DE60102509T2

DE60102509T2 - Vorhandenseinbestätigung eines elektromagnetischen Transponders in dem Feld eines Phasendemodulation-Lesers

Info

Publication number: DE60102509T2
Application number: DE60102509T
Authority: DE
Inventors: Luc Wuidart
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2021-05-12
Also published as: EP1154367A1; US20060111043A1; US7107008B2; JP2002009658A; FR2808942A1; US20020008612A1; DE60102509D1; JP4715026B2; FR2808942B1; EP1154367B1; US7263330B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme, in denen elektromagnetische Transponder verwendet werden, d. h. (im allgemeinen bewegliche) Sender-Empfänger, die kontaktlos und drahtlos durch eine (im allgemeinen stationär-feste) als Lese- und/oder Schreib-Terminal bezeichnete Einheit abgefragt werden können. Im allgemeinen entnehmen die Transponder die für die in ihnen enthaltenen elektronischen Schaltungen erforderliche elektrische Speisung bzw. Versorgung einem Hochfrequenzfeld, das von einer Antenne des Lese- und Schreib-Terminals ausgestrahlt wird.
1 zeigt in sehr schematischer und vereinfachter Form ein herkömmliches Beispiel eines Systems zum Datenaustausch desjenigen Typs, auf welchen sich die vorliegende Erfindung bezieht, zwischen einem Lese-Schreib-Terminal 1 und einem Transponder 10.
Allgemein besteht das Terminal 1 im wesentlichen aus einem Reihenschwingkreis, der aus einer Induktivität L1 in Reihe mit einem Kondensator C1 und einem Widerstand R1 zwischen einem Ausgangsanschluss 2 eines Verstärkers oder Antennenkopplers 3 und einem Anschluss 4 auf einem Bezugspotential (im allgemeinen Masse) gebildet wird. Der Verstärker 3 erhält ein Signal E für Hochfrequenzübertragung von einem Modulator 5 (MOD1) zuge führt, der seinerseits eine Bezugsfrequenz (Signal OSC) beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Quarzoszillator erhält. Der Modulator 5 erhält, falls erforderlich, ein Signal Tx von zu übertragenden Daten und liefert bei Abwesenheit einer Datenübertragung von dem Terminal den Hochfrequenzträger (beispielsweise 13,56 MHz) für die Fernspeisung bzw. -versorgung eines Transponders. Im Empfangsbetrieb verwendet das Terminal 1 einen Demodulator 6 (DEMOD1), der dazu dient, eine durch den Transponder 10 auf dem Hochfrequenzsignal erzeugte Laständerung zu detektieren. Der Demodulator 6 nimmt beispielsweise die Spannung an den Anschlüssen 7 und 4 des Kondensators C1 ab und liefert ein Signal Rx von Empfangsdaten nach der Demodulation.
Allgemein ist ein Terminal 1 mit weiteren nicht dargestellten Schaltungen ausgerüstet. Unter diesen Schaltungen findet sich unter anderen und in nicht einschränkender Weise eine Steuerschaltung und eine Schaltung zur Auswertung der empfangenen Daten, zumeist auf der Grundlage eines Mikroprozessors für die Bearbeitung der Steuerbefehle und der Daten. Diese Schaltungen kommunizieren im allgemeinen mit verschiedenen Eingangs/Ausgangs-Schaltungen (Tastatur, Bildschirm, Mittel zum Austausch mit einem Server, usw.) und/oder nicht dargestellten Bearbeitungsschaltungen. Die Schaltungen des Lese-Schreib-Terminals beziehen die für ihren Betrieb erforderliche Energie aus einer (nicht dargestellten) Speise- bzw. Versorgungsschaltung, die beispielsweise an das elektrische Stromnetz oder an Batterien angeschlossen ist.
Ein für das Zusammenwirken mit einem Terminal 1 bestimmter Transponder 10 umfasst im wesentlichen einen Parallelschwingkreis aus einer Induktivität L2 in Parallelschaltung mit einem Kondensator C2 zwischen zwei Eingangsanschlüssen 11 und 12 einer Steuer- und Bearbeitungsschaltung 13. Die Anschlüsse 11 und 12 sind in der Praxis mit dem Eingang einer (nicht dargestellten) Gleichrichtvorrichtung verbunden, deren Ausgänge Gleichstromversorgungsanschlüsse für die inneren Schaltungen des Transponders darstellen. Diese Schaltungen umfassen allgemein im wesentlichen einen Mikroprozessor 14 (P), der mit anderen Elementen (beispielsweise einem Speicher) über Leitungen 15 kommunizieren kann. Der Transponder 10 weist des weiteren einen Demodulator 16 (DEMOD2) für die von dem Terminal 1 empfangenen Signale, welcher ein Signal Rx' an die Schaltung 14 liefert, sowie einen Modulator 17 (MOD2) zur Übertragung von Informationen Tx', die er von der Schaltung 14 erhält, an das Terminal auf.
Die Schwingkreise des Terminals und des Transponders sind im allgemeinen auf ein und dieselbe Frequenz abgestimmt, die der Frequenz eines Anregungssignals des Schwingkreises des Terminals entspricht. Dieses Hochfrequenzsignal (beispielsweise 13,56 MHz) dient nicht nur als Sendeübertragungsträger, sondern auch als Träger der für den oder die sich im Feld des Terminals befindenden Transponder bestimmten Fernspeisung bzw. -versorgung. Wenn ein Transponder 10 sich im Feld eines Terminals 1 befindet, wird an den Anschlüssen 11 und 12 seines Resonanzkreises eine Hochfrequenzspannung erzeugt. Diese Spannung ist nach Gleichrichtung und eventuell Begrenzung bestimmt, die Speise- bzw. Versorgungsspannung für die elektronischen Schaltungen 13 des Transponders zu liefern. Aus Gründen der Übersichtlichkeit und Klarheit sind die Gleichricht- und Begrenzermittel und die Mittel zur Lieferung der Speiseversorgung in 1 nicht dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass im allgemeinen die Demodulation (Block 16) stromaufwärts der Begrenzermittel erfolgt, um die Amplitudenmodulation der Daten auf dem von dem Terminal ausgesandten Hoch frequenzträger zu erhalten. Diese Amplitudenmodulation erfolgt gemäß verschiedenen Kodierungstechniken zur Übertragung von Daten und/oder Steuerbefehlen an die Transponder. In umgekehrter Richtung erfolgt die Übertragung von Daten Tx' des Transponders an das Terminal im allgemeinen durch Modulation der durch den Resonanzkreis L2, C2 gebildeten Last. Aus diesem Grund ist der Modulator 17 in Parallelschaltung zu diesem Resonanzkreis dargestellt. Die Änderung bzw. Variation der Last erfolgt im Rhythmus eines als Retromodulation bezeichneten Subträgers einer Frequenz (beispielsweise 847,5 kHz) kleiner als die des Trägers.
Die von einem Transponder kommende Laständerung kann dann durch das Terminal in Form einer Amplitudenänderung oder einer Phasenänderung detektiert werden, beispielsweise mittels einer Messung der Spannung an den Anschlüssen des Kondensators C1 oder des Stroms in dem Schwingkreis mit Hilfe des Demodulators 6.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich näherhin auf die Systeme, deren Lese- und/oder Schreib-Terminal eine Phasendemodulation verwendet, um die Laständerung eines Transponders in seinem Feld zu detektieren und so die übertragenen Daten zu demodulieren.
Ein Problem, das sich in den herkömmlichen Systemen mit elektromagnetischem Transponder stellt, besteht darin, dass es vorkommt, dass ein von einem Terminal ferngespeister bzw. -versorgter Transponder, der für das Terminal bestimmte Daten emittiert, von dem Terminal nicht detektiert wird, d. h. dass der Demodulator des Terminals die Anwesenheit einer Daten-Modulation nicht zu detektieren vermag. Dieses Phänomen wird allgemein mit dem Ausdruck ,Demodulationsloch' bzw. ,Demodu lationslücke' bezeichnet. Für ein gegebenes System handelt es sich dabei um eine Relativstellung bzw. -lage zwischen einem Terminal und einem Transponder, in welcher der Demodulator des Terminals ,blind' ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Begriff eines Demodulationslochs verschieden ist von dem, was man mit ,Fernspeisungsloch' bezeichnet, bei welchem es nicht gelingt, den Transponder durch das Hochfrequenzsignal zu speisen bzw. mit Strom zu versorgen, während und obwohl der Transponder sich im elektromagnetischen Feld des Terminals befindet. Tatsächlich existiert eine Relativstellung bzw. -lage zwischen einem Transponder und einem Terminal, in welcher die magnetische Kopplung zwischen den Schwingkreisen solcherart ist, dass der Transponder nicht gespeist bzw versorgt wird, d. h. dass die an den Anschlüssen 11 und 12 seines Schwingkreises gewonnene Spannung zu schwach ist, als dass er arbeiten würde. In einem Demodulationsloch bzw. einer Demodulationslücke wird der Transponder korrekt gespeist. Er detektiert im allgemeinen richtig die von dem Terminal in Amplitudenmodulation übertragenen Daten. Er emittiert richtig Daten an das Terminal in Retromodulation durch Änderung der Last seines Schwingkreises. Jedoch detektiert der Modulator des Terminals diese Retromodulation nicht.
Dieses Problem des Demodulationslochs bzw. der Demodulationslücke bewirkt, dass ein Terminal einen in seinem Feld anwesenden Transponder nicht zu detektieren vermag, und zwar in dem Maße, als diese Detektion herkömmlicherweise auf das Ergebnis des terminalseitigen Datendemodulators zurückgreift. Wenn näherhin ein Terminal sich in einem Ruhe- oder Standby-Zustand befindet in Erwartung einer Übertragung, so sendet das Terminal periodisch Abfrageanforderungen mittels Amplituden modulation des Trägers der Fernspeisung bzw. -versorgung aus. Das Terminal überwacht dann die Ausgangsgröße seines Demodulators, die ihm die Anwesenheit eines Transponders zeigen wird. Tatsächlich demoduliert ein Transponder, wenn er durch seinen Eintritt in das Feld eines Terminals ,aufgeweckt' wird, die periodisch von diesem Terminal übertragene Abfragebotschaft und antwortet hierauf, um selbst identifiziert zu werden.
Ein zusätzlicher Nachteil ist dabei, dass, da der Transponder seinerseits Daten von dem Terminal empfangen hat, der Transponder sich seinerseits durch das Terminal identifiziert hält, was tatsächlich nicht zutrifft. Die einzigen derzeitigen Verfahren zur Isolierung dieses Phänomens bestehen in einer Vervielfachung der Informationsaustauschvorgänge zur Überwachung bzw. Validierung der Übertragung, was kostspielig hinsichtlich der Übertragungsdauer ist.
Verschiedene Transpondersysteme des Typs, auf welchen sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind beispielsweise in den Amerikanischen Patentschriften 4 963 887 und 5 550 536 beschrieben sowie in den Europäischen Patentanmeldungen 0 722 094 und 0 857 981.
In einem mit einem Phasendemodulator versehenen Lese-/Schreib-Terminal wird die Ausgangsspannung des Demodulators Null, d. h. dass man sich in Gegenwart eines Demodulationslochs befindet, in einer Frequenzkonfiguration, die, für einen gegebenen Kopplungskoeffizienten zwischen den Schwingkreisen des Terminals und des betreffenden Transponders, der vollkommenen Abstimmung des Terminals und des Transponders auf der Frequenz des Trägers der Fernspeisung bzw. -versorgung ent spricht. Transponderseitig ist diese Frequenz dann die Eigen-Resonanzfrequenz des Schwingkreises L2-C2 des Transponders.
Man hat bereits vorgeschlagen, die Schwingkreise des Terminals und des Transponders dauerhaft zu verstimmen, derart dass die beiden Kreise nicht beide auf die Frequenz des Trägers der Fernspeisung bzw. -versorgung abgestimmt sind. Ein hieraus folgender Nachteil ist jedoch, dass dies der Fernspeisung bzw. -stromversorgung des Transponders und damit der Reichweite des Systems schadet. Tatsächlich ist die von dem Transponder gewonnene Energie am größten, wenn die beiden Schwingkreise des Terminals und des Transponders beide auf die Frequenz des Trägers abgestimmt sind.
Außerdem liegen die Herstellungstoleranzen der in den Schwingkreisen verwendeten Kondensatoren, insbesondere für den Kondensator C2 des Transponders, der im allgemeinen integriert ist, allgemein in der Größenordnung von 10 %. Die Größe dieser Toleranzen führt dazu, dass man sich erheblich von der Frequenz des Trägers absetzen muss, wenn man die Gefahren von Demodulationslöchern verringern will.
Ein bedeutsamer Nachteil der herkömmlichen Systeme mit Phasendemodulation ist daher, dass man gezwungen ist, einen Kompromiss zwischen der Fernspeisung bzw. -versorgung und dem Phasendemodulations-Vermögen des Terminals vorzunehmen. Außerdem ist die Realisierung dieses Kompromisses diffizil, da die Lage des Lochs im Ansprechverhalten des Phasendemodulators in Abhängigkeit von der Gegeninduktivität zwischen den Schwingkreisen variiert. Nun hängt diese Gegeninduktivität von der Entfernung ab, welche die Antennen L1 und L2 des Terminals und des Transponders voneinander trennt, und damit von der Relativstellung bzw. -lage des Transponders relativ bezüglich dem Terminal bei der Übertragung.
Die vereinten Probleme der Existenz von Demodulationslöchern und der Änderung der Lage dieser Demodulationslöcher relativ bezüglich der Entfernung zwischen den Induktivitäten, in Verbindung mit den Herstellungstoleranzen der Bauteile, machen die herkömmlichen bekannten Systeme wenig betriebszuverlässig.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, den Nachteilen der bekannten Systeme relativ bezüglich der Anwesenheit von Demodulationslöchern im Ansprechverhalten des Demodulators eines Lese-Schreib-Terminals zu begegnen.
Näherhin bezweckt die vorliegende Erfindung die Schaffung eines neuen Steuerverfahrens, das ein Lese-Schreib-Terminal unempfindlich für Demodulationslöcher bzw. -lücken der Daten macht, die es von einem in sein Feld eingetretenen Transponder empfängt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt auch die Schaffung eines neuen Terminals, das unempfindlich ist für die Demodulationslöcher bzw. -lücken der Daten, die das Terminal von einem in sein Feld eingetretenen Transponder empfängt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Lösung, welche keinerlei Modifizierung der Transponder mit sich bringt und die demzufolge mit den existierenden Transpondern kompatibel ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt des weiteren die Schaffung einer Lösung, die besonders an ein mit einem Amplitudendemodulator ausgerüstetes Terminal angepasst ist.
Eine Lösung für diese Probleme ist in dem Dokument EP-A-1 134 690 beschrieben, bei dem es sich um ein Dokument im Sinne des Artikels 54(3) EPC handelt.
Zur Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung ein Terminal zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes vor gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 5.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Terminal des weiteren Mittel zur Deaktivierung der genannten Phasenregelmittel sowie Mittel zur Zwangseinstellung des Werts bzw. Betrags eines regelbaren Elements des Schwingkreises auf.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das genannte regelbare Element von einem variablen kapazitiven Element des Schwingkreises des Terminals gebildet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das regelbare Element den Mitteln zur Phasenregulierung und den Mitteln zur Zwangseinstellung gemeinsam ist.
Die vorliegende Erfindung sieht des weiteren vor ein Verfahren zum Steuern eines Terminals, das in der Auswertung der Ergebnisse der Vergleichsmittel für die Detektion der Anwesenheit eines Transponders in dem Feld des Terminals besteht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die genannten vorgegebenen Werte Werten entsprechen, die bei einem Leerlauf- bzw. Off-load-Betrieb des Terminals gemessen und gespeichert wurden, während kein Transponder in dem Feld anwesend ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren, in Abwesenheit eines Nutzsignals ausreichender Amplitude, um dem Demodulator die Detektion von Daten zu ermöglichen, und wenn durch den Vergleich der laufenden und der vorgegebenen Werte ein Transponder detektiert wurde, umfasst: Deaktivieren der Phasenregelmittel sowie Zwangseinstellen des Werts bzw. Betrags des regelbaren Elements des Schwingkreises auf einen geeigneten Wert bzw. Betrag, um die Impedanz des Terminal-Schwingkreises zu modifizieren, bei Erhaltung der Fernspeisung des Transponders.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Zwangseinstellungswert so gewählt wird, um zu vermeiden, dass die genannten Größen wieder ihre vorgegebenen Werte annehmen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren umfasst, zum Wählen des Zwangseinstellwertes:

– Berechnen des laufenden Imaginärteils der Impedanz des Schwingkreises des Terminals, und
– Vergleichen des laufenden Moduls bzw. Betrags dieses

Imaginärteils mit einem vorgegebenen Grenzwert, um:

a) wenn der laufende Modul bzw. Betrag größer als der Grenzwert ist, einen Zwangseinstellungswert zu wählen, welcher der Impedanz des Schwingkreises einen Imaginärteil von gleichem Modul-Betrag, jedoch von bezüglich dem laufenden Imaginärteil entgegengesetztem Vorzeichen verleiht, oder
b) wenn der laufende Modul-Betrag kleiner oder gleich dem Grenzwert ist, einen unterschiedlichen Zwangseinstellwert zu wählen, je nachdem, ob der laufende Imaginärteil positiv oder negativ ist.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren im Fall b umfasst Wählen eines Zwangseinstellwertes als Funktion des Leer- bzw. Off-load-Werts des Regelelements mit einem Proportionalitätskoeffizienten, der:

a') wenn der laufende Imaginärteil negativ ist, größer als Eins ist, und
b') wenn der laufende Imaginärteil positiv ist, kleiner als Eins ist.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren umfasst Wählen eines Zwangseinstellwertes C1_f, der:

a') wenn der laufende Imaginärteil negativ ist, der folgenden Beziehung gehorcht:
b') wenn der laufende Imaginärteil positiv ist, der folgenden Beziehung gehorcht:

_vide

_max

Diese und weitere Gegenstände, Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden nicht-einschränkenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele im einzelnen auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren; in diesen zeigen:
1 in sehr schematischer und vereinfachter Form ein herkömmliches Beispiel eines elektromagnetischen Transpondersystems,
2 in Form eines vereinfachten Organigramms bzw. Fließschemas eine Ausführungsform des Verfahrens zur Validierung bzw. Überprüfung der Anwesenheit eines Transponders, gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 in Teilansicht und schematisch eine Ausführungsform eines Lese-Schreib-Terminals mit Phasendemodulation, gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 in Form eines Organigramms bzw. Fließschemas eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Validierung bzw. Überprüfung, sowie
5 Beispiele des Verlaufs der Amplitude der Phasenänderung, wie sie am Eingang des Phasendemodulators eines Lese-Schreib-Terminals in Abhängigkeit bzw. als Funktion der Kapazität des Schwingkreises eines in das Feld dieses Terminals eingetretenen Transponders zur Verfügung steht.
In den verschiedenen Zeichnungsfiguren sind dieselben bzw. gleichen Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit und Klarheit sind nur die Elemente eines Terminals und eines Transponders und nur diejenigen Stufen des Verfahrens zum Informationsaustausch, die für ein Verständnis der Erfindung erforderlich sind, dargestellt und im folgenden beschrieben. Insbesondere sind die baulichen Einzelheiten der Modulatoren und Demodulatoren nicht detailliert; sie stehen ausgehend von den im folgenden gegebenen funktionellen Angaben dem Fachmann im Rahmen seines Fachwissens zur Verfügung. Außerdem wird die Erfindung unter Bezug auf Transponder beschrieben, bei welchen eine sogenannte ,Widerstands'-Retromodulation (Rückmodulation) Anwendung findet, zur Änderung der Last, welche sie für den Schwingkreis des Terminals darstellen (wobei die Kapazitäten bzw. Konden satoren der Schwingkreise der Transponder fest bzw. konstant sind), wobei jedoch anzumerken ist, dass die Erfindung allgemeiner bei jedem Typ von Retromodulation anwendbar ist, beispielsweise bei einer sogenannten ,kapazitiven' Retromodulation.
Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Direktbestimmung des Vorliegens bzw. der Anwesenheit eines Transponders im Feld eines Lese-Schreib-Terminals, d. h. ohne dass eine Interpretation der demodulierten Übertragungssignale von aus diesem Transponder hervorgehenden Daten erforderlich ist. Näherhin sieht die vorliegende Erfindung vor, bei Abwesenheit eines durch das Terminal verwertbaren demodulierten Signals die Abwesenheit eines Transponders in dem Feld des Terminals durch eine von der Existenz einer Datenübertragung unabhängige andere Bestimmung zu überwachen bzw, zu validieren.
Eine andere charakteristische Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist es, im Fall einer Inkohärenz zwischen dem Ergebnis des Demodulators und der Direktbestimmung eine Korrekturaktion bzw. -maßnahme vorzusehen, welche dem Demodulator des Terminals eine korrekte Interpretation der empfangenen Daten ermöglicht. Diese Korrekturaktion wird vorzugsweise am Schwingkreis des Terminals und vorzugsweise am kapazitiven Element dieses Schwingkreises vorgenommen.
Die Bestimmung der Anwesenheit oder der Abwesenheit eines Transponders im Feld des Terminals erfolgt gemäß der Erfindung durch eine Messung des Stroms in dem Schwingkreis des Terminals und der Spannung an den Anschlüssen seines kapazitiven Elements (oder von direkt mit dem Strom und der Spannung in Beziehung stehenden Größen) und durch Vergleichen der erhaltenen laufenden Werte mit zuvor gespeicherten Werten. Diese letzteren entsprechen vorzugsweise in einer Lernphase gemessenen Werten, wo das Lese-Terminal sich in einer besonderen Konfiguration befindet.
2 ist ein vereinfachtes Organigramm bzw. Fließschema einer Ausführungsform einer Sequenz zur Validierung bzw. Überprüfung der Anwesenheit eines Transponders in dem Feld des Terminals, in Anwendung im Ruhe- bzw. Stand-by-Zustand eines Lese-Schreib-Terminals.
Nach dem Einschalten und Inbetriebsetzen beginnt ein Transponder-Lese-Schreib-Terminal (Block 20, ST) nach einer Start-, Initialisierungs- und Testphase ein Ruhe- bzw. Stand-by-Verfahren, während welchem das Terminal das Zustandekommen einer Kommunikation mit einem Transponder erwartet. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen in der periodischen Aussendung (Block 21) einer Abfragesequenz (REQ) an den bzw. die eventuell in dem Feld des Terminals anwesenden Transponder. Nach jeder Aussendung einer Abfrageaufforderung 21 überwacht das Lese-Terminal (Block 22) mit Hilfe seines Demodulators den Empfang einer von einem in sein Feld eingetretenen Transponder kommenden Antwortbotschaft.
In einem (nicht dargestellten) herkömmlichen Verfahren bildet die Lesevorrichtung nach der Aussendung einer Abfrage 21 eine Schleife. Beim Empfang einer Antwort ACK geht sie in einen Mode der Verifizierung über, dass der Transponder tatsächlich ein für sie bestimmter Transponder ist, sowie in einen eventuellen Antikollisions-Mode (Block 23, INIT/COM) zur Individualisierung mehrerer eventuell in dem Feld vorhandener Transponder. Tatsächlich können in Beantwortung einer Abfrageaufforderung eines Terminals, falls mehrere Transponder in dessen Feld anwesend sind, diese gleichzeitig oder mit einer hinreichend kleinen zeitlichen Versetzung antworten, dass das Ergebnis der Demodulation durch die Lesevorrichtung nicht auswertbar wird. Die Lesevorrichtung muss dann entweder einen Transponder auswählen, mit dem sie kommunizieren will, oder den verschiedenen Transpondern verschiedene Kanäle zuweisen.
Eine Kommunikation beginnt erst, sobald der in 2 durch den Block 23 veranschaulichte Initialisierungs- und Antikollisions-Prozess beendigt ist. Sobald ein gegebener Transponder in korrekter Weise identifiziert ist, wird er in einen Zustand versetzt, in dem er auf Abfrageaufforderungen nicht mehr antwortet, um die Detektion der eventuellen anderen Transponder nicht zu stören.
Ein Initialisierungs- und Antikollisions-Prozess der hier vorstehend kurz beschriebenen Art ist vollständig bekannt. Beispielsweise finden sich in den als bekannt betrachteten Französischen Patentanmeldungen 2 760 280 und 2 773 627 Veranschaulichungen bekannter Verfahren.
Sei es während der Ruhe- bzw. Stand-by-Verfahren oder während einer Kommunikation, der Terminal wertet jedenfalls die von seinem Demodulator gelieferten Ergebnisse aus.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedes Mal, wenn die Lesevorrichtung den Erhalt eines Resultats ihres Demodulators erwartet und dieses Resultat negativ ist (Block 22), ein für die Erfindung spezifisches Validierungs- bzw. Überprüfungsverfahren (Block 24, VALID) in Gang gesetzt.
Falls die Durchführung des Verfahrens der Erfindung die Abwesenheit von Transpondern in dem Feld des Terminals bestätigt, wird die herkömmliche Aussendung einer Abfrageaufforderung (Verbindung 25) wieder aufgenommen. Falls jedoch die gemäß der Erfindung durchgeführte Verifizierung das Resultat des Demodulators in Frage stellt und anzeigt, dass ein Transponder im Feld des Terminals anwesend sein muss, wird am Schwingkreis des Terminals eine Korrekturhandlung vorgenommen, bevor mit der Initialisierung bzw. Vorbereitung der Kommunikation (Verbindung 26) fortgefahren wird.
Um sich von dem Problem der Toleranz und der Auswanderung der Bauteile des Schwingkreises der Transponder freizumachen, wobei die Werte dieser Elemente auch noch von einem Transporider zum anderen schwanken können, sieht man gemäß der vorliegenden Erfindung vor, die Phase des Schwingkreises des Terminals bezüglich einem Bezugswert zu regeln. Gemäß der Erfindung erfolgt diese Phasenregelung mit Hilfe einer Schleife, deren Ansprechzeit so gewählt wird, dass die Schleife einerseits hinreichend langsam ist, um die eventuelle Retromodulation von einem Transponder nicht zu behindern, andererseits jedoch hinreichend schnell im Vergleich zur Durchgangsgeschwindigkeit eines Transponders in dem Feld des Terminals ist. Man kann von einer statischen Regelung bezüglich den Modulationsfrequenzen sprechen (beispielsweise der Frequenz des Trägers der Fernspeisung bzw. -stromversorgung von 13,56 MHz und der für die Datenübertragung von dem Transponder zum Terminal verwendeten Retromodulations(Rückmodulations-)-Frequenz von 847,5 kHz).
Eine derartige Servoregelung der Phase des Schwingkreises des Terminals kann unter Zuhilfenahme bekannter Mittel erfolgen, wie sie beispielsweise in der bereits erwähnten Europäischen Patentanmeldung 0 857 981 beschrieben sind. Die Anpassung des in diesem Dokument vorgesehenen Systems für die Zwecke der Erfindung, oder eines anderen bekannten Phasenregelsystems, liegt im Bereich fachmännischen Wissens, ausgehend von den funktionellen Angaben in der vorliegenden Beschreibung.
Dank des Rückgriffs auf eine Phasenregelschleife können nunmehr Strom- und Spannungsmessungen im Schwingkreis des Terminals herangezogen werden, um hieraus gemäß der Erfindung eine Information betreffend die Anwesenheit eines oder mehrerer Transponder(s) in dem Feld zu erhalten.
Der mit I bezeichnete Strom in dem Reihenschwingkreis des Terminals (der beispielsweise durch einen Stromwandler gemessen wird) ist mit der den Schwingkreis erregenden sogenannten Generatorspannung (Vg) und mit der Scheinimpedanz Z1_app des Schwingkreises durch die folgende Beziehung verbunden:
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Widerstand und die Reiheninduktivität des Schwingkreises des Terminals feste und wenigstens für ein gegebenes Terminal unveränderliche Werte besitzen, ist die Erregerspannung des Schwingkreises mit einem konstanten Koeffizienten proportional der Spannung (VC1) an den Anschlüssen des kapazitiven Elements des Terminals.
Demzufolge läuft die Bestimmung der Scheinimpedanz des Schwingkreises des Terminals auf die Bestimmung des Verhältnisses zwischen der Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements und dem Strom in dem Schwingkreis hinaus.
Die gemäß der Erfindung vorgenommene Überprüfung der Anwesenheit eines Transponders verwendet ausschließlich Informationen über den Strom in dem Schwingkreis des Terminals und über die Spannung an den Anschlüssen des Schwingkreises, genauer an den Anschlüssen seines kapazitiven Elements (oder Informationen, die direkt, über invariable und vorbestimmte Koeffizienten, mit diesen Größen verbunden sind).
Gemäß der Erfindung verwendet man die sogenannten Leerlaufwerte von Strom und Spannung, wenn kein Transponder im Feld des Terminals vorliegt. Diese elektrischen Größen sind auf Seiten des Lese-Schreib-Terminals leicht messbar, beispielsweise in einer Lernphase, die beispielsweise auf die Anbringung des Terminals an seiner Anwendungsstelle folgt.
Danach kann man durch Überwachung und Beobachtung des laufenden Verhältnisses (oder einer damit in Verbindung stehenden Information) zwischen der Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements und dem Strom in dem Schwingkreis auf die Anwesenheit eines Transponders in dem Feld schließen.
3 zeigt in schematischer und vereinfachter Form eine Ausführungsform eines Lese-Schreib-Terminals gemäß der Erfindung, das mit einer Phasenregelschleife des Schwingkreises und mit einem Phasendemodulator ausgerüstet ist.
In bekannter herkömmlicher Form weist das Terminal 30 einen aus einer Induktivität oder Antenne L1 in Reihe mit einem kapazitiven Element 31 und einem Widerstandselement R1 gebildeten Schwingkreis zwischen einem Ausgangsanschluss 32 eines Verstärkers oder Antennenkopplers 33 und einem Anschluss 34 auf einem Bezugspotential (im allgemeinen Masse) auf. Beispielsweise zwischen dem kapazitiven Element 31 und Masse 34 ist ein Messelement 35 für den Strom in dem Schwingkreis eingeschaltet. Dieses Messelement 35 dient insbesondere zur Lieferung der Information über den Strom (I), der für die terminalseitigen Mittel zur Auswertung der Daten bestimmt ist, die beispielsweise aus einem (nicht dargestellten) Mikroprozessor bestehen. Der Verstärker 33 erhält ein Hochfrequenzübertragungssignal E, ausgehend von einem Modulator 36 (MOD1), der eine Bezugsfrequenz (Signal OSC) beispielsweise von einem (nicht dargestellten) Quarzoszillator zugeführt erhält. Der Modulator 36 erhält erforderlichenfalls ein Signal Tx von zu übertragenden Daten zugeführt und liefert, in Abwesenheit einer von dem Terminal ausgehenden Datenübertragung, den hochfrequenten Träger (beispielsweise 13,56 MHz) zur Fernspeisung bzw. -stromversorgung eines Transponders. Das kapazitive Element 31 ist ein Element variabler Kapazität und durch ein Signal CTRL steuerbar.
Man führt eine Phasenregelung des Stroms in der Antenne L1 relativ bezüglich einem Bezugssignal aus. Diese Regelung ist eine Regelung des Hochfrequenzsignals, d. h. des Signals des Trägers, das dem Signal E in Abwesenheit von zu übertragenden Daten entspricht. Diese Regelung erfolgt durch eine Veränderung der Kapazität des Schwingkreises des Terminals 30 in solcher Weise, dass der Strom in der Antenne in einer konstanten Phasenbeziehung mit dem Bezugssignal gehalten wird, das beispielsweise dem von dem Oszillator des Modulators gelieferten Signal OSC entspricht. Jedoch ist die Regelung hinreichend langsam, dass sie nur auf die statischen Phasenänderungen relativ bezüglich dem Subträger der Retromodulation anspricht. Das Signal CTRL wird von einer Schaltung 37 (COMP) ausgesandt, deren Aufgabe der Nachweis des Phasenabstands relativ bezüglich dem Bezugssignal und die entsprechende Modifizierung der Kapazität des Elements 31 ist. Im vorliegenden Beispielsfall erfolgt die Phasenmessung auf der Grundlage einer Messung des Stroms I in der Schaltung mit Hilfe des in Reihe mit dem Element 31 liegenden Stromwandlers 35. Dieser Wandler besteht allgemein aus einer Primärwicklung 35' zwischen dem Element 31 und Masse, und einer Sekundärwicklung 35", deren erster Anschluss direkt mit Masse 34 verbunden ist und deren zweiter Anschluss ein Signal MES1 als Funktion des Stroms I liefert, das dem Komparator 37 zugeführt wird, der entsprechend das kapazitive Element 31 mit Hilfe des Signals CTRL servoregelt.
Gemäß der Erfindung wird das Signal MES1 auch, wie zuvor angedeutet, dem Mikroprozessor oder einer entsprechenden Vorrichtung zugeführt, zur Ingangsetzung des Überprüfungs- bzw. Validierungsverfahrens der Erfindung. Ein zweites Messsignal MES2, das eine Information relativ bezüglich der Spannung VC1 an den Anschlüssen des kapazitiven Elements 31 liefert, wird ebenfalls dem Mikroprozessor zugeführt. Dieses Signal wird beispielsweise zwischen der Induktivität L1 und dem Element 31 abgenommen.
Das Terminal 30 weist des weiteren einen Phasendemodulator (DEMODP) auf, der ein Signal Rx liefert, welches eine eventuelle Retromodulation von von einem Transponder empfangenen Daten wiedergibt, an die nicht dargestellten übrigen elektronischen Schaltungen des Terminals. Gemäß einer in 3 veranschaulichten bevorzugten Ausführung verwendet der Komparator 37 der Phasenregelschleife denselben Phasendetektor, der auch zur Demodulation des von dem Transponder kommenden Signals dient. Somit wird das Signal Rx von ausgehend von einer Auswertung der Phasenverschiebung demodulierten Daten durch den Komparator 37 geliefert. Es ist jedoch daran zu erinnern, dass die Interpretation des Detektionsergebnisses davon verschieden ist. Der Demodulator trägt den dynamischen Änderungen (mit der Frequenz des Subträgers) Rechnung, während der Phasenregler den statischen Änderungen Rechnung trägt. Gemäß einer Variante könnten selbstverständlich zwei gesonderte Phasendetektoren verwendet werden.
4 ist ein Fließdiagramm bzw. Organigramm einer Ausführungsform der Ausübung des Überprüfungs- bzw. Validierungsverfahrens (Block 24, 2) der Erfindung.
Wie zuvor bereits erläutert, beginnt man mit der Messung (Block 40) des Stroms I und der Spannung VC1 in dem Schwing kreis. Sodann vergleicht man (Block 41) das Verhältnis der Spannung VC1 zu dem Strom I mit denselben Größen, wie sie jedoch im Leerlaufzustand (VC1_vide und I_vide) in einer Lernphase gemessen wurden. Falls die beiden Verhältniswerte gleich sind, so bedeutet dies, dass kein Transponder in dem Feld des Terminals anwesend ist, und das Überprüfungs- bzw. Validierungsverfahren liefert die Information (Verbindung 25) über dieses Ergebnis. Falls hingegen die beiden Verhältniswerte voneinander verschieden sind, bedeutet dies, dass der Demodulator sich in einem Demodulationsloch bzw. in einer Demodulationslücke befindet, während gleichzeitig ein Transponder im Feld des Terminals anwesend ist.
Tatsächlich kann der Imaginärteil X1_app der Scheinimpedanz Z1_app des Schwingkreises des Terminals in der Form ausgedrückt werden: X1app = X1 – a2 · X2, (2)worin X1 den Imaginärteil der Impedanz der Schwingschaltung des Terminals bedeutet, nämlich:
worin X2 den Imaginärteil der Impedanz des Schwingkreises des Transponders bedeutet, nämlich:
darin bedeutet ω die Frequenz und R2 die Last, welche von den Schwingkreisen des Transponders an seinem eigenen Schwingkreis gebildet wird, wobei diese Last durch einen Widerstand parallel zur Induktivität L2 und dem Kondensator C2 nachgebildet ist. Mit anderen Worten, der Widerstand R2 bildet den Ersatz widerstand sämtlicher Schaltungen (Mikroprozessoren, Retromodulationsschaltungen usw.) des Transponders, in Parallelanordnung zu dem Kondensator C2 und der Induktivität L2.
Infolge der Phasenregelung ist der Imaginärteil X1_app Null. Somit gilt: X1 = a2 · X2. (6)
Aufgrund dieser Beziehungen kann die Differenz zwischen den laufenden und den Leerlaufwerten in der folgenden Weise ausgedrückt werden: X1 – X1vide = a2 · X2 – avide 2 · X2 . (7)
Nun ist der ,Leerlauf'- bzw. ,Off-load'-Koeffizient a_vide in dem Maße Null, als die Leerlauf- bzw. Off-load-Kopplung ebenfalls Null ist. Des weiteren kann die Spannung VC1 an den Anschlüssen des Elements 31 (unter Vernachlässigung des Einflusses des Stromwandlers 35) geschrieben werden als I/ωC1. Daraus folgt, dass die vorstehende Formel (7) geschrieben werden kann als:
Ist der vorstehende Ausdruck (8) von Null verschieden, so bedeutet das nicht nur, dass ein Transponder im Feld des Terminals anwesend ist, sondern auch, dass für diesen Transponder die Variable X2 von Null verschieden ist, d. h. dass sein Schwingkreis, wenn auch nur leicht, verstimmt ist. Das verträgt sich vollkommen mit der Tatsache, dass der Transponder für das Terminal bestimmte Daten aussendet, d. h. dass er die Last, welche er für den Schwingkreis des Terminals darstellt, modifiziert.
In anderen Worten: Man kann annehmen, dass die obige Formel nur in zwei Fällen Null wird. Der erste entspricht dem Fall, wo kein Transponder im Feld des Terminals anwesend ist. Der zweite ist der Fall, in dem der Kondensator C2 des Schwingkreises des Transponders vollkommen auf den Träger der Fern speisung bzw. -versorgung abgestimmt ist. In diesem Fall ist X2 = 0.
In der Praxis führen die technologischen herstellungsbedingten Streubreiten und betriebsbedingten Abdriften des Transponders zu Schwankungen bzw. Änderungen von mehr oder weniger als 10 % der Kapazität des Kondensators C2, relativ bezüglich einem Abstimmwert C2_acc. Des weiteren kann man im allgemeinen nichts am Transponder zur Korrektur dieser Schwankungen bzw. Abweichungen tun. Insbesondere aus diesem Grund gestattet die Phasenregelschleife eine Optimierung der Fernspeisung bzw. -versorgung des Transponders durch Kompensieren dieser eventuellen Abdriften mittels einer Modifizierung der Abstimmung auf Seiten des Lese-Schreib-Terminals.
