專利名稱：具有站和應答電路的數據傳輸電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有一個站和具有一個應答電路的數據傳輸電路，其中該站具有一個初級線圈以及一個振幅解調器，該初級線圈具有一個信號發生器，其用于產生一個具有載波頻率的交變磁場，其中應答電路具有一個次級線圈以及用于影響該次級線圈負載的調幅器，并且其中如此形成調幅器，可以用數據信號調制交變磁場。
這類數據傳輸電路特別應用于SPR系統(Simultaneous Poweringand Reading)，其具有能量和數據的感應傳輸。如此的SPR系統也在應用無觸點芯片卡的情況下得到使用。
在運行中，站的信號發生器在初級線圈上產生周期性的信號，在線圈范圍內形成一個感應的交變場或者交變磁場，這種交變場在初級線圈四周作為所謂的“近場”起作用。與由初級線圈發出的電磁波不同，在初級線圈的近場中由初級線圈發出的信號的該純感應作用是特別重要的。
在這個近場范圍內可以引入應答電路，該應答電路從交變磁場中得到其工作能量。因此應答電路配備有一個次級線圈，在次級線圈中交變磁場感應出交流電壓。在那里感應出的交流電壓在應答電路中被檢波、變成直流，并且供給數據信號產生塊。數據信號產生塊如此與一個在次級線圈的范圍內特別布置的調幅器連接，使調幅器可以依賴于由數據信號產生塊產生的數據信號改變次級線圈的負載。
對此，在現技術狀況下已知，調幅器作為可變的電阻負載，同時，根據數據信號適當地改變次級線圈的電阻負載。次級線圈的電阻負載的如此改變導致，站這一側的初級線圈的電特性也改變，因為在初級線圈和次級線圈之間存在感應耦合。這種感應耦合的耦合系數一般在1％和5％之間。
按上面的方式，如果應答電路處于初級線圈的鄰近范圍內，則可以用應答電路的數據信號調制交變磁場。
在初級線圈的這一側，振幅解調器檢測隨數據信號變化的、在初級線圈上下降的電壓，并且從中再現數據信號。
通過這種數據傳輸電路能夠以可靠的方式給應答電路提供能量，此外保證，在站的這一側可以讀出由應答電路發出的數據信號。
可是在這種數據傳輸電路的實際使用中表明，特別在批量生產該數據傳輸電路的情況下，頻繁出現這種情況，在該情況中，在站這一側不可能再現由應答電路在交變磁場上加調的數據信號。特別是在這種傳輸電路應用于為汽車確定的公路自動停車信號器的情況下這導致，盡管準許，可是汽車的使用者仍不能使用他的汽車。
因此本發明的任務是提供一種所述類型的數據傳輸電路，其始終可靠地工作。
根據本發明如此解決該任務，應答電路附加地具有一個用于影響次級線圈的電特性的調相器，其中調幅器和/或調相器是如此形成的，即這個或者這些調制器特別被設計成是可通過至少一個調制信號控制的。
本發明的目標是基于本發明本質的認識，即特別在應答電路批量生產的情況下，根據生產公差，具有初級線圈的初級回路和具有次級線圈的次級回路可以是失諧的。在確定的、特別依賴于在次級線圈與初級線圈之間間距的耦合系數的情況下，這導致在初級線圈中的接收電壓不再按照一個純的幅度調制進行調制。更確切地說，在確定的條件下在初級線圈中的接收電壓被按照相位調制進行調制。由于在站的這一側僅僅設置了一個振幅解調器，所以該解調器不可能再解調相位調制的信號，這在被接收信號的解調時表現為所謂的零值。
