Procedimiento y dispositivo de modulación de carga activa con amortiguación de auto oscilación.

Procedimiento de emisión de datos mediante acoplamiento inductivo, que comprende las etapas que consisten en:

- aplicar un campo magnético externo alternativo

(FLD1) en un circuito de antena inductivo (ACT, AC1) sintonizado en una frecuencia portadora del campo magnético externo;

- extraer una señal de antena (AS) del circuito de antena;

- extraer de la señal de antena (AS) una primera señal periódica (CKe);

- producir una segunda señal periódica (CKs) por medio de un oscilador síncrono (SO, OSC1) que presenta un modo de oscilación síncrona bloqueado en fase en la primera señal periódica (CKe) y un modo de oscilación libre;

- poner al oscilador en el modo de oscilación libre; y

- aplicar en el circuito de antena una ráfaga de la segunda señal periódica (CKs),

caracterizado por que comprende, después de haber aplicado en el circuito de antena una ráfaga de la segunda señal periódica:

- una etapa de atenuación (Pd) que consiste en modificar (DCT) la impedancia del circuito de antena para reducir la amplitud de la señal de antena (AS);

- una etapa de restablecimiento (Pr) que consiste en dejar de modificar la impedancia del circuito de antena, para restablecer la amplitud de la señal de antena; y

- una etapa de resincronización (PSyn) que consiste en poner al oscilador en el modo de oscilación síncrona (Psyn) antes de aplicar una nueva ráfaga de la segunda señal periódica (CKs) en el circuito de antena.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/052183.

Solicitante: Inside Secure.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: Rue de la Carrière de Bachasson, CS 70025, Arteparc Bachasson, Bât. A 13590 Meyreuil FRANCIA.

Inventor/es: BERNARD, FREDERIC, CHARRAT, BRUNO, PERNISEK,FLORIAN, CORDIER,NICOLAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > COMPUTO; CALCULO; CONTEO > RECONOCIMIENTO DE DATOS; PRESENTACION DE DATOS; SOPORTES... > Soportes de registro para utilización con máquinas... > G06K19/077 (Detalles de estructura, p. ej. montaje de circuitos en el soporte)

PDF original: ES-2531200_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo de modulación de carga activa con amortiguación de auto oscilación

La presente invención se refiere a un procedimiento de emisión de datos mediante acoplamiento inductivo, de acuerdo con la reivindicación 1.

La presente invención también se refiere a un dispositivo de emisión y de recepción de datos diseñado para implementareste procedimiento, de acuerdo con la reivindicación 5.

La presente invención se refiere de manera general a las técnicas de comunicación mediante acoplamiento inductivo también llamadas "comunicaciones de campo cercano" o "NFC" (Near Field Communications). Una comunicación mediante acoplamiento inductivo hace, por lo general, que intervenga un dispositivo denominado pasivo y un dispositivo denominado activo. Los dos dispositivos están equipados con una bobina de antena. El dispositivo activo emite un campo magnético oscilante, por ejemplo a 13,56 MHz, y envía unos datos al dispositivo pasivo modulando el campo magnético. Este campo magnético se designa de aquí en adelante "campo magnético externo". El dispositivo pasivo envía unos datos al dispositivo activo mediante modulación de carga.

La modulación de carga puede ser pasiva o activa. La modulación de carga pasiva consiste en modificar la impedancia de la bobina de antena del dispositivo pasivo al ritmo de la una señal de modulación de carga portadora de datos. Esta modulación de impedancia repercute en la impedancia de la bobina de antena del dispositivo activo, mediante acoplamiento inductivo. El dispositivo activo puede, por lo tanto, extraer de su señal de antena la señal de modulación de carga utilizada por el dispositivo pasivo, y deducir de esta los datos que el dispositivo pasivo le envía.