Die erfindungsgemäß bewirkte Korrektur, um aus einem Demodulationsloch bzw. einer Demodulationslücke herauszukommen, besteht vorzugsweise darin, den Betrag der Kapazität C1 des Elements 31 auf einen während der Lernphase vorgegebenen Wert zwangsweise festzulegen. Diese Wahl steht mit der Tatsache in Zusammenhang, dass die Phasenregelung vorzugsweise durch eine Änderung der Kapazität des Schwingkreises erfolgt. Demzufolge sieht man ein variables kapazitives Element vor, dessen Größe man einstellen kann, sei es zur statischen Phasenregelung in dem Schwingkreis, sei es um den Betrag des kapazitiven Elements zwangsweise zu ändern, um die Abstimmung des Kreises zu verschieben, wenn man sich in Gegenwart eines Demodulationslochs bzw. einer Demodulationslücke befindet.
Die Zwangseinstellung des Betrags der Kapazität C1 erfolgt beispielsweise mittels eines Signals COM, das von dem (nicht dargestellten) Verarbeitungsprozessor einer Schaltung 39 zugeführt wird, welche den Steuersollwert für das Element 31 zwischen einem von der Schaltung 37 gelieferten Signal CTRL und dem Zwangswert wählt. Die praktische Ausführung dieser Funktion liegt im Rahmen des fachmännischen Wissens. Man kann beispielsweise vorsehen, dass das Signal COM, welches den vorgegebenen Soll- bzw. Einstellwert der Kapazität C1 überträgt, stets Priorität vor dem den Servoregelungssollwert übertragenden Signal CTRL besitzt oder man kann ein zusätzliches (nicht dargestelltes) Steuersignal vorsehen, um eine der beiden Eingangsgrößen der Schaltung 39 auszuwählen. Gemäß einer Variante kann man den Phasenregler so modifizieren, dass man ihm einen unterschiedlichen Sollwert auferlegt, derart dass der Zwangswert der Kapazität C1 durch das Signal CTRL zugeführt wird.
Man erkennt, dass durch die Zwangsvorgabe des Betrags der Kapazität die Phase in dem Schwingkreis dann nicht mehr geregelt ist. Jedoch wird diese erfindungsgemäße Korrektur nur in sehr speziellen Fällen wirksam, wo der Demodulator ,blind' ist. Der Regelungswert der Kapazität wird wohlgemerkt wieder eingenommen, sobald diese Situation aufhört, beispielsweise sobald die Kommunikation mit dem betreffenden Transponder beendet wird.
5 veranschaulicht die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung anhand der Darstellung von drei Beispielen von Amplituden von Phasenänderungen dφ, wie sie für den Phasendemodulator in Abhängigkeit von der Kapazität C2 des im Feld des Terminals anwesenden Transponders verfügbar sind. Mit anderen Worten veranschaulicht dies das zur Auswertung einer von einem Transponder kommenden Retromodulation mittels des Phasendemodulators verfügbare Signal. Die Änderung dφ stellt das Signal dar, das der Phasendemodulator 37 detektieren soll. Es handelt sich somit um eine ,dynamische' Änderung bzw. Schwankung (im Rhythmus des Subträgers der Retromodulation, beispielsweise 847,5 kHz).
Eine erste, voll ausgezogen dargestellte Kurve 60 entspricht dem Idealfall, wo der Imaginärteil der Impedanz X1 (Formel 3) des Schwingkreises des Terminals Null ist. Das bedeutet, dass der Schwingkreis des Terminals vollkommen abgestimmt ist, einschließlich seines dynamischen Betriebs. Dieser Fall ist ideal insoferne und insoweit, als, da die Lesevorrichtung mit einer bezüglich den durch die Retromodulation (mit beispielsweise 847 kHz) erzeugten Schwankungen statischen Phasenregelschleife versehen ist, der Wert der Scheinimpedanz X1_app statisch Null ist (Formel 2).
Der Kurvenverlauf 60 wächst hyperbolisch, symmetrisch zu beiden Seiten eines Minimums 65 bei dem Wert C2_acc der Kapazität eines vollkommen auf den Träger der Fernspeisung bzw. -versorgung abgestimmten Transponders, und der in Phasendemodulation einem Demodulationsloch bzw. einer Demodulationslücke entspricht.
Bezogen auf diesen Idealfall kann man zwei Typen von gestrichelt dargestellten Kurven 61 bzw. 62 definieren, entsprechend zwei realen Fällen, wo der Imaginärteil des Schwingkreises des Terminals positiv bzw. negativ ist. In jeder dieser Kurven 61 und 62 treten Punkte 63 bzw. 64 auf, in welchen die Phasenänderung dφ Null ist. Diese Punkte entsprechen Demodulationslöchern bzw. -lücken und schließen den Punkt 65 ein. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kurven 61 und 62 jeweils ein zweites Minimum aufweisen, jeweils auf der anderen Seite des Punkts 65 bezogen auf ihre ersten Minima 63 bzw. 64. Diese zweiten Minima liegen jedoch außerhalb der Toleranz- und Abtriftbereiche der Bauteile der Transponder. Deshalb betrachtet man sie in der Praxis als unmöglich. Im dargestellten Beispiel sind bezüglich dem Minimum 65 symmetrische Lagen der Minima 63 und 64 angenommen. Dies zeigt, dass die Kurven 61 und 62 sich für einen Wert der Kapazität C2 kreuzen, der dem Abstimmwert C2_acc entspricht.
Somit können im Ansprechverhalten des Phasendemodulators drei Demodulationslöcher 63, 64 und 65 auftreten. Gemäß der Erfindung ist, da es nicht erwünscht ist, entlang der idealen Kurve vorzugehen, die anzubringende Korrektur unterschiedlich, je nach dem Demodulationsloch, das man zu vermeiden sucht. Daher muss man, wenn der Test gemäß dem Block 41 eine negative Antwort erbringt, noch bestimmen, um welches Demodulationsloch es sich handelt. Hierzu schlägt die Erfindung eine neue Analyse des Verhaltens der Schwingkreise eines Terminals und eines Transponders vor, um immer ausgehend von in einer Lernphase berechneten Werten und von einem Vergleich bezüglich laufenden Werten die vorzunehmende Korrektur zu bestimmen.
In diesem Zusammenhang ist daran zu erinnern, dass, um die Fernspeisung bzw. -versorgung des Transponders nicht zu beeinträchtigen, die Korrektur wenn möglich keine statische Verstimmung des Schwingkreises des Terminals einführen darf. Tatsächlich sucht man die vorteilhafte Wirkung der Phasenregelschleife auf die Fernspeisung bzw. -versorgung des Transponders zu erhalten. Um die Fernspeisung aufrechtzuerhalten, ohne auf die Bauteile des Schwingkreises des Transponders einzuwirken, darf die Amplitude des Imaginärteils X1 der Impedanz des Schwingkreises des Terminals durch die Korrektur nicht berührt werden. Das läuft darauf hinaus, dass der Modul (d. h. der Absolutwert) des Imaginärteils X1 aufrechterhalten wird.
Ausgehend von der Darstellung in 5 wird gemäß der Erfindung vorgesehen, auf der bezüglich dem Punkt 65 symmetrischen Kurve vorzugehen, d. h. auf der Kurve, welche den Imaginärteil mit entgegengesetztem Vorzeichen, jedoch gleichem Modul (Betrag) wiedergibt. Dieser Effekt ist in 5 durch einen Pfeil 67 veranschaulicht, der den Austritt aus dem Loch 63 der Kurve 61 durch Verschiebung auf die Kurve 62 zeigt.
