DE102011050129A1

DE102011050129A1 - Transponder

Info

Publication number: DE102011050129A1
Application number: DE102011050129A
Authority: DE
Inventors: Dr. Akbari-Dilmaghani Rahim
Original assignee: Maxim Integrated GmbH
Current assignee: Maxim Integrated GmbH
Priority date: 2011-05-05
Filing date: 2011-05-05
Publication date: 2012-11-08
Also published as: US8816825B2; US20120280795A1; CN102768723A; CN102768723B; US20140361879A1; US9177244B2

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Transponder zum Empfangen eines drahtlosen elektromagnetischen Abfragesignals (AS) und zum Senden eines drahtlosen elektromagnetischen Antwortsignals mit einer ersten als Antenne wirkenden Spule (L1) zum Erzeugen eines ersten drahtgebundenen elektrischen Empfangssignals (E1) aus dem Abfragesignal (AS) und mit wenigstens einer weiteren als Antenne wirkenden Spule (L2, L3) zum Erzeugen eines weiteren drahtgebundenen elektrischen Empfangssignals (E2, E3) aus dem Abfragesignal (AS), wobei eine Achse (A1) der ersten Spule (L1) und eine Achse (A2, A3) der weiteren Spule (L2, L3) im Raum unterschiedlich ausgerichtet sind, wobei den Spulen (L1, L2, L3) jeweils ein Vollweggleichrichter (6.1, 6.2, 6.3) zum Gleichrichten des jeweiligen Empfangssignals (E1, E2, E3) zugeordnet ist, wobei ein Summierglied (7) zum Aufsummieren der durch die Vollweggleichrichter (6.1, 6.2, 6.3) erzeugten gleichgerichteten Empfangssignale (GE1, GE2, GE3) vorgesehen ist, um so ein pulsierendes Summensignal (SG) zu erzeugen, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals (AS) entspricht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transponder zum Empfangen eines drahtlosen elektromagnetischen Abfragesignals und zum Senden eines drahtlosen elektromagnetischen Antwortsignals mit einer ersten als Antenne wirkenden Spule zum Erzeugen eines ersten drahtgebundenen elektrischen Empfangssignals aus dem Abfragesignal und mit wenigstens einer weiteren als Antenne wirkenden Spule zum Erzeugen eines weiteren drahtgebundenen elektrischen Empfangssignals aus dem Abfragesignal, wobei eine Achse der ersten Spule und eine Achse der weiteren Spule im Raum unterschiedlich ausgerichtet sind.
Ein Transponder mit drei jeweils orthogonal zueinander angeordneten Spulen ist aus der EP 0 783 190 A1 bekannt. Dabei werden die Signale der drei Spulen jeweils mittels einer Diode gleichgerichtet und zum Laden einer Kondensatoranordnung verwendet. Die an der Kondensatoranordnung anliegende Gleichspannung wird dann als Versorgungsspannung für den Transponder verwendet. Die Versorgungsspannung kann durch die Verwendung der drei jeweils orthogonal zueinander angeordneten Spulen im Wesentlichen unabhängig von der Position und der räumlichen Orientierung des Transponders in Bezug auf das das Abfragesignal erzeugende Abfragegerät bereitgestellt werden.
Allerdings ist es so nicht möglich, aus dem Abfragesignal ein mit der Frequenz des Abfragesignals korrespondierendes Zeitbasissignal zu generieren, welches zur Synchronisation des Transponders mit dem Abfragegerät erforderlich sein kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Transponder bereitzustellen, der zur Erzeugung eines Zeitbasissignals aus einem Abfragesignals ausgebildet ist, wobei die Erzeugung des Zeitbasissignals im Wesentlichen unabhängig von der Position und der räumlichen Orientierung des Transponders in Bezug auf das das Abfragesignal erzeugende Abfragegerät möglich sein soll.
Die Aufgabe wird bei einem Transponder der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass den Spulen jeweils ein Vollweggleichrichter zum Gleichrichten des jeweiligen Empfangssignals zugeordnet ist, wobei ein Summierglied zum Aufsummieren der durch die Vollweggleichrichter erzeugten gleichgerichteten Empfangssignale vorgesehen ist, um so ein pulsierendes Summensignal zu erzeugen, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals entspricht.
Unter einem Transponder wird eine Sende- und Empfangseinrichtung verstanden, welche beim Empfang eines drahtlosen elektromagnetischen Abfragesignals ein drahtloses elektromagnetisches Antwortsignal sendet. Das Abfragesignal wird dabei von einem speziell dafür ausgebildeten Abfragegerät erzeug, welches in der Regel auch zum Empfangen des Antwortsignals ausgebildet ist. Derartige Kombinationen von Transpondern und Abfragegeräten können insbesondere zur schlüssellosen Zugangskontrolle und/oder zur schlüssellosen Benutzungskontrolle bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
Spulen, insbesondere zylinderförmige Spulen, können allgemein als Antennen zum Empfangen von drahtlosen elektromagnetischen Signalen eingesetzt werden, wobei sie im Wesentlichen auf die magnetische Komponente des Feldes ansprechen und in ein drahtgebundenes elektrisches Signal umwandeln. Dabei weisen sie allerdings eine ausgeprägte Richtwirkung auf. Weist die Achse der Spule zum Sender, so ergibt sich ein Empfangsminimum, steht sie rechtwinklig zur Richtung zum Sender, so ergibt sich hingegen ein Empfangsmaximum.
Da nun der erfindungsgemäße Transponder wenigstens zwei Spulen aufweist, deren Achsen im Raum unterschiedlich ausgerichtet sind, also nicht parallel verlaufen, ist sichergestellt, dass unabhängig von der Position und der räumlichen Orientierung des Transponders in Bezug auf das das Abfragesignal erzeugende Abfragegerät wenigstens eine Spule außerhalb des Empfangsminimums arbeitet. Auf diese Weise wird aus dem Abfragesignal wenigstens ein drahtgebundenes elektrisches Empfangssignal erzeugt, welches einen Pegel aufweist, der deutlich über dem Pegel beim Empfangsminimums liegt.
Unter einem Vollweggleichrichter wird allgemein ein Gleichrichter verstanden, bei dem beide Halbwellen des zugeführten Signals mit dem selben Vorzeichen versehen werden, so dass ein pulsierendes Gleichsignal entsteht, welches die doppelte Frequenz des zugeführten Signals aufweist. Der Vollweggleichrichter kann ein Brückengleichrichter sein, der durch vier in Graetzschaltung angeordnete Dioden gebildet ist. Erfindungsgemäß ist für jede Spule ein Vollweggleichrichter vorgesehen, so dass aus jedem Empfangssignal ein gleichgerichtetes Empfangssignal gewonnen wird.
Die gleichgerichteten Empfangssignale werden dann mittels eines Summiergliedes aufsummiert, so dass ein pulsierendes Summensignal erzeugt ist, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals entspricht. Dabei ist durch die Vollweggleichrichtung sichergestellt, dass die Beträge der Empfangssignale unabhängig von ihrem Vorzeichen aufaddiert werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die Empfangssignale beim Aufaddieren nicht gegenseitig schwächen oder gar auslöschen, was ohne Gleichrichtung passieren würde, wenn der Transponder so ausgerichtet ist, dass eine der Empfangsspulen vom Abfragesignal in der einen Richtung und eine andere der Empfangsspulen in der anderen Richtung durchdrungen wird. In diesem Fall würden nämlich das (nicht gleichgerichtete) Empfangssignal der einen Spule und das (nicht gleichgerichtete) Empfangssignal der anderen Spule eine Phasenverschiebung von 180° aufweisen, so dass sich die beiden Empfangssignale beim Aufaddieren teilweise, im Extremfall sogar vollständig, auslöschen würden. Dabei würde die vollständige Auslöschung dann eintreten, wenn die Pegel der beiden Empfangssignale den selben Wert aufweisen.
Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Transponder jede Halbwelle jedes der Empfangssignale zur Erhöhung des Pegels des Summensignals genutzt, so dass unabhängig von der Position und der räumlichen Orientierung des Transponders in Bezug auf das das Abfragesignal erzeugende Abfragegerät ein stabiles Summensignal erzeugt wird. Die Frequenz des Summensignals entspricht dabei der doppelten Frequenz des empfangenen Abfragesignals, so dass es als Zeitbasissignal insbesondere zur Synchronisation des Transponders mit dem Abfragegerät verwendet werden kann.
