DE4444984C1 - Contactless data transmission system using inductive or capacitive coupling - Google Patents
Contactless data transmission system using inductive or capacitive couplingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur kontaktlosen Datenüber tragung mittels einer Einrichtung zur losen induktiven oder kapazitiven Kopplung zwischen einer Sende/Empfangs-Einrich tung und zumindest einer tragbaren Datenträgeranordnung, wobei die Übertragung von Daten von der Datenträgeranordnung zur Sende/Empfangs-Einrichtung mittels Modulation des von der Sende/Empfangs-Einrichtung zur Datenträgeranordnung gesende ten Trägersignals durch Belastung des Sekundärkreises der Koppeleinrichtung und in der Sende/Empfangs-Einrichtung eine Demodulation erfolgt.The invention relates to a system for contactless data transfer carrying by means of a device for loose inductive or capacitive coupling between a transmit / receive device device and at least one portable data carrier arrangement, wherein the transfer of data from the disk assembly to the transmitting / receiving device by means of modulation of the Transmit / receive device for data carrier arrangement th carrier signal by loading the secondary circuit of the Coupling device and one in the transmitting / receiving device Demodulation takes place.
Ein solches Datenübertragungssystem ist beispielsweise aus der EP 0 473 569 A2 bekannt. Dort wird eine Sendespule der Sende/Empfangs-Einrichtung von einem Oszillator gespeist. Die Sendespule ist lose mit einer Empfangsspule in einer tragba ren Datenträgeranordnung gekoppelt, so daß eine induktive Übertragung von Energie von der Sende/Empfangs-Einrichtung zur Datenträgeranordnung stattfinden kann. Diese Energieüber tragung erfolgt mittels eines Trägersignals, das einerseits als Taktsignal fungiert und andererseits als Träger für Daten von der Sende/Empfangs-Einrichtung zur Datenträgeranordnung dient. In der Datenträgeranordnung kann gesteuert von einem Modulator die Induktivität oder die ohmsche Belastung der Empfangsspule verändert werden, wodurch sich der Strom im Sekundärkreis der Koppeleinrichtung und davon abhängig auch die Spannung an der Sendespule des Primärkreises ändert. Diese Änderung wird durch einen Amplituden-Demodulator ermit telt. Durch diese Belastungsmodulation können also Daten von der Datenträgeranordnung zur Sende/Empfangs-Einrichtung über tragen werden ohne daß ein weiteres Trägersignal nötig wäre.Such a data transmission system is, for example, from known from EP 0 473 569 A2. There is a transmitter coil Transceiver device powered by an oscillator. The Transmitter coil is loose with a receiver coil in a carrier ren data carrier arrangement coupled so that an inductive Transmission of energy from the transmitting / receiving device to the disk arrangement can take place. This energy over Carried out by means of a carrier signal, on the one hand acts as a clock signal and on the other hand as a carrier for data from the transmitting / receiving device to the data carrier arrangement serves. In the disk arrangement can be controlled by a Modulator the inductance or the ohmic load of the Reception coil can be changed, causing the current in the Secondary circuit of the coupling device and depending on it the voltage on the transmitter coil of the primary circuit changes. This change is detected by an amplitude demodulator telt. Through this load modulation, data from the data carrier arrangement to the transmitting / receiving device will be carried without the need for a further carrier signal.
Allerdings hängt das Übertragungsverhalten vom Koppelfaktor zwischen dem Primär- und dem Sekundärkreis der Koppeleinrich tung ab. Dieser ist wiederum eine Funktion des Abstands zwi schen der Sende/Empfangs-Einrichtung und der Datenträgeran ordnung, die beispielsweise eine kontaktlose Chipkarte sein kann. Die prinzipielle Abhängigkeit der Spannung an der Sen despule des Primärkreises vom Strom durch den Sekundärkreis ist in Fig. 2 dargestellt. Bei üblichen Schaltungskonstella tionen für Koppeleinrichtungen ergibt sich ein Übertragungs verlauf, der ein Minimum aufweist. Durch Variation der Bela stung des Sekundärkreises, was sowohl durch Veränderung der Induktivität der Spule, des Werts eines Widerstands oder der Kapazität eines Abstimmkondensators erfolgen kann, ändert sich der Sekundärstrom beispielsweise von einem Wert I₁ zu einem größeren Wert I₂. Wenn sich die Datenträgeranordnung in einem geeigneten Abstand zur Sende/Empfangs-Einrichtung be findet und damit der Koppelfaktor sich derart ergibt, daß die Werte im abfallenden Ast der U-I-Kennlinie liegen, wird sich der Wert der Spannung an der Primärkreisspule von einem Wert U₁ zu einem kleineren Wert U₂ ergeben, was mittels eines Amplituden-Demodulators detektiert werden kann.However, the transmission behavior depends on the coupling factor between the primary and the secondary circuit of the coupling device. This, in turn, is a function of the distance between the transceiver device and the data carrier arrangement, which can be, for example, a contactless chip card. The basic dependence of the voltage at the Sen despule of the primary circuit on the current through the secondary circuit is shown in Fig. 2. In the usual circuit constellations for coupling devices, there is a transmission course that has a minimum. By varying the loading of the secondary circuit, which can be done both by changing the inductance of the coil, the value of a resistor or the capacitance of a tuning capacitor, the secondary current changes, for example from a value I₁ to a larger value I₂. If the data carrier arrangement is located at a suitable distance from the transmitting / receiving device and thus the coupling factor is such that the values are in the falling branch of the UI characteristic curve, the value of the voltage on the primary circuit coil will increase from a value U 1 to result in a smaller value U₂, which can be detected by means of an amplitude demodulator.
