專利名稱：發(fā)射器裝置和使用該裝置的通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射器裝置，它可調(diào)制載波，以產(chǎn)生疊加有通信數(shù)據(jù)的已調(diào)波，然后它將此已調(diào)波發(fā)射給接收器裝置。本發(fā)明還涉及利用此種發(fā)射器裝置的通信系統(tǒng)。
特別是，具有大容量存儲器而能存儲多種應(yīng)用程序的多用途IC卡具有傳統(tǒng)磁卡之類所不能的許多用途，所以在許多領(lǐng)域(如金融，供銷，運輸，及醫(yī)藥行業(yè))的信息通信系統(tǒng)中都采用了這種IC卡。
上述非接觸式IC卡系統(tǒng)的一個主要優(yōu)點就是不需要提供讀出/寫入裝置或IC卡的接觸終端。這就降低了諸如觸點破損等故障的發(fā)生，從而降低了維護(hù)成本，提高了可用性。
非接觸式IC卡系統(tǒng)的另一個主要優(yōu)點就是可以建造比接觸式系統(tǒng)更易于操作和更快捷的交易處理系統(tǒng)。例如，當(dāng)在鐵路或巴士網(wǎng)絡(luò)的驗票系統(tǒng)中采用非接觸式IC卡系統(tǒng)時，請乘客把票(一張IC卡)放在驗票口(一個讀出/寫入裝置)上方或附近(此操作以下稱為“放在上方”操作)，或?qū)⑵迸c驗票口暫時接觸一下(此操作以下稱為“一觸即放”操作)，這樣就可以輕易而快速地進(jìn)行檢票。
順便提一下，非接觸式IC卡系統(tǒng)按其進(jìn)行通信的距離分為緊密接近，接近和其它類型。對于這些類型中的每一種，在數(shù)據(jù)通信中所使用的格式正在根據(jù)ISO/IEC14443和ISO/IEC15693進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
圖4A和4B示出符合ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信格式的波形圖。圖4A表示在IC卡或讀出/寫入裝置中觀察到的已解調(diào)波形，圖4B為通信的字符數(shù)據(jù)的略圖。
如圖4A所示，符合ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信格式設(shè)計成可以進(jìn)行信息的逐幀通信，此時每一幀包括一個表示幀頭的SOF(幀的開始)，其后是符合預(yù)定字符傳輸格式的字符數(shù)據(jù)，再后是表示幀結(jié)束的EOF(幀的結(jié)束)。如圖4A所示，字符傳輸格式設(shè)計成可以進(jìn)行數(shù)據(jù)連續(xù)通信，對應(yīng)于有多少待通信的字符就有多少一個字節(jié)的數(shù)據(jù)集，且每個字節(jié)都加上一個開始位和一個停止位。在這種數(shù)據(jù)通信格式中，在沒有進(jìn)行通信時，通信數(shù)據(jù)保持在預(yù)定的邏輯狀態(tài)(以下稱為標(biāo)記狀態(tài))，同時接收器裝置則處于等待數(shù)據(jù)通信的狀態(tài)。
確實，在上述數(shù)據(jù)通信格式中，接收器裝置可以通過由于SOF(邏輯“低”)的緣故檢測到接收的數(shù)據(jù)從標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛠碜R別數(shù)據(jù)通信的開始。
但是，在上述數(shù)據(jù)通信格式中，如果在沒有進(jìn)行通信時，通信數(shù)據(jù)不是保持在標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)，就不可能檢測SOF。這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)通信的失敗。
