用于询问器与智能标签之间的高频通信的方法和电路技术

本发明专利技术的有源发射智能标签在与无源智能标签的传统的询问器进行通信时，甚至在发射数据帧之内观测第一相位（Φi），该第一相位是由询问器的高频载波信号在标签的天线中所感生出的电压的相位，并且该有源发射智能标签发射波包，其中该有源发射智能标签使用具有相位（Φt）的电压激励天线，该相位（Φt）总是被设置为在每个所述波包的发射的开始时关于所述第一相位（Φi）偏移相同的相位角ΔΦ。在ΔΦ=180°下，询问器的天线处的在所述波包中的一些波包影响该天线时的电压的幅度获得最大可得干涉上升。使得微型有源发射智能标签能够与所述传统的询问器进行无线通信，因此增大了袖珍标签的通信范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于询问器与智能标签之间的高频通信的方法和电路本专利技术涉及一种用于无源智能标签的传统询问器与本专利技术的智能标签之间的高频通信的方法，本专利技术的智能标签的电路与电压源电耦合，本专利技术的主题适用于微型智能标签在与询问器相距针对其所预见的短距离处的高频通信并且适用于增大袖珍智能标签的高频通信的范围。已知包括各种传感器和数据记录器的有源智能标签。这样的有源智能标签必须在无询问器的场时也起作用。因此这样的有源智能标签配备有电池。所述询问器可以是高频无源智能标签的简单传统的询问器中的任一个。还已知用于900MHz超高频的有源智能标签。即使当询问器的电磁场在这样的有源智能标签的位置中非常弱以使得有源智能标签不能从该电磁场中汲取用于其操作的足够功率时，这样的有源智能标签仍能够仅通过无源负载调制(背向散射，backscatter)来足够强地响应询问器。因此，用于超高频的智能标签设置有电池，以使得还在实际上增大智能标签的范围的仍满意的通信的情况下确保智能标签的操作。然而，以此方式不能增大例如13.56MHz高频智能标签的范围。即，这样的智能标签不再能够通过改变其天线的阻抗来进行响应的距询问器的距离，近似等于智能标签不能再从在智能标签的位置中的弱的询问器的电磁场中汲取用于智能标签的操作的足够功率的距离。未配备有传感器或数据记录器的13.56MHz高频智能标签不需要用于对其电路供电的自己的电压源。这样的高频智能标签仅是无源的。当这样的高频智能标签需要与适度距离的询问器进行通信时，通过在高频智能标签的位置中的询问器的高频电磁场对高频智能标签进行供能。这样的高频智能标签通过在其响应的时间区间内无源地变化其天线的阻抗(这引起了询问器的天线处的电压幅度或相位在这些时间区间内的干涉变化)来与询问器进行通信。然而，不知道用于13.56MHz高频的重复操作的智能标签，该高频智能标签将会设置有电池，使得该电池能量容许用于通过所述智能标签发射信号。即，无法了解设置有电池的智能标签应当如何重复地且遵照时间要求标准(例如ISO/IEC14443类型A或B)来形成响应信号，该响应信号通过与存在于询问器的天线处的询问器的载波信号进行干涉在每个标签响应时在该天线处产生如无源智能标签的响应信号产生的图案那样的同等图案，该无源智能标签通过变化其天线的阻抗来进行调制。然而，特别是在智能标签是非常小的线性尺寸的微型智能标签时或智能标签距询问器的距离超过正常通信范围时的边界情况下，协助智能标签发射响应信号的电池将是绝对必要的。询问器的天线与具有10mm×10mm的尺寸的微型智能标签之间的耦合非常低。因此，微型智能标签甚至在距询问器的实际可用距离处从询问器的电磁场中汲取用于对其自身进行供能的过低功率，而且通过微型智能标签进行负载调制的响应信号通过与询问器的天线上的电压进行干涉来非常弱地影响所述电压，使得询问器能够检测到所述负载调制的响应信号。当标签被插入到另一个装置中、例如插入到移动电话中时，在微型智能标签的位置中的询问器的电磁场会另外变得更弱。已知微SD卡(US2010/0044444Al)，其设置有改进的天线和在解码之前对标签的天线所接收到的询问器的信号进行放大的电路。标签的电路电连接至电压源。但是没有建议这样的微SD卡应当如何形成用于响应询问器的信号。还已知下述技术方案(US7734270B2)：如何借助通过干涉产生的询问器的天线上的电压的非常弱的变化来检测来自无源智能标签的弱响应信号。这里，会涉及微型智能标签或仅更远离询问器的通常尺寸的智能标签。由于询问器的天线上的电压在所述边界环境下因干涉而非常弱地变化，所以通过用如US7734270B2所建议的复杂且相当贵的询问器来替换无源智能标签的大量已安装的简单的传统询问器，明显不能有效地补救上述缺点，即，目前为止不知道用于智能标签对询问器的信号的电池支持式有源响应的可重复方法。毋庸置疑，为了消除所述缺点，更有用的是，保持无源智能标签的大量已安装的简单的传统询问器并提出以适当方式进行有源响应的智能标签。