DE2235309A1

DE2235309A1 - Datenabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2235309A1
Application number: DE2235309A
Authority: DE
Inventors: William Michael Bechtold; Richard Charles Smith
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1971-08-02
Filing date: 1972-07-19
Publication date: 1973-02-15
Also published as: FR2148042A1; GB1352818A; JPS4825447A; US3774205A; CA972047A; FR2148042B1

Description

THE NATIONAL CASH REGISTER COMPANY Dayton, Ohio (U. S. A.)

Patentanmeldung Nr. Unser Az.: 1385/Germany

Datenabtastvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Datenabtastvorrichtung.

Aus der US-Patentschrift 3521280 ist bereits eine Datenabtastvorrichtung bekannt, in der mit Hilfe eines Mikrowellensenders und eines Mikrowellenempfängers die in Form von Resonanzkreisen auf einem Datenträger vorhandenen Informationen abgetastet werden. In dieser Vorrichtung werden die Amplituden und/oder Phasenlage des reflektierten Mikrowellenstrahles ausgewertet. In dieser Vorrichtung ist es nachteilig, daß durch-Überlagerungserscheinungen zwischen dem ausgesandten und dem reflektierten Strahl Fehler auftreten können. Aus der US-Patentschrift 3247510 ist außerdem eine Mikrowellenabtastvorrichtung bekannt, mit der die Phasenlage des von dem^z»messenden Objekt reflektierten Mikrowellen-Strahles ausgewertet wird. Die Phasendrehung wird durch im unterschiedlichen Winkel angeordnete Cornerreflektoren erzeugt. In dieser Vorrichtung ist es nachteilig, daß das zu identifizierende Objekt zur Erzeugung der Phasendrehung speziell angeordnete Reflektoren benötigt.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung» eine Abtastvorrichtung aufzuzeigen, mit der eine sicherere Abtastung bei geringerem Aufwand bezüglich des abzutastenden Datenträgers möglich ist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Sender zum Erzeugen von Mikrowellenabfragesignalen mit festgelegten Frequenzinkrementen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches, die in einer ersten Richtung polarisiert sind und durch einen Aufzeichnungsträger, auf dem eine Vielzahl von Resonanzkreisen angeordnet sind, die jeweils auf ein bestimmtes Abfragesignal ansprechen und Energie mit einer zweiten Polarisation zurückstrahlen und ferner gekennzeichnet durch einen Empfänger, der auf die in der zweiten Richtung polarisierte reflektierte Energie anspricht und in dem Datensignale in Abhängigkeit von der reflektierten Energie erzeugt werden«,

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Beispieles mit Hilfe von Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Datenträgeretikett, das aus einem Chip mit einer Vielzahl von L-C-Kreisen besteht, Fig. 2 eine graphische Darstellung eines gewobbelten Frequenzberei ches,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines L-C-Kreises, Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines L-C-Kreises, Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines L-C-Kreises, Fig. 6 ein Blockschaltbild von einer Schreibeinheit, Fig. 7 ein Zeitdiagramm für das Blockschaltbild nach Fig. 6,

Fig. 8 ein Blockschaltbild von einer Leseeinheit und Fig. 9 ein Zeitdiagramm für die Leseeinheit nach Fig.

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In Fig. 1 ist ein Aufzeichnungsträger 10 dargestellt, der für verschiedene Anwendungen verwendet werden kann und der eine Seitenausdehnung von etwa 1,3 mm aufweist. Auf dem Aufzeichnungsträger 10 sind eine Vielzahl von L-C-Kreisen angeordnet. Der Aufzeichnungsträger 10, der z. B-. auf einem Chip angeordnet sein kann, enthält 49 L-C-Kreise 12, die als Resonanzkreise arbeiten können. Der Aufzeichnungsträger 10 kann z. B. als Etikett verwendet werden und auf Kolonialwaren, Kleidungsstücke oder andere zu verkaufende Gegenstände angebracht sein» Die Anzahl der Kreise 12 kann unterschiedlich sein und hängt von den jeweiligen Anforderungen ab. Die Resonanzfrequenz der Kreise liegt zwischen 7,0 GHz und 11,9 GHz. Die Resonanzfrequenzen der 49 Kreise in Fig. 1 weisen jeweils einen Abstand von 100 MHz auf. Die Resonanzfrequenz eines jeden Kreises ist jeweils nur einmal in der gesamten Anordnung vorhanden. Es ist nicht notwendig, daß ein bestimmter Frequenzabstand eingehalten werden muß und daß die Frequenzabstände gleichmäßig sein müssen. Die Unterschiede müssen jedoch in einem vorbestimmten Bereich liegen.

