Спосіб демодуляції імодульованої шляхом зміни амплітуди між низьким і високим рівнями напруги і демодулятор для його здійснення

1 Спосіб демодуляції модульованої шляхом зміни амплітуди між низьким і високим рівнями напруги (амплітуд но-маніпульованого сигналу), зокрема для застосування для безконтактної передачі даних від пристрою запису/зчитування карток до чіп-картки, який відрізняється тим, що у фазі ініціалізації формують перше середнє значення напруги шляхом відведення і запам'ятовування частини високого рівня напруги, для розпізнавання шляхом порівняння модульованої напруги з цим першим середнім значенням переходу на низький рівень напруги, що представляє стартове значення, а у наступній фазі демодуляції формують друге середнє значення напруги із розпізнаного низького і високого рівнів напруги для демодуляції модульованої напруги шляхом порівняння з другим середнім значенням І ДРУГОГО КОНДеНСаТОріВ (Cmghi, Сщдііг) ЄМНІСНИЙ ПОДІЛЬНИК напруги, який через керований електронний ключ з'єднаний із входом модульованої напруги (UDEM), а також компаратор (К2), перший вхід якого для отримання першого середнього значення напругии через керований електронний ключ з'єднаний із середньою точкою подільника напруги , а другий вхід з'єднаний із входом модульованої напруги, а також тим, що для запам'ятовування розпізнаного низького рівня напруги він містить третій конденсатор (CLOW), ЯКИЙ ДЛЯ фор мування другого середнього значення напруги через керовані електронні ключі під'єднаний паралельно до з'єднаних послідовно першого і третього конденсаторів (С Ні9 м, CHl9h2) 3 Демодулятор за п 2 , який відрізняється тим, що після компаратора (К2) під'єднана цифрова схема (7), виконана з можливістю такого керування ключами (S6, S7, S9, S10, S11, S12, S13, S14), що у фазі ініціалізації вхід модульованої напруги під'єднаний до ємнісного подільника напруги, середній ВІДВІД котрого під'єднаний до першого входу компаратора (К2), а після запам'ятовування розпізнаного низького рівня напруги у третьому конденсаторі (CLOW) ВІН під'єднаний паралельно до ємнісного подільника напруги і до першого входу компаратора (К2), другий вхід котрого з'єднаний із входом модульованої напруги 2 Демодулятор для здійснення способу за п 1 , який відрізняється тим, що для формування першого середнього значення напруги він містить виконаний у вигляді з'єднаних послідовно першого 4 Демодулятор за п 2 або 3, який відрізняється тим, що вхід модульованої напруги під'єднаний до ємнісного подільника напруги через керований електронний ключ і діод(О1) 5 Демодулятор за п 4, який відрізняється тим, що діод (D1) виконаний у вигляді керованого компаратором ключа Винахід стосується способу демодуляції модульованої шляхом зміни амплітуди між низьким рівнем і високим рівнем напруги (амплітудно - маніпульованої напруги), придатного зокрема для застосування при безконтактній передачі даних від пристрою запису/зчитування чіп-карток до чіпкарток, демодулятора для здійснення способу, а також схемного пристрою для чіп-картки, що містить такий демодулятор Чіп-картки, які замість магнітної смужки містять О (О ю 54622 електронний чіп, завдяки своїй значно вищій продуктивності і пов'язаною з цим різноманітністю можливостей застосування набувають все більшого значення Оскільки чіп-картки після вставляння у пристрій запису/зчитування карток мають експлуатуватися безконтактним способом необхідно не лише демодулювати прийнятий чіп-карткою сигнал, але й виробити з нього потрібну для роботи чіпа напругу живлення Для передачі даних від пристрою зчитування карток до чіп-картки використовують різні способи модуляци Поряд зі способом 100-процентноі амплітудної маніпуляції (On-Off-Keying) особливо часто використовують модуляцію шляхом зміни амплітуди між двома рівнями сигналу (ASK = Amplitude Shift Keying, часткова амплітудна маніпуляція), а саме в основному в діапазоні від восьми до дванадцяти процентів загальної амплітуди, у поєднанні з кодуванням без повернення до нуля (БПН, NRZ = Non Return to Zero) При цьому до розміщеного на чіп-картці демодулятора висуваються особливі вимоги, оскільки переміщення картки у передавальному полі пристрою зчитування, які діють як модуляція, мають бути розпізнані ним Це означає, що демодулятор має бути у змозі, наприклад, демодулювати 10процентні коливання рівня сигналу з різною тривалістю (кодування БПН) при коливаннях напруги живлення з різною тривалістю, у кілька разів більших, ніж власне амплітудна модуляція Отже, динамічний діапазон сигналу, що підлягає демодулюванню, порівняно великий Крім того, на цей сигнал накладена подвійна частота