防止數據在調幅載波解調時錯誤恢復的非接觸式ic卡的製作方法
2023-08-10 02:55:56 1
專利名稱：防止數據在調幅載波解調時錯誤恢復的非接觸式ic卡的製作方法
本申請以在日本提交的申請號為H11-268632的申請為基礎，這裡把該申請的內容包括進來，以供參考。
本發明涉及一種非接觸式IC(集成電路)卡，供接收用調製係數小於100％調幅過的載波，並解調經調幅的載波以恢復載波上所承載的數據，具體地說本發明涉及一種防止數據在解調時錯誤恢復的技術。
近幾年來，象列車車票收集系統、保安系統和電子現金系統之類的系統中日益考慮採用由IC卡和讀寫器(以下簡稱「R/W」)構成的非接觸式IC卡系統，其中R/W通過固定頻率的載波與IC卡進行非接觸式數據通信。下面簡要說明這類非接觸式IC卡系統的一般結構。
圖1示出了非接觸式IC卡系統的一般結構。如圖中所示，非接觸式IC卡系統大致由一個非接觸式IC卡10和一個R/W 30構成，非接觸式IC卡配備有一個IC 11和一個環形線圈12，R/W 30則配備有一個環形線圈21、一個調製/解調部分22、一個控制部分23和一個輸入/輸出部分24。
環形線圈21用作天線，供向/從非接觸式IC卡10發送/接收用數據調製過的載波。調製/解調部分22用準備傳送給非接觸式IC卡10的數據調製載波，或解調自非接觸式IC卡10接收的載波，恢復承載在載波上的數據。控制部分23控制整個R/W 30，包括控制調製/解調的數據在內。輸入/輸出部分24輸入/輸出數據。
R/W 30裝在列車車票收票閘口之中，用待傳輸的數據對預定頻率(例如13.56兆赫)的載波進行調幅(ASK(振幅編移鍵控)調製)，並將調幅過的載波傳送給用作季度票等的非接觸式IC卡10。這樣，為了將數據從R/W 30傳送給非接觸式IC卡10而採用ASK調製，根據載波振幅的級別確定數字數據0和1。這裡，ASK調製的調製係數從未達到100％。採用調製係數小於100％的ASK調製可以使數據在佔用的帶寬狹窄的情況下高速傳送，從而使非接觸式IC卡獲取正確調製過的信號。
非接觸式IC卡10是沒有電池的非接觸式IC卡。在此非接觸式IC卡10中，環形線圈12從接收R/W 30來的經調幅的載波。IC 11按與R/W 30中採用的調製方法相應的解調方法解調所收到的載波，恢復承載在載波上的原始數據。接著，IC 11對恢復過來的數字數據進行預定的處理。這之後，非接觸式IC卡10給R/W 30發送響應信號。
從以上說明可知，非接觸式IC卡10中的數據處理主要由IC 11進行。下面說明IC 11的結構。
圖2是IC 11結構的方框圖。非接觸式IC卡10由於沒有電池，因而通過對R/W 30發送來的載波進行整流獲取直流電。
IC 11包括一個整流器40、一個調製/解調部分41、一個控制部分42、一個存儲部分43和一個穩壓電路44。整流器40連接用作天線給/從R/W 30發送/接收載波的環形線圈12。調製/解調部分41連接整流器40。圖中，整流器40和調製/解調部分41是串聯連接的，但它們也可以並聯連接。
環形線圈12一旦收到來自R/W 30的經ASK調製的載波，整流器40就對載波進行整流，產生電源電壓，設在調製/解調部分41中的解調電路解調經整流的載波，獲得解調信號。
這裡，解調信號不僅含有數據，還含有其它象指令和地址之類的信息。控制部分42根據這些信息處理解調信號，再把數據存入存儲部分43中。這裡，控制部分42的控制是由時鐘信號發生電路(圖中未示出)根據從載波產生的時鐘信號進行的。
穩壓電路44調節檢波器40產生的電源電壓使其不超過某閾值電壓。這個穩壓電路44即所謂分路調節器，其作用是保護非接觸式IC卡10中的電路諸如在非接觸式IC卡10與R/W 30之間的間距變得過短等的情況下不致因過電壓而損壞。
接下去，說明一下設在非接觸式IC卡10的調製/解調部分41中的解調電路的一般結構和工作情況。圖3是表示解調電路一個實例結構的電路圖。
當環形線圈12收到來自R/W 30經ASK調製的載波時，其兩端產生電壓，所產生的電壓經過整流和包絡線檢波之後作為電源電壓(以下稱「Vdd」)輸入解調電路中。電阻器901和902耦合到Vdd的輸入端，電容器903和904耦合到電阻器901和902的匯接點(以下稱「節點A」)。電容器903是個平滑電容器，供濾除經整流器40整流之後剩餘的雜波。
電容器904在與節點A相對的一側的端子連接比較器908的一個輸入端(以下稱「節點B」)，節點B的一端耦合到電阻器905，電阻器905則連接一個供產生基準電壓(以下稱Vref)的基準電壓發生電路。電容器904和電阻器905構成一個微分電路。通過此微分電路，只有經電阻器901和902分壓的Vdd的高頻分量從節點A傳送到節點B。
基準電壓發生電路還通過電阻器906與比較器908的另一個輸入端(以下稱「節點C」)連接。比較器908配備有一個鎖存器，且構製成在節點B的輸入電壓超過節點C的輸入電壓一定值時將其輸出(即解調信號)倒相。更具體地說，比較器908在兩閾值(相對於Vref的上下閾值)之間具有滯後特性。這種特性可以避免比較器908的輸出在每次出於某種原因電源電壓輕微變化時遭倒相。
圖4是圖3所示解調電路中各節點電壓電平的時間圖。如圖中所示，環形線圈12收到的從經ASK調製的載波產生的電源電壓(Vdd)由電阻器901和902分壓，在節點A產生得出的電壓。此電壓在節點A的微分分量傳送給節點B。若節點B的電壓相對於節點C的基準電壓(Vref)超過兩閾值(圖中以節點B的上下水平虛線表示)的任何一個，解調信號就倒相。
在非接觸式IC卡10中，控制部分42和存儲部分43在工作過程中耗電。這裡，非接觸式IC卡10由於是從無線電波獲取電能，因而其源阻抗高，既然如此，瞬間耗電使電源電壓急劇下降，進而影響電源電壓的波形，並引發如圖4中箭頭A或C所示的雜波。另一方面，此電源電壓波形還傳送需要通過解調加以恢復的數據和伴隨信息，因而若電源電壓波形中的幹擾引發出大得足以超過比較器908的任何閾值的雜波，則即使數據值在0與1之間實際上沒有任何變化，比較器908的輸出也會錯誤倒相。發生這種情況時，原始數據不能正確恢復過來。
例如，A點電壓下降引起的雜波會導致數據1作為數據0的誤判(從A點至B點)，或者電壓因在C點的回跳引起的升高會導致數據0作為數據1的誤判(從C點至D點)。
本發明的目的是通過調製係數小於100％的ASK調製防止在從R/W接收數據的非接觸式IC卡中因電源電壓波形中的幹擾引起數據錯誤恢復。
上述目的可以通過這樣一種非接觸式IC卡達到，這種非接觸式IC卡包括一個解調電路和一個延緩部分，解調電路接收用數字數據ASK調製過的載波，並解調經ASK調製過的載波以恢復數字數據，延緩部分在數字數據中的數據值不可能變化期間延緩解調電路的解調。
在這種結構的情況下，在承載在載波上的數據中的數據值不可能變化(數據0變為數據1，數據1變為數據0)期間就暫緩進行解調。通過這樣做，即使電源電壓波形中出現雜波，也可以避免數據錯誤恢復。
這裡，解調電路可以包括檢波電路、CR時間常數電路、基準電壓發生電路和比較電路。解調的延緩可以通過下列措施進行在比較電路的兩輸入端之間形成短路；通過改變CR時間常數電路的時間常數降低CR時間常數電路的輸出電壓；或通過增大比較電路的滯後寬度降低比較電路的靈敏度。
從下面結合附圖對本發明進行的說明可以清楚理解本發明的上述和其它目的、優點和特點。附圖舉例說明了本發明的一個具體實施例，附圖中圖1示出了非接觸式IC卡系統的一般結構；圖2是圖1中所示IC的結構方框圖；圖3是配備在圖2中所示IC的調製/解調部分中的解調電路一個實例的結構的電路圖；圖4是圖3解調電路中各節點電壓電平的時間圖；圖5是配備在本發明第一實施例的非接觸式IC卡調製/解調部分中的解調電路一個實例的結構的電路圖；圖6是圖5解調電路中各節點電壓級的時間圖，連同解調延緩信號的波形；圖7是配備在本發明第二實施例非接觸式IC卡調製/解調部分中的解調電路一個實例的結構的電路圖；圖8是配備在本發明第三實施例非接觸式IC卡調製/解調部分中的比較器一個實例的結構的電路圖；圖9是第三實施例解調電路中各節點電壓級的時間圖，連同解調延緩信號的波形；以及圖10是本發明一種改型的解調電路一個實例的結構的電路圖。
下面參閱
本發明的一些實施例。
