CN1454365A - 电磁应答器的电签名的检测 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于借助于振荡电路产生高频电磁场的终端,当至少一个应答器进入所述电磁场中时,所述终端适应于和所述应答器协同操作,所述终端包括:用于相对于一个参考值调节在振荡电路中的信号相位的装置(37);以及用于根据在振荡电路中的电流测量和振荡电路的电容元件(31)上的电压测量检测应答器的电签名的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用电磁应答器的系统,即,发送器与/或接收器(一般是可移动的),其能够以非接触方式和无线方式由一种被称为读与/或写终端的装置(一般是固定的)询问。一般地说,应答器从由读写终端的天线辐射的高频场提取其中包含的电子电路所需的电源。
背景技术
图1非常示意地表示在读写终端1和应用本发明的那种应答器10之间的进行数据交换的系统的一个常规的例子。
一般地说,终端1主要由串联谐振电路构成,所述串联谐振电路由感性电阻L1和电容器C1以及电阻R1串联而成。所述串联谐振电路由装置2控制,装置2中主要包括但不限于放大器或者天线耦合器,和利用接收的数据的控制电路,特别是具有调制解调器和用于处理控制信号和数据的微处理器。电路2一般和不同的输入/输出电路(键盘,屏幕,和服务器进行交换的装置等)与/或未示出的处理电路通信。读写终端的电路一般从例如和电源系统相连的电源电路(未示出)提取其操作所需的功率。
应答器10旨在用于和终端1协同操作,主要包括并联谐振电路,其由感性电阻L2和电容器C2构成,它们并联在控制和处理电路13的两个输入端11,12之间。端子12和13实际上和一个整流装置(未示出)的输入相连,所述整流装置的输出形成应答器的内部电路的电源端。这些电路一般主要包括微处理器,可以从终端1接收的信号的解调器,以及用于向所述终端发送信息的调制器。
终端和应答器的振荡电路一般被调谐在相应于终端的振荡电路的激励信号的频率的相同的频率上。这个高频信号(例如13.56MHz)不仅用作传输载波,而且用作位于终端的场中的应答器的远方电源载波。当应答器10位于终端1的场中时,在应答器的谐振电路两端11和12之间产生高频电压。所述电压在经过整流和可能的限幅之后,用于提供应答器的电子电路13的电源电压。
由终端发送的高频载波一般由所述终端按照不同的编码技术进行幅值调制,以便向场中的一个或几个应答器发送数据与/或控制信号。作为回答,由应答器向终端进行的数据的发送一般通过调制由谐振电路L2,C2构成的负载来进行。这个负载的改变以具有小于载波的频率的副载波的速率进行(例如847.5kHz)。然后,这个负载的改变可以以幅值改变或者相位改变的形式由所述终端检测,例如,通过测量电容器C1两端的电压或者测量谐振电路中的电流进行检测。
当空载时,即当没有应答器进入其场中时,终端1周期地发送在高频信号上调制的数据信息。这个消息是对于可能的应答器的请求消息。这个请求,或者一般被称为呼叫,属于在应答器和终端之间进行通信初始化所需的处理。
和一个或几个应答器建立通信时遇到的困难是由于这样的事实:若干个电磁应答器可以同时位于终端的场内。
另一个困难在于,不同类型或不同系列的应答器(例如输送卡,访问卡,电子钱包)使用相同的频率,并且至少部分地,使用相同的标准化的协议。因而,终端必须不仅确定在其场内存在的应答器的数量,而且必须能够确定应答器的类型,以便选择必须和其通信的那些应答器。
这种约束需要终端的控制程序进行循环操作,直到在其场中存在的所有应答器都被正确地识别。
图2以简化的方式示意地表示通过应用本发明的那种读写终端进行的一个或几个通信的初始化的流程图。
在开始初始化和测试阶段之后,在块20,ST,应答器的读写终端1启动待机程序,在其间其等待和至少一个应答器进行的通信的完成。这个程序主要包括向可能位于终端场中的应答器周期地发送(块21)一个请求序列(REQ)。在发送每个询问请求21之后,阅读器借助于其解调器监视(块22)是否收到来自进入其场中的应答器的确认信息(ATQ)。在没有任何确认的情况下,阅读器循环发送请求21。当其收到一个确认ATQ时,其便转换到一种这样的方式,其中检查应答器是否确实是用于该阅读器的应答器(块23,类型),以及一种可以防冲突的方式(块24,防冲突),使得在其场中存在的几个应答器个性化。的确,如果几个应答器存在于所述终端的场中,它们可能同时或者利用足够短的时间间隔进行响应,使得由所述阅读器解调的结果成为不可利用的。所述阅读器此时必须选择其打算和其通信的应答器,或者对不同的应答器指定不同的信道。
通信只能在完成图2所示的初始化和防冲突处理时开始(块26,E),即,当阅读器检测到(块25,全部)其已经识别存在于其场内的所有的应答器时。确定应答器属于一个给定的系列是这种识别的一部分。只要所有的应答器尚未被识别,就一直发送询问请求。如果一个应答器已被正确地识别,其便被置于这样的状态,在此状态下其不再确认询问请求,以便避免污染其它可能的应答器的检测。
