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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur
Erzeugung eines Steuersigna1s in Abhängigkeit vom Erreichen eines
vorbestimmten gewünschten Spannungswertes an einem
Energiespeicherelement am Ende eines Ladezyklus, in dessen Verlauf
das Energiespeicherelement durch Gleichrichten eines
Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses geladen wird (siehe z.B.
EP-A-0 301 127).
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Es existieren Transpondersysteme, bei denen eine
Abfrageeinrichtung mit einer Beantwortereinrichtung zusammenwirkt, die
keine eigene Spannungsversorgung aufweist, sondern ihre
Energie einem Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpuls entnimmt,
der durch die Abfrageeinrichtung übertragen wird. Der
Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpuls regt in der
Beantwortereinheit einen Resonanzkreis zum Schwingen an, wobei ein
Energiespeicherelement vorgesehen ist, das durch Gleichrichten
des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses geladen wird. Der
Zweck der Beantwortereinrichtung besteht darin, nach dem
Ende des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses an die
Abfrageeinrichtung eine Nachricht zurückzusenden, die
informative Daten wie z.B. eine Identifikationscodegruppe enthält,
die eine klare Identifikation der Beantwortereinrichtung
ermöglicht, die die Nachricht zurücksendet. Ein Erfordernis
für ein fehlerfreies Zurücksenden der Nachricht besteht
darin, daß in dem Energiespeicherelement eine hinreichend große
Versorgungsspannung für die Einheiten verfügbar ist, die für
das Zurücksenden der Nachricht verantwortlich sind. Es
müssen Mittel vorgesehen werden, mit denen es möglich ist, nach
einem Ende des Trägerschwingungsimpulses zu bestimmen, ob
das Energiespeicherelement ausreichend geladen wurde und die
zum Zurücksenden der Nachricht erforderliche
Versorgungsspannung verfügbar ist.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine
Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der es möglich ist, das Vorliegen
einer gewünschten Versorgungsspannung an dem
Energiespeicherelement anzuzeigen, wobei die Schaltungsanordnung selbst
nur einen sehr geringen Energieverbrauch aufweist, um eine
optimale Verwendung der in dem Energiespeicherelement
enthaltenen Energie für andere Zwecke zu ermöglichen.
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Nach der Erfindung wird dieses Problem gelöst durch ein
Signalspeicherelement, das in dem aktiven Zustand das
Steuersignal abgibt, eine Hüllkurvendetektorschaltung, die in
Abhängigkeit vom Ende des
Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses ein Schaltsignal liefert, einen
Spannungskomparator, der einen ersten Spannungswert, der von dem
Spannungswert an dem Energiespeicherelement abhängt, mit einem
zweiten vorbestimmten Spannungswert vergleicht, der mit dem
Spannungswert an dem Energiespeicherelement derart verknüpft
ist, daß bei Vorliegen des gewünschten Spannungswertes an
dem Energiespeicherelement die verglichenen Spannungswerte
gleich sind, wobei der Spannungskomparator dann, wenn der
erste Spannungswert den zweiten Spannungswert überschreitet
oder diesem gleich ist, ein Aktivierungssignal für das
Signalspeicherelement liefert, das das letztere in den aktiven
Zustand versetzt, und ein Schaltmittel, das auf den Empfang
des von der Hüllkurvendetektorschaltung gelieferten
Schaltsignals hin die Spannung an dem Energiespeicherelement als
Versorgungsspannung an den Spannungskomparator anlegt und
auf den Empfang des von dem Signalspeicherelement
gelieferten Steuersignals hin den Spannungskomparator von seiner
Versorgungsspannung trennt.
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Mit der Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
werden die für die Erfassung des Vorliegens des gewünschten
Spannungswertes verantwortlichen Komponenten nur
vorübergehend mit der Versorgungsspannung verbunden, und diese sind
demgemäß nur während einer kurzen Zeit als Stromverbraucher
in der Schaltungsanordnung wirksam. Sobald das Vorliegen des
gewünschten Spannungswertes erfaßt wurde, wird das
Signalspeicherelement in den Zustand versetzt, in dem es das
Steuersignal liefert, das das Vorliegen anzeigt, und zur
gleichen Zeit wird die Versorgungsspannung wieder von den das
Vorliegen des gewünschten Spannungswertes erfassenden
Komponenten getrennt. Auf diese Weise ist die in dem
Energiespeicherelement gespeicherte Energie für den Betrieb weiterer
Komponenten verfügbar.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen charakterisiert.