La modulación de carga activa consiste en emitir, al ritmo de la señal de modulación portadora de datos, unas ráfagas de campo magnético alternativo. Las ráfagas de campo magnético las percibe el dispositivo activo como una modulación de carga pasiva. Esta técnica la ha propuesto la solicitante en la patente EP 1 327 222 (US 7 98 77B2), véanse las figuras 4A a 4E, página 8, tabla 4, párrafo 74.

La modulación de carga activa ofrece, con respecto a la modulación de carga pasiva, una distancia de comunicación superior y/o una mejor transmisión de los datos en un entorno difícil, por ejemplo un entorno perturbado por masas metálicas generadoras de corrientes de Foucault. La modulación de carga activa precisa como contrapartida unos medios de excitación de la bobina de antena y, por lo tanto, una fuente de corriente, pero consume mucha menos corriente que una emisión permanente de campo magnético.

Un dispositivo con modulación de carga activa no puede, por lo tanto, ser puramente pasivo en términos de alimentación eléctrica (un dispositivo puramente pasivo está alimentado eléctricamente por el campo magnético emitido por el dispositivo activo), pero sin embargo se considera como "pasivo" porque no emite el campo magnético externo necesario para la comunicación.

Para la obtención de una distancia máxima de comunicación, la modulación de carga activa también precisa que el campo magnético de modulación de carga esté en fase con el campo magnético externo emitido por el dispositivo activo. Rotaciones de fase entre el campo magnético de modulación de carga activa y el campo magnético externo podrían provocar fluctuaciones no deseables en la distancia de comunicación.

La patente US 5 453 748 describe un transpondedor RF que comprende un oscilador síncrono que proporciona una señal bloqueada en la señal del lector. La patente EP 1 81 741 describe un dispositivo NFC con modulación de carga activa que utiliza un bucle de enganche de fase para controlar la fase del campo magnético de modulación de carga (véase la figura 1, 9 de este documento). El bucle de enganche de fase comprende un VCO (oscilador controlado por tensión), un comparador de fase y un filtro de paso bajo que suministra una tensión de control al VCO. El comparador de fase recibe, como frecuencia de referencia, una primera señal periódica que se extrae de la señal de antena inducida por el campo magnético externo. El bucle de enganche de fase proporciona una segunda señal periódica cuya fase está bloqueada en la de la primera señal periódica. En el modo de emisión de datos, se aplican unas ráfagas de la segunda señal periódica al circuito de antena para generar las ráfagas de campo magnético.

Cuando el dispositivo pasa al modo de emisión de datos, la primera señal periódica ya no se aplica en el comparador de fase y un circuito de muestreo HLD ("Sample Hold") mantiene la tensión de control aplicada en el VCO. De este modo, el bucle de enganche de fase pasa de un modo de funcionamiento síncrono a un modo de oscilación libre y se mantiene en este modo de funcionamiento hasta el final de la emisión de datos.

Si se desea que las ráfagas de campo magnético estén en fase con el campo magnético externo, el bucle de enganche de fase debe presentar un deslizamiento de fase muy débil mientras dure el modo de emisión de datos, que es al menos igual a la duración de emisión de una trama de datos. En la práctica, el desplazamiento de fase máximo tolerado en este periodo es, por lo general, del orden de 1/4 del periodo del campo magnético oscilante a 13,56 MHz.

A título de ejemplo, una trama ISO 14443-A presenta una duración del orden de 25,6 ms. Al ser la frecuencia de la señal periódica de 13,56 MHz, el deslizamiento de fase del bucle de enganche de fase en modo de oscilación libre no debe, de preferencia, ser superior a 18 ns, esto es 1/4 del periodo del campo magnético oscilante a 13,56 MHz.

Ahora bien, obtener una estabilidad superior a 18 ns para una duración de 25,6 ms significa que el bucle de enganche de fase debe ofrecer una precisión extrema del orden de ,7 ppm ((18 1"9/25,6 1"3)*16). Esta precisión necesita unos circuitos de muy alta calidad y caros de fabricar.

