專(zhuān)利名稱(chēng)：用于非接觸讀取器裝置的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于讀取器裝置的電子電路，該讀取器裝置是 為了與應(yīng)答器進(jìn)行無(wú)接觸通信而設(shè)計(jì)的，所述電路包括連接所述讀取 器裝置的天線的連接線路，該天線設(shè)計(jì)成用來(lái)接收來(lái)自所述應(yīng)答器的 無(wú)線電信號(hào)，并且包括接收模塊，該接收模塊與天線連接線路相連并 且安排成用來(lái)處理來(lái)自所述天線的代表所述無(wú)線電信號(hào)的輸入電壓。
本發(fā)明此外還涉及設(shè)計(jì)成用來(lái)與應(yīng)答器進(jìn)行非接觸通信的讀取 器裝置，包括按照本發(fā)明的電子電路和與之連接的天線，并且最后還 涉及一種用于對(duì)讀取器裝置所包括的接收模塊的輸入電壓范圍進(jìn)行 控制的方法，該讀取器裝置設(shè)計(jì)成用來(lái)與應(yīng)答器進(jìn)行非接觸通信。
背景技術(shù)：
今天，本文開(kāi)頭段落中定義的非接觸讀取器裝'置得到了廣泛使 用，尤其是在服務(wù)行業(yè)、在后勤保障領(lǐng)域、在商業(yè)領(lǐng)域和在工業(yè)生產(chǎn) 領(lǐng)域中得到了廣泛使用。更加基于智能卡的例子是建筑物和辦公室的 門(mén)禁系統(tǒng)、付費(fèi)系統(tǒng)以及用于識(shí)別個(gè)人身份(例如護(hù)照)的智能卡。
主要基于所謂的RFID標(biāo)簽的例子是用于物體和產(chǎn)品的識(shí)別/標(biāo)價(jià)的 系統(tǒng)、動(dòng)物打標(biāo)和內(nèi)含RFID標(biāo)簽的紙張。當(dāng)然應(yīng)該意識(shí)到，前面的 例子僅僅展現(xiàn)了眾多應(yīng)用中的很小一部分，并且這些例子只是用來(lái)解 釋說(shuō)明智能卡和RFID標(biāo)簽都有什么用途。此外，即將普及的近場(chǎng)通 信(Near Field Communication,簡(jiǎn)稱(chēng)NFC)技術(shù)也適合應(yīng)用于同一 技術(shù)領(lǐng)域。在下文中，將以無(wú)源方式工作的RFID標(biāo)簽和智能卡以及 NFC裝置統(tǒng)稱(chēng)為應(yīng)答器。
對(duì)于所有這些系統(tǒng)，都需要讀取器裝置(對(duì)于NFC則不一定， 因?yàn)镹FC裝置也可以擔(dān)當(dāng)讀取器)，這些讀取器裝置在無(wú)線電范圍內(nèi) 與應(yīng)答器進(jìn)行通信。因此，讀取器裝置發(fā)出無(wú)線電信號(hào)，這些無(wú)線電信號(hào)可以包括命令或數(shù)據(jù)并且可以由應(yīng)答器接收。此外，應(yīng)答器可以 向讀取器發(fā)回?cái)?shù)據(jù)和命令。應(yīng)答器包括無(wú)源的和有源應(yīng)答器。在無(wú)源 應(yīng)答器的情況下，應(yīng)答器還使用電磁場(chǎng)的能量為它自身供電，而有源 應(yīng)答器具有它們自己的電源，例如電池。此外，讀取器裝置和應(yīng)答器
之間的耦合方式可以分為各種不同類(lèi)型，比如感性耦合、電磁反向散 射耦合、強(qiáng)耦合和電耦合。最后，各種不同的系統(tǒng)工作在不同的頻率
范圍內(nèi)，從數(shù)kHz到幾GHz。為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，下文中僅僅對(duì)通用系統(tǒng)
特征進(jìn)行說(shuō)明并且在適當(dāng)?shù)那闆r下對(duì)專(zhuān)用系統(tǒng)特征進(jìn)行說(shuō)明，例如， 對(duì)感性耦合系統(tǒng)或者對(duì)感性耦合系統(tǒng)中的負(fù)載調(diào)制概念進(jìn)行說(shuō)明。不 過(guò)，人們會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的目的和為了實(shí)現(xiàn)這一目的所采用的 手段適合于所有種類(lèi)的身份識(shí)別系統(tǒng)。
在設(shè)計(jì)讀取器裝置時(shí)需要解決的一個(gè)問(wèn)題涉及如何應(yīng)付系統(tǒng)的
不同邊界條件的問(wèn)題，就是說(shuō)讀取器裝置與應(yīng)答器之間的距離不斷 變化、環(huán)境狀況不斷變化(無(wú)線電范圍內(nèi)的干擾物)，并且最后(并 非最不重要的)是不同的設(shè)計(jì)方針，這可能意味著開(kāi)發(fā)者不得不使用 帶有專(zhuān)用天線的專(zhuān)用電子讀取器電路。
現(xiàn)有技術(shù)中有一些例子，這些例子給出了不同的辦法。其中之