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Die Erfindung wird nun durch ein Beispiel anhand der
Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur ein Schaltdiagramm der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zeigt.
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Die Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten
Schaltungsanordnung erfolgt im Zusammenhang mit einem
Transpondersystem, das eine Abfrage- und eine Beantwortereinrichtung
enthält. Von der Abfrageeinrichtung ist in der Zeichnung nur
ein Hochfrequenz-Trägerschwingungsgenerator G dargestellt,
dessen Ausgangssignale über einen Schalter S einer
Übertragungsspule LT zugeführt werden. Von der
Beantwortereinrichtung ist nur der Teil gezeigt, der als Schaltungsanordnung
zur Erzeugung eines Steuersignals wirkt, das angibt, daß ein
gewünschter Spannungswert an einem Energiespeicherelement CC
vorliegt.
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Bei dem Transpondersystem wird das Energlespeicherelement CC
geladen, indem der Schalter S in der Abfrageeinrichtung
vorübergehend geschlossen wird, was dazu führt, daß
Hochfreguenz-Trägerschwingungen in Form eines
Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses zu der Beantwortereinrichtung gesendet
werden, wie dies durch die in der Zeichnung gezeigten Pfeile
symbolisch dargestellt ist. Der Resonanzkreis mit der Spule
LR und dem Kondensator CR, die in der Beantwortereinrichtung
enthalten sind, ist auf die Frequenz der Hochfrequenz-
Trägerschwingungen abgestimmt, so daß der Resonanzkreis zu
einem Schwingen angeregt wird. Durch die Diode DC sind die
Hochfrequenz-Trägerschwingungen einer
Halbwellen-Gleichrichtung ausgesetzt, was dazu führt, daß der das
Energiespeicherelement CC bildende Kondensator aufgeladen wird.
Solange dem Energiespeicherelement CC keine Spannung
zugeführt wird, sind die in der dargestellten
Schaltungsanordnung enthaltenen Analogschalter A1 und A2 offen, d.h. sie
besitzen einen höheren Widerstand. Aufgrund des hochohmigen
Zustands des Analogschalters A2 ist der Widerstand R6
zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode eines
P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors T1 wirksam, und er hält
den Transistor im nichtleitenden Zustand. Aufgrund der
Sperrwirkung des Transistors T1 gelangt auch keine
Versorgungsspannung zu dem Operationsverstärker OP, so daß auch
der Verstärker keinen Strom verbrauchen kann. In dieser
Betriebsphase kann auch kein Strom durch den Spannungsteiler
fließen, der durch den Widerstand R1 und den Widerstand R2
gebildet wird und dessen Abgriff mit dem negativen Eingang
des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Dasselbe gilt
für den weiteren Spannungsteiler, der durch den Widerstand
R3 und eine Stromquelle aus einem
N-Kanal-Feldeffekttransistor T3 und einem variablen Widerstand R4 gebildet ist.
Für einen noch zu erläuternden Zweck ist ein Kondensator C2
parallel zu dem variablen Widerstand R4 geschaltet.
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Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP ist der
Schalteingang des Flip-Flops FF verbunden, das als
Signalspeicherelement dient und in dem aktiven Zustand an seinem Ausgang Q
ein Signal vom Wert "1" liefert.
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Die Diode DE, der Kondensator CE und der Widerstand RE
bilden in Verbindung mit dem MOS-Feldeffekttransistor T2
eine Hüllkurvendetektorschaltung, mit der es möglich ist,
festzustellen, wann der Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpuls
endet, der von dem die Spule LR und den Kondensator CR
enthaltenden Resonanzkreis empfangen wird.
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Der N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor T4, der Widerstand R7,
der Kondensator C1, der Widerstand R8, der Inverter G1 und
der Widerstand R9 bilden zusammen eine Rücksetzschaltung,
die ein Zurücksetzen des Flip-Flops FF in einen inaktiven
Schaltungszustand bewirkt, sobald die Ladespannung des
Energiespeicherelements CC mit dem Beginn eines Empfangs eines
Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses anfängt zu steigen.
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Die Schaltungsanordnung verhält sich wie folgt:
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Wie bereits erwähnt, führt ein Empfang eines Hochfrequenz-
Trägerschwingungsimpulses durch die Resonanzschaltung LR, CR
dazu, daß das Energiespeicherelement CC infolge der
Gleichrichterwirkung der Diode DC geladen wird. Zur gleichen Zeit
wird auch der Kondensator CE geladen, so daß die an diesen
angelegte Spannung ansteigt. Sobald die Spannung an dem
Kondensator CE den Schwellenwert des MOS-Feldeffekttransistors
T4 überschreitet, wird an dem Widerstand R7 ein positiver
Spannungssprung erzeugt, der durch das den Kondensator C1
und den Widerstand R8 enthaltende Differenzierglied
differenziert wird, so daß am Ausgang des Inverters G1
vorübergehend ein negativer Spannungsimpuls auftritt, der an den
Schalteingang CL des Flip-Flops FF geliefert wird, so daß
dieses letztere in den inaktiven Rücksetz-Zustand versetzt
wird, indem es an seinem Ausgang Q ein Signal vom Wert "0"
und an seinem Ausgang ein Signal vom Wert "1" erzeugt.
Das Signal an dem Ausgang des Flip-Flops FF aktiviert
den Analogschalter A1, so daß dieser letztere sich in den
niederohmigen Zustand bewegt.
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Der Zweck der bisher beschriebenen Funktionsabfolge besteht
darin, die Schaltungsanordnung unmittelbar nach dem Beginn
des Hochfrequenz-Trägerschwingungsimpulses in einen
definierten Anfangszustand zu versetzen, in dem das als
Signalspeicherelement verwendete Flip-Flop FF mit Sicherheit nicht
das Steuersignal liefert, das das Vorliegen eines
gewünschten Spannungswertes an dem Energiespeicherelement CC
anzeigt, und keine unnötigen Stromverbraucher aktiv sind.
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Nach einer vorbestimmten Zeitdauer endet der Hochfrequenz-
Trägerschwingungsimpuls, so daß nun überprüft werden muß, ob
an dem Energiespeicherelement CC der gewünschte
Spannungswert erreicht wurde, der für weitere Einheiten in der
Beantwortereinrichtung als Versorgungsspannung verwendet wird.
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Da der die Spule LR und den Kondensator CC enthaltende
Resonanzkreis nicht länger extern gespeist wird, beginnt die
Schwingungsamplitude mit einer größeren oder geringeren
Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Schaltungsgüte
abzufallen. Der Widerstand RE der
Hüllkurvendetektorschaltung entlädt den Kondensator CE in Übereinstimmung mit der
Schwingungsamplitude, wobei jedoch die Spannung an der
Leitung LV, die als Versorgungsspannung dient, infolge des
Speichereffekts des Energiespeicherelements CC weiterhin
konstant gehalten wird. Im Ergebnis führt dies dazu, daß die
Spannung an der Gate-Elektrode des MOS-Feldeffekttransistors
T2 ansteigt, so daß dieser letztere in den leitenden Zustand
übergeht. Wie erwähnt, ist der Analogschalter A1
niederohmig, während der Analogschalter A2 hochohmig ist, und im
Ergebnis führt dies dazu, daß die Gate-Elektrode des MOS-
Feldeffekttransistors T1 an Erde liegt. Die Folge ist die,
daß der MOS-Feldeffekttransistor T1 in den leitenden Zustand
übergeht. Der Operationsverstärker OP wird dadurch mit
Spannung versorgt.
