ЗАПРОСЧИК ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК G01S13/75 H04B5/02 

Это изобретение относится к системам электронной идентификации, особенно к системам, содержащим запросчик и один или более ответчик, не находящийся с ним в контакте.

Находящаяся на рассмотрении заявка на патент N 95053500, поданная 16 марта 1995 года настоящим заявителем, включает краткую ссылку, относящуюся к запросчику, включающему цифровой фильтр и способному обнаруживать небольшие изменения в добротности, и изобретение этой заявки может быть использовано в таком запросчике.

Запросчики и не находящиеся с ними в контакте ответчики являются известными и одна такая система описывается в опубликованной Европейской патентной заявке N 0585132, (CSIR). В этой заявке ответчик идентифицируется за счет синхронизации выделенного сигнала данных и синхронизирующего сигнала, но такой запросчик не может обнаруживать малые изменения частоты в системе, имеющей широкую, полосовую добротность. В Европейской заявке N 0374018 (Etat Francais) детектор кредитных карточек объединяется с емкостным трехточечным генератором с параллельным питанием и перестраиваемой частотой, но изменение частоты является существенным и зависящим от двух конденсаторов и индуктивности, когда детектор связан с кредитной карточкой. Такой детектор не может обнаруживать малые изменения частоты.

В соответствии с изобретением, запросчик для электронной системы идентификации содержит первый генератор, выполненный так, чтобы изменять частоту в соответствии с частотой принимаемого сигнала; второй генератор, выполненный так, чтобы менять частоту в соответствии с частотой первого генератора после задержки нескольких циклов принимаемого сигнала; и устройство для обнаружения разности фаз между первым и вторым генераторами.

Указанная задержка может обеспечиваться за счет использования фильтра нижних частот синхронного детектора в устройстве фазового дискриминатора.

Первый генератор может быть чувствительным к изменениям сопротивления и тогда второй генератор будет нечувствителен к изменениям сопротивления. Первый генератор может представлять собой емкостный трехточечный генератор с параллельным питанием, выполненным так, что является нестабильным. Второй генератор может представлять собой генератор, управляемый напряжением.

Предпочтительно, чтобы генератор, кроме того, содержал устройство обнаружения фазовых изменений, такое, как цифровой фильтр, который, кроме того, измеряет частоту, на которой происходят изменения фазы, причем такие измерения частоты показывают частоту модуляции, и, таким образом, сигнал идентификации ответчика, не находящегося в контакте.

Предпочтительно, чтобы вход для цифрового фильтра содержал матрицу триггеров; линию задержки, соединенную с каждым триггером и выполненную так, что временная задержка, обеспечиваемая каждой линией задержки, увеличивается дискретно вдоль матрицы; и устройство для получения сигналов от емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием и второго генератора как первого и второго сигналов синхронизации и для получения указанных синхронизирующих сигналов, относящихся к каждой паре линии триггер/задержка, таким образом, что, когда разность фаз между сигналами синхронизации соответствует времени, которое меньше, чем временная задержка, обеспечиваемая линией задержки, связанный с ней триггер обеспечивает первый логический выходной сигнал, и когда указанное время больше, чем временная задержка, обеспечиваемая линией задержки, связанный с ней триггер обеспечивает второй логический выходной сигнал.

Предпочтительно, кроме того, обеспечить наличие второй матрицы триггеров и линий задержки, связанных противоположным образом по отношению к первой матрице, так, что, если первый сигнал синхронизации опережает второй сигнал синхронизации, изменяется логический выходной сигнал первой, матрицы и, если первый сигнал синхронизации отстает от второго сигнала синхронизации, изменяется логический выходной сигнал второй матрицы.

Теперь изобретение будет описано с помощью примера только со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает принципиальную электронную схему идентификации;
фиг. 2 изображает по частям в виде блок-схемы запросчик в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 3a и 3b изображают изменения тока и напряжения на антенне запросчика;
фиг. 4a и 4b изображают соответственно напряжение и частоту на выходе емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием и фиг. 4c изображает результирующий сигнал ошибки;
фиг. 5 изображает действие схемы фазового дискриминатора;
фиг. 6 изображает принцип нового расположения для обеспечения входного сигнала по отношению к цифровому фильтру.

На фиг. 1 показана электронная схема идентификации, которая содержит запросчик 10 и пассивный ответчик 12. Запросчик передает энергию на ответчик, как показано позицией 14, например, на частоте от 150 до 256 кГц, и ответчик использует энергию для ответа с сигналом идентификации 16, например, на частоте в несколько сотен МГц, модулированного по амплитуде, частоте или фазе с помощью известных методик. Например, ответчик модифицирует частоту сигнала за счет изменения полной добротности системы.

