-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
-
In
der
EP 0 301 127 B1 ist
ein Transponder beschrieben, der ohne Batterie arbeitet und dessen Versorgungsspannung
aus einem von dem Transponder empfangenen HF-Trägerschwingungsimpuls gewonnen
wird. In dem Transponder ist ein Resonanzkreis vorhanden, dessen
Spule gleichzeitig als Antenne zum Empfangen des HF-Trägerschwingungsimpulses
dient. Durch Gleichrichten des empfangenen HF-Trägerschwingungsimpulses wird
eine Gleichspannung erzeugt, mit der ein Speicherkondensator aufgeladen
wird, dessen Ladespannung nach Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses
als Versorgungsspannung für
den Transponder verwendet wird. Der einfachste typische Anwendungsfall
eines solchen Transponders ist seine Verwendung als Identifizierungselement.
Er ist dabei so ausgebildet, dass er nach Beendigung des empfangenen
HF-Trägerschwingungsimpulses
seinerseits ein HF-Signal aussenden kann, das mit einem in dem Transponder
gespeicherten Identifizierungscode moduliert ist. Ein Abfragegerät ist daher
in der Lage, diesen Identifizierungscode zu lesen und somit auch
die Identität
von Gegenständen
festzustellen, an denen der Transponder befestigt ist.
-
Das
Aussenden des HF-Signals durch den Transponder setzt voraus, dass
der in ihm enthaltene Resonanzkreis nach Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses
weiterschwingt. Diese Schwingungen des Resonanzkreises werden zur
Erzeugung von Taktsignalen im Transponder benutzt, die zum Modulieren
der HF-Schwingung benötigt wird,
so dass von der Spule des Resonanzkreises dann dieses Signal in
modulierter Form ausgesendet werden kann. Je nach der Güte des Resonanzkreises
und weiteren unvermeidlichen Dämpfungsfaktoren
klingen die im Resonanzkreis durch den HF-Trägerschwingungsimpuls angeregten
Schwingungen mehr oder weniger schnell aperiodisch ab. In dem bekannten
Transponder muss daher dafür
gesorgt werden, dass dem Resonanzkreis in festen zeitlichen Abständen aus
dem Speicherkondensator Energie zugeführt wird, die die Schwingungen
solange in Gang hält,
solange noch Energie gespeichert ist.
-
In
der DE-A-39 14 888 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, mit
deren Hilfe die Energiezufuhr zu dem Resonanzkreis des Transponders
optimiert werden kann. Diese Schaltung sorgt dafür, dass die Energie im Sinne
einer Mitkopplung dem Resonanzkreis jeweils zu einem optimalen Zeitpunkt im
Verlauf einer Halbperiode der HF-Schwingungen zugeführt wird.
In einem Transponder dieses Typs, der unter der Bezeichnung TMS
3789, TMS 3791 oder TMS 3792 von der Firma Texas Instruments vertrieben
wurde, wird dieses Prinzip der Aufrechterhaltung der HF-Schwingungen
im Resonanzkreis des Transponders angewendet, wobei die Energiezufuhr jeweils
nach einer festen Anzahl von HF-Perioden
erfolgt. Es ist dabei möglich,
diese Anzahl der HF-Perioden in verschiedenen Transpondern unterschiedlich einzustellen,
um eine Anpassung an im praktischen Einsatz zu erwartende unterschiedliche
Dämpfungsbedingungen
zu berücksichtigen.
Dies ist aber bei wechselnden Dämpfungsbedingungen
nicht optimal, da bei starker Bedämpfung des Resonanzkreises
unter Umständen
die Energiezufuhr zur Aufrechterhaltung der HF-Schwingungen zu spät erfolgt
und somit keine Wirkung mehr zeigt oder aber bei weniger starker
Bedämpfung
die Energiezufuhr zu häufig
stattfindet, so dass die im Speicherkondensator zur Verfügung stehende
Energie nicht optimal ausgenutzt, sondern verschwendet wird.
-
In
der
EP 0 386 718 A2 ist
eine Schaltung offenbart, bei der im Anschluss an die Feststellung, dass
die Schwingungsamplitude zu fallen begonnen hat, nach einer festen
Anzahl von Perioden des Resonanzkreises Aufrechterhaltungsimpulse
erzeugt werden.
