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CN1225842C - 发射器装置和使用该装置的通信系统 - Google Patents

发射器装置和使用该装置的通信系统 Download PDF

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CN1225842C CNB021604789A CN02160478A CN1225842C CN 1225842 C CN1225842 C CN 1225842C CN B021604789 A CNB021604789 A CN B021604789A CN 02160478 A CN02160478 A CN 02160478A CN 1225842 C CN1225842 C CN 1225842C
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Abstract

一种发射器装置具有：调制器，用于调制载波，以便产生叠加有通信数据的已调波；以及发射器，用于将该已调波发射到接收器装置。在开始通信之前，发射器装置向接收器装置发射预定的伪脉冲，以便使在接收器装置中经解调制恢复的通信数据处于在没有通信时通信数据应保持的逻辑状态。这样即使在开始通信前，接收器装置中已解调的通信数据不是处于在没有通信时应保持的逻辑状态，也可进行正确的通信。

Description

发射器装置和使用该装置的通信系统
技术领域
本发明涉及发射器装置，它可调制载波，以产生叠加有通信数据的已调波，然后它将此已调波发射给接收器装置。本发明还涉及利用此种发射器装置的通信系统。
背景技术
近年来，在卡片基底上装有半导体集成电路器件的IC卡日益普及。IC卡可在装在卡上的半导体集成电路器件和外部读出/写入装置之间进行数据通信，并可在其半导体集成电路器件中的非易失性存储器中存储必要的数据。
特别是，具有大容量存储器而能存储多种应用程序的多用途IC卡具有传统磁卡之类所不能的许多用途，所以在许多领域(如金融，供销，运输，及医药行业)的信息通信系统中都采用了这种IC卡。
上述非接触式IC卡系统的一个主要优点就是不需要提供读出/写入装置或IC卡的接触终端。这就降低了诸如触点破损等故障的发生，从而降低了维护成本，提高了可用性。
非接触式IC卡系统的另一个主要优点就是可以建造比接触式系统更易于操作和更快捷的交易处理系统。例如，当在铁路或巴士网络的验票系统中采用非接触式IC卡系统时，请乘客把票(一张IC卡)放在验票口(一个读出/写入装置)上方或附近(此操作以下称为“放在上方”操作)，或将票与验票口暂时接触一下(此操作以下称为“一触即放”操作)，这样就可以轻易而快速地进行检票。
顺便提一下，非接触式IC卡系统按其进行通信的距离分为紧密接近，接近和其它类型。对于这些类型中的每一种，在数据通信中所使用的格式正在根据ISO/IEC14443和ISO/IEC15693进行标准化。
图4A和4B示出符合ISO/IEC14443标准的数据通信格式的波形图。图4A表示在IC卡或读出/写入装置中观察到的已解调波形，图4B为通信的字符数据的略图。
如图4A所示，符合ISO/IEC14443标准的数据通信格式设计成可以进行信息的逐帧通信，此时每一帧包括一个表示帧头的SOF(帧的开始)，其后是符合预定字符传输格式的字符数据，再后是表示帧结束的EOF(帧的结束)。如图4A所示，字符传输格式设计成可以进行数据连续通信，对应于有多少待通信的字符就有多少一个字节的数据集，且每个字节都加上一个开始位和一个停止位。在这种数据通信格式中，在没有进行通信时，通信数据保持在预定的逻辑状态(以下称为标记状态)，同时接收器装置则处于等待数据通信的状态。
确实，在上述数据通信格式中，接收器装置可以通过由于SOF(逻辑“低”)的缘故检测到接收的数据从标记状态(逻辑“高”)转变为低来识别数据通信的开始。
