Транспондер, а также содержащие его бесконтактная чип-карта и средство идентификации
Изобретение относится к транспондеру, например, для бесконтактной карточки со встроенной микросхемой. Технический результат состоит в повышении эффективности использования мощности. Для этого в транспондер, который размещен, например, в бесконтактной чип-карте, энергия вводится через антенну посредством воздействия на нее высокочастотным переменным полем. Выдаваемое выпрямителем напряжение подается в качестве задающего воздействия в тактовый генератор, имеющий регулятор тактовой частоты. При повышении напряженности магнитного поля, воздействующего на антенну, указанное напряжение регулируется в сторону понижения за счет повышения тактовой частоты, с которой работает цифровая схема. Если дальнейшее повышение частоты тактового сигнала невозможно, то происходит включение генератора накачки заряда в СППЗУ с целью повышения скорости записи в него данных. При необходимости можно также включать обычный шунтовый регулятор. Изменение тактовой частоты не затрагивает схему сопряжения. Эта схема при обмене данными со считывающим устройством работает с постоянной частотой. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к транспондеру, прежде всего к транспондеру для бесконтактной карточки со встроенной микросхемой (чип-карты). Изобретение относится также к бесконтактной чип-карте и средству идентификации, содержащим такой транспондер.
В контексте настоящего изобретения под термином "транспондер" понимается система, состоящая из антенны и электронной схемы, выполненной прежде всего в виде микросхемы (чипа), при этом необходимая для работы микросхемы энергия, равно как и данные, поступают через антенну, выполненную в виде катушки. Подобные транспондеры используются в бесконтактных чип-картах, в прикрепляемых к различного рода товарам этикетках, в ключах, прежде всего в автомобильных ключах в качестве средства включения-отключения иммобилайзера, а также в средствах идентификации, обычно представляющих собой стеклянную или фарфоровую капсулу с помещенным внутрь нее транспондером, имплантируемую в ткани животных в целях их идентификации.
Такие транспондеры предназначены для одно- или двунаправленного обмена данными с внешним устройством, ниже называемым считывающим устройством. Подобное считывающее устройство излучает через имеющуюся у него антенну высокочастотное магнитное поле, при этом транспондер, когда он находится достаточно близко к считывающему устройству, через имеющуюся у него катушку со сравнительно большой площадью поверхности потребляет энергию, создаваемую этим магнитным полем. Одновременно с таким потреблением энергии в транспондер поступает также тактовый сигнал. Конструкция и принцип работы подобных транспондеров хорошо известны из уровня техники и подробно описаны, например, в патенте US 5841123, в статье "Kontaktiose Chipkarten" автора Klaus Finkenzeller, опубликованной в журнале Funkschau 19/98, сс.40-43, а также в справочнике RFID-Handbuch автора Klaus Finkenzeller, изд-во Carl Hanser Verlag, München/Wien, 1999.
С целью облегчить понимание сущности настоящего изобретения сначала рассмотрены основные особенности транспондера, которые более подробно рассмотрены ниже при описании чертежей.
Считывающее устройство излучает через имеющуюся у него антенну высокочастотное магнитное поле с частотой, например, 13,56 МГц. Когда в зоне действия этого магнитного поля находится антенна транспондера, то в результате отрицательной обратной связи между обеими антеннами в транспондер вводится энергия. Доступная для транспондера электрическая мощность пропорциональна напряженности магнитного поля вблизи его антенны, т.е. магнитного поля, воздействующего на его антенну. При этом напряженность магнитного поля вблизи транспондера обратно пропорциональна его удалению (1/х3) от считывающего устройства и тем самым в рабочем режиме подвержена существенным колебаниям.
Для функционирования микросхем, которые работают с постоянной тактовой частотой, требуется постоянное напряжение питания. При слишком малом расстоянии между транспондером и считывающим устройством индуцируемое в транспондере напряжение может при отсутствии специальных контрмер превысить необходимое напряжение питания. По этой причине в схему параллельно нагрузке включают шунтовой регулятор, который при индуцировании в транспондере повышенного напряжения преобразует избыток мощности в тепло, обеспечивая тем самым поддержание напряжения питания на постоянном уровне.
