DE10119489C1 - Batterieloser Transponder - Google Patents

Abstract

Ein batterieloser Transponder (10) erhält seine Versorgungsenergie dadurch, daß es in einer Empfangsphase einen einem Abfragegerät ausgesendeten HF-Abfrageimpuls gleichrichtet und mit der so erzeugten Gleichspannung ein Speicherelement auflädt, das in einer Sendephase als Versorgungsspannungsquelle dient. Als Reaktion auf den Empfang des HF-Abfrageimpulses sendet der Transponder die in ihm gespeicherten Informationen aus, wobei als Antenne für den Empfang des HF-Abfrageimpulses und das Aussenden der Informationen die Spule eines Resonanzkreises dient. Der Transponder enthält eine steuerbare Schaltvorrichtung (14, 16, 18, 20, 22), die den Resonanzkreis (26) in der Sendephase von der Versorgungsspannungsquelle trennt und nur für eine Dauer, die kurz im Vergleich zu einer Viertelperiode der Resonanzschwingungen ist, in Abhängigkeit vom Auftreten jedes Schwingungsminimums der Resonanzschwingungen mit der Versorgungsspannungsquelle verbindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen batterielosen Transponder, der seine Versorgungsenergie in einer Empfangsphase durch Gleichrichten eines von einem Abfragegerät ausgesendeten HF-Abfrageimpulses gewinnt und in einem in einer Sendephase als Versorgungsspannungsquelle dienenden Speicherelement spei­ chert, und der als Reaktion auf den Empfang des HF-Abfrageimpulses in ihm gespeicherte Informationen aussendet, wobei als Antenne für den Empfang des HF-Abfrageimpulses und das Aussenden der Informationen die Spule eines Resonanzkreises dient.

Ein Transponder dieser Art ist aus der EP 0 301 127 B1 bekannt. Wenn dieser bekannte Transponder über einem Resonanzkreis einen HF-Abfrageimpuls empfangen hat, der durch Gleichrichten zur Aufladung eines als Speicherelement verwendeten Kondensators geführt hat, steht an diesem Kondensator eine Versorgungsspannung für den Transponder zur Verfügung. Der Transponder erkennt die Beendigung des HF-Abfrageimpulses, und er bewirkt daraufhin das Schließen eines Schalters, über den die am Kondensator zur Verfügung stehende Spannung an den Resonanzkreis des Transponders angelegt wird. Das Schließen dieses Schalters geschieht nur kurzzeitig, damit dem Resonanzkreis Energie zugeführt wird, die ihn zu Resonanzschwingungen anregt. Nach dem Öffnen des Schalters schwingt der Resonanzkreis mit einer aperiodisch abklingenden Amplitude weiter. Zur Aufrechterhaltung der Resonanzschwingungen wird der Schalter nach einer vorgegebenen Anzahl von Schwingungsperioden, beispiels­ weise nach acht Schwingungsperioden, wieder kurzzeitig geschlossen, so daß dem Resonanzkreis wieder Energie zugeführt wird, die die Schwingungen weiter aufrechterhält. Dies kann so lange fortgesetzt werden, bis nicht mehr genügend Energie zur Aufrechterhaltung der Schwingungen im als Speicherelement dienenden Kondensator zur Verfügung steht. Die Schaltung zur Energiezufuhr zum Resonanzkreis ist dabei so ausgeführt, daß beim Schließen des Schalters der Resonanzkreis direkt parallel zum Speicherelement legt. Dies hat zur Folge, daß die Spitzenspannung der Resonanzschwingungen nie größer als der doppelte Wert der am Speicherelement verfügbaren Versorgungsspannung werden kann. Die maximale Feldstärke, die bei dem durch die angeregten Resonanzschwingungen hervorgerufenen Aussenden der im Transponder gespeicherten Informationen erreicht werden kann, ist dadurch beschränkt, was zwangsläufig auch zu einer Beschränkung der Reichweite führt, in der die ausgesendeten Informationen von einem geeigneten Empfänger empfangen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen batterielosen Transponder der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß eine höhere Feldstärke und damit eine größere Reichweite der ausgesendeten Informationen erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem batterielosen Transponder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine steuerbare Schaltvorrichtung, die den Resonanzkreis in der Sendephase von der Versorgungsspannungsquelle trennt und nur für eine Dauer, die kurz im Vergleich zu einer Viertelperiode der Resonanzschwingungen ist, in Abhängigkeit vom Auftreten jedes Schwingungsminimums der Resonanzschwingungen mit der Versorgungsspannungsquelle verbindet.

