【发明授权】有源发送标签的方法和电路_意法半导体国际有限公司_201711262079.5 

申请/专利权人:意法半导体国际有限公司

申请日:2014-01-14

发明/设计人:温科·昆茨;马克西米连·什蒂格利奇;科斯塔·考瓦斯克;阿尔宾·佩维克;安东·斯特恩

公开(公告)日:2020-11-24

代理机构:北京市金杜律师事务所

公开(公告)号:CN108090544B

代理人:王茂华;张宁

主分类号:G06K19/07(20060101)

地址:荷兰阿姆斯特丹

分类号:G06K19/07(20060101);H04B5/00(20060101)

优先权:["20130115 SI 201300010"]

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.11.24#授权;2018.06.22#实质审查的生效;2018.05.29#公开

摘要:有源发送标签在具有副载波的一半周期的长度的时间间隔中检测天线信号as的相位关于发送信号ts的相位的偏移,在这些时间间隔中,有源发送标签发送高频波包,在所述半周期的结束处,根据通信协议,该高频波包的相位被反转。以所述相移在向随后的半周期的过渡处保持其绝对值的方式由所述相移控制所述波包的生成。即使在标签的发送期间也执行使标签的发送与接收的询问器信号同步,使得标签能够在所述半周期之间的过渡处通过反转相位来根据协议ISO14443B进行发送。即使在发送的数据帧内不存在没有标签发送的时间窗口,也执行所述同步。

主权项:1.一种用于在询问器和有源发送标签之间的高频通信的方法,所述方法包括:在发送数据帧之前由所述有源发送标签确定由所述询问器的辐射场引起的天线信号的相位,通过匹配电路使用由所述有源发送标签发送的信号激发所述有源发送标签的天线,其中所发送的信号初始地具有与所述天线信号的相位相等的相位,由所述有源发送标签生成与所述数据帧对应的高频突发的序列;由所述有源发送标签发送所述高频突发的序列,其中每个高频突发具有所发送的信号的一个副载波半周期的长度以及在每个副载波半周期的结束处根据通信协议反转的相位;在具有一个副载波半周期的长度的时间间隔中,由所述有源发送标签在所述数据帧的发送期间检测所述天线信号的相位相对于所发送的信号的相位的偏移;以及每次在过渡到随后的副载波半周期之后,由所述有源发送标签根据所述天线信号的偏移控制所述高频突发的序列的生成。

