Procedimiento y dispositivo de modulación de carga activa por acoplamiento inductivo.

Procedimiento de emisión de datos por acoplamiento inductivo, que comprende unas etapas que consisten en:

- recibir una señal (AS, AS') de antena a través de un circuito (ACT, AC1) de antena inductivo en presencia de uncampo (FLD1) magnético externo alternativo,

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

- producir una segunda señal (CKs) periódica mediante un oscilador (SO, OSC1) sincronizado que presenta unaentrada de sincronización que recibe la primera señal (CKe) periódica, presentando el oscilador un modo deoscilación sincronizado en fase con la primera señal periódica y un modo de libre oscilación, y

- aplicar al circuito de antena unas ráfagas de la segunda señal (CKs) periódica para generar un campo (FLD2)magnético de modulación de carga activa;

caracterizado porque comprende las etapas que consisten en:

- poner el oscilador en modo de oscilación sincronizada antes de la aplicación de cada ráfaga de la segunda señal(CKs) periódica al circuito de la antena, y

- poner el oscilador en un modo de libre oscilación durante la aplicación de una ráfaga de la segunda señal (CKs)periódica al circuito de antena.

Procedimiento y dispositivo de modulación de carga activa por acoplamiento inductivo La presente invención se refiere a un procedimiento de emisión de datos por acoplamiento inductivo, que comprende las etapas que consisten en recibir una señal de la antena a través de un circuito inductivo de la antena en presencia de un campo magnético externo alternativo, extraer de la señal de la antena una primera señal periódica, producir una segunda señal periódica a través de un oscilador sincrónico que presenta una entrada de sincronización que recibe la primera señal periódica, poner el oscilador en un modo de libre oscilación, y aplicar en el circuito de la antena unas ráfagas de la segunda señal periódica para generar un campo magnético de modulación de carga activa.

La presente invención también se refiere a un dispositivo de emisión y recepción de datos diseñado para aplicar este procedimiento.

La presente invención se refiere, de forma general, a las técnicas de comunicación por acoplamiento inductivo, también denominadas “comunicaciones de campo cercano” o “NFC” (Near Field Communications) . Las comunicaciones por acoplamiento inductivo generalmente hacen 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 datos al dispositivo pasivo modulando el campo magnético. En el resto del documento se designa a este campo magnético como “campo magnético externo”. El dispositivo pasivo envía 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 una señal, de modulación de carga, portadora de datos. Esta modulación de impedancia se refleja en la impedancia de la bobina de antena del dispositivo activo, por acoplamiento inductivo. El dispositivo activo, por lo tanto, puede extraer de su señal de antena la señal de modulación de carga utilizada por el dispositivo pasivo, y deducir de ésta 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. El dispositivo activo percibe las ráfagas de campo magnético como una modulación de carga pasiva. Esta técnica la propuso la solicitante en la patente EP 1327222 (US 7098770 B2) , véanse las figuras 4A a 4E, página 8 tabla 4, párrafo 074.

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 alterado por masas metálicas generadoras de corrientes de Foucault. La modulación de carga activa necesita como contraprestación unos medios de excitación de la bobina de la antena y, por lo tanto, una fuente de corriente, pero consume mucha menos corriente que una emisión permanente de campo magnético.

Por lo tanto, un dispositivo de modulación de carga activa no puede ser únicamente pasivo en términos de alimentación eléctrica (un dispositivo únicamente pasivo se alimenta eléctricamente a través del campo magnético emitido por el dispositivo activo) , aunque sin embargo se le considera como “pasivo” porque no emite el campo magnético externo necesario para la comunicación.

Para la obtención de una distancia de comunicación máxima, la modulación de carga activa también necesita que el campo magnético de modulación de carga esté en fase con el campo magnético externo emitido por el dispositivo activo. Unas rotaciones de fase entre el campo magnético de modulación de carga activa y el campo magnético externo podrían conllevar fluctuaciones indeseables en la distancia de comunicación.

La patente US 5.453.748 describe un transpondedor que comprende un oscilador local que genera una señal local, y un oscilador sincronizado. Un comparador compara la señal local con una señal de referencia recibida, y suministra una señal de comparación al oscilador sincronizado que se sincroniza con la señal de comparación y suministra una señal bloqueada. Un combinador recibe la señal local y la señal bloqueada y suministra una señal de respuesta del

transpondedor.

La patente EP 1801741 describe un dispositivo NFC de modulación de carga activa que utiliza un bucle de fijación de fase para controlar la fase del campo magnético de modulación de la carga (véase Fig. 19 de este documento) . El bucle de fijación 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 la antena inducida por el campo magnético externo. El bucle de fijación de fase suministra una segunda señal periódica sincronizada en fase con la de la primera señal periódica. En el modo de emisión de datos, unas ráfagas de la segunda señal periódica se aplican al circuito de la antena para generar las ráfagas de campo magnético.