例如参照图2简要说明的初始化和防冲突处理是公知的。这些常规方法的说明例如可以在法国专利申请2760280和2773627中找到。
图2所示的方法通常通过设置在应答器的场中可能存在的卡的最大数量来实施。如上所述,特别是在法国专利申请2760280中,所述数量可以由阅读器按照利用防冲突处理(块24)的结果进行修改,以便增加检测的几率,并减少初始化处理所持续的时间。
常规的系统的缺点在于,应答器的数量与/或类型的确定使用由应答器发送的信息。为了确定应答器的系列,利用软件对由应答器发送的识别信息进行比较。除去存在程序执行的时间问题之外,其不检查所述的软件识别信息是由应答器发送的或者是由位于终端附近的非法复制的装置发送的。
发明内容
本发明的目的在于克服所述的缺点,并解决现有系统存在的和在终端的场中的一个或几个应答器的识别有关的问题。
本发明的一个更特定的目的在于提供一种不基于发送的数据信息的分析的用于识别电磁应答器的新的方式。
本发明的另一个目的在于减少在电磁应答器的读写终端和进入所述读写终端的场中的一个或几个应答器之间初始化和完成通信所需的时间。换句话说,本发明旨在减少读写终端确定和识别在给定的时间在其场中的所有的应答器所需的时间。
本发明还旨在提供一种不需要使用终端的解调器的检测结果的解决方案。
为实现这些目的,本发明提供一种用于借助于振荡电路产生高频电磁场的终端,当至少一个应答器进入所述电磁场中时,所述终端适应于和所述应答器协同操作,所述终端包括:
用于相对于一个参考值调节在振荡电路中的信号相位的装置;以及
用于根据在振荡电路中的电流测量和振荡电路的电容元件上的电压测量检测应答器的电签名的装置。
按照本发明的实施例,所述电签名能够从由特有的制造参数识别的一组类型当中确定应答器所属的类型。
按照本发明的实施例,所述终端包括用于比较进入场中的应答器的特征和在学习阶段存储的至少一个签名样本的装置。
按照本发明的实施例,所述终端包括用于以使参考应答器和终端分开的距离的几个确定的配置,确定和存储关于终端的振荡电路的电容元件两端的电压和振荡电路中的电流的特征信息的装置,所述装置还考虑这个特征信息,确定应答器的签名。
按照本发明的实施例,所述特征信息主要包括:
当在终端的场中不存在应答器时,电容元件两端的电压;
当应答器最接近终端时电容元件两端的电压;
当在终端的场中不存在应答器时振荡电路中的电流;以及
当应答器最接近终端时振荡电路中的电流。
按照本发明的实施例,进行所述签名的检测不需要解释由高频场传输的任何数据信息。
按照本发明的实施例,所述终端包括用于根据在振荡电路中的电流的测量估算在场中存在的应答器的最少数量的装置。
按照本发明的实施例,所述终端还包括用于根据振荡电路的电容元件两端的电压的测量估算在终端的场中存在的应答器的最大数量的装置。
本发明提供一种用于在产生高频磁场的终端和电磁应答器之间建立至少一个通信的方法,所述方法包括在应答器和终端之间交换任何数据信息之前,从由特有的电参数识别的一组类型当中确定应答器的类型。
按照本发明的实施例,所述确定包括比较在终端的振荡电路中测量的电流和所述振荡电路的电容元件两端的电压和先前计算并存储的值,从而建立一组被识别的类型。
按照本发明的实施例,所述方法包括定期地发送请求序列,直到进入场中的至少一个应答器发出确认信号,并根据电流测量估算在场中可能存在的应答器的最少数量。
按照本发明的实施例,所述方法还包括根据最少数量的估算和电压测量,估算在终端的场中可能存在的应答器的最大数量。
附图说明
本发明的上述目的、特征和优点将在下面结合附图进行的特定实施例的非限制性的说明中详细讨论。
图1和图2,如上所述,旨在表示现有技术的状态和要解决的问题;
图3是表示按照本发明的电磁应答器读写终端的实施例的方框图;
图4是表示按照本发明的用于估算应答器的数量的方法的学习阶段的实施例的简化的流程图;
图5是表示按照本发明的用于确定在终端的场中的应答器的数量的方法的第一实施例的简化流程图;
图6表示在本发明的终端的振荡电路中相对于一个或几个应答器所处的位置的距离的电流改变特性,用于说明按照本发明的用于估算应答器的数量的方法的学习阶段;
图7是按照本发明的方法的第二实施例由图5表示的本发明的方法的步骤的简化流程图;以及
图8表示按照耦合系数在终端的振荡电路中的电流的特性,用于说明本发明的方法的第二实施例。
具体实施方式
在不同的附图中,相同的元件用相同的标号表示。为清楚起见,图4和图8的特性按比例绘制,并且在附图这只示出了用于理解本发明所需的应答器的终端的那些元件和方法步骤,这些将在下面进行说明。特别是,在本发明的方法中不对用于实现计算的装置作详细说明,因为这是常规的。例如,所述装置可以是例如在读写终端中通常提供的微处理器。此外,经常用“卡”来指应答器。不过本发明可以应用于任何类型的应答器,它们可以具有或者没有微处理器(信用卡类的卡,电子标签等)。