Der erfindungsgemäße Transponder ermöglicht insbesondere die Erzeugung eines Zeitbasissignals aus einem amplitudenmodulierten Abfragesignal, bei dem die Amplitude verändert wird, um verschiedene Werte zu übertragen, da das Summensignal auch dann zuverlässig erzeugt werden kann, wenn die Amplitude des Abfragesignals modulationsbedingt sehr gering ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind insgesamt drei Spulen vorgesehen sind, deren Achsen jeweils rechtwinklig zueinander angeordnet. Auf diese Weise entsteht eine Spulenanordnung, welche in ihrer Gesamtheit eine allenfalls sehr geringe Richtwirkung aufweist, so dass das Summensignal bei beliebiger Orientierung des Transponders im Raum zuverlässig gebildet werden kann.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Komparator zum Vergleichen des pulsierenden Summensignals mit einem Referenzsignal vorgesehen, um so ein erstes Taktsignal zu erzeugen, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals entspricht. Ein Komparator ist allgemein eine Schaltung zum Vergleichen zweier Eingangssignale. Je nach dem, welches der beiden Eingangssignale größer ist, wird das Ausgangssignal des Komparators einen ersten Wert oder einen zweiten Wert an. Indem nun das Summensignal mittels des Komparators mit einem Referenzsignal verglichen wird, ergibt sich am Ausgang des Komparators ein binäres Taktsignal, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals entspricht, wobei das binäre Taktsignal einfach weiterverarbeitet werden kann. Der Komparator kann mittels eines herkömmlichen Operationsverstärkers gebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein Tiefpass zum Filtern des pulsierenden Summensignals vorgesehen, wobei ein mittels des Tiefpasses erzeugtes gefiltertes pulsierendes Summensignal das dem Komparator zugeführte Referenzsignal ist. Ein Tiefpass ist allgemein ein Filter, der Signalanteile unterhalb einer Grenzfrequenz annähernd ungedämpft passieren lässt und Signalanteile oberhalb der Grenzfrequenz zunehmend dämpft. Wird nun mittels eines solchen Tiefpasses aus dem Summensignal ein gefiltertes pulsierendes Summensignal erzeugt und als Referenzsignal verwendet, so ergibt sich eine automatische Anpassung des Referenzsignals an den Pegel des Summensignals, so dass Veränderungen des Augenblickwertes des Summensignals zu einem Umspringen des Wertes des ersten binären Taktsignals führen, so dass das erste Taktsignal die Taktinformation unabhängig vom Pegel des Summensignals umfasst.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Taktsignal einem Frequenzteiler zugeführt, um so ein zweites Taktsignal mit niedrigerer Frequenz zu erzeugen. Ein Frequenzteiler ist allgemein eine Anordnung, welche die Frequenz eines Eingangssignals um einen Faktor, vorzugsweise um einen ganzzahligen Faktor herabsetzt. Die Verwendung eines Frequenzteilers ermöglicht es, das zweite Taktsignal mit einer bedarfsgerechten Frequenz zu erzeugen, wobei auch im zweiten Taktsignal die Information enthalten ist, welche Frequenz das Abfragesignal aufweist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Frequenzteiler ein Frequenzhalbierer, so dass das zweite Taktsignal die Frequenz des Abfragesignals aufweist. Bei einem Frequenzhalbierer weist das Ausgangssignal allgemein eine Frequenz auf, die der halben Frequenz des Eingangssignals entspricht. Im vorliegenden Fall wird so in einfacher Weise ein zweites Taktsignal erzeugt, dessen Frequenz der Frequenz des Abfragesignals entspricht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist den Spulen jeweils ein Begrenzer zum Begrenzen der Amplitude des jeweiligen Empfangssignals zugeordnet. Unter einem Begrenzer wird eine Anordnung verstanden, welche ein Eingangssignal derart verarbeitet, dass das Ausgangssignal des Begrenzer einen Maximalwert nicht überschreitet. Vorliegend können die Begrenzer zum Begrenzen der Spannung des jeweiligen Empfangssignals ausgebildet sein, um so nachgeschaltete Bauteile vor hohen Spannungen zu schützen, die beim Empfang starker Abfragesignale und/oder Störsignale entstehen können. Die Begrenzer können zweckmäßigerweise mit der jeweiligen Spule unmittelbar leitend, also ohne Zwischenschaltung von weiteren Bauelementen, verbunden sein, um so sämtliche der Spule nachgeschalteten Bauteile zu schützen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist den Spulen jeweils ein Verstärker zum Verstärken des jeweiligen Empfangssignals zugeordnet. Auf diese können die Empfangssignale auf einen Pegel gebracht werden, der für die weitere Verarbeitung, insbesondere für das Vollweggleichrichten, ausreichend ist, auch wenn das Abfragesignal sehr schwach ist. Bei den Verstärkern kann es sich insbesondere um Spannungsverstärker handeln. Die Verstärker sind bevorzugt dem Begrenzer unmittelbar nachgeschaltet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind der Begrenzer und der Verstärker als bauliche Einheit ausgebildet. Auf diese Weise vereinfacht sich der Aufbau des Transponders.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist den Spulen jeweils ein Spannungs-Strom-Wandler zugeordnet, um das jeweilige Empfangssignals dem Summierglied als Stromsignal zuzuführen. Unter einem Spannungs-Strom-Wandler wird allgemein eine spannungsgesteuerte Stromquelle verstanden. Vorliegend kann so das Empfangssignal in ein Stromsignal überführt werden, was die Aufsummierung der Empfangssignale erleichtert. Insbesondere kann so das Summierglied als rückgekoppelter Operationsverstärker ausgebildet sein, wobei die Empfangssignale gemeinsam dem invertierenden Eingang unmittelbar, also ohne vorgeschaltete ohmsche Widerstände, zugeführt sind, was den Aufbau des Transponders vereinfacht. Zweckmäßigerweise können die Spannungs-Strom-Wandler jeweils zwischen dem zugehörigen Vollweggleichrichter und dem zugehörigen Verstärker angeordnet sein.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Spannungs-Strom-Wandler Transkonduktanz-Operationsverstärker. Transkonduktanz-Operationsverstärker (abgekürzt: VC-OPV) sind spezielle Operationsverstärker, welche einen hochohmigen Stromausgang aufweisen. Mittels derartiger Transkonduktanz-Operationsverstärker können die Empfangssignale besonders einfach in Stromsignale überführt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Transponder zumindest teilweise als CMOS-integrierte Schaltung ausgeführt. Eine integrierte Schaltung ist ein integrierter Schaltkreis, worunter verstanden wird, dass eine elektronische Schaltung, welche mehrere elektronische Bauelemente sowie eine zugehörige Verdrahtung umfasst, auf einem gemeinsamen Substrat, auch Chip genannt, ausgebildet ist. Dabei kann eine vollintegrierte Bauweise vorgesehen sein, bei der sämtliche elektronischen Bauelemente des Transponders auf genau einem Substrat angeordnet sind.
Weiterhin kann der erfindungsgemäße Transponder in CMOS-Technik gefertigt sein, worunter verstanden wird, dass sowohl PMOS-Transistoren, auch p-Kanal-Metalloxydhalbleiter-Transistoren genannt, als auch NMOS-Transistoren, auch n-Kanal-Metalloxydhalbleiter-Transistoren genannt, auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein können.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen wird anhand folgender Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transponders sowie eines zugehörigen Abfragegerätes in einer schematischen Darstellung sowie
2 ein Schaltbild des Transponders der 1.
1 zeigt ein Transpondersystem 1, welches aus einem Abfragegerät 2 und aus einem Transponder 3 besteht. Eine derartige Kombination 1 von Abfragegerät 2 und Transponder 3 kann insbesondere zur schlüssellosen Zugangskontrolle und/oder zur schlüssellosen Benutzungskontrolle bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Es sind aber auch andere Anwendungen möglich.
Die prinzipielle Funktionsweise ist die, dass vom Abfragegerät 2 ein drahtloses Abfragesignal AS mit einer Frequenz f₀ abgestrahlt wird. Befindet sich nun ein Transponder 3 in Reichweite, so empfängt er das Abfragesignal AS, wertet es aus und generiert seinerseits ein drahtloses Antwortsignal, welches vom Transponder 3 abgestrahlt und vom Abfragegerät empfangen und ausgewertet wird.
Das Abfragegerät 2 weist hierzu wenigstens eine als Antenne wirkende Spule mit den Anschlüssen P⁺ und P^– auf. Der Transponder 3 weist eine erste als Antenne wirkende, insbesondere zylinderförmige, Spule L1 mit einer Achse A1 sowie Anschlüssen S1⁺ und S1^–, eine zweite als Antenne wirkende, insbesondere zylinderförmige, Spule L2 mit einer Achse A2 sowie Anschlüssen S2⁺ und S2^– und eine dritte als Antenne wirkende, insbesondere zylinderförmige, Spule L3 mit einer Achse A3 sowie Anschlüssen S3⁺ und S3^– auf.
Die Spulen L1, L2, L3 weisen jeweils für sich eine ausgeprägte Richtwirkung auf. Weist die jeweilige Achse A1, A2, A3 einer Spule L1, L2, L3 zum Abfragegerät 2, so ergibt sich ein Empfangsminimum, steht sie rechtwinklig zur Richtung zum Abfragegerät 2, so ergibt sich hingegen ein Empfangsmaximum.
Da die Achsen A1, A2, A3 der Spulen L1, L2, L3 rechtwinklig zueinander angeordnet sind, ist unabhängig von de Position und Ausrichtung des Transponders 3 im Raum sichergestellt, dass höchstens eine der Spulen L1, L2, L3 bei einem Empfangsminimum betrieben wird, und dass die zwei verbleibenden der Spulen L1, L2, L3 unter günstigen Bedingungen betrieben werden. Auf diese Weise können Abfragesignale AS im Wesentlichen unabhängig von der Position und der räumlichen Orientierung des Transponders 3 in Bezug auf das das Abfragesignal AS erzeugende Abfragegerät 2 empfangen werden.
2 zeigt ein Schaltbild des Transponders 1 der 1. Dabei ist nur derjenige Teil der Schaltung des Transponders 1 gezeigt, der für das Verständnis der Erfindung wesentlich ist. Die Spulen L1, L2, L3 sind als Antennen zum Empfangen des Abfragesignals AS eingesetzt, wobei sie im Wesentlichen auf die magnetische Komponente des Abfragesignals AS ansprechen und jeweils in ein drahtgebundenes elektrisches Empfangssignal E1, E2, E3 umwandeln.
Die Empfangssignale E1, E2, E3 werden jeweils einer baulichen Einheit 4.1, 4.2, 4.3 zugeführt, welche eingangsseitig einen Begrenzer 4.1, 4.2, 4.3 sowie einen dem nachgeschalteten Verstärker 4.1, 4.2, 4.3 aufweist.
Die Begrenzer 4.1, 4.2, 4.3 sind zum Begrenzen der Spannung des jeweiligen Empfangssignals E1, E2, E3 ausgebildet, um so nachgeschaltete Bauteile vor hohen Spannungen zu schützen, die beim Empfang starker Abfragesignale und/oder Störsignale entstehen können. Die Begrenzer 4.1, 4.2, 4.3 sind zweckmäßigerweise mit der jeweiligen Spule L1, L2, L3 unmittelbar leitend, also ohne Zwischenschaltung von weiteren Bauelementen, verbunden sein, um so sämtliche der jeweiligen Spule L1, L2, L3 nachgeschalteten Bauteile zu schützen. Die Verstärker 4.1, 4.2, 4.3 sind dem jeweiligen Begrenzer 4.1, 4.2, 4.3 unmittelbar nachgeschaltet und als Spannungsverstärker ausgeführt. Auf diese können die Empfangssignale E1, E2, E3 auf einen Pegel gebracht werden, der für die weitere Verarbeitung ausreichend ist, auch wenn das Abfragesignal sehr schwach ist.
Die begrenzten und verstärkten Empfangssignale E1’, E2’, E3’ werden nun jeweils einem Spannungs-Strom-Wandler 5.1, 5.2, 5.3 zugeführt, um das jeweilige Empfangssignal E1’, E2’, E3’ in ein Stromsignal zu überführen. Die Spannungs-Strom-Wandler 5.1, 5.2, 5.3 können bevorzugt als Transkonduktanz-Operationsverstärker 5.1, 5.2, 5.3 ausgebildet sein.