圖5A和5B示出錯誤檢測SOF的波形圖。在符合ISO/IEC14443B型標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射器裝置中，載波(載波頻率為13.56MHz)要經(jīng)過10％的幅度調(diào)制(以下稱為10％ASK(振幅鍵控)以產(chǎn)生疊加有通信數(shù)據(jù)的已調(diào)波(a’)，然后該已調(diào)波(a’)被發(fā)送到接收器裝置。應(yīng)指出在10％ASK中，當(dāng)載波被調(diào)制時，其振幅會降到未調(diào)制狀態(tài)時的原來振幅的90％。
在接收器裝置中，已調(diào)波(a’)要經(jīng)過全波整流，得到已整流波(b’)，然后該已整流波(b’)被積分，產(chǎn)生包絡(luò)波(c’)。包絡(luò)波(c’)被微分，得到微分波(d’)，然后將微分波(d’)與閾值電平Vth1和Vth2(VDD/2±ΔV)進(jìn)行比較，產(chǎn)生代表通信數(shù)據(jù)的二進(jìn)制已解調(diào)波(e’)。就是說，在接收器裝置中，要檢測已整流波(b’)的輕微波動來產(chǎn)生已解調(diào)波(e’)。
此時，如圖中虛線所示，如果在沒有進(jìn)行通信時，已解調(diào)波(e’)保持在標(biāo)記狀態(tài)，接收器裝置可以因SOF(邏輯“低”)檢測到已解調(diào)波(e’)從標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛠碜R別數(shù)據(jù)通信的開始。
另一方面，如圖中實線所示，如果在沒有進(jìn)行通信時，振鈴噪聲等疊加在已調(diào)波(a’)上，則在已整流波(b’)和包絡(luò)波(c’)中都會出現(xiàn)失真。這就導(dǎo)致在微分波(d’)中出現(xiàn)非預(yù)期的噪聲脈沖。
即使這樣，只要噪聲脈沖的低峰未達(dá)到閾值電平Vth2以下或其高峰已超過閾值電平Vth1，一旦噪聲脈沖消失，已解調(diào)波(e’)就可回到并保持標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)。這樣就不會錯誤檢測SOF。
但是，如圖所示，如果噪聲脈沖的低峰達(dá)到閾值電平Vth2以下，而且其高峰未達(dá)到閾值電平Vth1之上，已解調(diào)波(e’)中就會發(fā)生從標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)到邏輯“低”的非預(yù)期轉(zhuǎn)換，而且即使噪聲脈沖消失，已解調(diào)波(e’)也一直保持在邏輯“低”的狀態(tài)。在沒有進(jìn)行通信時，已解調(diào)波(e’)保持邏輯“低”的狀態(tài)，就不可能檢測到SOF的下降沿。結(jié)果通信失敗。
特別是在諸如10％ASK的低深度調(diào)制時(已調(diào)波(a’)的最大振幅與最小振幅之比比較低的一種調(diào)制)，最輕微的噪聲可能被錯認(rèn)為是數(shù)據(jù)。這就更容易發(fā)生上述失敗。
此外，由于以無線電波向非接觸型IC卡提供電功率，由于它們接收的電功率的波動，其調(diào)制/解調(diào)制工作有不穩(wěn)定的趨向。這就相當(dāng)容易發(fā)生上述失敗。
為了達(dá)到以上目的，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射器裝置配備有調(diào)制器，用于調(diào)制載波以產(chǎn)生具有通信數(shù)據(jù)疊加其上的已調(diào)波；以及發(fā)射器，用于將已調(diào)波發(fā)射到接收器裝置。此處，在開始通信前，發(fā)射器裝置向接收器裝置發(fā)射預(yù)定的偽脈沖，以便使接收器裝置中經(jīng)解調(diào)制恢復(fù)的通信數(shù)據(jù)處于在沒有通信時通信數(shù)據(jù)應(yīng)保持的邏輯狀態(tài)。
如

圖1所示，讀出/寫入裝置1包括控制器電路11、非易失性存儲器12、信號處理器電路13、調(diào)制器電路14、天線電路15、解調(diào)器電路16以及輸入/輸出接口電路17(以下稱為I/F電路17)。