本发明的特征是要提供一种被称为应答器的电签名的识别。每个应答器的类型具有根据集成电路制造技术由其制造确定的特定的电签名。这些特征主要和应答器的谐振电路的感性电阻和电容器的尺寸(形状和尺寸)相关联。一旦应答器被制成之后,这些特征就不能改变(忽略元件老化的影响)。此外,谐振电路的特征影响终端的振荡电路。因而,可以认为,从其振荡电路的观点看来,每类应答器具有其“签名”。此外,可以利用在制造的批次之间这些元件的技术的分散性,使得应答器系列个性化。不过这种分散性在同一批内是可忽略的,或者至少在同一个晶片上是可忽略的。
本发明的另一个特征是要提供一种根据对终端的振荡电路进行的物理测量用于确定处于读写终端的场中的应答器的系列的方法。更具体地说,在终端的振荡电路中的电流和在所述振荡电路的电容器上的电压的值和在终端付诸使用之前的学习阶段测量的与/或计算的值进行比较。
按照本发明,不需要使用接收的数据信号(即终端的解调器的下游)来进行应答器类型的确定(解调器的上游)。本发明根据唯一的电流和电压确定,并根据这些变量的计算提供所述数量的估算。
不需解释(解调)数据信息便能够确定应答器所属的系列,这大大改善了系统的安全性。确实,为了被终端“接受”,应答器必须具有和参考应答器相同的特征。这意味着,盗版的应答器必须具有和合法的应答器相同的结构(以集成的形式以相同的方法制造)。由于复制固有的电签名(和集成方法以及使用的集成相关)比复制数据信息特征更加困难,因而大大减少假冒的危险。
本发明的另一个特征是要提供一种终端振荡电路相对于参考值的相位调节。按照本发明,所述相位调节通过一个环进行。所述环的响应时间被选择得足够长以便避免干扰来自应答器的可能的反调制(back modulation),并且和在终端场中的应答器的通过速度相比又足够短。相对于调制频率(例如13.56MHz的远方提供的载波频率和在从应答器向终端的数据传输中使用的847.5kHz的反调制频率),这可被称为静调制。
相位调节使得能够可靠地利用所进行的物理变量的测量。确实,由应答器在谐振电路上形成的负载取决于应答器离开终端的距离。对终端的振荡电路的电容器(例如图1中的电容器C1)估算的变化范围取决于所述振荡电路和应答器在远方提供的载波频率上的调谐。在常规的电路中,这种调谐是不完美的。具体地说,在常规的电路中,一旦终端被制成之后,对载波频率的谐振频率的调谐借助于可变电容器手动地进行。所述调谐需要调整,特别是由于电容和电感元件的制造允差,以便保证在由终端的振荡器提供的参考信号和接收的例如在电容器C1上的取样信号之间选择的相位工作点。终端振荡电路的解调谐具有若干个后果,具体地说,能够改变在这个振荡电路中的信号的幅值,因而改变可用于可能估算的信号的幅值。
图3以方块图的形式表示具有振荡电路的相位调节环的按照本发明的终端30的实施例。
一般地说,终端30包括振荡电路,其由感性电阻或天线L1,串联的电容元件31和电阻元件R1构成,它们连接在放大器或天线耦合器33的输出端32和参考电位端(一般是地)34之间。例如在电容元件31和地34之间插入有元件35,用于测量振荡电路中的电流。测量元件35属于相位调节环,其将在后面进行说明。放大器33接收来自调制器36(MOD)的高频发送信号E,所述调制器接收例如来自石英振荡器(未示出)的参考频率(信号OSC)。如果需要,调制器36接收要被发送的数据的信号Tx,并且在终端没有任何数据发送时,提供适用于远方供应应答器的高频载波(例如13.56MHz)。电容元件31是由信号CTRL控制的可变电容元件。
在终端30中,在天线L1中的电流的相位调节被相对于一个参考信号进行。这种调节是一种高频信号即相应于在没有要发送的数据时的信号E的载波信号的调节。这种调节通过改变终端30中的振荡电路中的电容,从而保持在天线中的电流相对于参考信号的相位恒定。所述参考信号例如相应于由调制器的振荡器提供的信号OSC。信号CTRL来自于电路37(COMP),其具有检测相对于参考信号的相位间隔并相应地改变元件31的电容的功能。相位测量例如通过借助于和元件31串联的电流互感器35电路中的测量电流I进行。所述互感器一般由元件31和端子34之间的一次绕组35’和二次绕组35”构成,二次绕组的第一端和地34直接相连,第二端提供作为测量结果的信号MES。电流-电压转换电阻R35和二次绕组35”并联。测量结果MES被发送到比较器37,所述比较器借助于信号CTRL相应地控制电容元件31。
按照图3所示的优选实施例,比较器37使用和用于解调可以通过振荡电路接收的来自应答器的信号的解调器相同的一个相位解调器。因而,比较器37向表示终端电子电路的其余部分的块38提供信号Rx,所述信号恢复从应答器接收的数据的可能的反调制。
通过使用常规装置并根据上面给出的功能表示,相位调节环的实际实施在本领域技术人员的能力范围内。作为图3的电流互感器的替代物,可以使用其它的常规测量装置。相位调节终端的一个例子在文件EP-A-0857981中描述了。
根据参考值调节终端振荡电路的相位使得能够消除振荡电路元件的参数允差可能带来的问题,并消除在操作中这些元件的漂移。这还使得能够相对于终端振荡电路和一个或几个应答器的振荡电路之间的磁耦合进行可靠的测量。
