SK289183B6 - Load modulation method, antenna system and load modulation chip on the PICC device side - Google Patents
Load modulation method, antenna system and load modulation chip on the PICC device side Download PDFInfo
- Publication number
- SK289183B6 SK289183B6 SK50022-2019A SK500222019A SK289183B6 SK 289183 B6 SK289183 B6 SK 289183B6 SK 500222019 A SK500222019 A SK 500222019A SK 289183 B6 SK289183 B6 SK 289183B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- antenna
- picc
- load modulation
- picc device
- switch
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 8
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000019577 caloric intake Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 102100032533 ADP/ATP translocase 1 Human genes 0.000 description 2
- 102100026396 ADP/ATP translocase 2 Human genes 0.000 description 2
- 101000768061 Escherichia phage P1 Antirepressor protein 1 Proteins 0.000 description 2
- 101000796932 Homo sapiens ADP/ATP translocase 1 Proteins 0.000 description 2
- 101000718417 Homo sapiens ADP/ATP translocase 2 Proteins 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H04B5/70—
-
- H04B5/263—
Abstract
Description
Oblasť technikyThe field of technology
Vynález sa týka spôsobu záťažovej modulácie pri NFC komunikácii medzi PCD zariadením a PICC zariadením. Vynález opisuje anténovú sústavu na strane PICC zariadenia, ktorá pri malých rozmeroch efektívne vplýva na výstup antény PCD zariadenia a tiež opisuje výhodné usporiadanie riadiaceho čipu na ovládanie anténovej sústavy na strane PICC zariadenia.The invention relates to a method of load modulation during NFC communication between a PCD device and a PICC device. The invention describes an antenna system on the side of the PICC device, which effectively affects the output of the antenna of the PCD device with small dimensions, and also describes an advantageous arrangement of the control chip for controlling the antenna system on the side of the PICC device.
Doterajší stav technikyCurrent state of the art
Pri pasívnom mode v NFC platforme (napr. ISO/IEC 14443) inicializátor/vysielač (PCD, napr. ako čítačka kariet) poskytuje nosné pole a energiu pre zariadenie transpondera/prijímača (PICC, napr. ako platobná karta), ktorý zodpovedá modulovaním nosného poľa (load modulation). Anténa prijímača musí byť dostatočne efektívna, aby pokryla energetické nároky prijímača, ktorý pri tomto mode nemá alebo nemusí mať vlastný zdroj energie.In passive mode in an NFC platform (e.g. ISO/IEC 14443), the initializer/transmitter (PCD, e.g. as a card reader) provides the carrier field and energy for the transponder/receiver device (PICC, e.g. as a payment card), which corresponds by modulating the carrier field (load modulation). The antenna of the receiver must be efficient enough to cover the energy requirements of the receiver, which in this mode does not or may not have its own power source.
PCD čítačky majú zvyčajne podobou väčších zariadení alebo sú súčasťou väčších zariadení, ktoré majú dostatočný priestor na umiestnenie veľkej NFC plochej antény, ktorá má požadovaný vyžarovací výkon. Bežné PICC zariadenia v podobe platobných kariet mali dostatočne veľkú plochu plastového nosiča na umiestnenie plochej antény. Pri implementovaní PICC zariadení do komplexnejších hosťujúcich zariadení, napríklad do mobilného telefónu, sa podstatne zmenšuje dostupná plocha, resp. dostupný priestor, dochádza k zmenšovaniu plochej antény. Namiesto plochej prijímacej antény sa pri zmenšovaní dostupného priestoru využíva solenoidová anténa, zvyčajne s feritovým jadrom.PCD readers usually take the form of larger devices or are part of larger devices that have enough space to accommodate a large NFC flat antenna that has the required radiation power. Common PICC devices in the form of payment cards had a plastic carrier area large enough to accommodate a flat antenna. When implementing PICC devices in more complex guest devices, for example in a mobile phone, the available area is significantly reduced, or available space, the flat antenna shrinks. Instead of a flat receiving antenna, a solenoid antenna, usually with a ferrite core, is used to reduce the available space.
Sú publikované riešenia s dvomi anténami, ako napríklad WO2017109681 A1, WO2018198082 A1, ktoré opisujú dve antény, jednu solenoidovú s feritovým jadrom a jednu plochú špirálovú alebo dve solenoidové antény spolupracujúce s plochou, planárnou anténou, tieto riešenia sa však týkajú aktívnej modulácie. Pri pasívnej záťažovej modulácii sa problémy so stabilitou vytvoreného NFC kanálu riešia zvyšovaním rozmeru antény alebo, ak to nie je možné, sa riešia zvyšovaním výkonu PCD zariadenia. Na strane PICC zariadenia sa pritom nedá samostatne zvyšovať výkon s ohľadom na fyzikálnu podstatu pasívneho postavenia PICC zariadenia.Solutions with two antennas are published, such as WO2017109681 A1, WO2018198082 A1, which describe two antennas, one solenoid with a ferrite core and one flat spiral or two solenoid antennas cooperating with a flat, planar antenna, but these solutions relate to active modulation. In passive load modulation, problems with the stability of the established NFC channel are solved by increasing the size of the antenna or, if this is not possible, they are solved by increasing the power of the PCD device. At the same time, on the side of the PICC device, it is not possible to increase the performance independently, taking into account the physical nature of the passive position of the PICC device.