—在1999年8月26日提交的名稱(chēng)為《Data communications terminal and method of adjusting a power signal generated therefrom》 的W099/43096中公開(kāi)。其中，數(shù)據(jù)通信終端包括用于向便攜式數(shù)據(jù) 裝置傳送電力信號(hào)的天線電路。該終端此外還包含一種僅通過(guò)利用監(jiān) 測(cè)天線電路的阻抗特性而不需要來(lái)自便攜式數(shù)據(jù)裝置的任何通信反 饋即可自動(dòng)調(diào)節(jié)由便攜式數(shù)據(jù)裝置接收到的電力的方法。當(dāng)檢測(cè)到所 監(jiān)測(cè)的阻抗特性發(fā)生改變時(shí)，數(shù)據(jù)通信終端調(diào)節(jié)傳送給便攜式數(shù)據(jù)裝 置的電力信號(hào)的功率電平。
W099/43096公開(kāi)了受控變量是流經(jīng)讀取器裝置的天線的電流或 者該天線的阻抗。該控制對(duì)象(受控系統(tǒng))包括輸出放大器并且設(shè)置 值是輸出放大器的電源電壓。利用這一系統(tǒng)，讀取器裝置與應(yīng)答器之 間距離的不斷變化可以得到補(bǔ)償，這樣就避免了應(yīng)答器因?yàn)樵诰嚯x變 小時(shí)造成其溫度升高而遭到的破壞，并且避免了距離變大時(shí)造成傳輸數(shù)據(jù)丟失。不過(guò)，WO99/43096無(wú)法照顧到讀取器裝置的輸入級(jí)。由 此，本發(fā)明的目的是避免對(duì)讀取器裝置的輸入級(jí)造成破壞并且具體是 提供所述輸入級(jí)的最優(yōu)化操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是由本文開(kāi)頭段落中定義的電子電路實(shí)現(xiàn)的，該 電子電路此外還包括一個(gè)控制模塊，該控制模塊被配置成用來(lái)將所述 輸入電壓與參考值進(jìn)行比較并且以使得所述輸入電壓的電平保持在 預(yù)定范圍內(nèi)的方式調(diào)節(jié)所述讀取器裝置的控制對(duì)象。
本發(fā)明的目的此外還由讀取器裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該讀取器裝置被設(shè) 計(jì)為用來(lái)與應(yīng)答器進(jìn)行非接觸通信，包括本發(fā)明的電子電路和與之連 接的天線。
本發(fā)明的目的最后是由一種對(duì)由讀取器裝置包括的接收模塊的 輸入電壓的范圍進(jìn)行控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該讀取器裝置被設(shè)計(jì)為用
來(lái)與應(yīng)答器進(jìn)行非接觸通信，該方法包括步驟 -將所述輸入電壓與參考值進(jìn)行比較，和
-以使得所述輸入電壓的電平保持在預(yù)定范圍內(nèi)的方式調(diào)節(jié)所 述讀取器裝置的控制對(duì)象(plant)。
前面提到的措施給出了這樣的優(yōu)點(diǎn)接收模塊能夠在最佳工作
范圍內(nèi)工作，盡管電子電路與天線電路之間的匹配以及讀取器裝置周 圍的環(huán)境狀況可以發(fā)生變化。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，在所述接收模塊與所述天線連接 線路之間安排有可調(diào)衰減元件，并且所述控制模塊被配置為用來(lái)將所 述輸入電壓與參考值進(jìn)行比較并且用來(lái)?yè)?jù)此調(diào)節(jié)所述衰減元件。相當(dāng)
普遍的情況是需要將天線電壓(天線電壓可能會(huì)高達(dá)100 V)降低到 接收模塊可能接收的程度。取決于所使用的技術(shù)，輸入電壓應(yīng)當(dāng)處于 幾伏的范圍之內(nèi)。由于在目前使用的讀取器裝置內(nèi)一般都包含衰減元 件，因此可以通過(guò)將現(xiàn)有的衰減元件(一般為分壓器)替換為可調(diào)衰 減元件(例如，(數(shù)控)分壓器)，以相對(duì)簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。 在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，安排可調(diào)放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)所述天線并且所述控制模塊安排為用來(lái)將所述輸入電壓與參考值進(jìn)行 比較并且用來(lái)?yè)?jù)此調(diào)節(jié)所述放大器。讀取器裝置通常包括(功率)放
大器，用以驅(qū)動(dòng)天線并且提供高達(dá)ioov的信號(hào)幅度。由于在常見(jiàn)的
讀取器設(shè)計(jì)中已經(jīng)存在放大器，因此僅需要相對(duì)較少的工作量就可以 將本發(fā)明付諸實(shí)踐。為此，將放大器替換為具有用于增益調(diào)節(jié)的附加 輸入端的放大器，或者如果輸出放大器工作在飽和狀態(tài)下(這是最常 見(jiàn)的情況)，則可以簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)放大器的電源電壓。
在本發(fā)明的非常優(yōu)選的實(shí)施方式中，將可調(diào)衰減元件安排在所
