非接触收发系统发射的电磁信号的幅度调制方法及设备的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  6

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非接触收发系统发射的电磁信号的幅度调制方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种以8%和14%之间的比率对载波进行幅度部分调制的方法,载波由用于与非接触便携式物体进行远程数据交换的非接触收发设备(10)发出,所述方法包括:a)发出两个数字射频信号Tx1(20)和Tx2(22);b)当没有信息要传输时(空闲状态),使第二个信号Tx2相对于第一个信号Tx1相移180度;c)当有信息要传输时(调制状态),使所述两个信号Tx2相对于Tx1或Tx1相对于Tx2相移附加的相位差d)使数字信号通过过滤和匹配级(13);和e)将第一已相位调制和过滤信号和第二已相位调制和过滤信号(Tx1f和Tx2f)相加,并得到幅度调制的合成发射信号。
【专利说明】非接触收发系统发射的电磁信号的幅度调制方法及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁信号调制设备,用于非接触收发设备向非接触便携式对象发射电磁信号。更具体地说,涉及一种非接触收发系统发射的电磁信号的幅度调制方法及设备。
【背景技术】
[0002]非接触物体与非接触收发设备之间一般通过如下方式交换信息:非接触收发设备上的第一天线与非接触物体上的第二天线之间进行远程电磁耦合。便携式物体配备有带第二天线的电子模块,该第二天线与一个电子芯片相连,该电子芯片包含射频部分(RF)、微处理器和/或存储器,等等。该存储器中存储了要向非接触收发设备提供的信息,以及必要的逻辑功能,用于编辑要发射的信息以及处理接收到的信息。
[0003]非接触物体可以有各种类型:例如通行证、信用卡形式的卡片、电子护照,等等。非接触收发系统通常称为耦合器或阅读器,其与非接触物体之间的数据传输符合ISO标准规定。在当前的各标准中,标准IS014443涉及芯片卡与阅读器之间互相通过无线电通信传输数据。该标准包含称为A类型传输协议和B类型传输协议的两个传输协议。该A、B两类非接触数据传输协议的区别在于阅读器与卡、卡与阅读器之间射频(RF)通信所用的调制类型。为了向非接触卡传输数据,在A类型传输协议中载波100%调制,而在B类型协议中载波10%调制。
[0004]这类10%调制还用于B'类型非接触物体阅读器(Innovatron专有协议的B类型调制 IS014443-2)、Sony Felica, IS018092 (NFC)和 IS015693。
[0005]这两类调制通常在位于非接触收发设备中的射频控制器(RF控制器)集成电路内部实现。
[0006]与一般通过暂时停止RF控制器的载波发生器得到100%调制相反,10%部分调制需要更多的技巧。事实上,RF控制器更经常地根据两个值来变化其输出级阻抗,从而实现这种0%?10%的调制。然而,收发设备的RF控制器的输出级阻抗需要与控制器后端的天线阻抗相匹配,以便收发设备的总阻抗根据使得发射信号被0%和10%调制的两个值变化。因此,控制器输出级的阻抗值需要随天线和阅读器环境调整,带来不便。
[0007]此外,10%调制应该尽可能稳定,不超出8%?14%的许可范围,该范围适用于任何类型的非接触便携式物体,无论负载多大。有卡时,总阻抗随如下因素变化:控制器阻抗、天线阻抗、随卡天线与收发设备天线之间距离变化的耦合状况、卡的阻抗。因此,放置在非接触收发设备发射的RF场中的卡会改变收发设备的天线阻抗和总阻抗,从而改变调制率。一个带来麻烦的事实是:每次配置天线时,用户都需要重新调整,以便修正RF控制器输出级阻抗级别,从而得到符合标准的10%调制。另一个麻烦是收发设备与RF控制器不可分开。现在有使10%调制保持恒定的解决方案在于加入输出阻抗不变的放大级,该输出阻抗对后端由负载变化引起的阻抗变化不敏感。这种系统的实现显得很复杂。此外,所述放大级如果是线性的则功耗很大。
【发明内容】

[0008]因此,本发明的目的就是提供一种调制率在8%?14%之间的部分幅度调制方法,对非接触收发设备发出的载波进行调制,受调制幅度不随发射天线的阻抗变化,也不因为有非接触便携式物体与非接触收发设备通信而变化。
[0009]本发明的目的在于一种调制率在8%?14%之间的载波幅度部分调制方法,载波由非接触收发设备发出,用于与非接触便携式物体远程交换数据。所述方法包括如下步骤:
[0010]a)发出两个频率为13.56MHz数字射频信号Txl (20)和Tx2 (22),;
[0011]b)当没有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(空闲状态),使第二个信号Tx2相对于第一个信号Txl相移180度;
[0012]c)当有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(调制状态),使所述两个信号Tx2相对于Txl或Txl相对于Τχ2相移附加的相位/ Ψ,
[0013]d)使数字信号通过过滤和匹配级(13);
