用于激活的发射的无接触通信的方法、电路及设备的制作方法

用于激活的发射的无接触通信的方法、电路及设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种激活的无接触通信电路(1)，包括传送数据的电磁场的接收和发射装置(5，6，7，8)，具有用于接收数据的第一天线(7，13)的第一谐振电路，及具有用于发射数据的第二天线(8，43)的第二谐振电路，所述第一和第二谐振电路彼此分离；电路的区别特征在于，以与所述接收电磁场的频率在相位上同步的频率执行所述发射。本发明还涉及相应的方法。
【专利说明】用于激活的发射的无接触通信的方法、电路及设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激活的无接触通信方法及实施的电路和设备。本发明尤其为了详细说明信号、天线的特征和使用无接触技术的该新方法的原理。射频通信原则上是短程的，并且由电磁耦合和感应执行，所述电磁耦合和感应的范围为0，01甚至I米的数量级。
[0002]本发明尤其可以应用于便携式电子物件，例如存储卡，诸如(Sandisk公司的)SD卡。
[0003]这种卡当前被用于便携式电话的接口卡中，用于尤其是遵照标准ISO / IEC14443或15693来执行无接触类型的事务，在该情况下这些电话在出厂时没有无接触接口。
【背景技术】
[0004]现有技术ISO / IEC14443和NFC是以由读取器所发射的信号的逆向调制原理为基础的，所述NFC是Near Field communication (近场通信)的首字母。
[0005]根据该原理，应当由也被称为PICC(英文Proximity Integrated Circuit Card的首字母，邻近集成电路卡)的邻近无接触芯片物件来调制由读取器提供的一定量的电磁场。为了与读取器的灵敏度相符合，要求场的最小振幅用于由物件来调制。该读取器的载波调制应当生成具有至少等于22 / H0 5的振幅的两个边带。为了满足该条件，在读取器和物件之间有最小耦合是必要的。耦合因子直接取决于读取器的天线表面和无接触物件的天线表面。
[0006]在无接触物件很小的情况下:例如微SD卡，射频天线表面根本是太小的。而且，这种物件用于被整合在如便携式电话的主机设备中。由于电话的金属环境，该后者操作还更减小了无接触物件与读取器的耦合。
[0007]专利EP1801741(B1)描述了用于由便携式数据载体(应答器)生成固有电磁场的方法，其中在激活的通信模式下执行向读取器的数据传输，及其中物件的固有电磁场的传输被读取器视为如同读取器的场调制。然而，该解决方案似乎没有被全面描述或没有如所描述的那样正确运行。
[0008]而且，该专利的教导很复杂。其实施需要较多的电子部件、尤其是滤波器、振荡器、NFC部件。而且，现有的NFC控制器要求两个天线，其中一个专用于能量回收及另一个专用于数据的发射/接收。
[0009]专利申请EP1898342描述实施了多个应答器的在库存(inventaire)控制系统中使用的射频应答器。其包括用于接收的第一天线电路、用于发射的第二天线电路。从由接收天线所接收的接收频率导出发射信号。
[0010]应答器通过调制从读取器的载波频率所导出的发射谐波频率来传输信息。该谐波频率在未与载波频率同步的情况下是载波频率的倍数。
[0011]专利EP0926855描述由电池供电的射频通信应答器。其包括能够从接收模式切换至发射模式及反之亦然的电路。应答器包括具有微处理器、单个电容器和单个天线的电路，及切换装置，所述切换装置根据所切换的通信模式用于形成并联接收LC电路或与串联发射LC电路。应答器通过调制读取器的外部场来响应，应答器与所述读取器耦合。
[0012]本发明的目的是，对于在读取器和小尺寸物件之间的耦合问题，找到一种更容易和有利的解决方案。

【发明内容】

[0013]本发明提议通过从读取器独立地生成两个边带中至少之一以便读取器能够探测来自无接触物件(PICC)的逆向调制信号，来解决该耦合问题。本发明的电路返回由响应信号通过无接触物件的负载调制所调制的载波信号；优选地，放大该载波信号的调制，用以给发射天线供电。