述接收模塊和所述天線連接線路之間，安排可調(diào)放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)所述天 線，并且所述控制模塊安排為用來(lái)將所述輸入電壓與參考值進(jìn)行比較 并且用來(lái)?yè)?jù)此調(diào)節(jié)所述衰減元件和所述放大器。這里，將此前提出的 兩種方法結(jié)合了起來(lái)，這樣提供了更大的自由度。而且，干擾參數(shù)的 較大變化，即天線電路匹配不良以及不良環(huán)境狀況，可以因兩種調(diào)節(jié) 可能的額外效果而得到補(bǔ)償。
在再另一種有益的實(shí)施方式中，將讀取器裝置的(多個(gè))控制 對(duì)象設(shè)置為啟動(dòng)值，以便以輸入電壓的電平增加的方式逐步地調(diào)節(jié)所 述(多個(gè))控制對(duì)象，并且在達(dá)到輸入電壓的預(yù)定電平時(shí)停止調(diào)節(jié)。 此處，從低值端開(kāi)始，使天線電壓增加，繼而使輸入電壓增加，這樣 防止了對(duì)靈敏的接收模塊造成破壞。不過(guò)，還可以想到在高值端開(kāi)始 并且以使輸入電壓的電平降低的方式逐步地調(diào)節(jié)所述(多個(gè))控制對(duì) 象。當(dāng)達(dá)到最佳電平時(shí)，停止該過(guò)程，因?yàn)橐呀?jīng)獲得了令人滿(mǎn)意的接 收模塊操作。還可以將最終的調(diào)節(jié)量存儲(chǔ)在電子電路的存儲(chǔ)器中，以 備以后使用，例如，用于以后的讀取器裝置加電。因此所使用的控制 模塊最好包括微處理器或狀態(tài)機(jī)。
而且，如果在達(dá)到特定的輸入電壓電平的時(shí)候反向進(jìn)行一個(gè)調(diào) 節(jié)步驟，則效果也是有益的。在某些情況下，相對(duì)于接收模塊的輸入 電壓以安全為前提略微大一點(diǎn)，效果可能比較好。由此，把造成輸入 電壓超過(guò)所述預(yù)定電平的第一調(diào)節(jié)反向，從而讀取器裝置隨后僅僅在 所述預(yù)定電平以下工作。同樣，可以想到從較高端開(kāi)始。在這種情況 下，讀取器裝置隨后僅僅在所述預(yù)定電平以上工作。而且，同樣可以想到，將最后的調(diào)節(jié)存儲(chǔ)起來(lái)以備以后使用。
如果不能達(dá)到預(yù)定電平，則使用最后一次調(diào)節(jié)更加有益處。這 里，對(duì)讀取器裝置的進(jìn)一步操作使用最可行的調(diào)節(jié)，因?yàn)椴荒苓_(dá)到目 標(biāo)范圍。這可能是由于天線電路與電子電路的匹配非常差，或者讀取 器裝置工作在非常惡劣的環(huán)境狀況中。
最后，如果控制模塊包括連續(xù)控制器，則也會(huì)有有益的效果。 這種控制器的一個(gè)例子是標(biāo)準(zhǔn)PID控制器，其中可以單獨(dú)設(shè)置控制機(jī) 制的比例、積分和微分部分。由于控制過(guò)程通常時(shí)間要求并不苛刻， 因此可以使用P控制器或PI控制器。
參照下文中介紹的實(shí)施方式，將會(huì)明顯看出本發(fā)明的這些和其 它方面，并且將會(huì)參照下文介紹的實(shí)施方式闡述本發(fā)明的這些和其它 方面。


下文中將參照附圖中示出的實(shí)施方式，借助非限定性的實(shí)例， 更加詳細(xì)地介紹本發(fā)明。
圖1表示本發(fā)明的與應(yīng)答器通信的讀取器裝置；
圖2表示本發(fā)明的讀取器裝置的更加詳細(xì)的示意圖3表示標(biāo)準(zhǔn)的控制環(huán)；
圖4表示本發(fā)明的讀取器裝置的設(shè)定過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
圖1表示與應(yīng)答器20進(jìn)行通信的讀取器裝置10,該應(yīng)答器20 包括應(yīng)答器天線21和應(yīng)答器電路22。由此，讀取器裝置IO包括天 線11和電子電路12。該電子電路12本身借助連接線路13a、 13b與 天線ll相連接。在電子電路12內(nèi)，有接收模塊14、控制模塊15、 衰減元件16和第一和第二放大器17a、 17b。第一連接線路13a與第 一放大器17a的輸出端連接。由此，第二連接線路13b與第二放大器 17b的輸出端連接。此外，第二連接線路13b與接收模塊14的輸入 端、與設(shè)置在中間的衰減元件16連接。接收模塊14的輸入端此外還與控制模塊15的輸入端連接。控制模塊15的輸出端是以虛線形式表 示的。 一個(gè)輸出端與放大器連接，另一個(gè)輸出端與衰減元件16連接。 應(yīng)當(dāng)注意，僅僅示出了解釋本發(fā)明所必需的那些讀取器裝置元 件。此外，附圖并不表示完整的電路，而是表示具有功能連接關(guān)系的 功能實(shí)體的架構(gòu)。
圖1中所示的架構(gòu)起到如下作用。將數(shù)據(jù)信號(hào)DS施加到放大器 17a和17b的輸入端。這個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)DS得到放大(使用相反極性) 并且經(jīng)由連接線路13a、 13b將其饋送給天線11。然后天線依照該數(shù) 據(jù)信號(hào)DS向應(yīng)答器20發(fā)送讀取器無(wú)線電信號(hào)RRS，在應(yīng)答器處，借 助應(yīng)答器天線21接收該讀取器無(wú)線電信號(hào)RRS并且在應(yīng)答器電路20 內(nèi)將其再次轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)。在無(wú)源應(yīng)答器的情況下，應(yīng)答器20還
