CN1248146C - 非接触集成电路阅读器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用电感耦合进行运作的非接触集成电路(CIC)阅读器(RD1)，它包括用于发射交变磁场(FLD1)的天线电路(LCR1)，用于向该天线电路施加交变激发信号(S1)的装置(OSC1，MDC1)，根据要传输的数据用于调制出现在天线电路(LCR1)中的天线信号(SA1)幅度的装置(MP1，MDC1)。本发明的特征在于，该阅读器包括用于模拟非接触集成电路运作的装置(MP1，PGP1，LG，MDC1)，这些装置用来抑制向天线电路(LCR1)施加激发信号(S1)，并且当要传输数据的时候，向天线电路施加负载调制信号(SX1)，该负载调制信号能够扰动由另一个非接触集成电路阅读器(RD2)发射的磁场(FLD2)，并能够被这另一个非接触集成电路阅读器探测到。本发明可应用于在两个非接触集成电路阅读器之间数据的传输。

Description

非接触集成电路阅读器
技术领域
本发明涉及利用电感耦合的非接触集成电路阅读器以及数据传输。
背景技术
如图1大致所示，一种利用电感耦合运行的非接触集成电路阅读器10是一种有源***，这种***借助天线电路11发射交变磁场FLD，并对所发射的磁场幅度进行调制来发射数据。而非接触集成电路20是一种无源的不发射磁场的设备，它包括可比喻为变压器次级绕组的天线电路21，变压器的初级绕组由该阅读器的天线电路11构成。由阅读器发射的磁场FLD在集成电路的天线电路中产生感应交变电压Vac，这个感应电压复制了该磁场的幅度调制，能够使集成电路10在感应电压Vac滤波和解调之后，接收该阅读器发射的数据。此外，非接触集成电路20利用负载调制向这样一种阅读器发射数据，即，借助被负载调制信号Sx驱动的开关使天线电路短路来进行发射。天线短路对磁场FLD产生的扰动通达到阅读器10的天线电路上。所以后者能够利用对其天线电路11中出现的信号进行滤波，抽取出负载调制信号Sx，并从信号中把由非接触集成电路发射的数据推绎出来。
参考，例如，ISO标准14443-2/A或14443-2/B或ISO 1569，此后称为“ISO/A”，“ISO/B”和“ISO15”，非接触阅读器的天线电路由频率为13.56MHz的交变信号激发，利用对磁场幅度进行通过量为100％(ISO/A)，10％(ISO/B)或10％-30％(ISO15)的调制，使数据传输到非接触集成电路。利用负载调制使数据传输到阅读器是这样进行的：或者借助Manchester编码(标准ISO/A)或BPSK(标准ISO/B)的847KHz副载波，或者借助Manchester或FSK编码(ISO15)的423KHz副载波。
目前，利用电感耦合进行数据传输技术的应用正日益增多，特别是在电子支付和存取控制(智能卡和电子标记)方面以及在产品鉴别(电子标签)方面，将非接触集成电路安在便携式座体(塑料卡片、标签座体)上，天线线圈就在座体内集成。天线线圈有时直接集成在集成电路(“芯片线圈”)的硅片上，以所谓“接近”敷涂的方式使通信的最大距离短到几个毫米量级。
在很多应用中，非接触集成电路阅读器的形式为固定终端。但是，这些非接触终端能够把与所进行运行有关的各种不同信息记录下来，因为有时候需要把它们收集起来，以便正确管理该装置。所以，存取控制终端能够记录每次开门的日期，时间以及对于请求开门标记的鉴定。类似地，自动支付终端能够记录每次交易的时间以及和对于支付卡片的鉴定。如果应用中包含几个终端，有时就值得利用一种数据集中***来收集这种信息。所以，为了收集记录的信息，需要提供基本的电缆设施，把集中***与每个终端连接起来。在其它应用中，阅读由一个终端记录的数据是利用终端阅读器人工进行的，该阅读器包括一种***该终端输出端口的接头。
阅读固定终端内数据的各种运行如果用人工进行，则冗长乏味，或者，如果要求有基本的电缆设施时，则又很费钱。
发明内容
本发明的目的就是克服这个缺点。
更具体来说，本发明的目标是提供一种简单的装置，它能够阅读由非接触集成电路阅读器记录的数据。
为达到这个目标，本发明的一个想法是提供一种能够切换到无源运行模式的非接触集成电路阅读器，在这种无源模式下，该阅读器不发射磁场，并相关于另一个好象是非接触集成电路的阅读器进行运行。换句话说，这种阅读器能够按照负载调制原理向另一个阅读器发射数据，并利用对这另一个阅读器所发射的磁场进行调制，而接受它发射的数据。
由于本发明利用把两个非接触阅读器中的一个切换为无源运行模式，从而使得两个阅读器之间的对话成为可能。两个阅读器之间不需要任何机械接触就可以交换数据。第一阅读器比方是一种必须从中读出数据的固定终端，而第二阅读器比方是一种便携式阅读器，用于在一天结束时从该终端抽取数据。
此外，应用中如果几台终端相互靠得很近，每台终端都能切换到无源模式向邻近的终端发射数据或者从它那里接收数据，所以每台终端都能够被用作为一个中继站似的，从终端到终端传播数据。
本文中，本发明的另一个目标是提供一种在两个阅读器之间按照负载调制原理进行数据传递的方法，方法要实施简单，不需要提供能使两个阅读器之中一个的天线电路短路的负载调制开关。
本发明的一个具体目标是制作一台非接触集成电路阅读器，对这种类型的无源模式运行在国际申请PCT/FR00/00742和PCT/FR/00712中已有介绍，本发明将尽量减少有关这个阅读器资料的修改量，来得到所希望的结果。
为了这个目的，本发明的另一个想法是给第一阅读器的天线电路施加一种具有两种状态的负载调制信号，该信号的变化能够扰动第二阅读器发射的磁场，并能使第一阅读器天线电路短路，而在第二阅读器天线电路中获得一种等价的负载调制。