第一實施例圖5是裝配在本發明第一實施例的非接觸式IC卡10的調製/解調部分41中解調電路的一個實例結構的電路圖。此解調電路與圖3中所示的那一種不同之處在於，配備了一個電晶體107，供在預定的時間短接比較器108的兩個輸入端(節點B和C)，以防比較器108的輸出倒相。除電晶體107以外的結構元件，即電阻器101和102、電容器103和104、電阻器105和106和比較器108都和圖3中所示的那些元件一樣，因此這裡不再詳述。
更具體地說，節點B和節點C分別接電晶體107的源極和漏極，解調延緩信號輸入電晶體107的柵極。在此結構的情況下，節點B和節點C在解調延緩信號導通時處於短接狀態，從而避免比較器108的輸出即使在電源電壓波形中出現雜波也不致倒相。
這種解調延緩信號以下列方式產生。圖6是圖5解調電路中各節點電壓電平的時間圖，連同解調延緩信號的波形。
這裡非接觸式IC卡系統採用ISO 1443 B型，因而13.56兆赫載波上載有大約212千赫的數據。雖然調製係數在本實施例中取大約10％，但調製係數並不局限於此。此外，這裡非接觸式IC卡10配備有時鐘信號發生電路(圖中未示出)，通過對所收到的載波分頻而從時鐘信號發生電路產生的時鐘信號提供給控制部分42、存儲部分43等。在此實施例中，13.56兆赫載波被除4分頻，從而產生3.39兆赫的時鐘信號，提供給非接觸式IC卡10的上述結構元件。
通過載波從R/W 30傳送的信號包括點信號(例如「010101010「)和同步信號(例如」01010011「)，供使R/W 30與非接觸式IC卡10同步。採用這些信號，控制部分42檢測出現時鐘信號上升沿或下降沿的時間，和數據值改變(數據0變為數據1，數據1變為數據0)的時間(即從一個比特轉入下一個比特發生的時間)。有了這些檢測出的時間，控制部分42就能確定諸如讀出解調信號的時間、使解調延緩信號接通的時間和訪問存儲部分43的時間。
例如，收到同步(SYNC)信號時，控制部分42用內部計數器開始計出時鐘信號邊沿的數目，使解調延緩信號在上升邊沿(例如點A)之後的上升邊沿(例如點B)接通，這時數據值可能改變。鑑於解調延緩信號是輸入電晶體107的柵極中的，因而節點B和節點C在解調延緩信號接通時短路。因此，即使在此期間電源電壓波形中出現雜波，比較器108的輸出(解調信號)也避免倒相。與此同時，控制部分42在解調延緩信號接通時訪問存儲部分43。一旦對存儲部分43的訪問沒有引起雜波的風險，控制部分42就使解調延緩信號(在例如C點)關斷，恢復對承載在載波上的數據進行的解調。圖6中，舉例說，數據值在A點和/或D點可能發生變化，從而控制部分42進行控制使解調延緩信號至少在這些點之前關斷。
通過這樣做，即使由於對存儲部分43的訪問或其它原因在電源電壓波形中出現雜波也可以避免數據恢復出錯。
第二實施例在第一實施例中，解調延緩信號加到電晶體107的柵極使節點B和節點C短路，從而避免因電源電壓波形中出現雜波而引起錯誤數據恢復。另一方面在第二實施例中，當解調延緩信號接通時，由電容器104和電阻器105構成的微分電路的時間常數增加，即使電源電壓波形中出現雜波也避免節點B的電壓超過比較器108的閾值。
圖7是配備在本發明第二實施例的非接觸式IC卡10調製/解調部分41中配備的解調電路一個實例的電路圖。如圖中所示，電容器103與一個新的電容器109並聯連接，電晶體107接電容器109，解調延緩信號輸入電晶體107的柵極中。在此結構的情況下，電容器104和電阻器105構成的CR時間常數電路的時間常數在解調延緩信號接通時保持較高的電平。
因此，甚至在電源電壓波形中出現雜波時，節點B的電壓也不會超過比較器108中的閾值，從而可以避免比較器108的輸出倒相。這裡，考慮到比較器108的閾值最好最優化比較器108的閾值，使B節點的電壓在雜波出現時不致超過任何閾值。
第三實施例在第三實施例中，解調延緩信號接通時提高比較器108的滯後寬度(即，分別使比較器108的上下閾值提高和降低一定值)從而避免數據因電源電壓波形中出現雜波而錯誤恢復。
圖8是此實施例解調電路中比較器108一個實例結構的電路圖。比較器108包括P溝道MOS電晶體(以下稱「PchMOS電晶體」)301至305和N溝道MOS電晶體(以下稱「NchMOS電晶體」)306至315，電源電壓(Vdd)輸入PchMOS電晶體301，304和305的源極。
