СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ СИГНАЛА С АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ СО СДВИГОМ И ДЕМОДУЛЯТОР СИГНАЛА С АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ СО СДВИГОМ Российский патент 2003 года по МПК H04L27/06 H04L25/06 G06K19/07 

Изобретение относится к способу демодуляции напряжения, модулируемого посредством изменения амплитуды между низким и высоким уровнем, т.е. способу демодуляции сигнала с амплитудной модуляцией (АМн), применяемому, в частности, при бесконтактной передаче данных на чип-карточку от устройства считывания данных с карточки/записи данных на карточку. Изобретение относится также к демодулятору для реализации указанного способа и к микросхеме для чип-карточки с указанным демодулятором.

Значение чип-карточек, содержащих вместо магнитной полоски электронный чип, постоянно возрастает ввиду их чрезвычайно высокой эффективности и связанными с этим разнообразными возможностями их применения. Поскольку операции с чип-карточками, вставленными в устройство для считывания данных с карточки, должны осуществляться бесконтактным способом, требуется не только демодулировать напряжение, поданное на чип-карточку, но и создать напряжение питания, необходимое для чипа.

Известны различные способы переноса данных от устройства для считывания данных с карточки на чип-карточку. Наряду со способом амплитудной модуляции путем манипуляции включением/выключением модуляцию часто осуществляют посредством изменения амплитуды между двумя уровнями - амплитудная модуляция со сдвигом (АмнС), то есть в промежутке от восьми до двенадцати процентов от общей амплитуды и посредством кодирования без возращения к нулю.

К демодулятору, размещенному на чип-карточке, предъявляются при этом особые требования, поскольку перемещения карточки на участке передачи в устройстве считывания данных с карточки действуют как модуляция, а они должны отличаться от нее. Поэтому демодулятор должен обеспечивать возможность демодуляции, например, 10%-ных колебаний уровня различной продолжительности, например, с использованием кодирования без возращения к нулю, при колебаниях рабочего напряжения различной продолжительности, которые во много раз превосходят собственно амплитудную модуляцию. Поэтому динамический диапазон демодулируемого сигнала также относительно велик. На этот сигнал налагается, кроме того, двойная частота несущего сигнала, поскольку полученный сигнал сначала направляют на двухполупериодный выпрямитель.

Из патента DE 19703967 A1 известно устройство приема, осуществляющее модуляцию несущей частоты цифровым сигналом. В нем описано АМнС-устройство приема (амплитудной манипуляции со сдвигом), содержащее элемент приема сигнала для приема, усиления и квантования амплитудно-модулированного сигнала со сдвигом, делитель частоты для деления тактового сигнала с заданным значением, счетчик для подсчета АмнС-сигнала с заранее определенньми интервалами, управляемый посредством делителя частоты, элемент сравнения для сравнения численного значения для счетчика с эталонным значением, чтобы установить, лежит ли численное значение в заданной области, для определения, является ли сигнал нормальным. Кроме того, предусмотрен элемент компенсации ошибок, возникающих в элементе сравнения вследствие сигналов помехи, которые присутствуют частично в сигнале, поступающем от элемента приема сигнала.

Также предусмотрен счетчик случайных чисел для формирования сигнала, который одновременно удовлетворяет выходным сигналам от элемента сравнения и от элемента регистрации импульсов, посредством использования тактового сигнала, скорость которого является n-кратной скорости передачи. Наконец, предусмотрен элемент восстановления сигнала для восстановления первоначального сигнала из сигнала счетчика случайных чисел.

Из протокола ISSCC 97, раздел 17.6 известна микросхема, в которой сигнал, содержащийся в напряжении питания и модулированный амплитудной манипуляцией со сдвигом (АмнС), с помощью компаратора сравнивают с сигналом запаздывания и таким путем получают цифровой сигнал. Недостаток указанной микросхемы заключается в том, что компаратор может работать только в маленьком диапазоне уровней. При этом отсутствует возможность регулирования напряжения питания, поскольку при регулировании может быть утерян демодулируемый сигнал. Кроме того, измерение разности уровней очень чувствительно к помехам.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа вышеуказанного типа, а также демодулятора для реализации этого способа, позволяющего осуществлять достоверное восстановление передаваемого информационного сигнала.

Указанная задача решается согласно п.1 формулы изобретения путем создания вышеуказанного способа, согласно которому на шаге инициализации формируют первое среднее значение из высокого уровня напряжения и выделенного и сохраненного напряжения, снимаемого с делителя, для того, чтобы путем последующего сравнения модулированного напряжения с указанным первым средним значением определить переход на низкий уровень напряжения, соответствующий пусковому значению, а на следующем шаге демодуляции формируют второе среднее значение из определенного низкого и из высокого уровня напряжения для демодуляции модулированного напряжения путем сравнения со вторым средним значением.