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Der Operationsverstärker OP wirkt in der dargestellten
Schaltungsanordnung als Spannungskomparator, durch den die
seinen Eingängen zugeführten Spannungen miteinander
verglichen werden. Die Widerstände R1 und R2 besitzen gleiche
Werte, so daß am negativen Eingang des Operationsverstärkers OP
stets die halbe Versorgungsspannung anliegt. An dem
positiven Eingang des Operationsverstärkers OP liegt jedoch eine
Spannung vor, deren Größe in jedem Fall so bemessen ist, daß
dann, wenn die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers
OP dem gewünschten Spannungswert entspricht, die Spannung an
dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP auch
gleich der halben Versorgungsspannung ist. Dies wird auf die
folgende Weise erreicht:
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Der Spannungsteiler, dessen Abgriff mit dem positiven
Eingang des Operationsverstärkers CP verbunden ist, enthält in
Form des Feldeffekttransistors T3 und des Widerstands R4
eine Konstantstromquelle, durch die sichergestellt ist, daß
stets der gleiche Strom durch den Serienkreis fließt, der
den Widerstand R3 und den Feldeffekttransistor T3 sowie den
Widerstand R4 enthält. Um dies zu gewährleisten, nimmt der
Widerstand des Feldeffekttransistors T3 in Abhängigkeit von
der dem Spannungsteiler zugeführten Spannung stets in einem
solchen Ausmaß einen höheren oder geringeren Widerstandswert
an, daß der gewünschte konstante Strom fließt. Wird
beispielsweise die Spannung an dem Spannungsteiler höher, so
nimmt der Feldeffekttransistor T3 einen höheren Widerstand
an, so daß der Strom nicht über den vorbestimmten konstanten
Stromwert ansteigt. Wird die Spannung an dem Spannungsteiler
dagegen kleiner, so wird der Widerstand des
Feldeffektransistors T3 kleiner, woraus folgt, daß ein größerer Strom
fließen kann, um den konstanten Stromwert
aufrechtzuerhalten. Der konstante Stromwert wird so festgesetzt, daß an dem
positiven Eingang des Operationsverstärkers OP bei Vorliegen
des gewünschten Spannungswertes an dem
Energiespeicherelement CC die Spannung VTH/2 ansteigt, wobei TTH die
Schwellenwertspannung ist, bei der das Flip-Flop FF seinen
Schaltzustand ändert, wenn der Spannungswert seinem
Schalteingang S zugeführt wird.
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Überschreitet die Spannung an dem negativen Eingang des
Operationsverstärkers OP auf ein Vorwärtsschalten des MOS-
Feldeffekttransistors T1 hin die fest vorbestimmte Spannung
VTH/2 an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers OP,
so liefert dieser letztere an seinem Ausgang ein
Aktivierungssignal, durch das das Flip-Flop FF in den aktiven
Zustand versetzt wird, in dem dieses letztere an seinem
Ausgang Q das Steuersignal liefert, das das Vorliegen des
gewünschten Spannungswertes an dem Energiespeicherelement CC
angibt. Der mit dem Widerstand R4 parallelgeschaltete
Kondensator C2 gewährleistet einen verzögerten Anstieg der
Spannung an dem positiven Eingang des Operationsverstärkers,
um sicherzustellen, daß die Spannung an dem negativen
Eingang den Endwert erreicht, bevor der Spannungsvergleich
durchgeführt wird.
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Durch das am Ausgang des Flip-Flops FF gelieferte
Steuersignal vom Wert "1" wird der Analogschalter A2 in den
niederohmigen Zustand geschaltet, während durch das Signal
an dem Ausgang Q vom Wert "0" der Analogschalter A1 in den
hochohmigen Zustand geschaltet wird. Im Ergebnis wird der
MOS-Feldeffekttransistor T1 unverzüglich in den
nichtleitenden Zustand versetzt, so daß kein Strom mehr durch den
Operationsverstärker OP und die zugeordneten Spannungsteiler
fließen kann. Die in dem Energiespeicherelement CC
gespeicherte Energie steht daher zur Verwendung als
Versorgungsenergie in weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten
Schaltungseinheiten zur Verfügung. Der Betrieb der weiteren
Einheiten kann mit Hilfe des von dem Flip-Flop FF erzeugten
Steuersignals aktiviert werden.