全文数据:有源发送标签的方法和电路[0001]分案申请说明[0002]本申请是于2015年7月15日进入中国国家阶段的申请号为201480004950.X、国际申请号为PCTEP2014050599、国际申请日为2014年01月14日、名称为“有源发送标签的方法和电路”的PCT专利申请的分案申请。技术领域[0003]本发明涉及旨在用于与询问器通信的有源发送标签的方法和电路。背景技术[0004]有源发送标签的方法和电路被设计用于与询问器高频通信,在该高频通信时,在标签开始发送数据帧之前,标签的电路观测标签的天线信号的相位。本发明的方法和电路旨在用于根据在发送信号中的副载波的半周期之间的过渡处具有相位反转的通信协议ISO14443B的通信,以及根据在发送中具有212kbs、424kbs或者848kbs的比特率的发送信号中的副载波的半周期之间的过渡处具有相位反转的通信协议ISO14443A的通信,或者根据其它通信协议例如TOLICA的通信,在该其它通信协议中有源发送标签发送长数据帧,在该通信时,有源发送标签通过关于当前天线信号的相位检测发送信号的相位来控制发送信号的相位。[0005]有源发送标签的信号相长地constructively干扰询问器天线处的询问器的发送信号。因此以显著强于由相等尺寸的无源标签passivetag发送信号的方式检测所述标签的信号,其中无源标签负载调整询问器信号。有源发送标签的小天线设法在询问器天线处建立足够强的信号,这加速了有源发送标签的开发。[0006]所述询问器天线处的相长干扰由有源发送标签实现,有源发送标签将发送信号的相位和频率与所接收的询问器信号匹配至最佳可能的程度。[0007]已知的技术解决方案(GieseckeDevrientGmbH、InsideContactlessS.A.和IDSd.o.o.连同AustriamicrosystemsAG在实际应用中具有不同水平的成功并且以各种方式获得所述匹配。[0008]专利EP1801741BKGieseckeDevrient公开了技术解决方案,在该技术解决方案中在有源发送标签开始发送数据帧之前,有源发送标签将其发送信号与接收的询问器信号在相位和频率上进行匹配。在发送数据帧期间相位和频率未被修正,从而没有可靠通信能够被保证。[0009]根据专利EP2431925B1InsideContactlessS.A.中公开的已知技术解决方案在标签开始发送彳目号之前,实际是在每个发送突发transmittedburst之前,将标签的发送信号的相位和频率与接收的询问器进行匹配。具有13.56MHz的载波频率的八个波的包表示所述突发。在根据协议ISO14443A或者ISO14443B的通信中,突发在发送信号的副载波的半周期上延伸。[0010]专利申请PCTSI2012000024IDSd.o.o•连同AustriamicrosystemsAG中公开的有源发送标签观测在这样足够地选择的时间间隔中标签的天线中感应的以及甚至位于被发送的数据帧内的感应的询问器的信号的相位,在该时间间隔中,根据通信协议,智能标签不发送高频无线电波的包,并且在每个这样的时间间隔已经过去之后有源发送标签开始通过使用发送信号激发它自身的天线来发送高频波包,在发送每个所述高频波包的开始处发送信号的相位总是被设置成关于天线信号所述相移同一相位角度。[0011]所述专利EP1801741B1还提出了以下通信方式:在发送信号的副载波的半周期期间以及在具有反转相位的接下来的半周期中,以某个相位发送高频波包。询问器天线处的标签的信号的幅值因此得到加倍并且通信范围增加。[0012]在图1中用针对根据协议ISO14443A和ISO14443B的通信的第一窗口和第二窗口以及针对根据协议ISO14443A和ISO14443B的通信的第三窗口和第四窗口表示有源发送标签的天线处的发送信号的电压,在两种情况下都在发送信号的副载波的半周期之间的过渡处反转相位。