[0014]本发明尤其规定从在无接触物件的数据接收天线上所接收的读取器的场生成或提取通信载波频率，及通过调制在包括分离的发射天线的发射级中所重新注入的该载波而发射响应。
[0015]在不同调谐频率用于发射和接收谐振电路的情况下达到通信的较好结果。
[0016]为此，本发明的目的因此为一种激活的无接触通信电路，其包括传送数据的电磁场的接收和发射装置，具有第一天线的用于接收数据的第一谐振电路，及具有第二天线的用于发射数据的第二谐振电路，所述第一和第二谐振电路彼此分离；所述电路的区别特征在于，以与所述接收电磁场的频率在相位上同步的频率执行所述发射。
[0017]根据电路的其它特征:
[0018]-配置被同步的发射装置(17)，用于调制从接收数据的电磁场所导出或提取的载波信号；
[0019]-配置所述电路，用于根据标准ISO/ IEC14443或15693或18092中至少之一来
通信；
[0020]-电路包括无接触芯片和发射适配级，所述发射适配级被配置用于在注入所述第二发射天线之前放大芯片的响应信号；
[0021]-适配级实现逻辑“与”功能，用于在放大之前组合载波信号和响应信号；
[0022]-相互之间布置所述天线，以便于尤其通过间隔或衰减器来最小化它们的互感；优选地，它们的互感至少部分相互抵消，以便于在接收天线中具有由发射天线所激发的可以忽略的电流感应；
[0023]-天线可以部分地相互交叠，以便全部消灭由发射天线在接收天线中所感应的电流；天线的布置允许最小化天线间耦合的相互作用，所述天线间耦合的相互作用是彼此或相互干扰的原因。在接收天线中所产生的有效电流不适时地使接收天线中的信号感应；该布置允许避免处理和/或电子滤波级，所述处理和/或电子滤波级可以可替换地被用于该优选布置；
[0024]-接收天线作为并联谐振电路的一部分和/或发射天线作为串联谐振电路的一部分；接收电路的并联谐振允许提高由天线取得的电压，这对于数据探测是优点，相反地，不管微弱的运行电压，发射电路的串联谐振允许在发射线圈中注入强电流，这尤其是微SD卡的情况；
[0025]-电路包括用于接收接收信号的无接触芯片和用于将接收信号适配于芯片特征的接收适配级；可以配置接收适配级用于从接收信号提取同步的载波信号；[0026]-电路被集成于以下物件中或构成以下物件，所述物件具有如微SD卡或其它部件的集成或非常缩小的电路卡的形式因素。电路可以具有至少一个连接器，所述连接器对应于被配置用于连接设备主机的物件的连接器；因而，由于本发明，没有无接触功能的设备可以配备有所述无接触功能。
[0027]-布置所述电路，以在具有第二天线的第二谐振电路激活期间去活具有第一天线的第一谐振电路，并且反之亦然；
[0028]-所述电路包括锁相环路PLL，所述锁相环路PLL允许在并联谐振电路被去耦合时，人为地保留入射场的时钟；
[0029]-第一和第二天线可以构成同一个天线。
[0030]-接收和发射谐振电路的调谐频率基本上不同并且分别以13.56MHz和14.4MHz为中心。
[0031]本发明的目的也是一种激活的无接触通信方法，包括传送数据的电磁场的接收和发射步骤，由具有第一天线的第一谐振电路执行数据的接收步骤，及由具有第二天线的第二谐振电路执行数据的发射步骤，所述第一和第二谐振电路彼此分离；所述方法的区别特征在于，以与所述接收电磁场的频率在相位上同步的频率执行所述发射。
[0032]由于本发明，实现了读取器和PICC类型物件(SD卡)之间的良好耦合；而且，容易在最少改动的情况下实施本发明；本发明尤其应用于(具有或没有振荡器的)所有常规双接口芯片。
【专利附图】

【附图说明】
[0033]-图1示出包括符合本发明实施例的电路的SD卡；
[0034]-图2示出上图的RF射频电路的更详细的视图；
[0035]-图3A示出图2的接收级的第一实施例；
[0036]-图3B示出图2的接收级的第二实施例；
[0037]-图4示出图2的发射级的实施例；
[0038]-图5和6示出关于微SD卡所布置的接收天线及天线的等效电路值；
