專利名稱：電子識別系統(tǒng)的詢問器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子識別系統(tǒng)，特別是包括一個詢問器和一個或多個非接觸應(yīng)答器的系統(tǒng)。
我們在1995年3月16日提交的共同未決專利申請No.9505350.0中包括對一個詢問器的簡單引述，該詢問器包含數(shù)字濾波器的和能夠檢測Q因子小變化，而本申請的發(fā)明可以被應(yīng)用到這樣一種詢問器中。
詢問器和非接觸應(yīng)答器是公知的，和一個這樣的系統(tǒng)被公開在CSIR的歐洲專利申請公開No.0585132中。在該申請中，應(yīng)答器通過利用時鐘信號同步提取的數(shù)據(jù)信號進行識別，但這樣的詢問器不能檢測在具有寬的、平坦的Q因子系統(tǒng)中的微小頻率變化。在Etat Francais的EP 0374018中，智能卡檢測器結(jié)合了一個可變頻率的考貝子(Colpitts)振蕩器，而當(dāng)該檢測器被耦合到智能卡上時，頻率變化是相當(dāng)大的和取決于兩個電容和一個電感。這樣的檢測器不能檢測微小的頻率變化。
按照本發(fā)明，用于電子識別系統(tǒng)的詢問器包括安排為按照接收信號的頻率使頻率可變的第一振蕩器；安排為在延遲接收的信號一些周期后按照第一振蕩器的頻率使頻率可變的第二振蕩器；和檢測第一和第二振蕩器之間的相位差的裝置。
所述延遲可以利用鑒相裝置中的環(huán)路濾波器提供。
第一振蕩器可以敏感于阻抗的變化和第二振蕩器則將不敏感于阻抗的變化。第一振蕩器可以是安排為不穩(wěn)定的考貝子振蕩器。第二振蕩器可以是壓控振蕩器。
最好是，詢問器還包括諸如數(shù)字濾波器之類的相位變化檢測裝置，該裝置還可以測量相位變化發(fā)生的頻率，這樣的頻率測量指示調(diào)制頻率，和因此指示非接觸應(yīng)答器的應(yīng)答器識別信號。
最好是，數(shù)字濾波器的輸入端包括一個多諧振蕩電路陣列；一個與多諧振蕩電路陣列相連的延遲線，并且如此進行安排，即，使得由每個延遲線所提供的延遲時間沿著該多諧振蕩電路陣列以遞增方式增加；和用于從考貝子振蕩器和第二振蕩器提供作為第一和第二時鐘信號的信號，和用于提供所述時鐘信號到每個多諧振蕩電路/延遲線對的裝置，使得當(dāng)時鐘信號之間的相位差對應(yīng)于一個小于由一個延遲線所提供的延遲時間的時間相連的多諧振蕩電路提供第一邏輯輸出，和當(dāng)所述時間大于由延遲線所提供的延遲時間時，該相連的多諧振蕩電路提供第二邏輯輸出。
最好是，還提供一個第二多諧振蕩電路陣列和與第一陣列相反連接的延遲線，使得如果第一時鐘信號超前第二時鐘信號，則第一陣列的邏輯輸出改變，和如果第一時鐘信號滯后第二時鐘信號，則第二陣列的邏輯輸出改變。
現(xiàn)在參照附圖僅以例子的方式對本發(fā)明進行描述，其中

圖1從原理上表示一種電子識別電路；圖2表示按照本發(fā)明的詢問器構(gòu)成的部分方框圖；圖3(a)和(b)表示詢問器的天線的電流和電壓的變化；圖4(a)和(b)分別表示考貝子振蕩器的電壓和頻率輸出，和圖4(c)表示產(chǎn)生的誤差信號；圖5表示鑒相電路的操作；和圖6表示提供到數(shù)字濾波器的輸入的一種新穎的安排。
在圖1中，電子識別電路包括詢問器10和無源應(yīng)答器12。詢問器如14所表示的，例如以150到256KHz的頻率傳送功率給應(yīng)答器和應(yīng)答器通過公知技術(shù)利用該功率用例如是數(shù)百MHz的調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相識別信號16進行應(yīng)答。例如，應(yīng)答器通過改變系統(tǒng)的總的Q因子改變信號的頻率。