[0014]e)将第一已相位调制和过滤信号和第二已相位调制和过滤信号(Txlf和Tx2f)相力口,并得到幅度调制的发射合成信号。
[0015]本发明的另一个目的在于非接触收发设备,用于与非接触便携式物体远程交换数据,包括基于时钟发出的13.56MHz的输入信号发出两个对称数字信号Txl和Tx2的射频控制器,当没有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(空闲状态)时用于使所述两个信号中的一个信号相对于另一个信号相移180度的移相装置,当有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(调制状态)时用于使所述两个信号中的一个信号相对于另一个信号相移绝对值为Φ的附加角度的移相装置,所述两个信号Txl和Τχ2的过滤和匹配装置;用于将两个已过滤信号Txlf和Tx2f相加以在天线处获得调制率在8%?14%之间的幅度调制的合成信号。
[0016]根据本发明的方法及其相关设备的优点是在恒定阻抗的情况下发出信号,从而在运行中实现稳定的幅度调制,无论非接触收发设备的天线是什么类型。根据这种方式,每次配置天线时用户都不需要调整校准RF控制器的输出级的阻抗级别以便获得符合标准的10%类型调制。其优点在于可以将天线与非接触收发设备的RF控制器分开,从而使二者相
互独立。
[0017]根据本发明的方法及其相关设备具有如下优点:允许在RF控制器与过滤和匹配级之间插入数字型放大系统,更简单且比线性放大器的功耗低。事实上,传输至这一级的信号Txl和Tx2的相位幅度调制信息没有受到通过该放大系统的影响。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]本发明的目的、内容,以及特征将会在阅读下文中的描述及其引用的附图后更清晰地显现出来,附图包括:
[0019]图1示出一个非接触收发设备的总体示意方块图。
[0020]图2示出根据本发明的非接触收发设备的射频控制器的输出信号。
[0021]图3示出根据本发明的非接触收发设备的RF控制器的第一实施方式的示意方块图。
[0022]图4示出根据本发明的非接触收发设备的RF控制器的第二实施方式的示意方块图。
[0023]图5示出在现有RF控制器外面的、根据本发明的非接触收发设备的第三实施方式的示意方块图。
【具体实施方式】
[0024]在下文中,根据本发明的非接触收发设备称为阅读器。根据图1,阅读器10包括射频控制器(RF控制器)11,该射频控制器11具有2个输出端口,该输出端口向发射天线14发送射频信号,该发射天线14用于与非接触卡类型的非接触便携式物体通信。RF控制器是阅读器的监测和控制电子线路,发送频率13.56MHz的两个数字信号Txl和Tx2。为了从阅读器向卡传输数据,所发送的两个信号在传输到过滤和匹配级13之前先由RF控制器进行相位调制。过滤和匹配装置例如是电感和电容。这样,过滤后的信号Txlf和Tx2f就可以由天线14利用,在其中相加。对天线14处产生的发射信号的调制根据B类型传输协议的调制标准进行。根据该协议,由非接触收发设备发出的合成信号,也称为载波,进行10%幅度调制。根据适用该调制的标准,容许的范围是8%~14%,因此根据本发明的设备所选取的值位于该范围之内,最好等于或接近中间值11%。
[0025]RF控制器的两个输出端口发出的两个信号Txl和Tx2见图2所示。这两个信号为矩形二进制数字信号,占空比恒等于50%。在空闲状态,也就是没有信息要传输时,这两个信号相位差180度,如图所示,Tx2=-Txl。空闲状态对应于传输数据I。
[0026]当向卡发送信息时,对应于调制状态,RF控制器在两信号Txl和Τχ2之间触发一个绝对值为φ的附加相位差,以便发送调制率为ιο%的信号。调制状态对应于传输数据0(零)。通过过滤和匹配级13与天线14以后,天线生成的发射信号在空闲状态的幅值为a,在调制状态的幅值为b。天线发射的载波的调制率m见下面由标准IS014443-2规定的公式:
[0027]m= (a~b) / (a+b)
[0028]考虑到所发出的数字信号Txl和Tx2的幅值为I,这两个信号可以根据对于方波信号的傅里叶级数分解为一次谐波(txlf和tx2f)和二次谐波的和,公式如下:
【权利要求】
1.一种以8%和14%之间的比率对载波进行幅度部分调制的方法,载波由非接触收发设备发出,非接触收发设备用于与非接触便携式物体进行远程数据交换, 所述方法的特征在于包括: a)发出两个频率为13.56MHz数字射频信号Txl (20)和Tx2 (22); b)当没有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(空闲状态),使第二个信号Tx2相对于第一个信号Txl相移180度; c)当有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(调制状态),使所述两个信号,Tx2相对于Txl或Txl相对于Τχ2相移附加的相位差屮; d)使数字信号通过过滤和匹配级(13); e)将第一已相位调制和过滤信号和第二已相位调制和过滤信号(Txlf和Tx2f)相加,并得到在8%~14%之间幅度调制的合成信号。