所以，本发明提供一种电感耦合数据发射--接收设备，该设备包括天线电路，为输送交变信号以激发该天线电路的装置，以及模拟非接触集成电路运行的装置，该模拟装置用于在要发射数据时，向该天线电路施加一种具有两种状态的负载调制信号，该负载调制信号能够扰动非接触集成电路阅读器发射的磁场，并能够被该阅读器探测到，好象它是由非接触集成电路发射的一种负载调制信号。
根据本发明的第一方面涉及通过感应耦合发射/接收数据的第一设备，所述第一设备包括：用于发射磁场的天线电路、用于输送交变激发信号给该天线电路的激发电路，和所述第一设备被配置成以下列模式运行：第一运行模式，其中当数据被发射时，所述第一设备调制该激发信号，和第二运行模式，用于通过感应耦合与一个发射/接收数据的第二设备交换数据；其中当数据被发射时，所述第一设备向天线电路施加具有两种状态的负载调制信号，以便模拟非接触集成电路的运行，该负载调制信号能扰动由所述第二设备发射的磁场，并能被所说的第二设备探测到，就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的一种负载调制信号。
根据本发明的第二方面涉及从第一非接触集成电路阅读器向第二非接触集成电路阅读器传送数据的方法，所述阅读器利用感应耦合运行，第一阅读器包括用于发射磁场的第一天线电路、用于向该第一天线电路施加交变激发信号的第一激发电路，第二阅读器包括用于发射磁场的第二天线电路、用于向该第二天线电路施加交变激发信号的第二激发电路，该方法包括以下步骤：使所述第一阅读器在数据将要被发送给第二阅读器时，向所述第一天线电路施加具有两种状态的数据承栽信号，和使该第二阅读器通过感应耦合接收所述的数据承载信号并从所述信号中提取数据。
根据本发明的第三方面涉及在第一非接触集成电路阅读器与第二非接触集成电路阅读器之间传送数据的方法，每一个阅读器均利用感应耦合运行，第一阅读器包括用于发射磁场的第一天线电路和用于向该第一天线电路施加交变激发信号的第一激发电路；第二阅读器包括用于发射磁场的第二天线电路和用于向该第二天线电路施加交变激发信号的第二激发电路，该方法包括：把数据从所述第一阅读器传送到所述第二阅读器的步骤以及把数据从所述第二阅读器传送到所述第一阅读器的步骤，其中把数据从所述第一阅读器传送到所述第二阅读器的步骤包括以下步骤：使第二阅读器利用该第二天线电路发射磁场，使第一阅读器向该第一天线电路施加具有两种状态的数据承载负载调制信号，该负载调制信号扰动由第二阅读器发射的磁场，和使该第二阅读器从该第二天线电路提取所述数据承载负载调制信号以及从所述数据承载负载调制信号中提取数据，和其中把数据从第二阅读器传送给第一阅读器的步骤包括以下步骤：使得该第二阅读器利用该第二天线电路发射一个幅度调制的磁场，该磁场根据有待发送的数据被调制，和使得该第一阅读器接收该反映该幅度调制的磁场变化的天线信号并从该天线信号中提取数据。
根据本发明的第四方面涉及非接触集成电路阅读器，包括：用于发射磁场的天线电路，和用于输送交变激发信号给该天线电路的激发电路，该阅读器包括：第一运行模式，其中所述阅读器被配置成与非接触集成电路交换数据，第二运行模式，其中所述阅读器被配置成与另一个非接触集成电路阅读器交换数据，和位或特征位以将阅读器从一个运行模式切换到另一个运行模式。
根据本发明的第五方面涉及包括利用感应耦合交换数据的第一设备和第二设备的数据传输***，所述第一设备包括：用于发射磁场的第一天线电路，用于输送交变激发信号给该第一天线电路的第一激发电路，所述第二设备包括：用于发射磁场的第二天线电路，用于输送交变激发信号给该第二天线电路的第二激发电路，其中所述第一和第二设备被配置成按以下方式运行：当所述第一设备向第二设备发送数据时，第一设备向其自身的天线电路施加具有两个状态的负载调制信号而该第二设备发射磁场，所述负载调制信号扰动由第二设备发射的磁场，并能被所说的第二设备探测到，就好象所述负载调制信号是由非接触集成电路产生的负载调制信号，或者当所述第二设备向第一设备发送数据时，该第二设备发射磁场并且调制所发射磁场的幅度，就好像所述第一设备是一个非接触集成电路，
并且当没有数据将要被交换时：该第二设备发射磁场，而该第一设备不发射磁场，或者第一设备和第二设备都发射磁场，或者第一设备和第二设备都不发射磁场。按照一个实施方案，该负载调制信号包括激发信号脉冲，每个脉冲的持续时间比该激发信号的周期长。
按照一个实施方案，该负载调制信号包括激发信号脉冲群，单个群内的脉冲以确定频率发射，这个确定频率比该激发信号的频率低。
按照一个实施方案，该负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：逻辑“0”，即参考电位，和高阻抗态。
按照一个实施方案，该负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：逻辑“0”，即参考电位，和逻辑“1”，即直流电压。
按照一个实施方案，该负载调制信号至少由微处理器的一个端口控制。
按照一个实施方案，本设备包括一种有源运行模式，该模式以一种基本不变的方式向天线电路施加激发信号，利用对天线电路发射的磁场幅度进行调制来发射数据，设备在有源模式时，能够与非接触集成电路进行对话，本设备还包括一种无源运行模式，该模式利用能模拟非接触集成电路运行的装置，向天线电路施加具有两种状态的负载调制信号来发射数据，设备在无源模式时能够与非接触集成电路阅读器进行对话。
