TW588516B - Transmitter apparatus and communication system employing the same - Google Patents

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玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 發明背景 領域 本發明係關於一種發射器裝置，其調變載波以產生添加 通信資料的已調波，然後將該已調波發射至一接收器裝置 。本發明也係關於使用該發射器裝置的通信系統。 先前技藝說明 近年來，在卡片基材上安裝了半導體積體電路裝置的積 體電路（integrated circuit; 1C)卡變得越來越流行。1C卡可在安裝 於其上的該半導體積體電路裝置及外部讀寫器裝置間執 行貧料通信，並可將必要的資料儲存於一非揮發性記憶體 中，違ά己丨思併入安裝在該卡上的該半導體積體電路裝置 中。 特定言之’裝有大容量記憶體以儲存複數個應用程式的 多用途1C卡，可提供傳統的磁卡或類似物所不能提供的多 種用途，因此，在各種領域（如金融、分銷、交通、醫療 業）的資訊通信系統中都使用此類IC卡。 上述非接觸型1C卡系統的一項主要優點是無需在讀寫 器裝置或1C卡中提供接觸端子。這會減少故障（如接觸破 才貝）的發生’因此有助於減少維護成本及提高可用性。 非接觸型1C卡系統的另一主要優點為，其允許構造的交 易處理系統比接觸型系統更快且更容易。例如，在鐵路或 公車網路的驗票系統中使用非接觸型IC卡系統時，可能藉 (2) 發明說明續頁 由以下方式而容易並快速地驗票，即請乘客將車票（IC卡） 放於一驗票閘極（讀寫器裝置）上或周圍（該操作在後文稱 為「放於其上（h〇lding_ 〇ver)」操作）或使該車票與驗票閘極進 行瞬時接觸（▲操作在後文稱為「一觸即離」）。 附帶一提’非接觸型IC卡系統根據發生通信的距離分為 極近、附近及其他類型。對於每個類型，在資料通信中使 用的格式目前正在IS〇/IEC 14443及IS〇/IEC 15693下進行標準化 的過程中。 圖4A及4B為波形圖，其說明遵守該iso/IEC 14443標準的資 料通信格式。圖4A為在1C卡或讀寫器裝置中觀察到的解調 波形’圖4B為通信的字元資料之輪廓。 如圖4A所示，遵守該ISO/IEC 14443標準的該資料通信格式 設計為允許資訊逐個訊框地通信，其中每個訊框包含一 SOF [訊框開始（start of frame)]，其表示該訊框的開頭，其後跟 隨遵守預定的字元傳送格式之字元資料，該字元資料後跟 隨一 EOF [訊框結束（end of frame)]，其表示該訊框的末尾。此 處，如圖4B所示，該字元傳送格式設計為允許資料的連續 通信，其對應與欲通信的字元數量一樣多的多組單一位元 組資料，每個位元組會增加一開始位元及一終止位元。在 該資料通信格式中，當未發生通信時，該通信資料保持一 預定的邏輯狀態（後文稱為標記狀態），同時該接收器裝置 保持等待資料通信的狀態。 的確，在上述資料通信格式中，該接收器裝置藉由偵測 該接收的資料從標記狀態（邏輯Η)向S〇F (邏輯L )引起的下 588516 (3) 發明說明續頁 降之轉變而識別資料通信的開始。 但是，在上述資料通信格式中，如果當未發生通信時， 該通信資料未保持標記狀態（邏輯H)，那麼便不可能偵測 SOF。這會引起資料通信失敗。

