DE3909301A1 - Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorgegebenen Soll-Spannungswerts an einem Energiespei­ cherelement am Ende eines Ladezyklus, in dessen Verlauf das Energiespeicherelement durch Gleichrichten eines HF-Träger­ schwingungsimpulses aufgeladen wird.

Es gibt Transponder-Systeme, bei denen ein Abfragegerät mit einem Antwortgeber zusammenarbeitet, der keine eigene Strom­ versorgung enthält, sondern seine Energie aus einem vom Ab­ fragegerät ausgesendeten HF-Trägerschwingungsimpuls bezieht. Der HF-Trägerschwingungsimpuls regt im Antwortgeber einen Re­ sonanzkreis zum Schwingen an, wobei ein Energiespeicherele­ ment vorgesehen ist, das durch Gleichrichten des HF-Träger­ schwingungsimpulses aufgeladen wird. Der Antwortgeber hat die Aufgabe, nach Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses zum Abfragegerät eine Nachricht zurückzusenden, die aussagekräf­ tige Daten enthält, beispielsweise eine Identifizierungscode­ gruppe, die eine eindeutige Identifizierung des Antwortgebers gestattet, der die Nachricht zurückgesendet hat. Damit das Zurücksenden der Nachricht fehlerfrei erfolgen kann, ist Vor­ aussetzung, daß im Energiespeicherelement während der Aufla­ dephase genügend Energie gespeichert worden ist, so daß eine genügend große Versorgungsspannung für die für das Zurücksen­ den der Nachricht zuständigen Baueinheiten im Antwortgeber zur Verfügung steht. Es müssen Mittel vorgesehen werden, mit deren Hilfe es möglich ist, nach Beendigung des HF-Träger­ schwingungsimpulses festzustellen, ob das Energiespeicherele­ ment weit genug aufgeladen worden ist und die für das Zurück­ senden der Nachricht notwendige Versorgungsspannung zur Ver­ fügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, das Vor­ liegen einer Soll-Versorgungsspannung am Energiespeicherele­ ment anzuzeigen, wobei diese Schaltungsanordnung selbst nur einen sehr geringen Energieverbrauch haben soll, damit die im Energiespeicherelement enthaltene Energie für andere Zwecke optimal ausgenutzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Signal­ speicherelement, das im aktiven Zustand das Steuersignal ab­ gibt, eine Hüllkurvendetektorschaltung, die abhängig von der Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses ein Schaltsignal liefert, einen Spannungskomparator, der einen vom Spannungs­ wert am Energiespeicherelement abhängigen Spannungswert mit einem Spannungswert vergleicht, der mit dem Spannungswert am Energiespeicherelement so in Beziehung steht, daß bei Vorlie­ gen des Soll-Spannungswerts am Energiespeicherelement die verglichenen Spannungswerte gleich sind, wobei der Spannungs­ komparator bei Gleichheit der verglichenen Spannungswerte ein Auslösesignal für das Signalspeicherelement abgibt, das die­ ses in den aktiven Zustand versetzt, und eine Schaltvorrich­ tung, die bei Empfang des von der Hüllkurvendetektorschaltung gelieferten Schaltsignals an den Spannungskomparator die Spannung am Energiespeicherelement als Versorgungsspannung anlegt und bei Empfang des von dem Signalspeicherelement ab­ gegebenen Steuersignals den Spannungskomparator von seiner Versorgungsspannung abtrennt.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wer­ den die für das Feststellen des Vorhandenseins des Soll-Span­ nungswerts zuständigen Bauteile nur kurzzeitig an die Versor­ gungsspannung gelegt, so daß sie demgemäß auch nur kurzzeitig als Stromverbraucher in der Schaltungsanordnung wirksam sind. Sobald das Vorhandensein des Soll-Spannungswerts erkannt wor­ den ist, wird das Signalspeicherelement in den Zustand ver­ setzt, in dem es das dieses Vorhandensein anzeigende Steuer­ signal liefert, und gleichzeitig wird die Versorgungsspannung wieder von den das Vorhandensein des Soll-Spannungswerts fest­ stellenden Bauteilen abgetrennt. Auf diese Weise steht die gesamte, im Energiespeicherelement gespeicherte Energie für den Betrieb weiterer Baueinheiten zur Verfügung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert, deren einzige Figur ein Schaltbild der erfindungs­ gemaßen Schaltungsanordnung zeigt.

Die Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Schal­ tungsanordnung erfolgt in Zusammenhang mit einem Transponder- System mit einem Abfragegerät und einem Antwortgeber. Vom Ab­ fragegerät ist in der Zeichnung schematisch nur ein HF-Trä­ gerschwingungsgenerator G dargestellt, dessen Ausgangssignale über einen Schalter S an eine Sendespule LT angelegt werden können. Vom Antwortgeber ist nur derjenige Teil dargestellt, der als Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Steuersignals wirkt, das anzeigt, daß an einem Energiespeicherelement CC ein Soll-Spannungswert vorhanden ist.

In dem Transponder-System wird das Energiespeicherelement CC aufgeladen, indem der Schalter S im Abfragegerät kurzzeitig geschlossen wird, was dazu führt, daß die HF-Trägerschwingun­ gen aus dem Generator G in Form eines HF-Trägerschwingungsim­ pulses zum Antwortgeber gesendet werden, was durch die in der Zeichnung dargestellten Pfeile symbolisch angedeutet ist. Ein im Antwortgeber enthaltener Resonanzkreis aus der Spule LR und dem Kondensator CR ist auf die Frequenz der HF-Träger­ schwingungen abgestimmt, so daß dieser Resonanzkreis zum Schwingen angeregt wird. Mittels der Diode DC werden die HF- Trägerschwingungen einer Halbweggleichrichtung unterzogen, was zum Aufladen des das Energiespeicherelement CC bildenden Kondensators führt. Solange am Energiespeicherelement CC kei­ ne Spannung anliegt, sind in der dargestellten Schaltungsan­ ordnung enthaltene Analogschalter A 1 und A 2 geöffnet, also hochohmig. Aufgrund des hochohmigen Zustandes des Analogschal­ ters A 2 ist der zwischen der Gate-Elektrode und der Source- Elektrode eines P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors T 1 liegende Widerstand R 6 wirksam, der diesen Transistor gesperrt hält. Wegen der Sperrwirkung des Transistors T 1 gelangt auch an ei­ nen Operationsverstärker OP keine Versorgungsspannung, so daß dieser Operationsverstärker auch keinen Strom verbrauchen kann. Auch durch den vom Widerstand R 1 und vom Widerstand R 2 gebildeten Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers OP verbunden ist, kann in dieser Betriebsphase kein Strom fließen. Das gleiche gilt für den weiteren Spannungsteiler, der aus dem Widerstand R 3 und einer aus einem N-Kanal-Feldeffekttransistor T 3 und einem einstellbaren Widerstand R 4 bestehenden Stromquelle gebildet ist. Zu einem noch zu erläuternden Zweck ist dem einstellba­ ren Widerstand R 4 ein Kondensator C 2 parallelgeschaltet.

Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP ist der Schalt­ eingang eines als Signalspeicherelement dienenden Flipflops FF verbunden, das im aktiven Zustand an seinem Ausgang Q ein Signal mit dem Wert "1" abgibt.

Die Diode DE, der Kondensator CE und der Widerstand RE bilden in Zusammenwirkung mit dem MOS-Feldeffekttransistor T 2 eine Hüllkurvendetektorschaltung, mit deren Hilfe festgestellt werden kann, wann der vom Resonanzkreis aus der Spule LR und dem Kondensator CR empfangene HF-Trägerschwingungsimpuls en­ det.

Der N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor T 4, der Widerstand R 7, der Kondensator C 1, der Widerstand R 8, der Negator G 1 und der Widerstand R 9 bilden zusammen eine Rückstellschaltung, die ein Rückstellen des Flipflops FF in einen inaktiven Schal­ tungszustand bewirkt, sobald mit Beginn des Empfangs eines HF-Trägerschwingungsimpulses die Ladespannung am Energiespei­ cherelement CC anzusteigen beginnt.

Die Schaltungsanordnung verhält sich wie folgt: Wie bereits erwähnt wurde, führt der Empfang eines HF-Träger­ schwingungsimpulses durch den Resonanzkreis LR, CR aufgrund der Gleichrichterwirkung der Diode DC zum Aufladen des Ener­ giespeicherelements CC. Gleichzeitig wird auch der Kondensa­ tor CE aufgeladen, so daß die an ihm anliegende Spannung an­ steigt. Sobald die Spannung an diesem Kondensator CE den Schwellenwert des MOS-Feldeffekttransistors T 4 überschreitet, wird am Widerstand R 7 ein positiver Spannungssprung erzeugt, der vom Differenzierglied aus dem Kondensator C 1 und dem Wi­ derstand R 8 differenziert wird, so daß am Ausgang des Nega­ tors G 1 kurzzeitig ein negativer Spannungsimpuls entsteht, der dem Schalteingang CL des Flipflops FF zugeführt wird, so daß dieses in den inaktiven Rücksetzzustand versetzt wird, in dem es an seinem Ausgang Q ein Signal mit dem Wert "0" und an seinem Ausgang ein Signal mit dem Wert "1" erzeugt wird. Dieses Signal am Ausgang des Flipflops FF aktiviert den Analogschalter A 1 in der Weise, daß dieser Analogschalter in den niederohmigen Zustand übergeht.

Der bisher beschriebene Funktionsablauf hat den Zweck, die Schaltungsanordnung unmittelbar nach Beginn des HF-Träger­ schwingungsimpulses in einen definierten Anfangszustand zu versetzen, in dem das als Signalspeicherelement verwendete Flipflop FF keinesfalls das Steuersignal abgibt, das das Vor­ handensein eines Soll-Spannungswerts am Energiespeicherele­ ment CC anzeigt, und keine unnötigen Stromverbraucher wirksam sind.

Nach einer vorgegebenen Zeitdauer endet der HF-Trägerschwin­ gungsimpuls, so daß nun überprüft werden muß, ob am Energie­ speicherelement CC der Soll-Spannungswert erreicht worden ist, der für weitere Baueinheiten im Antwortgeber als Versor­ gungsspannung ausgenutzt werden kann.

Da der Resonanzkreis aus der Spule LR und dem Kondensator CC nicht mehr fremderregt wird, beginnt die Schwingungsamplitu­ de, abhängig von der Kreisgüte, mehr oder weniger rasch abzu­ sinken. Der Widerstand RE der Hüllkurvendetektorschaltung entlädt entsprechend der Schwingungsamplitude den Kondenator CE, jedoch bleibt die Spannung an der Leitung LV, die als Versorgungsspannung dient, wegen der Speicherwirkung des Energiespeicherelements CC noch konstant. Dadurch steigt die Spannung an der Gate-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors T 2 an, so daß dieser in den leitenden Zustand übergeht. Wie erwähnt, ist der Analogschalter A 1 niederohmig, während der Analogschalter A 2 hochohmig ist, was zur Folge hat, daß die Gate-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors T 1 an Masse ge­ legt wird. Dies hat zur Folge; daß dieser MOS-Feldeffekttran­ sistor T 1 in den leitenden Zustand übergeht. Der Operations­ verstärker OP wird dadurch mit Spannung versorgt.

Der Operationsverstärker OP wirkt in der dargestellten Schal­ tungsanordnung als Spannungskomparator, der die seinen Ein­ gängen zugeführten Spannungen miteinander vergleicht. Die Wi­ derstände R 1 und R 2 haben gleiche Werte, so daß am negativen Eingang des Operationsverstärkers OP stets die halbe Versor­ gungsspannung anliegt. Am positiven Eingang des Operationsver­ stärkers OP liegt dagegen eine Spannung, deren Höhe jeweils so bemessen ist, daß dann, wenn die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers OP dem Soll-Spannungswert entspricht, auch die Spannung am positiven Eingang dieses Operationsver­ stärkers OP gleich der halben Versorgungsspannung ist. Dies wird auf folgende Weise erreicht:

Der Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP verbunden ist, enthält in Form des Feldeffekttransistors T 3 und des Widerstandes R 4 eine Konstantstromquelle, die dafür sorgt, daß durch die Serien­ schaltung aus dem Widerstand R 3 und dem Feldeffekttransistor T 3 sowie dem Widerstand R 4 stets der gleiche Strom fließt. Damit dies eintritt, wird der Widerstand des Feldeffekttran­ sistors T 3 abhängig von der am Spannungsteiler anliegenden Spannung immer in dem Maße hochohmiger oder niederohmiger, daß der gewünschte konstante Strom fließt. Wird beispielswei­ se die Spannung am Spannungsteiler höher, wird der Feldef­ fekttransistor T 3 hochohmiger, damit der Strom nicht über den vorgegebenen konstanten Stromwert ansteigt. Wird dagegen die Spannung am Spannungsteiler kleiner, wird der Widerstand des Feldeffekttransistors T 3 kleiner, damit mehr Strom zur Auf­ rechterhaltung des konstanten Stromwerts fließen kann. Der konstante Stromwert ist dabei so eingestellt, daß sich am po­ sitiven Eingang des Operationsverstärkers OP bei Vorhanden­ sein des Soll-Spannungswerts am Energiespeicherelement CC die Spannung V _TH/2 einstellt, wobei V _TH die Schwellenspannung ist, bei der das Flipflop FF seinen Schaltzustand ändert, wenn dieser Spannungswert seinem Schalteingang S zugeführt wird.