Beim erfindungsgemäßen Transponder ist der Resonanzkreis in der Sende­ phase nicht mehr fest mit der Versorgungsspannungsquelle verbunden, so daß seine Schwingungsamplitude nicht auf die doppelte Höhe der Versorgungs­ spannung begrenzt wird. Vielmehr kann der Resonanzkreis, nachdem ihm durch das kurzzeitige Verbinden mit der Versorgungsspannungsquelle Energie zugeführt worden ist, völlig freischwingen, so daß sich aufgrund der Güte eine Schwingungsamplitude ergibt, die höher als die zweifache Spannung der Versor­ gungsspannungsquelle ist. Aufgrund dieser höheren Schwingungsamplitude erreicht das vom Resonanzkreis ausgesendete Signal die gewünschte größere Reichweite.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Transponders mit der steuerbaren Schaltvorrichtung und

Fig. 2 ein Diagramm, das die an einzelnen Punkten der Schaltung von Fig. 1 auftretenden Signale zeigt.

Der in Fig. 1 dargestellte batterielose Transponder 10 enthält eine Transponder-Grundschaltung 12, die im wesentlichen alle Bestandteile des aus der EP 0 301 127 B1 bekannten Transponders enthält. Ferner enthält der Transponder 10 eine steuerbare Schaltvorrichtung mit einer Steuerschaltung 14, drei von dieser Steuerschaltung 14 gesteuerten Schaltern 16, 18 und 20 sowie einen Spitzenwertdetektor 22. Der Transponder 10 enthält ferner einen Kondensator 24, der als Speicherelement für die für den Betrieb des Transponders benötigte Energie dient, sowie einen Resonanzkreis 26 mit einer Spule 28 und einem Kondensator 30.

Der Transponder 10 kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, einen Gegenstand zu identifizieren, mit dem er fest verbunden ist. Im Transponder ist daher ein Speicher enthalten, in dem eine Information abgespeichert ist, die diesen Gegenstand eindeutig identifiziert. Um die im Transponder gespeicherte Information abzufragen, muß ein Abfragezyklus durchgeführt werden, der wie folgt abläuft:
Ein nicht dargestelltes Abfragegerät sendet einen HF-Abfrageimpuls aus, der von der als Empfangsantenne wirkenden Spule 28 des Resonanzkreises 26 empfangen und durch einen in der Transponder-Grundschaltung enthaltenen Gleichrichter 32 gleichgerichtet wird. Mit der durch diese Gleichrichtung erzeugten Spannung wird der Kondensator 24 aufgeladen, der als Versorgungs­ spannungsquelle für den Transponder verwendet wird.

Die Steuerschaltung 14 gibt in dieser Empfangsphase an ihren Ausgängen 34, 36 und 38 Signale ab, die die Schalter 16, 18 bzw. 20 in der in Fig. 1 jeweils mit A bezeichneten Position halten. Sobald die Transponder-Grundschaltung 12 das Ende des HF-Abfrageimpulses erkennt, gibt sie an ihrem Ausgang 40 ein Signal ab, das die Steuerschaltung 14 veranlaßt, die Schalter 16, 18, 20 in die für die Sendephase notwendige Position zu bringen. Dies bedeutet im einzelnen, daß der Schalter 16, bei den es sich um einen Ausschalter handelt, in die Position B gebracht wird, in der der Resonanzkreis 26 von der Versorgungsspannungsquelle abgetrennt ist. Gleichzeitig schaltet die Steuerschaltung 14 durch ein Signal am Ausgang 38 den Umschalter 20 von der Stellung A in die Stellung B um, wobei in dieser Stellung der Ausgang 42 an Masse gelegt wird. Der Umschalter 18 wird durch ein Steuersignal vom Ausgang 36 der Steuerschaltung 14 für eine Dauer in die Position B geschaltet, die kurz gegen ein Viertel der Periodendauer der Resonanzfrequenzschwingungen des Resonanzkreises 26 ist.