控制器電路11包括有CPU和多個存儲器(ROM、RAM等)?？刂破麟娐?1啟動時讀出以前存儲在非易失性存儲器12中的程序，控制讀出/寫入裝置1的各個電路塊，并通過I/F電路17與主機(jī)裝置(例如個人電腦)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在非易失性存儲器12中，還存儲有控制IC卡2的各種命令(例如，用于將插入在IC卡2的內(nèi)部邏輯電路21中的快速存儲器初始化的格式命令)，這些命令只是在必要時才發(fā)出。信號處理器電路13根據(jù)由控制器電路11饋送的控制信號檢測IC卡2并處理發(fā)往和來自IC卡2的通信數(shù)據(jù)。
調(diào)制器電路14根據(jù)由信號處理器電路13饋送的控制信號使載波(載波頻率為13.56MHz)經(jīng)10％ ASK，產(chǎn)生疊加有通信數(shù)據(jù)的已調(diào)波，并將此已調(diào)波饋送到天線電路15。天線電路15一方面把調(diào)制器電路14饋送的已調(diào)波發(fā)射到IC卡2，另一方面接收由IC卡2饋送的已調(diào)波并將其饋送到解調(diào)器電路16。解調(diào)器電路16解調(diào)制饋送給它的已調(diào)波，恢復(fù)通信數(shù)據(jù)并將該通信數(shù)據(jù)饋送給信號處理器電路13。
IC卡2裝有半導(dǎo)體集成電路器件(IC芯片)，如圖1所示，該芯片包括內(nèi)部邏輯電路21、調(diào)制器電路22、天線電路23、解調(diào)器電路24、時鐘提取電路25、整流電路26、恒壓電路27以及加電復(fù)位電路28。
內(nèi)部邏輯電路21裝有CPU和多個存儲器(ROM、RAM等)并控制IC卡2的各個電路塊。內(nèi)部邏輯電路21配有一個UART(通用異步收發(fā)信機(jī))，用以將從解調(diào)器電路24獲得的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CPU能夠處理的并行數(shù)據(jù)。
調(diào)制器電路22根據(jù)由內(nèi)部邏輯電路21饋送的控制信號使載波(載波頻率為13.56MHz)經(jīng)10％ ASK，產(chǎn)生疊加有通信數(shù)據(jù)的已調(diào)波，并將此已調(diào)波饋送到天線電路23。天線電路23一方面把調(diào)制器電路22饋送的已調(diào)波發(fā)射到讀出/寫入裝置1，另一方面接收由讀出/寫入裝置1饋送的已調(diào)波并將其饋送到解調(diào)器電路24、時鐘提取電路25以及整流電路26。
解調(diào)器電路24解調(diào)制饋送給它的已調(diào)波，恢復(fù)通信數(shù)據(jù)并將該通信數(shù)據(jù)饋送給內(nèi)部邏輯電路21。時鐘提取電路25從饋送給它的已調(diào)波中提取內(nèi)部邏輯電路21工作所必須的時鐘信號并將此時鐘信號饋送給內(nèi)部邏輯電路21。
整流電路26將饋送給它的已調(diào)波整流、產(chǎn)生直流電功率，并將此直流電功率饋送給恒壓電路27和加電復(fù)位電路28。恒壓電路27從饋送給它的直流電功率中產(chǎn)生各電路塊工作所必須的恒定電壓，并將這些恒定電壓饋送給包括內(nèi)部邏輯電路21在內(nèi)的各電路塊。加電復(fù)位電路28根據(jù)饋送給它的直流電功率產(chǎn)生用于將內(nèi)部邏輯電路21初始化的復(fù)位信號，并將此復(fù)位信號饋送給內(nèi)部邏輯電路21。
以下分別說明在讀出/寫入裝置1和IC卡2中的解調(diào)器電路16和24的內(nèi)部配置和解調(diào)制工作。圖2是解調(diào)器電路16和24實例的電路圖。在此實施例中，解調(diào)器電路16和24各包括一個整流電路31，集成電路32，微分電路33和磁滯比較器電路34。
整流電路31使饋送給它的已調(diào)波(a)經(jīng)全波整流，產(chǎn)生已整流波(b)。集成電路32集成已整流波(b)，從中去除載波成分，產(chǎn)生描述已整流波(b)的包絡(luò)的包絡(luò)波(c)。
微分電路33是由電容器C1和電阻器R1組成的一階高通濾波器，它將電阻器R1的端電壓VA和VB作為代表提取發(fā)生在包絡(luò)波(c)中的變化的微分波(d)輸出到磁滯(hysteresis)比較器電路34。在此實施例的微分電路33中，電阻器R1的一端連接到直流電壓源E1的正端，且端電壓VB保持恒定為VDD/2。