В находящейся на рассмотрении заявке на патент N 95053500, поданной 16 марта 1995 года настоящим заявителем, описывается ответчик, имеющий передающую антенну данных, которая модулируется за счет укорачивания ее катушки таким образом, что добротность системы запросчик-ответчик изменяется. Конструкция антенны такова, что добротность является широкой и полосовой, так что обнаружение малого изменения частоты не может быть достигнуто за счет известных методик.

Фиг. 2 изображает схему запросчика, способного обнаруживать малое изменение частоты в таких условиях. Первичная катушка антенны 34 запросчика 10 связана со схемой функции отрицания, содержащей два полевых транзистора со структурой металл-оксид-полупроводник 30, 32 и каждый конец катушки 34 связан соответственно с одним или двумя конденсаторами 36, 38.

Схема основывается на емкостном трехточечном генераторе с параллельным питанием, и величины выбираются таким образом, чтобы, в противоположность традиционным принципам конструирования, генератор являлся нестабильным. Схема функции отрицания обладает значительной способностью управления и таким образом, значительной передачей энергии.

Фиг. 3a и 3b являются соответственно графиками тока через первичную катушку 34 и напряжения на первичной катушке 34 при включении схемы; стабильное состояние достигается быстро, и токи могут быть высокими - порядка 50 мА.

Выходной сигнал генератора, который обозначен V₃ на фиг. 2, связан с фазовым дискриминатором и фильтром нижних частот фазового дискриминатора 40, выходной сигнал которого связан с генератором, управляемым натяжением (VCO) 42, и входной схемой 46 устройства обнаружения фазовых изменений 48. Генератор, управляемый напряжением 42, питает как делитель 44, так и входную схему 46. Устройство обнаружения фазовых изменений 48 связано с выделением данных и схемой идентификации пассивного ответчика 49.

Генератор, убавляемый натяжением 42, обычно состоит из конденсатора и инжектора тока и, не имея катушки, является нечувствительным к изменениям частоты сигнала, принимаемого антенной 34. Генератор, управляемый токам 42, генерирует частоту, которая в 8 раз превышает частоту сигнала V₃ от емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием, и делитель 44 делит эту частоту на 8 для питания фазового дискриминатора 40, обозначенную как V₅. Причина в том, что цифровой фильтр 48 требует 8 импульсов синхронизации для каждого импульса синхронизации, полученного от емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием.

В ходе работы фазовый дискриминатор 40 обеспечивает сигнал ошибки, и генератор, управляемый током 42, работает с целью отмены ошибки, синхронизируя частоту генератора 42 с частотой емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием.

Теперь предположим, что ответчик 12 модулируется для изменения добротности системы; частота емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием изменяется на небольшую величину, и это изменение частоты измеряется при использовании сигнала ошибки.

Модуляция осуществляется за счет замыкания и размыкания переключателя в ответчике 12 по отношению к короткой части его передающей катушки данных, и это действие проиллюстрировано на фиг. 4a, которая показывает напряжение на катушке антенны 34; если переключатель замкнут, напряжение между пиками неизменно, хотя абсолютное значение сигнала изменяется; это составляет заметный контраст по отношению к схемам с запросчиком известного уровня техники, которые обнаруживают поглощение энергии и, таким образом, допускают значительное изменение сигнала от пика до пика. Показано действие одного замыкания и размыкания переключателя, т.е. одного бита данных ответчика.

Фиг. 4b изображает выходной сигнал емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием; существует действительно небольшое изменение частоты, незаметное на фиг. 4b, но проиллюстрированное на фиг. 4c, которая изображает выходной сигнал фазового дискриминатора 44 (т.е. V₃-V₅) и, следовательно, входной сигнал по отношению к генератору, управляемого напряжением 42, и схеме 46.

Фиг. 5 изображает схематически действие фазового дискриминатора 40. Показаны изменения во времени V₃ входного сигнала от емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием; V₅, входного сигнала от делителя 44; и V₃-V₅, выходного сигнала фазового дискриминатора. Два сигнала медленно смещаются в сторону. Для ясности, величины являются такими, которые были бы связаны с очень большой катушкой антенны в ответчике, которая бы не использовалась на практике.