圖5A至5E為波形圖，其說明SOF的錯誤偵測。在一遵守 IS0/1EC 14443 B類標準的發射器裝置中，一載波（具有13.56 MHz 的載波頻率）受到10%的振幅調變，後文稱為10% ASK (振幅 位移調變），以產生添加通信資料的已調波（^)，並將該已 調波（a')發射至該接收器裝置。應注意，在10% ASK中，當 調變一載波時，其振幅會大約減少至未調變狀態之原始振 幅的90%。 在該接收器裝置中，該已調波（aJ受到全波整流以獲得 一整流波（iy )，然後整合該整流波以產生一包絡波（^)。然 後分化該包絡波（^)以獲得微分波（cT )，然後將其與臨界位 準Vthl及Vth2 (VDD/2土 Δν)比較以產生二元解調波（e，），其代表 該通信資料。即在該接收器裝置中，可偵測該整流波（ty) 的輕微波動以產生解調波（ej。 此處，若如圖式中的虛線所示，當未發生通信時，該解 調波（^)保持標記狀態（邏輯「H」），那麼該接收器裝置可 藉由偵測該解調波（e’）從標記狀態向SOF (邏輯「L」）引起的 下降之轉變，而識別資料通訊的開始。 另一方面，若如圖式中的實線所示，當未發生通信時， 在該已調波（a’）上添加振鈐雜訊或類似物，那麼該整流波 (b·)及該包絡波（c')會失真。這會引起不理想的雜訊脈衝出 588516 (4) 發明說明續頁 現於該微分波（cT)中。 即便那樣，只要該雜訊脈衝的較低峰值不低於該臨界位 準Vth2或其較高峰值高於該臨界位準Vthl，一旦出現該雜訊 脈衝，該解調波（e’）便會回到標記狀態（邏輯「H」）。因此 ，不會導致SOF的錯誤偵測。 但是，若如圖所示，該雜訊脈衝的較低辛值低於該臨界 位準Vth2以及其較高峰值不高於該臨界位準Vthl，那麼該解 調波（&)會發生從標記狀態（邏輯「H」）向邏輯「L」的不理 想轉變，然後該解調波便保持該邏輯狀態，甚至在出現該 雜訊脈衝後。若當未發生通信時，該解調波（€)以此保持 邏輯「L」，便不可能偵測SOF的下降邊緣。這會引起通信 失敗。 特定言之，在低深調變（該已調波（a’）的最大振幅與最小 振幅之比較低的調變）中，如10% ASK，可能會將最輕微的 雜訊錯誤地識別為資料。這使得上述失敗更有可能發生。 此外，因為非接觸型1C卡藉由無線電波提供電功率，而 其接收的電功率會波動，所以其調變/解調操作傾向於不 穩定。這便極有可能發生與上文相似的失敗。 發明概要 本發明的一項目標為提供一發射器裝置，其可執行正確 的資料通信，即使未發生通信時，在開始資料通信前在該 接收器裝置中藉由解調而恢復的該通信資料沒有保持其 應保持的邏輯狀態。本發明的另一項目標為提供使用該發 射器裝置的通信系統。 588516 發明說明續頁 為達到上述目標，根據本發明，一發射器裝置裝有：一 調變器，其用以調變一載波以產生一已調波，該已調波上 添加通信資料；以及一發射器，其用以將該已調波發射至 一接收器裝置。此處，開始通信前，該發射器裝置將一預 定的虛設脈衝發射至該接收器裝置，以使該接收器裝置中 藉由解調而恢復的通信資料進入一邏輯狀態，其為未發生 通信時該通信資料應保持的狀態。 圖式簡單說明 根據以下參考附圖並結合較佳具體實施例之.說明，本發 明的此類及其他目標及特徵將顯而易見： 圖1為使用本1發明的非接觸型1C卡系統方塊圖； 圖2為解調電路16及24之範例電路圖； 圖3A至3E為波形圖，其說明如何避免EOF的錯誤偵測； 圖4A及4B為波形圖，其說明遵守ISO/IEC 14443標準的資料 通信格式；以及 圖5A至5E為波形圖，其說明SOF的錯誤偵測。 較佳具體實施例詳細說明 圖1為使用本發明的非接觸型1C卡系統方塊圖。此項具 體實施例之非接觸型1C卡系統包含一讀寫器裝置1及一非 接觸型1C卡2，並配置一非接觸型通信系統，其使用遵守 ISO/IEC 14443標準的資料通信格式以達到該讀寫器裝置及 該1C卡之間的資料通信及功率供應。 如圖1所示，該讀寫器裝置1包含一控制器電路11、一非 揮發性記憶體12、一信號處理器電路13、一調變器電路14 -10- 588516 ⑹ 發明說明續頁 、一天線電路15、一解調器電路16及一輸入/輸出介面電路 17 (後文稱為I/F電路17)。

該控制器電路11包含一 CPU及記憶體（唯讀記憶體 '隨機 存取記憶體及類似物）。藉由讀取先前儲存於該非揮發性 記憶體12中的程式而啟動該控制器電路11，並運作以控制 該讀寫器裝置1的單獨電路區塊，以及藉由I/F電路17執行 與一主機裝置（如個人電腦）的資料通信。在該非揮發性記 憶體12中，也儲存了各種控制該1C卡2的指令（例如，初始 化併入該1C卡2的内部邏輯電路21之快閃記憶體的格式指 令），此類指令根據需要發送。根據從該控制器電路11傳 送的一控制信號，該信號處理器電路13偵測該1C卡2，並處 理與該1C卡2通信的通信資料。