磁滯比較器電路34由比較器COMP1，反相器INV1以及電阻器R2和R3組成。磁滯比較器電路34根據(jù)微分電路33中電阻器R1的終端電壓VA和閾值電壓Vth1和Vth2(VDD/2±ΔV)比較的結(jié)果產(chǎn)生已解調(diào)波(e)。
當(dāng)包絡(luò)波(c)下降時，終端電壓VA變化到低于終端電壓VB。如果此變化大于磁滯寬度ΔV，且終端電壓VA變?yōu)榈陀陂撝惦妷篤th2，則磁滯比較器電路34將已解調(diào)波(e)的邏輯狀態(tài)從“高”轉(zhuǎn)為“低”。另一方面，當(dāng)包絡(luò)波(c)上升時，終端電壓VA變化到高于終端電壓VB。如果此變化大于磁滯寬度ΔV，且終端電壓VA變?yōu)楦哂陂撝惦妷篤th1，則磁滯比較器電路34將已解調(diào)波(e)的邏輯狀態(tài)從“低”轉(zhuǎn)為“高”。
這樣，把解調(diào)器電路16和24配置成靠檢測包絡(luò)波(c)的上升和下降來產(chǎn)生已解調(diào)波(e)，就可能即使在通信數(shù)據(jù)長時間保持在邏輯“高”或“低”的狀態(tài)時進(jìn)行正確的信號解調(diào)制。
如前所述，本實施例的非接觸型IC卡系統(tǒng)采用符合ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信格式。因此，在沒有進(jìn)行通信時，只要已解調(diào)波(e)保持在標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)，接收器裝置就可以因SOF(邏輯“低”)檢測到已解調(diào)波(e)從標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛠碜R別數(shù)據(jù)通信的開始。
此外，在本實施例的非接觸型IC卡系統(tǒng)中，為了即使在沒有進(jìn)行通信時已解調(diào)波(e)不是保持在標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)也能進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)通信，而不會錯誤的檢測SOF，在符合ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信格式作了以下改進(jìn)。
圖3A到3E是表示如何避免錯誤檢測SOF的波形圖。在這些圖中，波形(a)到(e)分別為在圖2所示的解調(diào)器電路16和24中觀察到的信號(a)到(e)的波形。
如圖中實線所示，如果在沒有進(jìn)行通信時，振鈴噪聲等疊加在已已調(diào)波(a)上，則在已整流波(b)和包絡(luò)波(c)中都會出現(xiàn)失真，這就導(dǎo)致在微分波(d)中出現(xiàn)非預(yù)期的噪聲脈沖。此時，如果噪聲脈沖的低峰達(dá)到閾值電平Vth2以下，而且其高峰未達(dá)到閾值電平Vth1之上，已解調(diào)波(e)中就會發(fā)生從標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)到邏輯“低”的非預(yù)期轉(zhuǎn)換，而且即使噪聲脈沖消失，已解調(diào)波(e)也一直保持在邏輯“低”的狀態(tài)。
為避免此情況，在本實施例的非接觸型IC卡系統(tǒng)中，發(fā)射器裝置在將已已調(diào)波(a)的振幅降到表示SOF之前，暫時將已已調(diào)波(a)的振幅降低，再恢復(fù)到其原來的電平，以使接收器裝置中的已解調(diào)波(e)變?yōu)樵跊]有通信時應(yīng)保持的標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)。換句話說，在開始數(shù)據(jù)通信前，發(fā)射器裝置發(fā)射一個預(yù)定偽脈沖到接收器裝置。