[0039]-图7示出通过射频SE部件(5)的调制电平；
[0040]-图8示出从上图的载波提取部件5的响应信号的滤波器；
[0041]-图9示出载波和单个响应信号的组合电路；
[0042]-图10示出相对于发射天线的LC电路；
[0043]-图11示出分别根据以频率为函数的电感和电容的阻抗值\和X。；
[0044]-图12示出关于微SD卡的发射天线的布置和两个天线之间的布置。
[0045]-图13示出本发明的一个实施例，其中接收和发射接口轮流操作，且其使用生成与读取器的接收场相同步的发射电磁场的特定装置。
【具体实施方式】
[0046]激活的通信被理解为指无接触通信，其中通过发射对于应答器所固有的电磁场来执行应答器的响应，所述固有电磁场优选地为放大的。事实上，通过以确定的功率发射由应答器信号所调制的载波信号得到该发射。[0047]优选地通过与读取器分离的外部能量源来供应放大和/或发射/接收应答器运行的能量。
[0048]通常，无接触通信或电路符合标准ISO / IEC14443和/或/SO / IEC15693或所有其它依据13.56MHz的电磁场激励频率的协议。由电流源给电路供电。
[0049]图1示出符合本发明的装备存储卡IA的无接触通信电路I的实施示例。但是，所有其它通信物件可以理论上装备有例如USB闪存盘、PCMCIA卡...电话、PDA、电脑。
[0050]物件关于主机设备是可移动或不可移动的，或者被永久固定在那里，尤其是被焊接在印刷电路卡上。如有必要，电路或物件可以预备连接外部天线而不是承载它们。
[0051]以已知方式，存储卡I包括接触接点2、微控制器3、被连接到微控制器的大容量存储器(NAND) 4。卡还包括通信处理元件5 ;其优选地为双接口类型(被配置用于管理接触类型的通信，例如IS07816-3和无接触的通信，IS0-14443 (SE));该部件或元件5 (SE)优选地被保障，如芯片卡领域已知的集成电路芯片；如果必要，可以配有密码的和/或防欺诈、防侵入等功能性。
[0052]SE部件通过输入/输出端口被连接至微控制器3 ；SE安全元件被连接至激活的接口 CL的电路6 ;该部件6容纳分别用于接收和发射的两个天线7、8。
[0053]在其原理中，观察到因为天线被安放在微SD或迷你SD卡中或在体积基本相等的物件中，本发明包括被增加于无接触SE元件的额外RF装置6，7，8，以便补偿天线的特别小的尺寸。
[0054]根据本发明的实施例的一个特征，配置发射装置5，6，7，8用于调制载波信号25。该载波信号在此处优选地从自外部读取器所接收的磁场导出或提取。
[0055]在示例中，射频电路6实现下文中电磁场的接收和发射的功能活动；其尤其拾取来自无接触读取器的外部RF射频场，以便如果必要使所述外部RF射频场与安全部件相兼容(电压，等)；其放大SE安全元件的响应用于由外部读取器听到。
[0056]图2更详细地描述SE部件(5)和其连接。该模式的SE电路包括与外部能量源相连接的装置。
[0057]在示例中，SE部件包括接触接口，例如符合IS0-7816标准、由连接束9所表征；SE部件包括电源接点Vcc，及分别被连接到激活接口 6和地的接点La，Lb。配置SE部件用于响应于在其接点La，Lb上所接收的无接触帧的接收来调制阻抗负载。
[0058]激活接口 6包括接收信号SRE的调节电路16和用于发射发射信号SEE的脉冲发生器电路17。各个电路16、17被连接到处理部件5的接点(La)。
[0059]根据本发明的一个实施例，配置发射装置5、17用于调制载波信号。载波信号优选地是从所接收磁场SRE导出或提取的结果。
[0060]时钟和数据梓收。
[0061]根据一个实施例，所述方法包括接收由读取器所生成的载波频率的步骤；由专用接收天线7接收载波频率。天线7事实上接收由读取器所发射的电磁场，所述电磁场包括调制的载波频率。在示例中频率为13.56MHz，但根据基于该13.56MHz频率的、用于短或中程、尤其是小于10m、lm或0.lm、甚至接近O的通信或协议类型，频率可以为所有其它值。