根據該信號處理器電路13傳送的一控制信號，該調變器 電路14使一載波（具有13.56 MHz的載波頻率）受到10% ASK， 以產生一添加通信資料的已調波，並將該已調波傳送至該 天線電路15。一方面，該天線電路15將該調變器電路14傳 送的已調波發射至該1C卡2，另一方面，接收從該1C卡2發 射的的已調波，並將其傳送給解調器電路16。該解調器電 路16藉由解調該已調波而恢復通信資料，並將該通信資料 傳送給該信號處理器電路13。 該1C卡2包含一半導體積體電路裝置（1C晶片），如圖1所 示，其包含一内部邏輯電路21、一調變器電路22、一天線 電路23、一解調器電·路24、一時脈擷取電路25、一整流器 電路26、一定壓電路27及一通電重置電路28。 588516 ⑺ 發明說明績頁 该内部邏輯電路21包含一 CPU及記憶體（一唯讀記憶體、 一隨機存取記憶體及類似物），並控制該IC卡2的單獨電路 區塊。該内部邏輯電路21裝有一 UART (通用非同步接收器 發射器）’其用以將從該解調器電路24獲得的_列資料轉 換成可由該CPU處理的平行資料。 根據從該内部邏輯電路21傳送的控制信號.·，.該調變器22 會使一載波（具有13.56 MHz的載波頻率）受到10。/。ASK以產生 一已調波’其具有一通信貧料，並將該已調波傳送至該天 線電路23。一方面，該天線電路23將該調變器電路22傳送 的已調波發射至该頃寫器裝置1，另一方面，接收從該讀 舄器1發射的已调波’並將其傳送給解碉器24、該時脈掏 取電路25及該整流器電路26。 該解調器電路24藉由解調該傳送的已調波而恢復通信 資料，並將該通信資料傳送給該内部邏輯電路21。該時脈 擷取電路25從該傳送的已調波擷取一時脈信號，其對操作 該内部邏輯電路21是必要的’並將該時脈信號傳送給該内 部邏輯電路21。 該整流器電路26整流該傳送的已調波以產生直流電功 率，並將該直流電功率傳送至該定壓電路及該通電重置電 路28。該定壓電路27從該傳送的直流電功率產生定壓，其 對於該單獨電路區塊的操作是必要的’並將此類定壓傳送 至該些單獨電路區塊’其包含該内部邏輯電路21。根據該 傳送的直流電功率’該通電重置電路28產生一重置信號’ 其用以初始化該内部邏輯電路21 ’並將該重置信號傳送給 ' 12- 588516 (8) 發明說明續頁 該内部邏輯電路21。 然後，分別說明在該讀寫器裝置1及該1C卡2中的該解調 器電路16及24之内部配置及解調操作。圖2為解調電路16 及24之範例電路圖。在此項具體實施例中，該解調器電路 16及24均包含一整流器電路31、一積體電路32、一微分電 路33及一磁滯比較器電路34。

該整流器電路31使傳送的已調波⑻受到全波整流以產 生一整流波（b)。該積體電路32整合該整流波（b)以將該載波 組件移除，從而產生一包絡波（c)，其說明該整流波（b)的包 絡。

該微分電路33為一階高通濾波器，其包含一電容器C1及 一電阻器IU，並將該電阻器R1的端子電壓VA及VB作為微 分波（d)輸出到磁滯比較器電路34，該微分波代表發生於該 包絡波（c)内的變化擷取。在此項具體實施例之微分電路33 中，該電阻器R1的一端連接至一直流電壓源E1的正端子， 而該端子電壓VB則保持VDD/2不變。 該磁滯比較器電路34包含一比較器C0MP1、一反相器INV1 及電阻器R2與R3。根據該微分電路33的電阻器R1之端子電 壓VA與臨界電壓Vthl及Vth2 (VDD/2士 的比較結果，該磁滯 比較器電路34會產生一解調波（e)。 當該包絡波（c)下降時，該端子電壓VA會變化以致低於該 端子電壓VB。如果該變化大於磁滯寬度Δν，以及該端子電 壓VA變得低於該臨界電壓Vth2，那麼該磁滯比較器電路34 會將該解調波（e)的邏輯狀態從「H」改變為「L」。另一方 -13 - 588516 (9) 發明說明續頁 面，當該包絡波（c)上升時，該端子電壓VA會變化以致高於 該端子電壓VB。如果該變化大於該磁滯寬度Δν，以及該端 子電壓VA變得高於該臨界電壓Vthl，那麼該磁滯比較器電 路34會將該解調波（e)的邏輯狀態從「L」改變為「H」。