通過符合主權利要求1的應答電路的形成可以實現，交變磁場不僅可以進行幅度調制而且也可以進行相位調制。對此，通過調幅器和/或調相器的適當的激勵或者去激勵可以實現，就調制信號而言這兩種調制例如偏移90°。此外，如果關于強度方面適當地實施兩種調制，致使在振幅方面這兩種調制產生近似相等的各邊帶，然后在幅度調制和相位調制的適當偏移的情況下將獲得某個調制邊帶的消除。因此就幅度調制而言可與生產公差和與應答電路和站的變化的間距無關地來避免所謂的“調制零值”。此外，不僅調幅器而且-根據權利要求2-調相器也可以在任何時候解調信號，因為適合本發明的交變磁場的調制僅僅導致所接收的數據信號的相位差，其在數據信號的適當的編碼時不干擾。
對此，根據本發明的主導思想這已經足夠了，即如果在應答電路這一側如此實施相位調制和幅度調制，致使交變磁場的一個邊帶與另一個邊帶相比被消弱了。僅通過這個措施即可實現符合本發明的優點，據此，為了解調用載波信號調制的數據信號，在站這一側僅用一個振幅解調器或者僅用一個相位解調器就足夠了。
根據本發明，調幅器形成為并聯于次級線圈的可接入的電阻。
根據本發明，相位調制器可以形成為并聯于次級線圈的可接入的電容器，其中該電容器有移相電容器的功能。
此外，在具有用于數據信號調制的交叉調制設備的應答電路的改進中，本發明配備有副載波信號，其中副載波信號的頻率特別不同于載波信號或者交變磁場的頻率。副載波信號可以有益地從載波信號中獲得，也就是說通過應用一個在時鐘脈沖導出裝置中的分頻器而獲得。再則系統時鐘脈沖間接用于控制調相器和/或調幅器。不過副載波信號也可以另外的方式產生。
根據本發明，用交變磁場調制從數據信號和副載波信號中得出的調制結果。由此得出振幅解調器的一種特別簡單的結構，因為能夠特別簡單地解調該調制結果。
應答電路對此可以具有一個移相裝置，其可以如此形成，即從系統時鐘脈沖中可以產生至少一個第一和至少一個第二總是互相偏移一確定相位值的控制時鐘脈沖。此時移相裝置尤其具有至少一個分頻器。因此從交變磁場的載波信號振蕩中并不復雜地準確產生90°偏移的控制時鐘脈沖，其可以直接用于控制調幅器和調相器。從載波信號中導出的、相位偏移的振蕩可以作為副載波信號應用，在該載波信號上加調數據信號。
振幅解調器在輸入端一側特別具有一帶通濾波器，其中心頻率大體上等于載波信號與輔助信號的頻率的和或差。
當如此形成應答電路和/或站時，即它們可以處理數字信號，則可得到符合本發明的數據傳輸電路的特別簡單的結構。這樣的電路能夠通過傳統的數字電路技術以特別簡單的方式形成。
此外，本發明涉及一種應答電路，其特別確定在應答器中或在芯片卡中應用，其中應答電路配備有一個次級線圈以及一個用于影響次級線圈的電阻負載的調幅器。對此如此形成調幅器，即如果應答電路處在產生外部交變磁場的初級線圈的鄰近區域內，則可以用一個特別由應答電路產生的數據信號調制外部的交變磁場。
根據本發明應答電路此外附加具有一個用于影響次級線圈的電特性的相位調制器，其中調幅器和/或調相器是如此形成的，可以通過一個選通信號控制這個或這些調制器。此外特別按照權利要求3至13之一的要求可以改進應答電路，因此給出符合本發明的應答電路的有益結構。
本發明也涉及一種方法，其用于以一個由應答電路根據一個數據信號產生的調制信號調制一個站的外部交變磁場。根據本發明這樣實現該調制，使得被調制的交變磁場的一個邊帶比另一個邊帶產生的較強。因此在邊帶信道上集中調制交變磁場的信號功率，并消除調制零值。
從屬權利要求16至21給出符合本發明方法的有益改進。
借助于實施例以附圖詳細說明本發明。


圖1示出一個符合本發明的數據傳輸電路的原理圖，該數據傳輸電路具有一個站并具有一個應答電路，圖2示出一個源于圖1的應答電路的數據信號產生塊，圖3示出一個源于圖1的數據傳輸電路的交變磁場的調制的矢量圖，圖4示出在t=0時刻一個源于圖1的數據傳輸電路的交變磁場的調制的矢量圖，圖5示出在t=90°時刻一個源于圖1的數據傳輸電路的交變磁場的調制的矢量圖，圖6示出在t＞90°時刻一個源于圖1的數據傳輸電路的交變磁場的調制的矢量圖。
