專利名稱：終端與遠(yuǎn)距供電便攜式物件之間非接觸通信數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于一便攜式物件和一終端機(jī)之間的非接觸式通信技術(shù)。
非接觸式數(shù)據(jù)交換已眾所周知；此技術(shù)之應(yīng)用包括，在無限制方式中，控制存取，電子支付(“電子錢袋”型用途)，以及遠(yuǎn)距離支付，例如，用于公共運(yùn)輸費(fèi)征收及付帳。
在后一范例中，各使用者配備了“非接觸式卡”或“非接觸式標(biāo)記”型的便攜式物件，該物件適用于將標(biāo)記靠近終端機(jī)而與一固定(或可能移動(dòng))終端機(jī)交換信息，以使非金屬性相互結(jié)合產(chǎn)生于兩者之間(此終端機(jī)一詞用于本說明書中以表示數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)裝置適合與此便攜式物件合作)。
更明確言，此結(jié)合是通過變更由一感應(yīng)線圈所產(chǎn)生之磁場來實(shí)施(此技術(shù)稱之為“感應(yīng)方法”)。為此，此終端機(jī)包括一感應(yīng)電路由一交流信號(hào)來激發(fā)，此信號(hào)在周圍空間內(nèi)產(chǎn)生一交流磁場，當(dāng)在該空間中時(shí)，此便攜式物體檢測此磁場，并通過調(diào)制由便攜式物件結(jié)合至終端機(jī)所構(gòu)成之負(fù)載而響應(yīng)；此一變化由終端機(jī)檢測，由此而建立所尋求之雙向通信。
本發(fā)明涉及便攜式物件之特殊情況，它向便攜式物件遠(yuǎn)距離賦能，亦即，它從終端機(jī)所放射的磁能量獲取其電力，更明確言，本發(fā)明涉及此一情況，其中此遠(yuǎn)距離電力由便攜式物件使用與用作通信功能相同的線圈來拾取。
本發(fā)明亦涉及此情況，其中信息通過調(diào)幅而自終端機(jī)傳輸至便攜式物件；在該情況中此便攜式物件包括用以解調(diào)由線圈所拾取之信號(hào)振幅的裝置。
美國專利4650981號(hào)說明一種此類型的非接觸式通信系統(tǒng)，其中便攜式物件被放置于終端機(jī)的磁路空隙中，當(dāng)使用者插入此便攜式物件于終端機(jī)之讀取槽縫中時(shí)即實(shí)現(xiàn)聯(lián)接。此便攜式物件的線圈因此放置于終端機(jī)之磁路內(nèi)，由此保證所尋求之耦合，信息在終端機(jī)與便攜式物件之間雙向傳輸，便攜式物件從終端機(jī)所產(chǎn)生的磁能量遠(yuǎn)距離地被賦能。為此，此便攜式物件包括一單一線圈，它拾取來自終端機(jī)的磁場，而它與轉(zhuǎn)換器裝置(用以整流和濾波)相關(guān)聯(lián)以使一直流電源電壓予以產(chǎn)生，亦具有振幅解調(diào)裝置工作于轉(zhuǎn)換器裝置之下游，以便從終端機(jī)所輻射的信號(hào)提取信息內(nèi)容。
本發(fā)明目的之一在于提供上述類型的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，但它可使用的被輻射到自由空間內(nèi)的磁場，亦即，當(dāng)此便攜式物件只是以一任意定向以及距此線圈的可變距離出現(xiàn)于圍繞終端機(jī)之線圈的一預(yù)定容積內(nèi)時(shí)，此目的是要與“不用手”之類終端機(jī)建立非接觸式通信(例如，當(dāng)傳送通過一檢查門時(shí))，或者以終端機(jī)其中僅要求使用者將標(biāo)記帶入小尺寸之讀取區(qū)，或者抵靠此一區(qū)域來放置此標(biāo)記，但以任何定向以及以終端機(jī)和便攜式物件之間一定量的幾何學(xué)緯度。
在此情況下，遠(yuǎn)距離賦能承受了依靠周圍磁場的缺點(diǎn)，而它可隨便攜式物件對終端機(jī)之緊密或遠(yuǎn)距離之接近而給予非常大之變化。此在磁場上之非常大變化，一旦整流及濾波，即在用于便攜式物件之電源電壓上形成非常大變化，該變化必須通過一適當(dāng)之穩(wěn)定器級(jí)予以消除。
遠(yuǎn)距離賦能的另一缺點(diǎn)在于當(dāng)該調(diào)制為調(diào)幅時(shí)電源電壓變化(由于物件和終端機(jī)之間距離的作用磁場平均電位變化，或者由于所消耗電流量的不規(guī)律之變化)和磁場調(diào)制之間可能存在干擾；干擾或少量變化可因此而錯(cuò)誤地被視為信號(hào)調(diào)制，故具有引進(jìn)傳輸差誤之影響。
相反，當(dāng)此物件正在傳輸信號(hào)至終端機(jī)時(shí)，通過改變調(diào)諧電路之負(fù)載的調(diào)制意味著由便攜式物件所消耗之電流量的強(qiáng)制變化，它對于加至物件之電路的一般電源有影響，在調(diào)制之一定級(jí)中具有未充分賦能之危險(xiǎn)。
如上所示，以磁場遠(yuǎn)距離地賦能一便攜式物件不會(huì)沒有缺點(diǎn)(這些觀念將在詳細(xì)說明中作解釋)，直到現(xiàn)在無論其優(yōu)點(diǎn)如何已限制此一技術(shù)的使用，或者已約束其使用于高度特定應(yīng)用，例如，當(dāng)終端機(jī)和物件間之距離小且恒定不變時(shí)，如上文提及美國專利4650981中，它大致上并非遠(yuǎn)距離支付用途之情況。