在无源运行模式中，优选使模拟非接触集成电路运行的装置，至少在不向天线电路施加负载调制信号的时候，能抑制向天线电路施加基本上不变的激发信号。
按照一个实施方案，这种向天线电路施加激发信号的抑制是由微处理器的端口控制的。
按照一个实施方案，本设备包括能够从天线电路中出现的天线信号中抽取由非接触集成电路发射的负载调制信号的装置，以及能够从天线信号中抽取由非接触集成电路阅读器发射的幅度调制信号的装置。
按照一个实施方案，抽取幅度调制信号的装置以及抽取负载调制信号的装置包括一个共用的与天线电路相连接的滤波器电路。
本发明还涉及一种利用电感耦合在两个非接触集成电路之间传递数据的方法，每个阅读器都包括发射交变磁场的天线电路，向天线电路施加交变激发信号的装置，以及对所发射磁场幅度进行调制的装置，该方法包括，至少在第一阅读器中，提供模拟非接触集成电路运行装置的措施，以便使第一阅读器的运行象非接触集成电路一样。
按照一个实施方案本方法包括，当要发射数据时，向天线电路施加负载调制信号的步骤，该负载调制信号能够扰动由另一个阅读器发射的磁场，并被这另一个阅读器探测到，并且能够，至少在不施加该负载调制信号的时候，抑制向天线电路施加激发信号。
按照一个实施方案，该负载调制信号包括一种交变信号脉冲，每个脉冲的持续时间比该交变信号的周期长。
按照一个实施方案，该负载调制信号包括激发信号脉冲群，单个群内的脉冲以确定频率发射，这个确定频率比该激发信号的频率低。
按照一个实施方案，该负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：逻辑“0”，即参考电位，和高阻抗态。
按照一个实施方案，该负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：逻辑“0”，即参考电位，和逻辑“1”，即直流电压。
按照一个实施方案本方法包括，为象非接触集成电路运行的阅读器提供滤波器装置的措施，该滤波器装置能够从该阅读器的天线信号中抽取由非接触集成电路发射的负载调制信号，还能够从该天线信号中抽取由另一个非接触集成电路阅读器发射的幅度调制信号。
本发明还涉及一种向非接触集成电路阅读器发射数据的方法，所利用的设备包括天线电路和输送交变信号以激发该天线电路的装置，该方法包括向天线电路施加具有两种状态负载调制信号的措施，该负载调制信号能够扰动由非接触集成电路阅读器发射的磁场，并能被该阅读器探测到，好象它是由非接触集成电路发射的一种负载调制信号。
按照一个实施方案，该负载调制信号包括激发信号脉冲，每个脉冲的持续时间比该激发信号的周期长。
按照一个实施方案，该负载调制信号包括激发信号脉冲群，单个群内的脉冲以确定频率发射，这个确定频率比该激发信号的频率低。
按照一个实施方案，该负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：逻辑“0”，即参考电位，和高阻抗态。
按照一个实施方案，该负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：逻辑“0”，即参考电位，和逻辑“1”，即直流电压。
附图说明
下面对本发明的这些以及其它一些目标、特点和优点进行更加详细的解释，在描述按照本发明的非接触集成电路阅读器时，借助了，不过也不局限于，以下附图：
-前面描述过的原理图1表示的是一种非接触集成电路阅读器和一种非接触集成电路，
-图2是按照本发明一种阅读器的一个实施方案例子的接线图，
-图3A-3D是电信号的时间关系图，表示的是阅读器在有源模式下，在与非接触集成电路进行通信过程中的运行情况，以及
-图4A-4E是电信号的时间关系图，表示的是阅读器在无源模式下，在与另一个阅读器进行通信过程中的运行情况。
具体实施方式
对于按照本发明的一种阅读器的描述
图1是按照本发明阅读器RD1的接线图，这个阅读器最初是用来与非接触集成电路交换数据的。从阅读器RD1的一般特点来看，人们对其结构已了解得很清楚，而且在国际申请PCT/FR00/00742和PCT/FR/00712中已经有所描述。
阅读器RD1与传统阅读器基本上的差别在于阅读器RD1包括能用于切换到无源运行模式的装置，以无源模式运行的阅读器模拟非接触集成电路的运行，能与另一个非接触集成电路阅读器进行对话。
下面参考标准ISO/A和ISO/B，但又不受其限制，来对阅读器RD1进行描述，这两个标准的特点在导言中已经提及。因此这里给出的过滤器截止频率，信号振荡频率以及下面提到的编码协议都只是作为举例。
阅读器RD1传统上包括微处理器MP1，存储器MEM1，外部天线电路LCR1，振荡器OSC1，幅度调制电路MDC1以及数据抽取电路EXTC1。天线电路LCR1包括线圈Lr1和与其并联的电容Cr1，其共振频率为13.56MHz。振荡器OSC1输送频率为13.56MHz的激发信号S1，该信号通过调制电路MDC1施加到天线电路LCR1上。信号S1还作为时钟信号H施加给微处理器。
微处理器MP1由直流电压Vcc供电，MP1包括端口P1-P8，它们可以被置“0”(地)，置“1”(Vcc)或者置为高阻抗态(HZ)。这里，端口P1-P7是输出端口，而端口P8是输入端口。
存储器MEM1包括非易失区域，诸如ROM或EEPROM-型区域，在这种区域记录了各种不同的传统程序，特别是微处理器的操作***0S，用于管理协议以便利用幅度调制发射数据的程序PGA1，以及用于管理协议以便接收由非接触集成电路按照负载调制原理发射的数据的程序PGA2。