Pri zmenšovaní rozmerov plochých špirálových antén dochádza k situácii, že väzba medzi anténami PCD a PICC zariadení nie je dostatočne silná. PICC anténa nie je schopná dostupné magnetické pole premeniť na dostatočné množstvo energie potrebnej na správnu činnosť obvodov PICC zariadenia a/alebo zmena amplitúdy na anténe PCD zariadenia, ktorá je vyvolaná zmenou záťaže anténovej sústavy PICC zariadenia, je taká malá, že ju vnútorné obvody PCD zariadenia nevedia detegovať, resp. správne prečítať. To vedie k nespoľahlivej komunikácii alebo dokonca k úplnej strate komunikácie medzi PCD a PICC zariadeniami.When the dimensions of flat spiral antennas are reduced, a situation arises where the bond between the antennas of PCD and PICC devices is not strong enough. The PICC antenna is not able to convert the available magnetic field into a sufficient amount of energy required for the correct operation of the PICC device circuits and/or the amplitude change on the PCD device antenna, which is caused by a change in the load of the PICC device antenna system, is so small that the internal circuits of the PCD device they cannot detect, or read correctly. This leads to unreliable communication or even a complete loss of communication between the PCD and PICC devices.
Je žiadané jednoduché riešenie antény na strane PICC zariadenia, ktoré bude schopné komunikovať s bežným PCD zariadením, pričom anténa na strane PICC zariadenia bude mať malé rozmery a dostatočné účinky na anténu PCD zariadenia.A simple solution for the antenna on the side of the PICC device is desired, which will be able to communicate with a regular PCD device, while the antenna on the side of the PICC device will have small dimensions and sufficient effects on the antenna of the PCD device.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spôsob záťažovej modulácie pri komunikácii medzi PICC a PCD zariadením, pri ktorej sa mení záťaž antény na strane PICC zariadenia pomocou spínača ovládaného riadiacou jednotkou podľa prenášaných dát podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že riadiacou jednotkou sa ovládajú samostatné spínače aspoň dvoch antén s vlastným rezonančným obvodom, ovládanie spínačov je synchronizované zhodným dátovým riadením, pričom miera záťaže jednotlivých antén na strane PICC zariadenia je odlišná. Samostatné antény na strane PICC zariadenia sú pritom v takej vzájomnej priestorovej pozícii, že všetky majú indukčnú väzbu na anténu PCD zariadenia. V najbežnejšom usporiadaní sa použijú dve samostatné antény, v princípe je možné použiť aj väčší počet samostatných antén.The aforementioned shortcomings are largely eliminated by the method of load modulation during communication between the PICC and the PCD device, in which the load of the antenna on the side of the PICC device is changed using a switch controlled by the control unit according to the transmitted data according to the present invention, the essence of which is that the control unit controls separate switches of at least two antennas with their own resonance circuit, the control of the switches is synchronized by the same data control, while the load level of the individual antennas on the side of the PICC device is different. The separate antennas on the side of the PICC device are in such a spatial position relative to each other that they all have an inductive connection to the antenna of the PCD device. In the most common arrangement, two separate antennas are used, in principle it is also possible to use a larger number of separate antennas.
Usporiadanie s aspoň dvomi anténami so samostatnou mierou záťaže pri zachovaní synchronizácie zmien týchto záťaží využíva inherentnú rezervu záťažovej modulácie podľa doterajšieho stavu techniky. Pri záťažovej modulácii sa zmeny na strane antény PCD zariadenia docieľujú v podstate zaťažovaním anténového rezonančného obvodu na strane PICC zariadenia. Miera zaťažovania musí byť však zvolená tak, aby obvody na strane PICC zariadenia neboli odpojené od prijímania energie a základného budiaceho signálu z PCD zariadenia. Tento vynález zefektívňuje využitie fyzikálnych hraníc záťažovej modulácie tým, že aspoň jedna anténa na strane PICC zariadenia je pri modulácii zaťažovaná len do takej miery, aby výstup z tejto antény naďalej poskytoval PICC zariadeniu dostatočný príjem energie a/alebo základný budiaci signál. Druhá anténa alebo iné antény PICC zariadenia sú zaťažované vo väčšej miere, čím dochádza k väčšiemu ovplyvňovaniu výstupu antény na strane PCD zariadenia.An arrangement with at least two antennas with a separate load rate while maintaining the synchronization of changes in these loads uses the inherent reserve of load modulation according to the prior art. In load modulation, changes on the antenna side of the PCD device are basically achieved by loading the antenna resonance circuit on the side of the PICC device. However, the loading rate must be chosen so that the circuits on the PICC device side are not disconnected from receiving power and the basic drive signal from the PCD device. This invention makes the use of the physical limits of load modulation more efficient by the fact that at least one antenna on the side of the PICC device is loaded during modulation only to such an extent that the output from this antenna continues to provide the PICC device with sufficient energy intake and/or a basic drive signal. The second antenna or other antennas of the PICC device are loaded to a greater extent, causing more influence on the antenna output on the PCD device side.