Die jetzt als Stromsignale vorliegenden Empfangssignale E1’’, E2’’, E3’’ werden jeweils einem Vollweggleichrichter 6.1, 6.2, 6.3 zugeführt. Unter einem Vollweggleichrichter 6.1, 6.2, 6.3 wird allgemein ein Gleichrichter 6.1, 6.2, 6.3 verstanden, bei dem beide Halbwellen des zugeführten Signals E1’’, E2’’, E3’’ mit dem selben Vorzeichen versehen werden, so dass ein pulsierendes Gleichsignal GE1, GE2, GE3 entsteht, welches die doppelte Frequenz des zugeführten Signals E1’’, E2’’, E3’’ aufweist. Der jeweilige Vollweggleichrichter 6.1, 6.2, 6.3 kann ein Brückengleichrichter sein, der durch vier in Graetzschaltung angeordnete Dioden gebildet ist. Erfindungsgemäß ist für jede Spule L1, L2, L3 ein Vollweggleichrichter 6.1, 6.2, 6.3 vorgesehen, so dass aus jedem Empfangssignal E1’’, E2’’, E3’’ ein gleichgerichtetes Empfangssignal GE1, GE2, GE3 gewonnen wird.
Die gleichgerichteten Empfangssignale GE1, GE2, GE3 werden dann mittels eines Summiergliedes 7 aufsummiert, so dass ein pulsierendes Summensignal SG erzeugt ist, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals AS entspricht. Dabei ist durch die Vollweggleichrichtung sichergestellt, dass die Beträge der Empfangssignale E1’’, E2’’, E3’’ unabhängig von ihrem Vorzeichen aufaddiert werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich die Empfangssignale E1’’, E2’’, E3’’ beim Aufaddieren nicht gegenseitig schwächen oder gar auslöschen, was ohne Gleichrichtung passieren würde, wenn der Transponder so ausgerichtet ist, dass eine der Empfangsspulen L1, L2, L3 vom Abfragesignal AS in der einen Richtung und eine andere der Empfangsspulen L1, L2, L3 in der anderen Richtung durchdrungen wird. In diesem Fall würden nämlich das (nicht gleichgerichtete) Empfangssignal E1’’, E2’’, E3’’ der einen Spule L1, L2, L3 und das (nicht gleichgerichtete) Empfangssignal E1’’, E2’’, E3’’ der anderen Spule L1, L2, L3 eine Phasenverschiebung von 180° aufweisen, so dass sich die beiden Empfangssignale E1’’, E2’’, E3’’ beim Aufaddieren teilweise, im Extremfall sogar vollständig, auslöschen würden. Dabei würde die vollständige Auslöschung dann eintreten, wenn die Pegel der beiden Empfangssignale E1’’, E2’’, E3’’ den selben Wert aufweisen.
Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Transponder 3 jede Halbwelle jedes der Empfangssignale E1’’, E2’’, E3’’ zur Erhöhung des Pegels des Summensignals SG genutzt, so dass unabhängig von der Position und der räumlichen Orientierung des Transponders 3 in Bezug auf das das Abfragesignal AS erzeugende Abfragegerät 2 ein stabiles Summensignal SG erzeugt wird. Die Frequenz des Summensignals SG entspricht dabei der doppelten Frequenz des empfangenen Abfragesignals AS, so dass es als Zeitbasissignal insbesondere zur Synchronisation des Transponders 3 mit dem Abfragegerät 2 verwendet werden kann.
Das Summensignal SG wird einem Komparator 8 zugeführt, der das pulsierenden Summensignals SG mit einem Referenzsignal RS vergleicht, um so ein erstes Taktsignal TS1 zu erzeugen, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals AS entspricht. Ein Komparator 8 ist allgemein eine Schaltung zum Vergleichen zweier Eingangssignale SG, GS. Je nach dem, welches der beiden Eingangssignale SG, GS größer ist, wird das Ausgangssignal TS1 des Komparators 8 einen ersten Wert oder einen zweiten Wert an. Indem nun das Summensignal SG mittels des Komparators 8 mit einem Referenzsignal RS verglichen wird, ergibt sich am Ausgang des Komparators 8 ein binäres Taktsignal TS1, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals AS entspricht, wobei das binäre Taktsignal TS1 einfach weiterverarbeitet werden kann. Der Komparator 8 kann mittels eines herkömmlichen Operationsverstärkers gebildet sein.