本發(fā)明之目的在于建議一種終端機(jī)和一遠(yuǎn)距離賦能便攜式物件之間之非接觸式通信系統(tǒng)以補(bǔ)救各種缺陷，能使待賦能之物件的電子電路置于完全安全中而沒有任何被干擾之風(fēng)險(xiǎn)，而對從終端機(jī)收到的和通過便攜式物件拾取的電力進(jìn)行較佳管理。
本發(fā)明另一目的在于能夠容許同步類型的通信實(shí)現(xiàn)于終端機(jī)和便攜式物件之間，亦即，在此通信中，卡的操作是由終端機(jī)所定義的時(shí)鐘信號(hào)鎖定的。此技術(shù)通用于有觸點(diǎn)的卡(ISO標(biāo)準(zhǔn)第7816-3號(hào)指定提供一連串觸點(diǎn)用以在同步通信中發(fā)送此時(shí)鐘信號(hào))，不過，姑勿論其明顯之優(yōu)點(diǎn)，此技術(shù)因?yàn)闋可孀越K端機(jī)至便攜式物件發(fā)送時(shí)鐘信息上之困難，故很少使用于非接觸式系統(tǒng)中。
本發(fā)明之系統(tǒng)屬上文提及的美國專利4650981號(hào)所教導(dǎo)之一般型，亦即，它為一種系統(tǒng)，其中此終端機(jī)包括一線圈可適合用以放射一磁場；數(shù)據(jù)傳輸裝置與線圈合作并包含交流信號(hào)發(fā)生器裝置和調(diào)幅裝置；以及數(shù)據(jù)接收裝置與線圈合作。此便攜式物件包括一電路，它由終端機(jī)遠(yuǎn)距離地賦能，并包含一線圈用以拾取來自終端機(jī)的調(diào)制磁場，或者通過磁場之調(diào)制干擾用以產(chǎn)生一回應(yīng)；轉(zhuǎn)換器裝置與便攜式物件之線圈合作將拾取之磁場變換為用以賦能此物件電路的直流電壓，該裝置包括一整流器級(jí)和濾波器級(jí)；以及數(shù)據(jù)傳輸裝置和數(shù)據(jù)接收裝置亦與便攜式物件之線圈合作，此數(shù)據(jù)接收裝置包括用以解調(diào)由線圈所拾取之信號(hào)的振幅的裝置，該振幅解調(diào)裝置工作在自整流器和濾波器級(jí)輸出處所傳送的信號(hào)上。
此系統(tǒng)的特點(diǎn)在于，其中每一該線圈形成輻射此磁場于騰空空間內(nèi)之調(diào)諧共振電路之一部分；以及由終端機(jī)放射之磁場的調(diào)幅以低深度調(diào)制，調(diào)制率典型地小于或等于50％。
本發(fā)明亦涉及上文特定系統(tǒng)的便攜式物件以及終端機(jī)，被視為獨(dú)立特征存在。
依照本發(fā)明之各種有利之輔助特征·調(diào)制比率小于20％；·此調(diào)幅裝置為可變閾值裝置，它將加到其輸入的信號(hào)瞬間值與具有相同信號(hào)的平均值比較；·此振幅解調(diào)裝置是對所加信號(hào)瞬間值增加速度極敏感的裝置；·此變換器裝置另包含，自整流器和濾波器級(jí)之下游的穩(wěn)定器級(jí)，它包括一分路調(diào)節(jié)器元件，與待賦能之電路并聯(lián)地安裝于其電源接頭之間，并與電路電源線中呈串聯(lián)地相連接的電阻組件相關(guān)聯(lián)，此分路調(diào)節(jié)器元件取走用于此電路之電源電流的可變分量，使電阻元件和此分路調(diào)節(jié)器元件以此一方法消散任何不為電路之操作所需要之過剩電力，即相應(yīng)地，在電路之接頭處的電源電壓被穩(wěn)定，上游調(diào)諧元件之接頭處電壓飄移被限制，以及防止電流消耗之變化在上游對待解調(diào)信號(hào)的振幅產(chǎn)生影響；·此便攜式物件包含用以選擇性地和暫時(shí)性地禁止分路調(diào)節(jié)器之操作的裝置；在此一狀況下，裝置較佳地檢測通信類型，是非接觸式還是接觸式，當(dāng)測得是經(jīng)由接觸而實(shí)施通信的類型時(shí)實(shí)現(xiàn)選擇性暫時(shí)性地禁止分路調(diào)節(jié)器的操作。
·此整個(gè)電子電路，除了調(diào)諧元件之線圈外，均可用集成單片技術(shù)實(shí)施；以及·此數(shù)據(jù)發(fā)送裝置是距調(diào)諧電路之下游以調(diào)制電流消耗而操作的裝置，此電路能工作于兩種電力消耗模式中，以標(biāo)稱電力消耗及以低電力消耗，該裝置用以在數(shù)據(jù)傳送裝置開始實(shí)施調(diào)制之前將此電路置于低電力消耗模式中。
以下將以參考附圖方式給予本發(fā)明之實(shí)施例以詳細(xì)說明，附圖中相同參照號(hào)表示完全相同或功能類似之元件。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)以其最普通方式的方塊圖，它包含一終端機(jī)和在終端機(jī)之磁場中的便攜式物件。
圖2顯示圖1之便攜式物件的一個(gè)特定實(shí)施例。
圖3顯示圖2之調(diào)節(jié)器電路之細(xì)節(jié)。
圖4和圖5詳細(xì)地顯示圖2之解調(diào)器電路的兩種可能變化。
圖6是圖5解調(diào)器電路的詳細(xì)線路圖。
圖7詳細(xì)顯示圖2之時(shí)鐘提取電路。