按照本发明，存储器MEM1还包括用于管理协议以便接收由另一个非接触集成电路阅读器发射的数据(利用对外部磁场幅度进行调制)的程序PGP1，以及用于管理协议以便利用负载调制来发射数据的程序PGP2。这些程序能够使阅读器RD1以无源模式运行，并采用为非接触集成电路提供的数据发射-接收协议。
调制电路MDC1包括这里是NMOS型的晶体管T1，其栅极接收信号S1，其源级与地连接。调制晶体管T1的漏极通过电容C1与天线电路LCR1连接，并通过电感L1或者“冲击”电感与微处理器MP1的端口P1-P4连接。按照本发明，信号S1通过逻辑门LG，这里是与门，施加到调制晶体管T1的栅极上，逻辑门LG接收信号S1和由微处理器通过端口P5在输入处输送的控制信号CMD。
数据抽取电路EXTC1包括置于频率847KHz的带通滤波器BPF1和截止频率为847KHz的低通滤波器LPF1。带通滤波器BPF1包括例如并联的电感，电容，电阻和二极管，低通滤波器LPF1包括并联的电阻和电容。滤波器BPF1和LPF1各有一个端点相应与微处理器2的端口P6和P7连接。滤波器BPF1和LPF1各自的另一个端点与公共结点N1连接，该结点N1连接到放大器元件的输出端。这里，放大器元件是FET型的晶体管T2，其漏极与结点N1连接，其源级与地连接。此外，结点N1通过放大器AMP1和触发器TRG1与微处理器的端口P8连接，触发器TRG1对放大器输送的信号进行变换。数据抽取电路EXTC1还包括半波整流器DR1和截止频率在1兆赫兹量级的低通滤波器LPF2。半波整流器DR1与天线电路LCR1连接，其输出施加到低通滤波器LPF2的输入端。滤波器LPF2的输出通过退耦电容C2和下拉电阻R1施加到放大器元件T2的输入端(这里是场效应管FET的栅极)。
现在来讨论阅读器RD1以有源模式的运行和阅读器以无源模式的运行。
以有源模式运行
阅读器以有源模式运行本来是传统的，它首先包括发射磁场FLD1。微处理器MP1的端口P1-P4处于1，信号CMD处于1。电路MDC1的输出向天线电路输送激发信号S1，具有相同频率的天线信号SA1便在天线电路LCR1中出现，引起能激活待发射的非接触集成电路的磁场FLD1。
作为例子在图1中表示了这样一种非接触集成电路CIC，在图1中它与阅读器RD1相对。电路CIC是一种集成电路，能够用于非接触智能卡、非接触电子标记、非接触电子标签等等方面。该电路CIC配备有天线电路LCP，LCP包括与电容Cp并联的线圈Lp。电路CIC包括这里是NMOS晶体管的负载调制开关TM，组件逻辑电路或微处理器中央处理单元UC，调制器电路MODC，其输出驱动晶体管TM的栅极，还包括与天线电路LCP连接的数据抽取电路EXTC3，二极管整流器PD以及分频器电路DIVC。开关TM通过负载电阻RM与天线电路LCP的端点连接。
阅读器RD1发射的磁场FLD1产生感应电压Vac出现在线圈Lp的端点。电压Vac被二极管电桥PD整流，电桥PD的输出给电路CIC输送电源电压Vcc。另外，电压Vac的振荡频率13.56MHz由电路DIVC分频，电路DIVC的输出输送发射到电路MODC的847KHz的副载波。
阅读器RD1和电路CIC之间的数据交换由图3A-3D表示。这些图形的左边涉及向电路CIC发射数据(发射模式)，右边涉及接收由集成电路发射的数据(接收模式)。
A-向集成电路发射数据
当数据DT要向电路CIC发射时，阅读器RD1的微处理器MP通过端口P1-P4输送出按照确定协议编码的幅度调制信号SM1。图3A中的例子表示的是待发射的数据DT，图3B中的例子表示的是编码的信号SM1。传统上，编码的含义是，当发射的位处于0的时候，将信号SM1暂时置0，当发射的位处于1的时候，将信号SM1维持为1。信号SM1置0便阻塞了电路MDC1的晶体管T1，使天线信号SA1无效，就不能再向天线电路施加激发信号S1。这样，图3C表示的磁场FLD1在发射的位是0的时候具有短的幅度调制，而当发射的位是1的时候没有幅度调制(脉冲编码)。如同申请PCT/FR00/00742和PCT/FR/00712中描述的，当所有端口P1-P4置0的时候，通过的调制为100％(ISO/A编码)，但是当把端口P1-P4中的某些端口置于高阻抗态Hz，而其余端口保持为0的时候(不是所有端口置0)，通过的调制也可能会低于100％，比方10％(ISO/B标准)。
电路CIC中的幅度调制信号SM1是利用电路EXT3从感应电压Vac抽取的，并被施加到中央处理单元UC用于对接受的数据DT解码。
B-接收集成电路发射的数据
这里将假定集成电路向阅读器RD1发射数据DT(图3A，右边)。数据DT按照选定的协议进行编码并施加到电路MODC上，电路MODC向晶体管TM的栅极施加负载调制信号SX1。如图3D所示的例子，信号SX1是对副载波Fsc应用Manchester编码(标准ISO/A)的结果。信号SX1也还可以是对副载波Fsc应用BPSK编码(标准ISO/B)的结果。
阅读器RD1中端口P6和P7的作用是开关滤波器，同时还保证为滤波器供应电源。当端口P6，P7都处于高阻抗时，滤波器BPF1，LPF1互不连接(以断路方式)，且结点N1处于高阻抗。当端口P6和P7其中之一置1，而另一个仍然维持为高阻抗，则相应的滤波器BPF1，LPF1投入运行。所以，微处理器2端口P6在信号SX1是用Manchester编码(标准ISO/A)时，选择并激活低通滤波器，或者在信号SX1是用BPSK编码(标准ISO/B)时，选择带通滤波器BPF1。
负载调制信号SX1首先被电路EXTC1的低通滤波器LPF2排除了13.56MHz的成分，从天线信号SA1中被抽取出来，并施加到放大器元件T2的输入端。借助端口P6，P7选定的滤波器BPF1或LPF1，通过排除副载波Fsc，能够对要抽取的信号SX1进行包线。信号SX1的包线被放大器AMP1放大并由触发器TRG1变换后，送到微处理器的端口P8等待解码。