[0062]然而，本发明不排除通过任何其他方式生成载波信号，例如根据主机设备或物件的时钟信号或内部信号。[0063]该接收步骤的目的也是收集由读取器向无接触物件发送的数据。电子级包括可以为此目的所设计的专用接收电路，尤其是用于适配电压。
[0064]所述方法也可以通过接收适配级(16)来实施适配步骤，用于将接收信号SRE适配于芯片5 ;在该级中，所述方法可以累积地或可替换地执行从接收信号SRE提取同步载波信号25。
[0065]图3A示出级16详细的第一实施例16B。接收级16A包括接收天线7，所述接收天线7在此处经由下文所描述的接收电路被连接到芯片接点‘La’。
[0066]可以在提取对应于载波信号的时钟信号之前放大由该天线所接收的信号；为此，电路包括被连接到天线的放大器30，并且时钟提取器31被连接到该放大器的输出端；
[0067]在提取器的输出端所得到的时钟信号25经由链接⑷被发送到图4中详述的脉冲发生器电路或发射适配级17。时钟提取器31的输出端此外也被连接到实现“与”功能的逻辑电路35。
[0068]级16A在此处也包括接收由放大器30所放大的接收信号SRE的解调器32a，解调器32a被连接到比较电路33a，用于比较解调得到的信号与参考电压(TR)。
[0069]然后，比较器33a的输出信号与来自时钟提取器31的时钟信号25在实现逻辑“与”功能的部件35的级别上相组合；在被注入到芯片5的接点La中之前，部件35的第一输出支路可以经由放大器36。在被接通到芯片的接点‘Lb’上之前，部件35的第二输出支路可以经由反相器然后经由放大器36。
[0070]图3B示出该级16的第二实施例16B，并且其中所使用的部件5还是接触和无接触(组合)双接口芯片。从一幅图到另一幅图相同的数字表示同样或基本相似的元件。在该变型中，在作用到模拟/数字转换器32b之前，时钟提取电路31也连接到移相器34。
[0071]接收级或电路16B—方面被接通到接收天线7,所述接收天线7此处被连接到芯片的接点“La”。电路16B可以包括被安置在芯片接点‘La’和‘Lb’端子的电容器13。该电容允许具有良好的质量因子。基于并联电路的原理来实现接收天线的谐振电路。
[0072]与电路16A不同，由模拟/数字转换器32b代替解调器32a，由具有参考数字值(DR)的数字比较器33b代替比较器33a，并且接点‘Lb’被接地而不是接收“与”电路的、分别由反相器37和放大器36反相和放大的输出信号。
[0073]而且，所述电路在时钟提取器31的输出支路上包括移相器34。该移相器然后接通到模拟/数字转换器32b。
[0074]因而，该级16A或16B各自允许提取时钟信号25和将所述信号适配于芯片5。在接收和放大之后，通过利用接口接点La / Lb将载波信号指引到组合芯片5的RF输入端。可以将额外电容器18增加到接口，以便适配输入阻抗。
[0075]电子级16A和16B如下运行:
[0076]考虑在如迷你SD卡的载体中的天线7的小耦合表面，由天线7所接收的信号SRE可能是相当弱的。
[0077]在由调解器32a或模拟/数字转换器32b解调之前，该信号由放大器30放大；由比较器提取并校准(calibrer)的有用信号由(与)门35与由时钟提取器31所提取的时钟信号相组合。在门35的输出端,通过由反相器37和放大器36而被预先放大成差动模式，被重新调节的射频信号被注入到部件5中。[0078]同时，在电磁场SRE的存在期间，可以由适当电路(未示出)去活IS07816接触侧上的芯片电源Vcc。该后者电路可以被包括在电路16A或16B中。该动作可以是手动的。
[0079]所述后者电路可以优选地具有由来自接触件2的电源供给电压的部件(30、36、32a...)，所述接触件2与主机设备相联系。
[0080]电路16B基本相同地运行；然而移相器34允许精确地调节射频信号采集的触发，以便由转换器32b将所接收的信号包络转换成数字信号。
[0081]“组合”芯片5可以由其IS0/IEC7816接触接点Vdd和Vss供电，并且可以可选地根据本发明的利用和电子组装，利用由场向其提供的能量。芯片也可以由以RF场的图像所生成的电压或由电路16供电，电路16本身由主机设备的接触件2供电。