Из ЕР 0977144 известен транспондер, имеющий внутреннюю цифровую схему, управление работой которой осуществляется тактовым генератором, выдающим тактовый сигнал с тактовой частотой, а также имеющий внутреннюю систему энергоснабжения, запитываемую бесконтактным путем от внешнего переменного магнитного поля. В известном транспондере предусмотрено блокирование тактового генератора. При этом генерирование фронта тактового сигнала (приводящего к включению в работу потребителей энергии) происходит только тогда, когда напряжение питания носителя данных превышает некоторое опорное значение напряжения. Недостатком известного из ЕР 0977144 решения является неэффективность работы транспондера, в частности, в области значений напряжения, непосредственно граничащих с опорным значением напряжения.
В основу настоящего изобретения была положена задача разработать транспондер, который позволял бы более эффективно по сравнению с известными транспондерами использовать доступную для него электрическую мощность.
Для решения указанной задачи в настоящем изобретении предлагается транспондер, имеющий внутреннюю цифровую схему, управление работой (тактирование) которой осуществляется тактовым генератором, выдающим тактовый сигнал с тактовой частотой, а также имеющий внутреннюю систему энергоснабжения, запитываемую бесконтактным путем от внешнего переменного магнитного поля. Вышеуказанная задача достигается согласно изобретению тем, что тактовый генератор имеет регулятор тактовой частоты, обеспечивающий регулирование частоты тактового сигнала в зависимости от напряженности внешнего магнитного поля, действующего на транспондер.
Понятие "в зависимости от напряженности магнитного поля" означает, что регулирование частоты тактового сигнала происходит либо в непосредственной, либо в косвенной зависимости от напряженности магнитного поля. При этом можно измерять напряженность магнитного поля и регулировать тактовую частоту в зависимости от результатов этих измерений либо тактовую частоту можно изменять также в зависимости от индуцированного напряжения, поскольку оно зависит от напряженности магнитного поля вблизи антенны. В предлагаемом в изобретении транспондере тактовая частота, с которой работает цифровая схема (микросхема), изменяется (отслеживается) в зависимости от напряженности магнитного поля, т.е. в зависимости от расстояния между считывающим устройством и транспондером. При нахождении транспондера на малом расстоянии от считывающего устройства в этот транспондер поступает сравнительно большое количество энергии. В соответствии с этим появляется возможность повысить тактовую частоту. Согласно изобретению избыток энергии не рассеивается через шунтовой регулятор, а используется для повышения частоты тактового сигнала.
В типичной микросхеме, выполненной по КМОП-технологии, потребляемая ею энергия Р удовлетворяет следующему уравнению:
Р=CL×Udd 2×fd,
где
Р означает мощность, потребляемую логической схемой (вентилем),
CL означает емкость логической схемы,
Udd означает рабочее напряжение,
fd означает среднюю рабочую частоту (тактовую частоту).
При постоянных или практически постоянных значениях параметров CL и Udd зависимость между количеством потребляемой КМОП-схемой энергии, с одной стороны, и рабочей тактовой частотой, с другой стороны, приобретает линейный характер. Соответственно, изобретение предусматривает возможность изменения частоты тактового сигнала (CLK) в линейной зависимости в пределах определенного рабочего радиуса действия магнитного поля, обеспечивающего ввод энергии в транспондер.
Предлагаемое в изобретении решение предусматривает, таким образом, бесступенчатое или ступенчатое повышение тактовой частоты при удаленности транспондера от считывающего устройства на расстояние, которое меньше максимально возможного расстояния, благодаря чему ускоряется протекание происходящих в микросхеме рабочих процессов. Избыток энергии, который ранее рассеивался через шунтовой регулятор, согласно изобретению используется таким образом для повышения быстродействия микросхемы, т.е. для сокращения ее общего рабочего времени.
Предлагаемое в изобретении решение позволяет, с другой стороны, увеличить также максимальное расстояние от транспондера до считывающего устройства, на котором еще возможно поступление в транспондер достаточного для его надежной работы количества энергии от считывающего устройства. При сравнительно большом удалении транспондера от считывающего устройства может быть предусмотрена возможность понижения тактовой частоты относительно некоторой определенной номинальной тактовой частоты, что обеспечивает возможность работы цифровой схемы и в том случае, когда напряженность магнитного поля вблизи транспондера становится ниже некоторого номинального значения. То есть тактовую частоту можно понизить до некоторого предельно допустимого значения, при котором компоненты микросхемы еще сохраняют работоспособность. Было установлено, что предлагаемое в изобретении решение позволяет на 30-50% увеличить радиус действия транспондера, т.е. максимальное расстояние между транспондером и считывающим устройством, которое необходимо соблюдать в предельном случае для надежной работы транспондера.