使用電磁場(chǎng)的能量為它自身供電，而有源應(yīng)答器具有它們自己的電 源，例如電池。接收到數(shù)據(jù)信號(hào)20的結(jié)果是，應(yīng)答器20向讀取器裝 置10發(fā)送回應(yīng)答器無(wú)線電信號(hào)TRS。在當(dāng)前稱(chēng)為感性耦合系統(tǒng)的例 子中，這是通過(guò)對(duì)由讀取器裝置IO發(fā)射的電磁場(chǎng)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制來(lái)完 成的。但是必須要注意，本發(fā)明可以以等同的方式應(yīng)用于其它無(wú)線電 系統(tǒng)，尤其是適合應(yīng)用于電磁反向散射耦合、強(qiáng)耦合和電耦合系統(tǒng)。 現(xiàn)在要在讀取器裝置10處檢測(cè)應(yīng)答器無(wú)線電信號(hào)TRS。為此經(jīng)由天 線11接收應(yīng)答器無(wú)線電信號(hào)TRS，天線11將該信號(hào)送到接收模塊14， 接收模塊14繼而將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為接收數(shù)據(jù)DR流。隨后可以由微處理 器(未示出)處理接收數(shù)據(jù)DR。
接收模塊14通過(guò)估算天線電壓的變化來(lái)檢測(cè)應(yīng)答器無(wú)線電信號(hào) TRS內(nèi)的不同位。當(dāng)應(yīng)答器20傳遞數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，它對(duì)場(chǎng)進(jìn)行負(fù)載調(diào) 制，這指的是應(yīng)答器電路22使應(yīng)答器天線21短路。這在讀取器天線 11中造成電壓降，這個(gè)電壓降繼而可以由接收模塊14檢測(cè)到。很 容易想到，這些電壓降是比較小的，并且此外，還會(huì)隨著讀取器裝置 IO和應(yīng)答器20之間的距離變化。為了使接收模塊14進(jìn)行令人滿(mǎn)意 的操作，如果將輸入電壓VI的電平保持在預(yù)定范圍內(nèi)將會(huì)是比較有 利的。換句話說(shuō)，讀取器裝置10的天線電壓的幅度在調(diào)制和未調(diào)制 兩種情況下都應(yīng)當(dāng)保持在預(yù)定范圍內(nèi)。由于負(fù)載調(diào)制造成的電壓降是比較小的，因此也可以簡(jiǎn)單地說(shuō)，輸入電壓VI在未調(diào)制情況下應(yīng)當(dāng)
具有一定的幅度。輸入電壓VI首先取決于放大器17a、 17b的輸出功 率，其次取決于天線電路的設(shè)計(jì)，并且最后取決于環(huán)境狀況，就是說(shuō) 讀取器裝置的無(wú)線電范圍內(nèi)影響電磁場(chǎng)的物體，尤其是由金屬制成的 物體。因此，不采用額外的措施，是無(wú)法將輸入電壓VI維持在良好 的范圍之內(nèi)的。下面給出了其中三種措施
a)控制放大器17a、 17b的增益如前所述，讀取器裝置10的 輸出功率取決于放大器17a、 17b的輸出功率，而且取決于天線電路 與電路12的匹配程度。當(dāng)電路12和天線電路二者的阻抗匹配時(shí)，會(huì) 有盡可能多的能量從電路12傳遞到天線電路(在圖1中由天線11 單獨(dú)構(gòu)成)，意思是說(shuō)電路12的阻抗應(yīng)當(dāng)是天線電路阻抗的共軛復(fù) 數(shù)。通常使用電容器(見(jiàn)圖2中的18a和18b)來(lái)提供這一條件，以 便補(bǔ)償天線11的電感，因?yàn)殡娐?2在一般情況下傾向于略呈容性。 結(jié)果，天線電路在讀取器裝置10的載波頻率下進(jìn)入諧振狀態(tài)。不過(guò)， 使天線電路與電路12匹配并不是件容易的事，因?yàn)椴煌碾娐?2 本身就是各異的并且天線還具有其它邊界條件。而且，讀取器裝置 10的組裝通常是由不同于生產(chǎn)電路12的廠商的其它廠商完成的。因 此，讀取器的組裝者通常對(duì)電路12的性能不會(huì)有太深入的了解。此 外，如前所述，讀取器裝置10的環(huán)境狀況也會(huì)影響天線11的輸出功 率?？梢韵胂笞顗牡那闆r是在讀取器裝置10附近有電磁屏蔽。由此， 自然會(huì)意識(shí)到，天線11匹配不良和不利的環(huán)境狀況會(huì)導(dǎo)致輸入電壓 VI的電平降低。為了確保按照本發(fā)明的接收模塊14能夠進(jìn)行令人滿(mǎn) 意的操作，要據(jù)此調(diào)節(jié)放大器17a、 17b的增益，意思是說(shuō)在輸入電 壓VI的電平降低時(shí)增大增益，這樣就補(bǔ)償了天線11的匹配不良和/ 或傳輸路徑上傳輸無(wú)線電波的較差的環(huán)境狀況。因此，將輸入電壓 VI以及參考電壓VR饋送給控制模塊15，控制模塊15監(jiān)控輸入電壓 VI,并且根據(jù)在與參考電壓VR比較之后的輸入電壓VI的電平，借助 第一控制信號(hào)Cl (虛線)增大或減小放大器17a和17b的增益。一 般來(lái)說(shuō)，放大器工作在飽和狀態(tài)下，從而增大增益可以簡(jiǎn)單地通過(guò)增 大放大器17a、 17b的電源電壓來(lái)完成。不過(guò)，也可以想到使用增益可調(diào)的放大器。在這種情況下，將第一控制信號(hào)Cl饋送到放大器17a 和17b的相應(yīng)輸入端。注意，對(duì)于前面提出的討論，都假設(shè)將衰減元 件16的調(diào)節(jié)量保持為恒定不變，因此不會(huì)影響接收模塊14的輸入電 壓VI。由此，可以忽略控制模塊15的第二控制信號(hào)C2和相應(yīng)的輸 出。