但是，在上述数据通信格式中，如果在没有进行通信时，通信数据不是保持在标记状态(逻辑“高”)，就不可能检测SOF。这就导致数据通信的失败。
图5A和5B示出错误检测SOF的波形图。在符合ISO/IEC14443 B型标准的发射器装置中，载波(载波频率为13.56MHz)要经过10％的幅度调制(以下称为10％ASK(振幅键控)以产生叠加有通信数据的已调波(a’)，然后该已调波(a’)被发送到接收器装置。应指出在10％ASK中，当载波被调制时，其振幅会降到未调制状态时的原来振幅的90％。
在接收器装置中，已调波(a’)要经过全波整流，得到已整流波(b’)，然后该已整流波(b’)被积分，产生包络波(c’)。包络波(c’)被微分，得到微分波(d’)，然后将微分波(d’)与阈值电平Vth1和Vth2(VDD/2±ΔV)进行比较，产生代表通信数据的二进制已解调波(e’)。就是说，在接收器装置中，要检测已整流波(b’)的轻微波动来产生已解调波(e’)。
此时，如图中虚线所示，如果在没有进行通信时，已解调波(e’)保持在标记状态，接收器装置可以因SOF(逻辑“低”)检测到已解调波(e’)从标记状态(逻辑“高”)转变为低来识别数据通信的开始。
另一方面，如图中实线所示，如果在没有进行通信时，振铃噪声等叠加在已调波(a’)上，则在已整流波(b’)和包络波(c’)中都会出现失真。这就导致在微分波(d’)中出现非预期的噪声脉冲。
即使这样，只要噪声脉冲的低峰未达到阈值电平Vth2以下或其高峰已超过阈值电平Vth1，一旦噪声脉冲消失，已解调波(e’)就可回到并保持标记状态(逻辑“高”)。这样就不会错误检测SOF。
但是，如图所示，如果噪声脉冲的低峰达到阈值电平Vth2以下，而且其高峰未达到阈值电平Vth1之上，已解调波(e’)中就会发生从标记状态(逻辑“高”)到逻辑“低”的非预期转换，而且即使噪声脉冲消失，已解调波(e’)也一直保持在逻辑“低”的状态。在没有进行通信时，已解调波(e’)保持逻辑“低”的状态，就不可能检测到SOF的下降沿。结果通信失败。
特别是在诸如10％ASK的低深度调制时(已调波(a’)的最大振幅与最小振幅之比比较低的一种调制)，最轻微的噪声可能被错认为是数据。这就更容易发生上述失败。
此外，由于以无线电波向非接触型I C卡提供电功率，由于它们接收的电功率的波动，其调制/解调制工作有不稳定的趋向。这就相当容易发生上述失败。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种发射器装置，即使在接收器装置中经解调制恢复的通信数据在数据通信开始前不是保持在没有通信时通信数据应保持的逻辑状态，它也能正确地进行数据通信。本发明的另一目的是提供采用这种发射器装置的通信系统。
为了达到以上目的，按照本发明的一种非接触型IC发射器装置，包括：一个调制器，用于对载波进行振幅调制，以产生叠加有通信数据的已调波；以及一个发射器，用于将所述已调波发射到接收器装置，所述通信数据处于使信息的传送基于逐帧传送的格式，包括下面所述的每个帧：一个表示帧头的帧的开始、符合字符传输格式的字符数据、以及一个表示帧尾的帧的结束，其特征在于，在通信数据的传送开始之前，所述调制器在载波上插入伪脉冲，以将在所述接收器装置中经解调后的通信数据的逻辑状态带到与所述帧的开始不同的逻辑状态，且在没有通信产生时其中的通信数据应予以保持。
按照本发明的一种非接触型IC通信系统，包括：一个发射器装置，用来对载波进行振幅调制，以产生叠加有通信数据的已调波，并将该已调波发射到接收器装置，以及所述的接收器装置，通过解调制所接收的已调波恢复所述的通信数据，并通过检测所述的通信数据中的转换使通信开始，该转换是没有通信时通信数据应予以保持的逻辑状态到一个预定的逻辑状态的转换，所述通信数据处于使信息的传送基于逐帧传送的格式，每个帧包括：一个表示帧头的帧的开始、符合字符传输格式的字符数据、以及一个表示帧尾的帧的结束，其特征在于，在所述的通信数据的传送开始之前，所述发射器装置在载波上插入伪脉冲，以将通信数据在所述接收器装置中经解调后的逻辑状态带到与所述帧的开始不同的逻辑状态，且在没有通信产生时其中的通信数据应予以保持。