[0013]当根据协议ISO14443A或者根据协议ISO14443B通过在发送信号的副载波的半周期之间的过渡处反转相位来通信时,专利EP2431925B1中公开方法是不可行的,因为第一突发紧挨第二突发且第二突发没有停顿地跟在第一突发之后,并且以此类推;副载波的半周期在这里不再可用,在该副载波的半周期中将观测询问器信号的相位以相位重匹配发送信号的标签的发生器。[0014]根据协议ISO14443A,能够通过在发送信号副载波的半周期之间的过渡处反转相位来在通信中应用专利申请PCTSI2012000024公开的方法,因为在具有半个比特的长度或者副载波的四个周期的长度的时间间隔期间有源发送标签不发送。进而,在根据协议ISO14443B通过所述反转相位来通信时,不能应用所述方法,在该通信协议中,在整个数据帧的发送期间,有源发送标签不间断地发送并且不存在可获得的时间窗以匹配相位和频率。发明内容[0015]本发明解决的技术问题是:在通过在发送信号副载波的半周期之间的过渡处翻转相位来根据协议ISO14443B通信时,以及在以更高发送比特率诸如212kbs、424kbs或者848kbs下使用所述相位反转来根据协议ISO14443A通信时,或者通过所述相位反转例如FELICA来根据其它协议在该反转中有源发送标签发送长数据帧通信时,如何执行将所述发送信号的副载波的每个半周期内的有源发送标签的发送信号的相位和频率与接收的询问器信号的相位和频率进行匹配。[0016]通过旨在用于询问器和有源发送标签之间的高频通信的本发明的方法和用于执行所述方法的本发明的电路来解决本发明的技术问题,该方法如权利要求1的特征所表征,该电路如权利要求9的特征所表征。从属权利要求表征它们的实施方式的变型。[0017]本发明提议在标签的发送期间使由有源发送标签发送的信号和所接收的询问器信号同步,这使得即使根据具有发送信号副载波的半周期之间的过渡处的相位反转的协议ISO14443B,有源发送标签也能够发送长数据帧。即使发送的数据帧没有不具有发送的时间窗口,本发明也使所述同步成为可能。附图说明[0018]现在将借助于旨在用于与询问器进行的有源发送标签的高频通彳目的本友明的万法和电路的实施方式的描述以及借助于表示在以下附图中的附图更为详细地说明本发明。[0019]图1:用针对根据协议iso14443A和ISO14443B的通信的第一窗口和第二窗口以及针对根据协议ISO14443A和ISO14443B的通信的第三窗口和第四窗口表示有源发送标签的天线处的发送信号的电压,在两种情况下都在发送信号的副载波的半周期之间的过渡处反转相位。[0020]图2:在第一、第二和第三窗口中,具体地,当关于标签的发送信号的相位,询问器的感应信号的相移4分别等于0、31和312时,在没有标签的发送信号u’ts的情况下由询问器的电磁场感应的标签的天线上的信号U’as的时间演化,在没有询问器的感应的信号的情况下标签的天线上的标签的发送信号U’ts的时间演化,和位于询问器的电磁场中的有源发送标签的天线上的所得到的信号U的时间演化;[0021]图3:在第一窗口和第二窗口中,分别在所述相移4等于0时和在相移不与〇或者4妾近时,与相位反转的时刻Phlnv接近的相同的三个信号的时间演化;和[0022]图4:根据使用在发送信号副载波的半周期之间的过渡处相位反转的协议的用于询问器和有源发送标签之间的高频通信的本发明的标签的电路的框图。具体实施方式[0023]标签的天线A上的信号U’as的幅值和标签的天线A上的所述标签的发送信号U’ts的幅值之间比从几百微伏分之几十微伏的值到几十伏分之几伏的值变化图2和4,所述信号U’as是在没有标签的发送信号U’ts的情况下由询问器的电磁场感应的。[0024]因此,标签的发送信号ts与由询问器感应的信号U’as重叠。它们精确地具有由询问器感应的信号U’as的相位和频率,标签的发送信号ts的相位和频率应该基于由询问器感应的信号U’as的相位和频率,以在询问器天线处在由有源发送标签发送信号和询问器的自己的发送信号之间实现相长干扰。有源发送标签的效率是基于所述相长干扰的。[0025]考虑如在图2中所表示的重叠两个正弦波信号的三个情况促成技术问题的解决方案,该技术问题为:如何在具有微弱的接收询问器信号的相位和频率的所述发送信号的副载波的每个半周期内执行有源发送标签的发送信号的相位和频率的匹配,有源发送标签的发送信号精确地具有微弱的询问器信号的相位和频率,在根据在发送信号的副载波的半周期之间的过渡处具有反转相位的协议ISO14443B通信时,以及在根据采用更高发送比特率诸如212kbs、424kbs或者848kbs的具有所述相位反转的协议ISO14443A通信时,或者在根据有源发送标签发送长数据帧的具有所述相位反转例如FELICA的其它协议通信时,标签的发送信号ts的相位和频率应该基于询问器信号的相位和频率。[0026]应该考虑到有源发送标签或者在副载波的所有半周期期间或者至少在它们中的一半的期间进行发送,因此标签的发送信号在所有时间内或者在至少相当长的时间部分内重叠微弱询问器信号。[0027]在最初没有标签的发送信号U’ts虚线时,在标签的发送期间,在标签的天线中,询问器的电磁场在标签的天线中感应的信号U’as点划线叠加在所述标签的发送信号U’ts上。在(最初)没有感应的询问器信号时,标签的发送信号U’ts具有时间演化U’ts=Asin〇t。所述信号U’as具有时间演化U’as=asinwt+小),其中a«A并且巾为关于所述标签的发送信号U’ts的感应的信号的相移。[0028]在标签同时接收询问器信号和进行发送时,标签的天线处的所得到的信号U连续线关于标签的发送信号U’ts没有相移⑺=〇,并且仅在相移小=0和巾=JI处分别为第一窗口和第二窗口)改变振幅A:U=A土asin〇t,而在相移中=±Jt2处第三窗口)所得到的信号U关于标签的发送信号U,ts相移土aA,并且振幅没有改变:U二Asin〇t+S。因此,相移5为相移}的量度。[0029]对于等于〇的所述相移巾和与0不同的所述相移巾,在图3中表示接近指代所述相位反转的点Phlnv的所述三个信号的时间演化。关于标签的发送彳目号Uts,甚至关于通过在反转点PhInv之前和之后建立所述相移的差获得的它的加倍的值所得到的信号U的相移8能够被选择为一个量,在根据在发送信号中的副载波的半周期之间的过渡处具有相位反转的通信协议ISO14443B生成用于通信的发送信号ts时,以及在根据对于具有212kbs、424kbs或848kbs的更高比特率的发送的在发送信号中的副载波的半周期之间的过渡处具有相位反转的通信协议ISO14443A生成用于通信的发送信号ts时,或者在根据有源发送标签使用所述相位反转进行发送所依照的其它通信协议例如FELICA生成用于通信的发送信号ts时,能够基于该量进行调节。[0030]由任何已知方法开始执行用于询问器和有源发送标签之间的高频通信的本发明的方法,例如用于在有源发送标签开始发送时在发送的开始处将标签的发送信号ts的相位与询问器信号进行匹配的专利申请PCTSI2012000024中公开的方法。[0031]在位于询问器的辐射场中的有源发送标签开始发送数据帧之前,它首先观测作为那时由询问器感应的信号的天线信号as的相位图4。此时,有源发送标签还不生成用于发送信号ts的一系列高频波包[0032]有源发送标签然后开始使用所述发送信号ts通过激发它自己的天线A来以高频波包的序列的形式生成和发送数据帧,该发送信号ts与直到那时出现的天线信号as同步,即发送信号ts具有关于所述天线信号as的同一频率和恒定期望相移。[0033]在发送的开始处,发送信号ts的相位被设置为关于直到那时出现的所述天线信号as的偏移选定的第一相移。所述第一相移的值优选设置为零。发送信号ts通过匹配电路被传导至标签天线A。[0034]根据本发明,有源发送标签以以下方式发送数据帧:有源发送标签每次在副载波半周期的结束处根据通信协议发送具有发送信号ts的副载波的半个周期的长度的并且具有反转的相位的高频波包。[0035]在数据帧发送期间在具有一个副载波半周期的长度的时间间隔中,有源发送标签将天线信号as的相位关于发送信号ts的相位的偏移检测为第二相移。[0036]根据本发明,有源发送标签根据先前的副载波半周期中所检测的所述第二相移控制每次在进入副载波的随后的半周期的过渡之后生成高频波包。[0037]另一方面,有源发送标签以以下方式控制生成高频波包:所述第二相移在进入随后的副载波半周期的过渡处保持恒定绝对值。