按照本发明,在终端振荡电路中的电流和电压的测量可用于导出关于应答器类型的信息。这种信息尤其考虑到在每个卡和终端之间的耦合,即在终端的振荡电路和卡的振荡电路之间的耦合系数。这个耦合系数尤其依赖于应答器离开终端的距离。在应答器的振荡电路和终端的振荡电路之间的耦合系数k总是在0和1之间。作为一阶近似,天线和振荡电路的距离和1-k成比例。因而,在下面的说明中,将参照距离或者参照耦合系数进行。
在其中几个应答器可能同时存在于一个终端的场中的本发明的应用中,本发明的另一个特征是提供一种用于估算在终端场中存在的卡的数量的方法。按照本发明,这种估算也根据在终端的振荡电路上进行的物理测量进行。和关于签名的确定一样,在终端场中的卡的数量通过比较终端的振荡电路中的电流值和所述振荡电路的电容器两端的电压值和在终端付诸使用之前的学习阶段测量的与/或计算的值来估算。
不需使用接收的数据信号来进行所述应答器数量的估算大大减少了通信初始化方法(图2)的循环的次数。的确,即使使用根据测量动态地自适应循环次数的方法,和常规的方法相比,也改进了要考虑的初始次数。
本发明源自联系可由不同操作配置的终端测量的电变量和一个或几个应答器的不同关系的解释。
具体地说,在终端的串联振荡电路中的电流I(例如由互感器35测量)和激励谐振电路的所谓的发生器电压(称为Vg)以及振荡电路的视在阻抗Zlapp由以下公式联系:
根据参考值调节振荡电路的相位这个事实使得进入终端场中的应答器的距离的改变能够只转化为这些振荡电路的阻抗的实部的改变。的确,由一个或几个应答器形成的负载引起的趋于改变这个阻抗的虚部的所有改变都被相位调节环补偿了。因而,在静态操作时,可以确保阻抗Zlapp的虚部是0。因而,阻抗Zlapp等于视在电阻Rlapp,并且可以表示为: 其中
其中ω表示角频率,X2表示应答器的谐振电路的阻抗的虚部(X2=ω L2-1/ωC2),R2表示由应答器电路对其自身的电路形成的负载,在图1中用和感性电阻L2以及电容器C2并联连接的虚线所示的电阻R2模拟。换句话说,R2表示并联地附加于电容器C2和感性电阻L2上的应答器的所有电路(微处理器,反调制装置等)的等效电阻。在上述的公式2中,忽略了附加于其它两项的感性电阻L1的串联电阻。为了简化,可以认为这个串联电阻的值被包括在电阻R1的值中。
上述公式2和3是在终端场中具有一个应答器的情况下建立的。通过组合公式1,2,3,电流I可以表示为: 其中
在上面的表示4和5中,对于给定的终端和给定系列的应答器,只有值Vg和k可以改变。
在读写终端侧上可以容易地进行的电变量的测量当中,本发明提出使用相应于下述情况的卸载和最大耦合值。
卸载值表示当在终端场中没有应答器时的电流和电压。在这种卸载操作中,终端振荡电路的视在阻抗ZLoff-load现在只依赖于终端的元件R1,L1和C1。此外,由于相位调节,这个阻抗的虚部总是0,因此可以写成: 此外,已知视在阻抗Zlapp的虚部Xlapp可以表示为:
X1app=X1-a2.X2, (7)其中
因为虚部X1app是0,因而可以写成:
X1=a2.X2. (9)
根据这些关系,电流和卸载值之间的差可表示为:
X1-X1off-load=a2.X2-aoff-load 2.X2. (10)
因而,系数aoff-load是0,这是因为卸载耦合是0。此外,元件31两端的电压VC1(忽略电流互感器35的影响)可以写成I/ωC1,其中I例如由互感器35测量。结果,上面的公式10可被写成:
另一个容易确定的操作状态相应于最大耦合kmax。在这个状态下,即,在应答器和终端之间的最小距离的关系中(例如应答器尽可能接近终端的天线L1),在终端振荡电路中的电流Imax可以被测量作为位于终端上的应答器的系列或类型的度量。
通过把公式10应用于电流值和最大耦合,并把这些应用转移到公式11,对于卡可以写成: 通过对上述公式应用公式3,获得:
因而,当应答器处于终端的场中时,在电流和最大耦合系数之间的比k/kmax可以表示为:
通过对最大耦合系数应用式11,并通过组合式1,2,和6,以便表示系数amax 2,可以写成:
因而,对于给定的应答器系列,比
是常数。此外,终端振荡电路的激励电压Vg被确定。因而可以确定关于以下关系的常数K2:
上面的式15可以应用于电流I和电压VC1的任何值(在最大耦合下取代这些值)。因而,在学习阶段,存储给定的应答器系列的最大耦合下的卸载电压和电流以及上述的变量之后,则从这些变量的恒定的测量可以推断在终端场中的应答器的系列。检查满足以下关系便足够了:
相反,如果结果不等于1,则意味着读出器在其场中具有另一种卡(例如来自另一个制造者的卡)。
在本发明用于同时在场中存在几个卡的情况的应用中,上述的检查是不够的。必须把终端侧的各个应答器对视在阻抗(更具体地说,对视在电阻)的份额相加。因而,对于在终端场中具有n个应答器的情况下,通过应用式2和式3,可以写成:
考虑应答器是相同类型的,即,它们具有相同的固有电签名(L2,R2和C2),上述式18成为:
唯一的可变的项是依赖于振荡电路之间的耦合的项,因而其依赖于每个应答器和终端之间的距离。
对于具有不同的耦合系数kI的n个卡,可以写成:
作为一次近似,从终端看时可以认为,好像是具有对应于平均耦合系数的相同耦合系数的n个应答器在终端场中。因而,每个卡的平均耦合系数可以按下式确定:
这相当于用下式确定系数aav:
对于在终端场中具有n个卡或应答器的情况,可以认为,由电流互感器测量的电流I取决于卡的数量和它们各自的耦合系数,作为平均耦合系数的函数表示如下:
可以直观地看出,如果所有应答器和终端之间具有相同的耦合系数,即如果它们都处于相同的距离上,则电流I随着在场中的应答器的数量的增加而减少。类似地,对于在终端振荡电路中测量的相同的电流,每个应答器的耦合系数的减少意味着场中的应答器的数量的增加。换句话说,应答器的数量和每个应答器的平均耦合系数的平方的乘积可以认为是常数。
考虑到这一点,在上式23中,对于给定的终端和给定的应答器系列,只有Vg,n,和kav是可改变的,并且写成这种关系之后,在最大耦合下,对于一个卡和对于n个卡,可以导出下式:
其中Imax(1)和Imax(n)分别表示在最大耦合系数下对于一个卡和n个卡的电流。
通过组合式23和24,获得以下关系:
因而,如前所述,卡的卸载和最大耦合电流可以在读出器的学习阶段被测量(使用试样卡在最大耦合系数Imax(1)下测量电流)。因而,对于2、3、4等数量的卡,读出器能够计算最大耦合系数下的电流的不同值,使计算的值的最大数量和应用以及和估算的确实在读出器的场中存在的卡的最大数量相关联。
图4表示按照本发明的学习和准备阶段的实施例的流程图。
在开始时(块40,ST),读出器被接通,并通过其内部计算机系统进行配置,以便进行学习阶段。
在第一步(块41)测量和存储卸载电压和电流VCIoff-load、Ioff-load。这些测量和终端场中没有卡的情况下进行。
在第二步,对希望终端识别的所有类型的卡测量在最大耦合下的电压VCI和电流I。在图4中,这借助于设置指针j(块42)来表示,然后利用被放置离开终端距离最小,理想情况下为0距离,的试样卡测量这些变量(块43)。电流I(j)max例如利用电流互感器(图3,35)测量,电压VCI(j)max例如通过测量电容器31上的电压来测量。根据在块41和43测量的这些变量,读出器的计算机装置然后计算(块44)相关的卡系列的常数K2(j)(或者其它和常数K2相关的合适的值),并在块45存储这个系列特征值。只要还有要被记录的卡的类型(测试46),计数器增值(块47),便重复执行步43到45。
当所有应答器类型都被记录之后,在块48的E,学习阶段结束,此时每当应答器出现在读出器的场中时,读出器便能够确定应答器是否属于相同类型的应答器。
当然,在卸载操作和最大耦合之间的测量的顺序是任意的。卸载测量(其和打算利用终端操作的卡的系列或类型无关)甚至可以被独立于最大耦合测量(其可以被更新,例如,为了改变打算利用终端操作的卡的类型)进行。此外,任何能够代表比例K2的其它量都可被存储来代替卸载测量(例如值K2/Vg)。
图5表示按照本发明的卡类型识别方法的实施例的简化的流程图。
按照这个实施例,在学习阶段结束之后(图4块48),读出器转换到常规的备用操作方式,在此方式下,其发送定期请求,以便监视是否有应答器出现在其场中。
只要读出器检测到可能存在应答器,其便开始图5所示的确定阶段。在程序初始化步骤(块50,ST)之后,在块51测量电流I和电压VC1的当前值。然后,在块52,计算当前应答器的特征常数K2。然后,在块53,在学习阶段存储的一组值中搜索,确定是否有一个相应于当前值的常数。
如果具有所述的常数,则当前卡的识别被确认(块54)。所述确认可以引起几个操作。例如,可以使读出器适用于卡的类型(块55),以及如后面所述的,所述确认可被认为是第一读出器访问控制。此后,应用常规的防冲突方法(块57,表示传输的初始化INIT)。
如果应答器未被识别,则按照识别的目的可以进行几个操作(块56)。例如,可以通过切断请求程序停止交换(块57),此时认为应答器是假冒的应答器。在实施本发明只用于使读出器适应于应答器类型的情况下,不提供特定的自适应。此后,应用常规的防冲突方法(块57)。
本发明的一个优点在于,其能够不根据数据信息的解调而是根据应答器的固有的电签名对读出器进行第一访问控制。因为使用的签名是“电”类型的,要仿造便困难得多(电容C2和在芯片中集成的元件的等效电阻R2)。此外,认为按照应答器的类型在应答器之间存在的固有的差别是不足够的,这可以在应答器制造时容易地被提供,通过稍微修改每类中的元件,便可以使其具有不同的签名。
本发明的另一个优点在于,这种访问控制可以在通信和防冲突处理初始化开始之前执行。实际上,利用读出器中提供的计算机装置进行本发明所需的测量和计算是非常快的。