-
In
der
US 5 621 396 ist
eine verbesserte Schaltung offenbart, bei der Aufrechterhaltungsimpulse
dann erzeugt werden, wenn der höchste
Pegel der Schwingungsamplitude unter eine feste Referenzspannung
fällt.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der
eingangs angegebenen Art so auszugestalten, dass eine optimale Ausnutzung
der im Speicherelement zur Verfügung
stehenden Energie erreicht wird.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer Schaltung gemäß Anspruch
1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
dass ein Regelkreis vorgesehen ist, der die Steigung der Referenzspannungskurve
zwischen zwei Aufrechterhaltungsimpulsen in Richtung der Einhaltung
der vorbestimmten Beziehung zwischen dem Momentanwert der HF-Schwingungen
und der Referenzspannung verändert.
-
Bei
Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erfolgt die Energiezufuhr zum Resonanzkreis unter der Steuerung
durch den Aufrechterhaltungsimpuls nicht nur jeweils zum richtigen Zeitpunkt,
sondern auch in Anpassung an die jeweilige Güte des Resonanzkreises, die
durch die Eigenschaften der Bauteile des Resonanzkreises und durch
die von außen
wirkenden Dämpfungseinflüsse bestimmt
wird. Es wird nun also nur dann Energie zugeführt, wenn dies zur Aufrechterhaltung
der HF-Schwingungen tatsächlich
erforderlich ist, wobei also vermieden wird, dass dem Resonanzkreis
Energie zugeführt
wird, wenn dieser auch noch ohne diese Energiezufuhr für eine gewisse
Zeitdauer weiterschwingen könnte.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Ein
mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ausgestatteter Transponder kann für die verschiedenartigsten
Anwendungsfälle
eingesetzt werden, ohne dass er im Hinblick auf die die Güte seines
Resonanzkreises beeinflussenden Parameter verändert werden müsste. Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
bewirkt eine selbsttätige
Anpassung an die veränderte
Kreisgüte,
was die Einsatzmöglichkeiten
des Transponders stark erweitert.
-
Die
Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber im einzelnen
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 ein
allgemeines Blockschaltbild eines herkömmlichen Transponders für die Anwendung
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
-
2 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Aufbaus
des Aufrechterhaltungsimpulsgenerators,
-
3 ein
Schaltbild der Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung von 2,
-
4 ein
Schaltbild des Referenzspannungs- und Aufrechterhaltungsimpulsgenerators
von 2,
-
5 ein
Schaltbild der Zählschaltung
von 2,
-
6 ein
Schaltbild der in der Zählschaltung von 4 enthaltenen
Logikschaltung und
-
7 ein
Signaldiagramm zur Erläuterung der
in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung auftretenden
Signale.
-
Anhand
des Blockschaltbilds von
1 wird zunächst der prinzipielle Aufbau
eines Transponders beschrieben, in dem die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
Anwendung findet. Der Transponder
10 enthält einen
Resonanzkreis
12 mit einer Spule
14 und einem
Kondensator
16. Die Spule
14 dieses Resonanzkreises
12 dient
als Transponderantenne, mit deren Hilfe der Transponder HF-Signale empfangen
und aussenden kann. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich
auf die Funktionen des Empfangs von HF-Trägerschwingungssignalen, deren
Gleichrichtung der Erzeugung der Transponder-Versorgungsspannung
dient. Die Aufrechterhaltung der Schwingungen des Resonanzkreises
nach Beendigung des Empfangs der HF-Trägerschwingungssignale ist für die anschließende Aussendung von
im Transponder gespeicherten Daten erforderlich. Bezüglich der
Funktionen der Aussendung von HF-Signalen, die für das Verständnis der Erfindung von geringerer
Bedeutung sind, sei auf die bereits erwähnte
EP 0 301 127 B1 verwiesen.
-
Zur
Aktivierung des Transponders 10 sendet ein nicht dargestelltes
Abfragegerät
ein HF-Trägerschwingungssignal
aus, das von der Spule 14 empfangen wird. Der auf die Frequenz
des HF-Trägerschwingungssignals
abgestimmte Resonanzkreis 12 wird dadurch zum Schwingen
angeregt. Mit Hilfe eines Gleichrichters 18 wird das HF-Trägerschwingungssignal
gleichgerichtet, und die gleichgerichtete Spannung erwirkt die Aufladung
eines als Speicherelement dienenden Speicherkondensators 20.
Nach Beendigung des HF-Trägerschwingungssignals
steht an den Klemmen des Speicherkondensators 20 eine Spannung
zur Verfügung,
die als Versorgungsspannung Vcc für die im Transponder 10 enthaltenen
Baueinheiten dient.