圖8為一組波形圖，顯示便攜式物件如何被遙控賦能以及此時(shí)鐘信號(hào)如何被提取。
圖9為一組波形圖，解釋信息如何自終端機(jī)傳送至物件。
圖10為一系列波形圖，解釋信息如何自物件傳送至終端機(jī)。
圖11顯示經(jīng)由接觸和非接觸，各種轉(zhuǎn)換操作實(shí)施于其兩種操作模式之間的雙模式卡內(nèi)。
本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例以參考圖1之方塊圖來作說明，在此圖中，標(biāo)號(hào)100指示一終端機(jī)，它可以聯(lián)結(jié)至放置在其附近的便攜式物件200。
此終端機(jī)包括一發(fā)射器線圈102，它與諸如104的電容器相關(guān)聯(lián)，形成一調(diào)諧電路106，經(jīng)設(shè)計(jì)以產(chǎn)生一調(diào)制之磁感應(yīng)磁場。電路106要調(diào)諧的頻率可以是13.56MHz，例如，自然地不受限制的那一數(shù)值，此一特殊選擇只因這樣的事實(shí)而形成，即它符合由用于通信功能以及用于遙控賦能功能之歐洲標(biāo)準(zhǔn)所認(rèn)可的數(shù)值。此外，此一相當(dāng)高之值使其能設(shè)計(jì)電路具有擁有少許匝數(shù)的線圈，因此它很容易而且很便宜地得到實(shí)施。
此調(diào)諧電路106由持續(xù)波高頻振蕩器108賦能，它由待發(fā)送之來自數(shù)字電路112的信號(hào)TXD所驅(qū)動(dòng)的混合器級(jí)來調(diào)制。電路112之操作，以及特別是信號(hào)TXD的排序由一產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK的電路114來計(jì)時(shí)。
接收器級(jí)，包含一高頻解調(diào)器電路116，連同副載波解調(diào)器電路118，以下文所說明之方法，當(dāng)它業(yè)已決定在便攜式物件至終端機(jī)之方向中使用副載波調(diào)制時(shí)，自橫越線圈102之接頭所拾取之信號(hào)提取接收的數(shù)據(jù)RXD，(此一技術(shù)自然地未局限于任何方法，調(diào)制同樣地可以是在基帶中實(shí)施)。
便攜式物件200包括一線圈202與電子電路204合作，有利的是在完全集成化的單片技術(shù)中實(shí)現(xiàn)，以便能使物體成為小尺寸，典型地有一“信用卡”之格式。通過舉例方式，此線圈202為印刷線圈，以及此組電路204按“專用集成電路”形式實(shí)施。
線圈202與一電容器206合作以形成一諧振電路208調(diào)諧至一指定頻率(例如，13.56MHz)能雙向地與終端機(jī)以所謂“感應(yīng)”技術(shù)交換數(shù)據(jù)，并亦能使物件由線圈202所拾取之磁場，亦即，由用作互換信息之線圈的相同線圈予以遙控地賦能。
跨越調(diào)諧電路208接頭拾取的交流電壓a加到一半波或全波整流器級(jí)210，緊接以一濾波器級(jí)212以傳送一濾波之整流電壓b。
此便攜式物件亦包括一數(shù)字處理級(jí)214，典型地以微處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，只讀存儲(chǔ)器以及電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器以及接口電路為基礎(chǔ)而實(shí)現(xiàn)。
自整流器和濾波器級(jí)210和212之下游，呈并聯(lián)地連接各級(jí)專用電路，包含一電壓穩(wěn)定調(diào)節(jié)器級(jí)216，在其輸出處傳送一直流電壓d，此電壓業(yè)經(jīng)整流，濾波及穩(wěn)定化，同時(shí)它特別適用于數(shù)字電路214之正極電源接頭VCC，其另一電源接頭為接地線GND。此一穩(wěn)定化級(jí)216可以是一傳統(tǒng)類型的電壓穩(wěn)定器，或者，在一無限制變換中，如以下參照圖2和圖3說明的指定電路。
一解調(diào)器級(jí)218，接收此信號(hào)b作為其輸入，并在其輸出處產(chǎn)生一解調(diào)信號(hào)e，此信號(hào)加到數(shù)字電路214的數(shù)據(jù)輸入RXD。特別是，此解調(diào)器可以是一解調(diào)器檢測振幅變化和/或具有一可變閾值，如以下參照圖4、5和6詳細(xì)說明。
一時(shí)鐘提取器級(jí)，其輸入接收自調(diào)諧電路208之接頭提取的信號(hào)a，其輸出產(chǎn)生一信號(hào)c加到數(shù)字電路的時(shí)鐘輸入。
此時(shí)鐘提取器級(jí)220可以放置在或者自整流器和濾波器級(jí)210和212之上游如圖所示，或者自該級(jí)之下游，亦即，它可操作在信號(hào)b上取代信號(hào)a；雖然如此，但當(dāng)時(shí)鐘提取器隨后需要有較大靈敏度以便能補(bǔ)償由濾波器級(jí)所進(jìn)行的對信號(hào)的平滑時(shí)，利用信號(hào)b極少有利。
