DE60119910T2

DE60119910T2 - Hochfrequenz-identifikationstransponder

Info

Publication number: DE60119910T2
Application number: DE60119910T
Authority: DE
Inventors: Colin Stuart Stanmore LITTLECHILD; John Michael Cherrybrook STANTON
Original assignee: Magellan Technology Pty Ltd
Current assignee: Magellan Technology Pty Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: AUPQ589400A0; EP1679635A1; DE60130816T2; EP1266458A4; WO2001065712A1; EP1544782A3; EP1679635B1; DE60119910D1; EP1544782B1; EP1837797B1; JP2003526148A; JP4919569B2; JP4110179B2; EP1266458B1; EP1266458A1; DE60130816D1; JP2006344227A; DE60136233D1; EP1544782A2; EP1837797A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Funkfrequenz-Identifikationstransponder (RFID-Transponder: radio-frequency identification transponder) und genauer auf einen RFID-Transponder, die in Anwendungen eingesetzt werden, die von der Orientierung unabhängig sind, also wo ein Transponder in willkürlichen Orientierungen betreibbar sein muss.
Die Erfindung ist primär für die Abfrage einer Mehrzahl passiver Transponder entwickelt worden, die an Gegenständen angebracht sind, die durch diese Transponder identifiziert werden sollen, und wird hiernach unter Bezugnahme auf diese Anwendung beschrieben werden. Eine typische Anwendung ist die Identifikation von RFID-Transpondern, die an auf Förderbändern zugeführtem Gepäck angebracht sind und wo die Transponderdaten verwendet werden, um die automatische Sortierung des Gepäcks zu steuern. Die Erfindung ist aber nicht auf dieses spezielle Anwendungsgebiet beschränkt. Zum Beispiel sind verschiedene Aspekte der Erfindung auf Systeme anwendbar, die auf aktiven Transpondern beruhen, sowie auf andere Anwendungen als Gepäcksortiersysteme.
HINTERGRUND
In Systemen des Standes der Technik werden Transponder von Abfragefeldern in Tunnelleserprogrammierern (TRP: tunnel reader programmers) gelesen. Typischerweise ist die Orientierung und Lage der in die TRP eintretenden Transponder willkürlich und unbekannt. Entsprechend muss der TRP seine Abfragefelder zwischen orthogonalen Richtungen umschalten, damit die Transponder unabhängig von ihrer Orientierung abgefragt werden können. Das US-Patent Nr. 5 258 766 liefert ein Beispiel eines solchen Systems.
Aus dem praktischen Einsatz von RFID-Transpondern in Situationen, die beispielsweise in der Gepäckabfertigung auftreten, ergeben sich eine Anzahl spezieller Probleme. Diese beinhalten zum Beispiel die Tatsachen, dass

1. mechanische Mittel wie ein Förderband das Gepäck (und damit die Transponder) durch den TRP bewegen,
2. mehrere Transponder an einem einzelnen Stück angebracht sein können.

Wenn Stücke mit daran angebrachten Transpondern von mechanischen Mitteln wie einem Förderband durch den TRP bewegt werden, ist die Ermittlung der Reihenfolge der Stücke auf dem Förderband ein wesentliches Erfordernis dafür, eine automatische Behandlung der Stücke zu ermöglichen. Für die Ermittlung der Reihenfolge der Stücke auf dem Förderband ist es von Vorteil, die Reihenfolge, in der die Transponder in einen TRP eintreten, festzustellen. In Systemen des Standes der Technik wird die Reihenfolge der Transponder normalerweise aus der Reihenfolge geschlossen, in der sie identifiziert werden. Wenn aber mehrere Transponder vorhanden sind, können die Identifikationsnachrichten von diesen Transpondern kollidieren, und eine Identifikation der Transponder, die in den TRP eintreten, kann misslingen. Wenn Nachrichten kollidieren, ist dann ein weiterer Zeitabschnitt erforderlich, um die Transponder richtig zu identifizieren. Während dieser Zeit werden die Transponder vom Förderband tiefer in den TRP hineinbewegt. Es ist möglich, dass ein oder mehrere nachfolgende Transponder in den TRP eintreten, ehe der erste Transponder identifiziert worden ist. Dann wird es möglich, dass einer oder mehrere der nachfolgenden Transponder vor dem ersten Transponder identifiziert werden. Folglich kann aus der Reihenfolge der Identifikation der Transponder eine unrichtige Reihenfolge der Stücke geschlossen werden.
Wenn die Abfragefelder umgeschaltet werden, schalten sich passive Transponder innerhalb einer verhältnismassig kurzen Zeit ab, so dass im flüchtigen Speicher auf dem Transponder gespeicherte zeitweilige Daten zu diesem Zeitpunkt verloren gehen können. Solche Daten können u.a. in Registern gespeicherte Konfigurationsdaten oder zeitweilige Daten sein. In Systemen des Standes der Technik müssen für den Transponderbetrieb erforderliche Konfigurationsdaten oder zeitweilige Einstellungen nach jeder Umschaltung des Abfragefeldes im Transponder neu erzeugt werden. Solche Daten können aus dem Speicher des Transponders ausgelesen werden oder müssen möglicherweise durch den TRP an den Transponder übermittelt werden. Wegen der damit verbundenen zeitlichen Verzögerung ist dies unerwünscht. Ausserdem sind die Daten in einigen Fällen eventuell nicht mehr verfügbar.
Die EP-A-0 590 590 wird im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 14 anerkannt.
