Носитель данных для бесконтактного приема данных и энергии и способ для его эксплуатации

 

Изобретение относится к носителю данных. Его использование в бесконтрольных карточках со встроенной микросхемой обеспечивает получение технического результата в виде обеспечения возможности принимать разные виды модуляции и предоставлять однозначные данные. Этот химический результат достигается благодаря тому, что носитель данных содержит катушку (L) для бесконтактного приема данных и энергии и для бесконтактной передачи данных, логическую схему (LS) для обработки принятых демодулированных и декодированных данных, первый демодулятор (DEM100) для демодуляции принятых сигналов, модулированных посредством 100%-ной амплитудной манипуляции (ASK100%), второй демодулятор (DEM10) для демодуляции принятых сигналов, модулированных посредством амплитудной манипуляции со степенью модуляции меньше, чем 100%, причем второй демодулятор (DEM10) управляется таким образом, что при приеме сигнала, модулированного согласно ASK100%, он деактивируется первым демодулятором. Способ эксплуатации такого носителя данных заключается в том, что первый демодулятор (DEM100) деактивирует второй демодулятор (DEM10) при приеме первого пропуска в сигнале с амплитудной манипуляцией, а второй демодулятор (DEM10) деактивирует первый демодулятор (DEM100) сразу после приема первого бита данных. 3 с. и 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к носителю данных с катушкой для бесконтактного приема данных и энергии и для бесконтактной передачи данных, а также с логической схемой для обработки и запоминания принятых, демодулированных и декодированных данных.

Такие носители данных используются в настоящее время в первую очередь в виде так называемых бесконтактных карточек со встроенной микросхемой или, если они кроме бесконтактного интерфейса еще содержат контакты, также в виде так называемых комбинированных карточек или карточек со сдвоенным интерфейсом. Их применение, однако, не ограничено только формой карточки, так как они также уже были предложены в наручных часах и подвесках, например, в лыжных лифтах.

В стандарте Международной организации по стандартизации ИСО 14443 для бесконтактного интерфейса таких карточек со встроенной микросхемой в настоящее время приводятся два различных вида модуляции для данных, которые передают от устройства записи-считывания к карточке, а именно чистое отключение носителя, которое обозначается также как двухпозиционное кодирование (on-off-Keying) и носит рабочее название ASK100% (ASK=Amplitude-Shift-Keying=кодирование со сдвигом амплитуды) и ASK-модуляция со степенью модуляции от 5% до 15%, которая носит рабочее название ASK10%. Когда в последующем речь идет о ASK10% или о сигналах, модулированных по ASK10%, то при этом имеется в виду вид модуляции, как он определен в стандарте ИСО 14443.

С этими видами модуляции связаны различные битовые кодирования. Так с ASK100% применяется импульсно-позиционное кодирование. Вид модуляции и битовое кодирование данных, которые передают от карточки со встроенной микросхемой к устройству записи-считывания, могут быть также различными.

ASK100% имеет при этом преимущество, быть легко демодулируемой, так как необходимой является только схема распознавания пробелов в сигнале. При этом виде модуляции во время пробела в сигнале, однако, отсутствует такт и в частотном спектре возникают относительно сильные боковые полосы частот.

ASK10% в противоположность этому позволяет постоянное снабжение тактом и связана с значительно более низким уровнем боковых полос частот, является, однако, сложно демодулируемой, поскольку, с одной стороны, расстояние между карточкой и устройством записи-считывания может сильно колебаться, схемы на стороне карточки имеют сильно колеблющееся потребление тока и схемно-технические возможности для схемы демодуляции являются ограниченными, так как не имеется в готовности достаточно стабильного и достаточно высокого напряжения питания.

Задачей настоящего изобретения является указание носителя данных названного вида, который позволяет производить прием обоих видов модуляции и при этом поставляет однозначные данные.

Задача решается за счет носителя данных согласно пункта 1 формулы изобретения и способа для эксплуатации такого носителя данных согласно пункта 5 формулы изобретения. Предпочтительные формы дальнейшего развития изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно пункту 1 формулы изобретения предусмотрены два демодулятора, которые могут демодулировать соответственно сигналы, модулированные по 100%-ASK или, соответственно, по 10%-ASK, причем при приеме сигнала, модулированного по 100%-ASK, то есть при приеме первого пробела в сигнале 10%-ASK-демoдулятop деактивируют, так как он хотя и может принимать сигналы, модулированные по 100%-ASK, однако последующее декодирование дает совершенно неправильные результаты. С помощью соответствующего изобретению носителя данных таким образом обеспечено, что всегда происходит однозначная демодуляция и декодирование.

В форме дальнейшего развития изобретения после приема первого бита данных сигнала, модулированного по 10%-ASK, 100%-ASK-демодулятор деактивируют. Эта мера заботится о однозначном состоянии схемы.