在我們的1995年3月16日提交的共同未決專利中請No.9505350.0中公開了一種具有數(shù)據(jù)發(fā)送天線的應(yīng)答器，該應(yīng)答器通過減小它的線圈進行調(diào)制，使得詢問器-應(yīng)答器系統(tǒng)的Q因子改變。天線的結(jié)構(gòu)是這樣安排的，使Q因子寬和平坦，從而利用公知技術(shù)不能實現(xiàn)微小頻率變化的檢測。
圖2表示一種在這樣的環(huán)境下能夠檢測微小頻率變化的詢問器。詢問器10的天線34的初級線圈被連接到由兩個MOSFET晶體管30、32組成的倒相電路和線圈34的兩端分別被連接到兩個電容36、38之一。
構(gòu)成考貝子振蕩器的電路的各個值被如此選擇，即不同于常規(guī)的設(shè)計原理，振蕩器是不穩(wěn)定的。該倒相電路具有大的驅(qū)動能力和因此具有大的能量發(fā)送。
圖3(a)和(b)分別是該電路的開始狀態(tài)在初級線圈34的兩端的電壓和通過的電流的曲線，迅速達(dá)到一個穩(wěn)定狀態(tài)，和電流可能高達(dá)±50mA。
在圖2中被表示為V3的振蕩器的輸出端被連接到鑒相器和環(huán)路濾波器40，鑒相器和環(huán)路濾波器的輸出端被連接到壓控振蕩器(VCO)42和數(shù)字濾波器48的輸入電路46。VCO42提供分壓器44和輸入電路46。數(shù)字濾波器48被連接到數(shù)據(jù)提取和無源應(yīng)答器識別電路49。
通常VCO42包括一個電容和電流注入器，沒有線圈，對通過天線34接收的信號的頻率變化不敏感。VCO產(chǎn)生的頻率為考貝子振蕩器產(chǎn)生的V3信號頻率的8倍，和分頻器44八分頻這個頻率以便如標(biāo)號V5所示提供到鑒相器40。其原因是數(shù)字濾波器48對于每個從考貝子振蕩器接收的時鐘脈沖要求8個時鐘脈沖。
在工作時，鑒相器40饋送一個誤差信號，和VCO42進行操作抵消該誤差，將VCO頻率鎖定到考貝子振蕩器的頻率上。
現(xiàn)在假設(shè)，應(yīng)答器12被調(diào)制以改變系統(tǒng)的Q因子，考貝子振蕩器的頻率有少量的改變，而這個頻率變化通過誤差信號進行測量。
調(diào)制是通過閉合和打開應(yīng)答器12中的開關(guān)，短路它的一部分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送線圈發(fā)生的，這種效果被表示在圖4(a)，該圖表示天線34的線圈兩端的電壓，當(dāng)開關(guān)被閉合時，雖然絕對信號幅度發(fā)生變化，峰-峰電壓不變化，這表明與現(xiàn)有技術(shù)的詢問器電路相反，現(xiàn)有技術(shù)的詢問器檢測能量的吸收和因此經(jīng)受峰-峰信號的相當(dāng)大的變化。圖中表示出一個開關(guān)的閉合和打開的效應(yīng)，即一個應(yīng)答器的數(shù)據(jù)比特。
圖4(b)表示考貝子振蕩器的輸出，實際上在頻率上有小的頻率變化，在這個圖上不容易看出來，但是在圖4(c)已示了出來，該圖顯示出鑒相器44的輸出信號(即，V3-V5)也即VCO42和輸入電路46輸入信號。
圖5示意性地表示鑒相器40的操作。示出了從考貝子振蕩器輸入的V3的，從分頻器44輸入的V5的，和鑒相器40的輸出V3-V5的隨時間的變化。該兩個信號緩慢地漂移開。為了清楚起見，各個數(shù)值是將與在應(yīng)答器中的一個非常大的天線線圈相聯(lián)系的，但這樣的線圈將不會被使用在實際電路中。
如果誤差校正電路可迅速地工作，則所表示的漂移開將不會出現(xiàn)，VCO將迅速地跟隨考貝子振蕩器的信號和沒有延遲或?qū)?yīng)的相位變化不會被測量。在鑒相器40中環(huán)路濾波器的存在減慢此過程，使得僅在幾個周期后才施加校正，從而可檢測到誤差及由此檢測到考貝子振蕩器的頻率的變化。