Es kann sich jedoch ein Übertragungsverhalten der Koppelein richtung ergeben, bei dem eine Änderung des Sekundärstroms von einem Wert I₃ auf einen größeren Wert I₄ zu einer Span nungsänderung an der Primärkreisspule von einem Wert U3 auf einen größeren Wert U4 und damit zu einer Phasenumkehr der Wirkung führt. Besonders negativ ist es, wenn bei einem bestimmten Abstand und damit Koppelfaktor sich die Spannung U5 und U6 bei einer Änderung des Stroms I₅ und I₆ nicht unterscheiden, da ein Spannungswert im abfallenden Ast und der andere bereits im ansteigenden Ast auf gleicher Höhe der Übertragungskennlinie liegt. Es würden sich also trotz Be lastungsänderung keine Daten detektieren lassen.However, there may be a transmission behavior of the coupling result in a change in the secondary current from a value I₃ to a larger value I₄ to a chip voltage change on the primary circuit coil from a value U3 a larger value U4 and thus to a phase reversal of the Effect. It is particularly negative if one certain distance and thus coupling factor itself the voltage U5 and U6 not when the current I₅ and I₆ change distinguish because a voltage value in the falling branch and the other already in the ascending branch at the same height as the Transfer characteristic is. So despite Be load change no data detected.
Aufgabe der Erfindung ist es damit, ein Datenübertragungs system anzugeben, bei dem immer eine Belastungsänderung detektiert werden kann. The object of the invention is therefore a data transmission system to indicate where there is always a change in load can be detected.
Die Aufgabe wird durch ein Datenübertragungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The task is performed by a data transmission system Claim 1 solved. Advantageous further developments are in the Subclaims specified.
Die Verwendung einer Phasen-Demodulationsschaltung hat den Vorteil, daß im Falle einer Belastungs-Modulation um das Minimum der U-I-Kennlinie herum und damit im Falle einer minimalen oder gar verschwindenden Amplitudenänderung an der Primärkreisspule die Phasenänderung der Spannung an der Pri märkreisspule ein Maximum aufweist.The use of a phase demodulation circuit has the Advantage that in the case of a load modulation around Minimum around the U-I characteristic curve and thus in the case of one minimal or even vanishing amplitude change at the Primary circuit coil the phase change of the voltage at the pri market coil has a maximum.
In vorteilhafter Weiterbildung wird zusätzlich die Amplitude demoduliert und in einer weiteren Fortbildung ist eine Vor richtung vorgesehen, die die Beträge der detektierten Ampli tuden- und Phasenänderungen gleichzeitig bewertet, so daß immer ein demoduliertes Ausgangssignal, das gut auswertbar ist erzeugt wird.In an advantageous further development, the amplitude demodulated and in a further training course is a pre direction provided that the amounts of the detected ampli Changes in phases and phases are evaluated simultaneously, so that always a demodulated output signal that can be easily evaluated is generated.
Ein besonderer Vorteil eines solchen Systems, bei dem nur das vom Primärkreis aufgebaute Wechselfeld von der Datenträgeran ordnung moduliert wird, liegt darin, daß die Modulations-Schwingungen direkt aus der Primär-Schwingung abgeleitet sind und deshalb in festem Frequenz- und Phasenverhältnis dazu stehen. Dies läßt sich vorteilhaft nutzen, indem die Schwin gung des Sende-Oszillators als Referenz für die Demodulation genutzt wird. Dadurch können einfache und bekannte Schaltun gen eingesetzt werden, wie z. B. gesteuerte Gleichrichter, EXOR-Gatter, Quadraturdemodulatoren oder Multiplizierer. Systemtechnisch bietet die Verwendung der Schwingung des Sende-Oszillators als Referenz den Vorteil, daß die Frequenz-Selektion auf einfache Weise verbessert werden kann.A particular advantage of such a system, in which only that alternating field built up by the primary circuit from the data carrier order is modulated, is that the modulation vibrations are derived directly from the primary vibration and therefore in a fixed frequency and phase relationship stand. This can be used to advantage by the Schwin transmission oscillator as a reference for demodulation is being used. This allows simple and well-known circuits gene used such. B. controlled rectifiers, EXOR gates, quadrature demodulators or multipliers. Technically, the use of the vibration of the Transmit oscillator as a reference the advantage that the frequency selection can be easily improved.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of an embodiment game explained with the help of figures.