2.根据权利要求1的方法,其中所述两个信号Txl和Tx2以两个等于50%的恒定占空比的矩形数字信号的形式发出,所述信号Txl和Τχ2由射频控制器电路(11、30、40、51)基于时钟(31、41)发出的13.56MHz的输入信号生成。
3.根据权利要求1或2的方法,其中经过幅度调制的合成信号具有调制率m,m根据下式取决于附加相位差角度
4.根据权利要求3的方法,其中所述附加相位差Φ介于63.2度和82.1度之间,并且优选等于73.4度。
5.根据权利要求1至4中任一项的方法,其中所述附加相位差φ通过将所述信号Τχ2延迟时长Τ2以及将所述信号Txl延迟时长Tl以使得Τ2-Τ1的差的绝对值介于12.9纳秒(ns)和16.8ns之间、并且优选等于15ns来获得。
6.根据权利要求2至4中任一项的方法,其中相移步骤b)和c)以如下方式获得: 用因数η去乘由RF控制器(40)的时钟(41)生成的所述13.56MHz的输入信号; 用因数η去除上一步骤获得的信号,以便得到η个相移360/η度的信号; 从上一步骤获得的η个信号中选择两个信号Txl和Τχ2,使得当没有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输(空闲状态)时Txl和Τχ2相位差180度,以及当有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(调制状态),选择另外两个相位相差180+φ度或180.φ度的信号。
7.根据权利要求6的方法,其中因数η等于10,并且所述两个信号Txl和Τχ2从相位相差36度的10个信号PO至Ρ9中选出,以便当没有信息要从所述非接触收发设备向非接触便携式物体传输时Txl和Τχ2相位差180度,以及当有信息要从所述非接触收发设备向非接触便携式物体传输时,Txl和Τχ2相位相差252度。
8.根据上述权利要求中任一项的方法,其中所述方法在非接触收发设备(10)的所述射频控制器电路(11、30、40)的内部实施。
9.根据权利要求1至5中任一项的方法,其中所述方法在所述非接触收发设备(10)的所述射频控制器电路(51)输出端的外部电路(50)中实施。
10.一种非接触收发设备,用于与非接触便携式物体远程交换数据,包括:基于时钟(31,41)发出的13.56MHz的输入信号发出两个对称数字信号Txl和Tx2的射频控制器(11、30、40、51),当没有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(空闲状态)时用于使所述两个信号中的一个信号相对于另一个信号相移180度的移相装置,当有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(调制状态)时用于使所述两个信号中的一个信号相对于另一个信号相移绝对值为Φ的附加角度的移相装置,所述两个信号Txl和Τχ2的过滤和匹配装置(13),将两个已过滤信号Txlf和Tx2f相加以获得在天线处发射的调制率在8%~14%之间的幅度调制的合成信号。
11.根据权利要求10的设备,其中所述使所述两个信号中的一个信号相对于另一个信号相移绝对值为Φ的附加角度的移相装置包括至少一个逻辑延迟级(33、53),该逻辑延迟级(33、53)用于使所述两个信号中的一个信号相对于另一个信号延迟绝对值在12.9纳秒(ns)和16.8ns之间的时长T。
12.根据权利要求11的设备,其中为了得到11%的调制率,延迟T等于15ns。
13.根据权利要求10至12中任一项的设备,其中所述两个信号的所述移相装置直接安置在非接触收发设备的RF控制器(11、30、40)中。
14.根据权利要求11至12中任一项的设备,其中所述移相装置包括用于将由RF控制器(40)的时钟(41)产生的输入信号的13.56MHz的频率乘以因数η的乘法器电路(44),用于将乘法器电路乘过后的信号分成η个相移360/η度的信号的分频器电路(46),用于从η个信号中选择两个信号Txl和Τχ2以使得当没有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(空闲状态)Txl和Τχ2`相位差180度以及当有信息要从非接触收发设备向`非接触便携式物体传输时(调制状态)选择另外两个相位相差180+φ度的信号的转换开关。
15.根据权利要求14的非接触设备,其中所述因数η等于10,并且所述两个被选定的信号Txl和Τχ2的相位当没有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(空闲状态)是72度和252度,当有信息要从非接触收发设备向非接触便携式物体传输时(调制状态),Txl和Τχ2相位是36度和288度。
【文档编号】G06K19/07GK103620623SQ201280021410
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2012年5月2日 优先权日:2011年5月2日
【发明者】奥利弗·帕拉奥尔特 申请人:Ask股份有限公司

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