-
Je
nach seiner Güte
schwingt der Resonanzkreis 12 nach Beendigung des HF-Trägerschwingungssignals
mehr oder weniger lange weiter, wobei die Schwingungsamplitude aperiodisch
abnimmt. Zur Verlängerung
der Dauer des schwingenden Zustandes des Resonanzkreises 12 wird
in einem Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 22 ein Signal
PLUCK erzeugt, das die Form eines kurzzeitigen Impulses hat, der
einen Schalter 24 für
seine Dauer schließt.
Das Schließen
dieses Schalters 24 hat zur Folge, dass im Resonanzkreis
für die
Dauer des Aufrechterhaltungsimpulses PLUCK Energie aus dem Speicherkondensator 20 zugeführt wird.
Dies bewirkt, dass die zwischenzeitlich kleiner gewordene Amplitude
der HF-Schwingung des Resonanzkreises wieder auf einen höheren Wert
angehoben wird, von dem aus dann erneut ein aperiodisches Abklingen
erfolgt. Durch wiederholtes Schließen des Schalters 24 kann die
gesamte Zeitdauer verlängert
werden, während der
der Resonanzkreis 12 schwingt. Im Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 22 sind
Schaltungseinheiten enthalten, die unter der Steuerung durch ein
vom HF-Schwingungssignal HF1 in einem Taktgenerator 26 erzeugtes
Taktsignal HFCLK und unter Berücksichtigung
des jeweiligen Zustandes des HF-Schwingungssignals HF1 den Aufrechterhaltungsimpuls PLUCK
erzeugen. Ein Trägerende-Detektor 28 hat lediglich
die Aufgabe, den Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 22 zur
Vermeidung eines unnötigen
Energieverbrauchs abzuschalten, solange die Spule 14 des
Resonanzkreises 12 das HF-Trägerschwingungssignal von einem
Abfragegerät
empfängt.
Der Trägerende-Detektor 28 erkennt
das Ende dieses HF-Trägerschwingungssignals
und gibt den Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 22 anschließend mittels
eines Signals EOB frei.
-
Im
Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 22 erfolgt die Erzeugung
des Signals PLUCK immer dann, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind,
nämlich,
wenn die Amplitude der HF-Schwingungen des Resonanzkreises unter
eine festgelegte Schwelle fällt
und ihr Momentanwert in einer vorbestimmten Beziehung zu einer Referenzspannung
steht, die sich zeitlich entsprechend der Aufladekurve eines Kondensators verändert.
-
Die
beiden genannten Bedingungen allein genügen noch nicht, die im Speicherkondensator 20 enthaltene
Energie optimal zur Aufrechterhaltung der Schwingungen auszunutzen
und dadurch den Resonanzkreis 12 möglichst lange im schwingenden
Zustand zu halten. Aufgrund äußerer Dämpfungseinflüsse kann
die Güte
des Resonanzkreises so stark verändert
werden, dass insbesondere die zweite Bedingung nicht mehr erfüllt werden
kann ohne eine übermäßige Energiezufuhr
zum Resonanzkreis, so dass die verfügbare Energie zu schnell verbraucht wird.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Veränderung des
Aufbaus des Aufrechterhaltungsimpulsgenerators kann unter optimaler
Ausnutzung der zur Verfügung
stehenden Energie eine möglichst
lange Aufrechterhaltung der Schwingungen des Resonanzkreises erreicht
werden.
-
Das
Blockschaltbild von 2 zeigt den Aufbau des Aufrechterhaltungsimpulsgenerators 22. Dieser
Generator enthält
eine Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30, die immer
dann an ihrem Ausgang 32 ein Signal EN-PLUCK abgibt, wenn
die Amplitude der HF-Schwingungen HF1 unter einen vorbestimmten
Wert gefallen ist. Diese Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30 verhindert,
dass an den Resonanzkreis ein Aufrechterhaltungsimpuls angelegt
wird, solange die Amplitude der HF-Schwingungen noch groß genug
ist, um dem Taktgenerator 26 die Erzeugung eines verwertbaren
Taktsignals HFCLK zu ermöglichen.
Erst wenn die Amplitude der HF-Schwingungen soweit abgesunken ist,
dass bei einem weiteren Absinken kein einwandfreies Taktsignal mehr
erzeugt werden kann, liefert die Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30 das
Signal EN-PLUCK, das den nachfolgenden Schaltungseinheiten anzeigt,
dass ein Aufrechterhaltungsimpuls an den Resonanzkreis 12 angelegt
werden kann, wenn die bereits erwähnte weitere Bedingung erfüllt ist, nämlich, dass
der Momentanwert der HF-Schwingungen HF1 in einer vorbestimmten
Beziehung zu einer Referenzspannung steht. Diese Referenzspannung
wird über
den Referenzspannungs- und Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 34 erzeugt,
der auch das Vorliegen der vorgegebenen Beziehung feststellt und
den Aufrechterhaltungsimpuls PLUCK liefert.