优选地,所述第二相移在所述过渡处保持为零。[0038]另一方面,有源发送标签可以计算副载波的当前半周期的所述第二相移和先前的副载波半周期的所述第二相移之间的差。现在以以下方式控制高频波包的生成:所述第二相移之间的差在进入随后的副载波半周期的过渡处保持恒定绝对值。优选地,所述第二相移之间的所述差应该保持为零。[0039]以下任何通信协议能够被用来执行本发明的方法:根据该通信协议,在副载波半周期之间的过渡处反转相位。[0040]通信协议ISO14443B根据该协议,在副载波半周期之间的过渡处反转相位为这样的协议(图1窗口4。在根据该通信协议发送数据帧期间,有源发送标签没有这样的时间窗口:该时间窗口没有任其支配的发送,在该时间窗口期间有源发送标签将能够如根据本领域的情况那样检测所述第一相移。[0041]在副载波半周期之间的过渡处具有相位反转并且用于具有212kbs、424kbs或者848kbs的比特率的发送的通信协议ISO14443A或者协议FELICA也合适作为用于执行本发明的方法的协议。[0042]用于与询问器进行的有源发送标签的高频通信的本发明的电路也可以是基于专利申请PCTSI2012000024中公开的已知电路。[0043]在该已知电路中,来自标签天线A的天线信号as通过衰减和直流电压限定电路AttDC以及可变增益放大器VGA被传导入数字转换器Dig。由控制信号gcs调整所述增益。[0044]来自数字转换器Dig的输出的数字化的天线信号das已经在有源发送标签开始发送数据帧之前被传导至相位频率比较器C的输入,相位频率比较器C观测由询问器的辐射场引起的所述天线信号as的相位。由设置第一相移的相移控制信号pscs控制相位频率比较器C〇[0045]相位频率比较器C以某方式控制压控振荡器VC0以开始生成发送信号ts。在数据帧发送的开始处,关于天线信号as以所观测的第一相移来偏移它。[0046]发送信号ts以高频波包的序列的形式通过输出放大器0A和匹配电路被传导至天线A。[0047]借助于限定标签的发送的开始和结束的发送开启信号tos来控制输出放大器0A和衰减及直流电压限定电路AttDC两者。在开始数据帧的发送之前,关于由振幅测量电路AMC所测量的天线信号as的强度设置输出放大器0A的增益。[0048]本发明的有源发送标签以以下方式发送数据帧:它产生和发送每个具有发送信号ts的一个副载波半周期的长度、每次在副载波半周期的结束处根据通信协议反转所述波包的相位的高频波包。[0049]所述通信协议能够为任何以下通信协议:根据该通信协议,在副载波半周期之间的过渡处反转相位。[0050]根据本发明,数字转换器Dig的输出和放大器0A的输出连接至相移检测器roD的输入端子,相移检测器roD可以为混和电路。在有源发送标签的发送期间在具有一个副载波半周期的长度的时间间隔中,相移检测器PDD检测相位天线信号as的相位关于发送信号ts的相位的偏移并且产生第二相移的信号。[0051]来自相移检测器roD的输出的第二相移的信号被传导至调节器电路R,调节器电路R在发送数据帧期间以某种方式控制压控振荡器VC0以根据所述检测的第二相移生成高频波包。[0052]通过由反相信号pis控制的反相器级CIS来传导来自压控振荡器VC0的输出的高频波包。根据通信协议反转发送信号ts的相位。_[0053]一方面,可以以以下方式执行对压控振荡器VC0的所述控制:所述第二相移每次在进入随后的副载波半周期的过渡处保持恒定绝对值。优选地,所述第二相移保持为零[0054]另一方面,可以以以下方式执行所述控制:[0055]来自相移检测器PDD的输出的第二相移信号被传导至用于确定第二相移的改变的受控电路PDCD的输入。由所述反相信号pis控制所述电路并且所述电路计算当前副载波半周期的所述第二相移和先前的半周期的副载波的所述第二相移之间的差。[0056]用于确定第二相移的改变的受控电路HCD的输出连接至所述调节器电路R。调节器电路R以以下方式控制压控振荡器VC0:所述第二相移的改变在进入随后的半周期的过渡处保持恒定绝对值,并且优选保持为零。

