專利名稱：用于由非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)所發(fā)送的電磁信號(hào)的調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁信號(hào)發(fā)射天線，該天線位于非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)中的讀卡器，并且被設(shè)計(jì)成向便攜式非接觸型對(duì)象發(fā)射電磁信號(hào)，特別是涉及一種用于由非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)所發(fā)送的各種電磁信號(hào)的調(diào)制器。
背景技術(shù)：
介于一個(gè)非接觸型對(duì)象以及一個(gè)非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)之間的信息交換通常由介于被安裝在該非接觸型對(duì)象之中的第一天線以及位于非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)之中的第二天線之間的遠(yuǎn)距離電磁耦合來(lái)完成。而且，在該對(duì)象上，安裝了一個(gè)電子模塊，其特征在于第一天線被連接到一個(gè)電子芯片，它在其他眾多元件中，含有一個(gè)射頻(RF)部分，一個(gè)微處理器和/或一個(gè)存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)著準(zhǔn)備提供給非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)的信息，還有為編輯待發(fā)送的信息、以及為處理已接收的信息所需的各項(xiàng)邏輯功能。
非接觸型對(duì)象，它可能是一張門票或者具有信用卡格式的卡片，是一種在各個(gè)領(lǐng)域中越來(lái)越普遍使用的系統(tǒng)。例如，在交通部門，可自由使用的非接觸型車票以及非接觸型智能卡已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)，作為供臨時(shí)的和長(zhǎng)期的用戶使用的一種支付手段。對(duì)電子錢包來(lái)說(shuō)，情況也是如此。許多公司也已經(jīng)開發(fā)出針對(duì)使用非接觸型智能卡的全體員工的識(shí)別裝置。
目前，介于非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)(通常被稱為讀卡器)與各種非接觸型智能卡之間的數(shù)據(jù)傳輸均遵循各項(xiàng)ISO標(biāo)準(zhǔn)。在最廣泛的推廣應(yīng)用中，ISO標(biāo)準(zhǔn)14443涉及介于智能卡以及讀卡器之間經(jīng)由無(wú)線電的雙向數(shù)據(jù)傳輸。此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了兩項(xiàng)傳輸協(xié)議，它們被稱為類型“ A”傳輸協(xié)議以及類型“B”傳輸協(xié)議。這兩項(xiàng)非接觸型數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，A和B，不同之處在于，一方面，介于讀卡器與卡之間，另一方面，介于卡與讀卡器之間的射頻(RF)通信所使用的調(diào)制類型。在這里，只討論從讀卡器向卡發(fā)送的信號(hào)。
在從讀卡器到卡的數(shù)據(jù)傳輸方向中，協(xié)議B提供了對(duì)應(yīng)于所發(fā)送信號(hào)或者由所發(fā)送數(shù)據(jù)的電磁載波的10％的調(diào)幅度的振幅調(diào)制，而在協(xié)議A中，由所發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)電磁載波進(jìn)行100％的調(diào)幅度的振幅調(diào)制。在兩種情況下，在第一時(shí)間間隔t1內(nèi)，所發(fā)送的周期性的電磁載波的振幅都被默認(rèn)為最大，然后，在第二時(shí)間間隔內(nèi)，對(duì)第一種情況來(lái)說(shuō)，它等于在調(diào)制過(guò)程中的最大振幅的大約82％，而對(duì)第二種情況來(lái)說(shuō)，它等于在調(diào)制過(guò)程中的最大振幅的0％。
