該電磁載波之頻 率係爲1 3 · 5 6 MHz時，由該天線所輻射之該域2 4係 增加，直到其達到其最大値2 0爲止。因此，根據該最大 振幅之1 0 0.%的調變所獲得之波形係令人滿意的。此項 結果係可以以該天線之頻寬之外所發射且大於該分割之基 本頻率之訊號的頻率而獲得。 由該天線所輻射之該域係根據由該天線所接收到之訊 號的頻率而圖示於第3圖中。該域係於該諧振頻率fR處最 大化。對於一個小於或等於頻率fi之頻率而言’該輻射域 之振幅係於在該諧振頻率？!^處之該輻射域之振幅的5 %。 於相同的情況下，f2係代表在比該頻率高之下該輻射域之 該振幅係小於在該諧振頻率下之該輻射域之該振幅之5 % 爲小之該頻率。於在滿足於根據協定A而獲得一個可變域 分割之該分割期間所產生之頻率之下，由該天線所輻射之 該域之該振幅係必須小於該輻射域之最大振幅之5%。因 此，於該關閉期間所產生之該頻率係必須使得’其造成該 輻射域等於一個預定値之衰減，較佳的情況爲，該値係等 於3 0分貝。於該分割期間所產生之該頻率不是小於fi且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

583590 A7 ___B7____ 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 不等於0，即是大於f2。於一個較佳實施例中，其係大於 或等於fR之兩倍。根據本發明之較佳實施例’於該分割期 間所產生之該頻率係等於該諧振頻率之兩倍’亦即等於2 7 · 1 2 0 MHz。 示於第4圖中之方塊圖形式之該電子裝置係代表本發 明之一個較佳實施例，其中，該資料訊號4 2係控制一個 兩個位置之開關4 8。該第一位置係對應於其頻率係等於 在一個時鐘4 4所提供之該分割期間所產生之2 7 · 1 2 0MHz的訊號。該第二位置係對應於其頻率係等於由一個 除頻器4 6所產生之1 3 · 5 6 MHz之該標準頻率的訊號 。該資料訊號4 2，開關4 8，時鐘4 4及除頻器4 6係 包含於一個可程式規劃邏輯4 0之內，該可程式規劃邏輯 4 0之該輸出係藉由兩個輸入而施加至該電源切換級，該 輸入5 2係對應於該可程式規劃邏輯4 0之該輸出訊號， 而另一個輸入5 4係爲該輸出訊號被一個改變開關5 3所 反相。該電源切換級5 6係包含兩個分別連接至該輸入5 2及輸入5 4之場效電晶體，且意欲切換至由該兩個輸入 之一所接收之頻率，當該些場效電晶體之一係“閉路”時 ，該些場效電晶體之另一個係“開路”。由該電源切換級 而來之該兩個輸出訊號係於被一個設計成僅允許基本頻率 訊號通過之低通濾波器6 2所濾波之前通過兩個電阻器5 8及6 0。於該濾波器6 2之輸出端，該兩個訊號係由該 天線6 4朝向該非接觸式卡發射。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 583590 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 · 一種資料傳輸裝置，其係於一個非接觸式收發器 系統中使用電磁波朝向一個非接觸式物件輻射，該傳輸之 資料位元係對應於電磁波係以一預定載波頻率發射期間之 一個起始期間及一個於該預定載波頻率下在該電磁波傳輸 中具有分割之第二分割期間之半個週期，其特徵爲：該裝 置係包含產生裝置，其係用於在該第二分割期間，以一個 大於該分割之基本頻率之頻率產生電磁波，造成藉由該天 線之比一個預定値爲大之該輻射域之衰減。 2 ·如申請專利範圍第1項之資料傳輸裝置，其中， 於該分割期間產生之頻率之下之該輻之該衰減係小於或等 於3 0分貝。 3 ·如申請專利範圍第2項之資料傳輸裝置，其中， 於該分割期間產生之該頻率係於頻率範圍^及6之外，該 頻率範圍6及f2係對應於由該天線輻射之大於或等於在該 預定載波頻率下輻射之該域之振幅的5%的域之該振幅。 4 ·如申請專利範圍第3項之資料傳輸裝置，其中， 於該分割期間產生之該頻率係等於該預定載波頻率之兩倍 〇 5 ·如申請專利範圍第4項之資料傳輸裝置，其係進 一步包含一個可程式規劃邏輯（4 0)，該可程式規劃邏 輯（4 0 )係對於一個起始期間於該預定載波頻率之下提 供一個第一訊號，且對於一個第二期間提供一個具有該預 定載波頻率之兩倍的頻率之第二訊號，該第一訊號及該第 二訊號之間之切換係由該資料訊號（4 2)所控制。 —一 —__1 _______ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公复） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 訂 583590 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 6 ·如申請專利範圍第5項之資料傳輸裝置，其中， 該預定載波頻率係等於1 3 · 5 6MHz。 7 ·如申請專利範圍第6項之資料傳輸裝置，其中， 該可程式規劃邏輯（4 0 )係包含：一個操作於2 7 · 1 2 MHz之時鐘及一個提供該預定載波頻率（1 3 · 5 6 MHz)之除頻器（4 6 )，該兩倍頻率（2 7 · 1 2 MHz )係由該時鐘所提供。 8·如申請專利範圍第7項之資料傳輸裝置，其係進 一步包含一個電源切換級（5 6 )，該電源切換級（5 6 )係包含兩個場效電晶體，該兩個場效電晶體係由該可程 式規劃邏輯（4 0 )所控制，使得該些電晶體之一係“開 路”時，另一個電晶體係爲“閉路”。 9·如申請專利範圍第1至8項中任一項之資料傳輸 裝置，其中，該傳輸之資料係遵循根據形式A之國際標準 組織第1 4 4 4 3號標準，其中，該資料位元係藉由該發 射之電磁域的分離而產生。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐)