Немецкой компанией Infineon Technologies AG создано устройство для бесконтактной передачи данных, которое для выработки переменного магнитного поля при заданной зоне действия имеет минимальное потребление мощности.

Бесконтактные системы идентификации с индуктивной передачей энергии и данных от устройства передачи и приема данных на переносной носитель данных посредством переменного магнитного поля используются, например, в случае карточек с микросхемами. Для приведения в действие карточки с микросхемой с помощью устройства передачи и приема данных для выработки переменного магнитного поля необходима определенная мощность.

Антенна для выработки переменного магнитного поля в общем случае представляет собой проводящий контур любой произвольной формы. Он проявляет в обычных условиях работы индуктивное сопротивление. Это индуктивное сопротивление в нормальных условиях компенсируется согласующей схемой, состоящей из сопротивлений, конденсаторов и катушек, и тем самым антенна настраивается на резонансную частоту. Под настройкой на резонансную частоту понимается, что индуктивное сопротивление имеет значение, равное нулю, и что импеданс по существу составляют сопротивления потерь.

Настройка антенны в резонанс необходима, если в устройстве передачи и приема данных антенна и источник питания соединены кабелем неизвестной длины. Чтобы обеспечить независимость от длины кабеля антенна и источник питания должны быть согласованы с волновым сопротивлением проводника.

Режим работы в резонансе также применяется, если антенна непосредственно связана с источником энергии. Это, например, имеет место тогда, когда антенна и источник питания размещены на одной и той же проводящей плате.

Если в переменном магнитном поле нет переносного носителя данных, то при настройке антенны в резонанс протекает максимальный ток. Следствием этого максимального тока является максимальное магнитное поле.

Настройка в резонанс приводит также к высоким потерям в режиме холостого хода. Под режимом холостого хода понимается такое рабочее состояние устройства передачи и приема данных, при котором в действующем поле устройства передачи и приема данных нет переносного носителя данных. Зона действия устройства передачи и приема данных представляет собой такое расстояние от носителя данных до антенны, при котором переменное магнитное поле еще достаточно велико, чтобы осуществлять обмен данными с переносным носителем данных.

Переменное магнитное поле, которое вырабатывается протекающим через антенну током, особенно в устройствах передачи и приема данных с малыми дальностями действия (так называемые системы с сильной связью), в режиме холостого хода зачастую намного больше, чем действительно требуется.

Если переносной носитель данных находится в действующем поле, то он оказывает обратное воздействие на антенну. Это обратное действие проявляется в возникновении дополнительного импеданса в антенном контуре устройства передачи и приема данных. Если антенна настроена в резонанс, то это обратное действие максимально, т.е. проявляющийся в антенне дополнительный импеданс обуславливает снижение антенного тока и тем самым уменьшение магнитного поля. Это обратное действие тем больше, чем больше связь между антенной и переносным носителем данных. Связь в общем случае больше при меньших расстояниях между антенной и переносным носителем. В самом неблагоприятном случае переносной носитель данных может при приближении к антенне настолько сильно снизить ток, что достаточное снабжение энергией, осуществляемое между устройством передачи и приема данных и носителем данных, становится невозможным.

Чтобы гарантировать работу носителя данных в действующем поле устройства передачи и приема данных, при настройке антенны в резонанс должен поддерживаться соответственно высокий ток в режиме холостого хода. Тем самым гарантируется, что при наличии носителя данных в зоне действия напряженность магнитного поля, несмотря на обратное действие, еще достаточно высока, чтобы обеспечить достаточное энергоснабжение для носителя данных. Это означает то, что при помещении носителя данных в действующее поле ток, протекающий через антенну, достаточно велик. Это влечет за собой очень высокие потери, обусловленные высокой мощностью, требуемой для выработки переменного магнитного поля в режиме холостого хода.

Описанный выше способ работы при настройке антенны в резонанс проявляет еще большие недостатки, если система рассчитана на работу с несколькими носителями данных. Обратное действие нескольких носителей данных на антенный контур увеличивается соответственно числу носителей данных, находящихся в действующем поле антенны. Поэтому источники питания, обеспечивающие требуемую мощность для устройства передачи и приема данных, должны проектироваться с еще большими размерами. Это приводит к увеличению площадей для размещения и к дополнительным затратам.

Вот почему сегодня в мире стоит задача создания устройство для бесконтактной передачи данных, которое для выработки переменного магнитного поля при заданной зоне действия имеет наименьшее возможное потребление мощности.

Разработать такое устройство смогли инженеры Гауль Лоренц и Херинг Мартин из немецкой компании Infineon Technologies AG.

В их устройстве антенна для передачи и приема данных, в схеме полного импеданса, т.е. в схеме, которая осуществляет преобразование импедансов, выполнена так, что реактивное сопротивление не равно нулю, если никакой переносной носитель данных не связан с антенной. Иными словами, это означает, что антенна не настроена в резонанс, если никакой переносной носитель данных не находится в зоне действия устройства передачи и приема данных.

Таким образом, за счет введения реактивного сопротивления в антенну ток, который необходимо поддерживать в режиме холостого хода, снижается по сравнению с известными устройствами. Следствием этого является снижение потерь холостого хода. Источник энергии по этой причине может проектироваться с меньшими размерами и нет необходимости предусматривать дорогостоящие устройства охлаждения.

Еще одно преимущество новой разработки состоит в том, что вследствие уже имеющегося в режиме холостого хода реактивного сопротивления обратное действие на антенну при введении носителя данных снижается или может использоваться выгодным образом. Следствием этого, например, является то, что снижение тока из-за введения носителя данных в зону действия существенно меньше, чем падение тока в случае устройства передачи и приема данных, соответствующего известному уровню техники. Тем самым можно избежать проблемы, состоящей в том, что, вследствие введения носителя данных в действующее поле, ток в антенне может снизиться.

Реактивное сопротивление их устройства может быть как индуктивным, так и емкостным. Существует даже возможность обеспечить обратное действие карточки на антенну таким образом, чтобы для заданных условий работы, например, когда три носителя данных должны работать в зоне на определенном расстоянии, осуществлялось определенное повышение тока антенны. С этой целью необходимо соответствующим образом выбирать величину реактивного сопротивления.

Работающие на этом устройстве системы передачи и приема данных и антенна носителя данных могут связываться друг с другом на расстоянии в пределах от 0 до 1 м.

Новая система связи дает возможность с минимальными схемотехническими затратами реализовать требующее меньших трат снижение мощности при выработке переменного магнитного поля устройства передачи и приема данных, необходимого для функционирования по меньшей мере одного носителя данных.