一調(diào)制器級(jí)222，它通過“負(fù)載調(diào)制”以傳統(tǒng)方法來操作，此負(fù)載調(diào)制為一種技術(shù)，它促使電流由調(diào)諧電路208抽取，此電路位于由終端機(jī)所產(chǎn)生之周圍磁場中以受控方式變化。
此調(diào)制器級(jí)222包括一電阻元件224(一分立電阻器元件，或者采用單片技術(shù)，沒有柵極的MOS型組件，并用作一電阻)與轉(zhuǎn)換元件(一MOS晶體管)226呈串聯(lián)連接，后者由呈現(xiàn)在數(shù)字電路214輸出TXD上的調(diào)制信號(hào)f所控制。在一變換中，取代被放置在自整流器和濾波器電路210和212之下游的，可將調(diào)制器級(jí)222同等好地放置在自該電路之上游，如圖1內(nèi)222′調(diào)制器所示，即，它可以是直接地連接至共振電路208的接頭。
此一方式中建議的一般性結(jié)構(gòu)以及其中此解調(diào)器級(jí)位于自整流器和濾波器級(jí)210和212之下游，具有對信號(hào)中之瞬間變化減小靈敏度之優(yōu)點(diǎn)。
對遙控賦能的便攜式物件，在一已整流及已濾波之信號(hào)上實(shí)施解調(diào)，使其可能以在一振蕩循環(huán)中減少電源中瞬間變化之影響。
此觀點(diǎn)將可自下列參照圖8之波形圖對解調(diào)器操作的詳細(xì)說明中有較佳之了解。
圖1所示結(jié)構(gòu)之一特殊實(shí)施例可參照圖2說明如下，該實(shí)施例的特征為給予此調(diào)節(jié)器級(jí)216的特殊結(jié)構(gòu)，詳細(xì)說明如下的是一“分路調(diào)節(jié)器”級(jí)，此分路調(diào)節(jié)器有一分路組件228用以按受控方法自數(shù)字電路214分流電源電流。此分路組件與電路214呈并聯(lián)地連接于電源和接地接頭VCC和GND之內(nèi)，并與放置在自調(diào)節(jié)器組件228之上游電源線VCC內(nèi)之一串聯(lián)電阻元件230相關(guān)聯(lián)。
此分路228可以有利地為一齊納二極管，或者與齊納二極管等同功能的分立或集成組件，例如自National Semi-Conductor Corporation的LM185/LM285/LM385系列中的組件，該組件組成一基準(zhǔn)電壓(一電壓為固定或可調(diào)整，視組件而定)，同時(shí)吸取僅20μA之一偏壓電流，有非常低的動(dòng)態(tài)阻抗和20μA至20mA之操作電流范圍。此組件228也可以按ASIC(專用集成電路)集成為電壓基準(zhǔn)組件的單片等效電路。
圖3顯示使用上述一類組件的此電路216的特殊實(shí)施例，其電壓基準(zhǔn)輸入234通過連接于VCC和接地線之間的分壓器電橋236,238偏壓至一預(yù)定值。
電阻元件230可以是一分立電阻器，或者有利地是一集成單片組件，例如，一MOS元件作用如一電阻象組件214一樣。
有利地是一轉(zhuǎn)換組件諸如一MOS晶體管240也經(jīng)提供，并通過施加于其柵極之信號(hào)INH保持在正常操作中的導(dǎo)電狀態(tài)，此一晶體管可以通過施加簡單控制信號(hào)INH(特別是在計(jì)算電路214的軟件控制下)具有禁止分路調(diào)節(jié)器操作的效力而轉(zhuǎn)換至非導(dǎo)電狀態(tài)，這樣此電路就如調(diào)節(jié)器業(yè)經(jīng)省略的狀態(tài)。
特別是當(dāng)人們希望用高壓向微處理器供電，同時(shí)避免冒破壞此調(diào)節(jié)器級(jí)之危險(xiǎn)時(shí)可以使用禁止分路調(diào)節(jié)器之能力。
此一情況特別是在為測試目的時(shí)發(fā)生，或者當(dāng)便攜式物件為一雙模式物件能在非接觸模式(調(diào)節(jié)器在使用中)或接觸模式(調(diào)節(jié)器被禁止)中作選擇性使用時(shí)，此調(diào)整電源電壓隨后被直接地施加于便攜式物體觸點(diǎn)之一而匆須有任何實(shí)施特定調(diào)整之需要，如以遙控賦能一樣。
以下參照圖4至6詳細(xì)說明振幅解調(diào)器級(jí)218。
此振幅解調(diào)器為適用于處理調(diào)制信號(hào)的電路，其中調(diào)制深度較低?！罢{(diào)制之低深度”或“低調(diào)制”一詞意指以一比率調(diào)制，典型地小于或等于50％，較佳地小于20％，此比率限定為考慮之信號(hào)的最大和最小振幅Amax和Amin的(Amax-Amin)/(Amax+Amin)。
一遙控賦能便攜式物件的特殊上下文中，有利者為對電源進(jìn)行限制，以使用一低調(diào)制比率以便能確保當(dāng)調(diào)制處于低狀態(tài)中時(shí)有充分的電力于此時(shí)期中可用，因?yàn)檎穹{(diào)制的效果促使傳送至便攜式物件之瞬間電力直接地隨調(diào)制電位而變化。
圖4顯示第一種可能的變化，其中此解調(diào)器為一自適應(yīng)解調(diào)器具有可變閾值。