目前，越來(lái)越多的標(biāo)準(zhǔn)要求非接觸型讀卡器同時(shí)兼容于兩種傳輸協(xié)議類型，A和B。對(duì)這兩種協(xié)議來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)化的電磁載波頻率是共同的，并且通常等于13.56MHz。
對(duì)讀卡器來(lái)說(shuō)，主要的性能標(biāo)準(zhǔn)之一就是電磁輻射場(chǎng)的范圍，它必須盡可能地大。因此，各制造商均致力于采取提高電源電壓以外的方法，來(lái)拓展他們的傳輸系統(tǒng)的范圍。然而范圍的拓展不應(yīng)出現(xiàn)這樣的風(fēng)險(xiǎn)，即，當(dāng)卡靠近讀卡器時(shí)，卡會(huì)發(fā)生飽和或損壞。
滿足此項(xiàng)性能標(biāo)準(zhǔn)的因素之一就是使用具有高的過(guò)電壓比的各種天線。在諧振頻率上，出現(xiàn)在電感(電磁載波的一個(gè)來(lái)源)兩端的電壓有效值基本上等于在該電路兩端的電壓的Q倍；Q為過(guò)電壓因數(shù)。這樣一來(lái)，天線的過(guò)電壓比越高，其輻射場(chǎng)的范圍就越大。
為了得到所發(fā)送信號(hào)的100％的振幅調(diào)制，目前普遍使用的方法包括，在對(duì)應(yīng)于根據(jù)協(xié)議A的場(chǎng)的截止時(shí)間內(nèi)，在該電路兩端關(guān)斷電壓源，以便停止電磁載波的發(fā)射。
實(shí)際上，雖然顯著地增加了天線的驅(qū)動(dòng)電路的阻抗，但是，關(guān)斷發(fā)生器會(huì)使電壓降低到零。由于在電路中所積累的負(fù)載，這將使天線繼續(xù)發(fā)射(電磁波)，這又導(dǎo)致在一段比截止時(shí)間更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，發(fā)射一段阻尼的電磁載波振蕩。其結(jié)果是，在信號(hào)截止期間，向卡輻射的(電磁)場(chǎng)的振幅不為零，并且由該天線發(fā)射的電磁場(chǎng)不對(duì)應(yīng)于電磁載波的100％的振幅調(diào)制；這發(fā)生在比理論上的截止時(shí)間為短的一段時(shí)間內(nèi)，其振幅小于或等于輻射信號(hào)的最大振幅的5％。
因而，使用具有高的過(guò)電壓比的天線兼容于B型讀卡器。對(duì)這樣的讀卡器來(lái)說(shuō)，由于它的調(diào)幅度只有10％，所以電磁載波總是存在的，同時(shí)，它勉強(qiáng)地兼容于A型讀卡器。再有，用一個(gè)具有高的過(guò)電壓比的天線所獲得的小的阻尼效果僅對(duì)調(diào)幅度為10％的波形產(chǎn)生輕微的影響。
為了使用兼容于兩種讀卡器類型的天線，第一種解決方案包括使用具有降低了的過(guò)電壓比同時(shí)具有兼容于標(biāo)準(zhǔn)A的要求的阻尼的天線，雖然這樣做在滿足標(biāo)準(zhǔn)B的性能特性方面有所犧牲。
第二種解決方案包括使用具有雙極型晶體三極管的線性放大器，它使得由天線發(fā)射的信號(hào)受到阻尼，因此，在截止時(shí)間內(nèi)，輻射場(chǎng)(的強(qiáng)度)為零。這種解決方案能獲得預(yù)期的阻尼，但是以犧牲輸出為代價(jià)。雖然需要大的極化電流，但是該電路具有恒定的輸出阻抗。這種電路的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。
第三種解決方案包括，使用場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管用于切換，以便降低損耗，同時(shí)不犧牲B型讀卡器的范圍。使用這樣的晶體三極管使該電路在“打開”和“閉合”兩個(gè)位置之間進(jìn)行切換，并且當(dāng)電路被持續(xù)地打開時(shí)，通過(guò)增加所呈現(xiàn)的阻抗來(lái)獲得最大的輻射場(chǎng)，但在類型A協(xié)議的情況下，在波形方面會(huì)有所犧牲。

發(fā)明內(nèi)容
這就是為什么本發(fā)明的第一目標(biāo)是提供一種裝置，它使得在發(fā)送類型A協(xié)議信號(hào)的過(guò)程中，在最高性能狀態(tài)下，從讀卡器的天線向非接觸型智能卡發(fā)送電磁載波。
本發(fā)明的第二目標(biāo)就是提供一種裝置，它使得在發(fā)送類型A和類型B協(xié)議信號(hào)的過(guò)程中，在最高性能狀態(tài)下，從讀卡器的天線向非接觸型智能卡發(fā)送電磁載波。