Der Aufzeichnungsträger 10 ist eine standardisierte Anordnung aus Mikrominiaturresonanzkreisen, z. B. L-C-Oszillatorschwingkreise, die nacheinander über ein breites Frequenzspektrum abgestimmt werden. In dieser Anordnung können einige Teile (z. B. eine Induktivität in einem L-C-Kreis) als Antennen verwendet werden. Die hier beschriebenen Anordnungen sind so aufgebaut, daß sie fern erregt werden können in Resonanz kommen und eirenTeil der Erregungsenergie wieder zurückstrahlen. Dabei wird die natürliche Resonanzfrequenz der Kreise ausgenützt.

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Es gibt zwei Methoden, die hier verwendeten L-C-Kreise zu zerstören bzw. funktionsunfähig zu machen. Die erste Methode liegt darin, daß die Kapazität kurzgeschlossen wird und die zweite Methode, daß die Induktivität geöffnet wird. Der Aufzeichnungsträger 10 wird durch übersteuern des jeweils angewählten Kreises 12 mit den entsprechenden in diesem zu speichernden Daten beaufschlagt. Die Erregung erfolgt durch einen Impuls, der in dem angesteuerten Kreis einenHF-Strom

so
erzeugt, durch den der Kreis - angesteuert wird, so daß er nicht mehr in seinen eigenen Resonanzzustand gelangen kann.

Jeder der in Fig. 1 dargestellten Kreise 12 kann somit ein Bit repräsentieren. Z. B. können die nicht zerstörten Kreise, d. h. die Kreise, die noch mit ihrer natürlichen Resonanzfrequenz erregt werden können, eine binäre Eins darstellen und die Kreise, die nicht mehr in den Resonanzzustand gebracht werden können, eine binäre Null speichern.

Einer der Kreise 12 nimmt bei einer Ansteuerung so viel Energie auf, daß er durch diese Obersteuerung unwirksam gemacht wird. Dieser Vorgang erfolgt während eines normalen Warenprüfvorganges. Alle Waren werden mit einer Abfragefrequenz angesteuert, die von einem Sender erzeugt wird. Wenn ein Stück der zu prüfenden Ware nicht entsprechend bearbeitet wird, bleibt die Vorrichtung so lange wirksam, bis das Abfragesignal eine Frequenz aufweist, die der natürlichen Resonanzfrequenz des Abfragekreises entspricht. Der Empfänger empfängt ein entsprechendes Signal, durch das angezeigt wird, daß von einem Kreis Energie aufgenommen wird.

Infolge der Vielzahl der hier verwendeten Kreise ist es einfacher, die Resonanzfrequenzunterschiede festzustellen als die Resonanzfrequenz der einzelnen Kreise zu bestimmen. Wenn die Kreise 12 als L-C-Kreise in integrierter Technik

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aufgebaut werden, ist die Dicke, die Dielektrizitätskonstante, die Kapazität und die Induktivität der einzelnen Chips unterschiedlich» jedoch sind diese Werte auf einem Chip ziemlich konstant. Aus diesem Grunde werden die Kreise 12 nicht auf bestimmte Resonanzfrequenzen eingestellt. Die Kreise 12aa, 12ba und 12gg sollten z. B. Resonanzfrequenzen von 7,0 GHz, 7,1 GHz und 11,9 GHz besitzen. In Wirklichkeit ist ihre natürliche Resonanzfrequenz bei 7,0 GHz +_ 0,001 GHz, 7,1 GHz + 0,001 GHz usw. Daraus ist ersichtlich, daß mehrere L-C-Kreise unbrauchbar wären, wenn die Resonanzfrequenz ein Kriterium wäre. Es wurde jedoch festgestellt, daß, obwohl die Resonanzfrequenzen der einzelnen Kreise variieren, diese Variation den gleichen Richtungssinn besitzt. Dadurch sind die Resonanzfrequenzabstände zwischen den einzelnen L-C-Kreisen in etwa gleich. Liegt z.B. die Resonanzfrequenz des Kreises 12aa bei 7,001 GHz, d. h. 0,01 GHz über der geplanten Frequenz von 7,000 GHz, so liegen wahrscheinlich die Resonanzfrequenzen der Kreise H2ba bei 7,101 GHz, also um 0,001 über der Sollresonanzfrequenz von 7,100 GHz. Um ein fehlerhaftes Arbeiten zu vermeiden, sollten die Resonanzfrequenzen der einzelnen L-C-Kreise einen Abstand von mindestens +_ 10 MHz voneinander besitzen. Da die Frequenzabstände der einzelnen Kreise etwa gleich sind, kann eine kontinuierliche Frequenzskala für die Codierung und Abfrage verwendet werden. Die absolute Größe der Resonanzfrequenz ist kein wesentliches Parameter. Wesentlich 1st es, daß die Resonanzfrequenzen der L-C-Kreise auf einen Chip 100 MHz voneinader entfernt sind.

Jede Speicheranordnung enthält eine größere Anzahl von Kreisen, in denen sich die Daten befinden. Die Resonanzfrequenzen liegen In den Frequenzbereich 80 in Fig. 2, Wenn ein erstes Bit gelesen werden soll, beginnt der Sender mit

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einer bestimmten Frequenz zu schwingen, die so lange kontinuierlich verändert wird, bis ein erster Kreis in Resonanz kommt. Dieses erste Bit wird Markierungsbit genannt und ist bei82 in Fig. 2 angedeutete Wenn die ausgesendete Frequenz um den Betrag A F, d. h. 100 MHz, verändert wird, gelangt jeweils einer der Kreise in seinen Resonanzzustand. Dieser Vorgang wird über den gesamten Frequenzbereich durchgeführt, so daß alle Kreise abgefragt werden können.

In Fig. 3 ist einer der Kreise 12 aus Fig. 1 dargestellt. Der Kreis 12 besteht aus einem schmalen Streifen, der eine Induktivität 14 bildet. Die Induktivität 14 ist rechteckförmig ausgebildet und besitzt eine Größe zwischen 75 bis 250 ,um. Die offenen Enden der Schleife sind mit einem p-n-Obergang einer Kapazität 16 verbunden. Dadurch wird ein Resonanzkreis gebildet,Der Kreis 12 ist auf einem Siliciumsubstrat 18 mit Hilfe eines herkömmlichen Metallablagerungsverfahrens oder eines Ätzverfahrens erzeugt worden. Die Dicke dieses Substrats liegt zwischen 50 und 100,um. Der hier beschriebene L-C-Kreis besitzt eine Güte Q zwischen 1 und 10 im X-Bandfrequenzbereieh.

In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform tines Kräses dargestellt, bei der eine Induktivität 13 eine rechteckige Schleifenform aufweist. Durch die ineinander greifenden Finger werden eine Vielzahl von einzelnen Kreisen gebildet. Diese Ausführungsform wird durch Kupferätzvorginge hergestellt, wobei Mylarüberzüge verwendet werden. Die ineinander greifenden Finger der Schleife 13 sind in einem dielektrischen Material 70 eingebettet, wodurch die Kapazität erhöht wird.

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In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, in der eine aus einem dünnen Film bestehende Induktivität 17 verwendet wird, die ebenfalls die Form einer rechteckigen Schleife besitzt. Die Kapazität wird durch eine leitende Schicht 19 gebildet, die z. B. aus einer leitenden Chromoxydschicht 72 besteht.