附图说明
本发明的这个和其他目的及其特点从以下结合优选实施例参考附图所作的说明就可一目了然。附图包括：
图1是实施本发明的非接触型IC卡系统的方框图；
图2是解调制器电路16和24实例的电路图；
图3A到3E表示如何避免错误检测S0F的波形图；
图4A和4B是说明符合ISO/IEC14443标准的数据通信格式的波形图；以及
图5A到5E是表示如何错误检测SOF的波形图。
具体实施方式
图1是实施本发明的非接触型IC卡系统的方框图。该实施例的非接触型IC卡系统包括读出/写入装置1和非接触型IC卡2，该IC卡系统配置成为利用符合ISO/IEC14443标准的数据通信格式的非接触型通信系统以便在二者之间进行数据通信和功率馈送。
如图1所示，读出/写入装置1包括控制器电路11、非易失性存储器12、信号处理器电路13、调制器电路14、天线电路15、解调制电路16以及输入/输出接口电路17(以下称为I/F电路17)。
控制器电路11包括有CPU和多个存储器(ROM、RAM，等)。控制器电路11启动时读出以前储存在非易失性存储器12中的程序，控制读出/写入装置1的各个电路块。并通过I/F电路17与主机装置(例如个人电脑)进行数据通信。在非易失性存储器12中，还储存有控制IC卡2的各种命令(例如，用于将插入在IC卡2的内部逻辑电路21中的快速存储器初始化的格式命令)，这些命令只是在必要时才发出。信号处理器电路13根据由控制器电路11馈送的控制信号检测IC卡2并处理发往和来自IC卡2的通信数据。
调制器电路14根据由信号处理器电路13馈送的控制信号使载波(载波频率为13.56MHz)经10％ASK，产生叠加有通信数据的已调波，并将此已调波馈送到天线电路15。天线电路15一方面把调制器电路14馈送的已调波发射到IC卡2，另一方面接收由IC卡2馈送的已调波并将其馈送到解调器电路16。解调器电路16解调制馈送给它的已调波，恢复通信数据并将该通信数据馈送给信号处理器电路13。
IC卡2装有半导体集成电路器件(IC芯片)，如图1所示，该芯片包括内部逻辑电路21、调制器电路22、天线电路23、解调器电路24、时钟提取电路25、整流电路26、恒压电路27以及加电复位电路28。
内部逻辑电路21装有CPU和多个存储器(ROM、RAM等)并控制IC卡2的各个电路块。内部逻辑电路21配有一个UART(通用异步收发信机)，用以将从解调器电路24获得的串行数据转换成CPU能够处理的并行数据。
调制器电路22根据由内部逻辑电路21馈送的控制信号使载波(载波频率为13.56MHz)经10％ASK，产生叠加有通信数据的已调波，并将此已调波馈送到天线电路23。天线电路23一方面把调制器电路22馈送的已调波发射到读出/写入装置1，另一方面接收由读出/写入装置1馈送的已调波并将其馈送到解调器电路24、时钟提取电路25以及整流电路26。
解调器电路24解调制馈送给它的已调波，恢复通信数据并将该通信数据馈送给内部逻辑电路21。时钟提取电路25从馈送给它的已调波中提取内部逻辑电路21工作所必须的时钟信号并将此时钟信号馈送给内部逻辑电路21。
整流电路26将馈送给它的已调波整流、产生直流电功率，并将此直流电功率馈送给恒压电路27和加电复位电路28。恒压电路27从馈送给它的直流电功率中产生各电路块工作所必须的恒定电压，并将这些恒定电压馈送给包括内部逻辑电路21在内的各电路块。加电复位电路28根据馈送给它的直流电功率产生用于将内部逻辑电路21初始化的复位信号，并将此复位信号馈送给内部逻辑电路21。
以下分别说明在读出/写入装置1和IC卡2中的解调器电路16和24的内部配置和解调制工作。图2是解调器电路16和24实例的电路图。在此实施例中，解调器电路16和24各包括一个整流电路31，集成电路32，微分电路33和磁滞比较器电路34。
整流电路31使馈送给它的已调波(a)经全波整流，产生已整流波(b)。集成电路32集成已整流波(b)，从中去除载波成分，产生描述已整流波(b)的包络的包络波(c)。