-
Die
Referenzspannung wird durch Aufladen eines Kondensators mittels
einer Stromquelle erzeugt. Der Momentanwert der HF-Schwingungen wird
dabei in jeder Schwingungsperiode mit dieser ansteigenden Referenzspannung
verglichen; wenn eine vorbestimmte Differenz zwischen der Referenzspannung
und dem Momentanwert vorliegt, gibt der Generator 34 den
Aufrechterhaltungsimpuls PLUCK ab, wenn zuvor das Signal EN-PLUCK
erzeugt worden ist. Gleichzeitig mit der Feststellung, dass die vorbestimmte
Beziehung erfüllt
ist, die genannte Spannungsdifferenz also vorliegt, gibt der Generator 34 an
seinem Ausgang 36 das Signal PEAK ab, das einer Zählschaltung 38 zugeführt wird.
Die Abgabe des Aufrechterhaltungsimpulses PLUCK hat zur Folge, dass
der Schalter 24 geschlossen wird und dem Resonanzkreis 12 Energie
zugeführt
wird. Der Resonanzkreis 12 schwingt daher wieder mit voller
Amplitude, so dass am Ausgang 32 der Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30 das
Signal EN-PLUCK
nicht mehr erscheint. Obwohl im Verlauf anschließender Perioden der HF-Schwingungen
HF1 die genannte Differenz zwischen der Referenzspannung und dem
jeweiligen Momentanwert größer als ein
vorbestimmter Wert sein kann, so dass am Ausgang 36 jedes
Mal das Signal PEAK abgegeben wird, führt dies nicht zur Abgabe des
Aufrechterhaltungsimpulses PLUCK, da, wie gesagt, das Signal EN-PLUCK
nicht vorhanden ist.
-
Die
Zählschaltung 38 enthält einen
zweistufigen Binärzähler und
eine Logikschaltung, die ein besonderes Verhalten dieser Zählschaltung
zur Folge hat. Dieses Verhalten äußert sich
dadurch, dass der Stand des Binärzählers mit
jedem Taktimpuls des Taktsignals HFCLK erniedrigt wird, wenn das
Signal PEAK vorhanden ist, während
der Zählerstand
mit jedem Taktimpuls erhöht
wird, wenn das Signal PEAK nicht vorhanden ist. Gleichzeitig sorgt
die Logikschaltung dafür,
dass beim Abwärtszählen der
Zählerstand
nach Erreichen des binären
Werts 00 nicht mehr verändert
wird und dass beim Aufwärtszählen der
Zählerstand
nach Erreichen des Binärwerts
11 nicht mehr verändert
wird. Die Zählschaltung 38 weist
zwei Ausgänge 40 und 42 auf,
an denen sie die Signale Q0 und Q1 abgibt. Diese Signale werden
den Eingängen 44 bzw. 46 des
Referenzspannungs- und Aufrechterhaltungsimpulsgenerators 34 zugeführt und
bewirken dort eine Umschaltung einer Stromquelle, die zum Erzeugen
der Referenzspannung benützt
wird. Wie erwähnt,
wird die Referenzspannung an einem Kondensator erzeugt, der durch
Zuführen von
Strom geladen wird. Die Referenzspannung hat daher einen ansteigenden
Verlauf, wobei die Steilheit des Anstiegs durch die von der Zählschaltung 38 abgegebenen
Signale Q0 und Q1 verändert
werden kann. Der Generator 34 und die Zählschaltung 38 bilden
einen Regelkreis, mit dessen Hilfe die Anstiegssteilheit der Referenzspannungskurve
jeweils so verändert
wird, dass in jeder Halbperiode der HF-Schwingungen die Differenz
zwischen der Referenzspannung und dem Momentanwert der HF-Schwingungen
einen vorbestimmten Wert erreicht. Ist die Differenz größer als
der vorbestimmte Wert, wird die zur Aufladung des Kondensators verwendete
Stromquelle so umgeschaltet, dass die Anstiegssteilheit der Referenzspannungskurve
flacher wird, während
bei einer Differenz, die kleiner als der vorbestimmte Wert ist,
diese Anstiegssteilheit durch eine entsprechende Umschaltung der
Stromquelle vergrößert wird.
Die genauen Zusammenhänge
ergeben sich aus der Beschreibung der Schaltbilder der im Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 22 enthaltenen
Schaltungsblöcke
gemäß den 3 bis 6 unter
Bezugnahme auf die Signaldiagramme von 7.
