專利名稱：利用電感耦合傳輸/接收數據的電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用電感耦合傳輸數據的裝置，它包括一個由天線信息激勵的電感天線電路以及帶有二進制端對的控制電路，這些端對可達到高阻抗并具有非零內阻。
本發明特別涉及的裝置是為了與電子便攜器進行數據交換而設計的，該電子便攜器帶有無觸點集成電路，如無觸點智能卡讀出器、電子標簽閱讀器、電子標記閱讀器.....。
根據后面用“ISO/A”和“ISO/B”表示的標準ISO14443-2/A和14443-2/B的規定方案，無觸點集成電路讀出器的天線線圈是由振蕩頻率為13.56MHz的天線信號激勵的。數據傳輸到集成電路是利用天線信號振幅調制進行的，在標準ISO/A的情況下調制深度為100％或者在標準ISO/B的情況下調制深度為10％。
圖1表示出了一種普通的數據傳輸裝置1，它包括一個微處理器2、一個振蕩器3、一個調制晶體管4以及諧振型天線電路10。天線電路10包括一個與電容器12并聯的天線線圈11并且通過電感13和絕緣(隔離)電容器14接入直流電源電壓VDD。調制晶體管4通過絕緣電容器14接到線圈11的端子上。振蕩器3輸出振蕩頻率13.56MHz的信號S1而微處理器2在端對P1上輸出一個二進制振幅調制信號S2。信號S1和S2加到“與”門5，該“與”門的輸出端輸出一個加到晶體管4柵極上的調制信號S3，其外形圖表示在圖1上了，通過線圈11的天線信號Sa是信號S3的結構圖像。
這種數據傳輸裝置具有結構相當簡單的優點，但是只可以按100％調制天線信號(ISO/A)，為了得到天線信號Sa的10％調制(ISO/B)，裝置就變得比較復雜也應該補充各種元件。
如果人們想要使其與標準ISO/A及ISO/B兼容，以便可以把數據傳輸到兩種不同類型的集成電路，則裝置變得更加復雜。在這種情況下，如圖2所示，調制開關4用一個以功能塊形成表示的調制電路9所代替。調制電路9接收信號S1、S2以及由微處理器端對P2輸出的信號SAB，它可以選擇所希望的調制類型。這種調制電路9為了其制備必需有各種不同的電器件和/或電子元件。
因此，本發明的目的就是設計出一種上面所述類型的數據傳輸裝置，它能以低于100％的調制深度調制天線信號，同時結構簡單而且制備費用低。
本發明另一個較特殊的目的就是設計出一種數據傳輸裝置是多種性能的，并且它能夠以幾種調制深度尤其是以10％-100％的調制深度調制天線信號。
本發明也涉及到利用載荷調制(modulation de charge)方法由無觸點集成電路所傳輸的數據接收。在這種情況下，前面所述數據傳輸裝置的線圈11通過電感耦合接收一種與天線信號Sa混頻的載荷調制信號。載荷調制信號應該從天線信號Sa中取出，并且在譯碼之前通過適當的濾波解調。公知的解調及濾波系統存在不足之處是，如果人們希望這些系統與幾種載荷調制方案兼容，尤其是與標準ISO/A和ISO/B規定方案兼容的話，就較復雜。
因此，本發明還有另外一個目的就是設計出一種解調裝置，它可與載荷調制的幾個方案兼容，同時結構也簡單，而且制備費用低。
為了達到這些目的，本發明設計出一種載荷調制及電感耦合接收數據的裝置，它包括一個電感型的天線電路，此電路又帶有一個通過天線信號的線圈，還有一個帶有二進制端對的控制電路，這些端對通路都可達到高阻抗，還有至少兩個濾波器，每個濾波器都通過其一端與一個控制電路端對連接，用于把存在于天線信號中的載荷調制信號加到濾波器的另一端，安裝控制電路是為了通過置位連接到所選濾波器的端到“1”和通過置位連接到另一濾波器的端到高阻抗狀態從濾波器中選出一個。
根據一種實施例，用來把載荷調制信號加到濾波器上的器件包括一個放大器，其輸入端通過一個濾波系統與天線電路連接。
根據一種實施例，放大器采取的是一個晶體管的形式。
根據一種實施例，裝置包括一個低通濾波器和一個帶通濾波器。
本發明還涉及一種利用電感耦合傳輸/接收數據的裝置，它包括一個本發明的數據接收裝置，其中天線電路由控制電路的至少兩個端對供電，控制電路的配置是為了當天線電路應該維持滿功率供電時，設置提供天線電路供電的端到“1”，并且在天線信號振幅必需被調制時改變提供天線電路電源的至少一個端對的狀態。
根據一種實施例，利用控制電路置位提供天線電路供電的端對都于“0”狀態，以便100％調制天線信號。
根據一種實施例，利用控制電路置位至少一個端對到高阻抗狀態，另外一個或多個端對置位于“1”，以便進行低于100％的天線信號振幅調制。
根據一種實施例，該裝置包括一個可輸出交流信號的振蕩器，還包括一個可由交流信號控制的開關器件，它們都安裝在天線線圈端子處，用于調制天線信號頻率。
本發明的這些特征及其它一些特征將在后面對本發明方法與數據傳輸裝置的說明以及對本發明數據接收裝置的說明中更詳細地顯現出來，說明中聯系了幾個附圖，其中有--前面所述的圖1和2是利用感應方法傳輸數據的普通裝置電路示意圖。
--圖3是本發明數據傳輸裝置的電路示意圖。
--圖4是微處理器端對通路的電路示意圖。
--圖5是微處理器端對通路邏輯電路示意圖。
--圖6A至6G表示出了根據本發明方法第一個方面(目標)在圖3裝置中出現的各種信號。
--圖7A至7G表示出了根據本發明第二個方面出現在圖3裝置中的各種信號。
--圖8是本發明數據傳輸/接收裝置的電路示意圖。
本發明第一個方面天線信號的調制圖3概括地表示了本發明數據傳輸裝置20，其結構與圖2裝置的結構很接近。在裝置20中可看出天線電路10，微處理器2由電壓VDD供電，振蕩器3輸出13.56MHz的信號S1，而調制開關4通過絕緣電容器14與線圈11的端子連接，微處理器2帶有二進制端對P1至P7，它們都可以置位于“1”(電壓VDD)、置位于“0”(端對接地輸出)或者達到高阻抗狀態。最后，微處理器2裝有一個存儲器21，其中特別存儲了數據DTa，它們應該經過天線信號Sa的振幅調制進行傳輸的，還有微處理器的操作系統OS。
根據本發明，天線電路10的供電是由幾個并聯的微處理器端對保證的，在此，端對為P1、P2、P3、P4。端對P1至P4輸出電源信號Sp，它是每個端對輸出的信號Sp1、Sp2、Sp3、Sp4的組合信號，并且通過已經描述過的電感13和電容器14加到天線電路10。電感13或“沖擊”電感可保護端對P1至P4防止過壓并且電容器14使線圈11與直流電流絕緣。在此，調制開關4由信號S1控制并且不接收由微處理器輸出的振幅調制信號，如同現有技術中的情況那樣。
根據本發明方法，四個端對P1至P4保持在“1”(在端對上存在電壓VDD)用于天線電路10滿功率供電。天線信號Sa的振幅調制是在對電源信號Sp本身振幅進行調制的同時而實現的，電源信號Sp的振幅調制是在對端對P1至P4的全部或部分狀態進行調制的同時而實現的。
在更詳細的描述本發明這一方面之前，先聯系圖4可注意到，微處理器的端對Pi通常包括一個非零內阻Ri并且可以用輸電線路示意出來，此輸電線路包括兩個轉換(開關)器Sw1，Sw2以及一個串聯電阻Ri。開關Sw1可以使端對Pi輸出端達到電源壓VDD(邏輯“1”)或接地(邏輯“0”)。開關Sw2可以斷開開關Sw1以便使端對Pi的輸出端處于高阻抗HZ狀態。電阻Ri表示的是端對Pi的內電阻，并引起電壓降，它隨著端對輸出電流而變化。
作為具體的實例，圖5表示出Microchip TechnologyTMInc.公司商品化產品PIC16C6X微處理器的PMT端對和邏輯線路示意圖，它是本發明申請人為了評價發明所使用的。端對PMT包括兩個聯鎖觸發器DL和TL，它們通過微處理器DBUS數據總線，由端對寫入信號WRP及使端對置于高阻抗狀態的WRT信號控制。端對的輸出正好從中聯的兩個輸出晶體管PMOS及NMOS的中間引出，這兩個晶體管由電壓VDD供電并且受觸發器DL、TL的輸出Q或/Q控制。端對內阻Ri在此就是晶體管PMOS的電阻，當時該晶體管是導通狀態(端對輸出處在1狀態)。