专利EP1801741B1公开了针对如何增大包括读取装置和应答器的13.56MHz负载调制系统的数据传输范围的技术问题的技术方案。据称，改进了用于从应答器向所述读取装置发射数据的方法(还能够通过由所述读取装置生成的磁场的负载调制由应答器向所述读取装置发射数据)，其中用于将数据发射至读取装置的在有源操作模式下的改进的应答器生成这样的自己的磁场，使得该磁场将被读取装置认为是负载调制的应答器信号。根据供应给应答器的功率或外部命令来选择应答器的无源操作模式或所述有源操作模式。在无源操作模式下，应答器执行由读取装置生成的磁场的负载调制。在有源操作模式下，应答器生成磁场，该磁场仿真读取装置场的负载调制。改进的应答器的基本实施方式设置有电源，并包括：接收电路、设置有生成具有13.56MHz频率的载波信号的振荡器的发射电路、可插入的数据载体例如大容量存储卡、以及能够通过控制开关在所述接收电路与所述发射电路之间进行切换的天线。应答器借助控制信号在接收模式与发射模式之间可切换。通过所述数据载体的操作系统来控制应答器电路。所述基本实施方式在以下方面是有缺点的。用于读取装置和应答器的大量生产的振荡器生成可能具有差别很大的频率的载波信号。根据标准ISO/IEC14443，RF操作辐射场的频率应当为13.56MHz±7kHz。针对应答器载波频率超过读取装置的载波频率10kHz的实际情况，在图9中表示了在有源发射时所述应答器的天线上的信号电压Uta、所述读取装置(询问器)的天线上的信号电压Ui以及信号电压Ui的包络电压Ui_rect的时间发展(timedevelopment)。读取装置载波信号的相位与应答器载波信号的相位之间的差的变化(这是由于载波频率之间的所述差与过去的时间(lapseoftime)直接成比例)导致在过去的30微秒内读取装置的天线处的电压干涉图案的显著的时间不稳定性。然而，所述过去的时间甚至对于应答器发射非常短的数据帧都是不充分的。即，以下述帧执行发射：所述帧表示在开始和结尾具有定界位的数据位的序列。根据标准ISO/IEC14443最大数据帧大小为256字节，并且发射这样的帧花费大约22毫秒。借助这样的系统进行的通信不可靠且实际上不可用。同理，专利EP1327222B1所公开的技术方案也是严重有缺陷的。第一读取器在待发射数据时按照信号被施加给其天线的方式来仿真应答器的操作，所述信号能够干扰由第二读取器在此第二读取器的天线处生成的磁场，使得所得到的磁场由所述第二读取器检测到，就像第一读取器为负载调制应答器。任一读取器设置有其自己的振荡器，这产生如上所述的第二读取器的天线上的电压干涉图案的同样的时间不稳定性。专利EP1801741B1还公开了应答器的改进的实施方式。其发射电路设置有锁相环。评定所实现的优点为(出处同上，第16页第38行)：今后，振荡器不需要自己的振荡石英。明显地，已不必对上述相位差的时间恒定性给予应有的担忧。改进的应答器的振荡器电路包括电压控制振荡器、相位比较器和采样保持电路。因此，此振荡器电路的输出信号与从读取装置接收的载波信号耦合。在接收时段期间所述输出信号与读取装置载波在相位和频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于询问器与智能标签之间的高频通信的方法，所述智能标签的电路与电压源电耦合，以及根据所述方法，所述智能标签观测第一相位（Φi），所述第一相位（Φi）是由所述询问器生成的高频载波信号在标签的天线中所感生出的电压的相位，其特征在于，所述智能标签在甚至位于发射的数据帧内的那些时间区间中观测所述第一相位（Φi），在所述时间区间中，所述智能标签根据通信协议不发射高频无线电波包，以及其特征在于，所述智能标签发射所述高频波包，其中所述智能标签使用相位为第二相位（Φt）的电压来激励其自己的天线，其中在发射每个所述高频波包的开始时设置所述电压的相位，每次所述相位关于所述观测的第一相位（Φi）偏移相同的相位角（ΔΦ），所述相位角（ΔΦ）是通过关系ΔΦ=Φt‑Φi而确定的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.29 SI P-2011002341.一种用于询问器与智能标签之间的高频通信的方法，所述智能标签的电路与电压源电耦合，以及根据所述方法，所述智能标签观测第一相位(Φi)，所述第一相位(Φi)是由所述询问器生成的高频载波信号在标签的天线中所感生出的电压的相位，其特征在于，所述智能标签在甚至位于发射的数据帧内的那些时间区间中观测所述第一相位(Φi)，在所述时间区间中，所述智能标签根据通信协议不发射高频无线电波包，以及其特征在于，所述智能标签发射所述高频波包，其中所述智能标签使用相位为第二相位(Φt)的电压来激励其自己的天线，其中在发射每个所述高频波包的开始时设置所述电压的相位，每次所述相位关于所述观测的第一相位(Φi)偏移相同的相位角(ΔΦ)，所述相位角(ΔΦ)是通过关系ΔΦ＝Φt-Φi而确定的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能标签在具有下述持续时间的时间区间中观测所述第一相位(Φi)：所述持续时间根据通信协议是足够长的，使得所述智能标签能够使所述第二相位(Φt)与关于所述第一相位(Φi)偏移了所述相位角(ΔΦ)的相位匹配。