несучої, оскільки прийнятий сигнал спочатку пропускають через двонапівперюдний випрямляч Із DE 197 03 967 А1 відомий приймач сигналу з амплітудною маніпуляцією Описується приймач амплітудно-маніпульованого сигналу який містить Вузол приймання сигналу, призначений для приймання, підсилення і квантування амплітудноманіпульованого сигналу, подільник частоти для ділення частоти тактового сигналу на попередньо задане число, лічильник для рахування амплітудно-маніпульованого сигналу з попередньо заданими інтервалами під управлінням подільника частоти, компаратор для порівняння числового значення лічильника з опорним значенням для визначення, чи перебуває числове значення у попередньо заданому діапазоні і чи нормальним є сигнал Крім того, передбачено імпульсний блок реєстрації для компенсації помилок, що виникають у компараторі внаслідок перешкод, що частково містяться у сигналі вузла приймання сигналу Крім того, передбачено лічильник з вузлом випадкових чисел для формування сигналу, який одночасно задовольняє вихідним сигналам як компаратора, так і імпульсного блока реєстрації шляхом використання тактового сигналу частота котрого в п разів більша від частоти передачі Нарешті, передбачено вузол відновлення сигналу для відновлення первинного сигналу із сигналу лічильника з вузлом випадкових чисел Із ISSCC 97, розділ 17 6, відома схема, в якій амплітудно-модульований сигнал, що міститься у напрузі живлення, за допомогою компаратора порівнюють із сигналом, отриманим шляхом затримки цього первинного амплітудно модульованого сигналу, і таким чином отримують цифровий сигнал Недоліком цього способу є невеликий діапазон рівнів сигналу, в якому працює компаратор При цьому регулювання напруги живлення неможливе, оскільки при цьому втратився б сигнал, що має бути демодульованим Крім того, визначення різниці рівнів сигналів дуже сильно залежить від перешкод Тому в основі винаходу лежить задача розробки способу вказаного вище виду, а також демодулятора для здійснення способу, за допомогою яких можливе значно надійніше відновлення переданого сигналу даних Згідно з п 1 формули винаходу, ця задача вирішена шляхом здійснення способу вказаного раніше виду, в якому у фазі ініціалізації формують перше середнє значення шляхом відведення і запам'ятовування частини високого рівня напруги для наступного розпізнавання шляхом порівняння модульованої напруги з цим першим середнім значенням переходу на низький рівень напруги, що представляє стартове значення, а у наступній фазі демодуляції формують друге середнє значення із розпізнаного низького і високого рівнів напруги для демодуляції модульованої напруги шляхом порівняння з другим середнім значенням Крім того, задача вирішена за допомогою демодулятора згідно з п 2 формули винаходу, який для формування першого середнього значення містить виконаний у вигляді з'єднаних послідовно першого і другого конденсаторів ємнісний подільник напруги, до якого може бути прикладена модульована напруга, а також компаратор, до першого входу якого від середньої точки подільника напруги може бути відведене перше середнє значення, а до другого входу підведена модульована напруга Особлива перевага цього рішення полягає у високій захищеності від перешкод у вигляді ПІКІВ напруги Це досягнуто в першу чергу за рахунок того, що стартовий рівень формується не шляхом розпізнавання фронту, а шляхом вимірювання рівнів і оцінки двох із трьох рівнів Додаткові пункти формули винаходу містять ДОЦІЛЬНІ вдосконалення винаходу Нижче приклади виконання винаходу детальніше пояснюються на переважному прикладі виконання з використанням фігур На них схематично зображено фіг 1 блок-схема схемного пристрою для чіпкартки, фіг 2 принципова схема винайденого демодулятора Схемний пристрій згідно з фіг 1 містить котушку 1 індуктивності, в якій при вставлянні картки у пристрій запису/зчитування електромагнітним полем, створеним пристроєм запису/зчитування, індукується високочастотний вхідний сигнал Котушка 1 під'єднана до двонапівперюдного випрямляча 2 (мостовий випрямляч) До виходу випрямляча під'єднана виконана на двох транзисторах Т1, Т2 схема 3 струмового дзеркала, за допомогою якої відводиться незначна частина загального струму і подається на демодулятор 4 Крім того, до виходу випрямляча 2 під'єднані паралельний регулятор 5 напруги і цифрова схема 7, яка містить 54622 власне функціональні вузли чіп-картки Під'єднаним паралельно до регулятора напруги конденсатором 6 позначена порівняно велика ємність розміщених на ЧІПІ елементів Всі напруги зображеної на фіг 1 схеми вимірюються відносно негативного полюса напруги живлення