一選擇性低通濾波器級(jí)242之后，此電路包含一比較器244，適當(dāng)?shù)赜写艤F(xiàn)象，以其正輸入接收待解調(diào)信號(hào)b予以解調(diào)(此處由級(jí)242適當(dāng)?shù)貫V波)，并以其負(fù)輸入接收相同信號(hào)b，但在它已傳送通過一阻容級(jí)246、248之后作用如積分器。比較因此實(shí)施于信號(hào)之瞬間值和信號(hào)之平均值之間，它構(gòu)成此可變比較閾值。
圖5顯示解調(diào)器218的第二種可能變化，在此情況中它是對振幅之變化靈敏的解調(diào)器。
在一選擇性低通濾波器級(jí)242之后，此信號(hào)b施加于阻容級(jí)250、252作用如一微分器。此信號(hào)輸出由此施加于比較器244的正極接頭(此情況中同樣適當(dāng)?shù)赜写艤F(xiàn)象)，其負(fù)極輸入連接至一固定電位，例如接地。在此情況中，此解調(diào)器可響應(yīng)振幅上變化(因?yàn)榇宋⒎制骷?jí))，而與信號(hào)的平均值無關(guān)；此比較器僅檢測平均值上之變化。
圖6顯示用以檢測振幅上變化之此類解調(diào)器電路的一更詳細(xì)實(shí)施例。除了由電阻器252和電容器254所構(gòu)成之低通濾波器242以外，有一串聯(lián)之電容器250作用如一微分器與電阻器256至264相組合。以此方式微分的信號(hào)加至兩個(gè)對稱的比較器244和266，其輸出作用在兩個(gè)交叉耦聯(lián)的雙穩(wěn)定器268和270經(jīng)組織以產(chǎn)生兩個(gè)適當(dāng)構(gòu)形的對稱信號(hào)RXD和RXD。
圖7顯示時(shí)鐘檢測器和提取器電路220之一實(shí)施例。
在其輸入上，此一電路接收取自諧振電路208之接頭的信號(hào)，同時(shí)它施加于具有磁帶現(xiàn)象的比較器272的微分輸入，它產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)(CLK)。此時(shí)鐘信號(hào)也施加于“異一或”門274的兩個(gè)輸入，直接地加至輸入之一以及經(jīng)由阻容電路276,278而加至另一輸入上。此阻容電路施加一延遞至信號(hào)于其拾取時(shí)，該延遞經(jīng)選擇以有一1/4fclk之順序之時(shí)間常數(shù)(此處fclk為由終端機(jī)100之電路114所產(chǎn)生之時(shí)鐘的頻率)。自門274之輸出信號(hào)隨后由一阻容電路280、282平均，此電路有一時(shí)間常數(shù)較1/2fclk為大(適當(dāng)?shù)卮蠹s1/fclk)，并隨后施加于比較器284之輸入之一，用以與一固定之閾值S作比較。
此時(shí)鐘信號(hào)CLK用以對數(shù)字處理機(jī)電路214施加適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘脈沖，同時(shí)自比較器280的輸出給予一信號(hào)PRSCLK指示時(shí)鐘信號(hào)是否出現(xiàn)。
對適用以同樣地操作良好的“非接觸”模式和“接觸”模式的一雙模式卡，此信號(hào)PRSCLK指示時(shí)鐘信號(hào)是否出現(xiàn)或未出現(xiàn)，有利地用以通知數(shù)字電路該便攜式物件是在“非接觸”型環(huán)境中，并決定相應(yīng)之動(dòng)作，諸如選擇一適當(dāng)之通信規(guī)程，以及啟動(dòng)分路調(diào)節(jié)器，PRSCLK信號(hào)用以產(chǎn)生INH(參考上面如圖3說明)等。
圖11詳細(xì)地顯示各種不同的轉(zhuǎn)換器，它們自動(dòng)地以此一方式操作于“非接觸”模式和“接觸”模式之間。觸點(diǎn)286如下時(shí)鐘(CLK)，接地線(GND)，數(shù)據(jù)(I/O)，電源(VCC)，復(fù)位至零RST，符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)之標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步之細(xì)節(jié)可參考此標(biāo)準(zhǔn)。此各種轉(zhuǎn)換器288至296均顯示在接觸位置中(以“O”指示)，此為缺省位置，同時(shí)它們在信號(hào)PRSCLK之控制下改變至“非接觸”位置(“1”指示)，此信號(hào)由電路220產(chǎn)生，并指示該時(shí)鐘信號(hào)來自整流器和濾波器裝置。
當(dāng)希望實(shí)施未在基帶中的調(diào)制，而是副載波調(diào)制時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)之提取亦特別地有利，因?yàn)榇烁陛d波容易通過對時(shí)鐘頻率的分頻而產(chǎn)生。此數(shù)字電路214隨后將以此方式產(chǎn)生的副載波施加到供發(fā)送的數(shù)據(jù)，以便能產(chǎn)生信號(hào)TXD，此信號(hào)施加于負(fù)載調(diào)制器電路222。
作為變換，可以檢測接觸區(qū)CLK上而不是來自線圈(時(shí)鐘提取器)之信號(hào)中時(shí)鐘信號(hào)的出現(xiàn)。這就要求轉(zhuǎn)換雙穩(wěn)態(tài)288至296的操作并增加時(shí)鐘出現(xiàn)檢測器，將接觸區(qū)CLK用作其輸入并產(chǎn)生信號(hào)PRSCLK作為提取器220的替換。
然而，這種變換存在各種缺陷。因此，如果按照ISO標(biāo)準(zhǔn)7816用接觸模式進(jìn)行通信，時(shí)鐘信號(hào)僅僅當(dāng)電壓已經(jīng)出現(xiàn)在其它接觸區(qū)之后才出現(xiàn)，而且可以要求合適的測量以避免分路調(diào)節(jié)器(來自線圈的遠(yuǎn)距離賦能)在開始接觸通信時(shí)超載Vcc。
便攜式裝置的操作參照圖8至10的波形圖。說明如下。
說明以參照圖8起始，解釋此物件如何被賦能，以及它如何發(fā)現(xiàn)此時(shí)鐘信號(hào)。
調(diào)諧電路208拾取一部分由終端機(jī)所產(chǎn)生的磁能量。此磁能量相當(dāng)于示于圖8內(nèi)的交流信號(hào)a，它由方塊210整流并由電容器212濾波如圖8所示提供經(jīng)整流和濾波的電壓b。對一有一峰值電壓10伏特的交流信號(hào)a言，獲得一整流及濾波電壓有大約8.5V的峰值電壓。自然地，此電壓a之振幅，以及由此產(chǎn)生之電壓b，大部分取決于物件和終端機(jī)之間的距離，當(dāng)物件對終端機(jī)愈接近振幅即增加。此調(diào)節(jié)器級(jí)216用以為此變化作補(bǔ)償，通過傳送一穩(wěn)定電壓至數(shù)字電路214，典型地為3V范圍的電壓(圖8內(nèi)波形d)。
因此，當(dāng)可遠(yuǎn)離終端機(jī)時(shí)，特別是在其范圍之邊緣時(shí)，此電壓b將相當(dāng)?shù)亟咏?V之要求值，以及b和d之間電壓降將極小，傳送通過此分路228之電流亦非常小，以及大體上所有由電源電路輸送之電流將用作賦能此數(shù)字電路214。可見，在此情況下流過此分路228的電流可以低到僅少許微安培(最小偏置電流)。
相反地，當(dāng)此物件非常接近于終端機(jī)時(shí)，此電壓b將為高，以及b和d之間的電位差將亦甚大(若干伏特)，因此流過此分路228的電流將很高，電阻元件230和分路228隨后耗散此過量電力。
除了其穩(wěn)定至數(shù)字電路214的電源的純電功能外，此分路調(diào)節(jié)器級(jí)亦對上述電路之情況提供若干有利點(diǎn)。
首先，當(dāng)此物件接近此終端機(jī)時(shí)，因?yàn)榈拓?fù)載呈現(xiàn)于自調(diào)諧電路208之下游，它將使其能限制b處并因此而在a處電壓的漂移，因?yàn)榇箅娏髁鬟^此分路，所拾取但并非要求向數(shù)字電路214供的電力完全呈熱的形式發(fā)散。
當(dāng)調(diào)諧電路208的電容器206是以集成單片技術(shù)所實(shí)施之元件時(shí)，那將是特別地有利，因?yàn)榇藢⒈苊庥捎谶^量電壓使電容器毀壞之危險(xiǎn)。由于對集成電路的幾何形狀的約束，不可能使電容器具有高擊穿電壓。不幸的是，由于此數(shù)字電路214是圍繞微處理器構(gòu)成，它需要一較大電力供應(yīng)，并因此要有高電位磁場，該磁場因此在調(diào)諧電路中產(chǎn)生過剩電壓，除非所提及之防范措施已經(jīng)執(zhí)行。
第二，更詳細(xì)解釋，此分路調(diào)節(jié)器具有對流向數(shù)字電路的電源電流的瞬間變化進(jìn)行平滑的效果(此電路的功耗不恒定)，并具有避免它們對用于自物件至終端機(jī)或自終端機(jī)至物件之任一通信之電路的其他構(gòu)件之操作有反應(yīng)之效果。電流上或電壓上不理想之變化可引發(fā)調(diào)制或解調(diào)中的錯(cuò)誤。
最后，當(dāng)物件位于自終端機(jī)之終極范圍處時(shí)，并因此僅自終端機(jī)接收剛好夠用之信號(hào)用以賦能此數(shù)字電路時(shí)，電路之此設(shè)計(jì)用以避免耗費(fèi)任何電力，由于流過此分路220之電流實(shí)際上為零。因此，所有由調(diào)諧電路所拾取之電力適用于賦能此數(shù)字電路。
此時(shí)鐘提取器電路220用以變換橫越調(diào)諧電路208所拾取之交流電流a成為一串取之適當(dāng)構(gòu)件的時(shí)鐘脈沖c。
信息自終端機(jī)傳送至物件之方式以參照圖9之波形圖而說明如下。
要傳送信息至物件，此終端機(jī)調(diào)制它產(chǎn)生的磁場之振幅。由于此信息呈二進(jìn)制形態(tài)傳送，該調(diào)制量將信號(hào)振幅減少一個(gè)預(yù)定量，例如至10％。此一減小，例如，相當(dāng)于發(fā)送一邏輯“0”，其振幅仍保留于其為一邏輯“1”之最大處。這可以在圖9內(nèi)如由調(diào)諧電路208所拾取之信號(hào)的波形圖a上見到。
當(dāng)整流和濾波之后，在b處引起整流及濾波之信號(hào)的振幅下降。此振幅下降由振幅解調(diào)器218所控制，它輸出此邏輯信號(hào)e，此信號(hào)施加于數(shù)字電路。