Die obige Diskussion ist nicht als ein Eingeständnis des Ausmasses allgemein üblicher Kenntnisse auf dem Erfindungsgebiet zu verstehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen oder mehrere der Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder wenigstens wesentlich zu verbessern oder zumindest eine nützliche Alternative zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung wird in Ansprüchen 1 und 14 dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 einen TRP des Standes der Technik zeigt;
2 Wellenformen zeigt, die dem TRP des Standes der Technik nach 1 zugeordnet sind;
3(a) und 3(b) beispielhafte Schaltschemata zeigen, die einem Transponderspeicherfeld gemäss vorliegender Erfindung zugeordnet sind;
4(a) und 4(b) Wellenformen zeigen, die den in 3(a) und 3(b) gezeigten beispielhaften Schaltschemata zugeordnet sind;
5 das Beispiel einer Schaltung zur Verwendung mit einem erfindungsgemässen Transponderspeicherfeld zeigt;
6 das Beispiel einer Schaltung zur Verwendung mit einem erfindungsgemässen Transponderspeicherfeld zeigt;
7 eine perspektivische Ansicht eines Gepäckstücks ist, an dem ein erfindungsgemässer Transponder angebracht ist;
8 ein Blockdiagramm relevanter Funktionsteile des erfindungsgemässen Transponders ist;
9 ein Diagramm einer erfindungsgemässen, auf einem Förderband angebrachten Abfragevorrichtung mit dicht gelegten Stücken und an den Stücken angebrachten Transpondern ist;
10 Wellenformen zeigt, die von einem Transponder gemäss einer Ausführungsform der Erfindung empfangen werden;
11 eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, die ein Speicherfeld besitzt, in dem RAM verwendet werden;
12 das Diagramm eines erfindungsgemässen Gepäckabfertigungssystems zeigt, das zwei eng beabstandete, auf dem Förderband angebrachte Abfragevorrichtungen umfasst;
13 ein Blockdiagramm relevanter Funktionsteile eines Transponders gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
14 das Beispiel einer Schaltung eines Trennschalters für die Speicherenergieversorgung zum Einsatz mit einem erfindungsgemässen Transponder zeigt.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
1 zeigt einen TRP für ein Transpondersystem des Standes der Technik, wie es durch die US-Patentschrift 5 258 766 offenbart wird.
Nunmehr auf 7 Bezug nehmend, wird darin ein Gepäckstück 700 veranschaulicht, das einen Griff 701 umfasst, der einen Funkfrequenz-Identifikationstransponder (RFID-Transponder) 702 trägt. In diesem Falle ist der Transponder 702 ein passiver Transponder, der durch ein Abfragesignal aktiviert werden soll, wie unten erörtert. Dabei sollte es aber klar sein, dass der Transponder ein aktiver (batterie-gespeister) Transponder oder ein aktiver/passiver Hybridtransponder sein könnte. Es versteht sich ebenfalls, dass die Verwendung von RFID-Transpondern auf Gepäck nur ein Beispiel eines breiten Spektrums von Verwendungen ist, auf die die Technologie angewendet werden kann.
9 zeigt das Diagramm eines auf einem Förderband angebrachten TRP 901 mit einer Reihe von dicht gelegten Gepäckstücken 700 auf dem Förderband, wie es in einem Gepäckabfertigungssystem auf einem Flughafen, einem Bahnhof oder einem anderen Transportknotenpunkt anzutreffen wäre. An jedem Stück sind ein oder mehrere RFID-Transponder 702 angebracht. Jeder Transponder umfasst eine eindeutige Zeichenfolge, die er bei Abfrage sendet, um eine Identifikation des konkreten Transponders zu ermöglichen.
Für die automatische Sortierung der Stücke und um weitere physische Vorgänge in der Behandlung der Stücke zu erleichtern, ist es erforderlich, die Reihenfolge der Stücke auf dem Förderband sorgfältig und genau zu ermitteln. Dies wiederum wird bedeutend erleichtert, wenn die Reihenfolge, in der die Transponder in den TRP eintreten, genau ermittelt werden kann.
Bekanntlich ist die Reihenfolge der Stücke auf dem Förderband aus der Reihenfolge geschlossen worden, in der die betreffenden Transponder durch eine Abfragevor richtung identifiziert werden. Beim steigenden Umfang der Stückabfertigung und der kurzen, dafür zur Verfügung gestellten Zeit besteht aber konstanter Druck, die Geschwindigkeit der Förderbänder zu erhöhen und den Abstand zwischen den Stücken zu verringern. Ausserdem nimmt die Anzahl möglicher Kombinationen von Landungen und Abflügen von wichtigen Terminals stark zu, was wiederum mehr Komplexität und grösseren Bedarf für eine vermehrte Verarbeitung der Stücke nach sich zieht. Im Ergebnis werden Mehrfachtransponder verwendet. Bei Vorrichtungen des Standes der Technik erhöht sich dabei aber lediglich exponentiell die Gefahr, dass die Identifikationsnachrichten von diesen Transpondern kollidieren und eine Identifikation der in den TRP eintretenden Transponder misslingt. Durch dieses Versagen des Standes der Technik wird das Problem noch gravierender, weil ein weiterer Zeitabschnitt erforderlich wird, um die Transponder richtig zu identifizieren, wenn Nachrichten kollidieren. Während dieses weiteren Zeitabschnitts werden die Transponder vom Förderband tiefer in den TRP hineinbewegt. Dadurch entsteht dann die Gefahr, dass nachfolgende Transponder in den TRP eintreten, ehe die ersten Transponder identifiziert worden sind. Dann wird es möglich, dass einer oder mehrere der nachfolgenden Transponder vor dem ersten Transponder identifiziert werden. Folglich kann bei steigenden Förderbandgeschwindigkeiten und sinkenden Abständen zwischen den Stücken aus der Reihenfolge der Transponderidentifikation die Reihenfolge der Stücke nicht zuverlässig geschlossen werden.