圖1示出一個符合本發明的數據傳輸電路，該數據傳輸電路具有一個站1和具有一個應答電路2。站1具有一個信號發生器3，其在初級線圈中產生一個具有載頻Ω的交流電壓信號。由信號發生器3產生的交流電壓信號被供給初級線圈4，其中在信號發生器3和初級線圈4之間的電路中設置一個振蕩電路電容器5a以及一個阻尼電阻5b。此外站1具有一個并聯于初級線圈4的解調器6。該解調器6在該外觀圖中沒有詳細說明，其不僅可以作為振幅解調器而且也可以作為相位解調器實施。
應答電路2具有一個次級線圈7，其在符合本發明的數據傳輸電路運行中處在初級線圈4的鄰近區域。次級線圈7與一個振蕩電路電容器9一起形成一個次級回路。該振蕩電路電容器9為次級回路提供一個適當的諧振頻率。連接在次級線圈7上以及連接在振蕩電路電容器9上的應答電路2的部分主要劃分為能量供給單元以及載波信號調制單元。
能量供給單元為此具有一個整流器8，該整流器在其輸出端上配備有平滑電容器或者濾波電容器10。此外，能量供給單元有一個齊納二極管11形式的穩壓器。該整流器8在應答電路示出的實施形式2中是作為由四個二極管組成的橋式整流器建立的。
載波信號調制單元主要包括一個數據信號產生塊12、一個調幅器13以及包括一個調相器14。其中調幅器13與次級線圈7并聯，致使可以用一個附加的電阻加載此次級線圈。與此相對，調相器14有一個與次級線圈7可以并聯接入的電容器，因此可以改變其容性負載。調幅器13和調相器14不僅可以作為線性的而且可以作為非線性的調制器實施。
在示出的實施例中，調幅器作為一個具有一個電子可控制開關的歐姆電阻串聯電路實施。與此相對，調相器14作為一個電容器和一個電子可控制開關的串聯電路實施。調幅器13和調相器14各通過一個連接線15或者16與數據信號產生塊12連接，而且是如此連接，使得根據數據信號產生塊12的指令可以控制其開關。
此外數據信號產生塊12通過一個載波信號線17直接與次級線圈7連接。最后數據信號產生塊12也具有能量供給端18及19，通過這些端數據信號產生塊與應答電路2的能量供給單元連接。
圖2更加詳細地示出了應答電路1的數據信號產生塊12。數據信號產生塊12有一個時鐘脈沖整理設備23，其通過載波信號線17與次級線圈7連接。在時鐘脈沖整理設備23上連接一個分頻器24，其此外包含一個在該外觀圖中沒有示出的移相裝置。分頻器24產生兩個彼此移相的、相同頻率的信號，這兩個信號通過一個第一輸出線25和一個第二輸出線26輸出。第一個由分頻器24產生的信號通過第一輸出線25傳輸到第一副載波調制器27上。第二個由分頻器24產生的信號通過第二輸出線26傳輸到第二副載波調制器28上。為了第一副載波調制器27和第二副載波調制器28的信號的輸出，這些調制器連接在前面已經提到的連接線15或者16上。
此外，第一副載波調制器27和第二副載波調制器28從一個在數據信號產生塊12中另外設置的邏輯和存儲裝置29中接收數據信號。邏輯和存儲裝置29完全象數據信號產生塊12的所有其它的組件一樣，從能量供給端18和19獲得其運行能量。第一副載波調制器27和第二副載波調制器28是如此形成的，使得以邏輯和存儲裝置29的數據信號調制由分頻器24產生的信號。
符合本發明的數據傳輸電路的運行情況如下所述。