Індукована у котушці 1 високочастотна вхідна напруга випрямляється двонапівперюдним випрямлячем 2 На виході випрямляча виникає напруга у вигляді напівхвиль з подвійною частотою порівняно з переданою пристроєм запису/зчитування високочастотною напругою Високочастотні складові цієї напруги згладжуються конденсатором 6, причому паралельний регулятор 5 напруги подає сталу напругу живлення на цифрову схему 7 В залежності від відстані між карткою і джерелом високочастотного сигналу у пристрої запису/зчитування, струм може приймати значення, у кілька разів більші, ніж необхідно для живлення цифрової схеми 7 Отже, сигнал, що підлягає демодулюванню, має великий динамічний діапазон розряджені замиканням третього, пятого і восьмого ключів S7, S9, S11 Ключі приводяться у дію управляючим сигналом DC, який, як і ІНШІ сигнали управління ключами SH, SL, VM, RM, формуються цифровою схемою 7 Під час високого рівня амплітудно - маніпульованої напруги (стоп-біт = 1) наступає фаза вибірки, в якій третій, п'ятий і восьмий ключі S7, S9, S11 розімкнені управляючим сигналом DC, а перший ключ S6 замкнений управляючим сигналом SH За допомогою утвореного першим і другим конденсаторами Cmghi і Cmgh2 ємнісного подільника напруги формується перше (віртуальне) середнє значення, яке служить для розпізнавання низького рівня амплітудно-маніпульованої напруги (стартбіт = 1) Для цього управляючим сигналом VM замикається четвертий ключ S13, внаслідок чого точка з'єднання першого і другого конденсаторів з'єднується з інвертуючим першим входом компаратора К2 При цьому другий і сьомий ключі S12, S14 розімкнені На фіг 2 представлена форма виконання демодулятора згідно з винаходом Ця схема має вхід 40, до якого підводиться відгалужений схемою З струмового дзеркала, модульований вхідний сигнал UDEM Вхід 40 через перший ключ S6 і діод D1 може бути з'єднаний з першим виводом першого конденсатора Сщдм, другий вивід котрого з'єднаний з першим виводом другого конденсатора Доки модульована вхідна напруга UDEM має високий рівень, на виході компаратора К2 присутня напруга з логічним значенням 1 Коли вхідна напруга ВІДПОВІДНО ДО сигналу модуляції зменшується, на виході компаратора К2 формується напруга з логічним значенням 0 Цифровою схемою 7 розпізнається низький рівень (старт-біт) і цей рівень запам'ятовується у третьому конденсаторі CLOW ШЛЯХОМ замикання шостого ключа S10 управляючим сигналом SL Ємність цього конденсатора така ж, як і сумарна ємність з'єднаних послідовно першого і другого конденсаторів Діод D1 запобігає розряджанню першого і другого конденсаторів Cmghi і Cmgh2 під час низького рівня вхідної напруги Оскільки при заряджанні конденсаторів могла б виникнути втрата частини напруги, рівної спадові напруги на ДІОДІ (близько 0,7В), діод реалізований у вигляді ключа, управління яким здійснює інший компаратор (не зображений) Потім перший, четвертий і шостий ключі S6, S13, S10 розмикаються управляючими сигналами SH, VM, SL, а другий і сьомий ключі S12, S14 замикаються управляючим сигналом RM Із запам'ятованого послідовно з'єднаними першим і другим конденсаторами Cmghi і Снідіп2 високого рівня і запам'ятованого третім конденсатором C|_Ow низького рівня формується друге середнє значення і подається на інвертуючий вхід компаратора К2 Інші рівні амплітудно-маніпульованої напруги, підведеної до нешвертуючого другого входу компаратора К2, порівнюються з цим другим середнім значенням і з повним його розмахом знімаються з Снідіі2 ДРУГИЙ ВИВІД К0НДЄНСЗТ0ра Снід!л2 З'ЄДНЗНИЙ З масою Перший вивід першого конденсатора Сщдм другим ключем S12 може бути з'єднаний з інвертуючим першим входом компаратора К2, а третім ключем S7 - із масою Спільна точка з'єднання обох конденсаторів Ст д м і Стди2 четвертим ключем S13 може бути з'єднана з інвертуючим входом компаратора К2, а п'ятим ключем S9 - з масою Крім того, вхід 40 шостим ключем S10 може бути з'єднаний з першим виводом третього конденсатора C _ w другий вивід котрого з'єднаний з |o , масою Перший вивід третього конденсатора сьомим ключем S14 може бути з'єднаний з інвертуючим входом компаратора К2, а восьмим ключем S11 - із масою І, нарешті, вхід 40 з'єднаний з нешвертуючим другим входом компаратора К2 на виході OUT компаратора К2 отримують демодульовану напругу Відгалужена струмовим дзеркалом і подана на вхід 40 амплітудно-маніпульована вхідна напруга містить стале середнє значення і накладений на нього амплітудно-модульований сигнал даних У першій ініціалізаційній фазі всі три конденсатори виходу компаратора К2 54622 Фіг.2 Підписано до друку 03 04 2003 p Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24