Wie schon erörtert, wird im TRP der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform das Abfragefeld sequentiell und periodisch zwischen orthogonalen Orientierungen umgeschaltet, um zu gewährleisten, dass alle Transponder ohne Rücksicht auf ihre relative Orientierung aktiviert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn das Abfragefeld erstmals in einer orthogonalen Orientierung ausgesendet wird, als Teil des Abfragesignals durch den TRP eine eindeutige Zahl gesendet. Diese Zahl repräsentiert den Zeitpunkt der Aussendung und die konkrete orthogonale Orientierung. Diese Zahl, die als eine Zeitstempelzahl definiert ist, wird von allen Transpondern empfangen, die durch das Abfragefeld aktiviert werden. Diejenigen Tags, die zum ersten Mal aktiviert werden, speichern die Zeitstempelzahl in einem Speicher. Die Tags, die von einer früheren Abfrage her bereits eine Zeitstempelzahl in ihrem Speicher gespeichert haben, ignorieren die neue Zeitstempelzahl.
Es sollte klar sein, dass die Richtung des Abfragefeldes etwa alle 10 ms umgeschaltet wird, obwohl in anderen Ausführungsformen unterschiedliche Zeitperioden verwendet werden. Während in der bevorzugten Ausführungsform bei jedem Umschalten ein neuer Zeitstempel erzeugt wird, ist es darüber hinaus von anderen Ausführungsformen her bekannt, den gleichen Zeitstempel für eine bestimmte Richtung über eine Mehrzahl von Zyklen hinweg zu verwenden, in einigen Fällen in bis zu zehn Zyklen. Dies hängt aber von der Geschwindigkeit des Förderbandes, der Dichte der Stücke auf dem Förderband sowie der Länge des TRP ab.
Zur bevorzugten Ausführungsform zurückkehrend, trägt jeder Transponder ein Speicherfeld für die Speicherung der ersten Daten sowie einen Signalprozessor für das Herausziehen des Zeitstempels aus dem Abfragesignal auf sich. Der Inhalt des Speicherfeldes, d.h. die ersten Daten, werden mit dem herausgezogenen Zeitstempel verglichen, und unter bestimmten Bedingungen wird der Zeitstempel im Speicherfeld gespeichert. Stärker bevorzugt werden, wenn der Zeitstempel gespeichert wird, damit einige oder alle der ersten Daten überschrieben, um frische erste Daten zu bilden.
Die Transponder sind also derart konfiguriert, dass sie auf die betreffenden Zeitstempel zugreifen und die Daten selektiv in ihren Speicherfeldern speichern. Die Entscheidung, ob die ersten Daten überschrieben werden sollen, hängt davon ab, ob der Transponder schon vorher durch die Abfragevorrichtung abgefragt worden ist oder nicht. Wenn nicht, dann werden die ersten Daten überschrieben. Wenn ja, erfolgt hingegen kein Überschreiben. Effektiv sind die ersten Daten für den frühesten Zeitpunkt repräsentativ, zu dem der Transponder in den TRP eintrat und durch die Abfragevorrichtung erstmals aktiviert, d.h. abgefragt wurde.
Die Zeitstempelzahl wird dann als ein Teil der Antwort- oder Ansprechnachricht jedes Transponders mitgeliefert. Wenn die Transponder diese Nachricht liefern, wird sie durch die Abfragevorrichtung empfangen und ermöglicht es, dass die Transponder und die ihnen entsprechenden Stücke identifiziert werden und die Reihenfolge ihres Eintritts in den TRP aus der Zeitstempelzahl ermittelt wird. Die Ermittlung der Reihenfolge der Transponder ist nunmehr von der Geschwindigkeit der Identifikation unabhängig. Die Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform ermöglicht es, dass ein Transponder den TRP in ganzer Länge durchläuft, ehe er identifiziert werden muss, und das Vorhandensein einer Vielzahl von Transpondern im TRP stellt kein Problem dar, da alle ohne Verlust der Reihenfolge der Transponder identifiziert werden.
Vorteilhafterweise ermöglicht es die bevorzugte Ausführungsform, dass die Geschwindigkeit, mit der sich Transponder durch den TRP bewegen, viel höher als in Systemen des Standes der Technik ist, bei denen Transponder identifiziert werden müssen, ehe der nächste Transponder in den TRP eintritt.
Die Vorrichtung und das Verfahren der bevorzugten Ausführungsform sind nicht auf die Arbeit von TRP beschränkt, sondern sind vielmehr auf alle einachsigen oder mehrachsigen Transponderleser anwendbar. Alle diese Vorrichtungen sind nämlich dafür geeignet, periodisch eine eindeutige Zeitstempelzahl zu senden, so dass neu in das Abfragefeld eingetretene Transponder den Zeitstempel empfangen und speichern. In der Folge wird der Zeitstempel in die Antwortnachricht des Transponders einbezogen, und der Leser kann auf den frühesten Zeitpunkt schliessen, zu dem der Transponder in das Abfragefeld eingetreten ist.
Es sollte klar sein, dass das Ansprech- oder Antwortsignal, das durch den Transponder geliefert wird, Daten umfasst, die über die von der Kennung abgeleiteten Daten hinausgehen. Diese Daten sind gewöhnlich ein eindeutiger Kode oder eine eindeutige Zeichenfolge, die es ermöglichen, den Transponder selbst zu identifizieren. Das Ansprechsignal, das durch die Abfragevorrichtung dekodiert worden ist, enthält also nicht nur Daten, die für den konkreten Transponder kennzeichnend sind, sondern auch eine Rückkopplung bezüglich des Zeitpunkts bzw. der Reihenfolge der ersten Abfrage dieses Transponders.