因此，本發(fā)明的用途涉及在一個(gè)非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)中使用通往一個(gè)非接觸型對(duì)象的電磁波輻射的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，所發(fā)送的各數(shù)據(jù)比特對(duì)應(yīng)于第一時(shí)間間隔與第二截止時(shí)間間隔的交替，在上述第一時(shí)間間隔內(nèi)，按照預(yù)定的載頻來(lái)發(fā)射電磁波，而在上述第二截止時(shí)間間隔內(nèi)，在按照預(yù)定的載頻來(lái)發(fā)射電磁波的過(guò)程中，將出現(xiàn)一段截止。本設(shè)備包括產(chǎn)生裝置，它在第二截止時(shí)間間隔內(nèi)，用于產(chǎn)生其頻率高于基波頻率的電磁波，由此導(dǎo)致天線的輻射場(chǎng)的衰減大于一個(gè)預(yù)定的數(shù)值。


通過(guò)下面的結(jié)合諸附圖的說(shuō)明，將使本發(fā)明的各種用途、目標(biāo)和特性變得更為明顯，在諸附圖中圖1表示根據(jù)協(xié)議A發(fā)射的電磁場(chǎng)的包絡(luò)，通過(guò)使載波頻率(的發(fā)射)截止來(lái)獲得，圖2表示根據(jù)本發(fā)明而發(fā)射的電磁場(chǎng)的包絡(luò)，圖3表示天線的輻射場(chǎng)相對(duì)于所接收的信號(hào)頻率的幅度曲線，圖4是根據(jù)本發(fā)明的裝置的各項(xiàng)功能的一份方框圖。
具體實(shí)施例方式按照遵循當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議類型A和B，從讀卡器通過(guò)射頻(RF)信號(hào)向智能卡發(fā)送數(shù)據(jù)。A類協(xié)議按照100％的調(diào)幅度對(duì)讀卡器發(fā)送的電磁波進(jìn)行調(diào)制。該周期性載頻波的幅度在初始時(shí)間間隔內(nèi)為最大值并且恒定不變，而在第二時(shí)間間隔內(nèi)其值為零。B類協(xié)議按照10％的調(diào)幅度對(duì)讀卡器發(fā)送的電磁波進(jìn)行調(diào)制。該周期性載頻波的幅度在初始時(shí)間間隔內(nèi)為最大值并且恒定不變，而在第二時(shí)間間隔內(nèi)其幅度為最大幅度的10％。按照實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，電磁載波的頻率通常為13.56MHz，這也是在本文獻(xiàn)中選擇該值作為參考值的原因。但是，電磁載波的頻率也可以取不同的值，這并沒(méi)有超出本發(fā)明的范圍。
根據(jù)A類數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通過(guò)截止13.56MHz的傳輸頻率，使得電磁載波在時(shí)間間隔t內(nèi)被截止。
圖1表示讀卡器的天線所輻射的電磁場(chǎng)的包絡(luò)。當(dāng)載頻的頻率為13.56MHz時(shí)，輻射產(chǎn)生的電磁場(chǎng)10是最強(qiáng)的。當(dāng)該頻率被截止時(shí)，輻射產(chǎn)生的電磁場(chǎng)按照曲線12逐漸減小，直至?xí)r間間隔t結(jié)束時(shí)達(dá)到最小值，但該最小值不為零。時(shí)間間隔t結(jié)束后，載波的頻率重新回到13.56MHz，輻射產(chǎn)生的電磁場(chǎng)幅度也按照曲線14逐漸增加，直至達(dá)到最大值10。在這種情況下，對(duì)載波進(jìn)行100％的調(diào)幅度的調(diào)制，將不能達(dá)到令人滿意的效果。當(dāng)獲得輻射電磁場(chǎng)幅度的最小值(現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)通常要求小于最大幅度的5％)時(shí)，就能在時(shí)間間隔t的某一時(shí)段中得到這種調(diào)制。當(dāng)曲線12所表示的載波頻率被截止時(shí)，輻射電磁場(chǎng)的減弱并不明顯，在實(shí)現(xiàn)100％的調(diào)幅度方面，尚不足以獲得一個(gè)令人滿意的波形。