一般来说，低通滤波器LPF1能把频率低于或等于847KHz的任何形式的信号SX1进行频率解调，包括当信号SX1是一种没有副载波的二进制信号。当信号SX1发生编码(BPSK)目位跳跃，而且频率是847KHz的时候，带通滤波器更加适用于对信号SX1进行相位解调。
以无源模式运行
需要提醒的是本发明的目标是利用阅读器RD1去模拟一种非接触集成电路的运行，使得能够在阅读器RD1和另一个非接触集成电路阅读器之间进行数据交换。
作为一个例子，在原理图1中表示的另一个阅读器RD2与阅读器RD1相对。阅读器RD2在这里和阅读器RD1的结构相同，包括由线圈Lr2和电容Cr2组成的天线电路LCR2，微处理器MP2，存储器MEM2，调制电路MDC2，输送通过调制电路向天线电路施加激发信号S2的振荡器OSC2，以及与天线电路连接的数据抽取电路EXTC2。
利用储存在寄存器REG1的位Bm或特征位(flag)可把阅读器RD1切换到无源运行模式，寄存器REG1的输出是与微处理器MP1的输入E1连接的。利用逐个查询(循环阅读寄存器)或者利用中断，可以发现特征位Bm的值，当特征位Bm有确定值的时候，比方“1”，微处理器把阅读器RD1切换到无源模式。实际上，特征位Bm的值可以利用阅读器RD1盒子上的开关或者按钮(未画出)用手去改变，或者由微处理器自己去更改。例如，对应于存储器MEM1里记录数据的阅读，微处理器可以由程序安排在一天或一月内的某个时刻切换到无源模式。向无源模式的切换还可以通过给用户提供有两个运行选项菜单的方式来进行。这个实施方案适用于便携式阅读器，用来阅读安装在终端、将被转为无源模式运行的固定阅读器的。
阅读器RD1在无源模式下的运行，首先是不产生磁场FLD1，在阅读器RD1和RD2之间一直存在的只有阅读器RD2发射的磁场FLD2。为了使阅读器RD1的天线电路“沉默”，使信号CMD置0(端口P5)，端口P1-P4置于高阻抗态。这样，信号S1被逻辑门LG阻塞，不能达到调制电路MDC1的晶体管T1，晶体管T1的栅极被门LG的输出维持为0。在另一种情况下，微处理器让端口P1-P4维持为0，晶体管T1仍然还是被阻塞，与施加在它栅极上的信号无关。
现在参考图4A-4E来描述用无源模式发射或接受数据的例子。这些图形的左边涉及用阅读器RD1接收数据，这些图形的右边涉及用阅读器RD1发射数据。
A-用阅读器RD1接收数据
用阅读器RD2发射的数据可以很方便地用数据抽取电路EXTC1进行阅读，电路EXTC1由于其结构和安排，能够抽取由非接触集成电路发射的两种信号：负载调制信号(上述的信号SX1)和幅度调制信号。
这点可以从图4A和4C看出，图4A和图4C分别表示了阅读器RD2发射的磁场FLD2，和在阅读器RD1的天线电路LCR1中由于感应而出现的天线信号SA1。从图3A可以看到场FLD2的幅度具有调制深度(按照选择的编码，或者是100％或者是10％)。磁场FLD2的包线是幅度调制信号SM2的图象(图4D)，由微处理器MP2施加给它的调制电路MDC2。从图4C可以看出，天线信号SA1复制了场FLD2的幅度变化，因此天线信号SA1的包线也是调制信号SM2。为了抽取天线信号SA1的包线，微处理器MP1将端口P7置“1”，以选择低通滤波器LPF1。13.56MHz的载波被位于放大器元件T2输入端的滤波器LPF2移走，剩余的频率被滤波器LPF1消除。所以，在用放大器AMP1和触发器电路TRG1进行变换后，在微处理器的端口P8上又再次发现了幅度调制信号SM2。
微处理器MP1借助上面提到的程序PGP1对调制信号SM2进行解码，程序PGP1包含的解码运算是为非接触集成电路提供的，从而把阅读器RD2发射的数据从中推绎出来。
B-利用负载调制向阅读器RD2发射数据
本发明在这里的一个目标是，在无需添加与阅读器RD1天线电路LCR1并联的负载调制开关(具有在集成电路CIC天线电路端点处给出的开关TM的类型)的情况下，能在阅读器RD2的天线电路LCR2中产生负载调制信号SX2。
为了这个目的，本发明的想法是利用调制电路MDC1向天线电路LCR1施加一种具有两种状态的负载调制信号SX2，该负载调制信号能够对阅读器RD2发射的磁场FLD2产生扰动。这种扰动必须具有足够强度通达到天线电路LCR2上，以便能够被阅读器RD2的数据抽取电路EXTC2探测到。
下面表1描述了根据施加的控制信号CMD和SM1，电路MDC1的各种输出状态。这里，由电路MDC1输送的信号用SX2表示，以区别于该阅读器在以有源模式运行时，由同一个电路输送的信号S1。在表格左边第一列用“A”-“F”代表各种输出状态。为了使磁场FLD2产生可被阅读器RD2探测到的扰动，以便作为一种负载调制信号，根据本申请人进行的研究和实验，可以选择三种负载调制方法MDC1。
下面在表2中归纳了第一方法，这个方法包含交变的状态A和状态B，使得由电路MDC1输送的负载调制信号SX2包含“0”和“1”的交替变化。从电的观点来看，向天线电路LCR1施加“0”等于将它连接到地GND(通过电容C1)或者连接到任何一个代表逻辑“0”的参考电位。向天线电路施加“1”等于向它施加(还是通过电容C1)微处理器的直流电压Vcc，或者任何一个其它代表逻辑“1”的直流电压。
下面在表3中归纳了第二方法，这个方法包含交变的状态A和状态C，使得由电路MDC1输送的负载调制信号SX2包括一种在状态“0”(地或参考电位)和高阻抗态Hz之间的交替变化。施加高阻抗态等于把天线电路LCR1置于开路。