Bevorzugtermassen enthält das Abfragesignal eine Kennung, die zusätzlich zu dem oben behandelten Zeitstempel eine eindeutige Zeichenfolge oder einen anderen eindeutigen Kode enthält, um eine Identifikation der Abfragevorrichtung zu ermöglichen. Dies wird besonders bedeutsam in Systemen, die von einer Mehrzahl von Abfragevorrichtungen Gebrauch machen. Zum Beispiel wird in 12 ein System veranschaulicht, wo zwei TRP, nämlich ein TRP 120 und ein TRP 121, eng beabstandet auf dem Förderband vorhanden sind. Die Stücke und die entsprechenden Transponder verlassen den TRP 120 und erreichen den darauffolgenden TRP 121 in rascher Folge. Beim Einsatz herkömmlicher Systeme ist es bei hohen Förderbandgeschwindigkeiten zunehmend üblich, dass der zeitliche Abstand zwischen Austritt und Eintritt für die Transponderschaltkreise zu kurz ist, um zu erkennen, dass der TRP gewechselt hat. Unter diesen Bedingungen besteht eine erhöhte Gefahr, dass die Transponder die vom zweiten TRP übermittelte Zeitstempelzahl ignorieren. Durch Anwendung der Erfindung auf dieses System werden aber diese Beschränkungen des Standes der Technik überwunden, da der Transponder auf das Abfragesignal der zweiten Abfragevorrichtung reagieren wird, indem diese eine Kennung liefert, die sich von der Kennung der ersten Abfragevorrichtung unterscheidet. Wenn das Abfragefeld erstmals in einer neuen orthogonalen Richtung aktiviert wird, wird genauer gesagt eine für den TRP repräsentative eindeutige Zahl vom TRP ausgesendet. Diese Zahl, die die TRP-Identifikationszahl (TRP ID) genannt wird, wird von allen Transpondern empfangen, die durch das Abfragefeld aktiviert werden. Diejenigen Tags, die zum ersten Mal aktiviert werden, speichern die TRP ID im Speicher. Diejenigen, die bereits eine TRP ID von einer früheren Abfrage her im Speicher gespeichert haben, vergleichen diese gespeicherte TRP ID mit der gesendeten TRP ID, um festzustellen, ob der Transponder in einen neuen TRP eingetreten ist. Wenn sich die TRP ID unterscheiden, speichert der Transponder die neue Zahl und arbeitet weiter so, als ob er erstmals aktiviert worden wäre. Auf diese Weise wird der Transponderbetrieb durch die enge Beabstandung der TRP nicht beeinträchtigt.
2 zeigt die Abfragewellenformen, die dem in 1 gezeigten TRP des Standes der Technik zugeordnet sind. Der TRP verwendet drei orthogonale Achsen entlang der X-, Y- und Z-Richtung. Er erregt diese mit Sinus- oder Cosinusströmen, wie in der US 5 258 766 beschrieben.
Im Gegensatz dazu zeigt 10 die Abfragewellenform, die von einem Transponder gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung empfangen wird, wo die Zeitstempelzahl und die TRP ID <n1, n2> (<Zahl 1, Zahl 2>) am Anfang jedes orthogonalen Feldes gesendet werden. Ein entlang einer der orthogonalen Achsen ausgerichteter Transponder erfährt periodisch einen Energieausfall, wenn die Erregung von der betreffenden Achse weggenommen wird. Passive Transponder schalten innerhalb einer verhältnismässig kurzen Zeit ab, und Daten, die im flüchtigen Speicher auf dem Transponder gespeichert sind, gehen dann verloren, wenn die energielose Zeit genügend lang ist. Solche Daten sind u.a. die Zeitstempelzahl, die TRP-Identifikationszahl, die Konfigurationsdaten oder zeitweilige Daten, die in Registern gespeichert sind.
Wenn die Konfigurationsdaten oder die zeitweiligen Einstellungen, die für den Transponderbetrieb erforderlich sind, verloren sind, müssen sie nach jeder Umschaltung des Abfragefeldes im Transponder erneut erzeugt werden. Diese Daten können aus dem Speicher des Transponders ausgelesen werden oder müssen eventuell vom TRP an den Transponder übermittelt werden. Wegen der damit verbundenen Verzögerung ist dies unerwünscht. Ausserdem werden Daten wie der Zeitstempel nicht mehr verfügbar sein.
Um den Verlust der Zeitstempelzahl des Transponders, der TRP ID, der Konfigurationsdaten oder weiterer zeitweiliger Daten zu verhindern, müssen die Daten entweder in einem herkömmlichen nichtflüchtigen Speicher wie einem elektrisch löschbaren, programmierbaren Direktzugriffsspeicher EEPROM oder in einem Speicherfeld gespeichert werden, das in der Lage ist, seine Daten während einer Zeitdauer zu halten, die länger als der längste periodische Energieausfall ist. Dieses Speicherfeld wird als „zeitweiliger Speicher" bezeichnet werden. Obwohl er für einige Ausführungsformen der Erfindung geeignet ist, hat ein EEPROM den Nachteil, dass mehrere Millisekunden erforderlich sind, um die Daten in den Speicher zu schreiben. Speicher wie ein Direktzugriffspeicher RAM oder ein dynamischer Direktzugriffsspeicher DRAM sind nicht mit langsamen Schreibzeiten behaftet und verbrauchen wenig Energie. Es sollte klar sein, dass ein RAM seine Daten hält, solange die Versorgungsspannung aufrecht erhalten wird, während ein DRAM seine Daten während einer kurzen Zeit nach Wegfall der Versorgungsspannung hält.