當(dāng)由偽脈沖引起的降落發(fā)生在由SOF引起的降落之前時，微分波(d)的低峰達(dá)到閾值電平Vth2以下，故已解調(diào)波(e)轉(zhuǎn)為邏輯“低”。但在圖中實線所示的情況下(錯誤動作狀態(tài))，在插入偽脈沖之前，作為疊加的振鈴噪聲等引起的結(jié)果，已解調(diào)波(e)已轉(zhuǎn)為邏輯“低”，所以插入偽脈沖在邏輯上不會引起變化。
隨后，當(dāng)由于上述偽脈沖而從降落恢復(fù)為上升時，微分波(d)的高峰達(dá)到閾值電平Vth1以上，故已解調(diào)波(e)轉(zhuǎn)為邏輯“高”。就是說，在由SOF引起的降落之前，已解調(diào)波(e)已轉(zhuǎn)為在沒有通信時它應(yīng)保持的標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)。
有了這樣的配置，即使在沒有通信時已解調(diào)波(e)不是保持在標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)，錯誤動作狀態(tài)在由SOF引起的降落前也已被清除。這就有可能進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)通信而不會錯誤的檢測SOF。不用說，如圖中的虛線所示，如果在沒有通信時已解調(diào)波(e)保持在標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)，已解調(diào)波(e)在偽脈沖的下降沿轉(zhuǎn)為邏輯“低”并立即回到標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)。故在這種情況下，也可能進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)通信而不會錯誤的檢測SOF。
最好將上述已調(diào)波(a)振幅的暫時降低程度設(shè)定為等于正常調(diào)制時的振幅降低程度，即大約為在未調(diào)制狀態(tài)時原來振幅的90％。具有與通信數(shù)據(jù)同等振幅降低的偽脈沖有助于維持必要和足夠的振幅，即強(qiáng)度，使之能恢復(fù)到?jīng)]有通信時通信數(shù)據(jù)應(yīng)保持的標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)，而且也有助于防止因插入偽脈沖而引起的錯誤動作。
在本實施例的非接觸型IC卡系統(tǒng)中，當(dāng)由SOF或EOF引起的低電平狀態(tài)持續(xù)10到11 etu時，把已調(diào)波(a)的振幅暫時降低的時間(即，由偽脈沖引起的低電平狀態(tài)時間)設(shè)定為等于幾個etu(在本實施例中設(shè)為1etc，從電路設(shè)計的角度這比較容易產(chǎn)生)。這種配置可以防止插入的偽脈沖被錯誤檢測為SOF。應(yīng)當(dāng)指出，1etu等于傳輸一位數(shù)據(jù)所需的時間，具體地說，在以載波頻率13.56MHz進(jìn)行通信時，1etu等于大約9.43微秒。
此外，在本實施例的非接觸型IC卡系統(tǒng)中，已調(diào)波(a)在其振幅已暫時降低后保持在未調(diào)制時間(即由同一偽脈沖引起的高態(tài)時間)也設(shè)定為等于1etu。用這種方法使未調(diào)制時間在由SOF引起的降低之前保持得很短，就可能減小在由SOF引起的降低之前振鈴噪聲等再次疊加的可能性，從而減小了已調(diào)波(a)從沒有通信時應(yīng)保持的標(biāo)記狀態(tài)(邏輯“高”)轉(zhuǎn)為邏輯“低”的可能性。在本實施例中，上述未調(diào)制時間設(shè)定為1etu，從電路設(shè)計的角度這比較容易產(chǎn)生；但未調(diào)制時間也可設(shè)定得更短，以進(jìn)一步減少振鈴噪聲等疊加的可能性。
如上所述，有了實施本發(fā)明的非接觸型IC卡系統(tǒng)，即使在對數(shù)據(jù)通信有嚴(yán)格要求的應(yīng)用中，例如涉及到“放在上方”或“一觸即放”等操作的應(yīng)用中，都可能獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通信。這就使這種通信系統(tǒng)在各式各樣的應(yīng)用中都可使用。