В частных случаях предлагаемый транспондер имеет приемную антенну, подвергаемую воздействию магнитного поля, и подсоединенный к этой приемной антенне на ее выходе выпрямитель. При этом нерегулируемое напряжение на выходе указанного выпрямителя, характеризующее напряженность воздействующего на приемную антенну магнитного поля, подается в регулятор тактовой частоты в качестве управляющего сигнала. Таким образом, выдаваемое выпрямителем нерегулируемое напряжение можно использовать в качестве фактического значения и регулирующей величины, сравнивать такое напряжение с формируемым внутри транспондера опорным напряжением и на основании разностного сигнала, характеризующего напряженность магнитного поля и расстояние между считывающим устройством и транспондером, настраивать рабочую тактовую частоту микросхемы.
Регулировать тактовую частоту можно различными путями. Согласно изобретению регулятор тактовой частоты выполнен в виде генератора, управляемого напряжением, на вход которого подается нерегулируемое напряжение или сформированный на основании этого напряжения сигнал и с выхода которого выдается тактовый сигнал или сигнал-предшественник такого тактового сигнала. Такой тактовый сигнал при необходимости подвергается дальнейшей обработке, например подается в формирователь сигналов и/или в делитель частоты.
В соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления изобретения для регулирования тактовой частоты регулятор тактовой частоты может иметь аналого-цифровой преобразователь, предназначенный для преобразования нерегулируемого напряжения в цифровое значение, и делитель частоты с изменяемым или регулируемым коэффициентом деления, на первый вход которого подается сигнал постоянной частоты, формируемый на основании напряжения, индуцируемого в катушке, а на второй его вход подается сигнал-делитель, формируемый аналого-цифровым преобразователем на основании нерегулируемого напряжения, и с выхода которого выдается тактовый сигнал. Таким образом, разностный сигнал, сформированный на основании опорного сигнала и нерегулируемого напряжения, выдаваемого выпрямителем, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе в цифровое значение, которое при необходимости подвергается дополнительной обработке и затем подается на управляющий (установочный) вход регулируемого делителя частоты, на сигнальный вход которого поступает принимаемый транспондером тактовый сигнал постоянной частоты (например 13,56 МГц). С выхода регулируемого делителя частоты выдается при этом тактовый сигнал. Чем меньше расстояние между считывающим устройством и транспондером, тем выше уровень нерегулируемого напряжения на выходе выпрямителя, тем больше отклонение от опорного напряжения, тем больше формируемое аналого-цифровым преобразователем цифровое значение и тем меньше используемый делителем частоты делитель и соответственно тем выше частота выходного сигнала делителя частоты, выдаваемого в качестве тактового сигнала.
Следует отметить, что регулирование частоты тактового сигнала затрагивает исключительно внутренние рабочие процессы, происходящие в транспондере. Для обмена данными со считывающим устройством необходима постоянная, нормированная, соответственно стандартизованная тактовая частота. Эта тактовая частота, задаваемая считывающим устройством, передается от него с помощью высокочастотного магнитного поля в транспондер, где она подвергается соответствующей обработке для управления работой схемы сопряжения транспондера, которая предназначена для обмена данными с внешним устройством и управление работой которой осуществляется с помощью синхронизирующего обмен данными тактового сигнала постоянной частоты.
В качестве примера компонентов цифровой схемы транспондера, управление работой которых осуществляется тактовым сигналом регулируемой частоты, можно назвать ЗУПВ, микроконтроллер, ЭСППЗУ и т.д. Предлагаемое в изобретении решение, состоящее в изменении тактовой частоты в зависимости от расстояния между транспондером и считывающим устройством, приводит при исключительно малой величине указанного расстояния к соответственно существенному увеличению тактовой частоты. Однако, как очевидно, тактовая частота ограничена некоторым предельным значением. Поэтому согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения по достижении тактовой частотой некоторого определенного максимального значения предусмотрена возможность подключения генератора накачки заряда для повышения скорости записи данных в относящееся к цифровой схеме ЭСППЗУ и/или включения в работу шунтового регулятора для преобразования избытка энергии в тепло с помощью обладающего омическим сопротивлением резистивного элемента.