-
3 zeigt
das Schaltbild der Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30.
Diese Schaltung enthält
einen Feldeffekttransistor 48, dessen Source-Anschluss über eine
Diode 50 an der Versorgungsspannung Vcc liegt und zwischen
dessen Drain-Anschluss und Masse eine Stromquelle 52 liegt.
Dem Gate-Anschluss dieses Feldeffekttransistors 48 werden
die HF-Schwingungen HF1 über
eine Diode 54 zugeführt.
Zwischen dem Gate-Anschluss und dem Versorgungsspannungsanschluss 56 liegt eine
weitere Stromquelle 58, die einen Kondensator 60 auflädt, der
zwischen dem Gate-Anschluss und Masse liegt. Mit dem Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors 48 ist
ein Eingang eines D-Flipflops aus zwei NAND-Schaltungen 62, 64 verbunden,
an dessen anderem Eingang das Taktsignal HFCLK anliegt. Der Ausgang 66 des
D-Flipflops ist über
einen Negator 68 mit dem Ausgang 32 der Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30 verbunden.
-
Die
Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30 dient dazu,
das Signal EN-PLUCK
zu erzeugen, das ermöglicht,
dass dem Resonanzkreis 12 aus dem Speicherkondensator 20 Energie
zugeführt wird.
Die Stromquelle 58 bewirkt ständig ein Aufladen des Kondensators 60,
so dass die Spannung am Gate-Anschluss
des Feldeffekttransistors 48 ansteigt. Gleichzeitig wird
dieser Gate-Anschluss
durch die über
die Diode 54 zugeführten
HF-Schwingungen HF1 entladen. Wenn die Amplitude der HF-Schwingungen
abnimmt, steigt die Ladespannung am Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors 48 an,
bis schließlich
ein Wert erreicht wird, der dem Wert der Versorgungsspannung Vcc
abzüglich
der Schwellenspannung des Feldeffekttransistors 48 und
zuzüglich der
Durchlassspannung der Diode 50 entspricht. Wenn dieser
Spannungswert erreicht wird, wird der Feldeffekttransistor 48 gesperrt,
so dass an den mit dem Feldeffekttransistor 48 verbundenen
Eingang der NAND-Schaltungen 62, 64 ein Signal
mit niedrigem Wert gelangt. Dies hat zur Folge, dass mit dem nächsten hohen
Wert des Taktsignals HFCLK am Ausgang 66 ebenfalls ein
Signal mit hohem Wert erscheint, das vom Negator 68 negiert
und als Signal EN-PLUCK mit niedrigem Wert am Ausgang 32 auftritt.
Diese Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30 erzeugt
somit das Signal EN-PLUCK mit niedrigem Wert immer dann, wenn die
Amplitude der HF-Schwingungen HF1 unter einen vorbestimmten Wert
gefallen ist.
-
Das
Schaltbild des Referenzspannungs- und Aufrechterhaltungsimpulsgenerators 34 ist
in 4 dargestellt. Zur Erzeugung der Referenzspannung enthält dieser
Generator einen Kondensator 70 und eine dazu parallel geschaltete
Stromquelle 72, die den Kondensator 70 ständig lädt, so dass
dessen Ladespannung einen ansteigenden Verlauf hat. In 4 ist
diese Referenzspannung mit VPEAK bezeichnet. Wie zu erkennen ist,
sind zwei weitere Stromquellen 74 und 76 vorgesehen,
die jeweils über einen
Schalter 78 bzw. 80 parallel zur Stromquelle 72 geschaltet
werden können.
Die Stromquellen sind dabei so dimensioniert, dass die Stromquelle 72 und die
Stromquelle 74 jeweils den gleichen Strom liefern, dass
also gilt: I0 = I1, während
die Stromquelle 76 den zweifachen Wert des Stroms der Stromquelle 72 liefert,
so dass gilt: I2 = 2I0. Durch entsprechendes Schließen der
Schalter 78 und 80 unter der Steuerung durch die
Signale Q0 und Q1 ist es möglich, den
Kondensator 70 mit den verschiedenen Strömen I0,
2I0, 3I0 oder 4I0 aufzuladen. Je nach der Größe des Ladestroms ist die Anstiegssteilheit
der Referenzspannung VPEAK kleiner oder größer.
-
Der
Generator 34 enthält
ferner zwei nach Art eines Stromspiegels verbundene Feldeffekttransistoren 82, 84.
Diese Stromspiegelschaltung hat die Wirkung, dass der durch den
Feldeffekttransistor 82 fließende Strom auch im Feldeffekttransistor 84 hervorgerufen
wird, so dass demgemäß auch am
Schaltungspunkt 86 die gleiche Spannung hervorgerufen wird,
die als Referenzspannung VPEAK am Kondensator 70 erzeugt
wurde. Die zusätzlichen
Feldeffekttransistoren 88 und 90 haben lediglich
die Wirkung, die Referenzspannungserzeugung abzuschalten, wenn das
Signal EOB aus dem Trägerende-Detektor 28 anzeigt,
dass der Resonanzkreis 12 ein HF-Trägerschwingungssignal empfängt. Erst
nach Beendigung dieses HF-Trägerschwingungssignals
werden die Feldeffekttransistoren 88, 90 durch
das Signal EOB in den leitenden Zustand versetzt, so dass die Referenzspannungserzeugung
stattfinden kann.
-
Wenn
angenommen wird, dass die Schalter 78 und 80 geöffnet sind,
wird der Kondensator 70 während der negativen Halbwelle
der HF-Schwingungen HF1 durch die Stromquelle 72 geladen. Wenn
der Momentanwert innerhalb einer Halbwelle einen Wert erreicht,
der der Differenz zwischen der Referenzspannung VPEAK und der Schwellenspannung
Vt des Feldeffekttransistors 82 entspricht, dann wird dieser
Transistor 82 leitend. Aufgrund der Stromspiegelfunktion
wird dabei auch der Feldeffekttransistor 84 leitend. Der
Schaltungspunkt 86 nimmt ein niedriges Potential an, das
nach Invertierung durch einen Negator 92 zu einem Signal
PEAK mit hohem Wert am Ausgang 94 wird. Das Signal PEAK wird
also immer dann erzeugt, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen
der Referenzspannung VPEAK und dem Momentanwert der HF-Schwingungen
HF1 vorliegt, nämlich
die Beziehung: Momentanwert der HF-Schwingungen HF1 größer oder
gleich der Referenzspannung VPEAK minus der Schwellenspannung Vt;
sobald diese Beziehung vorliegt, wird der Feldeffekttransistor 82 in
den leitenden Zustand versetzt. Das Signal PEAK wird einem Eingang eines
aus zwei NAND-Schaltungen 96, 98 aufgebauten D-Flipflops
zugeführt,
das immer dann seinen Zustand ändert,
wenn an seinem anderen Eingang das Signal EN-PLUCK anliegt. Dieses
Signal EN-PLUCK bewirkt eine Voreinstellung des Flipflops 96, 98,
das dann durch das Signal PEAK in seinen anderen Zustand kippt.
Weitere Signale PEAK bewirken keine Zustandsänderung des Flipflops 96, 98;
erst wenn das Signal EN-PLUCK erneut angelegt wird, bewirkt ein
weiteres Signal PEAK das Kippen des Flipflops 96, 98.
Die beim Kippen des Flipflops 96, 98 an dessen
Schaltungsausgang 100 auftretende Signalflanke wird in
einer Baueinheit 102 differenziert und zu einem kurzen
Impuls geformt, der als Aufrechterhaltungsimpuls PLUCK am Ausgang 103 abgegeben wird.
Dieses Signal führt
gemäß 1 zum
Schließen
des Schalters 24 und somit zu einer kurzzeitigen Energiezufuhr
zum Resonanzkreis 12.
-
5 zeigt
das Schaltbild der Zählschaltung 38.
In dieser Zählschaltung
wird das Signal PEAK durch Differenzieren und Formen in der Schaltungseinheit 104 zu
einem kurzen Impuls umgeformt, der dem Voreinstelleingang 106 eines
D-Flipflops 108 zugeführt wird.
Die Ausgangssignale Q und Q des D-Flipflops 108 werden
an eine Logikschaltung 110 angelegt, deren Aufbau in 6 gezeigt
ist. Die Signale an den Ausgängen 112 und 114 der
Logikschaltung 110 steuern einen aus zwei D-Flipflops 116 und 118 bestehenden
zweistufigen Aufwärts/Abwärts-Zähler, dessen Ausgangssignale
Q0, Q1 nacheinander die binären
Werte 0, 0 oder 0, 1 oder 1, 0 oder 1, 1 annehmen können. Wie
in 5 zu erkennen ist, sind die Ausgänge der
D-Flipflops 116 und 118 zur Logikschaltung 110 zurückgeführt, so
dass diese ihre Ausgangssignale an den Ausgängen 112 und 114,
abhängig
vom jeweiligen Zählerstand,
erzeugt. Wie oben bereits erwähnt
wurde, bewirkt diese Logikschaltung, dass der Zähler sowohl beim Aufwärtszählen als
auch beim Abwärtszählen "in Sättigung" geht, d.h. beim
Aufwärtszählen auf
dem binären
Stand 11 und beim Abwärtszählen auf
dem binären
Stand 00 stehen bleibt, auch wenn weitere Zählimpulse empfangen werden.