因此，如果參照圖3，天線信號Sa的調制是在所有端對P1至P4都處于0狀態時或者是在另一些端對保持為1時而某些端對處于高阻抗狀態時而達到的。在第一種情況下，電源信號Sp為0并且天線信號Sa的振幅按100％調制(標準ISO/A)。在第二種情況下，保持為1的端對通過了較強的電流而且其內阻Ri使電源信號Sp的電壓下降同時又未使其為0，使得天線信號Sa的振幅調制低于100％。
實際上，應該達到高阻抗的端對數與所要求的調制深度及所用端對電特性有關。采用了由5V的VDD電壓供電的微處理器PIC16C6X，也利用特性阻抗約為13.56MHz時250Ω的天線電路10，本申請人所進行的試驗都表明四個中有三個端對應該達到高阻抗以便得到天線信號Sa約為10％的振幅調制，這是按照標準ISO/B，更具體地說，當端對P1至P4置于“1”時，通過每個端對的電流約為5mA，這就代表了約為20mA的天線電流。加到天線電路上的電壓約為4.775V，當四個端對中有三個達到高阻抗狀態，例如端對P2至P4，端對P1保持在1時，通過端對P1的電流約為15mA并且當加到天線電路的電壓約為4.3V時，則天線信號Sa的振幅調制約為10％。
因此，圖3的裝置20所具有的優點就是能夠根據其端對P1至P4受控的方式而符合標準ISO/A及ISO/B，同時還有一個好處是結構特別簡單。
為了確定概念起見，圖6A至6G的同步定時曲線圖描繪出了用于根據標準ISO/A傳輸數據的端對P1至P4的控制方案，而且圖7A至7G的同步定時曲線圖描繪了用于根據標準ISO/B的傳輸數據端對P1至P4的控制方案。圖6A、7A表示的是要傳輸的邏輯信號DTa，它是由比特序列構成的，該比特序列值只是作為實例而給出的，圖6B至6E、7B至7E表示信號Sp1至Sp4。圖6F、7F表示信號Sp。最后，由天線線圈5產生的磁場FLD的情況利用圖6G、7G作了描述。在圖6B至6F、7B至7F的同步定時曲線圖上，高阻抗態用HZ虛項邏輯電平表示。
在圖6A至6G上，可看到磁場FLD在比特為1的傳輸當中是以滿功率發射的，信號Sp約為5V，比特為0是由信號Sp的置0脈沖編碼的，該脈沖時間短，是同時使端對P1至P4置于0(信號Sp1至Sp4置于0)而得到的。信號Sp的置0脈沖引起天線線圈5發射的磁場FLD短時間中斷(100％調制)。
圖7A至7G上，磁場FLD在比特為1的傳輸過程中也是滿功率發射的。反之，比特0是在比特時限T內由信號Sp的10％振幅調制進行編碼的(編碼NRZ)，T是信號DTa的二進制周期。10％的調制是由端對P1保持在1以及端對P2、P3、P4處于高阻抗情況下(在HZ狀態下的信號Sp2、Sp3、Sp4)來保證的，信號Sp的10％調制引起磁場FLD的10％調制，因為信號是天線電路10的電源供電信號。
當然上面所描述的控制組合及數值只是作為一些實例。專業技術人員可以自主地采用數量或多一些或少一些的端對來實施本發明，這要根據所用微處理器的特性、所要求的調制率以及天線電路的阻抗而定。按限定范圍來說，僅僅一個端對就足夠制備一種只符合標準ISO/A的裝置，條件是端對能夠輸出足以達到最大磁場發射功率的電流，它是由所考慮的應用及所希望的通信距離決定的。
另一方面，雖然前面已經描述了一種利用商品化微處理器的本發明實例，但各種類型的可具有上述特性的控制電路都可以實施本發明。特別是本發明可以采用一種特定的“ASIC”型集成電路(“AssignedSpecific Integrated Circuit”)來實施。這種特定的集成電路可以并入一個微處理器或一個邏輯程序電路，它帶有其結構相當于微處理器端對結構的“端對”型通信線路。在這種情況下，用于調制天線信號的微處理器端對或“端對”型通信線路都能連接到特定的集成電路內，使得特定電路只有一個控制天線電路的輸出接點。