微分电路33是由电容器C1和电阻器R1组成的一阶高通滤波器，它将电阻器R1的端电压VA和VB作为代表提取发生在包络波(c)中的变化的微分波(d)输出到磁滞(hysteresis)比较器电路34。在此实施例的微分电路33中，电阻器R1的一端连接到直流电压源E1的正端，且端电压VB保持恒定为VDD/2。
磁滞比较器电路34由比较器COMP1，反相器INV1以及电阻器R2和R3组成。磁滞比较器电路34根据微分电路33中电阻器R1的终端电压VA和阈值电压Vth1和Vth2(VDD/2±ΔV)比较的结果产生已解调波(e)。
当包络波(c)下降时，终端电压VA变化到低于终端电压VB。如果此变化大于磁滞宽度ΔV，且终端电压VA变为低于阈值电压Vth2，则磁滞比较器电路34将已解调波(e)的逻辑状态从“高”转为“低”。另一方面，当包络波(c)上升时，终端电压VA变化到高于终端电压VB。如果此变化大于磁滞宽度ΔV，且终端电压VA变为高于阈值电压Vth1，则磁滞比较器电路34将已解调波(e)的逻辑状态从“低”转为“高”。
这样，把解调器电路16和24配置成靠检测包络波(c)的上升和下降来产生已解调波(e)，就可能即使在通信数据长时间保持在逻辑“高”或“低”的状态时进行正确的信号解调制。
如前所述，本实施例的非接触型IC卡系统采用符合ISO/IEC14443标准的数据通信格式。因此，在没有进行通信时，只要已解调波(e)保持在标记状态(逻辑“高”)，接收器装置就可以因SOF(逻辑“低”)检测到已解调波(e)从标记状态(逻辑“高”)转变为低来识别数据通信的开始。
此外，在本实施例的非接触型IC卡系统中，为了即使在没有进行通信时已解调波(e)不是保持在标记状态(逻辑“高”)也能进行正确的数据通信，而不会错误的检测SOF，在符合ISO/IEC144 43标准的数据通信格式作了以下改进。
图3A到3E是表示如何避免错误检测SOF的波形图。在这些图中，波形(a)到(e)分别为在图2所示的解调器电路16和24中观察到的信号(a)到(e)的波形。
如图中实线所示，如果在没有进行通信时，振铃噪声等叠加在已已调波(a)上，则在已整流波(b)和包络波(c)中都会出现失真，这就导致在微分波(d)中出现非预期的噪声脉冲。此时，如果噪声脉冲的低峰达到阈值电平Vth2以下，而且其高峰未达到阈值电平Vth1之上，已解调波(e)中就会发生从标记状态(逻辑“高”)到逻辑“低”的非预期转换，而且即使噪声脉冲消失，已解调波(e)也一直保持在逻辑“低”的状态。
为避免此情况，在本实施例的非接触型IC卡系统中，发射器装置在将已已调波(a)的振幅降到表示SOF之前，暂时将已已调波(a)的振幅降低，再恢复到其原来的电平，以使接收器装置中的已解调波(e)变为在没有通信时应保持的标记状态(逻辑“高”)。换句话说，在开始数据通信前，发射器装置发射一个预定伪脉冲到接收器装置。
当由伪脉冲引起的降落发生在由SOF引起的降落之前时，微分波(d)的低峰达到阈值电平Vth2以下，故已解调波(e)转为逻辑“低”。但在图中实线所示的情况下(错误动作状态)，在插入伪脉冲之前，作为叠加的振铃噪声等引起的结果，已解调波(e)已转为逻辑“低”，所以插入伪脉冲在逻辑上不会引起变化。
随后，当由于上述伪脉冲而从降落恢复为上升时，微分波(d)的高峰达到阈值电平Vth1以上，故已解调波(e)转为逻辑“高”。就是说，在由SOF引起的降落之前，已解调波(e)已转为在没有通信时它应保持的标记状态(逻辑“高”)。
有了这样的配置，即使在没有通信时已解调波(e)不是保持在标记状态(逻辑“高”)，错误动作状态在由SOF引起的降落前也已被清除。这就有可能进行正确的数据通信而不会错误的检测SOF。不用说，如图中的虚线所示，如果在没有通信时已解调波(e)保持在标记状态(逻辑“高”)，已解调波(e)在伪脉冲的下降沿转为逻辑“低”并立即回到标记状态(逻辑“高”)。故在这种情况下，也可能进行正确的数据通信而不会错误的检测SOF。