Die in 6 dargestellte Logikschaltung 110 enthält ausschließlich logische Grundbausteine,
wie NAND-Gatter, NOR-Gatter und einen Negator, so dass ihre detaillierte
Funktion für den
Fachmann ohne weiteres nachvollziehbar ist. Mit Hilfe des Signals
NRES kann der Zähler
in einen bestimmten Anfangsstand versetzt werden.
-
Wenn
angenommen wird, dass der Anfangsstand des Zählers der binäre Wert
11 ist, dann wird immer dann, wenn das Signal PEAK auftritt, synchron
mit dem Taktsignal HFCLK der Stand des Zählers um einen Schritt verringert.
Dies geschieht solange, bis der binäre Zählerstand 00 erreicht ist.
Die Logikschaltung bewirkt nun, dass dieser Zählerstand nicht mehr verändert wird,
selbst wenn noch weitere Signale PEAK auftreten. Gibt der Referenzspannungs-
und Aufrechterhaltungsimpulsgenerator 34 dagegen kein Signal
PEAK mehr ab, bewirkt die Logikschaltung 110 synchron mit
dem Taktsignal HFCLK eine Erhöhung
des Zählerstandes
jeweils um einen Wert mit jedem Taktimpuls bis wieder der binäre Zählerstand
11 erreicht wird. Die Logikschaltung 110 bewirkt dann,
dass keine weitere Zählerstandsänderung
vorgenommen wird, auch wenn keine weiteren Signale PEAK auftreten.
Die verschiedenen Zählerstände bewirken
im Generator 34 das Öffnen
und Schließen
der Schalter 78 und 80, die, wie bereits erläutert wurde,
eine Veränderung
der Anstiegssteilheit der Kurve der Referenzspannung VPEAK bewirken.
-
Es
wird nun auf 7 Bezug genommen, in der die
Signale HFCLK, EN-PLUCK,
PEAK, PLUCK, die HF-Schwingungen HF1 und die Referenzspannung VPEAK
in den Diagrammen A bis E dargestellt sind. Dabei ist insbesondere
der Verlauf der Referenzspannung VPEAK von Bedeutung, da es dieser Verlauf
ist, der mit Hilfe der hier beschriebenen Schaltung beeinflusst
und im Sinne einer Optimierung der Aufrechterhaltung der Schwingungen
des Resonanzkreises 12 verändert wird. Wenn der in 1 dargestellte
Transponder ein HF-Trägerschwingungssignal
empfangen hat, und dieses Signal endet, dann schwingt der Resonanzkreis 12 zunächst mit
voller Amplitude, jedoch nimmt diese Amplitude je nach der Güte mehr
oder weniger schnell ab, wie dies in 7 beim Signal
HF1 zu erkennen ist. Da zu Beginn der HF-Schwingungen die Differenz zwischen
der Referenzspannung VPEAK und dem Momentanwert der HF-Schwingungen
in mehreren aufeinanderfolgenden negativen Halbwellen größer als
die Schwellenspannung Vt des Feldeffekttransistors 82 ist,
entsteht während
jeder Halbperiode ein Signal PEAK, wie dies bei C in 7 zu
erkennen ist. Mit jedem Signal PEAK wird der Stand des anfänglich auf
11 stehenden Zählers 116, 118 um
einen Zählwert
verringert. Durch die anfänglich
vorhandenen binären
Werte 1 der beiden Signale Q0 und Q1 sind die Schalter 78 und 80 geschlossen,
so dass der Kondensator 70 mit dem maximal zur Verfügung stehenden
Strom geladen wird. Die Steilheit des Anstiegs der Referenzspannung
VPEAK hat daher den maximalen Wert. Mit der Verringerung des Zählerstandes um
einen Zählwert
durch das erste Signal PEAK wird durch das Signal Q0 der Schalter 78 geöffnet, so dass
weniger Strom zum Laden des Kondensators 70 zur Verfügung steht,
was eine Verringerung der Steilheit des Anstiegs des Signals PEAK
zur Folge hat. Mit dem nächsten
Signal PEAK wird der Stand des Zählers 116, 118 wieder
um einen Zählwert
verringert, so dass durch das Signal Q0 der Schalter 78 wieder
geschlossen wird, während
durch das Signal Q1 der Schalter 80 geöffnet wird. Dies hat eine weitere
Reduzierung des Ladestroms des Kondensators 70 und damit
eine weitere Verringerung der Steilheit des Anstiegs der Referenzspannung
VPEAK zur Folge. Diese Verringerung der Steilheit mit jedem Signal PEAK
ist bei E in 7 deutlich zu erkennen. Nachdem
die Bedingung für
die Erzeugung des Signals PEAK viermal erfüllt war, hat sich die Amplitude
der HF-Schwingungen HF1 soweit verringert, dass der Transistor 82 nicht
mehr in den leitenden Zustand versetzt wird, so dass demgemäß auch kein
Signal PEAK mehr erzeugt wird. Das Ausbleiben des Signals PEAK hat
zur Folge, dass der Stand des Zählers 116, 118 mit
jedem weiteren Impuls des Taktsignals HFCLK um einen Zählwert erhöht wird.