上述實施例討論了本發(fā)明應(yīng)用于非接觸型IC卡系統(tǒng)的情況。但應(yīng)理解本發(fā)明在各種其它類型的通信系統(tǒng)中也有廣泛的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射器裝置，它包括調(diào)制器，用于調(diào)制載波、以便產(chǎn)生疊加有通信數(shù)據(jù)的已調(diào)波；以及發(fā)射器，用于將所述已調(diào)波發(fā)射到接收器裝置，其中，在開始通信之前，所述發(fā)射器裝置向所述接收器裝置發(fā)射預(yù)定的偽脈沖，以便使在所述接收器裝置中經(jīng)解調(diào)制恢復(fù)的通信數(shù)據(jù)處于在沒有通信時通信數(shù)據(jù)應(yīng)保持的邏輯狀態(tài)。
2.一種發(fā)射器裝置，它包括調(diào)制器，用于對載波作振幅調(diào)制，以便產(chǎn)生疊加有通信數(shù)據(jù)的已調(diào)波；以及發(fā)射器，用于將所述已調(diào)波發(fā)射到接收器裝置，其中，所述調(diào)制器在降低所述已調(diào)波的振幅以表示所述通信數(shù)據(jù)頭之前暫時降低所述已調(diào)波的振幅、然后將所述已調(diào)波的振幅恢復(fù)到原來電平，以便使在所述接收器裝置中經(jīng)解調(diào)制恢復(fù)的通信數(shù)據(jù)處于在沒有通信時通信數(shù)據(jù)應(yīng)保持的邏輯狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射器裝置，其特征在于所述已調(diào)波振幅暫時降低的程度等于正常調(diào)制時所述已調(diào)波的振幅降低的程度。
4.如權(quán)利要求2所述的發(fā)射器裝置，其特征在于緊接在所述已調(diào)波的振幅被暫時降低之后，所述已調(diào)波保持在未調(diào)制狀態(tài)的時間等于或小于傳輸一位數(shù)據(jù)所需的時間。
5.一種通信系統(tǒng)，它包括如權(quán)利要求2所述的發(fā)射器裝置；以及接收器裝置，它接收所述已調(diào)波并通過將所述已調(diào)波解調(diào)來恢復(fù)所述通信數(shù)據(jù)，所述接收器裝置通過檢測所述通信數(shù)據(jù)從沒有通信時應(yīng)保持的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定的邏輯狀態(tài)來開始通信。
6.如權(quán)利要求5所述的通信系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射器裝置和所述接收器裝置是非接觸型IC卡和與所述IC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的讀出/寫入裝置。
全文摘要
一種發(fā)射器裝置具有調(diào)制器，用于調(diào)制載波，以便產(chǎn)生疊加有通信數(shù)據(jù)的已調(diào)波；以及發(fā)射器，用于將該已調(diào)波發(fā)射到接收器裝置。在開始通信之前，發(fā)射器裝置向接收器裝置發(fā)射預(yù)定的偽脈沖，以便使在接收器裝置中經(jīng)解調(diào)制恢復(fù)的通信數(shù)據(jù)處于在沒有通信時通信數(shù)據(jù)應(yīng)保持的邏輯狀態(tài)。這樣即使在開始通信前，接收器裝置中已解調(diào)的通信數(shù)據(jù)不是處于在沒有通信時應(yīng)保持的邏輯狀態(tài)，也可進(jìn)行正確的通信。
文檔編號H04L27/04GK1430334SQ02160478
公開日2003年7月16日 申請日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者重政晴彥, 中尾佳寬 申請人:夏普公司