Оптимальная работа транспондера при исключительном малом расстоянии между ним и считывающим устройством обеспечивается, таким образом, за счет того, что избыток энергии сначала используется для повышения рабочей тактовой частоты микросхемы. По достижении тактовой частотой максимально допустимого значения включается генератор накачки заряда, обеспечивающий ускорение работы ЭСППЗУ микросхемы, а когда этот генератор накачки заряда работает с максимально возможной мощностью, дополнительно активизируется известный из уровня техники шунтовой регулятор.
Предлагаемое в изобретении решение наиболее пригодно для применения в чип-карте, однако существуют и другие возможные области его использования. Так, например, предлагаемый в изобретении транспондер в наиболее общем случае можно использовать в средстве идентификации, таком как этикетка, предназначенная для закрепления на различного рода товарах, полках в торговом зале и иных аналогичных предметах. Помимо этого предлагаемый в изобретении транспондер можно использовать в ключе, предназначенном для открытия дверей, или в автомобильном ключе зажигания с целью включения-отключения иммобилайзера. Другой возможной областью применения предлагаемого в изобретении транспондера является его использование в сельском хозяйстве для клеймления племенных животных, облегчающего их учет и кормление.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - эквивалентная схема известного транспондера, взаимодействующего со схематично изображенным считывающим устройством,
на фиг.2 - эквивалентная схема транспондера с шунтовым регулятором для регулирования напряжения,
на фиг.3 - схема предлагаемого в изобретении транспондера, выполненного по одному из вариантов,
на фиг.4 - график, отражающий зависимость сопротивления шунтового регулятора от коэффициента связи между приемной антенной транспондера и внешним магнитным полем,
на фиг.5 - упрощенная схема регулятора тактовой частоты, выполненного в соответствии с одним из конкретных вариантов, и
на фиг.6 - схема имеющегося в предлагаемом в изобретении транспондере регулятора тактовой частоты, выполненного в соответствии с другим вариантом.
В соответствии с показанной на фиг.1 схемой считывающее устройство L через имеющуюся у него антенну L1 излучает высокочастотное магнитное поле с частотой, например, 13,56 МГц. Когда в зоне действия этого магнитного поля находится антенна L2 транспондера Т, то в результате отрицательной обратной связи М между обеими антеннами L1 и L2 в транспондер Т вводится энергия и через резистор R2 входного контура протекает электрический ток i2. Буквами RL на чертеже обозначена нагрузка, которой в данном случае является микросхема. Параллельно этой нагрузке RL в цепь включен конденсатор С, который совместно с антенной L2 образует колебательный контур, настроенный на частоту излучения магнитного поля считывающим устройством 1.
Получаемая транспондером электрическая мощность пропорциональна напряженности магнитного поля вблизи антенны L2. Для приема необходимой для работы микросхемы энергии антенна L2 должна находиться на некотором предельно допустимом (максимальном) расстоянии от считывающего устройства L. Характеристика, отражающая зависимость напряженности магнитного поля от удаленности от антенны L1 считывающего устройства L, позволяет сделать вывод о том, что при использовании известных чип-карт в пределах обычного на сегодняшний день радиуса действия магнитного поля его напряженность может изменяться более чем в 30 раз (напряженность Н магнитного поля = 0,15...5 [А/м]).
Для функционирования микросхемы, которая работает с постоянной тактовой частотой, необходимо постоянное напряжение питания. В показанной на фиг.1 схеме напряжение питания достигает необходимой для работы компонентов микросхемы (таких как ЗУПВ, ЭСППЗУ, микроконтроллер и т.д.) величины непосредственно в том случае, когда антенна L2 находится на определенном предельно допустимом (максимальном) расстоянии от антенны L1. Если же расстояние между считывающим устройством L и транспондером Т меньше указанного предельно допустимого расстояния, то индуцируемое в транспондере напряжение может при отсутствии специальных контрмер превысить необходимое напряжение питания.