Vo výhodnom usporiadaní s dvomi anténami na strane PICC zariadenia sa bude prvá anténa zaťažovať len do miery, ktorá umožní synchronizovať obvody PICC s PCD zariadením, a druhá anténa na strane PICC zariadenia sa bude zaťažovať väčšou mierou.In a preferred arrangement with two antennas on the side of the PICC device, the first antenna will be loaded only to the extent that allows the PICC circuitry to be synchronized with the PCD device, and the second antenna on the side of the PICC device will be loaded more heavily.
Nedostatky uvedené v stave techniky v podstatnej miere odstraňuje aj samotná anténová sústava na strane PICC zariadenia, ktorá zahŕňa prvý rezonančný obvod s prvou anténou, ktorá je pripojená k PICC kontroléru, kde prvý rezonančný obvod prvej antény je spínaný prvým spínačom, ktorý je prepojený s dátovým výstupom z riadiacej jednotky PICC kontroléra podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že zahŕňa aspoň jednu ďalšiu druhú anténu v samostatnom druhom rezonančnom obvode, ktorý je spínaný druhým spínačom, pričom druhý spínač je prepojený s dátovým výstupom z riadiacej jednotky PICC kontroléra, pričom prvá a druhá anténa sú umiestnené vo vzájomnej blízkosti. Samostatné antény na strane PICC zariadenia sú v takej vzájomnej priestorovej pozícii, že všetky majú indukčnú väzbu na anténu PCD zariadenia. Vzájomnú blízkosť viacerých antén na strane PICC zariadenia je potrebné chápať tak, že predmetné antény sú spoločne v dosahu vzájomnej indukčnosti s anténou PCD zariadenia. Hranica spoločného umiestnenia antén na strane PICC zariadenia je ohraničená akčnou zónou PCD zariadenia, ktorá je zvyčajne určená veľkosťou plochej PCD antény.The shortcomings mentioned in the state of the art are substantially eliminated by the antenna system itself on the side of the PICC device, which includes the first resonance circuit with the first antenna, which is connected to the PICC controller, where the first resonance circuit of the first antenna is switched by the first switch, which is connected to the data output from the control unit of the PICC controller according to the invention, the essence of which is that it includes at least one other second antenna in a separate second resonant circuit, which is switched by a second switch, the second switch being connected to the data output from the control unit of the PICC controller, while the first and second antennas are located in close proximity to each other. The separate antennas on the side of the PICC device are in such a spatial position relative to each other that they all have inductive coupling to the antenna of the PCD device. The mutual proximity of several antennas on the side of the PICC device must be understood as meaning that the antennas in question are together in the range of mutual inductance with the antenna of the PCD device. The limit of co-location of the antennas on the side of the PICC device is limited by the action zone of the PCD device, which is usually determined by the size of the flat PCD antenna.
Pojem kontrolér v tomto spise opisuje prvok, ktorý je určený na modulovanie rezonančného obvodu antény na strane PICC zariadenia. Tento kontrolér môže byť tiež nazývaný ako čip, ovládací prvok, budiaci prvok, modulačný prvok.The term controller in this document describes an element that is intended to modulate the resonance circuit of the antenna on the side of the PICC device. This controller can also be called as chip, control element, drive element, modulation element.
Rezonančný obvod druhej antény, resp. viacerých ďalších antén bude mať zvyčajne odlišné parametre impedancie ako rezonančný obvod prvej antény, podstatné však bude, že spínač druhej antény, resp. viacerých ďalších antén bude prispôsobený na väčšiu záťaž.Resonance circuit of the second antenna, or of several other antennas will usually have different impedance parameters than the resonant circuit of the first antenna, but it will be important that the switch of the second antenna, or several additional antennas will be adapted to a larger load.
Je výhodné, ak antény na strane PICC zariadenia sú solenoidové antény. Pojem solenoidová anténa v tomto spise označuje cievku s viacerými návinmi vodiča na jadre, napríklad na jadre obdĺžnikového prierezu, kde dĺžka (pozdĺžny rozmer) cievky je väčšia ako jej priečny rozmer, zvyčajne je dĺžka cievky väčšia ako päťnásobok uhlopriečky jej prierezu (napríklad pri obdĺžnikovom priereze jadra). Šírka jadra predstavuje priečny rozmer jadra, ktorým sa jadro premieta do pôdorysu nosiča antény, teda na rovinu základne. V prípade podlhovastého prierezu jadra je šírka jadra rozmer v smere rovnobežnom s rovinou základne, v prípade kruhového prierezu jadra je šírkou jadra jeho priemer. Jadro môže byť z feritu alebo z materiálu s podobnými magnetickými vlastnosťami. Dĺžka solenoidovej antény označuje celkovú dĺžku jadra alebo dĺžku jadra pokrytú závitmi vodiča.It is advantageous if the antennas on the side of the PICC device are solenoid antennas. The term solenoid antenna in this document refers to a coil with multiple turns of conductor on a core, for example a core of rectangular cross-section, where the length (longitudinal dimension) of the coil is greater than its transverse dimension, usually the length of the coil is greater than five times the diagonal of its cross-section (for example, with a rectangular cross-section kernels). The width of the core represents the transverse dimension of the core, by which the core is projected into the floor plan of the antenna carrier, i.e. onto the plane of the base. In the case of an oblong cross-section of the core, the width of the core is the dimension in the direction parallel to the plane of the base, in the case of a circular cross-section of the core, the width of the core is its diameter. The core can be made of ferrite or a material with similar magnetic properties. The length of the solenoid antenna refers to the total length of the core or the length of the core covered by the turns of the conductor.