Альтернативно в предпочтительной форме выполнения предмета изобретения индицирующий прием пробела сигнала выход 100%-ASK-демoдулятopa после приема 10%-ASK-бита данных может соединяться с входом установки в исходное состояние логической схемы носителя данных, так что весь носитель данных устанавливается в исходное состояние, так как появление пробела в сигнале при сигнале, модулированном по 10%-ASK, указывает на ошибку или манипуляцию.

В форме дальнейшего развития изобретения предусмотрен управляемый демодуляторами регистр состояния для индикации, какой демодулятор является активным, который может опрашиваться логической схемой, например, по общей шине, Так как передача мощности при приеме сигнала, модулированного по 10%-ASK, существенно отличается от таковой при приеме сигнала, модулированного по 100%-ASK, в дальнейшей форме развития изобретения предусмотрено управление устройства напряжения питания в зависимости от состояния регистра состояния логической схемой так, что достигается оптимальная установка. Альтернативно к этому управление могло бы производиться также демодуляторами.

Изобретение поясняется более подробно ниже на примере выполнения с помощью чертежей. При этом на чертежах показано: Фигура 1 принципиальная схема для носителя данных, соответствующего изобретению.

Фигура 2 более подробная схема для 100%-ASK-демодулятора, Фигура 3 характеристики напряжения для схемы согласно фигуре 2.

Фигура 4 более подробная схема для 10%-ASK-демодулятора.

Фигура 5 характеристики напряжения для схемы согласно фигуре 4.

На фигуре 1 колебательный контур из катушки L и конденсатора CS соединен с входом выпрямительной схемы GR. Выход выпрямительной схемы GR связан со сглаживающим конденсатором CG, на клеммах которого могут сниматься напряжения питания V_DD и V_SS Напряжения питания V_DD и V_SS подводят к устройству напряжения питания SV, которое содержит, в частности, звенья регулирования, чтобы на стороне выхода можно было давать в распоряжение по возможности стабильное напряжение питания для включенных после него схем. Выход устройства напряжения питания SV в схеме согласно фигуре 1 соединен в виде примера с логической схемой LS. Однако само собой разумеется, что напряжение питания подано также на все другие блоки схемы.

Принципиальная схема показывает, кроме того, первый демодулятор DEM100 для демодуляции сигналов, модулированных по 100%-ASK. Он нагружается высокочастотным сигналом, который приложен на колебательном контуре L, CS. Первый демодулятор DEM100 соединен с первой схемой декодирования DEC100, которая декодирует демодулированный сигнал и подводит отведенные от него данные к первому входу первого логического элемента OR1 и отведенный от него тактовый сигнал к первому входу второго логического элемента OR2.

Кроме того, первый демодулятор DEM100 содержит первый выход, который соединен с первым входом R регистра состояния FF, выполненного в виде триггера.

Ко второму демодулятору DEM10 для демодуляции сигналов, модулированных по 10%-ASK, подводят к его входу в качестве демодулируемого сигнала выпрямленное и сглаженное, однако еще не регулированное напряжение питания V_DD. При этом само собой разумеется, что также опорный потенциал V_SS приложен ко второму демодулятору DEM10 также как ко всем другим частям схемы. Это не показано явно на фигуре 1 по причинам наглядности.

Второй демодулятор DEM10 соединен со второй схемой декодирования DEC10, выход данных которой соединен со вторым входом первого логического элемента OR1 и тактовый выход которой соединен со вторым входом второго логического элемента OR2. Выход второго демодулятора DEM10 соединен со вторым входом S регистра состояния FF.

Первый демодулятор DEM100 содержит следующий выход, который соединен с деактивирующим входом второго демодулятора DEM10. Принципиально вместо следующего выхода первого демодулятора DEM100 можно было бы также соединять его первый выход, соединенный с регистром состояния FF, с деактивирующим входом второго демодулятора DEM10.

Аналогичным образом второй демодулятор DEM10 содержит выход, который или, как показано штриховой линией, соединен с деактивирующим входом первого демодулятора DEM100 или, как показано сплошными линиями, управляет переключательным средством SM, которое соединяет связанный с регистром состояния FF первый выход первого демодулятора DEM100 с входом возврата в исходное состояние логической схемы LS.

Оба логических элемента OR1, OR2 соединены с регистром данных DR, в который записывают принятые данные посредством отведенного от принятого сигнала тактового сигнала. Тактовый сигнал стоит в распоряжении, само собой разумеется, также для других частей схемы, например логической схемы LS. Регистр состояния FF, регистр данных DR и логическая схема LS соединены друг с другом, например, как представлено на фигуре 1, по шине.