Ausgehend von der oben angegebenen Beziehung 3 läuft das darauf hinaus, dass man für die Kapazität C1 den folgenden Zwangseinstellwert C1_f wählt:
Nun ist der laufende Wert von X1 (vor Korrektur) bekannt, sei es, weil dieser Wert auf dem Niveau der Phasenregelschaltung 37 verfügbar ist, sei es ausgehend von der folgenden Formel:
Im Beispiel von 4 ist die Berechnung (Block 44) des Imaginärteils X1 auf der Grundlage der obigen Beziehung 11 vorgesehen. Wie ersichtlich, sind alle für diese Berechnung nun erforderlichen Größen bekannt oder messbar (Block 40, 4).
Falls jedoch das Minimum 63 nahe dem Minimum 65 liegt, ist die vorstehend vorgesehene Korrektur nicht ausreichend, da die Amplitude des Nutzsignals auf der symmetrischen Kurve ungenügend bleibt. In diesem Fall sieht die Erfindung die Erzwingung eines Werts von X1 von entgegengesetztem Vorzeichen und hinreichend groß vor, um sich von dem ,theoretischen' oder ,idealen' Abstimmungsloch bzw. -lücke 65 zu entfernen. Dies läuft auf den Übergang zu einer anderen Kurve hinaus, deren Minimum nicht nur von dem laufenden Minimum durch den Punkt 65 getrennt ist, sondern für die der Betrag der Scheinimpedanz ebenfalls verschieden ist. Man muss dann eine Verringerung der Fernspeisung bzw. -versorgung des Transponders hinnehmen. Indessen ist man bestrebt, dass diese Verringerung minimal ist.
Man kann zeigen, dass das Demodulationsloch dem Wert C2_acc zustrebt, wenn der Imaginärteil X1 dem folgenden Wert zustrebt: X1 = k2 · ω · L1, (11)wobei k einen Wert zwischen 0 und k_max besitzt, worin k_max den maximalen Kopplungskoeffizienten zwischen den Schwingkreisen des Terminals und des Transponders darstellt, d. h. den Kopplungskoeffizienten zwischen diesen beiden Kreisen, wenn ihre Antennen L1 und L2 in einem Verhältnis maximaler Nähe zueinander stehen.
Da ω · L1 eine Invariante ist, beeinflusst nur der Betrag von k den Wert von X1.
Des weiteren muss man, da sämtliche gemäß der Erfindung vorgesehenen Anpassungen bestimmungsgemäß in Realzeit und automatisch auszuführen sind, einen Zwangseinstellwert C1_f vorsehen, der mittels Berechnung ausgehend von gespeicherten und gemessenen Werten leicht bestimmbar ist. Um über einen ausreichenden Betrag von X1 zu verfügen, kann man den Wert bzw. Betrag von k zwangsweise auf k_max einstellen, um sich in dieselben Bedingungen zu versetzen wie die eines Transponders mit maximaler Kopplung, bei dem man weiß, dass man sich außerhalb eines Demodulationslochs befindet.
Daher wird eine Vorbestimmung in einer Lernphase eines Grenzwerts X1_lim des Imaginärteils der Impedanz des Schwingkreises des Terminals vorgesehen, unter den der Wert nicht absinken darf (als Modul, betragsmäßig). Dieser Wert ist durch die folgende Beziehung gegeben: X1lim = kmax2 · ω · L1. (12)
Der Koeffizient k_max ist näherungsweise genügend bekannt für eine gegebene Familie von Transpondern, für welche das betreffende Terminal bestimmt ist. Er liegt allgemein zwischen etwa 0,1 und 0,4.
Wie 4 veranschaulicht, wird nach der Berechnung des laufendenden Imaginärteils X1 der Impedanz des Terminal-Schwingkreises sein Modul oder Betrag mit dem Modul oder Betrag des Grenzwerts X1_lim verglichen (Block 45).
Ist der laufende Modulbetrag größer oder gleich dem Grenz-Modulbetrag, kann man in der oben angegebenen Weise fortfahren und man bringt den Zwangseinstellwert der obigen Beziehung 10 zur Anwendung (Block 46).
Ist der laufende Modulbetrag kleiner als der Grenzwertmodulbetrag, sucht man festzustellen, auf welcher Seite bezogen auf den Leerlauf- bzw. Ohne-Last-Wert man sich befindet. Man vergleicht daher die Verhältnisse der Spannung VC1 und des Stroms I, und zwar die gemessenen Werte und die Leerlauf- bzw. Offload-Werte (Block 47). Das bedeutet, man bestimmt, ob man sich in Gegenwart eines positiven oder negativen Imaginärteils X1 befindet.
Ist das laufende Verhältnis größer als das Leerlauf- bzw. Offload-Verhältnis, wendet man den folgenden Zwangseinstellwert an (Block 48):
Ist das laufende Verhältnis kleiner als das Leerlauf- bzw. Off-load-Verhältnis, wird der folgende Zwangseinstellwert angewandt (Block 49):
Nachdem die Zwangseinstellung des Kapazitätselements 31 erfolgt ist, schließt sich das Initialisierungs- bzw. Vorbereitungsverfahren (2) an (Verbindung 26), auf der Grundlage dieses neuen Kapazitätswerts.
Bei Anwendung der allgemein festgestellten Beispielswerte, wo k_max zwischen 0,1 und 0,4 liegt, führt die Anwendung der Beziehungen 13 und 14 dahin, dass man im ersten Fall einen Wert C1_f zwischen ungefähr dem 0,8- und 0,9-fachen des Werts C1_vide wählt und im zweiten Fall einen Wert C1_f zwischen etwa dem 1,1- und 1,2-fachen des Werts C1_vide.
Ersichtlicherweise kann die dynamische Phasenverschiebung dφ gemessen werden entweder an dem Strom I oder an der Spannung VC1 oder in vergleichbarer Weise. Daher eignet sich die Erfindung in gleicher Weise zur Anwendung in dem Fall, wo andere Mittel als ein Stromstärkemessfühler zur Detektion der Phasenverschiebung verwendet werden. Dies hängt vom jeweiligen Typ von Phasendemodulator ab.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass man mittels einer Bestimmung leicht messbarer elektrischer Größen die Betriebszuverlässigkeit eines Lese-Schreib-Terminals von elektromagnetischen Transpondern beträchtlich erhöht.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, dass man nur auf Seiten des Lese-Schreib-Terminals eingreift. Demzufolge wird die Funktion und Arbeitsweise des im Feld des Terminals anwesenden Transponders nicht berührt und die Erfindung kann mit verfügbaren herkömmlichen Transpondern ausgeübt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man durch die Wahl, auf die Regelgröße der statischen Phasenregel schleife einzuwirken, die strukturellen Modifikationen in dem Terminal möglichst gering hält.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie die Arbeits- und Wirkungsweise des Transpondersystems für Demodulationslöcher bzw. -lücken unempfindlich macht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die angewandte Korrektur die Fernspeisung bzw. -stromversorgung des Transponders nicht beeinträchtigt.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie keinerlei Anpassung in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des Demodulators erforderlich macht. Man kann sogar annehmen, dass sie sich automatisch an eine Änderung der Demodulationsschwelle anpasst. Da die gemäß der Erfindung erfolgte Korrektur auf der Grundlage des Resultats der Demodulation vorgenommen wird, ist sie tatsächlich von der Detektions- bzw. Nachweisschwelle des Demodulators unabhängig.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung verschiedenen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich, die sich für den Fachmann ergeben. Insbesondere liegt die praktische Ausführung des Überprüfungs- bzw. Validierungsverfahrens der Erfindung mit Hilfe der herkömmlichen Bestandteile eines Lese-Schreib-Terminals im Bereich des fachmännischen Könnens, ausgehend von den hier vorstehend gemachten funktionellen Angaben und der jeweiligen speziellen Anwendung.