此外，電流控制用的偏壓加到PchMOS電晶體301的柵極。此偏壓的電平並沒有特別加以限制，而是根據Vdd和Vref確定的。節點B的電壓加到PchMOS電晶體302的柵極，節點C的電壓(Vref)加到PchMOS電晶體303的柵極。
此外，解調延緩信號輸入NchMOS電晶體308和312的柵極中，從而使比較器108中的上下閾值在解調延緩信號接通時分別保持較高和較低的電平1，可以避免數據錯誤恢復。
圖9是表示第三實施例解調電路中各節點電壓電平的時間圖，連同解調延緩信號的波形。如圖中所示，即使當節點B的輸入電壓因(例如在C點)出現雜波而變化時，比較器108中的上下閾值在解調延緩信號接通(例如從A點到B點)時也分別處在較高和較低的電平，從而儘管存在雜波也不會使解調信號倒相。
這樣，通過改變比較器108的滯後寬度可以避免數據因電源電壓波形中的雜波而錯誤恢復。
改型儘管上面已就上述一些實施例說明本發明，但本發明並不局限於此。例如，可以進行下面的改型。
(1)可以將第一至第三實施例變化的組合使用。
(2)在上述諸實施例中，本發明是應用於電源電壓(Vdd)的分壓信號流經由電容器104和電阻器105組成的微分電路，且得出的微分波形輸入比較器108的解調電路。
然而本發明也可應用於不同結構的解調電路中。圖10示出了本發明應用於結構與上述實施例不同的解調電路的情況。此解調電路包括PchMOS電晶體401至403、NchMOS電晶體404至406、電容器407和比較器408。電源電壓(Vdd)加到PchMOS電晶體401的源極，基準電壓(Vref)加到NchMOS電晶體404和405的柵極。這裡比較器408的一個輸入端稱之為節點A，另一個輸入端稱之為節點B。
此解調電路的工作原理如下。當Vdd下降時，與電容器407連接的節點B處電壓的變化看來比節點A電壓的變化慢。就是說，Vdd下降時，節點A的電壓保持一段時間低於節點B的電壓。發生這種情況時，比較器408檢測出Vdd的下降，並使經解調的信號降低。同樣的原理適用於Vdd上升的情況。
然而，假設存儲部分43等的耗電量相當大，則電源電壓波形中因此產生的雜波可能大得足以誤認為數據值的變化，從而使數據錯誤恢復。為避免這一點，在節點A與節點B之間插接了電晶體406，令解調延緩信號輸入電晶體406的柵極，將節點A和節點B短接起來。
雖然上面已參照附圖通過舉例全面地描述本發明，但應該指出的是，本領域的技術人員都知道對上述實施例是可以作種種變化和改型的。因此，這類更改和修改只要不脫離本發明的範圍都應包括在本發明中。
權利要求
1.一種非接觸式IC卡，其特徵在於，它包括一個解調電路，接收用數字數據ASK調製過的載波，和解調經ASK調製過的載波，以恢復數字數據；和延緩裝置，在數字數據的數據值不可能改變期間延緩解調電路的解調操作。
2.如權利要求1所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，解調電路包括一個檢波電路，對ASK調製過的載波的包絡線進行檢波；一個基準電壓發生電路，輸出基準電壓；一個微分電路，接收來自檢波電路的包絡線，並根據基準電壓輸出所收到包絡線的微分分量；和一個比較電路，包括第一輸入端，第二輸入端和一個輸出端，第一輸入端供接收微分電路的輸出，第二輸入端供接收基準電壓發生電路的輸出，所述比較電路將第一輸入端的電壓與第二輸入端的電壓加以比較，並在兩電壓之間的差值超過預定值時將輸出端的輸出倒相。
3.如權利要求2所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，延緩裝置包括一個短路控制電路，在數字數據的數據值不可能變化期間將第一輸入端與第二輸入端短路；和一個短路控制信號輸出電路，給短路控制電路輸出短路控制信號，表明數字數據的數據值不可能變化的時間。
4.如權利要求3所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，短路控制電路是一個電晶體，該電晶體的源極和漏極接比較電路的第一和第二輸入端中的不同端子，電晶體的柵極接收短路控制信號。
