DE29518790U1

DE29518790U1 - Hochfrequenz-Sendervorrichtung

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Publication number: DE29518790U1
Application number: DE29518790U
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2005-11-28

Description

Hochfrequenz-Sendervorrichtung Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochfrequenzbauelemente und insbesondere auf Hochfrequenz-Senderschaltungen und dazugehörige Ansteuerelektroniken.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt hauptsächlich im Bereich der preiswerten Telemetriesysteme, speziell in den ISM-Sendern bei 433 MHz und 2,4 GHz. Die Datenraten bei derartigen Systemen liegen in einem Bereich bis zu wenigen 10 Kilobit/Sekunde. Zur Modulation werden bei derartigen Sytemen vorzugsweise eine Amplitudenumtastung und eine Frequenzumtastung verwendet.

Es sind Telemetriesysteme bekannt, die aus diskreten Bauelementen aufgebaut sind. Dieselben bestehen aus diskreten oder integrierten Hochfrequenz-Senderschaltungen und einer separaten digitalen Ansteuerelektronik, die den zu sendenden Datenstrom codiert und den Hochfrequenzsender steuert. Die Ansteuerelektronik besteht häufig aus einem Mikrocontroller, der beispielsweise einen RAM, einen ROM und ein Rechenwerk aufweist, die auf einem Chip angeordnet sind. Die nichtflüchtige Speicherung von Daten, wie z.B. eines voreingestellten Datentelegramms, wird beispielsweise mittels eines separaten EEPROM durchgeführt.

Nachteilig bei dem genannten Stand der Technik ist zunächst der für viele Anwendungen zu große Platzbedarf aufgrund der großen Anzahl an diskreten Bauelementen. Ferner führt die Anzahl der Bauelemente zu unnötig hohen Fertigungs- und Bauteil-Kosten sowie zu einem hohen Test- und Abgleichaufwand. Ferner weisen derartige Systeme eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Bauteiltoleranzen und eine geringe Zuverlässigkeit auf. Weiterhin ist der Zeitaufwand für die Entwicklung eines derartigen Systems unnötig hoch.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochfrequenz-Sendervorrichtung, bestehend aus einem Hochfreguenzsender und einer dazugehörigen Ansteuerlogik, zu schaffen, die einen kostengünstigen und einfachen Aufbau, eine große Zuverlässigkeit und einen geringen Platzbedarf aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Hochfrequenz-Sendervorrichtung gemäß Schutzanspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Hochfrequenz-Sendervorrichtung bestehend aus einem Hochfrequenzsender, der zumindest eine Oszillatoreinrichtung, eine Modulatoreinrichtung und eine Verstärker- und Filter-Einrichtung aufweist, und einer Steuerung, die zumindest eine Steuerlogik und einen nichtfluchtigen Speicher aufweist, wobei der Hochfrequenzsender und die Steuerung auf einem Chip integriert sind.

Die Erfindung vereinigt den modulierbaren Hochfrequenzsender und die gesamte digitale Steuerung, die zumindest eine Steuerlogik und einen nichtflüchtigen Speicher aufweist, auf einem Chip innerhalb eines IC-Gehäuses. Die Steuerlogik ist programmierbar und verfügt über eine ausreichende Anzahl von externen Steuerleitungen. Die Steuerlogik ist folglich für eine Vielzahl von Anwendungsfällen anpaßbar.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den kostengünstigen und einfachen Aufbau von vollständigen Telemetriesystemen, die aus einer Hochfrequenz-Senderschaltung und einer Ansteuerelektronik bestehen, mit einem geringen Platzbedarf. Die Anzahl an externen Bauelementen ist auf ein Minimum reduziert. Die Zahl von Fehlerquellen in der Schaltung ist verringert. Die kostenintensive Entwicklung eines Hochfrequenz-Senderteils entfällt fast vollständig. Ferner ist die Handhabung bei der Fertigung vereinfacht. Da ein Telemetriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung in vielen unterschiedlichen An-