最好将上述已调波(a)振幅的暂时降低程度设定为等于正常调制时的振幅降低程度，即大约为在未调制状态时原来振幅的90％。具有与通信数据同等振幅降低的伪脉冲有助于维持必要和足够的振幅，即强度，使之能恢复到没有通信时通信数据应保持的标记状态(逻辑“高”)，而且也有助于防止因插入伪脉冲而引起的错误动作。
在本实施例的非接触型I C卡系统中，当由SOF或EOF引起的低电平状态持续10到11etu时，把已调波(a)的振幅暂时降低的时间(即，由伪脉冲引起的低电平状态时间)设定为等于几个etu(在本实施例中设为1etu，从电路设计的角度这比较容易产生)。这种配置可以防止插入的伪脉冲被错误检测为SOF。应当指出，1etu等于传输一位数据所需的时间，具体地说，在以载波频率13.56MHz进行通信时，1etu等于大约9.43微秒。
此外，在本实施例的非接触型IC卡系统中，已调波(a)在其振幅已暂时降低后保持在未调制时间(即由同一伪脉冲引起的高态时间)也设定为等于1etu。用这种方法使未调制时间在由SOF引起的降低之前保持得很短，就可能减小在由SOF引起的降低之前振铃噪声等再次叠加的可能性，从而减小了已调波(a)从没有通信时应保持的标记状态(逻辑“高”)转为逻辑“低”的可能性。在本实施例中，上述未调制时间设定为1etu，从电路设计的角度这比较容易产生；但未调制时间也可设定得更短，以进一步减少振铃噪声等叠加的可能性。
如上所述，有了实施本发明的非接触型IC卡系统，即使在对数据通信有严格要求的应用中，例如涉及到“放在上方”或“一触即放”等操作的应用中，都可能获得高质量的数据通信。这就使这种通信系统在各式各样的应用中都可使用。
上述实施例讨论了本发明应用于非接触型IC卡系统的情况。但应理解本发明在各种其它类型的通信系统中也有广泛的应用。

Claims (6)

1.一种非接触型IC发射器装置，包括：
一个调制器，用于对载波进行振幅调制，以产生叠加有通信数据的已调波；以及
一个发射器，用于将所述已调波发射到接收器装置，
所述通信数据处于使信息的传送基于逐帧传送的格式，
包括下面所述的每个帧：一个表示帧头的帧的开始、符合字符传输格式的字符数据、以及一个表示帧尾的帧的结束，
其特征在于，在通信数据的传送开始之前，所述调制器在载波上插入伪脉冲，以将在所述接收器装置中经解调后的通信数据的逻辑状态带到与所述帧的开始不同的逻辑状态，且在该接收器装置中在没有通信发生时所述通信数据应予以保持。
2.如权利要求1的发射器装置，其特征在于：
所述调制器是一个电路部分，此电路部分通过对载波作振幅调制产生所述的插入了通信数据的已调波，而且，在降低已调波的振幅以标记所述帧的开始之前，暂时降低已调波的振幅，然后将已调波的振幅恢复到原来电平。
3.如权利要求2的发射器装置，其特征在于：
所述已调波振幅暂时降低的程度等于正常调制时所述已调波的振幅降低的程度。
4.如权利要求2的发射器装置，其特征在于：
紧接在所述已调波的振幅被暂时降低之后，所述已调波保持在未调制状态的时间等于或小于传输一位数据所需的时间。
5.一种非接触型IC通信系统，包括：
一个发射器装置，用来对载波进行振幅调制，以产生叠加有通信数据的已调波，并将该已调波发射到接收器装置，以及
所述的接收器装置，通过解调制所接收的已调波恢复所述的通信数据，并通过检测所述的通信数据中的转换使通信开始，该转换是没有通信时通信数据应予以保持的逻辑状态到一个预定的逻辑状态的转换，
所述通信数据处于使信息的传送基于逐帧传送的格式，
每个帧包括：一个表示帧头的帧的开始、符合字符传输格式的字符数据、以及一个表示帧尾的帧的结束，
其特征在于，在所述的通信数据的传送开始之前，所述发射器装置在载波上插入伪脉冲，以将通信数据在所述接收器装置中经解调后的逻辑状态带到与所述帧的开始不同的逻辑状态，且在该接收器装置中在没有通信发生时所述通信数据应予以保持。
6.如权利要求5所述的通信系统，其特征在于：
所述发射器装置和所述接收器装置是非接触型IC卡和与所述IC卡进行数据通信的读出/写入装置。
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