Fig. 1 läßt erkennen, daß in der Position B des Umschalters 18 der Resonanzkreis 26 für diese kurze Dauer an die am Kondensator 24 anliegende Versorgungsspannung gelegt wird, dem Resonanzkreis 26 also für diese Dauer Energie zugeführt wird. Nach Ablauf der kurzen Dauer schaltet die Steuerschaltung 14 die Umschalter 18 wieder in die Position A zurück, in der der Resonanzkreis 26 von der Versorgungsspannungsquelle abgetrennt ist. Aufgrund der ihm zugeführten Energie schwingt der Resonanzkreis 26 daraufhin frei mit seiner Resonanzfrequenz, wobei er aufgrund seiner Güte eine maximale Schwingungsamplitude erreicht, die größer als die Versorgungsspannung ist, die in der Position B des Umschalters 18 an ihn angelegt wurde.

Sobald die Schwingungsamplitude ihren unteren Spitzenwert erreicht, wird dies vom Spitzenwertdetektor 22 festgestellt, der daraufhin ein entsprechendes Signal über seinen Ausgang 44 an die Steuerschaltung 14 abgibt. Dies veranlaßt die Steuerschaltung 14 wieder zur Abgabe ihres Steuersignals am Ausgang 36, das den Umschalter 18 erneut für die kurze Dauer in die Position B umschaltet. Dem Resonanzkreis 26 wird also erneut bei Erreichen des Spitzenwerts seiner Schwingungsamplitude Energie zugeführt. Da dieses Umschalten jeweils vom Spitzenwertdetektor 22 bei jedem Erreichen der unteren Amplitudenspitze der Resonanzschwingungen des Resonanzkreises veranlaßt wird, ergibt sich automatisch eine Synchronisierung der Umschaltvorgänge des Umschalters 18 mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 26. Der Resonanzkreis 26 schwingt daher mit seiner Resonanzfrequenz und erfährt jedesmal bei Erreichen des unteren Extremwerts seiner Schwingungsamplitude eine Energiezufuhr über den Umschalter 18.

Fig. 2 zeigt bei a schematisch den HF-Abfrageimpuls, der durch Gleichrichtung im Gleichrichter 32 zur Aufladung des Kondensators 24 führt. Das bei b angegebene Signal zeigt der Steuerschaltung 14 die Beendigung des HF- Abfrageimpulses an. Daraufhin schaltet das Ausgangssignal am Ausgang 34 der Steuerschaltung 14 vom hohen Signalwert auf den niedrigen Signalwert um, was zur Folge hat, daß der Schalter 16 in die Position B geschaltet wird und die Verbindung zwischen dem Resonanzkreis und der Versorgungsspannungsquelle auftrennt. Auch der Schalter 20 wird durch den bei e dargestellten Übergang des Steuersignals am Ausgang 38 auf den niedrigen Signalwert in die Position B umgeschaltet.

Wie bei d zu erkennen ist, geht das Steuersignal am Ausgang 36 nach einer kurzen Zeitdauer wieder auf den hohen Signalwert über, so daß der Umschalter 18 wieder in die Position A zurückgeschaltet wird. Wie oben bereits erwähnt wurde, erfolgt in der Position B des Umschalters 18 eine Energiezufuhr zum Resonanzkreis 26, so daß dieser nach der Rückkehr des Umschalters 18 in die Position A frei zu schwingen beginnt. Der Spitzenwertdetektor 22 erkennt das Auftreten des ersten Schwingungsminimums und gibt einen entsprechenden Impuls an seinem Ausgang 44 an die Steuerschaltung 14 ab, wie bei f in Fig. 2 zu erkennen ist. Dieser Impuls hat das kurzzeitige Umschalten des Umschalters 18 in die Position B zur Folge, worauf sich dann die geschilderten Vorgänge periodisch im Takt der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 26 wiederholen. Die Schwingungen des Resonanzkreises 26 können natürlich nur so lange aufrechterhalten werden, als die im Kondensator 24 gespeicherte Energie dazu ausreicht.