Wendungsfällen einsetzbar ist, können hohe Stückzahlen und damit ein niedriger Stückpreis erreicht werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Hochfrequenz-Senders mit dazugehöriger Ansteuer-Elektronik.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Hochfrequenzsender, einer Steuerlogik und einem nichtflüchtigen Speicher, die zusammen auf einem Chip integriert sind. Ein Telemetriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner zusätzlich erforderliche, analoge Schaltungsteile aufweisen, die ebenfalls auf dem Chip integriert sind. Die auf dem Chip integrierte Logik, die auch als On-Chip-Logik bezeichnet werden kann, steuert den Hochfrequenzsender, führt die Kommunikation mit der Umgebung durch und codiert die zu sendenden Daten. Der Anwender kann die Logik programmieren und an die für eine Anwendung speziellen Erfordernisse anpassen. Zur Minimierung des Stromverbrauchs kann die Steuerelektronik mit der Fähigkeit versehen sein, alle analogen und digitalen Schaltungsblöcke, die nicht benötigt werden, abzuschalten. Eine Kompensation von Temperatur-Drifts, beispielsweise von in dem Telemetriesystem verwendeten Oberflachenwellenfiltern, kann digital erfolgen.

Der auf dem Chip angeordnete Hochfrequenzsender enthält alle erforderlichen Teilschaltungen. Externe Filterkomponenten sind nicht erforderlich. Sofern zur Realisierung des Telemetriesystems weitere konzentrierte Bauelemente, beispielsweise zusätzliche Oberflächenwellenfilter, erforderlich sind, können dieselben innerhalb des IC-Gehäuses untergebracht und durch Bonddrähte mit dem Chip verbunden werden. Eine derartige Sendeendstufe kann Antennen verschiedenster Bauformen und Impedanzen ansteuern.

Die elektrischen Verkopplungen zwischen dem Digitalteil der

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Schaltung, welcher die Ansteuerelektronik aufweist, und dem Hochfrequenzsender, der einen Oszillator aufweist, sind vorzugsweise durch entsprechende schaltungstechnische und Layout-technische Maßnahmen auf der integrierten Schaltung, d.h. auf der IC, minimiert.

In der einzigen Figur ist das Blockschaltbild eines Hochfrequenzsenders mit einer On-Chip-Steuerlogik für das 433MHz-ISM-Band gezeigt. In einem SO28-SMD-Gehäuse sind sowohl ein Hochfrequenzsender als auch eine Ansteuerelektronik auf einem Chip integriert.

Bei dem HF-Sender gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient zur Erzeugung des Hochfrequenzträgers ein Ringoszillator 20. Der Ringoszillator 20 besteht aus einem SAW-Resonator (SAW = Surface Accoustic Wave = Oberflächenwelle) 22, einem Verstärker 24, einer Frequenzmodulationsvorrichtung 26 sowie einer Koppelvorrichtung 28. Die Koppelvorrichtung 28 dient dazu, einen Teil des in dem Ringoszillator erzeugten Signals zu dem SAW-Resonator zurückzukoppeln und einen weiteren Teil zu einer Ausgangsverstärkerstufe 30 auszukoppeln. Die Ausgangsverstärkerstufe besteht aus einer Taststufe 32 zur Amplitudenumtastung, einem Verstärker 34 sowie einem SAW-Resonator 36, der als Ausgangsfilter zur Unterdrückung störender Nebenaussendungen dient. Die Ausgangsverstärkerstufe liefert bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein unsymmetrisches Hochfrequenzsignal, mit einer Leistung von beispielsweise etwa 3 mW, zu einer Antenne 40. Die Antenne 40 ist extern angeordnet und wird beispielsweise durch den Anwender entwickelt.

Wie bereits erwähnt wurde, ist auf dem Chip ferner eine Ansteuerelektronik angeordnet. Die Ansteuerelektronik besteht zumindest aus einer Steuerlogik 50, die beispielsweise ein Mikrocontroller sein kann, und einem nichtflüchtigen Speicher 55. Die Steuerlogik weist ferner vorzugsweise jeweils einen Eingang für eine Rücksetzsteuerung 60, einen externen Keramikschwinger 62 und eine Schnittstelle 64 auf. Die Ge-

samtschaltung wird mittels einer Spannungsversorgung 70 mit Spannung versorgt. Die Spannungsversorgung 70 kann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine 3,3V-Lithiumzelle sein.

Die Steuerlogik 50 wird anwenderspezifisch, im Rahmen der Fertigung programmiert. Die Steuerlogik 50 dient dazu, den Hochfrequenzsender anzusteuern. Der externe Keramikschwinger 62 dient als frequenzbestimmendes Bauelement für den Takt der Steuerlogik 50. Der nichtflüchtige Speicher 55 ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein EEPROM, auf den die Steuerlogik 50 als Datenspeicher zurückgreifen kann.

Die Rücksetzsteuerung 60 ermöglicht es, die gesamte Schaltung zu aktivieren, sobald von außen, d.h. manuell oder durch eine übergeordnete Steuerung, eine entsprechende Aufforderung durchgeführt wird. Die Schnittstelle 64 besteht aus mehreren, softwaremäßig konfigurierbaren Ein/Ausgangsleitungen. Diese können von einem Benutzer beispielsweise zur Abfragen von Tasten oder zum Betrieb eines Nahfeldtransponders verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Telemetriesystem bestehend aus einem Hochfrequenzsender und einer dazugehörigen Ansteuerelektronik, das bei einem geringen Platzbedarf, sowie einem kostengünstigen und einfachen Aufbau auf einem einzelnen Chip integriert ist. Die Reduzierung der Anzahl an externen Bauelementen auf ein Minimum, die Verringerung der Fehlerquellen in der Schaltung, das fast vollständige Fehlen einer kostenintensiven Entwicklung eines Hochfrequenz-Senderteils sowie die Vereinfachung der Handhabung bei der Fertigung ermöglichen die Herstellung eines zuverlässigen TeIemetriesystems mit hohen Stückzahlen und einem damit verbundenen niedrigen Stückpreis.

Claims

Schutzansprüche

1. Hochfrequenz-Sendervorrichtung bestehend aus einem Hochfrequenzsender (20, 30), der zumindest eine Oszillatoreinrichtung (20), eine Modulatoreinrichtung (32) und eine Verstärker- und Filtereinrichtung (34, 3 6) aufweist, und einer Steuerung, die zumindest eine Steuerlogik (50) und einen nichtfluchtigen Speicher (55) aufweist, wobei der Hochfrequenzsender (20, 30) und die Steuerung auf einem Chip integriert sind.

2. Hochfrequenz-Sendervorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Osziallatoreinrichtung ein Ringoszillator bestehend aus einem Oberflächenwellenfilter (22) , einem Verstärker (24), einer Frequenzmodulationsvorrichtung (26) und einer Rückkopplungsschleife ist.

3. Hochfrequenz-Sendervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Modulatoreinrichtung (32) eine Amplitudenumtastungseinrichtung ist.

4. Hochfrequenz-Sendervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Steuerlogik (50) einen Eingang zum Empfangen eines Taktsignals von einem externen Keramikschwinger (62) , einen Eingang zum Aktivieren und Deaktivieren der Hochfrequenz-Sendervorrichtung durch eine Rücksetzsteuerung (60) sowie eine Schnittstelle (64) , die aus mehreren softwaremäßig konfigurierbaren Ein/Ausgangsleitungen besteht, aufweist.

5. Hochfrequenz-Sendervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Chip mit der auf demselben angeordneten Hochfrequenz-Sendervorrichtung in einem SMD-Gehäuse (10) angeordnet ist.

6. Hochfrequenz-Sendervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Steuerlogik (50) ein Mikrocon-

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troller ist, und bei der der nichtfluchtige Speicher (55) ein EEPROM ist.