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述相位观测的所述时间区间被设置为紧接在所述智能标签根据通信协议开始发射所述高频波包的时刻之前。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相位观测的所述时间区间被设置于甚至在位的持续时间内无标签的发射的时间窗中，在所述位中，所述智能标签根据所述通信协议发射所述高频波包。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述智能标签发射所述高频波包，其中所述智能标签使用相位为第二相位(Φt)的简单谐波电压来激励其自己的天线，其中在发射每个所述高频波包的开始时设置所述电压的相位，每次所述相位偏移相同的所述相位角(ΔΦ)。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述智能标签发射所述高频波包，其中所述智能标签使用具有脉冲群的形状并且相位为第二相位(Φt)的电压激励其自己的天线，其中在发射每个所述高频波包的开始时设置所述电压的相位，所述相位每次偏移相同的相位角(ΔΦ)。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标签的高频波包中的无线电波的频率(ft)等于所述询问器的载波信号的频率(fi)，以及其特征在于，所述相位角(ΔΦ)使得：询问器的天线上的电压的幅度每当所述波包中的一些波包影响所述天线时总是获得最大可得干涉上升或最大可得干涉下降。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过设置关于所述观测的第一相位(Φi)偏移相位角ΔΦ＝180°的所述第二相位(Φt)，获得所述询问器的天线上的电压的幅度的最大可得干涉上升。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过设置关于所述观测的第一相位(Φi)偏移了相位角ΔΦ＝0的所述第二相位(Φt)，获得所述询问器的天线上的电压的幅度的最大可得干涉下降。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述智能标签应当以优于20°的精度关于所述观测的第一相位(Φi)设置所述第二相位(Φt)。11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述智能标签应当以优于10°的精度关于所述观测的第一相位(Φi)设置所述第二相位(Φt)。12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述智能标签选择所述相位角(ΔΦ)的值，并且于是自动设置所述第二相位(Φt)。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述相位观测的所述时间区间中，所述智能标签将所述询问器的载波信号在所述标签的天线中所感生出并然后放大的信号(rs’)数字化，以及其特征在于，使用所述数字化的接收信号(drs)作为用于相位-频率比较器的参考信号。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述相位-频率比较器连接至锁相环，所述锁相环的电压控制振荡器在所述询问器的高频载波信号的频率(fi)上工作，并且所述锁相环的输出信号被偏移所述相位角ΔΦ+90°并被放大，并且所述输出信号作为简单谐波信号通过电容器被传导至所述标签的天线，以便以高频波包的形式进行发射。15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述相位-频率比较器连接至锁相环，所述锁相环的电压控制振荡器在作为所述询问器的高频载波信号的频率(fi)的倍数的频率上工作，所述电压控制振荡器的输出信号传导通过数模转换器或数字除法器，其中所述相位被偏移相位角ΔΦ+90°并被放大，并且所述输出信号作为简单谐波信号通过电容器被传导至所述标签的天线，以便以所述高频波包的形式进行发射。