Da, wie oben bereits erwähnt wurde, der Resonanzkreis 26 völlig frei schwingen kann, wenn sich der Schalter 16 in der Position B, der Schalter 18 in der Position A und der Schalter 20 in der Position B befinden, wird abhängig von der Güte des Resonanzkreises eine Schwingungsamplitude erreicht, die höher als der doppelte Wert der am Kondensator 24 zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung ist. Aufgrund dieser größeren Schwingungsamplitude wird eine größere Reichweite des von der Spule 28 des Resonanzkreises 26 abgestrahlten Signals erhalten. Über in Fig. 1 nicht dargestellte Schaltungs­ elemente in der Transponder-Grundschaltung 12 kann die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 26 abhängig von der auszusendenden Information umgeschaltet werden, so daß sich beispielsweise eine FSK-Modulation des ausgesendeten Signals ergibt, das dann im Abfragegerät entsprechend zum Erkennen der übertragenen Information demoduliert werden kann.

Claims (3)

1. Batterieloser Transponder, der seine Versorgungsenergie in einer Empfangsphase durch Gleichrichten eines von einem Abfragegerät ausgesendeten HF-Abfrageimpulses gewinnt und in einem in einer Sendephase als Versorgungsspannungsquelle dienenden Speicherelement speichert, und der als Reaktion auf den Empfang des HF-Abfrageimpulses in ihm gespeicherte Informationen aussendet, wobei als Antenne für den Empfang des HF- Abfrageimpulses und das Aussenden der Informationen die Spule eines Resonanzkreises dient, gekennzeichnet durch eine steuerbare Schaltvorrichtung (14, 16, 18, 20, 22), die den Resonanzkreis (26) in der Sendephase von der Versorgungsspannungsquelle trennt und nur für eine Dauer, die kurz im Vergleich zu einer Viertelperiode der Resonanzschwingungen ist, in Abhängigkeit vom Auftreten jedes Schwingungsminimums der Resonanzschwingungen mit der Versorgungsspannungsquelle verbindet.

2. Batterieloser Transponder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Schaltvorrichtung drei Schalter (16, 18, 20) enthält, von denen der erste Schalter (16) ein Ausschalter ist, der zwischen einem Anschluß des Resonanzkreises (26) und der Versorgungsspannungsquelle liegt, der zweite Schalter (18) ein erster Umschalter mit zwei Positionen ist, der in der Empfangsphase den anderen Anschluß des Resonanzkreises (26) in einer ersten Position mit einer zum Gleichrichten des HF-Abfrageimpulses verwendeten Gleichrichtervorrichtung und in der Sendephase in einer zweiten Position mit Masse verbindet, und der dritte (20) Schalter ein zweiter Umschalter mit zwei Positionen ist, der so in den Resonanzkreis (26) eingefügt ist, daß in der Empfangsphase in der ersten Position der Resonanzkreis (26) einen Parallelresonanzkreis und in der Sendephase in der zweiten Position einen Serienresonanzkreis zwischen der Versorgungsspannungsquelle und Masse bildet, und daß die Schaltvorrichtung eine Steuerschaltung (14) aufweist, die abhängig vom Empfang eines die Beendigung des HF-Abfrageimpulses anzeigenden Signals Schaltsignale erzeugt, die den Ausschalter und den ersten Umschalter in die zweite Position umschalten und an den zweiten Umschalter ein Schaltsignal zu dessen Betätigung anliegt.

3. Batterieloser Transponder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Resonanzkreis (26) ein Spitzenwertdetektor (22) gekoppelt ist, der bei jedem Minimum der Resonanzschwingungen an die Steuerschaltung (14) ein Signal abgibt, das diese veranlaßt, das Schaltsignal an den zweiten Umschalter anzulegen.