現(xiàn)在參照圖6，該圖表示接收兩個時鐘信號V3、V5以便饋送給數(shù)字濾波器48的輸入電路46。該電路的功能是測量表示在圖5中的信號V3和V5的上升沿之間的時間，和饋送給數(shù)字濾波器48。
該圖表示出被安排在兩排中的若干個多諧振蕩器電路和各延遲線，確信，可以被稱為時鐘排電路(clock bank circut)的這種電路在任何申請中都是新穎的。
第一排包括三個相同的多諧振蕩器電路52、54、56，每個與延遲線53、55、57相并聯(lián)。各多諧振蕩器和延遲線的時鐘輸入端每一個都提供有來自考貝子振蕩器(圖2)的在線58上的時鐘信號，和多諧振蕩器的輸出端被連接到數(shù)字濾波器48。
第二排，即第一排的鏡象包括三個多諧振蕩器電路62、64、66和延遲線53、65、67，它們在線68上提供有來自VCO 42(圖2)的時鐘信號。每個延遲線被交叉連接到在另外一排上對應(yīng)的多諧振蕩器。
雖然，在每排上表示三個多諧振蕩器和延遲線，但實際上，將可以設(shè)置非常大的數(shù)目，例如100或200個多諧振蕩器和延遲線，以便給出所要求的精度。
延遲線被這樣安排，使得在圖中的各上下排中，每條延遲線提供與以前的延遲線相差一個單位例如1ps的延遲，圖中表示出P1、2、3ps的累積延遲。
首先考慮上面一排，在每個時鐘信號V3的上升沿，考貝子時鐘信號被寫入每個多諧振蕩器的Q端。如果VCO時鐘信號比考貝子時鐘要慢一個落在由連續(xù)的各延遲線，比如說延遲線55和57提供的各延遲時間之間的時間，則多諧振蕩器54將提供一個輸出1和多諧振蕩器56將提供一個輸出0；在較大的陣列中，“下游”多諧振蕩器54將都輸出1和“上游”多諧振蕩器56都將輸出0。
如果VCO時鐘信號快于考貝子時鐘信號，則下面一排多諧振蕩器和延遲線指示延遲時間。非操作的排在各個情況下提供不變化的邏輯輸出。
在兩排中的所有多諧振蕩器電路的輸出端都被連接到數(shù)字濾波器48，這可以按公知的原理如IEEE 32位浮點數(shù)字濾波器進行設(shè)計，和其輸出表示各時鐘信號之間的延遲時間，因此該延遲時間利用從它們的相位差產(chǎn)生的誤差信號已經(jīng)被進行測量。
在發(fā)送識別信號的非接觸詢問器中，表示在圖4(a)的調(diào)制隨著應(yīng)答器開關(guān)的打開和閉合引起考貝子振蕩器的頻率的增加和減小。該系統(tǒng)檢測出現(xiàn)變化的頻率，這種頻率變化是一個特定的應(yīng)答器的特征調(diào)制頻率。
如上所述的詢問器電路在工作上是迅速的，和可以工作在14MHz時鐘上，常規(guī)的A/D變換器不能工作在這樣的速度上。
按照本發(fā)明的電路的優(yōu)點是取決于環(huán)路濾波器的特性，VCO校正信號可以是非常大的量，或者在能量上或者在時間上。到數(shù)字信號處理單元的最佳輸入可以利用適當(dāng)特性的環(huán)路濾波器進行饋送。
權(quán)利要求
1.一種用于電子識別系統(tǒng)的詢問器，其特征在于，包括被安排為按照接收信號的頻率使頻率變化的第一振蕩器(30、32、34、36、38)。被安排為在接收信號的若干周期延遲后按照第一振蕩器的頻率使頻率變化的第二振蕩器(42)；和檢測第一和第二振蕩器之間的相位差的裝置(40)。
2.按照權(quán)利要求1的詢問器，其特征在于，還包括在鑒相器(40)中的環(huán)路濾波器，用以提供所述延遲。
3.按照權(quán)利要求1的詢問器，其特征在于，第一振蕩器(30、32、34、36、38)敏感于阻抗的變化和第二振蕩器(42)不敏感于阻抗的變化。
4.按照權(quán)利要求3的詢問器，其特征在于，第一振蕩器(30、32、34、 36、38)是設(shè)計成不穩(wěn)定的考貝子振蕩器和第二振蕩器(42)是壓控振蕩器。