Выход логической схемы LS соединен со входом устройства напряжения питания SV так, что в зависимости от состояния регистра состояния FF и тем самым в зависимости от принимаемого вида модуляции устройство напряжения питания SV может оптимально устанавливаться логической схемой LS.

В последующем функционирование 100%-ASK-демодулятора DEM100 представляется и поясняется на примере выполнения посредством фигур 2 и 3. Одинаковые части схемы, которые уже представлены на фигуре 1, снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

100%-ASK-демoдулятop DEM100 образован в основном тремя включенными друг за другом КМОП-инверторами I1, I2, I3, причем средний инвертор I2 выполнен с транзисторами различного типа проводимости T1, T2. Кроме того, перед n-канальным транзистором T2 второго инвертора I2 подключен резистор R. Параллельно к последовательной схеме из резистора R и нагрузочного участка n-канального транзистора T2 расположен конденсатор C. На вход первого инвертора I1 подан приложенный на колебательном контуре L, CS высокочастотный сигнал V, в то время как выход третьего инвертора I3 образует демодулированный выходной сигнал V4.

В верхней части фигуры 3 представлен высокочастотный модулированный по 100%-ASK сигнал V, как он приложен на колебательном контуре L, CS. В представленном примере показан пробел в сигнале. В верхней части фигуры 3 также показана полученная из этого сигнала принципиальная характеристика напряжений питания V_DD и V_SS. В зависимости от этих напряжений питания V_DD, V_SS получается порог переключения S1 первого инвертора I1, который представлен штриховой линией. В средней части фигуры 3, также штриховой линией, показана характеристика напряжения V3 на конденсаторе C и также штриховой линией показана характеристика порога переключения S2 второго инвертора I2 относительно опорного потенциала V_SS. Из относительной характеристики напряжения V3 относительно порога переключения S2 получается представленная в нижней части фигуры 3 характеристика выходного сигнала V4 третьего инвертора I3.

Как следует из фигуры 3 схемой демодулятора DEM100 согласно фигуре 2 можно детектировать пробел в сигнале, как он представлен в верхней части фигуры 3, с задержкой, устанавливаемой за счет резистора R и конденсатора C. Для кодирования данных, подлежащих передаче от устройства записи-считывания к носителю данных, в настоящее время при модуляции 100%-ASK применяют импульсно-позиционное кодирование, при котором положение пробела в сигнале внутри подлежащего оценке временного строба является решающим для информации (смотри ИСО/МЭК 14443-2). Для декодирования при этом в первой схеме декодирования DEC100 могут считаться и оцениваться отведенные из высокочастотного колебания тактовые импульсы от начала временного строба до начала пробела в сигнале.

Пример выполнения для 10%-ASK-демодулятора DEM10 представлен на фигуре 4. Также и здесь одинаковые части схемы, уже показанные на фигуре 1, снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

10%-ASK- или, соответственно, второй демодулятор DEM10 образован известным специалисту дифференциальным усилителем с включенным после него пушпульным выходным драйвером и с включенным после него инвертором. Источник тока дифференциального усилителя, а также пуль-транзистор выходного драйвера нагружены опорным напряжением V_REF, которое в непредставленных на чертеже частях схемы отводится из напряжений питания V_DD, V_SS.

На первом входе дифференциального усилителя приложен сигнал V1, который через резистор R1 и делитель напряжения RT1, RT2 отводится из напряжений питания V_DD, V_SS. На втором входе дифференциального усилителя приложен сигнал V2, который также отводится из напряжений питания V_DD, V_SS через делитель напряжения RT1, RT2, однако дополнительно направляется через образованный резистором R2 и конденсатором C2 фильтр нижних частот. За счет этого появляющиеся вследствие амплитудной модуляции изменения в амплитуде напряжения питания V_DD приложены непосредственно к первому входу дифференциального усилителя и с временной задержкой ко второму входу дифференциального усилителя. Таким образом можно детектировать колебания амплитуды.

Отдельные характеристики напряжения представлены на фигуре 5, из которых получается объясняющая сама себя функция второго демодулятора DEM10. Так можно видеть, что модуляция в амплитуде приложенного на колебательном контуре L, CS высокочастотного сигнала несущей отображается в соответствующем колебании амплитуды напряжения питания V_DD. Оно приложено через делитель напряжения RT1, RT2 и резистор R1 или, соответственно, фильтр нижних частот R2, C2 к входам дифференциального усилителя второго демодулятора DEM10. Отсюда получается выходной сигнал Vout, как он представлен в нижней части фигуры 5.