Задача решается также посредством создания демодулятора согласно п.2 формулы изобретения, в котором для формирования первого среднего значения предусмотрен емкостной делитель напряжения, который образован цепью последовательно соединенных первого и второго конденсаторов и к которому может прилагаться модулированное напряжение, при этом демодулятор содержит компаратор, на первый вход которого через вывод делителя напряжения подают первое среднее значение, а ко второму входу которого прилагают модулированное напряжение.

Особое преимущество такого решения состоит в том, что обеспечивается помехоустойчивость от пиков. Это достигается, в первую очередь, благодаря тому, что пусковой уровень напряжения получают не путем распознавания фронта сигнала, а посредством измерения уровня напряжения и оценки двух и трех уровней.

В зависимых пунктах формулы изобретения описаны предпочтительные варианты выполнения изобретения.

В дальнейшем детали, отличительные признаки и преимущества изобретения поясняются описанием предпочтительного варианта его выполнения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает блок-схему микросхемы для чип-карточки согласно изобретению;
фиг.2 - принципиальную схему демодулятора согласно изобретению.

Микросхема (фиг.1) содержит катушку 1 индуктивности, в которой посредством электромагнитного поля, создаваемого устройством считывания данных с карточки/записи данных на карточку, при введении карточки в устройство для считывания данных с карточки/записи данных на карточку индуцируют высокочастотное напряжение ввода. Катушка индуктивности подключена к двухполупериодному выпрямителю 2 (выпрямителю по мостовой схеме). На выходе выпрямителя находится микросхема 3 токового зеркала, которая выполнена из двух транзисторов T1, T2 и с помощью которой выделяют небольшую часть общего тока и подают ее на демодулятор 4. К выходу выпрямителя 2 параллельно подключен регулятор 5 напряжения и цифровая микросхема 7, содержащая собственно микросхему для функционирования чип-карточки. Благодаря конденсатору 6, подключенному параллельно, формируется относительно большая интегрированная в чип емкость.

Все потенциалы микросхемы (фиг.1) подключены к отрицательному потенциалу источника напряжения постоянного тока. Высокочастотное входное напряжение, индуцированное в катушке 1 индуктивности, выпрямляют с помощью двухполупериодного выпрямителя 2. На выходе выпрямителя возникает полуволна напряжения, имеющая двойную основную частоту относительно излучаемого высокочастотного напряжения. Высокочастотные составляющие указанного напряжения фильтруют или удаляют с помощью интегрированной в чип емкости 6, причем посредством параллельно включенного регулятора 5 напряжения создают постоянное напряжение питания и подают его на цифровую микросхему 7. В зависимости от отдаленности карточки от устройства считывания данных с карточки/записи данных на карточку ток может принимать значение во много раз превосходящее то, которое требуется для питания цифровой микросхемы 7. Демодулируемый сигнал имеет благодаря этому высокий динамический диапазон.

На фиг. 2 показан вариант выполнения демодулятора согласно изобретению. Указанная микросхема содержит вход 40, на который подают модулированный принимаемый сигнал МПС, выделенный с помощью схемы 3 токового зеркала. Вход соединен через первый переключатель S6 и диод D1 с первым контактным выводом первого конденсатора CHigh1, второй контактный вывод которого связан с первым контактным выводом второго конденсатора CHigh2. Второй контактный вывод второго конденсатора CHigh2 заземлен.

Первый контактный вывод первого конденсатора CHigh1 может быть соединен через второй переключатель S12 с инверсным первым входом компаратора К2 и через третий переключатель S7 с заземлением. Общая точка подключения обоих конденсаторов CHigh1, CHigh2 через четвертый переключатель S13 может быть соединена с инверсным первым входом компаратора К2 и через пятый переключатель S9 - с заземлением.

Вход 40 через шестой переключатель S 10 соединен с первым контактным выводом третьего конденсатора CLow, второй контактный вывод которого заземлен. Первый контактный вывод третьего конденсатора может быть также связан через седьмой переключатель S14 с инверсным входом компаратора К2 и через восьмой переключатель S11 заземлен.

Наконец, вход 40 связан также с неинверсным вторым входом компаратора К2. К выходу компаратора К2 прилагают демодулированное напряжение.

Принимаемое напряжение, выделенное с помощью схемы 3 токового зеркала, поданное на вход 40 и модулированное с амплитудной манипуляцией со сдвигом АМнС, содержит постоянное среднее значение и наложенный амплитудно-модулированный информационный сигнал. На первом шаге инициализации сначала три конденсатора разряжают посредством запирания третьего, пятого и восьмого переключателя S7, S9 и S11. Переключатели приводят в действие посредством управляющего сигнала DC, который так же, как другие сигналы SH, SL, VM, RM управления переключателями, подают с помощью цифровой микросхемы 7.