顯然，因?qū)K端機(jī)發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制而產(chǎn)生的振幅下降，對時(shí)鐘提取器上(信號(hào)c)，或?qū)魉椭翑?shù)字電路(信號(hào)d)的電源電壓，沒有影響。
如果不同于調(diào)幅之技術(shù)使用于終端機(jī)至物件方向時(shí)，例如相位調(diào)制如在若干早期文件中所教導(dǎo)時(shí)，那么此類調(diào)制沒有直接影響到本發(fā)明之調(diào)節(jié)器電路的操作；雖然如此，但當(dāng)振幅調(diào)制使用時(shí)，如所解釋，由于完全地具有抗拒各種與選擇振幅調(diào)制技術(shù)相關(guān)聯(lián)之缺點(diǎn)之能力者，故此一電路為特別地有利。
以下參照圖10之波形圖說明信息自物件回送至終端機(jī)的方式。
如上所述，在所示之實(shí)施例中，傳輸是通過負(fù)載變化而實(shí)施，亦即，通過由調(diào)諧電路208所吸收之電流的受控變化。最終，此電阻元件224通過此組件226而選擇性地轉(zhuǎn)換入電路中；例如，當(dāng)邏輯“0”要發(fā)送時(shí)置于電路中，為邏輯“1”時(shí)則在電路外。
當(dāng)此電阻器在電路中時(shí)，亦即，為一邏輯“0”時(shí)，此電壓a因?yàn)轭~外之負(fù)載而下降。此電阻器之電阻自然地被選擇，使此一電壓降無論如何能使適當(dāng)電力供應(yīng)至數(shù)字電路予以保存。
雖然如此，當(dāng)在距終端機(jī)之極端范圍時(shí)仍可能有困難。在此環(huán)境下，需要通過此電阻元件224予以分流以產(chǎn)生此調(diào)制的電流可能太高而不能容許此數(shù)字電路繼續(xù)適當(dāng)?shù)夭僮鳌?br> 在此一情況下，以及在此物件開始發(fā)送信息至終端機(jī)之前，最好為數(shù)字電路置于一“低功耗”模式形成一準(zhǔn)備，以便能在電阻元件224內(nèi)消耗更多電流而不會(huì)連累對數(shù)字電路之電力供應(yīng)。
例如，此將可以通過數(shù)字電路中微處理器的程序來實(shí)現(xiàn)，在開始發(fā)送數(shù)據(jù)至終端機(jī)之前，將傳輸例行程序置于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中(在存取上它消耗極少電力)，并中斷電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(它在存取上消耗可觀之更多電力)。換言之，此數(shù)字電路置于“低功耗”模式中以便使大量電流可用，此電流隨后在調(diào)制電阻器中消耗用以發(fā)送信息至終端機(jī)。
同時(shí)，如果更多調(diào)制電流可以傳送通過此電阻元件224(給予它以低電阻)，那么此調(diào)制將由終端機(jī)更好地感知，因此使其可能在終端機(jī)處以檢測裝置來執(zhí)行任務(wù)，因此使其可能不復(fù)雜和/或提供一較佳信/噪比。
仍然在物件至終端方向中，可以使用其他類型之調(diào)制，或使用各種變換，例如，如上所述，一副載波之調(diào)制，它控制負(fù)載變化以取代直接由待傳輸之信號(hào)調(diào)制負(fù)載。
權(quán)利要求
1．一種用以交換數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，此系統(tǒng)至少包含一終端機(jī)以及多個(gè)便攜式物件適合于以非接觸通信與此終端機(jī)合作，其中此終端機(jī)(100)包含；一線圈(102)適用以發(fā)射一磁場；數(shù)據(jù)傳輸裝置與線圈合作，并包含交流信號(hào)發(fā)生器裝置(108)和調(diào)幅裝置(110)；以及數(shù)據(jù)接收裝置(118,116)與線圈合作；此便攜式物件(200)包含一電路，它由終端機(jī)遠(yuǎn)距離地賦能，并包含一線圈(202)，用于拾取來自此終端機(jī)之調(diào)制磁場，或通過此磁場之調(diào)制干擾用以產(chǎn)生一響應(yīng)；一轉(zhuǎn)換器裝置與便攜式物件之線圈合作，將所拾取之磁場變換為一直流電壓(d)用以賦能物件之電路，該裝置包含一整流器級(jí)(210)和一濾波器級(jí)(212)；以及數(shù)據(jù)傳輸裝置和數(shù)據(jù)接收裝置亦與便攜式物件之線圈合作，此數(shù)據(jù)接收裝置包括用以解調(diào)由此線圈所拾取之信號(hào)的振幅的裝置(218)，該振幅解調(diào)裝置(218)根據(jù)自整流器和濾波器級(jí)(210,212)之輸出處所傳送之信號(hào)(b)操作；所述系統(tǒng)的特征在于每一該線圈(102,202)形成一調(diào)諧共振電路(106,208)之一部分放射磁場于騰空空間；以及由終端機(jī)放射之磁場的調(diào)幅為低深度調(diào)制，調(diào)制率典型地小于或等于50％。
2．如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于此調(diào)制率小于20％。