因此，藉由配置此類解調器電路16及24，並偵測該包絡 波（c)的上升及下降，以產生該解調波（e)，有可能執行正確 的信號解調，甚至在該通信資料長時間地保持為「H」或 「L」時。 如上所述，此項具體實施例的非接觸型1C卡系統使用遵 守ISO/IEC 14443標準的資料通信格式。因此，當未發生通信 時，只要該解調波（e)保持在標記狀態（邏輯1「H」），該接收 器裝置可藉由偵測該解調波（e)從標記狀態（邏輯「H」） 向SOF (邏輯「L」）引起的下降之轉變，而識別/通信的開始。

此外，在此項具體實施例的非接觸型1C卡系統中，為在 未發生通信時，即使該解調波（e)沒有保持在一標記狀態 (邏輯Η )，也能啟動正確的資料通信，而沒有SOF的錯誤偵 測，會對遵守該ISO/IEC 14443標準的資料通信格式作以下改 良。 圖3Α至3Ε為波形圖，其說明如何避免SOF的錯誤偵測。 在圖式中，波形⑻至（e)分別是圖2所示的此類解調器電路 16及24中觀察到的信號⑻至（e)之波形。 如果如圖式中的實線所示，當未發生通信時，在該已調 波⑻上添加振鈴雜訊或類似物，那麼該整流波（b)及該包絡 波（c)會失真，因此在該微分波（d)中會出現不理想的雜訊脈 -14- 588516 (ίο) 發明說明續頁 衝。在這點上，如果該雜訊脈衝的較低♦值低於該臨界位 準Vth2以及其較高峰值不高於該臨界位準Vthl，那麼該解調 波（e)會發生從標記狀態（邏輯「H」）向邏輯「L」的不理想 轉變，然後該波便保持該後者的邏輯狀態，甚至在出現該 雜訊脈衝後。

為避免這個問題，在此項具體實施例的非接觸型1C卡系 統中，該發射器裝置在減少該已調波⑻的振幅以發送SOF 信號前，會暫時減少該已調波⑻的振幅，然後恢復到其原 始的位準，因此，會使該接收器裝置中的解調波（e)進入一 標記狀態（邏輯π H”），其為未發生通信時應保持的狀態。 換言之，在開始資料通信前，該發射器裝置會將一預定的 虛設脈衝發射至該接收器裝置。

當SOF引起的下降前發生虛設脈衝引起的下降時，該微 分波（d)的較低峰值會達到低於該臨界電壓Vth2，因此該解 調波⑷改變為邏輯「L」。但是，在圖中實線所示的情況 下（故障狀態），在插入該虛設脈衝前，由於添加了該振鈐 雜訊或類似物，該解調波（e)已轉變為邏輯「L」，因此該 虛設脈衝的插入不會引起邏輯的變化。 然後，當發生上升以從上述虛設脈衝引起的下降恢復過 來，該微分波（d)的較高峰值達到高於該臨界電壓Vthl，因 此該解調波（e)變為邏輯「H」。即在SOF引起的下降前，該 解調波⑷回到一標記狀態（邏輯Η )，其為未發生通信時應 保持的狀態。 在該配置中，即使未發生通信時，該解調波（e)未保持一 -15 - 588516

發明說明續頁 標記狀態（邏輯「Η」），還是會在S〇F引起的下降前清除該 故障狀態。這便有可能執行正確的資料通信，而不會錯誤 偵測SOF。不用說，如果如圖式中的虛線所示，當未發生 通信時，該解調波⑷保持標記狀態（邏輯「H」），那麼在該 虛設脈衝的下降邊緣該解調波（e)便轉變為「L」，然後很 快返回到一標記狀態（邏輯「H」）。因此，在這種情況下， 也有可能執行正確的資料通信，而不會錯誤偵測SOF。

最好使上述暫時將該已調波⑻振幅減少的程度等於在 正常調變過程中減少的程度，即大約為未調變狀態的原始 振幅之90%。此類虛設脈衝（其具有與通信資料相同的振幅 減少寬度）有助於保持必要的、充分的振幅，即強度丨以 恢復到一標記狀態（邏輯「H」），其為未發生通信時該通 信資料應保持的狀態，也有助於制止插入該虛設脈衝引起 的故障。