就控制工程而言(也見(jiàn)圖3，圖3表示標(biāo)準(zhǔn)控制環(huán))，這意味著 參考電壓VR起到控制環(huán)的參考值r的作用并且輸入電壓VI起到該系 統(tǒng)的控制變量y的作用。由此，參考電壓VR和輸入電壓VI之間的差 是誤差e，將這個(gè)誤差e饋送給控制器C。最終，放大器17a和17b 是控制環(huán)的控制對(duì)象P，并且第一控制信號(hào)Cl起到控制環(huán)的設(shè)置值u 的作用?？刂颇K15包括控制環(huán)的控制器C以及求和點(diǎn)。
b)控制由衰減元件16進(jìn)行的衰減在天線11和接收模塊之間 有衰減元件16，在本情況下是可變電阻或分壓器。取決于調(diào)節(jié)量， 衰減元件16以較小或較大的程度對(duì)天線電壓進(jìn)行衰減，從而將會(huì)意 識(shí)到，接收模塊14的輸入電壓VI取決于天線電壓以及取決于衰減元 件16的調(diào)節(jié)量。如前所述，為了使接收模塊H進(jìn)行令人滿(mǎn)意的操作， 輸入電壓VI的電平應(yīng)當(dāng)保持在預(yù)定范圍內(nèi)。為了確保這一點(diǎn)，按照 本發(fā)明，要據(jù)此調(diào)節(jié)衰減元件16的衰減量，意思是說(shuō)在輸入電壓VI 的電平降低時(shí)減小衰減量，這樣就補(bǔ)償了天線11的匹配不良和/或 傳輸路徑上傳輸無(wú)線電波的較差環(huán)境狀況。因此，將輸入電壓VI以 及參考電壓VR饋送給控制模塊15，控制模塊15監(jiān)控輸入電壓VI， 并且根據(jù)在與參考電壓VR比較之后的輸入電壓VI的電平，借助第二 控制信號(hào)C2 (虛線)增大或減小衰減元件16的衰減量。在本例中， 使用可調(diào)電阻器作為衰減元件16，具體來(lái)說(shuō)是使用數(shù)控分壓器(還 稱(chēng)為DCP)作為衰減元件16。由此，第二控制信號(hào)C2在本情況下是 數(shù)字值，但是應(yīng)當(dāng)注意，其它的可能性也是可以想到的。注意，對(duì)于 前面提出的討論，都假設(shè)將放大器17a和17b的增益保持為恒定不變， 因此不會(huì)影響接收模塊14的輸入電壓VI。據(jù)此，可以忽略控制模塊 15的第一控制信號(hào)Cl和相應(yīng)的輸出。
就控制工程而言，這意味著參考電壓VR同樣起到控制環(huán)的參考值r的作用并且輸入電壓VI起到該系統(tǒng)的控制變量y的作用。據(jù)此， 參考電壓VR和輸入電壓VI之間的差是誤差e，將這個(gè)誤差e饋送給 控制器C。與例子a)不同，衰減元件16是控制環(huán)的控制對(duì)象P并且 第二控制信號(hào)C2起到控制環(huán)的設(shè)置值u的作用。同樣，控制模塊15 包括控制環(huán)的控制器C和求和點(diǎn)二者。
c) a)和b)的組合這里，放大器17a和17b的增益和衰減元 件14的衰減量都受到控制。據(jù)此，如圖1所示，控制信號(hào)C1和C2 都得到了使用，這意味著控制模塊15是所謂的兩維控制器。有利地， 輸入電壓VI的電平的較大變化可以由于兩方面的自由度而得到補(bǔ) 償，這要以控制模塊15的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜為代價(jià)。在任何情況下，都 要注意使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，這由于兩個(gè)控制對(duì)象，即放大器17a、 17b 和衰減元件16，都具有線性特性而變得簡(jiǎn)單易行。
圖2現(xiàn)在表示讀取器裝置10'的另一種實(shí)施方式的更加詳細(xì)的 示意圖。讀取器裝置10'同樣包括與天線11連接的電路12'。與圖1 的實(shí)施方式不同，這里電容器18a和18b位于天線ll和外部觸點(diǎn)13a， 13b之間。電路12'的構(gòu)造與電路12非常類(lèi)似。同樣，控制模塊15' 控制放大器17a和17b以及衰減元件16，該衰減元件16在本情況下 是數(shù)控分壓器?？刂颇K15'包括控制器150、比較器151、數(shù)字到 模擬轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱(chēng)DAC) 152、開(kāi)關(guān)153和三個(gè)電阻器154到156。 DAC 152在本例中具有并行接口，而衰減元件16具有串行接口。