站1中的信號發生器3產生一個高頻的交流電壓信號，該信號被供給初級線圈4。此時振蕩回路電容器5a基于串聯諧振而導致在初級線圈4中的電壓升高。阻尼電阻5b保證所必需的帶寬。因此以由信號發生器3產生的、具有載頻Ω的交流電壓信號輸入給在信號發生器3的兩個連接端上連接的初級線圈4。因此在初級線圈4的區域內形成一個感應的交變磁場，其在初級線圈4周圍的區域內起所謂的近場作用。此時交變磁場的磁場強度隨著頻率Ω的改變而改變。
在符合本發明的數據傳輸電路的運行中，應答電路2被引入到初級線圈4的近場區域內，確切地說是應答電路2的次級線圈7直接處在初級線圈4的周圍。于是交變磁場在次級線圈中感應出具有與載頻Ω一致的頻率的交流電壓。應答電路2的能量供給單元檢測該交流電壓，并對其進行整流。為此整流器8與次級線圈7的二個輸出端連接。根據平滑電容器或者濾波電容器10的作用在整流器8的輸出端上出現平滑的直流電壓，由齊納二級管11限制其量值，確切地說限制在對于數據信號產生塊12的運行所必需的值上。能量供給單元的經平滑的并且經限幅的輸出電壓通過能量供給端18和19加在數據信號產生塊12上。
因此數據信號產生塊12開始進入激活狀態，在該狀態中其通過載波信號線17檢測在次級線圈7中感應的電壓。在圖2中示出的時鐘脈沖導出設備20從在次級線圈7中感應的交流電壓中得出一個系統時鐘脈沖，并將其供給分頻器21。
在分頻器21中設置一個在該圖中沒示出的移相裝置，其從系統時鐘脈沖中產生一個第一副載波信號以及一個與第一副載波信號同頻的第二副載波信號，就第一副載波信號的相位來說，第二副載波信號同第一副載波信號移位90°。
在圖2示出的副載波調制器24、25中以副載波信號把在邏輯和存儲裝置26中存儲的數據信號調制成為一個調相信號和調制成為一個調幅信號。接著調幅信號通過連接線15被供給調幅器13，同時調相信號通過連接線16被供給調相器14。調幅器13和調相器14根據供給他們的信號對次級線圈7加負載。由于在初級線圈4和次級線圈7之間存在一個耦合，所以次級線圈7的負載通過調相器14和通過調幅器13反作用于初級線圈4的電特性。因此改變了在初級線圈4上得到的信號的形狀和大小，這由解調器6檢測。在適當地設計在此圖中沒有詳細示出的解調器6的情況下，能夠從在初級線圈4中如此變化的交流電壓中復原數據信號。
圖3至6闡明了具有副載波信號的載波信號的符合本發明的調制的工作原理，為了更加清楚地說明本發明的主導思想，這個說明限制在沒有由數據信號影響的副載波信號或者調相信號和調幅信號上。
圖3示出了具有載波信號的副載波信號的調制的矢量圖，該調制是通過調幅器13和通過調相器14實施的。此時載波信號表明為一個載波信號矢量20，具有載頻Ω的載波信號矢量圍繞起點0旋轉。調幅信號矢量21a(a1)和21b(a2)以及調相信號矢量22a(p1)和22b(p2)表明圍繞著載波信號矢量20的頂端旋轉。對此每兩個矢量21a、21b或者22a、22b不僅表示數據信號的調幅而且也表示載波信號的調相，這些矢量各再現了幅度調制和相位調制的兩個頻譜分量。副載波信號或者調相與調幅信號具有一恒定的頻率ω。與載波信號相比頻譜分量的旋轉速度ω與副載波信號的頻率相符，對于調幅和調相的所有矢量21a、21b、22a、22b該頻率是相等的。可是幅度調制或相位調制的矢量21a或者22a以與幅度調制或相位調制的矢量21b或者22b相反的方向旋轉。
圖4示出在t=0時刻源于圖3的矢量圖。載波信號矢量20以載頻Ω旋轉，同時幅度調制矢量a1、a2以及相位調制矢量p1、p2靜止。
在t=0時刻開始調幅。因此幅度調制矢量a1,a2開始以旋轉速度ω圍繞載波信號矢量20的頂端旋轉，其中在所示出的圖中一個頻譜分量a1以逆時針方向旋轉，而另一個分量a2以順時針方向旋轉。
圖5示出在t=90°/ω時刻數據傳輸電路的交變磁場的調制的矢量圖。在這個時刻幅度調制的頻譜分量a1、a2已從在圖4中描述的垂直位置移動到一水平位置，因此幅度調制的一個頻譜分量a2與相位調制的兩個頻譜分量p1、p2重疊，而幅度調制的另一個頻譜分量a1位于頻譜分量a2、p1、p2的對面。相位調制的頻譜分量p1、p2準確地在該時刻啟動。一個頻譜分量p1開始以頻率ω逆時針方向旋轉，而另一個頻譜分量p2開始以頻率ω順時針方向旋轉。正如在該圖明顯看出的，一假設頻譜分量a1和p1的振幅相等一頻譜分量a1與頻譜分量p1抵消。剩余的頻譜分量a2和相位調制的另一個頻譜分量p2加強。
圖6示出在t＞90°/ω時刻源于圖3的矢量圖。在這個時刻幅度調制的頻譜分量a1、a2已從在圖5中的位置再移動一定的角度。頻譜分量p1、p2已從在圖5中的位置同樣再移動一定的角度。頻譜分量a1、a2或者p1、p2從在圖5中的位置再移動的這個角度總是互相一致的，因為頻譜分量總是以相同的頻率ω圍繞載波信號矢量20的頂端旋轉。正如在該圖中特別容易看出的，幅度調制的頻譜分量a1和相位調制頻譜分量p1抵消，而幅度調制的頻譜分量a2和相位調制的頻譜分量p2加強。
在符合本發明的應答電路中，例如相位調制從而幅度調制超前副載波信號的頻率ω的信號周期的90°。可是也可能，相位調制從而幅度調制滯后副載波信號的頻率ω的信號周期的90°。在第一種情況中矢量21b和22b的方向始終重合，而矢量21a和22a的方向始終相反。因此沒有調制零值。如果矢量21a和22a有相同的長度，則導致一個邊帶的完全消失，因此交變磁場的調制信號功率集中在一個邊帶上。
權利要求
1．具有一個站和具有一個特別確定用于芯片卡的應答電路的數據傳輸電路，其中該站具有一個初級線圈以及一個振幅解調器，該初級線圈具有一個信號發生器，其用于產生一個具有載波頻率的交變磁場，其中應答電路具有一個次級線圈以及一個用于影響該次級線圈負載的調幅器，其中如此形成調幅器，可以用一個數據信號調制交變磁場，其特征在于，應答電路(2)具有一個用于影響次級線圈(7)的電特性的調相器(14)，其中調幅器(13)和/或調相器(14)被設計成總是可通過至少一個調制信號控制的。
2．具有一個站和具有一個特別確定用于芯片卡的應答電路的數據傳輸電路，其中該站具有一個初級線圈以及一個解調器，該初級線圈具有一個用于產生交變磁場的信號發生器，其中應答電路具有一個次級線圈以及一個用于影響該次級線圈的電特性的調幅器，其中如此形成調幅器，可以用一個數據信號調制交變磁場，其特征在于，應答電路(2)具有一個用于影響次級線圈(7)的電特性的調相器(13)，其中調幅器(13)和/或調相器(14)被設計成總是可通過至少一個調制信號控制的，并且還在于解調器(6)設計成為相位解調器。
3．符合權利要求1或權利要求2的數據傳輸電路，其特征在于，如此形成應答電路(2)，即可以如此控制調幅器(13)和/或調相器(14)，就其相位而言，相位調制與幅度調制是錯開的。
4．符合權利要求3的數據傳輸電路，其特征在于，如此形成應答電路(2)，即可以如此控制調幅器(13)和/或調相器(14)，就調制信號的信號周期而言，相位調制與幅度調制相比超前或者滯后90°。
5．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，調幅器(13)形成為并聯于次級線圈(7)的可接入的電阻。
6．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，調相器(14)形成為并聯于次級線圈(7)的可接入的電容器。