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电压控制振荡器在作为所述询问器的高频载波信号的频率(fi)的8倍的频率上工作。17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述电压控制振荡器在作为所述询问器的高频载波信号的频率(fi)的16倍的频率上工作。18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述询问器中断发射所述高频载波信号时，所述锁相环形成开环。19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述相位观测的所述时间区间中，所述智能标签观测第一幅度(Ai)，所述第一幅度(Ai)是由所述询问器的高频载波信号在所述标签的天线中所感生出的电压的幅度，以及其特征在于，每当所述第一幅度(Ai)降到特定值以下时，所述锁相环形成开环。20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述锁相环在所述智能标签根据所述通信协议开始发射所述高频波包的时刻之前形成开环。21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述智能标签使用所述电压控制振荡器的输出信号作为时钟信号，所述振荡器此时以闭环锁相环模式或开环锁相环模式进行操作。22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述智能标签观测第一幅度(Ai)，所述第一幅度(Ai)是由所述询问器的高频载波信号在所述标签的天线中所感生出的电压的幅度，以及其特征在于，所述智能标签发射高频波包，其中所述智能标签使用如下电压来激励其自己的天线：所述电压的幅度在发射每个所述高频波包期间基本上恒定，以及关于到那时所观测的所述第一幅度(Ai)来把所述电压的幅度设置为第二幅度(At)，使得所述第二幅度(At)与所述第一幅度(Ai)成反比。23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述智能标签在所述智能标签根据所述通信协议不发射所述高频波包的时间区间中观测所述第一幅度(Ai)。24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，通过如下电压来激励所述标签的天线：所述电压的第二幅度(At)在所述第一幅度(Ai)在所述第一幅度(Ai)的参考值(Airef)以下时被自动设置成最高值(Atmax)，以及其特征在于，通过如下电压来激励所述标签的天线：所述电压的第二幅度(At)在所述第一幅度(Ai)在所述第一幅度(Ai)的参考值(Airef)以上时被自动设置成通过表达式Atmax·Airef/Ai所确定的值。25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一幅度(Ai)的参考值(Airef)被确定为所述第一幅度(Ai)的这样的最小值(Aimin)的两倍至五倍：所述询问器的磁场以在所述标签的天线的位置处的磁场密度的按标准所需要的最低值在所述标签的天线中感生出所述最小值(Aimin)。26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述询问器的天线电路的谐振频率(fi)等于13.56MHz。27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述高频波包的持续时间的长度等于无源智能标签中天线的阻抗的负载调制的按标准所需要的持续时间的长度。28.一种用于询问器与智能标签之间的高频通信的电路，所述智能标签的电路与电压源电耦合，在标签的天线(A)中感生出的接收信号(rs)被传导至可变增益放大器(VGA)的输入，所述可变增益放大器(VGA)的输出通过数字转换器(Dig)或直接地连接至相位匹配信号发生器(PhMSG；PhMSG’)的参考输入，并且所述智能标签发射高频无线电波包，所述高频无线电波包是根据来自相位匹配信号发生器(PhMSG；PhMSG’)的输出的相位匹配信号(ts’)而生成的，其特征在于，每次在发射每个所述波包的开始时，相位为增加了90°的第二相位(Φt)的所述相位匹配信号(ts’)在所述相位匹配信号发生器(PhMSG；PhMSG’)中与所述接收信号(rs)进行相...

【专利技术属性】
技术研发人员：温科·昆茨，马克西米利扬·什蒂格利奇，安德烈·沃多皮韦茨，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT