DE102004016335B4

DE102004016335B4 - Verfahren zur kontaktlosen Datenübertragung

Info

Publication number: DE102004016335B4
Application number: DE102004016335.9A
Authority: DE
Inventors: Walter Kargl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2024-04-03
Also published as: US20050219038A1; DE102004016335A1; FR2870411B1; FR2870411A1; JP2005295569A

Abstract

Verfahren zur kontaktlosen Datenübertragung zwischen einem Schreib-/Lesegerät und einem Transponder, bei dem- das Schreib-/Lesegerät Daten als ein auf einem Trägersignal (f) aufmoduliertes Datensignal (f) an den Transponder überträgt,- der Transponder beim Empfang der Daten aus dem übertragenen Datensignal (f) zumindest ein Taktsignal (f) erzeugt, wobei die Länge eines Taktpulses (4) des erzeugten Taktsignals (f) der Pulslänge eines Pulses des Datensignals (f) entspricht und wobei für jeden empfangenen Puls des Datensignals (f) ein entsprechender Taktpuls (4) erzeugt wird, und- der Transponder eine integrierte Schaltung des Transponders mittels des Taktsignals (f) taktet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontaktlosen Datenübertragung zwischen einem Schreib-/Lesegerät und einem von diesem Schreib-/Lesegerät getriebenen Transponder.
Sogenannte „RFID“-Systeme (Radio frequency identification) erlangen eine immer weitere Verbreitung. Sie bestehen grundsätzlich aus zwei Komponenten, nämlich einem „Transponder“ und einem Erfassungs- bzw. Schreib-/Lesegerät. Der Transponder ist mit einem Gegenstand verhaftet, der identifiziert werden soll, wobei das Erfassungsgerät diese Identifizierung auf kontaktlosem Wege vornimmt. Das Lesegerät beinhaltet typischerweise ein Hochfrequenzmodul (Sender und Empfänger), eine Kontrolleinheit sowie ein Koppelelement zum Transponder. Der Transponder, der den eigentlichen Datenträger eines RFID-Systems darstellt, besteht üblicherweise aus einem Koppelelement sowie aus einem elektronischen Bauelement, einem sogenannten Chip.
Außerhalb des Ansprechbereiches eines Lesegeräts verhält sich der Transponder, der in der Regel keine eigene Spannungsversorgung besitzt, vollkommen passiv. Die zum Betrieb des Transponders benötigte Energie wird durch die Koppeleinheit kontaktlos zum Transponder übertragen.
Wie in der drahtlosen Datenübertragung üblich, wird auch bei einem RFID-System ein hochfrequentes Signal mit den zu übertragenden Daten moduliert. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in "Finkenzeller, Klaus; RFID-Handbuch, 2. Auflage 2000, Carl Hanser Verlag München, Kapitel 2 und 6'' beschrieben. Die Datenübertragung sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung wird unter Verwendung eines Taktgebers, der eine Frequenz bereitstellt, die gleich oder größer als die Datenfrequenz ist, gesteuert. Ein derzeit hierfür geltender Standard für kontaktlose Datenträger bzw. Chipkarten ist die ISO 14443 oder die ISO 15693.
Transponder, wie beispielsweise sogenannte Chipkarten, weisen zunehmend in ihren elektronischen Bauteilen digitale Schaltungskomponenten auf, die das Vorhandensein eines Taktsignals benötigen. Derzeitige Lösungen sehen grundsätzlich zwei unterschiedliche Verfahren zur Erzeugung von Takten für die digitalen Schaltkreise vor. Zum einen kann der Takt direkt aus dem elektromagnetischen Feld abgeleitet werden. Zum anderen wird ein Takt im Datenträger selbst, beispielsweise in einem im Datenträger eingebetteten Halbleiterchip erzeugt.
Aus der DE 102 10 037 Al ist ein aktiver Backscatter-Transponder bekannt, bei dem das moduliert zurückgesendete Signal nicht einfach passiv zurückreflektiert wird, sondern aktiv quasi phasenkohärent neu generiert und zurückgesendet wird. Zum Einfügen von Daten in das quasi phasenkohärente Oszillatorsignal ist eine Dateneinfügungseinrichtung vorgesehen. Die Dateneinfügungseinrichtung funktioniert wie ein Taktgenerator, dessen Taktfolge aus den einzufügenden Daten abgeleitet wird.
In der DE 102 04 347 Al ist ein Verfahren zur Übertragung von Daten beschrieben, bei dem bei Auftreten eines Fehlers in der Datenübertragung das gesamte Datenwort nicht nochmals übertragen werden muss. Dies wird durch eine Fehlerkorrektur anhand von Änderungen des Modulationszustandes an vordefinierten Zeitpunkten erreicht. Daten werden anhand von fest definierten Zeitpunkten in einem Referenzintervall kodiert. Die Taktsignale werden aus einem Systemtakt abgeleitet, der mittels eines Oszillators bereit gestellt wird.
Nachteilig ist bei beiden Verfahren, dass die abgeleitete bzw. die erzeugte Taktfrequenz einen hohen Stromverbrauch in den digitalen Schaltungskomponenten bewirkt und außerdem Ungenauigkeiten im Takt zu einem asynchronen Kommunikationsverhalten zwischen Sender und Transponder führen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontaktlosen Datenübertragung vorzusehen, bei dem der Stromverbrauch digitaler Schaltkreise des Transponders erheblich reduziert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontaktlosen Datenübertragung ist vorgesehen, dass das Datenübertragungssystem eine Datenübertragung in beiden Richtungen ohne Verwendung eines synchronen Systemtaktes realisiert. Ein Datenaustausch wird grundsätzlich durch das Schreib-/Lesegerät initiiert, in dem das Schreib-/Lesegerät zur Übertragung oder zum Empfang von Daten einen Triggerimpuls generiert. Werden Daten, die beispielsweise auf einem hochfrequenten Träger aufmoduliert sind, von dem Schreib-/Lesegerät an den Transponder übertragen, so wird nicht die Trägerfrequenz zur Erzeugung eines Taktsignals verwendet, sondern der Transponder erzeugt die Taktfrequenz aus dem Datensignal. Dadurch dass der bedeutend niederfrequentere Datentakt zur Erzeugung des Taktsignals verwendet wird, ist eine erhebliche Verringerung des digitalen Stromverbrauchs im Transponder ermöglicht.
Zum Senden von Daten an das Schreib-/Lesegerät durch den Transponder wertet der Transponder ohne Verwendung eines digitalen Taktsignals ein vom Schreib-/Lesegerät übertragenes Synchronisierungssignal aus.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Flanken des Datensignals zur Erzeugung des Taktes verwendet werden. Wird eine Flanke im Datensignal detektiert, wird diese als Taktsignalflanke an eine im Transponder integrierte Schaltung weitergeleitet. Für die Zeitpunkte der Übertragung, in denen auf dem Träger kein Datensignal aufmoduliert ist, wird kein Takt generiert, was dazu führt, dass die im Transponder integrierten Schaltungen für diese Zeitpunkte taktlos sind und somit keinen Stromverbrauch bewirken.
In vorteilhafter Weise kann die Erzeugung des Taktsignals auch dergestalt erfolgen, dass eine steigende oder fallende Flanke des Datensignals als Taktflankenänderung ausgewertet wird und an die Schaltung weitergegeben wird. Hierdurch könnte die erzeugte Taktfrequenz halbiert werden und erst ein Stromverbrauch mit der steigenden oder fallenden Flanke des Datensignals in der Schaltung des Transponders hervorgerufen werden.
Besonders vorteilhaft ist es, dass der Transponder beim Senden oder Empfangen von Daten unter Zuhilfenahme einer analogen Zeitbasis Daten kodiert bzw. dekodiert. Es erfolgt lediglich eine Auswertung der Pulsdauer des empfangenen bzw. zu übertragenen Datensignals. Der Vorteil liegt hier im geringen Stromverbrauch der Schaltung des Transponders während des Sendens bzw. Empfangens von Daten, da die digitale Schaltung nicht aktiv getaktet wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den untergeordneten Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein aus einem spektralen Verlauf eines modulierten Datensignals erzeugtes Taktsignal,
2 der Ablauf von durch im Transponder gestarteten analogen Zeitkonstanten in Abhängigkeit von Pulsen eines an den Transponder übertragenen Datensignals und
3 der Ablauf von durch im Transponder gestarteten analogen Zeitkonstanten in Abhängigkeit von Pulsen eines Synchronisierungssignals zum Übertragen eines Datensignals.

In der 1 ist ein durch einen Transponder erzeugtes Taktsignal dargestellt, welches aus einem Datensignal erzeugt wurde. Oberhalb einer Zeitachse t ist ein spektraler Verlauf eines hochfrequenten Trägersignals f_T , auf den ein niederfrequentes Datensignal f_D aufmoduliert ist, sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung bzgl. einer Lesestation, dargestellt. Zunächst schwingt der Träger f_T zwischen 2 Signalpegeln 1 mit einer Amplitude A_T . Zum Zeitpunkt t1 liegt eine Modulationsschwingung 2 vor, so dass ab dem Zeitpunkt t1 der Träger f_T einen erhöhten Signalpegel 3 annimmt. Mit dem Ende der ersten Modulationsschwingung 2 zum Zeitpunkt t2 geht der Signalpegel 3 des Trägers f_T wieder auf den ersten Signalpegel 1 zurück.
Zum Empfang von Daten, die eine Lesestation versendet, tastet ein Transponder das modulierte Datensignal f_D ab und erzeugt genau für die Zeitpunkte, in denen eine Modulationsschwingung vorliegt, ein unterhalb der Zeitachse t dargestelltes Taktsignal f_TA , wobei die Länge eines erzeugten Taktpulses 4 einer Pulslänge des Datensignals f_D im Zeitraum t1 bis t2 entspricht. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind weitere Zeitintervalle t3 bis t4, t5 bis t6 und t7 bis t8 aufgezeigt, die verdeutlichen, dass für jeden empfangenen Datenpuls ein entsprechender Taktpuls 4 erzeugt wird.
In der 2 ist der Ablauf von analogen Zeitkonstanten in Abhängigkeit von Pulsen des Datensignals beim Empfang eines Datensignals durch den Transponder dargestellt. Untereinander dargestellt sind ein codiertes Datensignal S_D und in Abhängigkeit einer Flankenänderung ein Starten und Stoppen einer im Transponder integrierten analogen Zeitbasis. Durch den Transponder empfangene Modulationsschwingungen werden vom Transponder getriggert, so dass ausgehend vom Zeitpunkt t1 eine Flankenänderung des modulierten Datensignals S_D registriert wird. Gleichzeitig mit dieser Flankenänderung startet der Transponder eine analoge Zeitkonstante Z_K , wobei der Transponder nach Ablauf dieser Zeitkonstante Z_K immer wieder, hier exemplarisch zum Zeitpunkt t2, evaluiert, ob das Datensignal S_D eine weitere Pegeländerung vorgenommen hat. Zum Zeitpunkt t3 erfolgt schließlich eine Pegeländerung des Datensignals S_D , so dass eine weitere Zeitkonstante Z_K gestartet wird, wobei bis zum nächsten Pegelwechsel der Zustand des Pegels evaluiert wird. Im vorliegenden Fall weist das Datensignal zum Zeitpunkt t3 einen Pegel mit dem Wert „1“ auf, so dass der Transponder im Zeitraum t3 bis zu einem Zeitpunkt tx, an dem eine erneute Pegeländerung stattfindet, seine interne Schaltung für diesen Zeitraum taktet und die Daten einliest bzw. dekodiert.
In der 3 ist der Ablauf von durch im Transponder gestarteten analogen Zeitkonstanten in Abhängigkeit von Pulsen eines Synchronisierungssignals zum Übertragen eines Datensignals dargestellt. Zum Senden von Daten durch den Transponder übermittelt das Lesegerät einen Synchronisierungssignal Ss. In diesem Ausführungsbeispiel startet der Transponder zum Senden von Daten zum Zeitpunkt t1, das heißt mit steigender Flanke eines Synchronisierungspulses 5, eine analoge Zeitkonstante Z_K und versendet für die Dauer dieser Zeitkonstante Z_K Daten an das Lesegerät.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine erhebliche Stromeinsparung beim Senden oder Empfangen von Daten, da der Takt nicht mehr aus einer Trägerfrequenz bzw. einem Energieträger permanent abgeleitet wird, sondern nur noch zu Zeitpunkten, in denen ein Datensignal übertragen wird.
Bezugszeichenliste

1: Signalpegel
2: Modulationsschwingung
3: Signalpegel
4: Taktpuls
5: Synchronisierungspuls

Claims

Verfahren zur kontaktlosen Datenübertragung zwischen einem Schreib-/Lesegerät und einem Transponder, bei dem - das Schreib-/Lesegerät Daten als ein auf einem Trägersignal (f_T) aufmoduliertes Datensignal (f_D) an den Transponder überträgt, - der Transponder beim Empfang der Daten aus dem übertragenen Datensignal (f_D) zumindest ein Taktsignal (f_TA) erzeugt, wobei die Länge eines Taktpulses (4) des erzeugten Taktsignals (f_TA) der Pulslänge eines Pulses des Datensignals (f_D) entspricht und wobei für jeden empfangenen Puls des Datensignals (f_D) ein entsprechender Taktpuls (4) erzeugt wird, und - der Transponder eine integrierte Schaltung des Transponders mittels des Taktsignals (f_TA) taktet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Taktsignal (f_TA) aus der Taktfrequenz des übertragenen Datensignals (f_D) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine steigende oder fallende Flanke des Datensignals (f_D) zur Erzeugung des Taktsignals (f_TA) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine steigende oder fallende Flanke des Datensignals (f_D) als Taktflankenänderung zur Erzeugung des Taktsignals (f_TA) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder zum Senden von Daten ein vom Schreib-/Lesegerät übertragenes Synchronisierungssignal (S_S), welches aus einer Anzahl von Synchronisierungspulsen (5) besteht, auswertet, um bei jedem Synchronisierungspuls (5) eine Zeitkonstante (Z_K) zu starten, wobei für eine Dauer der Zeitkonstanten (Z_K) die Daten vom Transponder an das Schreib-/Lesegerät gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder beim Vorliegen einer steigenden Flanke des Synchronisierungssignals eine analoge Zeitkonstante (Z_K) zur Übertragung von Daten an das Schreib-/Lesegerät startet.