下面在表4中归纳了第三个方法，这个方法包含交变的状态D和状态E，使得由电路MDC1输送的负载调制信号SX2借助由振荡器OSC1输送的信号S1，能够包括一种在状态“0”(地)和天线电路LCR1的交变激发状态之间的交替变化。
表1：电路MDC1提供的各种可能的调制
  状态  CMD   SM1  电路MDC1输送的信号SX2
  A   0   0   0
  B   0   1   1
C 0 HZ HZ
  D   1   0   0
  E   1   1   S1(13.56MHz)
  F   1   HZ   HZ
表2：(电荷调制-方法1)
  状态  CMD   SM1   SX2
  A   0   0   0
  B   0   1   1
表3：(电荷调制-方法2)
  状态  CMD   SM1   SX2
  A   0   0   0
  C   0   HZ   HZ
表4：(电荷调制-方法3)
  状态  CMD   SM1   SX2
  D   1   0   0
  E   1   1   S1(13.56MHz)
按照本申请人进行的试验，这三种方法都能使阅读器RD2的天线电路中引起一种扰动信号，该信号可用阅读器RD2的数据抽取电路EXTC2探测到，被抽取电路EXTC2将其成分13.56MHz滤波后，给出与传统的负载调制信号等价的信号SX2′。
第三种方法的优点是提供的最大通信距离显然比前面两个方法的大，因为向天线电路施加交变信号脉冲S1引起磁场脉冲FLD1的发射，磁场脉冲由阅读器RD2探测，而阅读器RD2所在的位置比无源的负载调制产生的扰动距离要远。与纯粹是无源的传统负载调制相比，按照第三种方法得到对磁场的扰动可以有资格被认为是由于发射交变磁场脉冲而产生的“膺有源负载调制”。所以第三种方法构成本发明的优选实施方案，虽然本发明并不排除其它方法。
此外，从表4可以看出，负载调制信号SX2在“0”和信号脉冲S1之间交变，输送信号SX2不要求把控制信号CMD置0。所以这个实施方案中可以不要逻辑门LG，信号S1可以一成不变地施加在调制晶体管T1的栅极上。
图4B表示了当按照Manchester编码发射数据，并按照第三种负载调制方法的时候，信号SX2的情况。发射“1”将产生一系列脉冲I1，I2…，随后没有脉冲出现，发射“0”将没有脉冲出现，随后是一系列脉冲I1，I2…。脉冲I1，I2…是在频率为847KHz(负载调制副载波)情况下发射的，这个频率是由微处理器MP1利用分时钟信号H(信号S1)计算得到的。每个脉冲由信号S1一系列的交变构成。
在表示天线信号SA1的图4C上可以看出，向天线电路LCR 1每施加一个脉冲的结果将使天线信号SA1的幅度增加，相当于发射一个磁场FLD1脉冲。与发射脉冲的同时，天线信号SA1包含由振荡器OSC1发射的激发信号S1(主要的)和感应信号S2′(在S1之前可忽略不计)的组合，这里，S2′是阅读器RD2振荡器OSC2发射的激发信号S2的图象。在发射脉冲期间之外，天线信号SA1只由感应信号S2′组成，而且其幅度取决于两个阅读器之间感应耦合的比率。
脉冲I1，I2…通达到阅读器RD2的天线电路上，并被电路EXTC2抽取，该电路向微处理器MP2输送如图4E所示的信号SX2′。信号SX2′是信号SX2的包线(即，将S1于13.56MHz的成分滤波后，脉冲I1，I2…的包线)，与传统的负载调制信号，例如图3D中表示的信号SX1等价。信号SX2′由微处理器MP2解码，从而把阅读器RD1发射的数据DT从中推绎出来。
本领域技术人员可以理解，对本发明的阅读器进行变更和实施不同的方案都是可以的。虽然上面参考的是ISO标准14443-2/A或14443-2/B，但是按照本发明的阅读器，可以用于按照其它任何基于负载调制原理的通信协议的无源模式运行，特别是在导言中提到过的协议ISO 1569。按照本发明的阅读器还可以用于专门以无源模式的运行。这种情况下，“阅读器”这个术语就不再有其传统的意义了，而是一种以非接触集成电路阅读器的方式用于阅读数据的设备，它既不是非接触集成电路阅读器，也不是非接触集成电路(由于它有产生交变磁场的能力)。另外，虽然上面曾经指出，按照本发明的阅读器在切换为无源模式时停止发射磁场，但是磁场仍然能够在发射数据期间(即，施加具有两种状态的负载调制信号SX2的期间)之外进行发射。实际上，当阅读器以无源模式运行与另一个阅读器对话的时候，发射磁场看起来是不必要的。
所以，按照本发明的阅读器或者设备可以在不同的应用中予以采用，特别是在阅读安装在固定终端里的非接触阅读器记录的数据的场合中。

Claims (41)

1.通过感应耦合发射/接收数据的第一设备，所述第一设备包括：
用于发射磁场的天线电路，
用于输送交变激发信号给该天线电路的激发电路，和
所述第一设备被配置成以下列模式运行：
-第一运行模式，其中当数据被发射时，所述第一设备调制该激发信号，和
-第二运行模式，用于通过感应耦合与一个发射/接收数据的第二设备交换数据；其中当数据被发射时，所述第一设备向天线电路施加具有两种状态的负载调制信号，以便模拟非接触集成电路的运行，该负载调制信号能扰动由所述第二设备发射的磁场，并能被所说的第二设备探测到，就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的一种负载调制信号。
2.按照权利要求1的第一设备，其中第二运行模式的负载调制信号包括激发信号的脉冲，每个脉冲的持续时间比该激发信号的周期长。
