DE10116874A1 - Schaltungsanordnung zur Demodulation in einer durch Wechsel der Amplitude zwischen einem niedrigen und einem hohen Pegel (ASK-) modulierten Spannung - Google Patents

Abstract

Es ist eine Schaltungsanordnung zur Demodulation einer durch Wechsel der Amplitude zwischen einem niedrigen und einem hohen Pegel (ASK)-modulierten Spannung vorgesehen. Dabei werden an einer ersten und zweiten Ladeschaltung jeweils eine Ladespannung (V1, V2) erzeugt, wobei eine Entkoppeleinrichtung (S1) die erste Ladeschaltung (C1, i1) bei einem vorgegebenen Verhältnis zwischen der Ladespannung (V2) der zweiten Ladeschaltung (C2, i2) und einer Eingangsspannung (UHF) der Gleichrichterschaltung (D1, D2) entkoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Demodula­ tion einer durch Wechsel der Amplituden zwischen einem nied­ rigen und einem hohen Pegel (ASK-)modulierten Spannung gemäß Patentanspruch 1.

Beim Einsatz von kontaktlosen Chipkarten und ähnlichen, wie beispielsweise sogenannte kontaktlose Tags, wird häufig eine sogenannte ASK-Modulation eingesetzt. Man versteht hierunter ein hochfrequentes Signal, das mit in digitaler Form vorlie­ genden Daten zwischen einem ersten und einem zweiten Pegel wechselt, und somit das hochfrequente Signal moduliert.

So wie bei digitalen Daten zwischen "Ja" und "Nein" oder "1" und "0" oder "high" und "low" unterschieden wird, wird zwi­ schen einer hohen Amplitude und einer niedrigen Amplitude un­ terschieden. Hierbei sind zur Zeit die beiden Modulationsar­ ten ASK 100 und ASK 10 üblich, wobei ASK 100 einen Pegelun­ terschied von 100% und ASK 10 einen Pegelunterschied von 10% bedeutet. Es sind jedoch auch andere Unterschiede möglich und die nachfolgend beschriebene Erfindung ist nicht auf diese beiden üblichen Modulationsarten eingeschränkt.

Das Problem der ASK-Modulation ist darin zu sehen, daß es auch durch eine Änderung im Abstand zwischen Sender und Emp­ fänger des so modulierten Signales bei Gleichbleiben der Am­ plitude des ausgesendeten Signales, empfängerseitig zu einer Änderung der empfangenen Amplitude kommt, wenn der Abstand sich verändert. Gleiches gilt, wenn im Zwischenraum zwischen Sender und Empfänger Unterschiede eintreten.

Als erschwerend kommt hinzu, daß bei der Verwendung von Si­ gnalen, die stets auf "Null zurückkehren, d. h. zwischen zwei binären "einsen" kehrt das Signal auf "Null" zurück, und Si­ gnalen die dies nicht vorsehen, unterschiedlich lange "0"- und "1"-Sequenzen moduliert und übertragen werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Demodu­ latorschaltung vorzusehen, mit der mit möglichst geringem Aufwand sicher der Pegelwechsel zwischen zwei Zuständen bei ASK-Modulationen erkannt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die angegebene Schal­ tung weist den Vorteil auf, daß beim Vergleich der beiden La­ despannungen der Wechsel des Modulationspegels leicht erkenn­ bar ist.

Nachfolgend wir die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich­ nung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 die Hüllkurve eines ASK-modulierten Signales,

Fig. 3 einen beispielhaften Verlauf der ersten und zweiten Ladespannung,

Fig. 4 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 ein Beispiel einer Auswerteschaltung und

Fig. 6 Signalverläufe von hohem zu niedrigen Pegel und

Fig. 7 Signalverläufe von niedrigem zu hohen Pegel.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt eine hochgfrequente Eingangsspan­ nung UHF am Eingang der Demodulatorschaltung an, der durch die beiden Eingangsanschlüsse LA und LB bezeichnet ist. In Fig. 2 ist die Hüllkurve des Amplitudenbetrags der hochfre­ quenten Eingangsspannung über der Zeit aufgetragen. Wie zu sehen ist, wechselt sie zwischen einem hohen Amplitudenpegel, der mit "high" bezeichnet ist und einem niedrigen Amplitu­ denpegel, der mit "low" bezeichnet ist. Diese gleichgerichte­ te hochfrequente Eingangsspannung UHF liegt somit in gleich­ gerichteter Form am Knoten Y an. Am Knoten Y sind parallel zwei Ladeschaltungen angeschlossen, die durch die gleichge­ richtete hochfrequente Spannung geladen werden.

Die erste Ladeschaltung besteht aus dem Kondensator C1 und einer Stromquelle i1, die wiederum vom Spannungsknoten V1 ab­ gehend parallel geschaltet sind. Entsprechend ist die zweite Ladeschaltung aus dem Kondensator C2 und der Stromquelle i2 aufgebaut, die vom Stromknoten V2 ausgehend parallelgeschal­ tet sind. Die zweite Ladeschaltung ist über einen Ladeschal­ ter S1 an dem Knoten Y angeschlossen. Dieser Schalter S1 wird mit der niederfrequenten Spannung UNF, mit der die hochfre­ quente Wechselspannung UHF moduliert ist, betätigt. In ein­ fachster Weise ist dies mittels einer nicht dargestellten Diode möglich.

Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser Schaltung erläu­ tert. Solange die gleichgerichtete hochfrequente Spannung UHF am Knoten Y größer als die Spannung an den Eingangsknoten V1 und V2 der Ladeschaltungen ist und der Schalter S1 geschlos­ sen ist, werden die Kondensatoren C1 und C2 auf den Wert der gleichgerichteten hochfrequenten Wechselspannung UHF aufgela­ den. Gleichzeitig werden die Kondensatoren C1 und C2 durch die Stromquellen i1 beziehungsweise i2 entladen, wobei die Zeitkonstante der beiden Ladeschaltungen so zu wählen ist, daß sie groß gegenüber der Halbperiode der hochfrequenten Eingangsspannung UHF ist, damit es an den beiden Eingangskno­ ten V1 und V2 der Ladeschaltungen zu keinen wesentlichen Spannungsschwankungen (Brummen) kommt, die von den Nulldurch­ gängen der hochfrequenten Wechselspannung herrühren.

Wie in Fig. 2 dargestellt, soll nunmehr die Amplitude der hochfrequenten Eingangsspannung UHF sich bis zur Zeit vor t1 auf dem "high"-Pegel befinden. Zum Zeitpunkt t1 wechselt sie über zum "low"-Pegel. Dieser Wechsel bewirkt, daß der Schal­ ter S1 öffnet und die zweite Ladeschaltung und damit der Ein­ gangsknoten V2 von der restlichen Schaltung abgekoppelt ist. Sind die Zeitkonstanten der ersten und zweiten Ladeschaltung unterschiedlich gewählt, kommt es zu einem unterschiedlichen Entladen der beiden Kondensatoren C1 und C2. Dies ist bei­ spielsweise dadurch möglich, daß die beiden Kondensatoren C1 und C2 gleich groß sind, die Stromquellen i1 und i2 jedoch unterschiedlich stark sind. Das hieraus resultierende Entla­ deverhalten ist in Fig. 3 dargestellt.

Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, sinkt die Spannung am Kno­ ten V2 deutlich steiler ab als die Spannung am Knoten V1. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist die Spannung V1 nochmals mittels eines Spannungsteilers X% auf eine Spannung auf V1' umge­ setzt. Somit kommt es, wie in Fig. 3 zu sehen ist, zu einem Schneiden der Entladekurven V2 und V1'. Der Schnittpunkt S ist nunmehr geeignet, um den Übergang vom "high"-Pegel zum "low"-Pegel zu kennzeichnen. Mittels einer später noch be­ schriebenen Auswerteschaltung ist ein solcher Schnittpunkt erfaßbar.

Gemäß Fig. 4 ist eine weitere Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen Demodulatorschaltung dargestellt. Hierbei sei zu­ nächst auf die beiden Spannungsteiler Y% und Z% verwiesen, die die Spannung des Knotens V2 in zwei unterschiedliche Spannungen V2', auch als "V siglow" bezeichnet, und V2" auch als "V sighigh" bezeichnet, umgesetzt.

Die Schaltung gemäß Fig. 4 funktioniert grundsätzlich genau­ so wie die gemäß Fig. 1 beschriebene Schaltung. Es soll hier die Zeitkonstante der zweiten Ladeschaltung deutlich geringer sein als die der ersten Ladeschaltung, d. h. die Stromquelle i2 entlädt den Kondensator C2 deutlich schneller, als es die Stromquelle i1 am Kondensator C1. Dies ist in Fig. 6 deut­ lich zu sehen. Die Signale V sighigh und V silow folgen somit ziemlich genau dem Pegelwechsel der hochfrequenten Eingangs­ spannung von "high" nach "low". Es kommt, wie auch schon in Fig. 3 unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, zum Schnittpunkt S zwischen dem Signal V ref und einem Signal, das dem Spannungsigal Vsighigh entspricht.

Sobald die Spannung am Spannungsknoten V2 durch das Entladen mittels der Stromquelle i2 soweit abgesunken ist, daß die Spannung unterhalb der hochfrequenten Eingangsspannung UHF liegt, schließt der Schalter S1 wieder. Das bedeutet, daß die Stromquelle i2 nunmehr über den Widerstand R1 zusätzlich den Kondensator C1 entlädt. Dies ist durch den steilerwerdenden Entladeverlauf von V ref in Fig. 6 ab dem Zeitpunkt t2 er­ kennbar. Kommt es nunmehr zu einem Pegelwechsel der hochfre­ quenten Spannung UHF von "low" nach "high", werden die Kon­ densatoren C1 und C2 der Ladeschaltungen wieder aufgeladen und es kommt, wie in Fig. 7 dargestellt, zu einem Schnitt­ punkt S' zwischen der Kurve V ref und V siglow.

Die Diode D3 sorgt dafür, daß zwischen V1 und V2 jeweils nur eine Spannungsdifferenz entsprechend dem Spannungsabfall über dieser Diode D3 besteht. Somit wird die Spannung an beiden Knotenpunkten auch bei großen Modulationshüben wie beispiels­ weise ASK 100, bei der die Amplitude der hochfrequenten Ein­ gangsspannung in die Nähe von 0 Volt beim Pegel "low" ge­ langt, parallel geführt. Auf diese Weise ist es auch bei die­ sen hohen Modulationssprüngen sichergestellt, daß stets ein einwandfreier Schnittpunkt zwischen V sighigh und V ref er­ mittelbar ist.

In Fig. 5 ist eine mögliche Auswerteschaltung für die Signa­ le V ref entsprechend V1', V2' entsprechend V sighigh und V2" entsprechend V siglow, dargestellt. Hierbei wird V1' je­ weils an den negativen Eingang von zwei Differenzverstärkern gelegt und V sighigh beziehungsweise V siglow jeweils an den positiven Eingang. Die Ausgänge der Differenzverstärker wie­ derum sind, wie dargestellt, auf ein RS-Flipflop geschaltet. Am Ausgang des RS-Flipflops wird dann ein Signal entsprechend einem "high"-Pegel oder einem "low"-Pegel ausgegeben. Es sind jedoch auch andere Auswerteschaltungen denkbar.

Bezugszeichenliste

V1 erster Eingangsknoten
V2 zweiter Eingangsnoten
C1 Kondensator
C2 Kondensator
I1 Stromquelle
I2 Stromquelle
D1 Gleichrichterschaltung
D2 Gleichrichterschaltung
Y Ausgangsknoten
S1 Entkoppeleinricht (Schalter)

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Demodulation einer durch Wechsel der Amplitude zwischen einem niedrigen und einem hohen Pegel (ASK)-modulierten Spannung, mit einer einem Hochfrequenzein­ gang (LB, LA) nachfolgenden Gleichrichterschaltung (D1, D2), einer ersten Ladeschaltung (C1, i1) und einer zweiten Lade­ schaltung (C2, i2), die parallel geschaltet mit einem Ausgang (Y) der Gleichrichterschaltung (D1, D2) verbunden sind und die jeweils eine Ladespannung (V1, V2) erzeugen, einer Ent­ koppeleinrichtung (S1), die die erste Ladeschaltung (C1, i1) bei einem vorgebenen Verhältnis zwischen der Ladespannung (V2) der zweiten Ladeschaltung (C2, i2) und einer Eingangs­ spannung (UHF) der Gleichrichtschaltung (D1, D2) entkoppelt und einer Auswerteschaltung, die aus dem Verhältnis der La­ despannungen (V1, V2) einen Modulationspegel ermittelt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Ladespan­ nung (V1) zumindest einer Ladeschaltung (C1, i1; C2 i2) mit­ tels eines Spannungswandlers (X%) geändert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste und die zweite Ladeschaltung (C1, i1; C2 i2) bei einem vorbestimmten Verhältnis der Ladespannungen (V1, V2) miteinander gekoppelt werden.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der zweiten Ladeschaltung in zwei verschiedene Spannungen gewandelt wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste und die zweite Ladeschaltung (C1, i1; C2 i2) unterschiedliche Entladezeiten aufweisen.