本發明的第二個方面設計電感耦合傳輸信號的接收線路根據本發明的另一個方面，微處理器的端對還被用來簡便地實現一個有源濾波系統，它可以接收由集成電路發出的數據，使用了幾種通信方案，尤其是ISO/A及ISO/B方案。
圖8表示了一種利用本發明這一方面的電感耦合數據傳輸/接收裝置30，此裝置30包括一些與圖3裝置20相同的元部件，都用相同的標注表示，還包括一些前面已描述的數據接收設備，這些接收設備的作用是從天線信號Sa中引出且由無觸點工作集成電路40所發送的載荷調制信號。
這種集成電路40在圖8上已概括地表示了，它包括一個天線電路41及一個載荷調制系統。天線電路41包括一個天線線圈42及一個并聯電容器43。載荷調制系統包括例如開關器44及中聯電阻45，它們都與線圈42的端子相連。開關器44受編碼器電路46輸出的調制信號Sx控制，它在輸入端接收要傳輸的數據DTx，當線圈11和42足夠靠近時，信號就通過電感耦合到線圈11中引起響應，以便形成天線信號Sa的一個分量。信號Sx通常包括一個頻率為847KHz的交流分量或副載波分量并且應該從信號Sa分出，又在被譯碼之前進行解調，譯碼是由微處理器2或任何其它適合的譯碼器進行的。
根據本發明，接收設備包括一個調整穩定在847KHZ上的帶通濾器31以及一個847KHz的截頻低通濾波器32，帶通濾波器31在此包括一個電感，一個電容器，一個電阻以及一個并聯二極管，而低通濾器32包括一個電阻、一個并聯電容器。每個濾波器31、32都通過其一端與微處理器2的一個端對分別是P5及P6相連。濾波器31、32的另一個端對與公共節點33-1連接，節點33-1與放大器部件33的輸出端相連，該放大器部件在這里采取的是一個FET晶體管的形式，此場效應晶體管的漏極與節點33-1連接并且它的源極接地，節點33-1還通過放大器33-2及“觸發器”(“trigger”)型或差動放大器型的信號轉換器33-3連接到微處理器端對P7。通過天線信號Sa的天線線圈11連接到半波檢波器34，其輸出端加到截頻為兆赫級(Megahertz)的低通濾波器35，以便消除全部的13.56MHz分量。濾波器35的輸出端通過電容器36及低電平(反偏)穩定電阻37加到放大器部件33的輸入端(這里是FET晶體管的柵極)。
因此，放大器部件33在輸入端接收載荷調制信號Sx，它是利用低通濾波器35從天線信號Sa分出來的。當端對P5、P6處于高阻抗狀態時，濾波器31、32斷開(處于開路狀態)并且節點33-1處在高阻抗狀態。在另一個端對保持高阻抗而端對P5、P6置位于1時，相應的濾波器31、32處于工作狀態并且可以提取出信號Sx的波包線，同時消除了副載波。信號Sx的波包線發送到微處理器端對P7上以便譯碼，這是在經過放大器33-2放大及經過觸發器33-3轉換之后進行的。
本發明裝置30的優點就是簡單，同時可以接收根據不同傳輸方案發送的數據，端對P6及P7的作用是在保證其電源供電的同時轉換濾波器31、32。例如，當信號Sx是Manchester編碼頻率為847KHz的副載波時(ISO/A標準)，微處理器2選擇并觸發低通濾波器32，同時使端對P6置位于“1”。當信號Sx是BPSK(“Binary phase shift Keying”)也就是利用相位偏移(標準ISO/B)編碼的847KHz副載波時，微處理器2就選擇并觸發帶通濾波器31。
通常，低通濾波器32可以按頻率解調各種類型的信號Sx，其頻率小于或等于847KHz，其中包括當信號Sx是無副載波二進制信號時的情況。帶通濾波器31更具體地說可用于對信號Sx進行相位調制，這是當該信號是BPSK編碼并且頻率為847KHz時的情況。
當然，其它不同的濾波器也可以考慮使用并且與微處理器的其它端對連接。此外，13.56MHz及847KHz的頻率只是作為按照ISO14443-2的方案所述實施例給出的。
通常，本發明的兩個方面是彼此獨立的，不過它們的并置就可以制備無觸點集成電路閱讀器并且成本較低，本發明的最終目的是有利于促進和推動無觸點集成電路在“廣大公眾”方面的應用，例如電子錢包、電話卡、電子運輸記錄單、物品識別(電子標簽)、接入控制(電子標記閱讀器)，...。