Prvá a druhá solenoidové anténa môžu mať rovnaké rozmery a rovnakú konštrukciu, nie je to však nevyhnutná podmienka.The first and second solenoid antennas may have the same dimensions and construction, but this is not a necessary condition.
Je výhodné, ak prvá a druhá solenoidová anténa sú umiestnené vedľa seba, teda rovnobežne vedľa seba, kde medzera medzi nimi je menšia ako päťnásobok šírky prvej alebo druhej solenoidovej antény. Medzera medzi prvou a druhou anténou pri ich vzájomne rovnobežnom umiestnení má byť menšia ako 5 mm. Funkčné je tiež riešenie, pri ktorom je prvá a druhá solenoidová anténa umiestnená vo vzájomne kolmej polohe do tvaru písmena L alebo T, a to podľa voľnej plochy dostupnej na PCB hostiteľského zariadenia.It is advantageous if the first and second solenoid antennas are placed next to each other, i.e. parallel to each other, where the gap between them is smaller than five times the width of the first or second solenoid antenna. The gap between the first and second antennas when they are placed parallel to each other should be less than 5 mm. Also functional is a solution in which the first and second solenoid antennas are placed in a mutually perpendicular position in the shape of the letter L or T, depending on the free area available on the PCB of the host device.
Druhý spínač alebo viaceré druhé spínače môžu byť súčasťou PICC kontroléra, teda môžu byť integrovanou súčasťou čipu, ktorý je navrhnutý na riadenie viacerých antén podľa tohto vynálezu. Predmetom tohto vynálezu je tiež samotný čip ako hardvérový prvok, ktorý zahŕňa aspoň dva samostatne integrované spínače zaťaženia pre aspoň dva samostatné rezonančné obvody. Takýto hardvérový prvok bude mať aspoň dva páry výstupov na zapojenie aspoň dvoch antén. Integrácia druhého spínača do PICC kontroléra je výhodným riešením, PICC kontrolér potom nemusí mať dátový výstup.The second switch or several second switches can be part of a PICC controller, that is, they can be an integrated part of a chip designed to control multiple antennas according to the present invention. The subject of this invention is also the chip itself as a hardware element, which includes at least two separately integrated load switches for at least two separate resonant circuits. Such a hardware element will have at least two pairs of outputs for connecting at least two antennas. Integrating a second switch into the PICC controller is an advantageous solution, the PICC controller then does not need to have a data output.
Vynález sa dá realizovať aj pomocou existujúcich PICC kontrolérov a to tak, že k dátovému výstupu PICC kontroléra je pripojený samostatný druhý spínač, resp. viacero spínačov. Dátový výstup slúži na synchronizáciu spínania všetkých spínačov. Dátový signál je generovaný riadiacou jednotkou v PICC kontroléri, dátový signál je potrebné vyviesť von z čipu na niektorý dostupný vývod. V prípade nutnosti sa môže využiť aj PICC kontrolér bez dátového výstupu, kedy sa na výstup PICC kontroléra pripojí demodulátor. Signál medzi prvou anténou a výstupom PICC kontroléra sa demoduluje a z demodulovaného výstupu sa generujú digitálne dáta na riadenie druhého spínača alebo ďalších spínačov. Demoduláciou sa ešte na strane PICC zariadenia spätne zrekonštruuje signál z vysokofrekvenčného signálu na dostupných vývodoch NFC1 a NFC2 z PICC kontroléra.The invention can also be implemented with the help of existing PICC controllers, in such a way that a separate second switch is connected to the data output of the PICC controller, or multiple switches. The data output serves to synchronize the switching of all switches. The data signal is generated by the control unit in the PICC controller, the data signal must be output from the chip to some available output. If necessary, a PICC controller without a data output can also be used, when a demodulator is connected to the output of the PICC controller. The signal between the first antenna and the output of the PICC controller is demodulated and digital data is generated from the demodulated output to control the second switch or additional switches. By demodulation on the side of the PICC device, the signal from the high-frequency signal on the available terminals NFC1 and NFC2 of the PICC controller is reconstructed.
Výhodou vynálezu je predovšetkým výrazné zvýšenie amplitúdy odpovede (LMA - Load modulation amplitúde) na strane PCD zariadenia. Tým sa dosiahne podstatne spoľahlivejšia komunikácia na väčšiu vzdialenosť, a to aj pri malých, až miniatúrnych rozmeroch antén na strane PICC zariadenia. Anténová sústava podľa tohto vynálezu pritom komunikuje s bežnými, neupravenými PCD zariadeniami.The advantage of the invention is primarily a significant increase in the response amplitude (LMA - Load modulation amplitude) on the side of the PCD device. This will achieve significantly more reliable communication over a longer distance, even with small, even miniature dimensions of the antennas on the side of the PICC device. At the same time, the antenna system according to the present invention communicates with ordinary, unmodified PCD devices.
Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings
Vynález je bližšie vysvetlený pomocou obrázkov 1 až 10. Konkrétne zobrazené pomery rozmerov solenoidových vinutí, ako aj schémy rezonančných obvodov majú len ilustračný charakter a nie je ich možné považovať za zužujúce rozsah ochrany.The invention is explained in more detail with the help of figures 1 to 10. Specifically shown ratios of dimensions of solenoid windings, as well as diagrams of resonant circuits are only illustrative and cannot be considered as narrowing the scope of protection.
Na obrázku 1 je znázornená zámena plochej antény PICC zariadenia za solenoidovú anténu s cieľom zmenšiť priestorové nároky. Na ľavej strane obrázka je znázornená klasická plochá, planárna anténa Lp pripojená na PICC kontrolér s výstupmi NFC1, NFC2. V pravej časti je zobrazená solenoidová anténa s jadrom pripojená na PICC kontrolér.Figure 1 shows the replacement of the PICC device's flat antenna with a solenoid antenna in order to reduce space requirements. On the left side of the picture, a classic flat, planar antenna Lp connected to a PICC controller with outputs NFC1, NFC2 is shown. In the right part, a solenoid antenna with a core connected to a PICC controller is shown.
Obrázok 2 zobrazuje anténovú sústavu s dvoma solenoidovými vinutiami, ktoré sú umiestnené rovnobežne vedľa seba, kde druhá anténa je zaťažovaná samostatným druhým spínačom. V dolnej časti obrázku pri čiarkovanej línii, ktorá znázorňuje dátový tok, je zobrazený ilustračný priebeh signálu, ktorý ovláda oba spínače.Figure 2 shows an antenna array with two solenoid windings placed in parallel side by side, where the second antenna is loaded by a separate second switch. In the lower part of the figure, next to the dashed line, which shows the data flow, an illustrative waveform of the signal that controls both switches is shown.
Na obrázku 3 sú znázornené väzby medzi anténami PICC zariadenia a anténou PCD zariadenia, kde druhá anténa na strane PICC zariadenia je spínaná samostatným spínačom. Väzby medzi anténami PICC zariadenia a anténou PCD zariadenia sú označené ako k1, k2. V skutočnosti sú antény PICC zariadenia v tesnej vzájomnej blízkosti, na obrázku 3 sú pre prehľadnosť antény znázornené v odlišnej polohe.Figure 3 shows the connections between the antennas of the PICC device and the antenna of the PCD device, where the second antenna on the side of the PICC device is switched by a separate switch. The connections between the antennas of the PICC device and the antenna of the PCD device are marked as k1, k2. In fact, the antennas of the PICC device are in close proximity to each other, in Figure 3 the antennas are shown in a different position for clarity.
Obrázok 4 schematicky znázorňuje PICC kontrolér s dvomi spínačmi v jednom hardvérovom prvku. V ľavej časti obrázka pri čiarkovanej línii, ktorá znázorňuje dátový tok, je zobrazený ilustračný priebeh signálu, ktorý ovláda spínače.Figure 4 schematically shows a PICC controller with two switches in one hardware element. In the left part of the figure, next to the dashed line that shows the data flow, an illustrative waveform of the signal that controls the switches is shown.
Na obrázku 5 je príklad druhého spínača s dvoma MOS FET tranzistormi.Figure 5 shows an example of a second switch with two MOS FET transistors.
Na obrázku 6 sú znázornené priebehy napätia a signálov na anténach PICC a PCD zariadenia. Priebehy v ľavej časti po líniu A-A zobrazujú stav pri zapojení podľa tohto vynálezu, priebehy napravo od línie A-A zobrazujú stav bez spínania druhého spínača, teda podľa doterajšieho stavu techniky. Prvý priebeh (prvý v grafe zhora nadol) znázorňuje priebeh napätia digitálnej formy dátového signálu odpovede prenášanej z PICC do PCD. Druhý priebeh (druhý v grafe zhora nadol) znázorňuje signál medzi vývodmi PICC zariadenia na obrázku 3 označenými ako NFC1 - NFC2. Tretí priebeh (tretí v grafe zhora nadol) znázorňuje signál medzi vývodmi PCD zariadenia na obrázku 3 označenými ako ANT1 - ANT2. Štvrtý priebeh (štvrtý v grafe zhora nadol) znázorňuje detail obálky rovnakého signálu ako zobrazuje tretí priebeh (t. j. ANT1 - ANT2). Táto obálka je následne detegovaná vnútornými obvodmi PCD zariadenia, ktoré z nej zrekonštruujú odpoveď prenesenú z PICC zariadenia.Figure 6 shows the voltage and signal waveforms on the PICC and PCD antennas of the device. The curves in the left part along the line A-A show the state when connected according to this invention, the curves to the right of the line A-A show the state without switching the second switch, i.e. according to the current state of the art. The first waveform (first in the graph from top to bottom) shows the voltage waveform of the digital form of the response data signal transmitted from the PICC to the PCD. The second waveform (second in the graph from top to bottom) shows the signal between the terminals of the PICC device in Figure 3 marked as NFC1 - NFC2. The third waveform (third in the graph from top to bottom) shows the signal between the terminals of the PCD device in Figure 3 labeled ANT1 - ANT2. The fourth waveform (fourth in the graph from top to bottom) shows a detail of the envelope of the same signal as the third waveform (i.e. ANT1 - ANT2). This envelope is subsequently detected by the internal circuits of the PCD device, which reconstruct from it the response transferred from the PICC device.
Obrázky 7 a 8 vyobrazujú základné vzájomné polohy prvej a druhej antény PICC zariadenia. Na obrázku 7 sú antény vedľa seba, na obrázku 8 sú antény orientované kolmo do tvaru písmena L.Figures 7 and 8 show the basic relative positions of the first and second antennas of the PICC device. In Figure 7, the antennas are next to each other, in Figure 8, the antennas are oriented perpendicularly in the shape of the letter L.
Na obrázku 9 je schéma zapojenia demodulátora na spätné získanie digitálnych dát z analógového signálu medzi PICC kontrolérom a prvou anténou na strane PICC zariadenia. Obrázok 10 vyobrazuje postup rekonštrukcie signálu z vysokofrekvenčného signálu detegovaného na vývodoch NFC1 a NFC2 pomocou demodulátora.Figure 9 shows the circuit diagram of the demodulator for recovering digital data from the analog signal between the PICC controller and the first antenna on the side of the PICC device. Figure 10 shows the signal reconstruction procedure from the high-frequency signal detected at the terminals NFC1 and NFC2 using a demodulator.
Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of implementation of the invention
Príklad 1Example 1
V tomto príklade podľa obrázkov 2, 3, 5 až 7 má anténová sústava na strane PICC zariadenia dve antény 1, 2.In this example according to figures 2, 3, 5 to 7, the antenna system on the side of the PICC device has two antennas 1, 2.
PICC kontrolér 5 v tomto príklade je štandardný prvok s jedným párom výstupov NFC1, NFC2 a s dátovým digitálnym výstupom D. K výstupom NFC1 a NFC2 je pripojená prvá anténa 1. V PICC kontroléri 5 sú výstupy NFC1 a NFC2 pripojené k prvému spínaču 3. Ten je ovládaný tokom dát z riadiacej jednotky. Druhá anténa 2 je umiestnená rovnobežne a tesne vedľa prvej antény 1. Druhá anténa 2 má samostatný rezonančný obvod s druhým spínačom 4, ktorého ovládanie je prepojené s dátovým digitálnym výstupom D z PICC kontroléra 5.The PICC controller 5 in this example is a standard element with one pair of outputs NFC1, NFC2 and with a data digital output D. The first antenna 1 is connected to the outputs NFC1 and NFC2. In the PICC controller 5, the outputs NFC1 and NFC2 are connected to the first switch 3. This is controlled data flow from the control unit. The second antenna 2 is placed parallel to and right next to the first antenna 1. The second antenna 2 has a separate resonant circuit with a second switch 4, the control of which is connected to the data digital output D from the PICC controller 5.
V tomto príklade sú obe antény 1, 2 tvorené solenoidovými vinutiami, ktoré sú označené tiež ako L1 a L2. Solenoidové vinutia sú tvorené návinom vodiča na feritovom plochom jadre. Spoločná zastavaná plocha oboch antén 1, 2 je podstatne menšia ako plocha štandardnej plochej NFC antény na strane PICC zariadenia.In this example, both antennas 1, 2 are formed by solenoid windings, which are also marked as L1 and L2. Solenoid windings are formed by winding a conductor on a flat ferrite core. The common built-up area of both antennas 1, 2 is significantly smaller than the area of a standard flat NFC antenna on the side of the PICC device.
V tomto príklade je druhý spínač 4 ako externý bezpotenciálový spínač vyhotovený ako zapojenie dvoch MOS FET tranzistorov podľa obrázka 5.In this example, the second switch 4 as an external potential-free switch is made as a connection of two MOS FET transistors according to Figure 5.
Na obrázku 3 sú znázornené väzby medzi anténami 1, 2 PICC zariadenia a anténou 6 PCD zariadenia pri prebiehajúcej komunikácii. Na obrázku 6 sú zobrazené priebehy komunikácie vo fáze, pri ktorej PICC zariadenie zodpovedá PCD zariadeniu. Vplyv druhej antény 2 na detegovanú amplitúdu odpovede (LMA) je viditeľný na rozdieloch, kedy prvé štyri logické bity na obrázku 6 sú prenášané aj so synchrónnou podporou druhej antény 2 (anténový obvod L2-C2), čo na anténe 6 PCD zariadenia vyvoláva zmenu amplitúdy LMA2, a kde druhé štyri bity na obrázku 6 sa prenášajú iba prostredníctvom zmeny záťaže prvej antény 1 (anténový obvod L1-C1), čo zodpovedá detegovanej zmene LMA1. Zapojenie podpornej druhej antény 2 neovplyvňuje úroveň signálu na vývodoch NFC1 a NFC2 PICC kontroléra 5 počas vysielania odpovede. Rozdiel medzi LMA1 a LMA2 na strane PCD zariadenia je pritom podstatný.Figure 3 shows the connections between antennas 1, 2 of the PICC device and antenna 6 of the PCD device during ongoing communication. Figure 6 shows the flow of communication in the phase where the PICC device corresponds to the PCD device. The influence of the second antenna 2 on the detected response amplitude (LMA) can be seen in the differences, when the first four logic bits in Figure 6 are also transmitted with the synchronous support of the second antenna 2 (antenna circuit L2-C2), which causes a change in amplitude on the antenna 6 of the PCD device LMA2, and where the second four bits in Figure 6 are transmitted only through the load change of the first antenna 1 (antenna circuit L1-C1), corresponding to the detected change of LMA1. The connection of the supporting second antenna 2 does not affect the signal level at the NFC1 and NFC2 terminals of the PICC controller 5 during the transmission of the response. The difference between LMA1 and LMA2 on the side of the PCD device is substantial.
Rezonančný obvod druhej antény 2 nie je priamo pripojený k NFC1, NFC2 vývodom PICC kontroléra 5, nepodieľa sa na jeho napájaní. Jedinou úlohou tohto obvodu je teda synchrónne s modulačným signálom odpovede dodatočne odčerpávať energiu z magnetického poľa generovaného PCD zariadením, a tak podporiť pasívnu moduláciu od anténového obvodu prvej antény 1. Keďže PICC kontrolér 5 nie je napájaný cez rezonančný obvod druhej antény 2, môže sa meniť záťaž rezonančného obvodu L2-C2 v oveľa väčšom rozsahu. Zmena záťaže tohto rezonančného obvodu L2-C2 je realizovaná napr. napätím riadeným druhým spínačom 4, ktorý na základe signálu odpovede v digitálnej podobe pripája/odpája impedanciu (napr. odpor) k rezonančnej sústave L2-C2. Druhá anténa 2 je umiestnená do bezprostrednej blízkosti prvej antény 1, záťaž na týchto dvoch rezonančných obvodoch sa mení synchrónne, výsledný efekt sa na strane PCD obvodu sčítava, teda amplitúda odpovede (LMA - Load modulation amplitude) výrazne vzrastie, čím sa dosiahne podstatne spoľahlivejšia komunikácia na väčšiu vzdialenosť.The resonant circuit of the second antenna 2 is not directly connected to the NFC1, NFC2 terminals of the PICC controller 5, it does not participate in its power supply. The only task of this circuit is to additionally drain energy from the magnetic field generated by the PCD device synchronously with the response modulation signal, thus supporting passive modulation from the antenna circuit of the first antenna 1. Since the PICC controller 5 is not powered via the resonance circuit of the second antenna 2, it can change the load on the resonant circuit L2-C2 to a much greater extent. Changing the load of this resonance circuit L2-C2 is realized, for example. voltage controlled by the second switch 4, which, based on the response signal in digital form, connects/disconnects the impedance (e.g. resistance) to the resonance system L2-C2. The second antenna 2 is placed in the immediate vicinity of the first antenna 1, the load on these two resonant circuits changes synchronously, the resulting effect is added on the side of the PCD circuit, i.e. the response amplitude (LMA - Load modulation amplitude) will increase significantly, thus achieving significantly more reliable communication at a greater distance.
Indukcia prvej a druhej antény (1, 2) je v tomto príklade v rozsahu od 750 nH do 2 μΗ a kvalita Q v rozsahu 15 až 50.In this example, the inductance of the first and second antennas (1, 2) is in the range from 750 nH to 2 μΗ and the quality of Q is in the range of 15 to 50.
Príklad 2Example 2
Prvá anténa 1 a druhá anténa 2 sú solenoidové vinutia s jadrom, pričom sú umiestnené na spoločnej PCB tak, že majú vzájomne kolmú polohu do tvaru písmena L podľa obrázka 8.The first antenna 1 and the second antenna 2 are solenoid coils with a core, and they are placed on a common PCB so that they have a mutually perpendicular L-shaped position as shown in Figure 8.
Príklad 3Example 3
Čip, ktorý plní funkciu PICC kontroléra 5, v tomto príklade podľa obrázka 4, zahŕňa v jednom hardvérovom elemente prvý spínač 3 a druhý spínač 4. Má teda štyri výstupy pre dve antény 1, 2. Prvý spínač 3 aj druhý spínač 4 sú pripojené v rámci čipu k zhodnému dátovému toku z riadiacej jednotky CPU.The chip that fulfills the function of PICC controller 5, in this example according to Figure 4, includes in one hardware element the first switch 3 and the second switch 4. Thus, it has four outputs for two antennas 1, 2. Both the first switch 3 and the second switch 4 are connected in within the chip to the same data stream from the CPU control unit.
Príklad 4Example 4
V tomto príklade podľa obrázka 9 je použitý bežný PICC kontrolér 5 s jedným párom výstupov NFC1, NFC2 pre prvú anténu 1. Keďže tento konkrétny PICC kontrolér 5 nemá digitálny dátový výstup, k výstupom NFC1 a NFC2 je pripojený demodulátor 7, ktorého výstup je pripojený ako ovládanie pre druhý spínač 4.In this example according to figure 9, a common PICC controller 5 is used with one pair of outputs NFC1, NFC2 for the first antenna 1. Since this particular PICC controller 5 does not have a digital data output, a demodulator 7 is connected to the outputs NFC1 and NFC2, the output of which is connected as control for the second switch 4.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability
Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto vynálezu je možné priemyselne a opakovane záťažovo modulovať signál v anténovej sústave na strane PICC zariadenia, ako aj vyrábať anténové sústavy s aspoň dvoma anténami na strane PICC zariadenia. Tiež je možné podľa tohto vynálezu vyrábať nové dizajny PICC kontroléra, ktorý v sebe zahŕňa aspoň dva spínače na oddelené riadenie miery záťaže aspoň dvoch samostatných anténových rezonančných obvodov.The industrial applicability is obvious. According to this invention, it is possible to industrially and repeatedly load-modulate the signal in the antenna system on the side of the PICC device, as well as to produce antenna systems with at least two antennas on the side of the PICC device. It is also possible according to the present invention to manufacture new designs of a PICC controller that includes at least two switches for separately controlling the load rate of at least two separate antenna resonance circuits.