13 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm spezieller Teile der Schaltungen des RFID-Transponders, die die Erfindung betreffen. Der Fachmann wird verstehen, dass RFID-Tags eine Anzahl von Funktionsblöcken über die veranschaulichten hinaus enthalten. Diese sind aber der Deutlichkeit halber in der vorliegenden Beschreibung weggelassen worden, wobei davon ausgegangen wird, dass der Fachmann die erforderlichen Blöcke kennt und weiss, wie sie in einem RFID-Tag zu implementieren sind. Der Empfänger 130 empfängt das Abfragesignal der Abfragevorrichtung, das in dieser Ausführungsform eine Kennung in Gestalt der Zeitstempelzahl und der TRP ID umfasst. In anderen Ausführungsformen werden nur entweder der Zeitstempel oder die TRP ID übermittelt. In noch weiteren Ausführungsformen sind statt der obigen Daten oder zusätzlich zu ihnen noch weitere Daten enthalten.
Der Transponder enthält einen Signalprozessor 131, der auf den Empfänger 130 anspricht, um die Kennung herauszuziehen, die dann ganz oder teilweise zur Speicherung an den mitgeführten Speicher 132 geliefert wird. Die Entscheidung, welche Daten gespeichert werden sollen, wenn überhaupt, beruht gewöhnlich auf einem Vergleich der Kennung mit dem vorhandenen Speicherinhalt. In einigen Fällen besteht die Entscheidung zum Beispiel nur darin, ob sich die Kennung von den gespeicherten Daten unterscheidet, was bei der ersten Abfrage des Transponders zutrifft, da der Speicher 132 beim Einschalten üblicherweise nur Nullen oder nur Einsen enthält. Wenn aber ein Speicher vom EEPROM-Typ verwendet wird, erfolgt ein strengerer Vergleich, da ein energieloser Zustand die Daten im Speicher nicht verletzt. Daher wird in einigen Ausführungsformen die Entscheidung darauf beruhen, ob der gespeicherte Zeitstempel tatsächlich verfallen ist. In anderen Ausführungsformen wird hingegen die Entscheidung auf einem Vergleich zwischen der empfangenen und der gespeicherten TRP ID beruhen. Wenn die TRP ID verschieden ist, dann überschreibt nämlich der Transponder die gespeicherten Daten mit den frisch empfangenen Daten, da er erkannt hat, dass der Transponder nunmehr von einem anderen TRP abgefragt wird. In weiteren Ausführungsformen sind alternative Entscheidungsprozesse inbegriffen. Das Endergebnis besteht aber darin, dass der Speicher 132 zumindest eine Kennung oder zumindest einen genügend grossen Abschnitt dieser Kennung enthält, um es dem Transponder zu ermöglichen, einem TRP bei Abfrage Einzelheiten der Zeitfolge mitzuteilen.
Der Transponder enthält auch eine eigene Energieversorgung 133, um den Transponder mit Energie zu versorgen. Es sollte klar sein, dass die Energieversorgung auch den Speicher 132 versorgt.
Nunmehr auf 8 Bezug nehmend, wird dort ein vereinfachtes Blockdiagramm konkreter Teile einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der ein zeitweiliger Speicher eingesetzt wird. Insbesondere ist ein RFID-Tag 800 veranschaulicht, der ein Substrat aufweist, das alle elektrischen Komponenten trägt, von denen einige gezeigt werden, während andere der Deutlichkeit halber weggelassen sind. Die hier interessierenden Komponenten sind eine Energieversorgung 801 und ein zeitweiliges Speicherfeld in Gestalt eines dynamischen Direktzugriffsspeichers (DRAM) 802. Der DRAM 802 enthält eine Mehrzahl von Adresszellen (die genauer unter Bezugnahme auf 3(a) und 5 beschrieben werden), um die vom RFID-Transponder und seiner Abfragevorrichtung verwendeten zeitweiligen Daten zu halten. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst der DRAM auch Zeitgebermittel in Gestalt einer abgewandelten Speicherzelle 803 und zugehöriger Schaltungen (genauer unter Bezugnahme auf 3(b) und 6 erörtert). Alternative Ausführungsformen des in 8 gezeigten Schaltkreises werden später erörtert.
3(a) zeigt das Schema eines bevorzugten Schaltkreises, der zur Speicherung eines Bits zeitweiliger Daten verwendet wird. Es dürfte klar sein, dass der auf dem Transponder vorhandene Speicher aus vielen ähnlichen Schaltungen besteht, um die für die betreffende Anwendung erforderliche Speicherkapazität zur Verfügung zu stellen. Wieder auf 3(a) Bezug nehmend, ist die Speicherschaltung eine zeitweilige Speicherschaltung, wo Daten bei ,Dateneingabe' eingegeben werden, die eingegebenen Daten durch ,Datenfreigabe' im Speicherkondensator gespeichert werden und die gespeicherten Daten bei ,Datenausgabe' zur Verfügung stehen. Die Daten werden in einem Speicherkondensator 301 gespeichert, und nach dieser Speicherung bestehen als Entladungswege nur die Streuverluste durch M1 und die Gate-Kapazitäten des Ausgangsinverters. Diese Streuverluste sind verhältnismässig klein, und die Speicherkondensatorspannung wird für wenigstens einige Sekunden erhalten bleiben. Die zur Erhaltung einmal gespeicherter Daten verwendeten, normalen Wiederholkreise sind nicht gezeigt, aber den Fachleuten auf diesem Gebiet vertraut und verständlich.
Die im zeitweiligen Speicher gespeicherten Daten werden typischerweise aus einer von zwei Quellen abgeleitet. Erstens können sie vom TRP abgeleitet werden, der die Daten zum Transponder sendet. Zweitens können sie intern abgeleitet werden, und zwar können sie entweder dem zum Transponder gehörenden Speicher entnommen oder durch Schaltkreise des Transponders erzeugt werden.