控制模塊15'的功能如下同樣，接收模塊的輸入電壓VI作為 控制模塊15的輸入，借助比較器151將該輸入電壓VI與參考電壓 VR進(jìn)行比較。而且，輸入電壓VI同樣起到控制環(huán)的控制變量y的作 用，而參考電壓VR起到參考值r的作用。據(jù)此，比較器151的輸出 代表控制環(huán)的誤差e。將這一誤差e饋送給控制器150，控制器150 繼而計(jì)算第一控制信號(hào)Cl和第二控制信號(hào)C2的相應(yīng)輸出值。在本情 況下，假定控制器150是簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)，如果輸入電壓VI低于參考 電壓VR，則該狀態(tài)機(jī)逐步地增大放大器17a、 17b的增益并且減小衰 減元件16的衰減量。在這種情況下，控制器15此外還向幵關(guān)153 發(fā)出信號(hào)，命令開(kāi)關(guān)153切換到第二切換路徑，這樣就會(huì)提供電阻器155和156之間給出的較低參考電壓VR1。如果輸入電壓VI超過(guò)參考 電壓VR，則同樣會(huì)減小放大器17a、 17b的增益并且增大衰減元件16 的衰減量。與此同時(shí)，控制器向開(kāi)關(guān)153發(fā)出信號(hào)，命令開(kāi)關(guān)153 提供電阻器154和155之間給出的較高參考電壓VRu，就是說(shuō)切換到 第一切換路徑。當(dāng)然會(huì)意識(shí)到，開(kāi)關(guān)153與電阻器154到156相結(jié)合 會(huì)給出在較高和較低參考電壓VRu和VR1之間輪換的參考電壓VR。 由此，控制模塊15'引入了遲滯作用，這使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。為了避免 由天線ll和電容器18a、18b形成的諧振電路引發(fā)的換向?qū)刂骗h(huán)造 成負(fù)面影響，控制器150每隔128ps切換到下一個(gè)步驟。這一延遲最 好用于13. 56MHz。不過(guò)，也可以使用其它的延遲，尤其是在使用不 同于13.56 MHz的載頻時(shí)。
圖2中的實(shí)體，尤其是控制模塊15'的那些實(shí)體，同樣具有功能 性的意義，而不是代表真正的、物理的實(shí)體。由此，比較器151可以 是運(yùn)算放大器以及數(shù)字加法器(處理輸入電壓VI的負(fù)值)。據(jù)此， 控制器150可以是模擬控制器或數(shù)字控制器(具體來(lái)說(shuō)是微處理器)。 開(kāi)關(guān)153可以是真正的開(kāi)關(guān)或多路復(fù)用器。甚至可以設(shè)想到，參考電 壓VI不是真正的電壓，而是微控制器中的數(shù)字參考值。在這種情況 下，可以省去開(kāi)關(guān)153。存儲(chǔ)器中的兩個(gè)數(shù)字參考值可以取而代之提 供遲滯作用。如前所述，DAC 152具有并行接口，而衰減元件16具 有串行接口。不過(guò)，同樣可以想到其它的接口。而且，可以設(shè)想出模 擬和數(shù)字實(shí)體的混合設(shè)計(jì)。僅需要留心一下?lián)宿D(zhuǎn)換的信號(hào)即可。最 后，概括地說(shuō)，輸入電壓VI和參考電壓VR的比較可以采用各種不同 的方式進(jìn)行。首先，可以對(duì)天線電壓進(jìn)行整流，并且因此，可以將經(jīng) 過(guò)整流的輸入電壓VI與DC參考電壓進(jìn)行比較。并且其次，如果此外 由低通濾波器對(duì)經(jīng)過(guò)整流的電壓先行加以濾波(見(jiàn)圖4中的包絡(luò))， 則會(huì)有有益的效果。再有，可以按原樣使用天線電壓，意思是說(shuō)，將 AC輸入電壓VI與AC參考電壓進(jìn)行比較。這里，需要這兩個(gè)電壓具 有相同的相位和頻率。最后，也可以是將AC輸入電壓VI與DC參考 電壓VR進(jìn)行比較。其中，比較是在特定的時(shí)間點(diǎn)或特定的相位上進(jìn) 行的。參照?qǐng)D4，這應(yīng)該意味著在輸入電壓VI的最大值處取得采樣值，該采樣值僅僅占用相對(duì)較短的時(shí)間。
還應(yīng)當(dāng)注意，控制可以是始終實(shí)施或者只是按要求實(shí)施的，尤 其是在初始化的時(shí)候。其中，讀取器裝置可以適合于它所安裝的地點(diǎn) 的環(huán)境狀況。所以，例如在將讀取器裝置固定到緊鄰建筑物入口的墻 壁上之后，技術(shù)人員可以按下"設(shè)定"按鈕。這一設(shè)定功能啟動(dòng)本發(fā)
明的控制機(jī)制，只要沒(méi)有找到放大器17a、 17b和/或衰減元件16 的最佳調(diào)節(jié)，就要進(jìn)行這一控制。只要找到了最佳操作點(diǎn)，就停止該 處理過(guò)程。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D4更加詳細(xì)地解釋該過(guò)程。最好，以低輸出功率 開(kāi)始。由此，在開(kāi)始設(shè)定過(guò)程的時(shí)候減小放大器17a、 17b的電源電 壓。圖4表示第一控制信號(hào)C1具有相應(yīng)的階梯狀減小。結(jié)果，天線 的輸出功率并且因此輸入電壓VI的電平(見(jiàn)VI的包絡(luò))減小。