Dies hat nun ein Schließen
und Öffnen
der Schalter 78, 80 in umgekehrter Reihenfolge
zur Folge, so dass bei jedem Taktimpuls bei Fehlen des Signals PEAK
die Steilheit der Kurve der Referenzspannung VPEAK zunimmt.
-
Im
Verlauf der Zeit nimmt aber auch die Amplitude der HF-Schwingungen
HF1 weiter ab. Sobald die in der Aufrechterhaltungsvorbereitungsschaltung 30 festgelegte
Schwelle unterschritten wird, wird das bei B in 7 dargestellte
Signal EN-PLUCK mit niedrigem Wert erzeugt. Wie bei E in 7 zu
erkennen ist, ist beim Punkt S1 aufgrund der vergrößerten Steilheit
des Anstiegs der Referenzspannung VPEAK wieder die Bedingung zur
Erzeugung des Signals PEAK erreicht worden, nämlich die Bedingung, dass die
Differenz zwischen dem Momentanwert der HF-Schwingung HF1 und der
Referenzspannung VPEAK den Schwellenwert Vt des Feldeffekttransistors 82 erreicht.
Dies führt
wieder zur Erzeugung des Signals PEAK. Da das Flipflop 94, 98 durch
das Signal EN-PLUCK
voreingestellt worden ist, wird es durch das Signal PEAK zurückgesetzt.
Die Flanke des Ausgangssignals des Flipflops 94, 96 wird
in der Schaltungseinheit 102 differenziert und geformt,
so dass am Ausgang 103 das Signal PLUCK auftritt, das durch
Schließen
des Schalters 24 das Zuführen von Energie zum Resonanzkreis 12 zur
Folge hat. Dieses Ereignis tritt am Punkt S1 im Diagramm E von 7 ein.
Wie zu erkennen ist, nimmt die Amplitude der HF-Schwingungen HF1 sofort wieder den Maximalwert
an, und auch die Referenzspannung VPEAK geht wieder auf ihren ursprünglichen
Anfangswert zurück.
-
Der
geschilderte Vorgang wiederholt sich nun mehrfach, wobei in jeder
Ablaufperiode wegen der erzeugten Signale PEAK die Steilheit des
Anstiegs der Referenzspannung VPEAK zunächst reduziert und dann beim
Ausbleiben der Signale PEAK vergrößert wird, bis schließlich wieder
nach Auftreten des Signals EN-PLUCK an den Zeitpunkten S2 und S3
ein neuer Aufrechterhaltungsimpuls PLUCK erzeugt wird.
-
Da
die Energie im Speicherkondensator 20 dadurch natürlich abnimmt,
können
diese Vorgänge nur
so lange wiederholt werden, solange genügend Energie zur Aufrechterhaltung
der Schwingungen des Resonanzkreises 12 vorhanden ist.
-
Aufgrund
der Veränderung
der Steilheit des Anstiegs der Referenzspannung VPEAK, die nach dem
Prinzip einer 2-Punkt-Regelung erfolgt, wird eine optimale Anpassung
an die jeweils vorhandene Güte
des Resonanzkreises 12 und an ggf. auf ihn einwirkende äußere Dämpfungsfaktoren
erzielt. Es wird also vermieden, dass dem Resonanzkreis 12 zu früh Energie
zugeführt
wird und somit die im Speicherkondensator 20 vorhandene
Energie zu früh
verbraucht wird. Ein mit der beschriebenen Schaltungsanordnung ausgestatteter
Transponder kann daher sehr vielseitig eingesetzt werden, ohne dass
die jeweils vorhandenen Bedingungen, die das Schwingverhalten des
Resonanzkreises ungünstig
beeinflussen könnten,
besonders berücksichtigt
werden müssen.