7．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，應答電路具有至少一個交叉調制設備(24、25)，其用于以副載波信號調制數據信號。
8．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，應答電路(2)具有一個時鐘脈沖導出裝置(20、21)，其用于從交變磁場導出副載波信號。
9．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，應答電路(2)具有一個移相裝置(21)，其是如此形成的，即從系統時鐘脈沖中可以產生至少一個第一和至少一個第二總是互相偏移一確定相位值的副載波信號。
10．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，移相裝置具有至少一個分頻器(21)。
11．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，解調器(6)在輸入端一側具有一個帶通濾波器。
12．符合權利要求10或權利要求11的數據傳輸電路，其特征在于，帶通濾波器的中頻大體上等于載波信號與副載波信號的頻率的和或差。
13．符合上述權利要求之一的數據傳輸電路，其特征在于，應答電路和/或站形成用于處理數據信號的確定的電路。
14．特別用于在一個應答器上或在一個芯片卡上的應答電路具有一個次級線圈以及具有一個調幅器，其用于影響次級線圈的電特性，其中如此形成調幅器，可以以數據信號調制外部的交變磁場，其特征在于，應答電路(8)具有一個用于影響次級線圈(7)的電特性的調相器(14)，其中總是可以通過至少一個調制信號控制調幅器(13)和/或調相器(14)。
15．以一個由應答電路根據數據信號產生的調制信號對一個站的一個外部交變磁場進行調制的方法，其特征在于，如此實現該調制，使得被調制的交變磁場的一個邊帶比另一個邊帶產生的較強。
16．符合權利要求15的方法，其特征在于，不僅用幅度調制而且也用相位調制實現交變磁場的調制。
17．符合權利要求16的方法，其特征在于，幅度調制與相位調制相比具有一相移。
18．符合權利要求17的方法，其特征在于，相移為90°，并且或者超前或者滯后。
19．符合權利要求15至18之一的方法，其特征在于，以一個通過調幅信號控制的調幅器(13)進行調幅，以一個通過調相信號控制的調相器(14)進行調相，其中總是從以各一個副載波信號進行的數據信號的調制中產生調幅信號和/或調相信號。
20．符合權利要求19的方法，其特征在于，通過分頻從交變磁場中導出這個副載波信號或者這些副載波信號。
21．符合權利要求19或權利要求20的方法，其特征在于，如此產生副載波信號，即在這些副載波信號之間存在一個特別的90°的相移。
全文摘要
本發明涉及一種具有一個站(1)和一個應答電路(2)的數據傳輸電路,其中該站具有一個與一個信號發生器(3)一起用于產生一個具有載波頻率的交變磁場的初級線圈(4)以及一個振幅解調器(6)。應答電路(2)具有一個次級線圈(7)和一個用于影響該次級線圈上的負載的調幅器(13)。該調幅器(13)是如此設計的,使得可以用數字信號調制交變磁場。
文檔編號H04B5/00GK1233361SQ97198842
公開日1999年10月27日 申請日期1997年9月25日 優先權日1996年10月15日
發明者R·雷納 申請人:西門子公司