Por lo tanto, sería preferible prever un medio que permita proporcionar unas ráfagas de campo magnético que presentan un pequeño desplazamiento de fase con respecto al campo magnético externo, sin recurrir a unos circuitos extremadamente precisos y caros de fabricar.

Para ello, la presente invención propone utilizar un oscilador síncrono y resincronizar el oscilador en el campo magnético externo antes de cada aplicación en el circuito de antena de una ráfaga de una señal periódica suministrada por el oscilador.

Más particularmente, unas formas de realización de la invención se refieren a un procedimiento de emisión de datos mediante acoplamiento inductivo, que comprenden las etapas que consisten en aplicar un campo magnético externo alternativo en un circuito de antena inductivo sintonizado en una frecuencia portadora del campo magnético externo; extraer una señal de antena del circuito de antena; extraer de la señal de antena una primera señal periódica; producir una segunda señal periódica por medio de un oscilador síncrono que presenta un modo de oscilación síncrona bloqueada en fase en la primera señal periódica y un modo de oscilación libre; poner al oscilador en el modo de oscilación libre; y aplicar en el circuito de antena una ráfaga de la segunda señal periódica. El procedimiento comprende, después de haber aplicado en el circuito de antena una ráfaga de la segunda señal periódica, una etapa de atenuación que consiste en modificar la impedancia del circuito de antena para reducir la amplitud de la señal de antena; una etapa de restablecimiento que consiste en dejar de modificar la impedancia del circuito de antena, para restablecer la amplitud de la señal de antena; y una etapa de resincronización que consiste en poner al oscilador en el modo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de emisión de datos mediante acoplamiento inductivo, que comprende las etapas que consisten

en:

- aplicar un campo magnético externo alternativo (FLD1) en un circuito de antena inductivo (ACT, AC1) sintonizado en una frecuencia portadora del campo magnético externo;

- extraer una señal de antena (AS) del circuito de antena;

- extraer de la señal de antena (AS) una primera señal periódica (CKe);

- producir una segunda señal periódica (CKs) por medio de un oscilador síncrono (SO, OSC1) que presenta un modo de oscilación síncrona bloqueado en fase en la primera señal periódica (CKe) y un modo de oscilación libre;

- poner al oscilador en el modo de oscilación libre; y

- aplicar en el circuito de antena una ráfaga de la segunda señal periódica (CKs),

caracterizado por que comprende, después de haber aplicado en el circuito de antena una ráfaga de la segunda señal periódica:

- una etapa de atenuación (Pd) que consiste en modificar (DCT) la impedancia del circuito de antena para reducir la amplitud de la señal de antena (AS);

- una etapa de restablecimiento (Pr) que consiste en dejar de modificar la impedancia del circuito de antena, para restablecer la amplitud de la señal de antena; y

- una etapa de resincronización (PSyn) que consiste en poner al oscilador en el modo de oscilación síncrona (Psyn) antes de aplicar una nueva ráfaga de la segunda señal periódica (CKs) en el circuito de antena.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende las etapas que consisten en:

- proporcionar una señal de modulación portadora de datos (MS(DTx));

- aplicar una ráfaga de la segunda señal periódica (CKs) en el circuito de antena cuando la señal de modulación (MS(DTx)) presenta un primer valor lógico;

- bloquear la aplicación de la primera señal periódica (CKe) en una entrada de sincronización del oscilador (SO, OSC1) durante los periodos de atenuación, de restablecimiento y de sincronización.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende una etapa que consiste en bloquear la aplicación de la primera señal periódica en la entrada de sincronización del oscilador por medio de una señal (MSK) de enmascaramiento.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende una etapa que consiste en el desplazamiento de fase de la segunda señal periódica (CKs) con respecto a la señal de antena (AS).

5. Dispositivo (ND1) de emisión y de recepción de datos mediante acoplamiento inductivo que comprende:

- un circuito de antena inductivo (ACT) en el que aparece una señal de antena (AS) en presencia de un campo magnético externo alternativo;

- unos medios (CKCT) para extraer de la señal de antena (AS) una primera señal periódica (CKe);

- un oscilador síncrono (SO, OSC1) que presenta una entrada de sincronización que recibe la primera señal periódica (CKe), que proporciona una segunda señal periódica (CKs), presentando el oscilador un modo de oscilación síncrona bloqueado en fase en la primera señal periódica y un modo de oscilación libre; y

- un circuito de modulación de carga activa (MCT), configurado para aplicar en el circuito de antena unas ráfagas de la segunda señal periódica (CKs) y generar un campo magnético (FLD2) de modulación de carga activa,

dispositivo caracterizado por que comprende unos medios (DCT, CPT, CSW) para modificar la impedancia del circuito de antena y está configurado para:

- poner al oscilador en el modo de oscilación libre;

- aplicar en el circuito de antena una ráfaga de la segunda señal periódica (CKs);

- modificar (DCT) la impedancia del circuito de antena para reducir la amplitud de la señal de antena (AS);

- dejar de modificar la impedancia del circuito de antena, para restablecer la amplitud de la señal de antena; y

- poner al oscilador en el modo de oscilación síncrona (Psyn) antes de aplicar una nueva ráfaga de la segunda señal periódica (CKs) en el circuito de antena.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, configurado para:

- proporcionar una señal de modulación portadora de datos (MS(DTx));

- aplicar una ráfaga de la segunda señal periódica (CKs) en el circuito de antena cuando la señal de

modulación (MS(DTx)) presenta un primer valor lógico;

- bloquear la aplicación de la primera señal periódica (CKe) en una entrada de sincronización del oscilador (SO, OSC1), durante los periodos de atenuación, de restablecimiento y de sincronización.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, configurado para bloquear la aplicación de la primera señal periódica en la entrada de sincronización del oscilador por medio de una señal (MSK) de enmascaramiento.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, en el que los medios (DCT) para modificar la impedancia del circuito de antena comprenden un interruptor (CSW) cuyo cierre modifica la impedancia del circuito de antena.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 8, en el que los medios (DCT) para modificar la impedancia del circuito de antena comprenden un temporizador (CPT) para determinar un intervalo (Td) durante el cual se modifica la impedancia del circuito de antena.

1. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el oscilador síncrono (SO, OSC1, OSC11) es de tipo oscilador astable que presenta una frecuencia propia de auto oscilación determinada por los componentes (L1, L2, C1) del oscilador.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 9, en el que el oscilador síncrono (SO, OSC1) es de tipo digital y está configurado para, en el modo de oscilación síncrona, copiar en la salida el periodo de la señal periódica (CKe) aplicada en la entrada de sincronización, y, en el modo de oscilación libre, reconstituir en la salida la frecuencia recibida en la entrada de sincronización durante el modo de oscilación síncrona.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el oscilador síncrono (SO, OSC1, OSC12) comprende un bucle de enganche de fase que comprende:

- un comparador de fase (G1) que proporciona una señal de fase;

- un filtro de paso bajo activo (FT1) que recibe la señal de fase y que proporciona una tensión de control;

- un oscilador controlado por tensión (VCO) que recibe la tensión de control y que proporciona la segunda

señal periódica (CKi, CKs); y

- unos medios (FT1) para, durante el paso al modo de oscilación libre, bloquear el comparador de fase (G1) y mantener en la entrada del oscilador controlado por tensión (VCO) el valor de la tensión de control.

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 12, que comprende unos medios (DPH) para el desplazamiento de fase de la segunda señal periódica (CKs) con respecto a la señal de antena (AS).

14. Dispositivo (HD1, HD2) que comprende:

- un dispositivo de emisión y de recepción de datos (ND1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 13; y

- al menos un procesador host (HP1, HP2) que suministra al dispositivo los datos que hay que emitir (DTx).

15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, montado dentro o sobre un soporte portátil (CD).

16. Tarjeta inteligente (HD2), que comprende al menos un procesador (HP1, HP2) y un dispositivo de emisión y de recepción de datos (ND1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 13.