3(b) zeigt das Schema einer bevorzugten Schaltung, die zur Speicherung des gültigen DRAM-Bits verwendet wird. Die Chipspannung Vdc wird durch den Wiederholkreis, der aus M2, M3, einer Stromquelle und einem Inverter besteht, an einem Speicherkondensator 302 aufrecht erhalten. Wenn die Spannung Vdc wegen eines Energieausfalls abfällt, verhindert der Wiederholkreis eine Entladung des Speicherkondensators durch M2. Die Entladung erfolgt durch die Stromsenke, die durch M1 und R gebildet wird. Bei richtiger Bemessung von M1 liefert diese Schaltung einen zuverlässigen und stabilen Entladestrom. Einzelheiten der Arbeitsweise dieser Schaltung werden in der Veröffentlichung „Switched-source-impedance CMOS circuit for low standby subthreshold current gigascale LSI's" [CMOS-Schaltung mit wechselnder Quellenimpedanz für LSI im Gigamassstab mit niedrigem unterschwelligem Standbystrom], Seiten 1131–1135 im IEEE Journal of Solid State Circuits, Band 28, Nr. 11, November 1993 vorgestellt. Der Entladestrom ist immer grösser als die Streuverluste in der Schaltung der 3(a). Entsprechend wird der in 3(b) gezeigte Kreis immer vor der zeitweiligen Speicherschaltung entladen sein und kann daher verwendet werden, um die Gültigkeit des zeitweiligen Speichers anzuzeigen.
4(a) zeigt eine Darstellung der Entladewellenform für den zeitweiligen Speicherkreis. 4(b) zeigt eine Darstellung der Entladewellenform für die Schaltung des gültigen DRAM-Bits. Es wird bemerkt werden, dass die Entladung des gültigen DRAM-Bits zum Übergangspunkt zwischen einer logischen Eins und einer logischen Null wegen der Entladeschaltung M1 und R signifikant kürzer als die der zeitweiligen Speicherschaltung ist.
5 zeigt eine Schaltung für den zeitweiligen Speicher, die auf einem Siliciumchip aufgebaut wurde, während 6 eine Schaltung für ein gültiges DRAM-Bit zeigt, die auf einem Siliciumchip aufgebaut wurde.
11 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der von einem zeitweiligen Speicher Gebrauch gemacht wird, in dem RAM verwendet werden, wo die Energie für den Speicher 110 in einem Speicherkondensator 111 gespeichert ist. Während eines Energieausfalls wird der Speicherkondensator 111 durch den in Reihe geschalteten Passtransistor 112 von der Hauptenergieversorgung getrennt. Ein Entladekreis 113 und ein mit dem Speicherkondensator 111 parallel geschalteter Spannungsniveaudetektor 114 werden verwendet, um die maximale Zeit zu begrenzen, während der Daten im Speicher gespeichert bleiben. Der Entladestrom ist klein genug, um sicherzustellen, dass der Speicherinhalt während normaler Energieausfälle gültig bleibt. Wenn der Transponder während einer zu langen Zeit energielos bleibt, entlädt sich der Speicherkondensator auf einen Wert unterhalb der Schwellenspannung des Niveaudetektors. Wenn Energie erneut angelegt wird, erkennen die Chipkreise, dass der Speicherkondensator entladen worden ist und dass der Inhalt des RAM ungültig ist.
14 zeigt die Trennschaltung für eine RAM-Energieversorgung, die für eine Ausführungsform der Erfindung auf einem Siliciumchip aufgebaut wurde. Sie liefert ein konkretes Beispiel, wie solche Schaltkreise implementiert werden können, und soll für die Auslegung kennzeichnend sein. Dem Fachmann wird klar sein, dass andere Konfigurationen und Auslegungen ebenfalls geeignet sind.
Die in der Erfindung verwendeten Verfahren sind auf eine Anzahl weiterer Aspekte in Transpondersystemen anwendbar, um Fortschritte gegenüber dem Stande der Technik zu liefern. Einige dieser Aspekte werden unter den hierunter folgenden Überschriften näher beschrieben.
Bit für Chipstummschaltung
Wenn viele Transponder gleichzeitig in einem TRP vorhanden sind, kann die Anzahl von Transponderidentifikationsnachrichten den Identifikationsprozess stören. Es ist von Vorteil, das Senden von Transpondern abzustellen, nachdem der TRP den Transponder identifiziert und alle erforderlichen Dialoge mit dem Transponder beendet hat. Der TRP kann einen Befehl übermitteln, der den Transponder verstummen lässt und ein weiteres Senden des Transponders verhindert. In Systemen des Standes der Technik führt das sequentielle und periodische Umschalten des Abfragefeldes durch den TRP dazu, dass Transponder periodisch abschalten. Wenn sie abschalten, verlieren sie unglücklicherweise diese Stummschalt-Information. Dadurch wird erforderlich, dass die Stummschalt-Information für jede neue orthogonale Richtung wiederholt übermittelt wird. Dadurch verringert sich die Zeit, die dem TRP zur Verfügung steht, um Nachrichten zu empfangen, durch die Transponder identifiziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Stummschalt-Information in Gestalt eines „Bits für Chipstummschaltung" im zeitweiligen Speicher gespeichert. Es ist besonders vorteilhaft, dieses Bit im zeitweiligen Speicher zu speichern, weil das Bit nicht verloren geht, während das Abfragefeld sequentiell und periodisch zwischen den orthogonalen Richtungen umgeschaltet wird. Wenn ein Transponder einschaltet, kann er das Chip-Stummschaltbit prüfen und bestimmen, ob er stumm sein sollte.
Konfigurationseinstellungen
Es gibt eine Reihe von Transponderfunktionseinstellungen, die zu einer verbesserten Systemleistung führen, wenn sie richtig gewählt sind. Diese Einstellungen können vorteilhaft im zeitweiligen Speicher des Transponders gespeichert werden, wo sie von den periodischen Energieausfällen, die durch das sequentielle Umschalten des Abfragefeldes verursacht werden, unberührt bleiben. Einige Beispiele dafür werden unten angeführt, um den Nutzen der Verwendung des zeitweiligen Speichers aufzuzeigen.