在第 一時(shí)間間隔之后(并且由此在輸入電壓VI的包絡(luò)的換向時(shí)期之后)， 在本情況下是在128^is之后，將輸入電壓VI與參考電壓VR進(jìn)行比較， 此時(shí)參考電壓VR是較低參考電壓VR1?？刂破?50檢測(cè)到輸入電壓 VI低于目標(biāo)范圍。因此，將第一控制信號(hào)C1增加一個(gè)階梯，并且繼 而使放大器17a、 17b的輸出功率增大一個(gè)階梯。同樣，輸入電壓VI 在另一個(gè)128pS之后低于目標(biāo)范圍。最后，第一控制信號(hào)C1的下一 個(gè)升高導(dǎo)致輸入電壓VI甚至高于目標(biāo)范圍。據(jù)此，反向進(jìn)行最后一 個(gè)步驟，從而使得最終輸入電壓VI的電平保持在較高參考電壓VRu 和較低參考電壓VR1之間的目標(biāo)范圍之內(nèi)。
這里應(yīng)當(dāng)注意，除了圖4中所示的處理過(guò)程之外，也可以代替 增大放大器17a、17b的增益，而是逐步地減小衰減元件16的衰減量。 按照本文前面已經(jīng)解釋的，還可以在減小衰減元件16的衰減量的同 時(shí)增大放大器17a、 17b的增益。另一種可以想到的過(guò)程可以是，首 先增大放大器17a、 17b的增益，然后減小衰減元件16的衰減量，并 且反過(guò)來(lái)也可以。還可以針對(duì)前面的例子假設(shè)，天線的匹配并不完全 不可接受并且環(huán)境狀況并非過(guò)于不良，從而輸入電壓VI有時(shí)候會(huì)達(dá) 到較低參考電壓VR1 (并且這里甚至超出了較高參考電壓VRu)。這 并不是強(qiáng)制性的。由此，當(dāng)沒(méi)有達(dá)到期望的極限時(shí)，簡(jiǎn)單地使用提供了輸入電壓VI的最高電平的調(diào)節(jié)。
當(dāng)超過(guò)了較低參考電壓VR1時(shí)，如果認(rèn)為相對(duì)較低的輸入電壓
VI電平對(duì)于接收模塊14的修正操作而言足夠了，則甚至可以中斷該 過(guò)程。第三種可能是一直等到輸入電壓VI也超過(guò)了較高參考電壓 VRu。其中，不是如圖4所示那樣向回倒退一步，而是可以簡(jiǎn)單地按 原樣接受調(diào)節(jié)。很容易理解，這些例子僅僅涵蓋了眾多可能性中的一 小部分，并且可以得出其它的處理過(guò)程，而不會(huì)超出本發(fā)明的寬泛范 圍。
也可以將第一控制信號(hào)Cl和/或第二控制信號(hào)C2的值存儲(chǔ)在 電路12的存儲(chǔ)器中(見(jiàn)圖4中的步驟"存儲(chǔ)")以備以后使用，從 而設(shè)定過(guò)程僅需要進(jìn)行一次。在讀取器裝置IO每次加電時(shí)，將這些 值讀取出來(lái)并且使用這些值來(lái)調(diào)節(jié)放大器17a、 17b和/或衰減元件 16。
該控制機(jī)制的另一個(gè)有用應(yīng)用是不同天線電路適合用作前面所 述的電路12、 12'。由此，本發(fā)明也可以用于使單獨(dú)一個(gè)電路12、 12' 容易地適用于不同的天線設(shè)計(jì)，例如由讀取器裝置IO、 10'的組裝者 使該電路適合于不同的天線設(shè)計(jì)。同樣，僅僅需要啟動(dòng)"設(shè)定"過(guò)程。
最后，應(yīng)當(dāng)注意，前面提到的實(shí)施方式是圖解說(shuō)明而不是對(duì)本 發(fā)明加以限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該是能夠設(shè)計(jì)出很多可供選用 的實(shí)施方式，而不會(huì)超出由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍。在權(quán) 利要求里，置于括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)看作是對(duì)權(quán)利要求的限 定。動(dòng)詞"包括"及其同義詞并不排除除了任何權(quán)利要求中或說(shuō)明書(shū) 中從整體上看列出的那些元件或步驟之外還存在其它的元件或步驟 的可能。使用單數(shù)名詞并不排除在情況允許時(shí)存在多個(gè)的可能性(反 之亦然)。在列舉出數(shù)個(gè)構(gòu)件的裝置權(quán)利要求中，這些構(gòu)件中的若干 個(gè)可以由一個(gè)且同一個(gè)軟件或硬件制品來(lái)具體實(shí)現(xiàn)。在相互不同的從 屬權(quán)利要求中敘述特定手段這一表面現(xiàn)象并不表明使用這些手段的 組合沒(méi)有有益效果。
權(quán)利要求
1.用于讀取器裝置(10，10’)的電子電路(12，12’)，其中該讀取器裝置(10，10’)被設(shè)計(jì)成用來(lái)與應(yīng)答器(20)進(jìn)行非接觸通信，該電子電路(12，12’)包括-與所述讀取器裝置(10，10’)的天線(11)連接的連接線路(13a，13b)，該天線(11)被設(shè)計(jì)為用于接收來(lái)自所述應(yīng)答器(20)的無(wú)線電信號(hào)(TRS)，-接收模塊(14)，該接收模塊(14)與天線連接線路(13a，13b)連接并且配置成用來(lái)處理來(lái)自所述天線(11)的代表所述無(wú)線電信號(hào)(TRS)的輸入電壓(VI)，和-控制模塊(15，15’)，該控制模塊(15，15’)被配置成用來(lái)將所述輸入電壓(VI)與參考值(VR)進(jìn)行比較并且用來(lái)以使得所述輸入電壓(VI)的電平保持在預(yù)定范圍內(nèi)的方式調(diào)節(jié)所述讀取器裝置(10，10’)的控制對(duì)象。