3.按照权利要求2的第一设备，其中第二运行模式的负载调制信号包括激发信号的脉冲群，单个群内的脉冲以比该激发信号的频率低的频率发射。
4.按照权利要求1的第一设备，其中所述第二运行模式的负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-高阻抗态。
5.按照权利要求1的第一设备，其中所述第二运行模式的负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-逻辑“1”，即，直流电压。
6.按照权利要求1的第一设备，其中所述第二运行模式的负载调制信号受逻辑电路的至少一个端口的控制。
7.按照权利要求1的第一设备，其中：
-在所述第一运行模式下，无论数据是否被发射，所述第一设备发射磁场，利用对所述磁场的幅度进行调制来发射数据，以及
-在所述第二运行模式下，在数据不被发射时，该第一设备不发射磁场。
8.按照权利要求1的第一设备，包括第一提取装置，用于在第一运行模式下从存在于天线电路中的天线信号中提取由非接触集成电路发射的负载调制信号和第二提取装置用于在第二运行模式下从所述天线信号中提取由所述第二设备发射的幅度调制信号。
9.按照权利要求8的第一设备，其中第一和第二提取装置包括一个与天线电路耦合的公共滤波器电路。
10.按照权利要求1的第一设备，它包括存储于寄存器中的位或者特征位用来控制从一个运行模式向另外的运行模式的切换。
11.按照权利要求1的第一设备，其中所述第一设备是便携式非接触集成电路阅读器。
12.按照权利要求1的第一设备，其中所述第一设备是固定的非接触集成电路阅读器。
13.从第一非接触集成电路阅读器向第二非接触集成电路阅读器传送数据的方法，所述阅读器利用感应耦合运行，第一阅读器包括用于发射磁场的第一天线电路、用于向该第一天线电路施加交变激发信号的第一激发电路，第二阅读器包括用于发射磁场的第二天线电路、用于向该第二天线电路施加交变激发信号的第二激发电路，该方法包括以下步骤：
-使所述第一阅读器在数据将要被发送给第二阅读器时，向所述第一天线电路施加具有两种状态的数据承载信号，和
-使该第二阅读器通过感应耦合接收所述的数据承载信号并从所述信号中提取数据。
14.按照权利要求13的方法，其中所述具有两个状态的数据承载信号是包含交变信号脉冲的负载调制信号，每一个脉冲的持续时间长于该交变信号的持续时间，所述负载调制信号能够扰动由第二阅读器发射的磁场并能被该第二阅读器探测到，就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的-种负载调制信号。
15.按照权利要求14的方法，其中所述负载调制信号包括激发信号的脉冲群，单个群内的脉冲以低于所述激发信号频率的频率发射。
16.按照权利要求13的方法，其中所述具有两个状态的数据承载信号是在下面两种状态之间交替变化的负载调制信号：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-高阻抗态，
所述负载调制信号能够扰动由第二阅读器发射的磁场，并能被该第二阅读器探测到就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的一种负载调制信号。
17.按照权利要求13的方法，其中所述具有两个状态的数据承载信号是一种在下面两种状态之间交替变化的负载调制信号：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-逻辑“1”，即，直流电压，
所述负载调制信号能够扰动由第二阅读器发射的磁场，并能被该第二阅读器探测到就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的一种负载调制信号。
18.按照权利要求13的方法，其中所述具有两个状态的数据承载信号是具有幅度调制的激发信号，就好象该第二阅读器是一个非接触集成电路。
19.按照权利要求13的方法，该方法包括在所述第一阅读器不发射数据时，使所述第一阅读器不发射磁场。
20.按照权利要求13的方法，该方法包括在所述第二阅读器接收数据时，使所述第二阅读器不发射磁场。
21.按照权利要求13的方法，该方法还包括在第二阅读器中设置滤波器装置以从该天线信号中提取由第一非接触集成电路阅读器发送的所述具有两个状态的数据承载信号。
22.按照权利要求13的方法，该方法包括在第一阅读器中设定位或者特征位以使第一阅读器从一个阅读器至非接触集成电路的运行模式切换到一个阅读器至阅读器的一个运行模式，在所述阅读器至非接触集成电路的运行模式中，运行第一阅读器以便与非接触集成电路交换数据；在所述阅读器至阅读器的运行模式中，第一阅读器在数据将要被发送给第二阅读器时，通过向所述第一天线电路施加具有两种状态的数据承载信号来模拟非接触集成电路。
23.在第一非接触集成电路阅读器与第二非接触集成电路阅读器之间传送数据的方法，每一个阅读器均利用感应耦合运行，第一阅读器包括用于发射磁场的第一天线电路和用于向该第一天线电路施加交变激发信号的第一激发电路；第二阅读器包括用于发射磁场的第二天线电路和用于向该第二天线电路施加交变激发信号的第二激发电路，
该方法包括：
把数据从所述第一阅读器传送到所述第二阅读器的步骤以及把数据从所述第二阅读器传送到所述第一阅读器的步骤，
其中把数据从所述第一阅读器传送到所述第二阅读器的步骤包括以下步骤：
-使第二阅读器利用该第二天线电路发射磁场，
-使第一阅读器向该第一天线电路施加具有两种状态的数据承载负载调制信号，该负载调制信号扰动由第二阅读器发射的磁场，和