PRBS-Zahl: Transponders können eine Zufallszahl verwenden, um einige der Funktionen zu steuern. Zum Beispiel können Transponder eine zufällige zeitliche Verzögerung zwischen Antwortsendungen verwenden, wobei eine Zufallszahl die Länge der Verzögerung steuert. Alternativ können Transponder willkürlich eine Frequenz für die Übermittlung einer Antwort wählen, wobei eine Zufallszahl die gewählte Frequenz steuert. Das US-Patent Nr. 5 302 954 ist ein Beispiel für ein solches System. Zufallszahlen lassen sich auf den Chips bequem durch Generatoren für pseudo-zufällige binäre Folgen (PRBS-Generatoren: pseudo random binary sequence generators) erzeugen. Diese werden unter Verwendung langer Schieberegister mit Rückkopplung an kritischen Punkten aufgebaut. Für einen korrekten Betrieb darf die binäre Zahl im Schieberegister während der Energieausfälle, die durch die sequentielle Umschaltung des Abfragefeldes verursacht werden, nicht verloren gehen. Das wird erreicht, wenn der Inhalt des Schieberegisters unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im zeitweiligen Speicher gespeichert wird.
Zerhackereinstellungen: Bei Anwendungen, in denen eine grosse Anzahl von Transpondern anwesend ist, kann die Zahl der Transponderidentifikationsnachrichten das Kommunikationssystem abwürgen. Unter diesen Umständen muss der Anteil von sendenden Transpondern verringert werden. Ein Verfahren, dies zu erreichen, besteht darin, eine zufällige zeitliche Verzögerung zwischen Antwortsendungen einzuführen, wobei eine Zufallszahl die Länge der Verzögerung steuert und die durchschnittliche Länge der Verzögerung durch den TRP festgelegt wird. Auf diese Weise sendet zu jedem gegebenen Zeitpunkt nur ein kleiner Anteil der Transponder. Je grösser die durchschnittliche Verzögerung, desto kleiner der Anteil der sendenden Transponder. Der TRP kann die durchschnittliche Länge der Verzögerung durch Schreiben von Steuerbits festlegen. Diese Bits stellen die „Zerhackereinstellung" dar. Es ist von Vorteil, wenn die Zerhackereinstellung während der periodischen Energieausfälle, die durch das sequentielle Umschalten des Abfragefeldes verursacht werden, nicht verloren geht. Das wird erreicht, wenn die Zerhackereinstellung unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im zeitweiligen Speicher gespeichert wird.
Powermode-Steuerung: Bei Anwendungen, in denen eine grosse Anzahl von Transpondern eng benachbart vorhanden sind, kann die Kopplung zwischen nahe beieinander liegenden arbeitenden Transpondern den Transponderbetrieb beeinträchtigen. Unter diesen Umständen muss der Anteil arbeitender Transponder verringert werden, damit der durchschnittliche Abstand zwischen arbeitenden Transpondern grösser wird. Die Kopplung zwischen arbeitenden Transpondern wird entsprechend verringert. Ein Verfahren, dies zu erreichen, besteht darin, eine zufällige zeitliche Verzögerung zwischen Transpondern einzuführen, die von einem nicht arbeitenden Zustand geringer Leistung zu einem arbeitenden Zustand normaler Leistung übergehen, wobei eine Zufallszahl die Länge der Zeit steuert, während die durchschnittliche Länge der Zeit durch den TRP festgelegt wird. Auf diese Weise arbeitet zu jedem gegebenen Zeitpunkt jeweils nur ein kleiner Anteil der Transponder. Je länger die durchschnittliche Zeit, desto kleiner der Anteil arbeitender Transponder. Der TRP kann die durchschnittliche Zeit durch Schreiben von Steuerbits festlegen. Diese Bits stellen die „Powermode-Steuerungs"zahl dar. Es ist von Vorteil, wenn die Powermode-Steuerung während der periodischen Energieausfälle, die durch das sequentielle Umschalten des Abfragefeldes verursacht werden, nicht verloren geht. Das wird erreicht, wenn die Powermode-Steuerung wiederum unter Verwendung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im zeitweiligen Speicher gespeichert wird.
Durch die obige Beschreibung wird veranschaulicht, dass die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gegenüber Systemen des Standes der Technik viele Vorteile erbringen. In einigen Ausführungsformen ergeben sich diese Vorteile daraus, dass eine Mehrzahl von RFID-Transpondern zur Verwendung mit einer RFID-Abfragevorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die eine Mehrzahl von zeitlich beabstandeten Abfragesignalen liefert, die jeweils Kennungen enthalten, wobei jeder Transponder umfasst:

einen Empfänger, um eines oder mehrere der Abfragesignale zu empfangen;
einen Signalprozessor, der auf den Empfänger anspricht, um die Kennungen aus dem einen oder mehreren Signalen herauszuziehen; und
einen Sender, der auf die Kennungen anspricht, um ein Ansprechsignal zu senden, aus dem die Abfragevorrichtung die Reihenfolge ermitteln kann, in der die Transponder erstmals ein Abfragesignal empfangen hatten.

Dem Transponder/TRP-System wohnt inne, dass sowohl der Transponder als auch der TRP Sender und Empfänger besitzen, um eine Zweiweg-Kommunikation zwischen den Vorrichtungen zu ermöglichen. Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung gehen aber weiter und nutzen den Inhalt und die Zeitfolge der zwischen den Vorrichtungen übermittelten Daten in einer vorteilhaften und konstruktiven Art und Weise. Die bevor zugten Ausführungsformen nutzen auch die auf den Transpondern vorhandenen Verarbeitungsmöglichkeiten, zu denen neben anderen Komponenten der oben erwähnte Signalprozessor, ein Zentralprozessor sowie zugeordnete Speicher gehören.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Anzahl konkreter Ausführungsformen und Aspekte beschrieben worden ist, wird der Fachmann anerkennen, dass die Erfindung in vielen anderen Gestalten ausgeführt werden kann.