圖2表示由根據(jù)本發(fā)明的裝置的讀卡器天線所輻射的電磁場(chǎng)的包絡(luò)。當(dāng)載波頻率為13.56MHz時(shí)，輻射電磁場(chǎng)20是最強(qiáng)的。為了在時(shí)間t得到載波幅度的截止，向天線發(fā)送的信號(hào)頻率將變?yōu)闀r(shí)間t內(nèi)的諧振頻率的兩倍。因此，天線接收到一個(gè)頻率為27.12MHz的信號(hào)，由于該頻率處于天線的帶寬以外，所以天線不產(chǎn)生輻射電磁場(chǎng)。事實(shí)上，在頻率轉(zhuǎn)換期間得到的輻射電磁場(chǎng)，沿著一條很快衰減的曲線22迅速減弱，直至在一個(gè)重要的時(shí)間t’，它達(dá)到一個(gè)可忽略的數(shù)值為止。當(dāng)電磁載波的頻率為13.56MHz時(shí)，天線輻射的電磁場(chǎng)24將增強(qiáng)，直至到達(dá)最大值20為止。這時(shí)所得到的波形在實(shí)現(xiàn)100％的調(diào)幅度方面是令人滿意的。只要所發(fā)射的信號(hào)頻率處于天線的帶寬之外，并且高于被截止的基頻的頻率，就能得到這樣的結(jié)果。
圖3示出了天線輻射產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相對(duì)于該天線所接收的信號(hào)的頻率之間的關(guān)系。該電磁場(chǎng)在諧振頻率fR處為最強(qiáng)。對(duì)低于或等于頻率f1的頻率來(lái)說(shuō)，其輻射電磁場(chǎng)的幅度將小于在諧振頻率fR處的電磁場(chǎng)幅度的5％。同樣，f2代表的也是這樣一個(gè)頻率，高于這個(gè)頻率，輻射電磁場(chǎng)的幅度將小于在諧振頻率上電磁場(chǎng)幅度的5％。在截止期間所產(chǎn)生的頻率上，能滿意地得到符合協(xié)議A的可變的電磁場(chǎng)截止，天線的輻射場(chǎng)的幅度必須小于輻射場(chǎng)的最大幅度的5％。在截止期間所產(chǎn)生的頻率必須能導(dǎo)致輻射電磁場(chǎng)的衰減等于一個(gè)預(yù)定的數(shù)值，該數(shù)值最好是等于30dB。在截止期間所產(chǎn)生的頻率要么小于f1并且不等于0，要么大于f2。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，它大于或等于fR的兩倍。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在截止期間所產(chǎn)生的頻率等于諧振頻率的兩倍，也就是27.120MHz。
圖4以方框圖形式表示的電子裝置代表本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，數(shù)據(jù)信號(hào)42控制雙投開關(guān)48。(開關(guān)的)第一位置對(duì)應(yīng)于頻率為27.120MHz的信號(hào)，它是在截止期間由時(shí)鐘44提供的。(開關(guān)的)第二位置對(duì)應(yīng)于頻率為13.56MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻率的信號(hào)，它是由分頻器46產(chǎn)生的。上述裝置被納入到可編程邏輯電路40之中，該邏輯電路40的輸出信號(hào)50通過(guò)兩個(gè)輸入端被施加到功率開關(guān)級(jí)，輸入端52對(duì)應(yīng)于可編程邏輯電路40的輸出信號(hào)，而另一個(gè)輸入端54所對(duì)應(yīng)的信號(hào)則是被轉(zhuǎn)換開關(guān)53倒相后的同一輸出信號(hào)。功率開關(guān)級(jí)56含有兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管，分別與輸入端52和54相連接，并且打算切換到從兩個(gè)輸入端其中之一所接收的頻率，當(dāng)一個(gè)晶體三極管被“打開”時(shí)，另一個(gè)晶體三極管則被“閉合”。來(lái)自功率開關(guān)級(jí)的兩路輸出信號(hào)先通過(guò)兩個(gè)電阻58和60，然后經(jīng)過(guò)只允許基頻信號(hào)通過(guò)的低通濾波器62進(jìn)行濾波。在濾波器62的輸出端，這兩路信號(hào)被天線64發(fā)送到非接觸型卡。
權(quán)利要求
