DE102014220394A1 - Transponder arrangement and method for operating a transponder - Google Patents
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Abstract
Transponder-Anordnung mit einem Schwingkreis mit einer Induktivität, einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet ist. Die Transponder-Anordnung weist auch eine zweite Kapazität auf, die zwischen den ersten Anschluss und einen Masseanschluss geschaltet ist. Die Anordnung ist dazu ausgebildet, die zweite Kapazität für eine bestimmte Zeitdauer vom Schwingkreis zu trennen und mittels einer Ladeeinheit aufzuladen und die zweite Kapazität nach dem Aufladen für eine bestimmte Zeitdauer zum Abgeben der gespeicherten Ladung mit dem Schwingkreis zu verbinden.Transponder arrangement with a resonant circuit with an inductance, an ohmic resistance and a capacitance which is connected between a first terminal and a second terminal. The transponder assembly also has a second capacitance connected between the first terminal and a ground terminal. The arrangement is designed to disconnect the second capacitance for a certain period of time from the resonant circuit and to charge it by means of a charging unit and to connect the second capacitance after charging for a certain period of time for discharging the stored charge to the resonant circuit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Transponder-Anordnung und ein Verfahren zum Betreiben eines Transponders, insbesondere eines Transponders in einem schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystem.The invention relates to a transponder arrangement and a method for operating a transponder, in particular a transponder in a keyless vehicle access and start system.
Viele Fahrzeuge können heutzutage schlüssellos ent- oder verriegelt werden. Schlüssellose Fahrzeug-Zugangs- und Startsysteme, wie beispielsweise das Passive Start Entry (PASE) System, sind automatische Systeme, um ein Fahrzeug ohne aktive Benutzung eines Autoschlüssels zu entriegeln und durch das bloße Betätigen des Startknopfes zu starten. Systeme zum schlüssellosen Fahrzeugzugang werden beispielsweise auch als Keyless-Entry-Systeme bezeichnet. Der Fahrer führt dabei einen elektronischen Schlüssel mit einem Chip mit sich (Transponder). Die Authentizität dieses Transponders wird durch eine Basisstation im Fahrzeug überprüft. Hierfür werden Daten zwischen dem Transponder und der Basisstation übertragen. Many vehicles can be locked or unlocked keylessly today. Keyless vehicle entry and start systems, such as the Passive Start Entry (PASE) system, are automatic systems for unlocking a vehicle without actively using a car key and starting it by merely pressing the start button. Systems for keyless vehicle access are also referred to as keyless entry systems, for example. The driver carries an electronic key with a chip (transponder). The authenticity of this transponder is checked by a base station in the vehicle. For this purpose, data is transmitted between the transponder and the base station.
Die Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem Transponder erfolgt meist mittels induktiver Kopplung zwischen zwei Induktivitäten (Antennen). Induktiv gekoppelte Transponder werden dabei meist passiv betrieben. Das heißt, dass der Transponder keine eigene Energieversorgung aufweist, sondern die gesamte zum Betrieb des Transponders erforderliche Energie durch die Basisstation zur Verfügung gestellt wird. Von der Antennenspule der Basisstation wird dazu ein starkes hochfrequentes, elektromagnetisches Feld erzeugt. Ein geringer Teil dieses Feldes durchdringt die Antennenspule des Transponders, wenn dieser sich in der Nähe der Basisstation befindet. Durch Induktion wird dadurch an der Antennenspule des Transponders eine Spannung erzeugt, welche zur Energieversorgung genutzt wird.The data transmission between a base station and a transponder usually takes place by means of inductive coupling between two inductors (antennas). Inductively coupled transponders are usually operated passively. This means that the transponder does not have its own power supply, but the entire energy required for operating the transponder is provided by the base station. From the antenna coil of the base station to a strong high-frequency electromagnetic field is generated. A small portion of this field penetrates the antenna coil of the transponder when it is near the base station. By induction, a voltage is thereby generated at the antenna coil of the transponder, which is used for power supply.
Die Datenübertragung vom Transponder zur Basisstation kann beispielsweise mittels Lastmodulation erfolgen. Befindet sich ein Transponder im magnetischen Wechselfeld der Basisstation, so entzieht dieser dem Feld Energie. Die dadurch hervorgerufene Rückwirkung des Transponders auf die Antenne der Basisstation kann als transformierte Impedanz in der Antennenspule der Basisstation dargestellt werden. Das Ein- und Ausschalten eines Lastwiderstandes an der Antenne des Transponders bewirkt eine Veränderung der Impedanz, was in Spannungsänderungen an der Antenne der Basisstation resultiert. Zur Rückgewinnung der Daten in der Basisstation können die Spannungsänderungen ausgewertet werden. Die Energieübertragung von der Basisstation zum Transponder findet bei derartigen Systemen kontinuierlich statt, unabhängig von der Datenübertragungsrichtung. Es sind dabei Vollduplexverfahren bekannt, bei welchen die Datenübertragung in beiden Richtungen zeitgleich stattfindet, und Halbduplexverfahren, bei welchen die Datenübertragung vom Transponder zur Basisstation zeitversetzt zu der Datenübertragung in der anderen Richtung stattfindet.The data transmission from the transponder to the base station can be done for example by means of load modulation. If a transponder is located in the alternating magnetic field of the base station, it deprives the field of energy. The resulting effect of the transponder on the antenna of the base station can be represented as a transformed impedance in the antenna coil of the base station. Turning a load resistor on and off on the antenna of the transponder causes a change in impedance, resulting in voltage changes to the antenna of the base station. To recover the data in the base station, the voltage changes can be evaluated. The transfer of energy from the base station to the transponder takes place continuously in such systems, regardless of the data transmission direction. In this case, full-duplex methods are known in which the data transmission takes place simultaneously in both directions, and half-duplex methods in which the data transmission from the transponder to the base station takes place with a time offset to the data transmission in the other direction.
Findet die Daten- und Energieübertragung von der Basisstation zum Transponder zeitversetzt mit der Datenübertragung vom Transponder zur Basisstation statt, spricht man im Allgemeinen von sequentiellen Verfahren. Hierbei dient die während der Datenübertragung von der Basisstation zum Transponder übertragene Energie dazu, einen Ladekondensator im Transponder als Energiespeicher aufzuladen. Die im Ladekondensator gespeicherte Energie wird anschließend dafür verwendet, eine Antwort an die Basisstation zu generieren. Der Transponder erzeugt dabei ein schwaches magnetisches Wechselfeld, welches von der Basisstation empfangen wird.If the data and energy transmission from the base station to the transponder takes place in a time-delayed manner with the data transmission from the transponder to the base station, this is generally referred to as sequential methods. In this case, the energy transmitted during the data transmission from the base station to the transponder serves to charge a charging capacitor in the transponder as an energy store. The energy stored in the charging capacitor is then used to generate a response to the base station. The transponder generates a weak magnetic alternating field, which is received by the base station.
Derartige Systeme sind beispielsweise beschrieben in
Ein Nachteil bekannter sequentieller Systeme ist jedoch, dass die im Transponder gespeicherte Energie nicht effizient zur darauffolgenden Datenübertragung genutzt wird. Manche Systeme sind zudem nur sehr aufwendig realisierbar.However, a disadvantage of known sequential systems is that the energy stored in the transponder is not efficiently used for the subsequent data transmission. Some systems are also very expensive to implement.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Transponder-Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Transponders bereitzustellen, welche einfach realisierbar sind und welche die im Transponder gespeicherte Energie effizient zur Datenübertragung nutzen.The object of the invention is to provide a transponder arrangement and a method for operating a transponder, which are easy to implement and which use the energy stored in the transponder efficiently for data transmission.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Transponder-Anordnung gemäß Anspruch 1 beziehungsweise ein Verfahren gemäß Anspruch 14.The object is achieved by a transponder arrangement according to
Die erfindungsgemäße Transponder-Anordnung, insbesondere eines schlüssellosen Fahrzeuge-Zugangs- und Startsystems, weist einen Schwingkreis mit einer Induktivität, einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität auf, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet ist. Die Transponder-Anordnung weist auch eine zweite Kapazität auf, die zwischen den ersten Anschluss und einen Masseanschluss geschaltet ist. Die Anordnung ist dazu ausgebildet, die zweite Kapazität für eine bestimmte Zeitdauer vom Schwingkreis zu trennen und mittels einer Ladeeinheit aufzuladen und die zweite Kapazität nach dem Aufladen für eine bestimmte Zeitdauer zum Abgeben der gespeicherten Ladung mit dem Schwingkreis zu verbinden.The transponder arrangement according to the invention, in particular a keyless vehicle access and start system, has a resonant circuit with an inductance, an ohmic resistance and a capacitance, which is connected between a first terminal and a second terminal. The transponder assembly also has a second capacitance connected between the first terminal and a ground terminal. The arrangement is designed to disconnect the second capacitance for a certain period of time from the resonant circuit and to charge it by means of a charging unit and to connect the second capacitance after charging for a certain period of time for discharging the stored charge to the resonant circuit.
Auf diese Weise wird Energie in die zweite Kapazität eingespeist, solange diese nicht mit dem Schwingkreis verbunden ist. Wird die Kapazität mit dem Schwingkreis verbunden, wird diese Energie in den Schwingkreis eingespeist. Dies ist mit geringem Aufwand und nur geringen Änderungen der Schaltungsstruktur eines Transponders möglich. Zudem kann die Energie sehr effektiv in den Schwingkreis eingespeist werden. In this way, energy is fed into the second capacity, as long as it is not connected to the resonant circuit. If the capacitance is connected to the resonant circuit, this energy is fed into the resonant circuit. This is possible with little effort and only minor changes to the circuit structure of a transponder. In addition, the energy can be very effectively fed into the resonant circuit.
Ein Schalter kann zwischen die zweite Kapazität und den ersten Anschluss geschaltet sein, wobei der Schalter dazu ausgebildet ist, die zweite Kapazität mit dem Schwingkreis zu verbinden oder von diesem zu trennen.A switch may be connected between the second capacitance and the first terminal, wherein the switch is configured to connect or disconnect the second capacitance with the resonant circuit.
Eine Serienschaltung aus der Ladeeinheit, einem weiteren Schalter und einem ohmschen Widerstand kann parallel zu der zweiten Kapazität zwischen den Schalter und den Masseanschluss geschaltet sein, um die zweite Kapazität aufzuladen, wenn diese mit der Ladeeinheit verbunden wird.A series circuit of the charging unit, another switch and an ohmic resistor may be connected in parallel with the second capacitor between the switch and the ground terminal to charge the second capacitor when connected to the charging unit.
Die Transponder-Anordnung kann weiterhin eine dritte Kapazität aufweisen, die zwischen den zweiten Anschluss und den Masseanschluss geschaltet ist. Die Anordnung kann dabei weiterhin dazu ausgebildet sein, die dritte Kapazität für eine bestimmte Zeitdauer vom Schwingkreis zu trennen und mittels der Ladeeinheit aufzuladen, und die dritte Kapazität nach dem Aufladen für eine bestimmte Zeitdauer zum Abgeben der gespeicherten Ladung mit dem Schwingkreis zu verbinden, wobei zu jedem Zeitpunkt maximal eine der beiden Kapazitäten mit dem Schwingkreis verbunden ist.The transponder assembly may further include a third capacitance connected between the second terminal and the ground terminal. The arrangement may be further configured to disconnect the third capacitor for a certain period of time from the resonant circuit and charge by means of the charging unit, and to connect the third capacitor after charging for a certain period of time for discharging the stored charge to the resonant circuit, wherein each time a maximum of one of the two capacitances is connected to the resonant circuit.
Der Schwingkreis wird angeregt, wenn dessen Induktivität einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist.The resonant circuit is excited when its inductance is exposed to an electromagnetic field.
Eine Spannung über der ersten Kapazität weist einen sinusförmigen Verlauf auf, wenn der Schwingkreis angeregt wird. Die zweite Kapazität kann mit dem Schwingkreis verbunden werden, wenn die Spannung über der ersten Kapazität negativ ist und die dritte Kapazität kann mit dem Schwingkreis verbunden werden, wenn die Spannung über der ersten Kapazität positiv ist. Die Spannungen über der zweiten Kapazität bzw. der dritten Kapazität werden so nie negativ.A voltage across the first capacitance has a sinusoidal shape when the resonant circuit is excited. The second capacitance may be connected to the resonant circuit when the voltage across the first capacitance is negative and the third capacitance may be connected to the resonant circuit when the voltage above the first capacitance is positive. The voltages across the second capacitance and the third capacitance never become negative.
Die zweite Kapazität und die dritte Kapazität können jeweils für eine Halbwelle der Spannung über der ersten Kapazität mit dem Schwingkreis verbunden werden. In den Schwingkreis wird somit immer im Nulldurchgang der Spannung über der ersten Kapazität ein Strom eingespeist und es erfolgt ein zusätzlicher Ladungsausgleich zwischen der zweiten Kapazität bzw. der dritten Kapazität und der ersten Kapazität. In der jeweils anderen Halbwelle können die Kapazitäten geladen werden.The second capacitance and the third capacitance may each be connected to the resonant circuit for a half-wave of the voltage across the first capacitance. In the resonant circuit thus a current is always fed at the zero crossing of the voltage across the first capacitance and there is an additional charge equalization between the second capacitor and the third capacitor and the first capacitor. In the other half-wave, the capacities can be loaded.
Die zweite Kapazität und die dritte Kapazität können jedoch auch jeweils nur für eine Viertelwelle der Spannung über der ersten Kapazität mit dem Schwingkreis verbunden werden. Die zweite Kapazität kann dabei mit dem Schwingkreis verbunden werden, wenn die Spannung über der ersten Kapazität ein positives Maximum erreicht, und die dritte Kapazität kann mit dem Schwingkreis verbunden werden, wenn die Spannung über der ersten Kapazität ein negatives Minimum erreicht. Der Ladungsausgleich zwischen den Kapazitäten erfolgt dann immer im Nulldurchgang des Stromes durch die Induktivität. Die Spannung über der ersten Kapazität wird dadurch zu dem jeweiligen Zeitpunkt um einen bestimmten Betrag erhöht.However, the second capacitance and the third capacitance may also be connected to the resonant circuit only for a quarter wave of the voltage across the first capacitance. The second capacitance may be connected to the resonant circuit when the voltage across the first capacitance reaches a positive maximum, and the third capacitance may be connected to the resonant circuit when the voltage above the first capacitance reaches a negative minimum. The charge balance between the capacitors is then always in the zero crossing of the current through the inductor. The voltage across the first capacity is thereby increased by a certain amount at the respective time.
Der Schwingkreis kann ein Parallelschwingkreis sein, bei dem eine Serienschaltung aus der Induktivität und dem ohmschen Widerstand parallel zu der ersten Kapazität zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet ist.The resonant circuit may be a parallel resonant circuit in which a series connection of the inductance and the ohmic resistance is connected in parallel to the first capacitance between the first terminal and the second terminal.
Der Schwingkreis kann jedoch auch ein Serienschwingkreis sein, bei dem die Induktivität, der ohmsche Widerstand und die erste Kapazität in Serie zwischen den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss geschaltet sind.However, the resonant circuit may also be a series resonant circuit in which the inductance, the ohmic resistance and the first capacitance are connected in series between the first terminal and the second terminal.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Transponders weist das Aufladen einer zweiten Kapazität mittels einer Ladeeinheit für eine erste bestimmte Zeitdauer auf. Nach dem Aufladen wird die zweite Kapazität für eine zweite bestimmte Zeitdauer mit einem Schwingkreis verbunden. Der Schwingkreis weist eine erste Kapazität, einen ohmschen Widerstand und eine Induktivität auf und ist zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss geschaltet. A method of operating a transponder includes charging a second capacitor by means of a charging unit for a first predetermined period of time. After charging, the second capacitance is connected to a resonant circuit for a second predetermined period of time. The resonant circuit has a first capacitance, an ohmic resistance and an inductance and is connected between a first terminal and a second terminal.
Das Verfahren kann weiterhin das Aufladen einer dritten Kapazität mittels der Ladeeinheit für die zweite bestimmte Zeitdauer und, nach dem Aufladen der dritten Kapazität, das Verbinden der dritten Kapazität mit dem Schwingkreis für die erste bestimmte Zeitdauer aufweisen.The method may further include charging a third capacitance by the charging unit for the second predetermined period of time and, after charging the third capacitance, connecting the third capacitance to the resonant circuit for the first predetermined period of time.
Das Aufladen der dritten Kapazität kann dabei erfolgen, während die zweite Kapazität für die zweite bestimmte Zeitdauer mit dem Schwingkreis verbunden ist, und die dritte Kapazität kann mit dem Schwingkreis verbunden werden, während die zweite Kapazität mittels der Ladeeinheit aufgeladen wird.The charging of the third capacitance may take place while the second capacitance is connected to the resonant circuit for the second specific period of time, and the third capacitance may be connected to the resonant circuit while the second capacitance is being charged by means of the charging unit.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures of the drawing.
Es zeigt:It shows:
In
Wird der Schwingkreis angeregt, bildet sich über der ersten Kapazität
Die Transponder-Anordnung weist weiterhin einen ersten Schalter S1 und einen zweiten Schalter S2 auf. Der erste Schalter S1 ist parallel zu einer Serienschaltung aus dem zweiten Schalter S2 und einer zweiten Kapazität
Ein dritter Schalter S1‘ ist parallel zu einer Serienschaltung aus einem vierten Schalter S2‘ und einer dritten Kapazität
Durch Schließen der entsprechenden Schalter S2, S2‘ können die zweite Kapazität
Eine Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstand
Durch entsprechende Ansteuerung des ersten Schalters S1 und des dritten Schalters S1‘ kann erreicht werden, dass eine Spannung Ucts zwischen dem ersten Anschluss A1 und Masse M und eine Spannung Ucts‘ zwischen dem zweiten Anschluss A2 und Masse M nie negativ werden. Eine mögliche Ansteuerung der Schalter S1, S1‘ ist in den Diagrammen in
Weitere mögliche Arten der Ansteuerung der Schalter werden im Weiteren auch anhand der
Anschließend können der erste Schalter S1, der vierte Schalter S2‘ und der fünfte Schalter S3 geöffnet werden, während der zweite Schalter S2, der dritte Schalter S1‘ und der sechste Schalter S3‘ geschlossen werden, so dass anschließend die zweite Kapazität
Die Schalter können beispielsweise jeweils für die Dauer einer Halbwelle der Spannung Uc geschlossen, bzw. geöffnet werden. Dies ist in den Diagrammen in
Zum Zeitpunkt t1, wenn die Spannung Uc negativ wird, wechselt die Anordnung in den zweiten Zustand. Das heißt, der erste Schalter S1, der vierte Schalter S2‘ sowie der fünfte Schalter S3 werden geöffnet. Der zweite Schalter S2 und der dritte Schalter S1‘ werden geschlossen. Der sechste Schalter S3‘ wird nach einer kurzen Verzögerungszeit ebenfalls geschlossen. Die Spannung Ucts‘ zwischen dem zweiten Anschluss A2 und Masse M ist Null. Die Spannung Ucts zwischen dem ersten Anschluss A1 und Masse M hingegen wird positiv. Auch die Spannungen Uct und Uct‘ sind positiv. Während die Spannung Uct der Spannung Ucts entspricht, solange sich die Anordnung in dem zweiten Zustand befindet, steigt die Spannung Uct‘ über der dritten Kapazität
Zu einem Zeitpunkt t2, wenn die Spannung Uc wieder positiv wird, wechselt die Anordnung wieder in den ersten Zustand, usw. Immer wenn eine der Kapazitäten
In oben beschriebenem Beispiel werden die zweite und die dritte Kapazität
Dabei wird zunächst ab einem Zeitpunkt t0 die dritte Kapazität
Bereits kurz vor dem Zeitpunkt t1 wird der fünfte Schalter S3 geschlossen, um die zweite Kapazität
Die Spannung Uc macht jeweils einen Sprung, wenn eine der beiden Kapazitäten
Die Spannungen Uct und Uct‘ über der zweiten Kapazität
Die zweite und die dritte Kapazität
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Induktivität inductance
- 22
- ohmscher Widerstand ohmic resistance
- 33
- erste Kapazität first capacity
- 44
- zweite Kapazität second capacity
- 55
- ohmscher Widerstand ohmic resistance
- 66
- dritte Kapazität third capacity
- 77
- ohmscher Widerstand ohmic resistance
- 88th
- Ladeeinheit charging unit
- A1A1
- erster Anschluss first connection
- A2A2
- zweiter Anschluss second connection
- MM
- Masse Dimensions
- UcUc
- Spannung über der ersten Kapazität Voltage above the first capacity
- Uctsucts
- Spannung zwischen dem ersten Anschluss und Masse Voltage between the first terminal and ground
- Uctuct
- Spannung über dem zweiten Kondensator Voltage across the second capacitor
- Ucts‘ucts'
- Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und Masse Voltage between the second terminal and ground
- Uct‘uct '
- Spannung über dem dritten Kondensator Voltage across the third capacitor
- S1S1
- erster Schalter first switch
- S2S2
- zweiter Schalter second switch
- S1‘S1 '
- dritter Schalter third switch
- S2‘S2 '
- vierter Schalter fourth switch
- S3S3
- fünfter Schalter fifth switch
- S3‘S3 '
- sechster Schalter sixth switch
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Finkenzeller, Klaus: RFID-Handbuch (Grundlagen und praktische Anwendungen von Transpondern, kontaktlosen Chipkarten und NFC). München, 2012, S. 29–61 [0006] Finkenzeller, Klaus: RFID manual (basics and practical applications of transponders, contactless chip cards and NFC). Munich, 2012, pp. 29-61 [0006]
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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