Cuando el dispositivo cambia al modo de emisión de datos, la primera señal periódica ya no se aplica al comparador de fase y un circuito de muestreo HLD (“Sample Hold) mantiene la tensión de control aplicada al VCO. El bucle de fijación de fase cambia, de esta manera, de un modo de funcionamiento sincronizado a un modo de libre oscilación y permanece en este modo de funcionamiento hasta el fin 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 fijación de fase debe presentar un deslizamiento de fase muy débil durante toda la duración del modo de emisión de datos, quesea al menos igual a la duración de emisión de una trama de datos. En la práctica, el desfase máximo tolerado en este período en general, es aproximadamente de ¼ del período del campo magnético que oscila a 13, 56 MHz.

A modo de ejemplo, una trama ISO 14443-A presenta una duración de aproximadamente 25, 6 ms. La frecuencia de la señal periódica es de 13, 56 MHz, el deslizamiento de fase del bucle de fijación de fase en modo de libre oscilación preferentemente no debe ser superior a 18 ns, es decir ¼ del período del campo magnético que oscila a 13, 56 MHz.

Ahora bien, obtener una estabilidad superior a 18 ns en una duración de 25, 6 ms significa que el bucle de fijación de fase debe ofrecer una precisión extrema de aproximadamente 0, 7 ppm ( (18x10-9/25, 6x10-3) *106) . Una precisión de este tipo necesita una circuitería de muy alta calidad y costosa de realizar.

Por lo tanto, podría recomendarse prever un medio que permita suministrar ráfagas de campo magnético que presenten un débil desfase con respecto al campo magnético externo, sin recurrir a una circuitería extremadamente precisa y costosa de realizar.

A tal efecto, la presente invención propone utilizar un oscilador sincronizado y volver a sincronizar el oscilador con el campo magnético externo antes de la aplicación de cada ráfaga de señales periódicas suministradas por el oscilador, al circuito de antena.

Más concretamente, algunos modos de realización de la invención se refieren a un procedimiento de emisión de datos por acoplamiento inductivo, que comprende las etapas que consisten en recibir una señal de la antena a través de un circuito de antena inductivo en presencia de un campo magnético externo alternativo, extraer de la señal de la antena una primera señal periódica, producir una segunda señal periódica a través de un oscilador sincronizado que presenta una entrada de sincronización que recibe la primera señal periódica, presentando el oscilador un modo de oscilación sincronizado en fase con la primera señal periódica y un modo de libre oscilación, y aplicar al circuito de la antena unas ráfagas de la segunda señal periódica para generar un campo magnético de modulación de carga activa. El procedimiento también comprende las etapas que consisten en poner el oscilador en modo de oscilación sincronizada antes de la aplicación de cada ráfaga de la segunda señal periódica al circuito de la antena, y poner el oscilador en un modo de libre oscilación durante la aplicación de una ráfaga de la segunda señal periódica al circuito de la antena.

En un modo de realización, el procedimiento comprende la etapa que consiste en, después de la aplicación de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de emisión de datos por acoplamiento inductivo, que comprende unas etapas que consisten en:

- recibir una señal (AS, AS’) de antena a través de un circuito (ACT, AC1) de antena inductivo en presencia de un campo (FLD1) magnético externo alternativo,

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

- producir una segunda señal (CKs) periódica mediante un oscilador (SO, OSC1) sincronizado que presenta una entrada de sincronización que recibe la primera señal (CKe) periódica, presentando el oscilador un modo de oscilación sincronizado en fase con la primera señal periódica y un modo de libre oscilación, y

- aplicar al circuito de antena unas ráfagas de la segunda señal (CKs) periódica para generar un campo (FLD2) 15 magnético de modulación de carga activa;

caracterizado porque comprende las etapas que consisten en:

- poner el oscilador en modo de oscilación sincronizada antes de la aplicación de cada ráfaga de la segunda señal 20 (CKs) periódica al circuito de la antena, y

- poner el oscilador en un modo de libre oscilación durante la aplicación de una ráfaga de la segunda señal (CKs) periódica al circuito de antena.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende la etapa que consiste en, después de la aplicación de una ráfaga de la segunda señal (CKs) periódica al circuito de antena, mantener el oscilador en modo de libre oscilación durante un tiempo de estabilización de la señal de antena, antes de volver a poner el oscilador en modo de oscilación sincronizada.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende unas etapas que consisten en:

- suministrar una señal (MS (DTx) ) de modulación portadora de datos,

- aplicar la segunda señal (CKs) periódica al circuito de la antena cuando la señal (MS (DTx) ) de modulación 35 presenta un primer valor lógico,

- generar una señal de enmascaramiento que tenga un valor de enmascaramiento, al menos cuando la señal (MS (DTx) ) de modulación presenta el primer valor lógico, y

- bloquear la aplicación de la primera señal (CKe) periódica a la entrada de sincronización del oscilador (SO, OSC1) cuando la señal de enmascaramiento presenta el valor de enmascaramiento.

4. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 2 y 3, que comprende una etapa que consiste en otorgar al valor de enmascaramiento de la señal de enmascaramiento una duración superior a la del primer valor lógico de la 45 señal (MS (DTx) ) de modulación, con el fin de mantener el oscilador en modo de libre oscilación durante el tiempo de estabilización de la señal de la antena.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende una etapa que consiste en desfasar la segunda señal (CKs) periódica con respecto a la señal (AS) de antena. 50

6. Dispositivo (ND1) de emisión y recepción de datos por acoplamiento inductivo, que comprende:

- un circuito (ACT) de antena inductivo en el que aparece una señal (AS, AS’) de antena en presencia de un campo

magnético externo alternativo, 55

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

- un oscilador (SO, OSC1) sincronizado que presenta una entrada de sincronización que recibe una primera señal

(CKe) periódica, que suministra una segunda señal (CKs) periódica, presentando el oscilador un modo de oscilación 60 sincronizado en fase con la primera señal periódica y un modo de libre oscilación, y

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

dispositivo caracterizado porque está configurado para: - poner el oscilador en modo de oscilación sincronizada antes de la aplicación de cada ráfaga de la segunda señal (CKs) periódica al circuito de la antena, y

- poner el oscilador en modo de libre oscilación durante la aplicación de una ráfaga de la segunda señal (CKs) 5 periódica al circuito de la antena.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, configurado para mantener, después de la aplicación de una ráfaga de la segunda señal (CKs) periódica al circuito de la antena, el oscilador en modo de libre oscilación durante un tiempo de estabilización de la señal de antena, antes de volver a poner el oscilador en modo de oscilación sincronizada.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 y 7, configurado para:

- generar o recibir una señal (MS (DTx) ) de modulación de la carga portadora de datos, 15

- aplicar la segunda señal (CKs) periódica al circuito de antena cuando la señal (MS (DTx) ) de modulación presenta un primer valor lógico,

- generar una señal de enmascaramiento que tenga un valor de enmascaramiento al menos cuando la señal de 20 modulación presenta el primer valor lógico, y

- bloquear la aplicación de la primera señal (CKe) periódica a la entrada de sincronización del oscilador (SO, OSC1) cuando la señal de enmascaramiento presenta el valor de enmascaramiento.

9. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 7 y 8, configurado para otorgar al valor de enmascaramiento de la señal (MSK) de enmascaramiento una duración superior a la del primer valor lógico de la señal (MS (DTx) ) de modulación, con el fin de mantener el oscilador en modo de libre oscilación durante el tiempo de estabilización de la señal de antena.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el oscilador (SO, OSC1, OSC11) sincronizado es de tipo oscilador astable que presenta una frecuencia propia de auto-oscilación determinada por unos componentes (L1, L2, C1) del oscilador.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el oscilador (SO, OSC1) sincronizado es de tipo digital y que en el modo de oscilación sincronizada, se configura para retomar a la salida el período de la señal (CKe) periódica aplicada a la entrada de sincronización, y, en el modo de libre oscilación, reconstituir a la salida, la frecuencia recibida a la entrada de sincronización durante el modo de oscilación sincronizada.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el oscilador (SO, OSC1, OSC12) 40 sincronizado comprende un bucle de fijación de fase que comprende:

- un comparador (G10) de fase que suministra una señal de fase,

- un filtro (FT1) de paso bajo activo que recibe la señal de fase y suministra una tensión de control, 45

- un oscilador (VCO) controlado por tensión que recibe la tensión de control y suministra la segunda señal (CKi, CKs) periódica, y

- unos medios (FT1) para bloquear, durante el paso al modo de libre oscilación, el comparador (G10) de fase y 50 mantener a la entrada del oscilador (VCO) controlado por tensión el valor de la tensión de control.

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 12, que comprende unos medios (PDH) para desfasar la segunda señal (CKs) periódica con respecto a la señal (AS) de la antena.

14. Dispositivo (HD1, HD2) que comprende:

- un dispositivo (ND1) de emisión y recepción de datos de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 13, y

- al menos un procesador (HP1, HP2) anfitrión que suministra al dispositivo unos datos (DTx) para emitir. 60

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

16. Tarjeta (HD2) inteligente, que comprende al menos un procesador (HP1, HP2) y un dispositivo (ND1) de emisión y recepción de datos de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 13.