Des weiteren wurde zwar in der vorstehenden Beschreibung jeweils auf die Anwesenheit eines Transponders Bezug genommen, mit welchem das Terminal kommunizieren soll, jedoch eignet sich die Erfindung auch zur Anwendung in dem Fall, wo mehrere Transponder mit ein und demselben Terminal kommunizieren sollen. In vereinfachter Form kann man dann eine zwangsweise Einstellung des Betrags der Kapazität C1 vorsehen, nachdem für einen der Transponder identifiziert und festgestellt wurde, dass sich ein Problem eines Demodulationslochs bzw. einer Demodulationslücke stellt. Man nimmt dann an, dass die Schwächung des Nutzsignals, die sich hieraus für die anderen Transponder ergeben kann, annehmbar ist. Jedoch trägt man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Tatsache Rechnung, dass die zwangsweise Einstellung des Werts für einen Transponder ein wenn auch geringes Risiko darstellt, einen anderen Transponder in ein Demodulationsloch bzw. eine Demodulationslücke zu bringen. Man sieht dann vor, individuell die Beträge der Kapazitäten des Elements 31 des Terminals bei den verschiedenen Transpondern zu ermitteln. Dies ist möglich, wenn die jeweilige Kommunikation mehrerer Transponder mit ein und demselben Terminal getrennt in zeitlichen Kanälen erfolgt. Man kann dann entweder die Werte der Kapazität C1 bei der Detektion der Transponder speichern und einen dieser Werte bei jeder Änderung des Kanals (und damit des Transponders) auferlegen, oder die Überprüfungs- bzw. Validierungsstufen (Block 24, 2) jeweils zu Beginn der Übertragung einer Datenfrequenz von einem Transponder an das Terminal vorsehen. Ein Vorteil dieser letztgenannten Lösung ist, dass sie dann den eventuellen Verlagerungen eines Transponders im Verlauf der Kommunikation Rechnung trägt. Man erkennt, dass es möglich ist, diese letztgenannte Lösung im Fall eines einzigen Transponders anzuwenden, um sich diesen zuletzt genannten Vorteil zu Nutze zu machen.
Im übrigen wurde in der vorhergehenden Beschreibung angenommen, dass der Betrag der Kapazität C2 fest war, d. h. dass die Retromodulation (Rückmodulation) durch Änderung des Äquivalent- bzw. Ersatzwiderstands R2 erfolgte. Jedoch ist die Erfindung auf den Fall einer ,kapazitiven' Retromodulation über tragbar, bei welcher der Betrag der Kapazität C2 im Rhythmus des Subträgers modifiziert wird. In diesem Fall sind die Demodulationslöcher bzw. -lücken Funktionen des Widerstands R2 und variieren daher in Abhängigkeit von dem Strom- bzw. Leistungsverbrauch der Schaltungen des Transponders. Das weiter oben dargelegte Detektionsprinzip wird in nichts modifiziert. Es wird einfach die terminalseitige Korrektur angepasst.
Schließlich stellt zwar die Bestimmung ausgehend von der Spannung an den Anschlüssen des kapazitiven Elements 31 eine besonders einfach auszuführende Lösung dar, jedoch kann man eine an anderen Stellen abgenommene äquivalente Spannung heranziehen, vorausgesetzt, dass sie mit der Spannung an den Anschlüssen des Schwingkreises des Terminals in Beziehung steht und auf die durch die Retromodulation eines Transponders hervorgerufenen Änderungen (dynamisch) anspricht.

Claims

Terminal (30) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes, in Ausbildung für Kommunikation mit wenigstens einem in dieses Feld eintretenden Transponder (10), wobei das Terminal umfasst: – einen Schwingkreis in Ausbildung zur Erregung durch ein Hochfrequenzsignal zur Fernspeisung bzw. -stromversorgung des Transponders, – einen Phasendemodulator (DEMODP) zur Detektion eventueller Daten, die von dem Transponder durch Modulation der Last, die er für den Schwingkreis des Terminals darstellt, im Rhythmus eines Subträgers übertragen werden, – deaktivierbare Mittel (37) zur Regelung der Phase des Signals in dem Schwingkreis des Terminals auf einen Bezugswert, mit einer bezüglich dem genannten Subträger großen Ansprechdauer, – Mittel zur Messung einer ersten mit dem Strom in dem Schwingkreis verknüpften Größe, – Mittel zur Messung einer mit der Spannung an den Anschlüssen des Schwingkreises verknüpften zweiten Größe, sowie – Mittel zum Vergleich laufender Werte dieser Größen mit vorgegebenen Werten (I_vide VC1_vide)
Terminal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren Mittel zur Zwangseinstellung des Betrags bzw. Werts eines regelbaren Elements (31) des Schwingkreises umfasst.
Terminal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte regelbare Element von einem variablen kapazitiven Element (31) des Schwingkreises des Terminals gebildet wird.
Terminal nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das regelbare Element (31) den Mitteln (37) zur Phasenregelung und den Mitteln (39) zur Zwangseinstellung gemeinsam ist.
Verfahren zum Steuern eines Terminals (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es in der Auswertung der Ergebnisse der Vergleichsmittel für die Detektion der Anwesenheit eines Transponders (10) in dem Feld des Terminals besteht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten vorgegebenen Werte Werten (I_vide, VC1_vide) entsprechen, die bei einem Leerlauf- bzw. Off-load-Betrieb des Terminals (30) gemessen und gespeichert wurden, während kein Transponder (10) in dem Feld anwesend ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es, in Abwesenheit eines Nutzsignals ausreichender Amplitude, um dem Demodulator (DEMODP) die Detektion von Daten zu ermöglichen, und wenn durch den Vergleich der laufenden und der vorgegebenen Werte ein Transponder (10) detektiert wurde, umfasst: – Deaktivieren der Phasenregelmittel (37), sowie – Zwangseinstellen des Werts bzw. Betrags des regelbaren Elements (31) des Schwingkreises (R1, L1, 31) auf einen geeigneten Wert bzw. Betrag (C1f), um die Impedanz des Schwingkreises des Terminals zu modifizieren, bei Erhaltung der Fernspeisung bzw. -versorgung des Transponders.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwangseinstellungswert (C1f) so gewählt wird, um zu vermeiden, dass die genannten Größen (I, VC1) wieder ihre vorgegebenen Werte (I_vide, VC1_vide) annehmen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Wählen des Zwangseinstellwertes (C1_f)umfasst: – Berechnen des laufenden Imaginärteils (X1) der Impedanz (Z1) des Schwingkreises des Terminals und – Vergleichen des laufenden Moduls bzw. Betrags dieses Imaginärteils mit einem vorgegebenen Grenzwert (X1_lim), um: a) wenn der laufende Modul bzw. Betrag größer als der Grenzwert ist, einen Zwangseinstellungswert (C1_f) zu wählen, welcher der Impedanz des Schwingkreises einen Imaginärteil von gleichem Modul-Betrag, jedoch von bezüglich dem laufenden Imaginärteil entgegengesetztem Vorzeichen verleiht, oder b) wenn der laufende Modul-Betrag kleiner oder gleich dem Grenzwert ist, einen unterschiedlichen Zwangseinstellwert (C1_f) zu wählen, je nachdem, ob der laufende Imaginärteil (X1) positiv oder negativ ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es im Fall b umfasst Wählen eines Zwangseinstellwertes (C1_f) als Funktion des Leer- bzw. Off-load-Werts des Regelelements (C1_vide) mit einem Proportionalitätskoeffizienten, der: a') wenn der laufende Imaginärteil negativ ist, größer als Eins ist, und b') wenn der laufende Imaginärteil positiv ist, kleiner als Eins ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst Wählen eines Zwangseinstellwertes (C1_f), der: a') wenn der laufende Imaginärteil negativ ist, der folgenden Beziehung gehorcht:
b') wenn der laufende Imaginärteil positiv ist, der folgenden Beziehung gehorcht:
worin C1_vide die Leerlauf- bzw. Off-load-Kapazität des Regelelements (31) darstellt und worin k_max den maximalen Kopplungskoeffizienten zwischen dem Transponder und dem Terminal darstellt.