DE19827476C1 - Verfahren zum bidirektionalen Übertragen digitaler Daten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum bidirek­ tionalen Übertragen digitaler Daten aus einer Folge von H-Bits und L-Bits zwischen einem Transponder und einem Schreib/Lesegerät, bei dem das Schreib/Lesegerät dem Transponder vor jeder Datenübertragung einen HF-Ladeimpuls mit vorgegebener Frequenz zusendet, der im Transponder zur Gewinnung seiner Versorgungsenergie benutzt wird, wobei die digitalen Daten dann mittels Impulsdauermodulation eines Trägers mit der vorgegebenen Frequenz übertragen werden, die Dauer der aufeinanderfolgenden Impulse zur Demodulation der Daten gemessen und der gemessene Wert durch Vergleich mit einem Schwellenwert als H-Bit oder als L-Bit weiter verarbeitet wird.

Aus der US-A-5 548 291 ist eine Transponderanordnung bekannt, die aus einem Transponder und einem Schreib/Lese­ gerät besteht. Mit Hilfe des Schreib/Lesegeräts können die im Transponder gespeicherten Daten gelesen werden, und es ist auch möglich, mit Hilfe dieses Schreib/Lesegeräts Daten in den Transponder einzugeben und in diesem für einen späte­ ren Abruf zu speichern. Eine solche Transponderanordnung kann beispielsweise dazu verwendet werden, in einem mehr­ stufigen Produktionsablauf mittels des an den herzustellen­ den Produkten angebrachten Transponders jeweils nach jeder Produktionsstufe im Transponder durch Abspeicherung entspre­ chender Daten festzuhalten, daß das Produkt eine bestimmte Produktionsstufe durchlaufen hat. Vor der nächsten Produk­ tionsstufe kann dann mit Hilfe des Schreib/Lesegeräts durch Lesen der im Transponder gespeicherten Daten geprüft werden, ob das Produkt die vorhergehende Produktionsstufe bereits durchlaufen hat, so daß dann die nächste Produktionsstufe an der Reihe ist. Nach Durchlaufen dieser nächsten Produktions­ stufe kann im Transponder erneut eine Kenngröße dafür abgespeichert werden, daß diese nächste Produktionsstufe tatsächlich durchlaufen worden ist.

In der bekannten Transponderanordnung erfolgt die Übertra­ gung der Daten unter Anwendung der Frequenzumtastmodulation (FSK-Modulation), bei der zur Unterscheidung der H-Bits von den L-Bits HF-Impulse mit zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesendet werden, wobei die eine Frequenz dem einen Binär­ wert (beispielsweise H) und die andere Frequenz dem anderen Binärwert (beispielsweise L) zugeordnet ist.

Es ist auch eine Transponderanordnung in Gebrauch, die sich von der oben geschilderten Transponderanordnung nur dadurch unterscheidet, daß eine andere Modulationsart zur Übertra­ gung der digitalen Daten angewendet wird. Es wird dabei die Impulsdauermodulation angewendet, bei der die H- und L-Bits durch HF-Impulse mit unterschiedlicher Dauer aber jeweils gleicher Trägerfrequenz übertragen werden. Bei der Demodu­ lation wird die Dauer der Impulse gemessen. Abhängig davon, ob die gemessene Dauer über oder unter einem Schwellenwert liegt, wird dem empfangenen Impuls der Binärwert H oder der Binärwert L für die weitere Verarbeitung der Daten zugeord­ net.

Die Dauer der zu dem zur Demodulation eingesetzten Zähler gelangenden Impulse wird von mehreren Faktoren beeinflußt. Diese Faktoren sind beispielsweise eine Verstimmung des im HF-Teil des Transponders enthaltenen Resonanzkreises, die Änderung des Abstandes zwischen dem Transponder und dem Schreib/Lesegerät, temperaturabhängige Parameteränderungen des im Transponder eingesetzten Halbleiterchips, Parameter­ änderungen im Transponder-Halbleiterchip aufgrund von Toleranzen beim Herstellungsprozeß, der Gütefaktor der Transponderantenne, der Gütefaktor der Antenne im Schreib/­ Lesegerät, die vom Schreib/Lesegerät zum Transponder über­ tragene Energiemenge, aus der die Versorgungsspannung gewonnen wird. Diese Einflüsse auf die Dauer der Impulse hat Auswirkung auf die Sicherheit der Erkennung der übertragenen Information. Es kann nämlich durchaus der Fall eintreten, daß sich die Dauer der Impulse so stark ändert, daß sowohl Impulse, die H-Bits repräsentieren, als auch Impulse, die L-Bits repräsentieren in ihrer Dauer über oder unter dem eingestellten Schwellenwert liegen. Wenn dieser Fall ein­ tritt, ist es nicht mehr möglich, zwischen H-Bits und L-Bits zu unterscheiden. Zur Kompensation der Einflüsse kann zwar die Dauer der Bits bei entsprechend erhöhtem Schwellenwert vergrößert werden, jedoch wird in diesem Fall dann die Übertragungsgeschwindigkeit der Daten herabgesetzt. Bei Beibehaltung der Dauer der Impulse müßte zur Erhöhung der Sicherheit der Abstand zwischen dem Transponder und dem Schreib/Lesegerät verkürzt werden, was ebenfalls in vielen Fällen unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe ermöglicht wird, die Sicherheit der Datenübertragung zwischen einem Schreib/Lesegerät und einem Transponder ohne Beeinträchtigung der Übertragungs­ geschwindigkeit und ohne großen Aufwand zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nach der Übertragung des HF-Ladeimpulses und vor der Übertragung der die digitalen Daten repräsentierenden HF-Impulse ein ein H-Bit und ein ein L-Bit repräsentierender HF-Referenzimpuls übertragen werden, daß die Gesamtdauer dieser beiden Impulse gemessen wird und daß die halbe Gesamtdauer als der Schwel­ lenwert genommen wird, mit dem die gemessene Dauer der anschließend empfangenen, Daten repräsentierenden HF-Impulse zur Demodulation verglichen wird.

Aufgrund der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schwellenwert für die gemessene Dauer der empfangenen Impulse, der bei der Demodulation die entscheidende Rolle spielt, jeweils unter Berücksichtigung der tatsächlichen Gegebenheiten so eingestellt, daß eine einwandfreie Erken­ nung der H-Bits und der L-Bits ermöglicht wird. Es kann nicht mehr der Fall eintreten, daß aufgrund von Parameter­ änderungen der oben geschilderten Art sowohl die Dauer der ein H-Bit repräsentierenden Impulse als auch die Dauer der ein L-Bit repräsentierenden Impulse größer oder kleiner als der Schwellenwert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die gemessene Dauer der Referenzimpulse im Transponder zur Einstellung der Übertragungsgeschwindigkeit verwendet wird, mit der im Transponder gespeicherte Daten zum Schreib/Lesegerät übertragen werden. Diese vorteilhafte Möglichkeit ergibt sich dadurch, daß die gemessene Dauer der Referenzimpulse eine Aussage über die Zeit darstellt, die für die Übertragung eines H-Bits und eines L-Bits benötigt wird. Somit ist auch die Übertragungsgeschwindigkeit bekannt, mit der die Übertragung dieser Bits erfolgt, und es kann im Transponder eine von dieser Übertragungs­ geschwindigkeit abhängige Übertragungsgeschwindigkeit für das Zurücksenden von Daten aus dem Transponder zum Schreib/Lesegerät eingestellt werden. Im einfachsten Fall wird natürlich die gleiche Geschwindigkeit für die Rück­ übertragung der Daten eingestellt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Signaldiagramm, das zeigt, wie Daten vom Schreib/Lesegerät zum Transponder übertragen werden, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild, in dem Schaltungseinheiten des Transponders dargestellt sind, die zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt werden.

Das hierzu erörternde Verfahren wird bei einer Transponder­ anordnung angewendet, bei der der Transponder ein sogenann­ ter passiver Transponder ist, der keine eigene Energiever­ sorgungsquelle enthält. Dieser Transponder gewinnt die zu seinem Betrieb notwendige Energie vielmehr aus einem HF- Ladeimpuls, der ihm zu Beginn einer Datenübertragung von einem Schreib/Lesegerät zugesendet wird. Eine Transponder­ anordnung dieser Art ist, wie oben bereits erwähnt wurde, aus der US-A-5 548 291 bekannt, so daß wegen der allgemeinen Einzelheiten hier nicht näher auf den Aufbau und die Wir­ kungsweise einer solchen Transponderanornung eingegangen werden muß. In Fig. 1 ist schematisch eine Folge von Impulsen dargestellt, die von einem Schreib/Lesegerät zu einem passiven Transponder übertragen wird. Diese Impuls­ folge beginnt mit einem HF-Ladeimpuls, der im Transponder gleichgerichtet und zur Aufladung eines Energiespeichers, beispielsweise eines Kondensators, ausgenutzt wird. Diese Energiespeicher dient dann als Energiequelle, die die Versorgungsspannung für den Transponder liefert. Der HF- Ladeimpuls und auch jeweils aufeinanderfolgende weitere HF- Impulse sind jeweils durch eine Impulspause von stets gleicher Dauer voneinander getrennt. Diese Impulspause wird benötigt, um einerseits Steuerungsvorgänge auszulösen und andererseits die Möglichkeit zu schaffen, aufeinanderfol­ gende Datenimpulse voneinander zu unterscheiden. Fig. 1 zeigt weiterhin, daß im Anschluß an den HF-Ladeimpuls zwei Referenzimpulse gesendet werden, von denen der eine mit der längeren Dauer ein H-Bit repräsentiert, während der andere mit kürzerer Dauer ein L-Bit repräsentiert. An diese Refe­ renzimpulse schließen sich dann die Datenimpulse an, die die eigentliche, zum Transponder zu übertragende Information repräsentieren.

Im Blockschaltbild von Fig. 2 ist schematisch eine HF- Eingangs- und Energieversorgungsstufe 10 dargestellt, die dafür sorgt, daß der empfangene HF-Ladeimpuls gleichgerich­ tet und zur Aufladung eines Kondensators mit dem Ziel der Bereitstellung der Versorgungsspannung des Transponders verarbeitet. Die HF-Eingangs- und Energieversorgungsstufe 10 leitet die im Anschluß an den HF-Ladeimpuls empfangenen Signale einer Signalformerschaltung 14 zu, die im wesent­ lichen eine Begrenzung der ihr zugeführten HF-Impulse durchführt. Die Signalformerschaltung 14 gibt beim Empfang der ersten Signalflanke nach Beendigung des HF-Ladeimpulses an ihrem Ausgang 16 ein Signal ab, das eine Ablaufsteuerung 18 in Betrieb setzt. Gleichzeitig gibt sie die von ihr geformten HF-Impulse an einen Zähler 20 weiter, der so ausgebildet ist, daß er die Nulldurchgänge der ansteigenden Signalflanken zählt. Dieser Zähler kann mittels eines Signals aus der Ablaufsteuerung 18 an seinem Eingang 22 auf einen Anfangszustand zurückgesetzt werden. Es ist ferner ein Speicher 24 vorgesehen, der an von der Ablaufsteuerung 18 festgelegten Zeitpunkten den Stand des Zählers übernehmen kann, und es ist ferner ein Komparator vorgesehen, der den im Speicher 24 enthaltenen Zählerstand ebenfalls an von der Ablaufsteuerung 18 festgelegten Zeitpunkten mit dem aktuel­ len Zählerstand vergleichen kann.

Wie die Demodulierung der empfangenen Daten im einzelnen erfolgt, wird nun unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild von Fig. 2 näher erläutert. Wie erwähnt, bewirkt der HF- Ladeimpuls in der HF-Eingangs- und Energieversorgungsstufe 10 das Aufladen eines Kondensators, dessen Ladespannung die Versorgungsspannung für den Transponder darstellt. Sobald nach Beendigung des HF-Ladeimpulses die erste Flanke des Referenzimpulses zur Signalformerschaltung 14 gelangt, gibt diese an ihrem Ausgang 16 ein Steuersignal ab, das die Ablaufsteuerschaltung 18 in Betrieb setzt. Die Ablauf­ steuerung gibt daraufhin an ihrem Ausgang 28 einen Impuls ab, der den Zähler 20 in einen definierten Anfangsstand bringt, so daß dieser die nachfolgenden Nulldurchgänge in den Referenzimpulsen beginnend von diesem Anfangsstand aus zu zählen beginnt. Dieser Anfangsstand ist vorteilhafter­ weise natürlich der Zählerstand Null. Die Ablaufsteuerschal­ tung 18 ist so ausgebildet, daß sie nach der ersten Impuls­ pause, die zwischen die beiden Referenzimpulse eingefügt ist, beim Auftreten der ersten Flanke des zweiten Referenz­ impulses kein Signal an ihrem Ausgang 28 abgibt, das den Zähler 20 in einen definierten Anfangszustand versetzt. Dies bedeutet, daß der Zähler 20 die Nulldurchgänge des zweiten Referenzimpulses weiter zählt, so daß sich am Ende des zweiten Referenzimpulses ein Gesamtzählerstand ergibt, der der Summe der Nulldurchgänge der beiden Referenzimpulse entspricht. Da die Nulldurchgänge in den Referenzimpulsen im festen zeitlichen Abstand voneinander liegen, ist der Gesamtzählerstand, der am Ende des zweiten Referenzimpulses erreicht ist, ein Maß für die Dauer der beiden Referenz­ impulse. Wenn die Signalformerschaltung 14 nach dem Ende der Impulspause nach dem zweiten Referenzimpuls beim Auftreten der ersten Flanke des ersten Datenimpulses an ihrem Ausgang 16 wieder ein Signal an die Ablaufsteuerung 18 abgibt, gibt diese an ihrem Ausgang 30 ein Steuersignal ab, das den Speicher 24 veranlaßt, den erreichten Gesamtzählerstand zu übernehmen. Gleichzeitig wird dieses Steuersignal dazu benutzt, den Zähler 20 wieder auf den definierten Anfangs­ stand zurückzustellen. Der Zähler 20 beginnt daher von diesem definierten Anfangsstand aus die Nulldurchgänge des ersten Datenimpulses zu zählen.

Die Übernahme des Gesamtzählerstandes des Zählers 20 in den Speicher 24 erfolgt so, daß im Speicher 24 nicht die den Gesamtzählerstand repräsentierende Zahl, sondern genau die Hälfte dieser Zahl gespeichert wird. Dies geschieht einfach dadurch, daß entsprechend der binären Logik das Abspeichern um eine Bit-Position nach links verschoben erfolgt, was einer Halbierung des Gesamtzählerstandes gleichkommt. Im Speicher 24 ist also nach der Übernahme des Zählerstandes aus dem Zähler 20 der Mittelwert aus der Dauer des ersten Referenzimpulses und der Dauer des zweiten Referenzimpulses gespeichert. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, hat der erste Referenzimpuls eine längere Dauer als der zweite Referenz­ impuls, wobei der erste Referenzimpuls dem Binärwert H und der zweite Referenzimpuls dem Binärwert L zugeordnet ist. Der im Speicher 24 gespeicherte Mittelwert dient bei der Demodulation der nachfolgenden Datensignale als Schwellen­ wert, anhand dessen bestimmt wird, ob der empfangene Daten­ impuls dem Binärwert H oder dem Binärwert L zugeordnet ist.

Der Vergleich wird immer dann vorgenommen, wenn ein Signal vom Ausgang 16 der Signalformerschaltung 14 der Ablauf­ steuerung 18 anzeigt, daß wieder ein neuer Datenimpuls beginnt, worauf die Ablaufsteuerung 18 an ihrem Ausgang 32 ein Steuersignal an den Komparator 26 abgibt, damit dieser einen Vergleich zwischen dem gerade vorliegenden Zählerstand und dem im Speicher 24 abgespeicherten Schwellenwert durch­ führt. Je nachdem, ob der Zählerstand über oder unter dem Schwellenwert liegt, gibt der Komparator 26 an seinem Ausgang 34 ein Signal mit hohem oder mit niedrigem Wert entsprechend dem Binärwert H oder dem Binärwert L ab. Die vom Komparator am Ausgang 34 abgegebene Signalfolge ent­ spricht somit den übertragenen Daten. Unmittelbar nach Beendigung des Vergleichsvorgangs gibt die Ablaufsteuerung 18 wieder ein Signal an ihrem Ausgang 28 ab, die den Zähler in den vorbestimmten Anfangszustand zurücksetzt, so daß dieser die Nulldurchgänge des nächsten Datenimpulses wieder von diesen definierten Anfangszustand aus zu zählen beginnt.

Das beschriebene Verfahren läßt sich in einer existierenden Transponderanordnung sehr leicht verwirklichen, bei der die Datenübertragung durch Impulsdauermodulation erfolgt. Es ist lediglich erforderlich, zwei zusätzliche Impulse, nämlich die Referenzimpulse zu übertragen. Bei Übertragungsverfah­ ren, bei denen den eigentlichen Daten eine Startsequenz, beispielsweise zu Synchronisierungszwecken, vorausgeht, können auch zwei Impulse dieser Startsequenz als die Refe­ renzimpulse ausgewertet werden, so daß diese nicht zusätz­ lich übertragen werden müssen. Die Ablaufsteuerung muß so geändert werden, daß sie den oben geschilderten Ablauf der einzelnen Schritte erzeugt. Mit dem Eingriff in die Ablauf­ steuerung muß dafür gesorgt werden, daß der Zähler beim Empfang der Referenzimpulse nicht die Dauer der einzelnen Impulse, sondern die Dauer der zwei aufeinanderfolgenden Impulsen mißt, also deren Gesamtdauer mißt. Die Hälfte dieser Gesamtdauer wird dann als der Schwellenwert benutzt, der zur Decodierung der Datenimpulse herangezogen wird. Da die Schwellenwertbildung unter Heranziehung tatsächlich übertragener Impulse erfolgt, ist er mit den eingangs geschilderten Parametern behaftet, die die Dauer der übertragenen Impulse beeinflussen können. Da auch die Datenimpulse diesen Einflüssen unterliegen, ist sicher­ gestellt, daß die Datenimpulse korrekt decodiert werden können, da hierzu ein jeweils den gegebenen Verhältnissen angepaßter Schwellenwert herangezogen wird.

Der ermittelte Schwellenwert enthält eine Aussage über die Geschwindigkeit, mit der die Datenübertragung vom Schreib/­ Lesegerät zum Transponder erfolgt. Somit ist es möglich, anhand dieses Schwellenwerts im Transponder auch die Geschwindigkeit einzustellen, mit der die Rückübertragung von Daten vom Transponder zum Schreib/Lesegerät erfolgt. Dies erhöht die Flexibilität der Anwendung der Transponder­ anordnung an unterschiedliche Verhältnisse.

Claims (2)

1. Verfahren zum bidirektionalen Übertragen digitaler Daten aus einer Folge von H-Bits und L-Bits zwischen einem Transponder und einem Schreib/Lesegerät, bei dem das Schreib/Lesegerät dem Transponder vor jeder Datenübertragung einen HF-Ladeimpuls mit vorgegebener Frequenz zusendet, der im Transponder zur Gewinnung seiner Versorgungsenergie benutzt wird, wobei die digitalen Daten dann mittels Impulsdauermodulation eines Trägers mit der vorgegebenen Frequenz übertragen werden, die Dauer der aufeinander­ folgenden Impulse zur Demodulation der Daten gemessen und der gemessene Wert durch Vergleich mit einem Schwellenwert als H-Bit oder als L-Bit weiter verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Übertragung des HF-Ladeimpulses und vor der Übertragung der die digitalen Daten repräsen­ tierenden HF-Impulse ein ein H-Bit und ein ein L-Bit reprä­ sentierender HF-Referenzimpuls übertragen werden, daß die Gesamtdauer dieser beiden Impulse gemessen wird und daß die halbe Gesamtdauer als der Schwellenwert genommen wird, mit dem die gemessene Dauer der anschließend empfangenen, Daten repräsentierenden HF-Impulse zur Demodulation verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessene Dauer der Referenzimpulse zur Einstellung der Übertragungsgeschwindigkeit verwendet wird, mit der im Transponder gespeicherte Daten zum Schreib/Lesegerät über­ tragen werden.