權利要求
1.一種利用載荷調制及電感耦合方式接收數據的裝置(30)，它包括一個電感型天線電路(10)，此電路帶有一個讓天線信號(Sa)通過的線圈(11)，還包括一個控制電路(2)，它帶有可達到高阻抗(HZ)狀態的二進制端對(P1-P7)，該裝置的特征在于，它包括至少兩個濾波器(31、32)，其中每個濾波器都利用其一個端與控制電路(2)的一個端對(P5、P6)連接，還包括一些器件(33、34、35、36、37)可以把存在于天線信號(Sa)中的載荷調制信號(Sx)加到濾波器的另一端，本裝置的特征還在于，安裝的控制電路是為了通過置位連接到所選濾波器的端到“1”和通過置位連接到另一濾波器的端到高阻抗狀態選擇濾波器之一。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，把載荷調制信號(Sx)加到濾波器上的設備包括一個放大器部件(33)，其輸入端通過濾波系統(35)連接到天線電路(10)。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中，放大器部件采用的是一種晶體管(33)的形式。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，它包括一個低通濾波器(32)和一個帶通濾波器(31)。
5.利用電感耦合傳輸/接收數據的裝置(30)，其特征在于，它包括一個根據權利要求1至4中任一項所述的數據接收裝置。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，天線電路(10)利用控制電路(2)的至少兩個端對(P1-P4)電源供電，配置控制電路(2)是為了當天線電路必需滿功率供電時使提供天線電路(10)電源供電的端對(P1-P4)置位于“1”，并且是為了當天線信號(Sa)的振幅必需被調制時改變至少一個提供天線電路(10)供電的端對(P1-P4)狀態。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，利用控制電路置位提供天線電路(10)電源供電的端對(P1-P4)于“0”以便對天線信號實現1001的調制。
8.根據權利要求6所述的裝置，其中，利用控制電路置位至少有一個端對(P2-P4)達到高阻抗狀態(HZ)，在一個或幾個其它端對(P1)保持在“1”，以便對天線信號進行低于100％的振幅調制。
9.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，它包括一個振蕩器(3)可輸出交流信號(S1)，還包括由交流信號(S1)控制的轉換(開關)器(22)安裝在天線線圈(11)的端子上用于調制天線信號(Sa)的頻率。
全文摘要
本發明涉及一種利用電感耦合接收數據的裝置(30),它包括電感型天線電路(10)此電路帶有一個可通過天線信號(Sa)的電感線圈(11)以及一個控制電路(2)它帶有二進制端對通路(P1－P7)它們都可以達到高阻抗(HZ)狀態。根據本發明,該裝置包括至少兩個濾波器(31、32),安裝這兩個濾波器是為了在第一個端子上接收存在于天線信號(Sa)中的載荷調制信號(Sx),其中每個濾波器都通過其另一端連接到控制電路(2)的一個端對通路上(P5,P6)。控制電路的配置是為了從中選擇一個濾波器,與此同時,使得與要選擇的濾波器相連接的端對通路置位于1,同時使連接另一個濾波器的端對通路達到高阻抗狀態。特別是在無觸點智能(芯片)卡閱讀器方面的應用。
文檔編號G06K7/00GK1345489SQ0080552
公開日2002年4月17日 申請日期2000年3月24日 優先權日1999年3月25日
發明者B·查拉特 申請人:內部技術公司