Если бы схеме коррекции ошибки была дана возможность работать быстро, показанный сдвиг в сторону не происходил бы и сигнал генератора, управляемого напряжением, быстро бы следовал за сигналом емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием, и ни задержка, ни соответствующее изменение фазы не могли бы быть измерены. Наличие фильтра нижних частот синхронного детектора в дискриминаторе 40 замедляет процесс таким образом, что коррекция проводится только после нескольких циклов, позволяя тем самым обнаружить ошибку и, следовательно, изменение частоты емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием.

На фиг. 6 показана входная схема 46, которая получает два сигнала синхронизации V₃ и V₅ для передачи на цифровой фильтр 48, который представляет собой один конкретный вариант устройства обнаружения фазовых изменений. Функциями схемы является измерение времени между поднимающимися краями сигналов V₃ и V₅, показанными на фиг. 5 и передача их на цифровой фильтр 48.

Фиг. 6 изображает ряд триггеров и линии задержки, расположенные в двух блоках; предполагается, что эта схема, которую можно рассматривать как блочную схему синхронизации, является новой в любой заявке.

Первый блок содержит три идентичные схемы триггеров 52, 54, 56, каждая с линией задержки 53, 55, 57, подключенной параллельно. Каждый из входных сигналов синхронизации схем триггеров и линий задержки снабжается сигналом синхронизации от емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием (фиг. 2) на линии 58, и выходные сигналы триггеров связаны с цифровым фильтром 48.

Второй блок, являющийся зеркальным отображением первого блока, содержит три схемы триггеров 62, 64, 66 и линии задержки 63, 65, 67, которые снабжаются на линии 68 сигналом синхронизации от генератора, управляемого напряжением 42 (фиг. 2). Каждая линия задержки связана перекрестным образом с соответствующей схемой триггеров в другом блоке.

Хотя в каждом блоке показаны три триггера и линии задержки, на практике должно обеспечиваться намного большее их число, например, 100 или 200, для получения требуемой степени точности.

Линии задержки выполнены таким образом, что в верхнем и нижнем блоках фиг. 6 каждая линия обеспечивает задержку, которая отличается на одну единицу, например, на 1 пикосекунду от предыдущей линии задержки; показаны накопленные задержки в 1, 2 и 3 пикосекунды.

Рассматривая сначала верхний блок, можно видеть, что на каждом поднимающемся краю сигнала синхронизации V₃ записывается сигнал синхронизации емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием по отношению к добротности на каждой схеме триггеров. Если сигнал синхронизации генератора, управляемого напряжением, является более медленным, чем сигнал синхронизации емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием по отношению ко времени, проходящему между задержками времени, обеспечиваемыми последовательными линиями задержки, показанными линиями 55 и 57, то триггер 55 будет обеспечивать выходной сигнал 1 и триггер 57 будет обеспечивать выходной сигнал 0; в матрице большего размера все триггеры, расположенные ниже 55, будут давать выходной сигнал 1 и все триггеры, расположенные выше 57, будут давать выходной сигнал 0.

Если сигнал синхронизации генератора, управляемого напряжением, быстрее, чем сигнал синхронизации емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием, нижний блок триггеров и линий задержки определяет время задержки. Недействующий блок обеспечивает неизменяемый логический выходной сигнал в каждом случае.

Выходные сигналы всех схем триггеров в обоих блоках связаны с цифровым фильтром 48; он может быть сконструирован на основе известных принципов, таких, как 32-х битовый IEEE цифровой фильтр с плавающей запятой, и его выходной сигнал показывает временную задержку между сигналами синхронизации, которая, следовательно, измерялась при использовании сигнала ошибки, генерируемого из их разности фаз.

В ответчике, не находящемся в контакте и посылающем сигнал идентификации, модуляция, изображенная на фиг. 4a, приводит к тому, что частота генерации емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием увеличивается и уменьшается попеременно в зависимости от того, разомкнут или замкнут переключатель ответчика. Система обнаруживает частоту, на которой происходят эти изменения частоты, которая является характеристической частотой модуляции отдельного ответчика.

Схема запросчика, описанная выше, является быстродействующей и может работать на частоте синхронизации 14 МГц; традиционный аналого-цифровой преобразователь не может работать с такой скоростью.

Преимуществом схемы, соответствующей настоящему изобретению, является тот факт, что, в зависимости от характеристик фильтра нижних частот синхронного детектора, сигнал коррекции от генератора, управляемого напряжением, может иметь существенную величину, либо по энергии, либо по времени. Оптимальный входной сигнал по отношению к блоку обработки цифрового сигнала может быть приложен за счет обеспечения подходящих характеристик фильтра нижних частот синхронного детектора.