3．一種便攜式物件(200)，用于與一終端機(jī)進(jìn)行非接觸通信，該便攜式物件包括一電路由終端機(jī)遠(yuǎn)距離地賦能，該電路包含一線圈(202)，用于拾取來自此終端機(jī)之調(diào)制磁場，或通過此磁場的調(diào)制干擾用以產(chǎn)生一響應(yīng)；一轉(zhuǎn)換器裝置與線圈合作將所拾取之磁場變換為一直流電流(d)，用以賦能物件的電路，該裝置包含一整流器級(jí)(210)和一濾波器級(jí)(210)，以及數(shù)據(jù)傳輸裝置和數(shù)據(jù)接收裝置亦與此線圈合作，此數(shù)據(jù)接收裝置包括用以解調(diào)由此線圈所拾取之信號(hào)的振幅的裝置(218)，該振幅解調(diào)裝置(218)操作在自整流器和濾波器級(jí)(210,212)之輸出處所傳送之信號(hào)(b)上；此便攜式物件的特征在于，此線圈(202)為輻射此磁場于騰空空間中的設(shè)計(jì)共振電路(208)的一部分。
4．如權(quán)利要求3所述的便攜式物件，其特征在于此調(diào)幅裝置為可變閾值裝置(244,246,248)，它將加到其輸入之信號(hào)的瞬間值與同一信號(hào)之平均值比較。
5．如權(quán)利要求3或4所述的便攜式物件，其特征在于此振幅解調(diào)裝置為對施加信號(hào)之瞬間值增大速度敏感的裝置(244,250,252,250～268)。
6．如權(quán)利要求3、4或5的便攜式物件，其特征在于此轉(zhuǎn)換器裝置另包含，自整流器和濾波器級(jí)(210,212)之下游的穩(wěn)定器級(jí)(216)，它包括一主調(diào)節(jié)器元件(228)，與待賦能的電路呈并聯(lián)地安裝于其電源接頭(VCC,GND)之間，并與電路之電源線內(nèi)呈串聯(lián)連接的電阻組件(230)相關(guān)聯(lián)；此分路調(diào)節(jié)器元件，取出用于此電路之電源電流的可變分量，使此電阻元件和此分路調(diào)節(jié)器元件消散不為電路操作所需要的任何過剩電力；以此方法，相應(yīng)地，在電路接頭處的電源電壓(d)得到穩(wěn)定，在上游調(diào)諧元件接頭處的電壓飄移(a)被限制，以及防止電流消耗變化在上游對待解調(diào)信號(hào)的振幅產(chǎn)生影響。
7．如權(quán)利要求3至6任一項(xiàng)所述的便攜式物件，其特征在于包含用以選擇性地及暫時(shí)性地禁止分路調(diào)節(jié)器操作的裝置(240)。
8．如權(quán)利要求7所述的便攜式物件，其特征在于所述裝置提供用以檢測通信的類型是非接觸式或經(jīng)由接觸，并根據(jù)測得的經(jīng)由接觸而傳送的通信類型實(shí)施。對此分路調(diào)節(jié)器之操作選擇性和暫時(shí)性的禁止。
9．如權(quán)利要求3至8任一項(xiàng)所述的便攜式物件，其特征在于除了調(diào)諧元件之線圈(202)之外，此整個(gè)電子電路(202)、(204)均由集成單片技術(shù)實(shí)施。
10．如權(quán)利要求3至9任一項(xiàng)所述的便攜式物件，其特征在于此數(shù)據(jù)發(fā)送裝置為裝置(222)，它通過調(diào)制自調(diào)諧電路下游的電流消耗而操作，此電路能以兩種電力消耗模式操作，即以標(biāo)稱電力消耗和以低電力消耗，所述裝置經(jīng)提供用以在數(shù)據(jù)發(fā)送裝置開始實(shí)施該調(diào)制之前將此電路置于低電力消耗模式中。
11．一種終端機(jī)(100)，用于與一由此終端機(jī)遠(yuǎn)距離地賦能的便攜式物件作非接觸式通信，包含一線圈(102)，適用于放射一磁場；一數(shù)據(jù)傳輸裝置與此線圈合作，并包含交流信號(hào)發(fā)生器裝置(108)和調(diào)幅裝置(110)；以及數(shù)據(jù)接收裝置與此線圈合作；此終端機(jī)的特征在于此線圈為輻射磁場于自由空間內(nèi)的一調(diào)諧共振電路(106)的一部分；以及此調(diào)幅為低深度調(diào)幅，調(diào)制率典型地小于或等于50％。
12．如權(quán)利要求11所述的終端機(jī)，其特征在于此調(diào)制率小于20％。
全文摘要
終端(100)包括與數(shù)據(jù)發(fā)送/接收裝置(108－118)合作的線圈(102)。便攜式物件(200)包括遠(yuǎn)距離賦能的電路,它包括:線圈(202),用以拾取終端所產(chǎn)生的調(diào)制磁場,或者在該磁場中響應(yīng)地產(chǎn)生調(diào)制的拾取;變換裝置,它包括整流級(jí)(210)和濾波級(jí)(212),變換由線圈所拾取的磁場以及直流電壓源(d);以及數(shù)據(jù)發(fā)送/接收裝置,該接收裝置包括解調(diào)線圈所拾取信號(hào)之振幅的裝置(218),該振幅解調(diào)裝置根據(jù)整流和濾波級(jí)輸出產(chǎn)生的信號(hào)(
文檔編號(hào)B42D15/10GK1214136SQ9719320
公開日1999年4月14日 申請日期1997年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月10日
發(fā)明者弗雷德里克·韋豪斯基 申請人:革新工業(yè)股份有限公司