2. 按照權(quán)利要求1中所述的電子電路(12， 12')，其中 -在所述接收模塊(14)和所述天線連接線路(13a， 13b)之間安排有可調(diào)衰減元件(16)，并且其中-所述控制模塊(15， 15')被配置成用于將所述輸入電壓(VI) 與參考值(VR)進(jìn)行比較并且用于據(jù)此調(diào)節(jié)所述衰減元件(16)。
3. 按照權(quán)利要求1中所述的電子電路(12， 12')，其中 -安排有可調(diào)放大器(18a， 18b)來(lái)驅(qū)動(dòng)所述天線(11)，并且其中-所述控制模塊(15， 15')被配置成用于將所述輸入電壓(VI) 與參考值(VR)迸行比較并且用于據(jù)此調(diào)節(jié)所述放大器(18a， 18b)。
4. 按照權(quán)利要求2和權(quán)利要求3中所述的電子電路(12， 12')。
5. 讀取器裝置(10， 10')，其被設(shè)計(jì)為用來(lái)與應(yīng)答器(20)進(jìn) 行非接觸通信，包括權(quán)利要求1到4中任何一項(xiàng)所述的電子電路(12， 12')和與之連接的天線(11)。
6. 對(duì)讀取器裝置(10， 10')所包括的接收模塊(14)的輸入 電壓(VI)的范圍進(jìn)行控制的方法，該讀取器裝置(10， 10')被設(shè) 計(jì)為用來(lái)與應(yīng)答器(20)進(jìn)行非接觸通信，該方法包括步驟-將所述輸入電壓(VI)與參考值(VR)進(jìn)行比較，和 -以使得所述輸入電壓(VI)的電平保持在預(yù)定范圍內(nèi)的方式調(diào) 節(jié)所述讀取器裝置(10， 10')的控制對(duì)象。
7. 按照權(quán)利要求6中所述的方法，包括步驟--將所述輸入電壓(VI)與參考值(VR)進(jìn)行比較，和 -據(jù)此調(diào)節(jié)衰減元件(16)，該衰減元件(16)安排在所述接收模塊(14)與所述讀取器裝置(10， 10')的天線(11)之間。
8. 按照權(quán)利要求6中所述的方法，包括步驟 -將所述輸入電壓(VI)與參考值(VR)進(jìn)行比較，和 -據(jù)此調(diào)節(jié)放大器U8a， 18b)，所述放大器(18a， 18b)被配置為用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述讀取器裝置(10， 10')的天線(11)。
9. 按照權(quán)利要求6中所述的方法，包括步驟 -將所述輸入電壓(VI)與參考值(VR)進(jìn)行比較，和 -據(jù)此調(diào)節(jié)衰減元件(16)，該衰減元件(16)被安排在所述接收模塊(14)與所述讀取器裝置(10， 10')的天線(11)之間，并 且據(jù)此調(diào)節(jié)放大器(18a， 18b)，該放大器配置為用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述讀取 器裝置(10， 10')的天線(11)。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于與應(yīng)答器(20)進(jìn)行非接觸通信的讀取器裝置(10，10’)的電子電路(12，12’)。該電子電路(12，12)包括與所述讀取器裝置(10，10’)的天線(11)相連接的連接線路(13a，13b)，該天線(11)設(shè)計(jì)為用來(lái)接收來(lái)自于所述應(yīng)答器(30)的無(wú)線電信號(hào)(TRS)。而且，它還包括接收模塊(14)，該接收模塊(14)與天線連接線路(13a，13b)連接并且安排成用來(lái)處理來(lái)自所述天線(11)的代表所述無(wú)線電信號(hào)(TRS)的輸入電壓(VI)。為了提供接收模塊(14)的令人滿(mǎn)意的操作并且為了補(bǔ)償天線電路與電子電路(12，12’)的不良匹配和/或讀取器裝置(10，10’)進(jìn)行工作時(shí)所處的不良環(huán)境狀況，該電子電路此外包括控制模塊(15，15’)。所述控制模塊(15，15’)安排成用來(lái)將所述輸入電壓(VI)與參考值(VR)進(jìn)行比較并且用來(lái)以使得所述輸入電壓(VI)的電平保持在預(yù)定范圍內(nèi)的方式調(diào)節(jié)所述讀取器裝置(10，10’)的控制對(duì)象。本發(fā)明此外還涉及一種讀取器裝置(10，10’)和一種操作讀取器裝置(10，10’)的方法。
文檔編號(hào)G06K7/00GK101292254SQ200680038724
公開(kāi)日2008年10月22日 申請(qǐng)日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者伯恩哈德·斯皮斯, 帕米爾·埃爾代尼茲, 邁克爾·岑茨 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司