Dabei zeigen Show
Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines erfindungsgemäßen Daten übertragungssystems und Fig. 1 shows a basic circuit of a data transmission system according to the invention and
Fig. 2 den prinzipiellen Verlauf einer U-I-Übertragungs-Kennlinie. Fig. 2 shows the basic course of a UI transmission characteristic.
Die Fig. 1 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein erfindungs gemäßes Datenübertragungssystem, in der auf der linken Seite die Sende/Empfangs-Einrichtung 1 und auf der rechten Seite das Sende- und Empfangsteil 2 einer tragbaren Datenträgeran ordnung gezeigt ist. Sowohl die Sende/Empfangs-Einrichtung 1 als auch die tragbare Datenträgeranordnung enthalten natür lich weitere Bestandteile, die für die Erfindung jedoch nicht wesentlich sind. Der Sendeoszillator der Sende/Empfangs-Ein richtung ist durch eine Spannungsquelle U₀ dargestellt. Diese speist einen Serienschwingkreis aus einem Widerstand RP, einem Kondensator CP und einer Spule LP, die die Primärinduk tivität eines lose gekoppelten Übertragers bildet. Der Sekun därkreis dieser induktiven Koppeleinrichtung ist durch einen Parallelschwingkreis mit einer durch eine Induktivität LS gebildeten Sekundärspule, einem Kondensator CS und einem Widerstand RS gebildet. Diesem Parallelschwingkreis ist ein veränderbarer Widerstand RV und ein veränderbarer Kondensator CV parallel geschaltet. Durch Veränderung entweder des verän derbaren Widerstandes RV und/oder des veränderbaren Kondensa tors CV läßt sich die Belastung der Koppeleinrichtung und damit der Strom IS durch die Sekundärkreisspule LS verändern. Dadurch ändert sich jedoch auch abhängig von dem Kopplungs faktor k, der wiederum vom Abstand zwischen der Sende/Emp fangs-Einrichtung und der tragbaren Datenträgeranordnung abhängt, die Spannung UL an der Primärkreisspule LP. Diese Spannung wird in erfindungsgemäßer Weise sowohl einer Phasen-Demodulatorschaltung P als auch - in Weiterbildung der Erfin dung - einem Amplituden-Demodulator A zugeführt. Die Ausgangs signale dieser Demodulatoren A, P können entweder getrennt ausgewertet werden und beispielsweise jeweils das größere Signal der beiden zur Weiterverarbeitung benutzt werden, oder aber einer Vorrichtung 3 zugeführt werden, die die Beträge der beiden Ausgangssignale gleichzeitig bewertet und somit immer ein gutes Ausgangssignal zur Weiterverarbeitung der Daten von der tragbaren Datenträgeranordnung bereitstellt. Der Phasen-Demodulatorschaltung P werden als Referenzsignal die Spannung U₀ des Oszillators und die Spannung UL der Pri märkreisspule zugeführt. Fig. 1 shows a schematic diagram of a data transmission system according to the Invention, in which on the left side the transmitting / receiving device 1 and on the right side the transmitting and receiving part 2 of a portable data carrier arrangement is shown. Both the transmitting / receiving device 1 and the portable data carrier arrangement naturally contain other components, which are, however, not essential to the invention. The transmit oscillator of the transmit / receive device is represented by a voltage source U₀. This feeds a series resonant circuit from a resistor R P , a capacitor C P and a coil L P , which forms the primary inductivity of a loosely coupled transformer. The secondary circuit of this inductive coupling device is formed by a parallel resonant circuit with a secondary coil formed by an inductor L S , a capacitor C S and a resistor R S. A variable resistor R V and a variable capacitor C V are connected in parallel to this parallel resonant circuit. By changing either the changeable resistance R V and / or the changeable capacitor C V , the load on the coupling device and thus the current I S through the secondary circuit coil L S can be changed. However, this also changes depending on the coupling factor k, which in turn depends on the distance between the transmitting / receiving device and the portable data carrier arrangement, the voltage U L at the primary circuit coil L P. This voltage is supplied in a manner according to the invention both to a phase demodulator circuit P and, in a further development of the invention, to an amplitude demodulator A. The output signals of these demodulators A, P can either be evaluated separately and, for example, the larger signal of the two can be used for further processing, or can be supplied to a device 3 which evaluates the amounts of the two output signals simultaneously and thus always a good output signal for further processing which provides data from the portable data carrier assembly. The phase demodulator circuit P, the voltage U₀ of the oscillator and the voltage U L of the primary circuit coil are supplied as a reference signal.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |