DE4004196C1 - Transponder transferring stored measurement data to interrogator - operates without battery using capacitor charged by rectified HF pulses - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen batterielosen Transpon­ der zum Übertragen von gespeicherten Meßdaten zu einem Ab­ fragegerät, das zum Abrufen der gespeicherten Meßdaten einen HF-Abfrageimpuls aussendet, mit einem auf die Frequenz des HF-Abfrageimpulses abgestimmten Resonanzkreis, einem Ener­ giespeicherelement, das durch Gleichrichten des HF-Abfrage­ impulses aufladbar ist und im aufgeladenen Zustand die Ver­ sorgungsspannung für den Transponder liefert, und einer Span­ nungsbegrenzungsvorrichtung zum Begrenzen der Spannung am Energiespeicherelement auf einen vorgegebenen Spannungswert.

Aus der EP 03 01 127 A1 ist ein batterieloser Transponder be­ kannt, der unter anderem die Fähigkeit hat, mit Hilfe eines Sensors Meßdaten zu erfassen, abzuspeichern und für eine Übertragung zu einem Abfragegerät bereitzuhalten. Das Lesen der Meßdaten mit Hilfe des Abfragegeräts geschieht dadurch, daß dieses Abfragegerät in die Nähe des Transponders gebracht wird, worauf dann ein HF-Abfrageimpuls vom Abfragegerät zum Transponder gesendet wird. Da der Transponder keine eigene Stromversorgung enthält, wird die für das Erfassen, das Ab­ speichern und das Übertragen der Meßdaten benötigte Versor­ gungsspannung durch Gleichrichten des vom Transponder emp­ fangenen HF-Abfrageimpulses erzeugt, wobei mit dem gleichge­ richteten HF-Abfrageimpuls ein Energiespeicherelement in Form eines Kondensators aufgeladen wird, an dem dann die be­ nötigte Versorgungsspannung abgegriffen werden kann. Diese Versorgungsspannung steht aufgrund der Speicherwirkung des Energiespeicherelements auch noch nach Beendigung des HF- Abfrageimpulses für eine Zeitdauer zur Verfügung, die aus­ reicht, den gewünschten Meßwert zu erfassen und abzuspei­ chern und auch an das Abfragegerät zu übertragen. Für den Empfang des HF-Abfrageimpulses enthält der Transponder einen Resonanzkreis, der auf die Frequenz des HF-Abfrageimpulses abgestimmt ist. Dies ist erforderlich, um eine möglichst op­ timale Energieübertragung vom Abfragegerät zum Transponder zu gewährleisten.

Wenn es erwünscht ist, daß zwischen dem Abfragegerät und dem Transponder während des Abfragevorgangs ein größerer Abstand vorhanden sein kann, muß der HF-Abfrageimpuls ein energie­ reicher Impuls sein. Daraus resultiert aber der Nachteil, daß dann, wenn das Abfragegerät zu nahe am Transponder ange­ bracht wird, während der HF-Abfrageimpuls ausgesendet wird, die Spannung am als Energiespeicher dienenden Kondensator auf unzulässig hohe Werte ansteigen kann. Bei dem bekannten Transponder wird dies durch eine Spannungsbegrenzungsvor­ richtung in Form einer Zenerdiode verhindert, die die Span­ nung an dem Kondensator auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. Bei zu großer Energiezufuhr zum Transponder ist es erforder­ lich, die überschüssige Energie zu vernichten. Bei diesem Vorgang wird die überschüssige Energie in Wärme umgesetzt, die zu einer Erhöhung der Temperatur der Transponderbauteile führt. Dies ist nachteilig, wenn mit dem im Transponder be­ findlichen Sensor beispielsweise die Temperatur am Ort des Transponders gemessen und zum Abfragegerät übertragen werden soll. In diesem speziellen Fall muß unter allen Umständen vermieden werden, daß der Sensor aufgrund einer Verlustlei­ stung im Transponder selbst, und nicht aufgrund der zu mes­ senden Umgebungstemperatur am Ort des Transponders erwärmt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transponder der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß die in ihm umgesetzte Verlustleistung auch bei übermäßiger Energie­ zufuhr von außen stark herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mit dem Resonanzkreis zur Verstimmung seiner Resonanzfrequenz ein Bauelement mit frequenzabhängiger Impedanz über ein Schaltelement verbindbar ist, das die Verbindung abhängig vom Einsetzen der Begrenzungswirkung durch die Spannungsbe­ grenzungsvorrichtung herstellt.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Trans­ ponders wird der Resonanzkreis, der vom HF-Abfrageimpuls bei seiner Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird, mit Hilfe des Bauelements mit frequenzabhängiger Impedanz so verstimmt, daß er nicht mehr schwingt und somit keine weite­ re Aufladung des Energiespeicherelements mehr bewirkt, so­ bald der vorgegebene Spannungswert an diesem Energiespei­ cherelement erreicht ist und dadurch die Wirkung der Span­ nungsbegrenzungsvorrichtung einsetzt. Auf diese Weise wird zuverlässig verhindert, daß zuviel überschüssige Energie im Transponder in Wärme umgesetzt werden muß, die zu einer Ver­ fälschung der zu erfassenden Daten führen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild des Abfragege­ räts und des für die Erläuterung der Erfindung notwendigen Teils des Transponders.

In der Zeichnung ist ein Abfragegerät 10 dargestellt, mit dessen Hilfe in einem Transponder 12 gespeicherte Daten ab­ gefragt werden können. Von dem Abfragegerät 10 ist lediglich ein Schwingkreis mit einem Kondensator C1 und einer Spule L1 genauer dargestellt, wobei die Spule L1 als Antennenspule dient, für die bei der Durchführung eines Abfragezyklus ein HF-Abfrageimpuls ausgesendet werden kann. Diese Spule L1 dient auch als Empfangsspule für die vom Transponder 12 zu­ rückgesendeten Meßdaten.

Der Transponder 12 enthält einen Resonanzkreis 14 mit einem Kondensator C2 und einer Spule L2, dessen Resonanzfrequenz gleich der Frequenz des vom Abfragegerät 10 ausgesendeten HF-Abfrageimpulses ist. Ein vom Abfragegerät 10 ausgesende­ ter HF-Abfrageimpuls regt den Resonanzkreis 14 zum Schwingen an, wobei die Schwingung mit Hilfe einer Diode D gleichge­ richtet wird. Mit der gleichgerichteten Spannung wird der Kondensator C3 aufgeladen, der als Energiespeicherelement für den Transponder 12 wirkt. Die Spannung am Kondensator C3 wirkt nach Beendigung des HF-Abfrageimpulses als Versorgungs­ spannung für den Transponder, wobei die Größe des Kondensa­ tors C3 so bemessen ist, daß die in ihm gespeicherte Energie ausreicht, die Meßdaten vom Transponder 12 zum Abfragegerät 10 zurückzusenden. Die zurückgesendeten Daten können dabei eine den Transponder 12 kennzeichnende Adresse sowie einen Meßdatenwert enthalten, der mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten Sensors am Ort des Transponders erfaßt worden ist. Die im Kondensator C3 gespeicherte Energie reicht auch zum Erfassen der Meßdaten aus.

Im Transponder 12 liegt parallel zum Kondensator C3 eine Se­ rienschaltung aus einer Zenerdiode Z und einem Widerstand R.

Die Ladespannung am Kondensator C3 kann dadurch auf den durch die Zenerspannung der Zenerdiode Z vorgegebenen Spannungs­ wert begrenzt werden. Sobald die Ladespannung am Kondensator C3 den Wert der Zenerspannung überschreitet, wird die Zener­ diode Z leitend, so daß Strom durch den Widerstand R nach Masse fließt.

Der Transponder 12 enthält ferner einen Kondensator C4, der mittels eines Transistors T so mit dem Resonanzkreis 14 in Verbindung gebracht werden kann, daß er aufgrund seiner fre­ quenzabhängigen Impedanz eine Verstimmung des Resonanzkrei­ ses bewirkt. Der Kondensator C4 wird mit seiner frequenzver­ stimmenden Wirkung dann wirksam, wenn die Ladespannung am Kondensator C3 die Zenerspannung der Zenerdiode Z überschrei­ tet, so daß Strom durch den Widerstand R zu fließen beginnt. Der daraufhin am Widerstand R auftretende Spannungsabfall versetzt den Transistor T in den leitenden Zustand, wodurch der Kondensator C4 als frequenzbestimmendes Bauelement am Resonanzkreis 14 wirksam wird.