Dabei ist ein Tiefpass 9 zum Filtern des pulsierenden Summensignals SG vorgesehen, wobei ein mittels des Tiefpasses 9 erzeugtes gefiltertes pulsierendes Summensignal RS das dem Komparator 8 zugeführte Referenzsignal RS ist. Ein Tiefpass 9 ist allgemein ein Filter, der Signalanteile unterhalb einer Grenzfrequenz annähernd ungedämpft passieren lässt und Signalanteile oberhalb der Grenzfrequenz zunehmend dämpft. Wird nun mittels eines solchen Tiefpasses 9 aus dem Summensignal SG ein gefiltertes pulsierendes Summensignal RS erzeugt und als Referenzsignal RS verwendet, so ergibt sich eine automatische Anpassung des Referenzsignals RS an den Pegel des Summensignals SG, so dass Veränderungen des Augenblickwertes des Summensignals SG zu einem Umspringen des Wertes des ersten binären Taktsignals TS1 führen, so dass das erste Taktsignal TS1 die Taktinformation unabhängig vom Pegel des Summensignals SG umfasst.
Weiterhin ist das ist das erste Taktsignal TS1 einem Frequenzteiler 10 zugeführt, um so ein zweites Taktsignal TS2 mit niedrigerer Frequenz zu erzeugen. Ein Frequenzteiler 10 ist allgemein eine Anordnung, welche die Frequenz eines Eingangssignals TS1 um einen Faktor, vorzugsweise um einen ganzzahligen Faktor herabsetzt. Die Verwendung eines Frequenzteilers 10 ermöglicht es, das zweite Taktsignal TS2 mit einer bedarfsgerechten Frequenz zu erzeugen, wobei auch im zweiten Taktsignal TS2 die Information enthalten ist, welche Frequenz und Phase das Abfragesignal AS aufweist.
Bevorzugt ist der Frequenzteiler 10 ein Frequenzhalbierer 10. Bei einem Frequenzhalbierer 10 weist das Ausgangssignal TS2 allgemein eine Frequenz auf, die der halben Frequenz des Eingangssignals TS1 entspricht. Im vorliegenden Fall wird so in einfacher Weise ein zweites Taktsignal TS2 erzeugt, dessen Frequenz der Frequenz des Abfragesignals AS entspricht.
Bevorzugt ist der Transponder 1 zumindest teilweise als CMOS-integrierte Schaltung ausgeführt. Eine integrierte Schaltung ist ein integrierter Schaltkreis, worunter verstanden wird, dass eine elektronische Schaltung, welche mehrere elektronische Bauelemente sowie eine zugehörige Verdrahtung umfasst, auf einem gemeinsamen Substrat, auch Chip genannt, ausgebildet ist. Dabei kann eine vollintegrierte Bauweise vorgesehen sein, bei der sämtliche elektronischen Bauelemente des Transponders 1 auf genau einem Substrat angeordnet sind.
Weiterhin kann der erfindungsgemäße Transponder 1 in CMOS-Technik gefertigt, worunter verstanden wird, dass sowohl PMOS-Transistoren, auch p-Kanal-Metalloxydhalbleiter-Transistoren genannt, als auch NMOS-Transistoren, auch n-Kanal-Metalloxydhalbleiter-Transistoren genannt, auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sein können.
Der erfindungsgemäße Transponder 3 ermöglicht insbesondere die Erzeugung eines Zeitbasissignals SG, T1, T2 mittels mehrerer Spulen L1, L2, L3 aus einem amplitudenmodulierten Abfragesignal AS, bei dem die Amplitude verändert wird, um verschiedene Werte zu übertragen, da das Summensignal SG auch dann zuverlässig erzeugt werden kann, wenn die Amplitude des Abfragesignals AS modulationsbedingt sehr gering ist.