Как можно различить из сравнения фигур 2 и 3 или, соответственно, 4 и 5, первым 10%-ASK-демодулятором DEM100 10%- ASK-модуляция не может быть распознана, то есть первый демодулятор DEM100 в этом случае не срабатывает. Второй демодулятор DEM10, однако, будет поставлять выходные сигналы на второй декодер DEC10, который будет записывать соответственно декодированные данные в регистр данных DR. За счет сигнала второго демодулятора DEM10 регистр состояния FF приводится в состояние, из которого логическая схема LS может распознавать, о каком виде модуляции идет речь. В предпочтительной форме выполнения изобретения за счет управления логической схемы LS устройство напряжения питания SV можно устанавливать на оптимальное значение.

Второй демодулятор DEM10 может или деактивировать первый демодулятор DEM100 или включать выход этого первого демодулятора DEM100, который индицирует, что был принят пробел в сигнале, через переключательное средство SM на входе к входу возврата в исходное состояние логической схемы LS. За счет этого предпочтительным образом можно эффективно исключать возможную ошибку или злоупотребление.

Деактивирование первого демодулятора DEM100 или, соответственно, приведение в действие переключательного средства SM может, конечно, производиться только тогда, когда установлено, что речь идет действительно о подлинном ASK10%- сигнале, а не о помехе или начале ASK100%-сигнала, то есть самое раннее после того, как был полностью принят первый бит данных ASK 10%-модуляции. Только тогда обеспечено, что первый демодулятор DEM100 больше не сработает, так как не может идти речь о пробеле в сигнале. Может быть даже предпочтительным подождать приема нескольких бит, например, комплектного байта, чтобы тогда можно было проверить, например, за счет стартового и стоп-битов, идет ли речь несомненно о ASK10%-модуляции.

Однако если первый демодулятор DEM100 детектирует вначале пробел в сигнале, то второй демодулятор DEM10 должен сразу же деактивироваться, так как он, как можно понять из сравнения фигур 2, 3 или, соответственно, 4, 5 в состоянии демодулировать 100%-ASK-модуляцию, однако вследствие обычно различного битового кодирования выдавал бы неправильные данные.

Для обеспечения работы схемы, после включения питания, то есть после того, как было принято достаточно энергии, оба демодулятора и декодер должны быть в работе, чтобы обеспечивать безупречное функционирование отдельных частей схемы. При этом устройство напряжения питания SV вначале предпочтительно находится в состоянии, которое позволяет демодуляцию 10%-ASK-модуляции. В этом состоянии прием 100%-ASK-модуляции еще возможен, однако, возможно только с уменьшенной дальностью действия.

Формула изобретения

1. Носитель данных, в частности карточка со встроенной микросхемой, содержащий катушку (L) для бесконтактного приема данных и энергии и для бесконтактной передачи данных, логическую схему (LS) для обработки принятых демодулированных и декодированных данных, первый демодулятор (DEM100) для демодуляции принятых сигналов, модулированных посредством 100%-ной амплитудной манипуляции (ASK100%), второй демодулятор (DEM10) для демодуляции принятых сигналов, модулированных посредством амплитудной манипуляции со степенью модуляции меньше, чем 100%, причем второй демодулятор (DEM10) управляется таким образом, что при приеме сигнала, модулированного согласно ASK 100%, он деактивируется первым демодулятором (DEM100).

2. Носитель данных по п.1, отличающийся тем, что содержит опрашиваемый логической схемой (LS) регистр (FF) состояния, который соединен с демодуляторами (DEM10, DEM100) посредством управляющих линий и индицирует соответствующий активный демодулятор (DEM10 или DEM100).

3. Носитель данных по п.2, отличающийся тем, что содержит устройство (SV) напряжения питания, соединенное с логической схемой (LS) с помощью управляющей линии, так, что в зависимости от вида модуляции принимаемого в данный момент сигнала устройство (SV) напряжения питания настраивается оптимальным образом.

4. Носитель данных по п.2 или 3, отличающийся тем, что выход первого демодулятора (DEM100), управляющий регистром состояния (FF), через переключательное средство (SM), управляемое вторым демодулятором (DEM10), соединен с входом возврата в исходное состояние логической схемы (LS).

5. Способ эксплуатации носителя данных, выполненного согласно любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что первый демодулятор (DEM100) деактивирует второй демодулятор (DEM10) при приеме первого пропуска в сигнале с амплитудной манипуляцией, а второй демодулятор (DEM10) деактивирует первый демодулятор (DEM100) сразу после приема первого бита данных.

6. Способ эксплуатации носителя данных, выполненного согласно п.4, отличающийся тем, что первый демодулятор (DEM100) деактивирует второй демодулятор (DEM10) при приеме первого пропуска в сигнале с амплитудной манипуляцией, и при появлении пропуска в сигнале во время приема сигнала, модулированного посредством амплитудной манипуляции (ASK) со степенью модуляции меньшей, чем 100%, логическую схему (LS) возвращают в исходное состояние.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что устройство (SV) напряжения питания устанавливают логической схемой (LS) в зависимости от состояния регистра (FF) состояния в оптимальный режим работы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5