Unter der Annahme, daß das Abfragegerät 10 einen HF-Abfrage­ impuls mit relativ hoher Energie zum Transponder 12 sendet, wird der Kondensator C3 durch die gleichgerichteten Schwin­ gungen des Resonanzkreises 14 schnell aufgeladen, und er würde ohne Vorsehen besonderer Maßnahmen eine Ladespannung annehmen, die für die restliche Transponderschaltung schäd­ lich sein kann.

Zum Begrenzen der Ladespannung am Kondensator C3 muß die überschüssige Energie im Transponder in Wärme umgesetzt wer­ den. Dies hat aber dann unerwünschte Auswirkungen auf den im Transponder befindlichen Sensor, mit dem beispielsweise die Temperatur der Transponderumgebung gemessen werden soll. Da­ mit die auftretende Verlustleistung, die sich durch eine un­ erwünschte Erwärmung äußert, nicht zu groß wird, sorgt der Transistor T bei Überschreiten des vorgegebenen Ladespan­ nungswerts am Kondensator C3 durch seinen Übergang in den leitenden Zustand dafür, daß der Kondensator C4 die Reso­ nanzfrequenz des Resonanzkreises 14 so verschieben kann, daß der Resonanzkreis 14 durch den HF-Abfrageimpuls aus dem Ab­ fragegerät 10 nicht mehr zum Schwingen angeregt werden kann. Dadurch wird das Aufladen des Kondensators C2 unterbrochen und die unerwünschte Vernichtung überschüssiger Energie ver­ mieden. Die aufgrund der Verlustleistung im Transponder er­ zeugte Erwärmung wird dadurch so weit wie möglich herabge­ setzt.

Als Alternative zur Hinzufügung des Kondensators C4 mit dem Ziel, eine Verstimmung der Resonanzfrequenz des Resonanz­ kreises 14 zu erreichen, könnte der Transistor T auch so in die Schaltung eingefügt werden, daß er bei Überschreiten der vorgegebenen Ladespannung am Kondensator C3 den Kondensator C2 des Resonanzkreises 14 von der Schaltung abtrennt, so daß die Schwingungen dadurch unterbrochen werden. Bei Anwendung dieser Alternative würde die gleiche Wirkung wie mit der in der Zeichnung dargestellten Schaltung erreicht werden.

Claims (3)

1. Batterieloser Transponder zum Übertragen von gespeicher­ ten Meßdaten zu einem Abfragegerät, das zum Abrufen der ge­ speicherten Meßdaten einen HF-Abfrageimpuls aussendet, mit einem auf die Frequenz des HF-Abfrageimpulses abgestimm­ ten Resonanzkreis, einem Energiespeicherelement, das durch Gleichrichten des HF-Abfrageimpulses aufladbar ist und im aufgeladenen Zustand die Versorgungsspannung für den Trans­ ponder liefert, und einer Spannungsbegrenzung zum Begrenzen der Spannung am Energiespeicherelement auf einen vorgegebe­ nen Spannungswert, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Reso­ nanzkreis (14) zur Verstimmung seiner Resonanzfrequenz ein Bauelement (C4) mit frequenzabhängiger Impedanz über ein Schaltelement (T) verbindbar ist, das die Verbindung abhän­ gig vom Einsetzen der Begrenzungswirkung durch die Span­ nungsbegrenzungsvorrichtung (Z, R) herstellt.

2. Batterieloser Transponder nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bauelement ein Kondensator (C4) ist und daß das Schaltelement ein Schalttransistor (T) ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit dem Kondensator (C4) in Serie geschaltet ist und der durch einen durch die Spannungsbe­ grenzungsvorrichtung (Z, R) beim Einsetzen der Begrenzungs­ wirkung fließenden Strom in den leitenden Zustand versetzbar ist.

3. Batterieloser Transponder nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spannungsbegrenzungsvorrichtung eine Serienschaltung aus einer Zenerdiode (Z) und einem Wider­ stand (R) ist, die an das Energiespeicherelement (C3) ange­ schlossen ist, wobei die Zenerspannung der Zenerdiode (Z) gleich dem vorgegebenen Spannungswert ist und die Basis des Schalttransistors (T) an den Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode (Z) und dem Widerstand (R) angeschlossen ist.