Bezugszeichenliste

1: Transpondersystem
2: Abfragegerät
3: Transponder
4.1: erster Begrenzer und Verstärker
4.2: zweiter Begrenzer und Verstärker
4.3: dritter Begrenzer und Verstärker
5.1: erster Spannungs-Strom-Wandler
5.2: zweiter Spannungs-Strom-Wandler
5.3: dritter Spannungs-Strom-Wandler
6.1: erster Vollweggleichrichter
6.2: zweiter Vollweggleichrichter
6.3: dritter Vollweggleichrichter
7: Summierglied
8: Komparator
9: Tiefpass
10: Frequenzteiler
L: Spule des Abfragegeräts
P: Anschlüsse der Spule des Abfragegeräts
AS: Abfragesignal
f₀: Frequenz des Abfragesignals
L1: erste Spule des Transponders
S1: Anschlüsse der ersten Spule des Transponders
A1: Achse der ersten Spule des Transponders
E1: erstes Empfangssignal
GE1: gleichgerichtetes erstes Empfangssignal
L2: zweite Spule des Transponders
S2: Anschlüsse der zweiten Spule des Transponders
A2: Achse der zweiten Spule des Transponders
GE2: gleichgerichtetes zweites Empfangssignal
L3: dritten Spule des Transponders
S3: Anschlüsse der dritten Spule des Transponders
A3: Achse der dritten Spule des Transponders
GE3: gleichgerichtetes drittes Empfangssignal
SG: pulsierendes Summensignal
RS: Referenzsignal
TS1: erstes binäres Taktsignal
TS2: zweites binäres Taktsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0783190 A1 [0002]

Claims

Transponder zum Empfangen eines drahtlosen elektromagnetischen Abfragesignals (AS) und zum Senden eines drahtlosen elektromagnetischen Antwortsignals mit einer ersten als Antenne wirkenden Spule (L1) zum Erzeugen eines ersten drahtgebundenen elektrischen Empfangssignals (E1) aus dem Abfragesignal (AS) und mit wenigstens einer weiteren als Antenne wirkenden Spule (L2, L3) zum Erzeugen eines weiteren drahtgebundenen elektrischen Empfangssignals (E2, E3) aus dem Abfragesignal (AS), wobei eine Achse (A1) der ersten Spule (L1) und eine Achse (A2, A3) der weiteren Spule (L2, L3) im Raum unterschiedlich ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Spulen (L1, L2, L3) jeweils ein Vollweggleichrichter (6.1, 6.2, 6.3) zum Gleichrichten des jeweiligen Empfangssignals (E1, E2, E3) zugeordnet ist, wobei ein Summierglied (7) zum Aufsummieren der durch die Vollweggleichrichter (6.1, 6.2, 6.3) erzeugten gleichgerichteten Empfangssignale (GE1, GE2, GE3) vorgesehen ist, um so ein pulsierendes Summensignal (SG) zu erzeugen, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals (AS) entspricht.
Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt drei Spulen (L1, L2, L3) vorgesehen sind, deren Achsen (A1, A2, A3) jeweils rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Transponder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator (8) zum Vergleichen des pulsierenden Summensignals (SG) mit einem Referenzsignal (RS) vorgesehen ist, um so ein erstes Taktsignal (TS1) zu erzeugen, dessen Frequenz der doppelten Frequenz des Abfragesignals (AS) entspricht.
Transponder nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Tiefpass (9) zum Filtern des pulsierenden Summensignals (SG) vorgesehen ist, wobei ein mittels des Tiefpasses (9) erzeugtes gefiltertes pulsierendes Summensignal (RS) das dem Komparator (8) zugeführte Referenzsignal (RS) ist.
Transponder nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Taktsignal (TS1) einem Frequenzteiler (10) zugeführt ist, um so ein zweites Taktsignal (TS2) mit niedrigerer Frequenz zu erzeugen.
Transponder nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzteiler (10) ein Frequenzhalbierer (10) ist, so dass das zweite Taktsignal (TS2) die Frequenz des Abfragesignals (AS) aufweist.
Transponder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Spulen (L1, L2, L3) jeweils ein Begrenzer (4.1, 4.2, 4.3) zum Begrenzen der Amplitude des jeweiligen Empfangssignals (E1, E2, E3) zugeordnet ist.
Transponder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Spulen (L1, L2, L3) jeweils ein Verstärker (4.1, 4.2, 4.3) zum Verstärken des jeweiligen Empfangssignals (E1, E2, E3) zugeordnet ist.
Transponder nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzer (4.1, 4.2, 4.3) und der Verstärker (4.1, 4.2, 4.3) als bauliche Einheit (4.1, 4.2, 4.3) ausgebildet sind.
Transponder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Spulen (L1, L2, L3) jeweils ein Spannungs-Strom-Wandler (5.1, 5.2, 5.3) zugeordnet ist, um das jeweilige Empfangssignal (E1, E2, E3) dem Summierglied (7) als Stromsignal (E1’’, E2’’, E3’’) zuzuführen.
Transponder nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungs-Strom-Wandler (5.1, 5.2, 5.3) Transkonduktanz-Operationsverstärker (5.1, 5.2, 5.3) sind.
Transponder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er (3) zumindest teilweise als CMOS-integrierte Schaltung (3) ausgeführt ist