本发明的另一个优点在于,如果需要,其能够在执行传输初始化处理之前使读出器和必须与其通信的应答器自适应。例如,应答器类型可专用于和读出器实现耦合的类型(远方或近处)。如果读出器按照应答器的耦合关系可以接收几个操作方式,则可以使应答器,更具体地说,可以使其振荡电路自适应于应答器的专用操作方式。
确实,可以从学习阶段推断应答器类型是否专用于一种极近的耦合或远方耦合。例如,如何在结构上使应答器选择地专用于极近的操作和远方操作在本申请人的欧洲专利申请00410077.2和00419078.0中说明了。其中说明了应答器相对于最大耦合kmax的最佳耦合点kopt的位置,其中最佳耦合kopt被定义为由应答器恢复的电压最大的位置。已知如果kopt<kmax,则应答器专用于极近操作。如果kopt>kmax,则应答器专用于远方耦合。因而,这两个耦合系数之间的比和在最大耦合下的电流Ioff-load有关。确实,作为一阶近似,通过组合式1,2,和3,其中X2在一阶时接近于0,可以写成:
因而,根据学习阶段,确定应答器类型是否专用于极近操作或远方操作便成为已知的。
在另一方面,应答器的电容器C2相对于这个电容器在调谐的C2时的值的位置,即,当应答器的振荡电路被调谐到远方供应载波的频率上时,可以从比值K2/Vg导出。
确实,对于在读出器的场中存在的卡,可以写成:
根据这个表达式和式16,可以写成: 因而,当应答器被调谐到远方电源载波频率上时,有: 因而,项
解释应答器的解调谐。因而有下式:
其中项
给出和应答器的解调谐成比例的映象(image)。当然,上面可以根据应答器的品质因数来解释。在这种情况下,比K2/Vg给出和品质因素的改变成比例的映象。
此后,通过测量在读出器的场中的应答器的当前比K2/Vg,便获得关于和应答器的理论上的调谐电容相比的应答器的电容值的信息,它相应于和在学习阶段存储的比K2/Vg。
在专用于极近操作的应答器并且所述应答器的品质因数小于在调谐状态下的品质因数的情况下,可以减少应答器振荡电路的品质因数(例如通过增加C1与/或R1的值)。因而增加发送速率。此外,通过增加电阻R1的值,终端的发送功率,因而其远方供应范围被减少,这增强了极近的操作。
仍然在专用于极近操作的应答器的情况下,如果品质因数Q2大于调谐时的品质因数,则可以增加R1的值,从而减少发送功率并减少远方供应范围。
在专用于远方耦合操作的应答器的情况下,按照应答器具有相对低的或相对高的发送流量,终端可以使其C1和R1的值自适应。
更一般地说,可以从学习阶段和参考应答器的使用得到利益,使所述应答器向终端发送关于其操作的信息(例如极近操作或远方操作,反调制流量,最小电压电平,存储器尺寸和内容类型,识别类型等)。使所有这些特征和在终端中存储的应答器的类型相关联。例如,这避免在应答器和终端之间的每次通信开始时发送这个信息。
一般地说,由终端执行的操作都可以按照由其在利用有关系列的参考应答器进行的学习阶段收集的信息被自适应。从“电”识别提取的信息尤其可以和由应答器向终端发送的“软件”信息组合。
在本发明的优选的应用中,在终端场中存在的应答器的数量也被估算。为此,在学习阶段进行附加的计算。不过,由下面的说明可以看出,考虑的测量和为确定应答器的类型而进行的测量相同。
图6表示振荡电路中的电流I按照距离d,或者,更具体地说,按照在读出器的场中的每个卡的平均耦合系数的曲线族的例子。在距离朝右方增加时,平均耦合系数朝右方减小。
如图6的曲线族所示,在最大耦合kmax时的最大电流,即在零距离时的电流,随着在终端的场中的卡的数量的增加而减少。此外,所有曲线都具有基本上相同的斜率,并且随着距离增加(或者随着每个卡的平均耦合系数的减少),和水平形状的卸载电流相连。应当注意,所有曲线不相互交叉。
因而,在读出器操作时,通过测量其振荡电路中的电流,并通过比较测量的电流和在学习阶段期间计算的不同的值,便可以确定在场中的卡的最小数量。应当注意,和图6的曲线相比,学习阶段的计算不能在实际上绘制曲线族,而只能计算不同的最大电流。
为了计算曲线的最少量,在图4的学习阶段提供一个附加的步骤(未示出),其中计算相应于若干卡的最大耦合的一组电流值。Imax的这些值(n>1)相应于图6所示的那些值,计算的值的最大数量取决于应用。
然后,在每当相同类型的一个或几个应答器出现在读出器的场中时,读出器便能够确定应答器的最少数量。这个数量能够使请求程序自适应,更具体地说,能够使在进行传输初始化时执行的防冲突步骤的数量自适应。
确实,可以使相应于上面式17的测试对于n个相同类型的卡一般化。在这种情况下,测量的值VC1和I1相应于n个卡的影响,并且要进行的测试如下: (式31)
代替图5的测试53进行这个测试。如果结果不正确,则意味着存在若干个不同类型的卡。此时这些卡的各自的类型不能只根据电流和电压测量来确定。在这种情况下,必须使用常规的软件请求、初始化和防冲突方法。
如果结果正确,则意味着存在一个或几个相同类型的卡。此时可以执行按照本发明的优选实施例的卡的数量的估算方法,不仅求出卡的类型,而且求出在读出器的场中存在的卡的最小和最大数量。
确认步骤54(图5)相应于根据先前在学习阶段计算的值确定在终端的场中存在的应答器的最小数量nmin。