При высоком уровне напряжения модулированного сигнала с амплитудной манипуляцией со сдвигом АМнС (стоповый бит = 1) следует фаза выборки после того, как третий, пятый и восьмой переключатели S7, S9 и S11 откроются посредством управляющего сигнала DC, а первый переключатель S6 будет заперт посредством управляющего сигнала SH. С помощью емкостного делителя напряжения, сформированного из первого и второго конденсаторов CHigh1, CHigh2, получают первое (виртуальное) среднее значение, которое служит для распознания низкого уровня напряжения, модулированного АМнС сигнала (стартовый бит = 0). Для этого четвертый переключатель S13 запирают посредством управляющего сигнала VM, так что общая точка подключения первого и второго конденсаторов связана с инверсным первым входом компаратора К2. Второй и седьмой переключатели S12, S14 при этом открыты.

Пока модулированное напряжение имеет высокий уровень, на выходе компаратора К2 напряжение равно логической "1". При уменьшении напряжения соответственно АМнС-модуляции на выходе компаратора К2 формируется напряжение логического "0". Посредством подключенной цифровой микросхемы 7 распознают низкий уровень (стартовый бит) и запоминают указанный уровень в третьем конденсаторе CLow посредством запирания шестого переключателя S10 с помощью управляющего сигнала SL. Емкость указанного конденсатора по существу равна по величине емкости последовательно подключенных первого и второго конденсаторов.

Диод D1 препятствует при таком низком уровне разгрузке первого и второго конденсаторов CHighl, CHigh2. Поскольку падение напряжения на 0,7 вольт при загрузке недопустимо, диод выполнен в виде переключателя, управляемого другим компаратором (не показан).

Затем первый, четвертый и шестой переключатели S6, S13, S10 открываются посредством управляющих сигналов SH, VM, SL, в то время как второй и седьмой переключатели S12, S14 запираются посредством управляющего сигнала RM. Благодаря высокому уровню напряжения, сохраненному в последовательно включенных первом и втором конденсаторах CHigh1, CHigh2, и низкому уровню напряжения, сохраненному в третьем конденсаторе CLow, получают второе среднее значение и подают его на инверсный вход компаратора К2.

Другие уровни модулированного АМнС напряжения, которые подают на неинверсный второй вход компаратора К2, сравнивают с указанным вторым средним значением и подают с полным значением амплитуды напряжения на выход компаратора.

Способ демодуляции напряжения, модулируемого посредством изменения амплитуды между низким и высоким уровнем сигнала с амплитудной модуляцией (АМн), используемый при бесконтактной передаче данных на чип-карточку от устройства считывания данных с карточки/записи данных на карточку, в котором для повышения достоверности восстановления передаваемого информационного сигнала на шаге инициализации формируют первое среднее значение из высокого уровня напряжения и выделенного и сохраненного напряжения, снимаемого с делителя, для того, чтобы путем последующего сравнения модулированного напряжения с указанным первым средним значением определить переход на низкий уровень напряжения, соответствующий пусковому значению. На следующем шаге демодуляции формируют второе среднее значение из полученного низкого и из высокого уровня напряжения для демодуляции модулированного напряжения посредством сравнения со вторым средним значением. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ демодуляции напряжения, модулируемого посредством изменения амплитуды между низким и высоким уровнем сигнала с амплитудной манипуляцией со сдвигом (АМнС), используемый при бесконтактной передаче данных на чип-карточку от устройства считывания данных с карточки/записи данных на карточку, отличающийся тем, что на шаге инициализации формируют первое среднее значение из высокого уровня напряжения и выделенного и сохраненного напряжения, снимаемого с делителя, для того, чтобы путем последующего сравнения модулированного напряжения с указанным первым средним значением определить переход на низкий уровень напряжения, соответствующий пусковому значению, а на следующем шаге демодуляции формируют второе среднее значение из полученного низкого и из высокого уровня напряжения для демодуляции модулированного напряжения посредством сравнения со вторым средним значением. 2. Демодулятор для реализации способа по п. 1, отличающийся тем, что для формирования первого среднего значения содержит емкостной делитель напряжения, который образован цепью последовательно соединенных первого и второго конденсаторов и к которому может прилагаться модулированное напряжение, при этом демодулятор содержит компаратор, на первый вход которого через вывод делителя напряжения подают первое среднее значение, а на второй вход которого подают модулированное напряжение, при этом имеется третий конденсатор для хранения сформированного низкого уровня напряжения, который для получения второго среднего значения подключен параллельно последовательно включенным первому и второму конденсаторам. 3. Демодулятор по п. 2, отличающийся тем, что содержит подключенную к компаратору цифровую микросхему для инициализации переключателей так, что на шаге инициализации модулированное напряжение подают на емкостной делитель напряжения, вывод которого связан с первым входом компаратора, а после сохранения сформированного низкого уровня напряжения в третьем конденсаторе его подключают параллельно емкостному делителю напряжения и соединяют с первым входом компаратора, в то время как модулированное напряжение подают на второй вход компаратора. 4. Демодулятор по любому из п. 2 или 3, отличающийся тем, что модулированное напряжение подают на емкостной делитель напряжения через диод. 5. Демодулятор по п. 4, отличающийся тем, что диод выполнен в виде переключателя, управляемого компаратором.