5.如權利要求4所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，所述短路控制信號輸出電路包括一個時鐘信號發生電路，產生時鐘信號；一個計數器，計出時鐘信號的邊沿數；和控制裝置，實行控制，使得在計數器的計數值達到預定數時認定短路控制信號。
6.如權利要求5所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，它還包括一個存儲器，所述存儲器在控裝置件的控制下存儲恢復後的數字數據，控制裝置在認定有短路控制信號發出時訪問存儲器。
7.如權利要求2所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，微分電路為CR時間常數電路，且延緩裝置包括一個時間常數增加電路，在數字數據的數據值不可能改變期間將CR時間常數電路的時間常數維持在較高的水平；和一個時間常數控制信號輸出電路，給時間常數增加電路輸出時間常數控制信號，表明數字數據的數據值不可能變化的時間。
8.如權利要求7所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，時間常數增加電路包括第一電容器，與包括在CR時間常數電路中的第二電容器並聯連接；和一個開關元件，與第一電容器串聯連接，接收來自時間常數控制信號輸出電路的時間常數控制信號。
9.如權利要求8所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，開關元件是個電晶體，電晶體的源極或漏極接第一電容器，電晶體的柵極接收時間常數控制信號。
10.如權利要求7所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，時間常數控制信號輸出電路包括一個時鐘信號發生電路，產生時鐘信號；一個計數器，計出時鐘信號的邊沿數；和控制裝置，實行控制，使得當計數器的計數值達到預定數時認定時間常數控制信號。
11.如權利要求10所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，它還包括一個存儲器，所述存儲器在控制裝置的控制下存儲恢復的數字數據，控制裝置在認定有時間常數控制信號期間訪問所述存儲器。
12.如權利要求2所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，比較電路相對於基準電壓在上下閾值之間滯後，上閾值為預定值與基準電壓的總和，下閾值為預定值與基準電壓的差值其中延緩裝置包括一個滯後控制信號輸出電路，給比較電路輸出滯後控制信號，表明數字數據的數據值不可能變化的時間；且其中比較電路包括一個滯後控制電路，在數字數據的數據值不可能變化期間將預定值保持在較高的水平，從而將滯後寬度保持在較寬的水平
13.如權利要求12所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，滯後控制信號輸出電路包括一個時鐘信號發生電路，產生時鐘信號；一個計數器，計出時鐘信號的邊沿數；和控制裝置，實行控制，使得在計數器的計數值達到預定值時發出滯後控制信號。
14.如權利要求13所述的非接觸式IC卡，其特徵在於，它還包括一個存儲器，所述存儲器在控制裝置的控制下存儲恢復的數字數據，控制裝置在認定有滯後控制信號期間訪問存儲器。
全文摘要
一種非接觸式IC卡,其作用是檢波經ASK調製過的載波的包絡線和對載波進行解調以恢復承載在載波上的數據。在這種非接觸式IC卡中,在承載在載波上的數字數據的數據值不可能變化(從數據0變成數據1,或從數據1變成數據0)期間暫緩進行解調操作。通過這樣做,即使電源電壓波形中因內部存儲器等耗電而出現雜波時也可以避免數據錯誤恢復。
文檔編號G06K19/07GK1289188SQ0013043
公開日2001年3月28日 申請日期2000年9月21日 優先權日1999年9月22日
發明者中根讓治, 角辰己 申請人:松下電子工業株式會社