DE69021125T2

DE69021125T2 - Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals bei dem Auftritt eines Spitzenwertes einer sinusförmigen Schwingung, und Anwendung einer solchen Schaltung.

Info

Publication number: DE69021125T2
Application number: DE69021125T
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kaiser; Wolfgang Steinhagen
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1989-05-05
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2010-05-05
Also published as: DE3943502A1; EP0398087B1; CA2012691C; ATE125658T1; DE69021125D1; CA2012691A1; EP0398087A2; DE3914888C2; DE3943502C2; DE3914888A1; AU5207490A; NZ233206A; EP0398087A3; AU620973B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, wie sie in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert ist.
Ein Resonanzkreis hat die Eigenschaft, daß er nach einer Anregung mit seiner Resonanzfrequenz auch dann noch weiter schwingt, wenn die Anregungsenergie nicht mehr zugeführt wird. Da die Bauelemente des Resonanzkreises jedoch Verlustbehaftet sind und auch die an ihn angeschlossenen weiteren Bauelemente eine Dämpfung bewirken können, klingt die Schwingung in der Regel sehr schnell aperiodisch ab, wenn dem Resonanzkreis nicht wieder Energie zugeführt wird, die zumindest so groß ist, daß die Dämpfungsverluste ausgeglichen werden. Die Energiezufuhr muß dabei im richtigen Zeitpunkt erfolgen, damit sie im Sinne einer Mitkopplung wirkt und zur Aufrechterhaltung der Schwingung führt. Es besteht somit ein Bedarf nach einer Schaltungsanordnung, die ein Steuersignal erzeugen kann, mit dessen Hilfe die Energiezufuhr zu einem Resonanzkreis mit dem Ziel der Aufrechterhaltung seiner Schwingungen herbeigeführt werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, mit deren Hilfe ohne großen Schaltungsaufwand ein solches Steuersignal unter Anwendbarkeit in einem größeren Frequenzbereich der Sinusschwingung generiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die oben angebene Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des in Anspruch 1 kennzeichnenden Teils zur Verfügung gestellt wird.
Aus der FR-A-2 176 521 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die zum Erzeugen eines Signals in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Extremwerts eines Eingangssignals geeignet ist. Diese Schaltungsanordnung ist mit einer Ladeschaltung zum Laden eines Speicherglieds über eine Diode ausgestattet, und sie enthält außerdem einen Entladeweg für die Entladung dieses Speicherglieds. Hingegen ist der Verstärker-Vergleicher, der das oben genannte Signal bereitstellt, wegen des leitenden Zustands der Ladeschaltung nicht wirksam.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann jeweils bei einem der Extremwerte einer Sinusschwingung ein Impuls erzeugt werden, wobei dieser Zusammenhang über einen größeren Bereich der Sinusschwingungen erhalten bleibt.
Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist im Unteranspruch 3 gekennzeichnet. Bei dieser Anwendung wird ein Resonanzkreis, der mit Hilfe eines kurzzeitigen HF-Trägerschwingungsimpulses zum Schwingen angeregt wird, dadurch stets wieder mit Energie versorgt, die er für das Weiterschwingen benötigt, indem das erzeugte Steuersignal einen Schalter schließt, über den die Energiezufuhr zum Resonanzkreis jeweils phasenrichtig erfolgen kann. Da das Steuersignal bei einem Extremwert der Sinusschwingung erzeugt wird, erfolgt die Energiezufuhr zwangsläufig phasenrichtig, so daß sich tatsächlich eine Energiezufuhr zum Resonanzkreis im Sinne einer Mitkopplung ergibt. Die EP-A-0 301 127 zeigt einen periodisch angeregten Resonanzkreis in einem Transponder.