Claims

Funkfrequenzidentifikationstransponder zur Verwendung in einem RFID-System, wobei der Transponder umfasst: ein dynamisches Speicherfeld (802) zum Speichern von Daten und eine Energieversorgung (801) zum Versorgen einer dem RFID-Transponder zugeordneten Schaltung einschließlich des dynamischen Speicherfelds mit Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder derart konfiguriert ist, dass dann, wenn die Energieversorgung zu dem dynamischen Speicherfeld durch die Energieversorgung endet, die Daten in dem dynamischen Speicherfeld für eine vorbestimmte Zeitdauer gültig in diesem erhalten bleiben, und wobei das Speicherfeld auf ein Abfragesignal anspricht, wenn es während der vorbestimmten Zeitdauer von dem System mit Energie versorgt wird, um die Daten wahlweise zu aktualisieren.
Transponder nach Anspruch 1, in welchem das RFID-System ein Abfragesignal bereitstellt, welches eine Kennung aufweist, und wobei der Transponder einen Empfänger zum Empfangen des Signals umfasst.
Transponder nach Anspruch 2, welcher einen Signalprozessor umfasst, welcher anspricht auf: a) den Empfänger zum Extrahieren der Kennung aus dem Signal und auf b) die Kennung und die Daten, um zu bestimmen, ob die Kennung in dem Speicherfeld gespeichert ist.
Transponder nach Anspruch 1, in welchem die Energieversorgung derart konfiguriert ist, dass sie Energie durch Umwandeln eines von außen angelegten elektromagnetischen Anregungsfeldes in elektrische Energie bereitstellt.
Transponder nach Anspruch 1, in welchem die vorbestimmte Zeitdauer durch Entladen des dynamischen Speicherfeldes über Streuverlustwege innerhalb des dynamischen Speicherfeldes bestimmt ist.
Transponder nach Anspruch 1, welcher Zeitgebermittel zur Bereitstellung eines Gültigkeitsflags in Antwort auf ein Abfragesignal umfasst, wobei das Flag „gültig" ist, wenn das Abfragesignal innerhalb einer zweiten Zeitdauer empfangen wird, und „ungültig" ist, wenn das Abfragesignal nach der zweiten Zeitdauer empfangen wird, wobei der Transponder derart konfiguriert ist, dass die Daten in dem dynamischen Speicherfeld zumindest bis zum Ablauf der zweiten Zeitdauer in einem lesbaren Zustand beibehalten werden.
Transponder nach Anspruch 6, in welchem die Zeitgebermittel eine Kondensatorzelle zum Speichern einer durch Strom von der Energieversorgung erzeugten Ladung umfasst, wobei die Zeitgebermittel derart konfiguriert sind, dass sich die Ladung in der Kondensatorzelle mit einer vorbestimmten Rate entläd, sobald die Zuführung von Energie von der Energieversorgung ended.
Transponder nach Anspruch 6, in welchem der Status des Gültigkeitsflags auf einer Spannung basiert, welche zu einem vorbestimmten Punkt in dem Zeitgebermittel erzeugt wird, wobei die Spannung abnimmt, wenn sich die Kondensatorzelle entlädt.
Transponder nach Anspruch 6, in welchem die Spannung die Ausgangsspannung der Kondensatorzelle ist, wenn sich diese über eine Last entlädt.
Transponder nach Anspruch 9, in welchem die Kondensatorzelle eine Speicherzelle ist.
Transponder nach Anspruch 10, in welchem die Speicherzelle einen Teil des dynamischen Speicherfeldes bildet.
RFID-System, umfassend einen Transponder gemäß Anspruch 1 und eine Transponderabfrageeinrichtung zum Bereitstellen eines Abfragefeldes und zum Lesen von Daten von dem Transponder.
System nach Anspruch 12, in welchem die Abfrageeinrichtung derart konfiguriert ist, dass sie sequentiell eine Orientierung des Abfragefeldes umschaltet und eine zweite Zeitdauer so gewählt ist, dass sie die Zeit, in der das Abfragefeld aus ist, während dessen Orientierung umgeschaltet wird, überschreitet.
Verfahren zum Verwenden eines Funkfrequnzidentifikationstransponders in einem RFID-System, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Speichern von Daten in einem dynamischen Speicherfeld, welches in dem Transponder enthalten ist, und Versorgen einer dem RFID-Transponder zugeordneten Schaltung, einschließlich dem dynamischen Speicherfeld, mit Energie mittels einer Energieversorgung, gekennzeichnet durch Beibehalten der Daten in gültigem Zustand in dem dynamischen Speicherfeld für eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem die Zuführung von Energie zu dem dynamischen Speicherfeld durch die Energieversorgung ended, und wobei das Speicherfeld auf ein Abfragesignal anspricht, wenn es während der vorbestimmten Zeitdauer von dem System mit Energie versorgt wird, um die Daten wahlweise zu aktualisieren.
Verfahren nach Anspruch 14, welches den zusätzlichen Schritt umfasst, dass das RFID-System ein Abfragesignal bereitstellt, welches eine Kennung aufweist, wobei der Transponder einen Empfänger zum Empfangen des Signals enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, in welchem der Transponder einen Signalprozessor enthält, welcher anspricht auf: a) den Empfänger zum Extrahieren der Kennung aus dem Signal und auf b) die Kennung und die Daten zum Bestimmen, ob die Kennung in dem Speicherfeld gespeichert ist.