Zoznam vzťahových značiekList of relationship tags
L1, L2L1, L2
C1, C2C1, C2
CPUCPU
NFCNFC
- prvá anténa- the first antenna
- druhá anténa- second antenna
- prvý spínač- the first switch
- druhý spínač- second switch
- PICC kontrolér- PICC controller
- anténa PCD zariadenia- antenna of the PCD device
- demodulátor- demodulator
- solenoidové vinutia 1 a 2- solenoid windings 1 and 2
- kapacity rezonančného obvodu 1 a 2- capacities of resonance circuit 1 and 2
- riadiaca jednotka- controller
- near field communication, komunikácia blízkym poľom- near field communication, near field communication
NFC 1, NFC2 - výstupy NFC kontroléraNFC 1, NFC2 - NFC controller outputs
DATA DEMODDATA DEMOD
D1, D2 PCB AM LMAD1, D2 PCB AM LMA
- dátový signál- data signal
- demodulačný mostík- demodulation bridge
- diódy demodulácie- demodulation diodes
- printed circuit board, doska plošného spoja- printed circuit board
- amplitúdová modulácia- amplitude modulation
- Load modulation amplitude, amplitúda odpovede- Load modulation amplitude, response amplitude
Claims (14)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50022-2019A SK289183B6 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Load modulation method, antenna system and load modulation chip on the PICC device side |
| PCT/IB2020/053883 WO2020217219A1 (en) | 2019-04-24 | 2020-04-24 | Method of load modulation, antenna system and chip for load modulation on the side of picc device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK50022-2019A SK289183B6 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Load modulation method, antenna system and load modulation chip on the PICC device side |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK500222019A3 SK500222019A3 (en) | 2020-11-03 |
| SK289183B6 true SK289183B6 (en) | 2024-04-24 |
Family
ID=71083666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK50022-2019A SK289183B6 (en) | 2019-04-24 | 2019-04-24 | Load modulation method, antenna system and load modulation chip on the PICC device side |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK289183B6 (en) |
| WO (1) | WO2020217219A1 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102010056031B4 (en) * | 2010-12-27 | 2019-10-24 | Atmel Corp. | Passive transponder with a charging circuit and method for generating a supply voltage for a passive transponder |
| JP5677875B2 (en) * | 2011-03-16 | 2015-02-25 | 日立マクセル株式会社 | Non-contact power transmission system |
| EP2535838A1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-12-19 | Gemalto SA | Contactless communication method with negative modulation |
-
2019
- 2019-04-24 SK SK50022-2019A patent/SK289183B6/en unknown
-
2020
- 2020-04-24 WO PCT/IB2020/053883 patent/WO2020217219A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020217219A1 (en) | 2020-10-29 |
| WO2020217219A4 (en) | 2020-12-10 |
| SK500222019A3 (en) | 2020-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4131250B2 (en) | Reader / writer | |
| CN212392383U (en) | Antenna circuit and electronic device | |
| RU2260850C2 (en) | Contactless data medium | |
| EP1713145A1 (en) | Small loop antenna for induction reader/writer | |
| AU2011216860B2 (en) | Multiple antenna reading system suitable for use with contactless transaction devices | |
| WO2008050777A1 (en) | Communication device and portable communication terminal using the same | |
| JP2020195050A (en) | Antenna device and ic card including the same | |
| JP2020195049A (en) | Antenna device and ic card including the same | |
| CN209217193U (en) | Communication equipment | |
| US20150090789A1 (en) | Calculated compensated magnetic antennas for different frequencies | |
| SK289183B6 (en) | Load modulation method, antenna system and load modulation chip on the PICC device side | |
| CN103886359A (en) | Mobile phone card with radio frequency identification function | |
| JP2008301241A (en) | Loop antenna and radio transmitter/receiver with loop antenna | |
| CN208299048U (en) | Near-field communication aerial circuit and electric terminal with the antenna circuit | |
| KR20170072773A (en) | Coil module and mobile terminal using the same | |
| JP2007058381A (en) | Antenna circuit | |
| US8763893B2 (en) | Switchable RFID card reader antenna | |
| CN101150221A (en) | An antenna of book electronic certificate read-write device | |
| JP2010147623A (en) | Antenna unit | |
| KR101694520B1 (en) | Loop antenna and method for switching thereof | |
| CN203025754U (en) | Mobile phone card with radio frequency identification function | |
| US20190171922A1 (en) | Rfid tag | |
| US20140085162A1 (en) | Loop antenna | |
| US8938198B2 (en) | Wireless communication device and medium processing apparatus | |
| US11984917B2 (en) | Electronics for use in smart cards and other near field RF communications enabled systems |