例如,如果测量的电流I被包括在卸载电流Ioff-load和一个卡的最大电流I(j)max(1)之间(相应于学习阶段的测量I(j)max,图4),则可能有两种情况。一种情况是在读出器的场中具有一个卡,并且这个卡具有给定的耦合k(小于kmax)。另一种情况是在读出器的场中具有n个卡,它们都分别具有小于第一种情况的耦合k的耦合k。
如果测量的电流在n和n+1个卡的两个最大电流值之间,则确定在读出器的场中至少具有n个卡。不过,如果每个卡的平均耦合小于只具有n个卡的情况下的平均耦合,则可以具有大于n+1个卡。
此时可以选择在防冲突方法中的请求周期数nR,其是所述最小数量的函数。根据这个数量,应用常规的防冲突处理。
利用上述的简化的实施例已经实现的第一个优点是,通过得知卡的最小数量,可以预先调节防冲突请求的数量,因而相对于常规方法,节省了时间。
图7表示本发明的优选实施例的简化的流程图,其中详细示出了传输初始化方法的请求阶段的数量确定。图7的流程图和图5的流程图重叠,例如代替确认步骤54。
如在简化的方法中那样,首先确定最小数量nmin(块72)。
然后,对于可能存在于终端场中的最少数量的卡中的每个卡,计算相应于电容器(图3的元件31)两端的电压的一组理论值的一组值VC1(th,nmin)。
这些理论值的计算按下述进行。
由于在读出器侧上提供的相位调节环,对于每个前面确定的最少数量的卡,可以计算读出器的电容元件两端的理论电压,然后由其导出在场中存在的卡的最大数量。
确实,前面对于一个卡建立的公式16对电流I,电压VC1以及耦合的任何值仍然有效。因而,当前电压VC1可以表示为:
常数K2已经被计算出,并且在学习阶段根据测量的值被存储(图4,块41,43)。
上面的式32对于在终端场中存在的若干个卡仍然有效。因而,根据电流的当前测量(块51,图5)和卡的最少数量nmin的确定(块72),对于nmin卡,通过应用从式32导出的以下关系,可以导出在电容器元件31两端的电压VC1的理论值VC1(th,nmin):
然后,可以比较(块74)元件31两端的测量电压的当前值和对于以前确定的最小区域计算的这个理论值。
如果测量的电压小于或等于对于nmin计算的理论值,则这意味着在场中存在的卡的数量等于最少数量。在这种情况下,根据这个数量nmin选择防冲突处理的请求序列的数量nR,现在已知这相应于应答器的精确的数量。
如果测量值大于理论值,则意味着在终端场中的卡多于nmin个。
然后进行另一个计算阶段的处理,包括根据电压测量确定在场中存在的卡的最大数量。为此,应当获得的相应于对于一个增加的数量nmin+i测量的电流I的电压VC1的计算以迭代方式进行。确实,因为根据当前测量确定了卡的最少数量,并且因为已知卡的实际数量和所述最少数量不一致,所以在终端场中的卡的数量大于最少数量,但是这些卡的平均耦合系数小于最大耦合系数。在相反的情况下,测量的电流应当提供卡的较大的最少数量。
和图7所示的实施例的例子一样,表示相对于卡的数量nmin的增加的增量i的计数器被初始化(块76)。通过设置变量i等于1,对于测量的电流I和卡的最少数量+1计算第一电压值VC1。用于计算这个值(块77)的关系用下面的方式获得,参照图8可以更好地理解。
图8表示在振荡电路中按照距离(绘制耦合系数k)和电容元件31两端的电压VC1的值的大小相关的电流I的形状的例子。
如图所示,在学习阶段期间进行的计算(图4,块44)能够确定曲线81,82,83和84的原点,它们都位于最大耦合系数kmax上。每条曲线相应于对于减少的电流而增加的卡数。卸载电流的测量(块41)限定了不同曲线的渐近线。图8的电流的曲线用于和图6的曲线比较。在最大耦合系数(或零距离)的位置上电流轴上的不同点的确定能够确定卡的最少数量彼此不同的区域(在图中为水平方向)。此后,电压VC1的测量便能够确定卡的最大数量。
对于在测量电流值I下获得的卡的最少数量进行的理论电压值的计算(块73)确定了一个交点,所述交点在图8的例子中在表示两个卡的曲线82上。
在图7的块77进行的计算相应于确定测量的电流I的直线和相应于较大数量的卡的曲线83和84的交点。
在对于一个单位增量i计算第一值VC1(I,3)之后,获得的值和测量的值VC1(块78)比较。只要测量的值VC1不大于计算的值,增量i便被增加(块79),并对于卡的较大数量(值VC1(I,4))继续进行计算。在图8的例子中,假定测量的值VC1被包括在3个卡和4个卡的值之间。考虑测量的电流,这意味着应答器的数量最多是4,因而被包括在2和4之间。此时可以把防冲突处理请求的数量设置(块80)为这个最大数(或者设置为最大数+1,以便可靠地确定)。
此时,不论请求的数量是由块75确定还是由块80确定,都考虑这个数量(块57)进行常规的请求处理。
应当注意,虽然图8的表示是一种纯理论的曲线,但是实施本发明所需的计算只涉及这些曲线上的实际上不需要精确确定的那些点。
根据下述进行值VC1(I,nmin+i)的计算:
该式是通过把式14应用于最少数量区域内的每个卡的平均耦合系数而导出的,考虑到此,对于给定的测量电流,平均耦合系数由下式给出:
其中k(I,th,nmin)表示相应于值nmin的平均耦合系数。
本发明的优点在于,现在其至少能够确定在场中存在的应答器的最少数量。
在上述的优选实施例中,至少确定在场中存在的应答器的最大数量,甚至确定精确的数量。得知这些数量之后,在至少一个应答器回答由终端发出的询问请求时,便能够使通信的初始化算法自适应。
得知在读出器场中的卡的先验的数量便能够估算请求阶段的最佳数量。因而可以最佳地减少防冲突协议的交换时间,所述防冲突协议必须能够或者从读出器的前方同时存在的几个卡中选择一个卡,或者能够识别读出器场中的卡,或者能够选择读出器必须和其通信的不同卡的顺序。
按照本发明,一旦应答器确认来自终端的请求,便进行在读出器的场中的卡的预期数量的自适应,开始,如果需要预定的次数来执行请求处理,则可以任意地或方便地设置这个数。
只要读出器检测到应答器的存在,其便通过利用在学习期间计算的数据进行确定应答器的数量的处理。对于其余部分,可以使用常规的请求、防冲突和初始化处理。
请求的数量nR不必和由本发明确定的最大数量或精确的数量一致,不过要是这些数的函数(例如和预定系数的积或商,和预定数的和或差)。
当然,本领域的技术人员,可以容易地作出本发明的多种改变、改型和改进。具体地说,在本领域技术人员的能力之内,根据上面指出的功能,可以实施本发明。唯一应当说明的是,他们一般将借助于通常使用的在应答器读写终端内的数字处理电路编程的技术。因而,因为本发明基本上执行一种计算处理,对在终端的振荡电路中具有电流和电压信息的常规的终端进行微小的改变,便可以应用本发明。
本发明的应用包括非接触的芯片卡(例如,用于访问控制的识别卡,电子钱包卡,用于存储关于卡保持者信息的卡,消费者信用卡,电视付费卡等)和用于这些卡的读系统或读写系统(例如,访问控制终端或门廊,自动售货机,计算机终端,电话终端,电视或卫星解码器等)。
Claims (13)
1.一种用于借助于振荡电路(R1,L1,31)产生高频电磁场的终端,当至少一个应答器进入所述电磁场中时,所述终端适应于和所述应答器协同操作,其特征在于包括:
用于相对于一个参考值调节在振荡电路中的信号相位的装置(37);以及
用于根据在振荡电路中的电流测量和振荡电路的电容元件(31)上的电压测量检测应答器的电签名(K2)的装置。
2.如权利要求1所述的终端,其特征在于,所述电签名能够从由特有的制造参数识别的一组类型当中确定应答器所属的类型。
3.如权利要求1或2所述的终端,其特征在于,它包括用于比较进入场中的应答器的签名和在学习阶段存储的至少一个签名样本的装置。
4.如权利要求1到3中任何一个所述的终端,其特征在于,所述终端包括用于以几个使参考应答器和终端分开的距离的确定的配置,确定和存储关于终端的振荡电路的电容元件(31)两端的电压和振荡电路中的电流的特征信息的装置,所述装置还考虑这个特征信息,确定应答器的签名。
5.如权利要求4所述的终端,其特征在于,所述特征信息主要包括:
当在终端(1)的场中不存在应答器(10)时,电容元件(31)两端的电压;
当应答器最接近终端时(Kmax)电容元件两端的电压;
当在终端的场中不存在应答器时振荡电路中的电流;以及
当应答器最接近终端时振荡电路中的电流。
6.如权利要求1到5中任何一个所述的终端,其特征在于,进行所述签名的检测不需要解释由高频场传输的任何数据信息。
7.如权利要求1到6中任何一个所述的终端,其特征在于,所述终端包括用于根据在振荡电路中的电流的测量估算在场中存在的应答器的最少数量的装置。
8.如权利要求7所述的终端,其特征在于,所述终端还包括用于根据振荡电路的电容元件(31)两端的电压的测量估算在终端的场中存在的应答器的最大数量的装置。
9.一种用于在产生高频磁场的终端(1)和电磁应答器(10)之间建立至少一个通信的方法,其特征在于,所述方法包括在应答器和终端之间交换任何数据信息之前,从由特有的电参数识别的一组类型当中确定应答器的类型。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述确定包括比较在终端的振荡电路中测量的电流和所述振荡电路的电容元件(31)两端的电压和先前计算并存储的值,从而建立一组被识别的类型。
11.如权利要求9或10所述的方法,其特征在于,所述方法包括定期地发送请求序列(REQ),直到进入场中的至少一个应答器发出确认信号,并根据电流测量估算在场中可能存在的应答器的最少数量。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,所述方法还包括根据最少数量的估算和电压测量,估算在终端的场中可能存在的应答器的最大数量。
13.如权利要求9到12中任何一个所述的方法,其特征在于,其适应于权利要求1到8任何一个所述的终端。
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