-使该第二阅读器从该第二天线电路提取所述数据承载负载调制信号以及从所述数据承载负载调制信号中提取数据，和
其中把数据从第二阅读器传送给第一阅读器的步骤包括以下步骤：
使得该第二阅读器利用该第二天线电路发射一个幅度调制的磁场，该磁场根据有待发送的数据被调制，和
使得该第一阅读器接收该反映该幅度调制的磁场变化的天线信号并从该天线信号中提取数据。
24.按照权利要求23的方法，其中所述数据承载负载调制信号包括交变信号的脉冲，每个脉冲的持续时间比该交变信号的周期长。
25.按照权利要24的方法，其中所述数据承载负载调制信号包括激发信号的脉冲群，单个群的脉冲以低于该激发信号频率的频率发射。
26.按照权利要求23的方法，其中所述数据承载负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-高阻抗态。
27.按照权利要求23的方法，其中所述数据承载负载调制信号在下面两种状态之间交替变化：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-逻辑“1”，即，直流电压。
28.非接触集成电路阅读器，包括：
用于发射磁场的天线电路，和
用于输送交变激发信号给该天线电路的激发电路，
该阅读器包括：
-第一运行模式，其中所述阅读器被配置成与非接触集成电路交换数据，
-第二运行模式，其中所述阅读器被配置成与另一个非接触集成电路阅读器交换数据，和
-位或特征位以将阅读器从一个运行模式切换到另一个运行模式。
29.按照权利要求28的阅读器，该阅读器被配置成：当所述阅读器以第二运行模式运行时并且当数据将要被发送给所述其它阅读器时，向所述天线电路施加具有两种状态的负载调制信号。
30.按照权利要求29的阅读器，该阅读器被配置成向所述天线电路施加包含交变信号脉冲的负载调制信号，每个脉冲的持续时间比该交变信号的周期长，所述负载调制信号能扰动由第二阅读器发射的磁场，并能被所说的第二阅读器探测到，就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的一种负载调制信号。
31.按照权利要求30的阅读器，该阅读器被配置成向天线电路施加负载调制信号，该负载调制信号包括激发信号的脉冲群，单个群的脉冲以低于该激发信号频率的频率发射。
32.按照权利要求29的阅读器，被配置成向所述天线电路施加在下面两种状态之间交替变化的负载调制信号：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-高阻抗态，
所述负载调制信号能扰动由第二阅读器发射的磁场，并能被所说的第二阅读器探测到，就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的一种负载调制信号。
33.按照权利要求29的阅读器，被配置成向所述天线电路施加在下面两种状态之间交替变化的负载调制信号：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-逻辑“1”，即，直流电压，
所述负载调制信号能扰动由第二阅读器发射的磁场，并能被所说的第二阅读器探测到，就好象所述负载调制信号是被施加到非接触集成电路的天线负载调制开关上的一种负载调制信号。
34.按照权利要求28的阅读器，当所述阅读器在第一运行模式下运行并且将要传送数据时，该阅读器被配置成调制所发射磁场的幅度。
35.按照权利要求28的阅读器，该阅读器被配置成当其以第二运行模式运行时并且当以下至少一个条件得到满足时不发射电磁场：
-该阅读器不发送数据而且没有数据被接收，
-阅读器从所述其它阅读器接收数据。
36.包括利用感应耦合交换数据的第一设备和第二设备的数据传输***，所述第一设备包括：
用于发射磁场的第一天线电路，
用于输送交变激发信号给该第一天线电路的第一激发电路，
所述第二设备包括：
用于发射磁场的第二天线电路，
用于输送交变激发信号给该第二天线电路的第二激发电路，
其中所述第一和第二设备被配置成按以下方式运行：
-当所述第一设备向第二设备发送数据时，第一设备向其自身的天线电路施加具有两个状态的负载调制信号而该第二设备发射磁场，所述负载调制信号扰动由第二设备发射的磁场，并能被所说的第二设备探测到，就好象所述负载调制信号是由非接触集成电路产生的负载调制信号，或者
-当所述第二设备向第一设备发送数据时，该第二设备发射磁场并且调制所发射磁场的幅度，就好像所述第一设备是一个非接触集成电路，
并且当没有数据将要被交换时：
-该第二设备发射磁场，而该第一设备不发射磁场，或者
-第一设备和第二设备都发射磁场，或者
-第一设备和第二设备都不发射磁场。
37.按照权利要求36的数据传输***，所述负载调制信号包含激发信号的脉冲，每一个脉冲的持续时间比交变信号的周期长。
38.按照权利要求36的数据传输***，其中所述负载调制信号在以下两个状态之间交替变化：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-高阻抗态。
39.按照权利要求36的数据传输***，其中所述负载调制信号在以下两个状态之间交替变化：
-逻辑“0”，即，参考电位，以及
-逻辑“1”，即，直流电压。
40.按照权利要求36的数据传输***，其中一个设备是便携式非接触集成电路阅读器。
41.按照权利要求36的数据传输***，其中一个设备是固定的非接触集成电路阅读器。
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