1.在一個(gè)通往非接觸型對(duì)象的非接觸型收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)中使用電磁波輻射的一個(gè)傳輸裝置，所發(fā)送的各數(shù)據(jù)比特對(duì)應(yīng)于一個(gè)第一時(shí)間間隔以及一個(gè)第二截止時(shí)間間隔的交替，在上述第一時(shí)間間隔內(nèi)，按照一個(gè)預(yù)定的載頻來(lái)發(fā)送電磁波，在第二截止時(shí)間間隔內(nèi)，在按照一個(gè)預(yù)定的載頻來(lái)發(fā)送電磁波的過(guò)程中，出現(xiàn)一段截止，其特征在于，它包括產(chǎn)生裝置，用于在第二截止時(shí)間間隔內(nèi)，產(chǎn)生電磁波，其頻率高于被截止的基頻，由此導(dǎo)致天線的輻射場(chǎng)的衰減大于一個(gè)預(yù)定的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中，在截止期間產(chǎn)生的所述頻率上的輻射場(chǎng)的衰減小于或等于30dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中，在截止期間產(chǎn)生的所述頻率處于頻率范圍f1-f2以外，所對(duì)應(yīng)的天線輻射場(chǎng)的幅度大于或等于在所述預(yù)定的載頻上的輻射場(chǎng)的幅度的5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中，在截止期間產(chǎn)生的所述頻率等于所述預(yù)定的載頻的兩倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置包括可編程邏輯電路(40)，它在一個(gè)初始的時(shí)間間隔以內(nèi)，提供處于所述預(yù)定的載頻上的第一信號(hào)，并且在一個(gè)第二時(shí)間間隔以內(nèi)，提供一個(gè)第二信號(hào)，其頻率為所述預(yù)定的載頻的兩倍，由數(shù)據(jù)信號(hào)(42)來(lái)控制所述第一信號(hào)與所述第二信號(hào)之間的切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中，所述預(yù)定的載頻等于13.56MHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中，所述可編程邏輯電路(40)包括一個(gè)工作于27.12MHz的時(shí)鐘(44)，以及一個(gè)分頻器(46)，后者提供所述預(yù)定的載頻(13.56MHz)，由所述時(shí)鐘提供所述倍頻(27.12MHz)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括一個(gè)功率開關(guān)級(jí)(56)，其特征在于，由所述可編程邏輯電路(40)的兩路輸出對(duì)兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管進(jìn)行控制，使得當(dāng)所述晶體三極管其中之一被“打開”時(shí)，另一個(gè)晶體三極管被“閉合”。
9.根據(jù)前述各項(xiàng)權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中，所發(fā)送的數(shù)據(jù)符合根據(jù)類型A協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)ISO 14443，其中，通過(guò)所發(fā)射的電磁場(chǎng)的截止來(lái)產(chǎn)生各數(shù)據(jù)比特。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，它在一個(gè)非接觸型發(fā)送/接收系統(tǒng)中借助于電磁波輻射，用于向一個(gè)非接觸型對(duì)象發(fā)送數(shù)據(jù)。所發(fā)送的各數(shù)據(jù)比特對(duì)應(yīng)于一個(gè)第一時(shí)間間隔以及一個(gè)第二截止時(shí)間間隔的交替，在上述第一時(shí)間間隔內(nèi)，按照一個(gè)預(yù)定的載頻來(lái)發(fā)送電磁波，而在第二截止時(shí)間間隔內(nèi)，按照一個(gè)預(yù)定的載頻來(lái)發(fā)送的電磁波則被截止。根據(jù)本發(fā)明，在所述第二截止時(shí)間間隔內(nèi)，產(chǎn)生裝置(40，42，44，46，48)被用來(lái)產(chǎn)生頻率為預(yù)定載頻的兩倍的電磁波，由此，使天線所輻射的(電磁)場(chǎng)發(fā)生衰減，所述衰減大于一個(gè)預(yù)定數(shù)值，例如30dB。
文檔編號(hào)H04B5/02GK1483182SQ02803128
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者奧利弗·帕拉奧爾特, 奧利弗 帕拉奧爾特 申請(qǐng)人:Ask股份有限公司