По этой причине в показанной на фиг.2 схеме параллельно нагрузке RL включен шунтовой регулятор RS, т.е. шунт, который при индуцировании в транспондере повышенного напряжения преобразует избыток мощности в тепло, обеспечивая тем самым поддержание напряжения питания U2 на постоянном уровне.
В зависимости от расстояния между считывающим устройством L и транспондером Т такой шунтовой регулятор RS находится, таким образом, либо в нерабочем состоянии, т.е. имеет большое электрическое сопротивление (когда транспондер Т удален от считывающего устройства на расстояние, превышающее максимальное расстояние, при котором еще возможна надежная работа транспондера), либо в состоянии максимальной электропроводности (а именно, когда транспондер Т удален от считывающего устройства L на минимальное расстояние). В показанной на фиг.2 эквивалентной схеме транспондера Т шунтовой регулятор RS изображен в виде резистора с переменным сопротивлением (переменного резистора). Конкретное исполнение интегральных микросхем с шунтовыми регуляторами известно специалистам в данной области.
На фиг.4 представлен график, отражающий зависимость входного сопротивления шунтового регулятора RS от коэффициента связи между антенной катушкой транспондера и антенной катушкой считывающего устройства. Увеличение этого коэффициента связи k соответствует уменьшению расстояния между обеими этими антеннами.
Как показано на фиг.4, при исключительном малом коэффициенте связи (т.е. при большом расстоянии) между антеннами входное сопротивление шунтового регулятора RS стремится к бесконечности, а по достижении максимального рабочего расстояния между транспондером и считывающим устройством резко снижается.
При разработке, соответственно проектировании, транспондера параметры его системы энергоснабжения следует рассчитывать таким образом, чтобы при заданном максимальном удалении транспондера от считывающего устройства обеспечивалась работоспособность микросхемы. В этом случае шунтовой регулятор еще остается в незадействованном (нерабочем) состоянии.
Однако указанное выше требование, которое необходимо учитывать при разработке транспондера, означает также, что при удалении транспондера от считывающего устройства на расстояние, которое меньше максимального, шунтовой регулятор всегда находится в активизированном (рабочем) состоянии с целью поддержания напряжения U2 на постоянном уровне за счет преобразования избытка воспринимаемой транспондером мощности в тепло. При приближении транспондера к считывающему устройству в целях обмена с ним данными, т.е. при сокращении между ними расстояния до величины, меньшей максимально возможного расстояния, в транспондер вводится большее количество энергии, чем это необходимо для его работы.
На фиг.3 показан один из вариантов выполнения предлагаемого в изобретении транспондера 2. Этот транспондер 2 имеет уже описанную выше и выполненную в виде плоской катушки приемную антенну L2, к которой подключен выпрямитель 12. К выходу выпрямителя 12 подключена микросхема (чип) 10, запитываемая выпрямленным этим выпрямителем 12 его выходным напряжением Udd. Это же напряжение Udd подается также на тактовый генератор 14, содержащий регулятор тактовой частоты, который регулирует тактовую частоту, соответственно частоту тактового сигнала CLK, с которой работает микросхема 10, в зависимости от индуцированного и выпрямленного напряжения Udd. На чертеже эта зависимость частоты тактового сигнала CLK от индуцированного напряжения представлена функцией f(u) в блоке, в виде которого условно изображен тактовый генератор 14.
Отдельные компоненты микросхемы на этом чертеже подробно не показаны. На чертеже отдельно обозначены только СППЗУ 18 и генератор 16 накачки заряда, который более подробно описан ниже. Микросхема 10 шиной 22 соединена со схемой 20 сопряжения. В эту схему 20 сопряжения от модема 24 поступает тактовый сигнал, который выдается считывающим устройством с помощью высокочастотного магнитного поля и частота которого в рассматриваемом примере составляет 13,56 МГц. Для передачи данных схема 20 сопряжения передает предназначенные для передачи данные в модем 24, после чего эти данные передаются через антенну L2.
На фиг.3 также не показан предусмотренный в микросхеме 10 шунтовой регулятор, показанный в правой части на эквивалентной схеме, изображенной на фиг.2.