[0082]该后者选项的优点是对于部件5，其供电可以根据场的存在与否由级16管理及如果需要重新初始化芯片5。
[0083]在该阶段，电压VLab的振幅至少为3.3Vpp (峰值-峰值伏特)。该值对于示例芯片检测13.56MHz的时钟及能够提取来自读取器的数据是必要的。
[0084]通过示例，下表示出由两个实际示例芯片用于探测时钟和来自外场的数据所需的电压，所述两个实际示例芯片为Philips / NXP的P5CD072或Infineon公司的66CLX800。
[0085]
【权利要求】
1.一种激活的无接触通信电路(I)，包括传送数据的电磁场的接收和发射装置(5，6，7，8)，具有第一天线(7，13)的用于接收数据的第一谐振电路，及具有第二天线(8，43)的用于发射数据的第二谐振电路，所述第一和第二谐振电路彼此分离，其特征在于，以与所述接收电磁场的频率在相位上同步的频率执行所述发射。
2.根据前项权利要求所述的通信电路，其特征在于，配置被同步的发射装置(17)，用于调制从接收数据的电磁场导出或提取的载波信号。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，配置所述电路，用于根据标准ISO/IEC14443或15693或18092中至少之一来传送无接触应答器的响应。
4.根据前述任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，相互之间布置所述天线，以便于通过它们的间隔或衰减器使其互感最小化或至少部分相互抵消，以便于在接收天线中具有由发射天线所激发的可以忽略的电流感应。
5.根据前项权利要求所述的电路，其特征在于，两个天线(7，8)彼此部分相对，尤其被布置在两个基本平行的水平面上。
6.根据前述任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，接收天线(7)作为并联谐振电路的一部分和/或发射天线(8)作为串联谐振电路的一部分。
7.根据前项权利要求所述的电路，其特征在于，串联谐振天线电路优选地地在所供电源电压下释放从60至80mA的最小电流。
8.根据前述任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，所述电路包括用于接收接收信号的无接触芯片，及用于将接收信号适配于芯片和/或用于从接收信号提取同步载波信号的接收适配级(16)。
9.根据前述任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，其被集成于以下物件中或构成以下物件，所述物件具有集成电路卡或微SD卡的形式因素。
10.根据前述任意一项权利要求所述的电路，其特征在于，布置所述电路，以便于在具有第二天线的第二谐振电路激活期间去活具有第一天线的第一谐振电路，并且反之亦然。
11.根据前项权利要求所述的电路，其特征在于，所述电路包括锁相环路PLL，所述锁相环路PLL允许在并联谐振电路(7，13)被去耦时，人为地保留入射场的时钟。
12.根据前项权利要求所述的电路，其特征在于，第一和第二天线构成同一个天线。
13.根据前项权利要求所述的电路，其特征在于，接收和发射的调谐频率是基本上不同的并且分别以13.56MHz和14.4MHz为中心。
14.通信设备或仪器包括根据前述任意一项权利要求所述的电路。
15.激活的无接触通信方法包括传送数据的电磁场的接收和发射步骤，由具有第一天线(7，13)的第一谐振电路执行数据的接收步骤，及由具有第二天线(8，43)的第二谐振电路执行数据的发射步骤，所述第一和第二谐振电路彼此分离，其特征在于，以与所述接收电磁场的频率在相位上同步的频率执行所述发射。
【文档编号】G06K19/07GK103608827SQ201280018512
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】J-P·卡吕亚纳, C·布东, G·卡波马焦 申请人:格马尔托股份有限公司