5.按照權(quán)利要求4的詢問器，其特征在于，還包括被設(shè)計用來確定在出現(xiàn)相位變化的頻率的相位變化檢測裝置(48)，因此可以確定所述接收信號的調(diào)制頻率。
6.按照權(quán)利要求5的詢問器，其特征在于，還包括從所述調(diào)制頻率中識別一個無源應(yīng)答器身份的裝置(49)。
7.按照權(quán)利要求5的詢問器，其特征在于，相位變化檢測裝置包括數(shù)字濾波器(48)。
8.按照權(quán)利要求7的詢問器，其特征在于包括，包括一個陣列的多諧振蕩器電路(52、54、56)的所述數(shù)字濾波器(48)的輸入端；與每個多諧振蕩器電路相連和被安排為使得由每個延遲線提供的延遲時間沿該陣列遞增地增加的延遲線(53、55、57)；用于從考貝子振蕩器和第二振蕩器提供信號V3、V5作為第一和第二時鐘信號和用于提供所述時鐘信號到每個多諧振蕩器-延遲線對，以便當(dāng)各時鐘信號之間的相位差對應(yīng)于小于由延遲線提供的延遲時間時，該相連的多諧振蕩器電路提供第一邏輯輸出，和當(dāng)所述時間大于由延遲線提供的延遲時間時，相連的多諧振蕩器電路提供第二邏輯輸出的裝置(40、58、68)。
9.按照權(quán)利要求8的詢問器，其特征在于，還提供第二陣列多諧振蕩器電路(62、64、66)和與第一陣列相反連接的延遲線(63、65、67)，使得如果第一時鐘信號超前于第二時鐘信號，則第一陣列的邏輯輸出改變和如果第一時鐘信號滯后于第二時鐘信號，則第二陣列的邏輯輸出改變。
10.一種數(shù)字濾波器(48)的輸入端，其特征在于包括，一個陣列的多諧振蕩器電路(52、54、56)；與每個多諧振蕩器電路相連和被安排為使得每個延遲線提供沿該陣列遞增增加延遲時間的延遲線(53、55、57)；和用于提供第一和第二時鐘信號到每個多諧振蕩器-延遲線對的裝置(58、68)，以便當(dāng)各時鐘信號之間的相位差對應(yīng)于一個小于由一個延遲線提供的延遲時間時，相連的多諧振蕩器電路提供第一邏輯輸出，和當(dāng)所述時間大于由延遲線提供的延遲時間時，相連多諧振蕩器電路提供第二邏輯輸出。
11.按照權(quán)利要求10的數(shù)字濾波器的輸入端，其特征在于，還提供第二陣列多諧振蕩器電路(62、64、66)和與第一陣列相反連接的延遲線(63、65、67)，以便如果第一時鐘信號超前第二時鐘信號，則第一陣列的邏輯輸出改變和如果第一時鐘信號滯后第二時鐘信號，則第二陣列的邏輯輸出改變。
12.按照權(quán)利要求11的數(shù)字濾波器的輸入端，其特征在于，還包括被安排為從每個多諧振蕩器電路(52、54、56、62、64、66)接收信號和提供相關(guān)于第一和第二時鐘信號之間的相位差的信號的數(shù)字濾波器(48)。
全文摘要
一種供無源應(yīng)答器(12)使用的詢問器(10)具有被安排為按照來自應(yīng)答器的信號頻率使頻率可以改變的振蕩器(30、32、34、36、38),被安排為若干個周期的延遲后按照考貝子振蕩器的頻率使頻率可以改變的壓控振蕩器42,延遲是在鑒相器(40)中由環(huán)路濾波器提供的;和被安排檢測考貝子振蕩器與VCO之間的相位差的數(shù)字濾波器(48)。最好是,該數(shù)字濾波器(48)具有包括多諧振蕩器電路(52、54、56)陣列;與每個多諧振蕩器電路相連和提供沿該陣列增加延遲時間的延遲線(53、55、57),使得當(dāng)?shù)谝缓偷诙r鐘信號被提供給每個多諧振蕩器－延遲線對時,如果時鐘信號之間的相位差小于該延遲線的延遲時間,則多諧振蕩器提供邏輯0,和如果該相位差大于延遲時間,則多諧振蕩器提供邏輯1的輸入端。
文檔編號G01S13/02GK1187881SQ96194798
公開日1998年7月15日 申請日期1996年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者J·斯徹倫 申請人:英國技術(shù)集團對外許可有限公司