Когда антенна L2 показанного на фиг.3 транспондера 2 оказывается вблизи не изображенного на этом чертеже считывающего устройства на расстоянии, которое меньше некоторого определенного расстояния, выпрямитель 12 начинает выдавать выпрямленное напряжение Udd, достаточно высокое для работы не только микросхемы 10, но и всего транспондера в целом. При дальнейшем приближении к считывающему устройству, т.е. по мере уменьшения расстояния до него, напряжение Udd несколько возрастает, при этом его значение с помощью предусмотренной изобретением схемы 14 регулирования тактовой частоты регулируется в сторону уменьшения в функции зависящего от частоты потребления тока микросхемой с точностью до величины остаточного рассогласования.
Если известные транспондеры работают с постоянной тактовой частотой, получаемой делением частоты излучаемого считывающим устройством магнитного поля и составляющей, например, 3,39 МГц (что соответствует частоте в 13,56 МГц, деленной на 4), то показанный на фиг.3 транспондер может работать уже при значительно более низкой частоте. Однако когда расстояние между считывающим устройством и транспондером становится больше некоторого определенного значения, работа транспондера прекращается. Когда расстояние между транспондером 2 и считывающим устройством становится меньше максимального радиуса действия последнего, то в транспондер начинает поступать большее количество энергии, чем это необходимо для его работы. Эта избыточная энергия используется для повышения рабочей тактовой частоты, т.е. частоты тактового сигнала CLK, что позволяет повысить производительность, соответственно быстродействие транспондера 2.
Ниже со ссылкой на фиг.5 поясняется первый конкретный вариант выполнения показанного на фиг.3 тактового генератора 14, который на фиг.5 обозначен позицией 14А.
Выдаваемое выпрямителем 12 постоянное напряжение Udd сравнивается в первом компараторе 30 с генерируемым внутри транспондера опорным напряжением Uопорн. Полученная в результате разность напряжений ΔU преобразуется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 32 в цифровое (дискретное) значение, поступающее на управляющий (установочный) вход регулируемого делителя 34 частоты. На сигнальный вход этого делителя 34 частоты поступает сигнал постоянной частоты f1 (например 13,56 МГц), формируемый на основании индуцируемого в катушке L2 напряжения. В другом варианте этот сигнал постоянной частоты f1 можно также формировать с помощью предусмотренного в транспондере генератора 36.
Относительно высокая частота f1 подвергается делению в зависимости от поступающего на управляющий вход цифрового значения, в результате чего при более высоком напряжении Udd, т.е. при большем разностном сигнале ΔU, соответственно выше и частота рабочего тактового сигнала CLK на выходе делителя 34.
Если из-за малого расстояния между транспондером 2 и считывающим устройством рабочий тактовый сигнал CLK имеет столь высокую частоту, что ее дальнейшее повышение для работы микросхемы 10 невозможно, то включается схематично показанный на фиг.3 генератор 16 накачки заряда в СППЗУ 18. Такой генератор накачки заряда позволяет повысить скорость записи данных в СППЗУ.
В объеме настоящего изобретения возможны варианты выполнения транспондера как с шунтовым регулятором в микросхеме 10, так и без него. Подобный шунтовой регулятор можно активизировать вместо генератора 16 накачки заряда по достижении тактовой частотой максимального значения, однако такой шунтовой регулятор можно использовать и в качестве третьего элемента для поддержания напряжения Udd на постоянном уровне в случае, когда тактовая частота повысилась до максимального значения, а генератор 16 накачки заряда работает с полной мощностью.
На фиг.6 показан другой вариант выполнения тактового генератора, альтернативный показанному на фиг.5 варианту. Обозначенный на фиг.6 позицией 14В тактовый генератор выдает разностный сигнал ΔU, сформированный рассмотренным выше со ссылкой на фиг.5 образом, в генератор 40, управляемый напряжением (ГУН). При малом расстоянии между транспондером и считывающим устройством и соответственно при большом значении разностного сигнала ΔU выходной сигнал ГУН 40 имеет сравнительно высокую частоту, а при малом значении разностного сигнала ΔU выходной сигнал ГУН 40 имеет сравнительно низкую частоту. К ГУН могут быть подсоединены также другие схемы обработки сигналов, например схемы формирования сигналов, делители частоты и т.д. Преимущество этого варианта состоит в том, что максимальная частота выходного сигнала ГУН 40 может также превышать тактовую частоту (13,56 МГц) воспринимаемого катушкой L2 сигнала от считывающего устройства (согласно существующему уровню техники эта частота при использовании выполненных по КМОП-технологии приборов может превышать 50 МГц).