Запросчик для использования с пассивным ответчиком имеет емкостный трехточечный генератор с параллельным питанием, выполненный с возможностью изменять частоту в соответствии с частотой сигнала от ответчика; генератор, управляемый напряжением VCO, выполненный с возможностью изменять частоту в соответствии с частотой емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием после задержки нескольких циклов сигнала, причем задержка обеспечивается фильтром нижних частот синхронного детектора в фазовом дискриминаторе, и цифровой фильтр, выполненный с возможностью обнаруживать разность фаз между емкостным трехточечным генератором с параллельным питанием и генератором, управляемым напряжением. Предпочтительно цифровой фильтр имеет входную схему, содержащую матрицу триггеров; линию задержки, связанную с каждым триггером и обеспечивающую временную задержку, которая увеличивается вдоль матрицы так, что обеспечивается наличие первого и второго сигналов синхронизации, относящихся к каждой паре линии триггер/задержка, если разность фаз между сигналами меньше, чем временная задержка этой линии задержки, триггер обеспечивает логический сигнал 0 и, если разность фаз больше, чем временная задержка, триггер обеспечивает логический сигнал 1. Технический результат заключается в повышении точности обнаружения малых изменений частоты в системе, имеющей широкую полосовую добротность. 7 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Запросчик для электронной системы идентификации, отличающийся тем, что содержит первый генератор (30, 32, 34, 36, 38), выполненный с возможностью изменять частоту в соответствии с частотой принимаемого сигнала, второй генератор (42), выполненный с возможностью изменять частоту в соответствии с частотой первого генератора после задержки нескольких циклов принимаемого сигнала, устройство фазового дискриминатора (40) для обнаружения разности фаз между выходными сигналами соответственно первого и второго генераторов и устройство обнаружения фазовых изменений (48), выполненное с возможностью определения частоты, при которой происходят фазовые изменения, чтобы тем самым можно было определить частоту модуляции упомянутого принимаемого сигнала. 2. Запросчик по п.1, отличающийся тем, что содержит фильтр нижних частот синхронного детектора в устройстве фазового дискриминатора (40) для обеспечения задержки. 3. Запросчик по п.1, отличающийся тем, что первый генератор (30, 32, 34, 36, 38) является чувствительным к изменениям частоты принимаемого сигнала и второй генератор (42) является нечувствительным к изменениям частоты принимаемого сигнала. 4. Запросчик по п.3, отличающийся тем, что первый генератор (30, 32, 34, 36, 38) представляет собой емкостный трехточечный генератор с параллельным питанием, выполненный таким образом, чтобы быть нестабильным, и второй генератор (42) представляет собой генератор, управляемый напряжением. 5. Запросчик по п.1, отличающийся тем, что содержит схему идентификации пассивного ответчика (49) из частоты модуляции указанного принимаемого сигнала. 6. Запросчик по п.1, отличающийся тем, что указанное устройство обнаружения фазовых изменений представляет собой цифровой фильтр (48). 7. Запросчик по п.6, отличающийся тем, что содержит входную схему для цифрового фильтра (48), содержащую матрицу схем триггеров (52, 54, 56), линию задержки (53, 55, 57), связанную с каждой схемой триггера и выполненную с возможностью увеличения временной задержки, обеспечиваемой каждой линией задержки дискретно вдоль матрицы, и устройство (40, 58, 68) для получения сигналов от емкостного трехточечного генератора с параллельным питанием и второго генератора V₃, V₅ как первого и второго сигналов синхронизации и для получения синхронизирующих сигналов, относящихся к каждой паре линии триггер/задержка, таким образом, что, когда разность фаз между сигналами синхронизации соответствует времени, которое меньше, чем временная задержка, обеспечиваемая линией задержки, связанная с ней схема триггера обеспечивает первый логический выходной сигнал, и когда время больше, чем временная задержка, обеспечиваемая линией задержки, связанная с ней схема триггера обеспечивает второй логический выходной сигнал. 8. Запросчик по п.7, отличающийся тем, что содержит вторую матрицу схем триггеров (62, 64, 66) и линий задержки (63, 65, 67), связанных противоположным образом по отношению к первой матрице так, что, если первый сигнал синхронизации опережает второй сигнал синхронизации, изменяется логический выходной сигнал первой матрицы и, если первый сигнал синхронизации отстает от второго сигнала синхронизации, изменяется логический выходной сигнал второй матрицы.