DE10151856A1 - Verfahren zum Selbstabgleich eines Resonanzschaltkreises - Google Patents

Verfahren zum Selbstabgleich eines Resonanzschaltkreises

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Abstract

Der Erfindung, die ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Signalen durch einen Transponder betrifft, bei dem der Transponder in ein elektromagnetisches Wechselfeld einer Transponder-Lese- und/oder Schreibeinrichtung gebracht wird, liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit von Transpondern, das heißt deren Reichweite bei Gewährleistung einer Lese- und Schreibsicherheit ohne Veränderung der üblichen Parameter, wie zum Beispiel der Sendeleistung der Transponder-Lese- und/oder Schreibeinrichtung, zu erhöhen. Dies wird dadurch gelöst, dass ein Selbstabgleich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises in dem Transponder erfolgt, wenn dieser in das Wechselfeld der Transponder-Lese- und/oder Schreibeinrichtung gelangt. Dabei erfolgt der Selbstabgleich, bevor der Transponder seine volle Funktion erlangt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Signalen durch einen Transponder, bei dem der Transponder in ein elektomagnetisches Wechselfeld einer Transponder-Lese- und/oder -schreibeinrichtung gebracht wird, das einen Schwingkreis in dem Transponder erregt, der einerseits eine Spannung zur Spannungsversorgung des Transponders induziert und andererseits bei Erreichen seiner vollen Funktion das elektromagnetische Wechselfeld moduliert und durch diese Modulation Daten übertragen und verarbeitet werden.
  • Eine mögliche Anwendung sind ohne externe Spannungsversorgung betriebene Transponder welche ihre Energie aus einem elektromagnetischen Feld beziehen. In einer Spule wird dabei eine Spannung induziert. Die Spule bildet mit einer parallel geschalteten Kapazität einen Schwingkreis. Je besser die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und die Frequenz der elektromagnetischen Welle übereinstimmen, desto mehr Energie kann der Transponder aus dem elektromagnetischen Feld beziehen, und desto weiter kann er vom Sender der elektromagnetischen Welle operieren.
  • Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises kann auf Grund von Bauelementetoleranzen, Temperatureinflüssen, Einwirkungen aus der Umgebung des Transponders, z. B. Metallkörpern, und gegenseitiger Beeinflussung benachbarter Transponder variieren.
  • Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Wirksamkeit von Transpondern, d. h. deren Reichweite bei Gewährleistung einer Lese- und Schreibsicherheit ohne Veränderung der übrigen Parameter, wie z. B. der Sendeleistung der Transponder-Lese- und/oder -schreibeinrichtung zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 dargestellt.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
  • Fig. 1 einen Resonanzschwingkreis mit abstimmbarer Kapazität und
  • Fig. 2 eine Anordnung zur Voraufladung des erfindungsgemäßen Transponders.
  • Es wird ein Verfahren beschrieben, welches den Selbstabgleich des Resonanzkreises während des Betriebes des Transponders ermöglicht. Die Neuerung ist dabei der Selbstabgleich während des Betriebes und die dazu verwendeten Verfahren.
  • Sobald der Transponder mit Energie versorgt wird, aktiviert die Spannungsüberwachungseinheit (2) zuerst die Abstimmeinheit (3). Alle anderen nicht benötigten Einheiten des Transponders sind während des Abstimmvorganges abgeschalten, um Energie zu sparen.
  • Eine erste Abstimmmethode basiert auf der Detektierung der Phase von Strom und Spannung an dem Resonanzkreis (1). Aus der Phasenlage ergibt sich die Abstimmrichtung. Im Resonanzkreis (1) wird die abstimmbare Kapazität entsprechend verringert oder erhöht, bis Strom und Spannung in Phase sind, oder eine maximale Spannung erreicht wird. Es besteht auch die Möglichkeit, den Abstimmvorgang nach einer festen Zeit abzubrechen.
  • Eine alternative Abstimmmethode ist ein hardwareimplementiertes Gradientensuchverfahren. Bei diesem wird die Abstimmrichtung durch eine einfache Zustandsmaschine oder einen Mikrokontroller bestimmt. Ist bei n von m aufeinanderfolgenden Abstimmschritten die Spannung kleiner als beim vorherigen Abstimmschritt, wird die Abstimmrichtung gewechselt. Dieser Vorgang wird iterativ wiederholt bis eine maximale Spannung erreicht wird. Es besteht wiederum die Möglichkeit, den Abstimmvorgang nach einer festen Zeit abzubrechen oder nach einer festen Zeit in größeren Zeitschritten weiter abzustimmen. Zwischen den einzelnen Iterationsschritten werden entsprechende große Pausen eingelegt, damit der Transponder wieder genügend Energie aus dem elektromagnetischem Feld aufnehmen kann.
  • Der nach dem Abstimmvorgang ermittelte Einstellwert wird in einem Speicher (4) abgespeichert. Bei Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers ist es möglich, den letzten Abstimmwert über eine Periode zu speichern in der der Transponder nicht mit Energie versorgt wird. Dadurch kann der letzte Abstimmwert als Startpunkt für den nächsten Abstimmvorgang genutzt werden. Des weiteren kann nach der Fertigung zum Ausgleich fertigungsbedingter Bauteiletoleranzen eine erste Grobabstimmung des Resonanzkreises (1) erfolgen. Dabei wird der Resonanzkreis (1) auf eine Referenzfrequenz abgestimmt und der Abstimmwert für die einstellbare Kapazität im nichtflüchtigen Speicher abgelegt.
  • Bei Verwendung eines flüchtigen Speichers wird der Abstimmwert nur für die Zeit, in der der Transponder mit Energie versorgt wird, gehalten. In diesem Fall wird der nächste Abstimmvorgang nach erneuter Versorgung des Transponders mit Energie von einem vorgegebenen Wert für die abstimmbare Kapazität gestartet.
  • Die einzelnen Änderungsschritte für den Kapazitätswert können pro Iteration fest oder adaptiv einstellbar sein.
  • Um den Transponder (6) mit einer Startenergie zu versorgen, die die Abstimmeinheit (3) anfänglich speist, kann der Transponder (6) bei Annäherung an die Leseeinheit (5) vorgeladen werden. Dabei wird ein langsam frequenzmoduliertes Trägersignal (7) entweder von der Leseeinheit (5) zeitweise erzeugt (zeitmultiplex) oder von einer separaten Spule (8) an einem anderen Ort (diversitymultiplex) erzeugt. Bezugszeichenliste 1 abstimmbare Kapazität
    2 eine Spannungsüberwachungseinheit
    3 Abstimmeinheit
    4 Speicher
    5 Transponder-Lese- und/oder -schreibeinrichtung
    6 Transponder
    7 Wechselfeld
    8 Spule

Claims (11)

1. Verfahren zum Senden und Empfangen von Signalen durch einen Transponder, bei dem der Transponder in ein elektomagnetisches Wechselfeld einer Transponder-Lese- und/oder -schreibeinrichtung gebracht wird, das einen Schwingkreis in dem Transponder erregt, der einerseits eine Spannung zur Spannungsversorgung des Transponders induziert und andererseits bei Erreichen seiner vollen Funktion das elektromagnetische Wechselfeld moduliert und durch diese Modulation Daten übertragen und verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Selbstabgleich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises in dem Transponder erfolgt, wenn dieser in das Wechselfeld der Transponder-Lese- und/oder -schreibeinrichtung gelangt, wobei der Selbstabgleich erfolgt, bevor der Transponder seine volle Funktion erlangt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Selbstabgleich durch eine Einstellung der Kapazität des Schwingkreises erfolgt, wobei die Abstimmung beginnt, sobald der Transponder mit ausreichend Energie versorgt wird, und dass alle nicht benötigen Einheiten des Transponders während des Abstimmvorganges abgeschaltet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abstimmung die Kapazität in Änderungsschritten verändert wird und dass die Änderungsschritte der Kapazität des Schwingkreises (1) fest oder adaptiv einstellbar sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität in einem Regelkreis als Regelgröße bis zu einem Maximum einer Messgröße verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Kapazität bei einem erreichten Maximum der Messgröße oder ein dieser Kapazität entsprechender Wert in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher gespeichert und mit diesem Wert bei einem erneuten Einbringen des Transponders in das Wechselfeld die Kapazität direkt eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße die im Resonanzkreis (1) detektierte Phase von Strom und Spannung ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstimmvorgang, dann, wenn Strom und Spannung in Phase sind, eine maximale Spannung erreicht ist oder nach einer festen Zeit abgebrochen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Kapazität durch ein Gradientensuchverfahren bestimmt wird, bei dem die Abstimmrichtung durch eine einfache Zustandsmaschine oder einen Mikrokontroller bestimmt wird, und der Wert der abstimmbaren Kapazität entsprechend verringert oder erhöht wird, wobei die Abstimmrichtung gewechselt wird, wenn bei n von m aufeinanderfolgenden Abstimmschritten die Spannung kleiner ist als beim vorherigen Abstimmschritt, und der Vorgang iterativ wiederholt wird, bis eine maximale Spannung erreicht wird, oder nach einer festen Zeit abgebrochen bzw. der Vorgang in größeren Zeitabständen fortgesetzt wird und wobei die Pausen zwischen den einzelnen Iterationsschritten hinreichend groß sind, dass der Transponder genügend Energie für den nächsten Iterationsschritt aufnehmen kann.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder derart programmiert wird, dass bei einer ersten Programmierung ein Grobabgleich erfolgt, bei dem der Resonanzkreis (1) mit einer externen Referenzschwingung beaufschlagt wird, dass dabei eine Bestimmung der Kapazität mit dem bestmöglichen Resonanzergebnis vorgenommen und der dabei auftretende Wert für die einstellbare Kapazität in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder zur Betriebsspannungsbereitstellung für eine Abstimmeinheit (3) voraufgeladen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Annäherung des Transponders (6) an die Transponder-Lese- und/oder Schreibeinrichtung ein langsam frequenzmoduliertes Trägersignal (7) entweder von der Leseeinheit (5) zeitweise (zeitmultiplex), oder von einer separaten Spule (8) an einem anderen Ort (diversitymultiplex) erzeugt wird.
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