权利要求:1.一种用于在询问器和有源发送标签之间的高频通信的方法,所述方法包括:在发送数据帧之前由所述有源发送标签确定由所述询问器的辐射场引起的天线信号的相位,通过匹配电路使用所发送的信号激发所述有源发送标签的天线,其中所发送的信号初始地具有与所述天线信号的相位相等的相位,由所述有源发送标签生成与所述数据帧对应的高频突发的序列;由所述有源发送标签发送所述高频突发的序列,其中每个高频突发具有所发送的信号的一个副载波半周期的长度以及在每个副载波半周期的结束处根据通信协议反转的相位;在具有一个副载波半周期的长度的时间间隔中,由所述有源发送标签在所述数据帧的发送期间检测所述天线信号的相位相对于所发送的信号的相位的偏移;以及每次在过渡到随后的副载波半周期之后,由所述有源发送标签根据所述天线信号的偏移控制所述高频突发的序列的生成。2.根据权利要求1所述的方法,其中控制所述高频突发的序列的生成包括:在向所述随后的副载波半周期的所述过渡处保持关于所述天线信号的相位的偏移的恒定绝对值。3.根据权利要求2所述的方法,其中所述天线信号的相位的偏移在向所述随后的副载波半周期的所述过渡处被保持为零。4.根据权利要求1所述的方法,还包括:由所述有源发送标签计算当前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移和先前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移的差;以及由所述有源发送标签控制所述高频突发的序列的生成以在向所述随后的副载波半周期的所述过渡处保持相对于所述天线信号的相位的偏移之间的所述差的恒定绝对值。5.根据权利要求4所述的方法,其中所述天线信号的相位的偏移之间的所述差在向所述随后的副载波半周期的所述过渡处保持为零。6.根据权利要求1所述的方法,其中所述通信协议是在所述副载波半周期之间的所述过渡处所述相位被反转所依据的通信协议。7.根据权利要求6所述的方法,其中所述通信协议为通信协议ISO14443B,根据所述通信协议ISO14443B,在所述副载波半周期之间的所述过渡处,所述相位被反转。8.根据权利要求6所述的方法,其中所述通信协议为通信协议ISO14443A,根据所述通信协议ISO14443A,在所述副载波半周期之间的所述过渡处,所述相位被反转,并且所述发送的比特率为212kbs、424kbs或者848kbs。9.一种用于在询问器和有源发送标签之间的高频通信的电路,所述电路包括:天线,被配置成接收天线信号;数字转换器,包括耦合至所述天线的输入;_相位频率比较器,被配置成在发射数据帧之前确定由所述询问器的辐射场引起的所述天线信号的相位,其中所述相位频率比较器的输入连接至所述数字转换器的输入;压控振荡器,被配置成生成发送信号,所述发送信号初始地具有与所述天线信号的相位相等的相位,其中所述发送信号是与所述数据帧对应的高频突发的序列,以及其中每个高频突发具有所发送的信号的一个副载波半周期的长度以及在每个副载波半周期的结束处根据通信协议反转的相位;输出放大器和匹配电路,被配置成传导所述发送信号至所述天线;相移检测器,被配置成在具有一个副载波半周期的长度的时间间隔中检测所述天线信号的相位关于所述发送信号的相位的偏移,以及其中所述数字转换器的输出和所述输出放大器的输出被连接至所述相移检测器的输入端子;以及调节器,被配置成在所述高频突发的序列的发送期间控制所述调节器以根据所述天线信号的相位的偏移生成高频突发的序列,其中所述相移检测器的输出被传导至所述调节器的输入。10.根据权利要求9所述的电路,还包括受控反相器级,所述受控反相器级被配置成根据通信协议反转所述发送信号的相位,其中所述受控反相器级由相位反转信号控制。11.根据权利要求9所述的电路,其中所述相移检测器为混和电路。12.根据权利要求9所述的电路,其中所述调节器被配置成控制所述压控放振荡器在向随后的副载波半周期的过渡处保持相对于所述天线信号的相位的偏移的恒定绝对值。13.根据权利要求9所述的电路,其中所述调节器被配置成控制所述压控放振荡器在向随后的副载波半周期的过渡处保持相对于天线信号的相位的偏移的为零的相位偏移。14.根据权利要求9所述的电路,还包括控制电路,其中所述控制电路的输入连接至所述相移检测器的输出,以及其中所述控制电路被配置成计算当前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移和先前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移的差。15.根据权利要求14所述的电路,其中所述控制电路由来自所述相移检测器的输出的相移信号控制。16.根据权利要求14所述的电路,其中所述调节器还包括连接至所述控制电路的输出的输入,以及其中所述调节器被配置成控制所述VC0在向所述随后的副载波半周期的所述过渡处保持相对于前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移和先前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移的差的恒定绝对值。17.根据权利要求14所述的电路,其中所述前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移和先前副载波半周期的所述天线信号的相位的偏移的差在向所述随后的副载波半周期的所述过渡处被维持为零。18.根据权利要求9所述的电路,其中所述调节器被配置成控制所述压控振荡器以具有通信协议,根据该通信协议所述相位在所述副载波半周期之间的转变处被反转。

百度查询: 意法半导体国际有限公司 有源发送标签的方法和电路