在此項具體實施例的非接觸型1C卡系統中，SOF或EOF引 起的低狀態會持續10至11 etu，該已調波⑻的振幅會暫時減 少的該時段（即虛設脈衝引起的低狀態時段）會設置為等 於數個etu (在此項具體實施例中為1等，其比較容易從一電 路設計透視圖產生）。該配置會制止將該插入的虛設脈衝 錯誤地偵測為SOF。應注意，1 etu的時段等於發射一位元資 料；尤其是在以13.56 MHz的載波頻率執行通信時，1 etu大 約等於9.43微秒。 此外，在此項具體實施例的非接觸型1C卡系統中，該已 調波的振幅已暫時減少後保持未調變的時段（即該同一虛 -16- 588516 (12) 發明說明續頁

設脈衝引起的高狀態時段）也等於1 etu。藉由以此方式SOF 引起下降前使該為調變的時段變短，可能減少SOF引起下 降前添加振鈴雜訊或類似物的可能性，從而減少該已調波 ⑻從一標記狀態（邏輯「H」，該狀態為未發生通信時其應 保持的狀態）轉變為邏輯「L」的可能性。在此項具體實施 例中，上述未調變時段設置為等於1 etu，其比.較容易從一 電路設計透視圖產生；但是，可將該未調時段設置得更短 以進一步減少振鈴雜訊或類似物添加的可能性。 如上所述，在使用本發明的非接觸型1C卡系統中，有可 能達到高品質資料通信，甚至在資料通信施加了嚴格要求 應用中，如在涉及「放於其上」或「一觸即離」操作的應 用中。這可使該通信系統在各種應用中使用。 上述具體實施例處理本發明應用於非接觸型1C卡系統 的情況。但是，應理解，本發明可廣泛應用於任何其他類 型的通信系統中。

圖式代表符號說明 1 讀 寫 器 裝 置 11 控 制 器 電 路 12 非 揮 發 性 記憶體 13 信 號 處 理 器電路 14 調 變 器 電 路 15 天 線 電 路 16 解 調 器 電 路 17 輸 入 /輸出 丨介面電路 -17- 588516 (13) 2 積 體 電 路 卡 21 内 部 邏 輯 電 路 22 調 變 器 電 路 23 天 線 電 路 24 解 調 器 電 路 25 時 脈 抽 取 電 路 26 整 流 器 電 路 27 定 壓 電 路 28 通 電 重 置 電 路 31 整 流 器 電 路 32 積 體 電 路 33 微 分 電 路 34 磁 滯 比 較 器 電路 ⑻ 已 調 波 ⑼ 整 流 波 (c) 包 絡 波 ⑷ 微 分 波 ⑷ 解 調 波 (a丨） 已 調 波 (br) 整 流 波 (cf) 包 絡 波 (d，） 微 分 波 (e，） 解 調 波 發明說明續頁

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Claims (1)

1. 588516 拾、申請專利範圍 1. 一種發射器裝置，其包含： 一調變器，用以調變一載波以產生一添加通信資料 的已调波，以及 一發射器，將該已調波發射至一接收器裝置，

   其中，開始通信前，該發射器裝置將一預定的虛設 脈衝發射至該接收器裝置以使藉由該接收器裝置中的 解調而恢復的通信資料進入一邏輯狀態，其為未發生 通信時該通信資料應保持的狀態。 2. —種發射器裝置，其包含： I 一振幅調變器，用以調變一載波以產生一添加通信 資料的已調波；以及 一發射器，其將該已調波發射至一接收器裝置，

   其中，在減少該已調波的振幅以表示該通信資科的 開頭前，該調變器會暫時減少該已調波的振幅，然後 將該已調波的振幅恢復到一原始位準，以使藉由該接 收器裝置中的解調而恢復的通信資料進入一邏輯狀態 ，其為未發生通信時該通信資料應保持的狀態。 3. 如申請專利範圍第2項之發射器裝置， 其中暫時減少該已調波振幅的程度等於該已調波的 振幅在正常調變過程中減少的程度。 4. 如申請專利範圍第2項之發射器裝置， 其中，在該已調波的振幅暫時減少後，該已調波會 保持未調一時段，其等於或小於發射一位元資料所需 588516 申請專利範圍續頁 的時段。 5. 一種通信系統，其包含： 一如申請專利範圍第2項之發射器裝置；以及 一接收器裝置，其接收該已調波並藉由解調該已調 波而恢復該通信資料，該接收裝置藉由偵測該通信資 料從未發生通信時該通信資料應保持的狀態向一預定 的邏輯狀態之轉變而開始通信。 6. 如申請專利範圍第5項之通信系統， 其中該發射器裝置及該接收器裝置為一非接觸型1C 卡及執行與該1C卡的資料通信之一讀寫器裝置。