Wenn beim Durchschalten des MOS-Feldeffekttransistors T 1 die Spannung am negativen Eingang des Operationsverstärkers OP die fest vorgegebene Spannung V _TH/2 am positiven Eingang die­ ses Operationsverstärkers OP überschreitet, gibt dieser Ope­ rationsverstärker OP an seinem Ausgang ein Auslösesignal ab, das das Flipflop FF in den aktiven Zustand versetzt, in dem dieses an seinem Ausgang Q das Steuersignal abgibt, das das Vorhanden des Soll-Spannungswerts am Energiespeicherelement CC anzeigt. Der zum Widerstand R 4 parallelgeschaltete Konden­ sator C 2 sorgt für einen verzögerten Anstieg der Spannung am positiven Eingang des Operationsverstärkers OP, um sicherzu­ stellen, daß die Spannung am negativen Eingang bereits den Endwert erreicht hat, bevor der Spannungsvergleich durchge­ führt wird.

Das vom Ausgang des Flipflops FF abgegebene Steuersignal mit dem Wert "1" schaltet den Analogschalter A 2 in den nie­ derohmigen Zustand, während das Signal am Ausgang Q mit dem Wert "0" den Analogschalter A 1 in den hochohmigen Zustand schaltet. Dadurch wird der MOS-Feldeffekttransistor T 1 sofort gesperrt, so daß durch den Operationsverstärker OP und die ihm zugeordneten Spannungsteiler kein Strom mehr fließen kann. Die im Energiespeicherelement CC gespeicherte Energie steht daher für die Anwendung in weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Schaltungseinheiten als Versorgungsenergie zur Verfügung. Der Betrieb dieser weiteren Baueinheiten kann mit Hilfe des vom Flipflop FF erzeugten Steuersignals ausgelöst werden.

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit vom Erreichen eines vorgegebenen Soll-Spannungs­ werts an einem Energiespeicherelement am Ende, eines Ladezy­ klus, in dessen Verlauf das Energiespeicherelement durch Gleichrichten eines HF-Trägerschwingungsimpulses aufgeladen wird, gekennzeichnet durch ein Signalspeicherelement (FF), das im aktiven Zustand das Steuersignal abgibt, eine Hüllkur­ vendetektorschaltung (DE, CE, RE, T 2), die abhängig von der Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses ein Schaltsignal liefert, einen Spannungskomparator (R 3, T 3, R 4, C 2, R 1, R 2, OP), der einen vom Spannungswert am Energiespeicherelement (CC) abhängigen Spannungswert mit einem Spannungswert ver­ gleicht, der mit dem Spannungswert am Energiespeicherelement (CC) so in Beziehung steht, daß bei Vorliegen des Soll-Span­ nungswerts am Energiespeicherelement (CC) die verglichenen Spannungswerte gleich sind, wobei der Spannungskomparator bei Gleichheit der verglichenen Spannungswerte ein Auslösesignal für das Signalspeicherelement (FF) abgibt, das dieses in den aktiven Zustand versetzt, und eine Schaltvorrichtung (A 1, A 2, T 1), die bei Empfang des von der Hüllkurvendetektorschaltung gelieferten Schaltsignals an den Spannungskomparator die Spannung am Energiespeicherelement (CC) als Versorgungsspan­ nung anlegt und bei Empfang des von dem Signalspeicherelement (FF) abgegebenen Steuersignals den Spannungskomparator von seiner Versorgungsspannung abtrennt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spannungskomparator einen Operationsverstärker (OP) enthält, der zwei Eingänge aufweist, die jeweils mit dem Abgriff eines Spannungsteilers (R 1, R 2; R 3, T 3, R 4) verbunden sind, wobei in einem Zweig eines der Spannungsteiler eine Konstantstromquelle (T 3, R 4) liegt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Signalspeicherelement ein Flipflop (FF) ist, dessen Schalteingang (S) mit dem Ausgang des Operationsver­ stärkers (OP) verbunden ist.