Mit Hilfe der Figuren 6 und 7 wird im folgenden die Schreibschaltung beschrieben« In Fig. 6 ist eine herkömmliche Tastatur 20 mit einem Pufferspeicher 22 verbunden, der z. B. in herkömmlicher Festkörpertechnik hergestellt ist. Der Pufferspeicher 22 ist mit einem Taktgeber 24 verbunden, der außerdem auch einen mit dem Ausgang des Pufferspeichers 22 verbundenen Tastkreis 26 ansteuert. Der Tastkreis 26 steuert seinerseits einen Sägezahngenerator 28, der ebenfalls mit dem Taktgeber 24 verbunden ist. Der Taktgeber 24 und der Sägezahngenerator 28 sind mit einer Steuerschaltung 30 verbunden. Der Sägezahngenerator 28 steuert einen Oszillator 32, dessen Frequenz veränderbar ist, und der mit einem Verstärker 33 verbunden ist. Mit dem Ausgang des Verstärkers 33 ist eine Sendeantenne 34 verbunden. Eine Empfangsantenne 36 ist über eine Eingangsschaltung 38 mit der Steuerschaltung 30 verbunden.

Während einer Schreiboperation,mit der z. B. das Etikett 10 bearbeitet werden soll, werden über die Tastatur die einzuschreibenden Daten in den Pufferspeicher 22 eingegeben. Im Pufferspeicher 22 liegen die Daten in binärer Form vor. Vor dem Schreibvorgang wird der Oszillator 32 mit Hilfe der Steuerschaltung 30 so angesteuert, daß die Ausgangssignale so gedämpft sind, daß die Kreise 12 nicht zerstört werden. Die Frequenzänderung wird in schmalen definierten Schritten so lange durchgeführt, bis ein Erkennungsbit (Fig. 7A) in der Eingangsschaltung 38 erkannt wird. Das

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Markierungsbit wird von dem L-C-Kreis erzeugt, das zuerst durch die ausgesendete Frequenz in Resonanz gebracht wird. Dieser Zeitpunkt ist in Fig. 7B dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt werden die im Pufferspeicher 22 vorhandenen Informationen (Fig. 7C) seriell ausgegeben und in das Etikett 10 eingeschrieben. Der Taktgeber 24 steuert den Sägezahngenerator an, der seinerseits jetzt mit einer Amplitude ansteuert, die ausreicht, um den entsprechenden L-C-Kreis zu zerstören. Die Zerstörung erfolgt selbstverständlich nur dann, wenn im Pufferspeicher 22 eine einem zerstörten Kreis zugeordnete Binärinformation enthalten ist. Wenn z. B. das erste aus dem Pufferspeicher 22 kommende Bit ein Nullbit ist (Fig. 7C), würde der entsprechende L-C-Kreis zerstört. Die Oszillatorausgangsspannung (Fig. 7D) und der Ausgang an dem Verstärker 33 (Fig. 7E) ist in diesem Fall größer als für einen Lesevorgang erforderlich wäre. Somit wird der dieser Frequenz zugeordnete Schwingkreis in diesem Moment zerstört. Wird dieser Kreis zu einem späteren Zeitpunkt gelesen, d. h. abgefragt, kann er kein Resonanzsignal mehr erzeugen. Die ausgesendete Frequenz wird somit für einen entsprechenden Resonanzkreis durch die Wahl der Werte des Taktgebers und des Sägezahngenerators bestimmt» Die Information in den Pufferspeicher 22 bestimmt die Arbeitsweise des Tastkreises 26. Wenn z. B. eine binäre Eins eingeschrieben werden soll, verhindert der Tastkreis 26, daß der Oszillator mit einer Amplitude schwingt, durch die der ausgewählte Kreis zerstört würde. Wenn eine binäre Null eingeschrieben werden soll, bewirkt er, daß der Oszillator mit einer den angesteuerten Kreis zerstörenden Energie arbeitet. Somit kann bei einem folgenden Lesevorgang, der eine binäre Eins repräsentierende Kreis ein Antwortsignal erzeugen, in dem er in seinen natürlichen Resonanzzusta^d gebracht wird.

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Im folgenden wird mit Hilfe der Figuren 8 und 9 ein Abfragekreis zum Lesen der in einem Etikett 10 gespeicherten Information beschrieben. In Fig. 8 ist ein Taktgeber 60 dargestellt* der einen Sägezahngenerator 62 ansteuert und selbst von einem Empfänger 50 angesteuert wird. Der Sägezahngenerator 62 wird außerdem von einer Sägezaiinsteuerschaltung 66 angesteuert« Der Ausgang des Sägezahngenerators 62 ist mit einem in der Frequenz steuerbaren Oszillator verbunden, dessen Ausgang mit einem Verstärker 40 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 40 ist mit einer Sendeantenne 42 verbunden, die die von dem Verstärker 40 kommende Energie polarisiert aussendet. Die Antenne 42 kann z. B. aus einer herkömmlichen Schlitzantenne bestehen. Eine polarisierte Empfangsantenne 52 ist mit dem Empfänger 50 verbunden. Die Polarisation der Antenne 52 besitzt eine andere Ebene als die Polarisation der Antenne 42. Der Empfänger 50 ist mit der Sägezahnsteuerschaltung 66 und mit dem Taktgeber 60 verbunden. Außerdem ist er mit einem Speicher 46 verbunden, dessen Ausgang an einer Dätenverarbeitungseinheit, z. B. an eirver Registrierkasse 44, anliegt« Der Speicher 46 kann aus einer herkömmlichen Diodenanordnung und einem Speicherregister bestehen.

Für den Lesevorgang wird die in Fig. 8 dargestellte Vorrichtung so angeordnet, daß die zu registrierenden Gegenstände, die mit einem Etikett 10 versehen sind, in den Wirkungsbereich der Antennen 42 und 52 gelangen. Der 0szillator64 wird durch den Sägezahngenerator so angesteuert, daß er Mikrowellen über einen bestimmten Frequenzbereich mit Frequenz-Intervallen von Af erzeugt. Diese Mikrowellenenergie wird durch die Sendeantenne 42 z. B, in vertikaler Richtung polarisiert. Ein auf die ausgesendete Frequenz ansprechender Kreis 12 gelangt in Resonanz und sendet seinerseits eine Frequenz aus, die von der Eropfangsantenne empfangen wird.

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Die von diesem Kreis ausgesendete Strahlung ist nicht polarisiert, d» h. sie schwingt in allen Polarisationsebenen. Die z. B„ in horizontaler Richtung polarisierte Empfangsantenne 52 empfängt von dieser ausgesendeten Frequenz lediglich die in horizontaler Richtung liegende Komponente. Aus der vorangehenden Beschreibung kann entnommen werden, daß durch die Polarisation der beiden Antennen 42 und 52 keine Interferenzerscheinungen auftreten können. Aus Fig. 9 (A) geht hervor» daß zuerst ein Markierungsbit 90 empfangen wird, durch das der Taktgeber 60 eingeschaltet wird. Nun beginnt die Aussendung von Mikrowellen im Rhythmus von 100 MHz-Schritten, wie bei B dargestellt ist. Wenn keine Energie empfangen wird, wird,wie aus Fig. 9 bei A angedeutet ist, angezeigt, daß in dem entsprechenden Kreis eine binäre Null gespeichert ist. Wenn eine Hochfrequenzenergie empfangen wird, ist in dem entsprechenden Kreis eine binäre Eins gespeichert. Die empfangenen Signale werden zunächst in einen Speicher 46 eingegeben, in dem sie kurzzeitig gespeichert und entsprechend umgewandelt werden, wie bei C in Fig. 9 dargestellt.

Wie bereits erwähnt, könnte ein Kreis 12 auf dem Etikett 10 für eine Energieentnahmesteuerung reserviert werden. Dieser Kreis wird durch die Abfragestelle zerstört, in dem er durch den Sender übersteuert wird. Dieser Vorgang kann von Hand oder mit Hilfe eines Programms durchgeführt werden. Energieentnahmeabfragestellen können an jedem Punkt angeordnet werden, in dem eine Verzweigung in der Anordnung markiert werden soll. Die Energieentnahmesteuerung ist nicht dargestellt, da sie in der gleichen Weise wie die Vorrichtung in Fig. 8 aufgebaut ist. Jedoch muß lediglich nur eine

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Frequenz übertragen werden, nämlich die natürliche Resonanzfrequenz des L-C-Kreises, der als Energieentnahmesteuerkreis dienen soll. Der Empfänger einer derartigen Vorrichtung wird keine Signale.empfangen, wenn, der zerstörte entsprechende Kreis von der Abfragestation angesteuert wird. Im anderen Falle würde ein entsprechendes Alarm- bzw. Anzeigesignal erzeugt.

In der vorangehend beschriebenen Vorrichtung wurde eine Anordnung beschrieben, die in Mikrominiaturtechnik aufgebaut ist und die ein Leseverfahren ermöglicht, ohne daß eine Ausrichtung der zu lesenden Datenträger erforderlich ist. Außerdem muß der zu lesende Aufzeichnungsträger nicht mit der Lesestation in Berührung gebracht werden. Der in dem Beispiel beschriebene Sender besitzt ein Frequenz-Spektrum zwischen 7,0 und 21,1 GHz mit einem Frequenzabstand von 100 MHz und einer Leistung von 100 mW. Die Impulsbreite liegt zwischen 5 und 10 Mikrosekunden. Der Empfänger benötigt ein Frequenzspektrum zwischen 7,0 und 12,0GHz.

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Claims

Patentansprüche;

(\J Datenabtastvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Sender (40, 42, 60, 62, 64) zum Erzeugen von Mikrowellenabfragesignalen mit festgelegtem Frequenzinkrementen (AF) innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches (80), die in einer ersten Richtung polarisiert sind und durch einen Aufzeichnungsträger (10), auf dem eine Vielzahl von Resonanzkreisen (12) angeordnet sind, die jeweils auf ein bestimmtes Abfragesignal ansprechen und Energie mit einer zweiten Polarisation zurückstrahlen und ferner gekennzeichnet durch einen Empfänger (50), der auf die in der zweiten Richtung polarisierte reflektierte Energie anspricht und in dem Datensignale in Abhängigkeit von der reflektierten Energie erzeugt werden.

2. Datenabtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender eine Antenne (42) enthält, die in einer ersten Richtung polarisiert ist,und daß der Empfänger eine Antenne (42) enthält, die in einer zweiten Richtung polarisiert ist, wobei der Winkel zwischen den beiden Polarisationsrichtungen 90° beträgt.

3. Datenabtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkreise (12) eine Induktivität und eine Kapazität enthalten.

4. Datenabtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (14, 13, 17) durch eine Leiterschleife aus einem leitenden Material gebildet wird.

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5» fratenabtastvorrfehtung; nach Anspruch 3 oder Φ* dadurch gekennzeichnet* daß die Kapazität (16) durch einen p-n-Ober- in einem HaTbleitermateriaT (Fig, 3)s gebildet wird»

f. Datenafctastvörrfchtuftgi rvach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekefirrzeTehnet, daß dfe dte Irtduktfon darsteTTerrde Letter* schleife (idf} efwe Vielzahl von fneinandergreffen^de Finger aufwefst, die zur Erzeugung der Kapazität in eiü dfeTektrisehes MatertaT eirrgiebettet sind (Fig. 4) und durehk die mehrere einzelne Resonanzkreise gefriTdet werden.,

7. Datenabtastvorrichtung fiach etnem der vorangehenden Ansprüche, dadurch:, gekennzeichnet_r daß efner der Resonanzkreise zur Speicherung eines Markierungsbits verwendet wird, durch das ein Ende des Frequenzbereiches definiert wird, und daß während eines Abtastvarganges der Sender in einen vorgegebenen Frequenzbereich in einer bestimmten Richtung; durchgetastet wird^bis das Markierungsbit (90 Fig* 0} abgetastet wird und wobei der Sender Abfragesignate mit einem vorher bestimmten Frequenzinkrement (AF) beginnend mit der Frequenz* bei der das Markierungsbit erzeugt wird, aussendet·

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L e e r s e ί t e