Предлагаемый в изобретении транспондер встроен (интегрирован) в бесконтактную чип-карту, которая, поскольку она известна как таковая, на чертежах не показана. Помимо этого известны и различные иные возможные области применения подобных транспондеров, например их введение (имплантация) в специальных капсулах в ткани животных, встраивание в автомобильные ключи для автоматического включения-отключения иммобилайзера и т.п. Предлагаемый в изобретении транспондер можно использовать во всех подобных возможных областях.
1. Транспондер, имеющий внутреннюю цифровую схему (10), управление работой которой осуществляется тактовым генератором (14), выдающим тактовый сигнал с тактовой частотой, а также имеющий внутреннюю систему (12) энергоснабжения, запитываемую бесконтактным путем от внешнего переменного магнитного поля, отличающийся тем, что тактовый генератор (14) имеет регулятор (30-34; 40) тактовой частоты, обеспечивающий регулирование частоты тактового сигнала (CLK) в зависимости от напряженности внешнего магнитного поля, воздействующего на транспондер (2).
2. Транспондер по п.1, отличающийся тем, что он имеет приемную антенну (L2), подвергаемую воздействию магнитного поля, и подсоединенный к этой приемной антенне выпрямитель (12), причем нерегулируемое напряжение (Udd) на выходе указанного выпрямителя, характеризующее напряженность воздействующего на приемную антенну магнитного поля, подается в регулятор (30-34, 40) тактовой частоты в качестве управляющего сигнала.
3. Транспондер по п.2, отличающийся тем, что регулятор тактовой частоты выполнен в виде генератора (40), управляемого напряжением (ГУН), на вход которого подается нерегулируемое напряжение или сформированный на основании этого напряжения сигнал и с выхода которого выдается тактовый сигнал или сигнал-предшественник такого тактового сигнала (CLK).
4. Транспондер по п.2, отличающийся тем, что регулятор тактовой частоты имеет аналого-цифровой преобразователь (32), предназначенный для преобразования нерегулируемого напряжения в цифровое значение, и делитель частоты с изменяемым или регулируемым коэффициентом деления, на первый вход которого подается сигнал постоянной частоты, формируемый на основании напряжения, индуцируемого в катушке L2, а на второй его вход подается сигнал-делитель, формируемый аналого-цифровым преобразователем (32) на основании нерегулируемого напряжения, и с выхода которого выдается тактовый сигнал (CLK).
5. Транспондер по любому из пп.1-4, имеющий схему (20) сопряжения, которая предназначена для обмена данными с внешним устройством и управление работой которой осуществляется с помощью синхронизирующего обмен данными тактового сигнала постоянной частоты.
6. Транспондер по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что предусмотрена возможность изменения частоты тактового сигнала (CLK) в линейной зависимости в пределах определенного рабочего радиуса действия магнитного поля, обеспечивающего ввод энергии в транспондер.
7. Транспондер по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что предусмотрена возможность понижения тактовой частоты относительно некоторой определенной номинальной тактовой частоты, что обеспечивает возможность работы цифровой схемы (10) и в том случае, когда напряженность магнитного поля вблизи транспондера становится ниже некоторого номинального значения.
8. Транспондер по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что по достижении тактовой частотой некоторого определенного максимального значения предусмотрена возможность подключения генератора накачки заряда для повышения скорости записи данных в относящееся к цифровой схеме (10) СППЗУ (18) и/или включения в работу шунтового регулятора (RS) для преобразования избытка энергии в тепло с помощью обладающего омическим сопротивлением резистивного элемента.
9. Транспондер по любому из пп.4-8, отличающийся тем, что первый вход делителя частоты соединен с генератором, выдающим сигнал постоянной частоты.
10. Бесконтактная чип-карта, имеющая транспондер по любому из пп.1-9.
11. Средство идентификации, имеющее транспондер по любому из пп.1-9.
12. Средство идентификации по п.11 в виде автомобильного ключа, выполняющее функцию электронного ключа для разблокирования электронного иммобилайзера.
13. Средство идентификации по п.11, заключенное в капсулу для имплантации в живой организм.