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist im Unteranspruch 4 gekennzeichnet. Bei dieser Weiterbildung ist der Resonanzkreis Teil eines Transponders, in dem die Schwingungen des Resonanzkreises zur Erzeugung von Taktsignalen ausgenutzt werden, die den Funktionsablauf im Transponder steuern. Die Besonderheit besteht dabei darin, daß der Transponder keine eigene Versorgungsspannungsquelle hat, sondern lediglich mit einem Speicherkondensator versehen ist, der durch Gleichrichten des HF-Trägerfrequenzimpulses aufgeladen wird, der auch den Resonanzkreis zum Schwingen anregt. Unmittelbar nach Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses beginnt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit der Erzeugung der Steuersignale in Abhängigkeit von einem der Extremwerte der Sinusschwingung im Resonanzkreis, und mit Hilfe der erzeugten Steuersignale wird dann dem Resonanzkreis Energie aus dem Speicherkondensator zugeführt, was so lange fortgesetzt wird, bis die Energie im Speicherkondensator verbraucht ist. Dieser Zeitraum wird dazu ausgenutzt, eine im Transponder gespeicherte Nachricht unter der Steuerung durch die aus der Sinusschwingung des Resonanzkreises abgeleiteten Taktsignale zu einem Empfangsgerät zu übertragen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung eines Anwendungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung 10 weist einen HF-Eingang 12 auf, an den im Betrieb eine Sinusschwingung angelegt wird. Ferner weist sie einen Ausgang 14 auf, an dem sie ein Steuersignal abgeben kann. Ein Anschluß 16 dient als Versorgungsspannungsanschluß und ein Eingang 18 dient als Masseanschluß.
Der HF-Eingang 12 ist über einen als Diode geschalteten Feldeffekttransistor 20 mit einem Belag eines Kondensators 22 verbunden, der als Speicherglied wirkt, wie anschließend noch erläutert wird. Der andere Belag dieses Kondensators 22 ist mit dem Versorgungsspannungsanschluß 16 verbunden. Außerdem steht der HF-Eingang 12 mit zwei in Serie geschalteten Source-Drain-Strecken von zwei weiteren Feldeffekttransistoren 24, 25 in Verbindung, die zum Versorgungsspannungsanschluß 16 führt. Die Verbindung zwischen den beiden Source-Drain-Strecken der Feldeffekttransistoren 24, 25 bildet den Ausgang 14. Der als Diode geschaltete Feldeffekttransistor 20 ist an die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 24 und an die Drain-Elektrode eines weiteren Feldeffekttransistors 26 angeschlossen, dessen Source-Elektrode mit dem Versorgungsspannungsanschluß 16 verbunden ist, während seine Gate-Elektrode mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 25 verbunden ist. Mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 26 ist auch der Verbindungspunkt von zwei Widerständen 28, 30 verbunden, die in Serie zwischen den Versorgungsspannungsanschluß 16 und den Masseanschluß 18 geschaltet sind.
Die in der Schaltungsanordnung von Fig. 1 enthaltenen Feldeffekttransistoren 20 und 24 sind N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren, und die Feldeffekttransistoren 25, 26 sind P- Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren.
Die Feldeffekttransistoren 25 und 26 sind wegen ihrer Verbindung mit dem Spannungsteiler aus den Widerständen 28 und 30 an eine feste Vorspannung gelegt und wirken als Konstantstromquellen; der Feldeffekttransistor 25 wirkt dabei als Lastwiderstand für den Feldeffekttransistor 24.
Die Schaltungsanordnung von Fig. 1 arbeitet wie folgt:
Wenn an den HF-Eingang 12 eine Sinusschwingung angelegt wird, folgt der Schaltungspunkt 32 der Sinusschwingung bis zum Erreichen ihres Minimums nach. Sobald die Sinusschwingung wieder ansteigt, setzt die Sperrwirkung des Feldeffekttransistors 20 ein, so daß der Schaltungspunkt 32 auf dem Potential des Minimums der Sinusschwingung festgehalten wird. Der Kondensator 22 wirkt dabei als Speicherglied für dieses Potential des Minimums der Sinusschwingung. Über den parallel zum Kondensator 22 geschalteten Feldeffekttransistor 26, der, wie erwähnt, als Stromquelle wirkt, erfolgt eine Entladung des Kondensators 22, wobei die Entladezeitkonstante mittels der vom Spannungsteiler aus den Widerständen 28 und 30 so eingestellt ist, daß innerhalb der Periodendauer der Sinusschwingung eine merkliche Entladung des Speicherglieds erfolgt, das Potential am Schaltungspunkt 32 also in positiver Richtung verändert wird.
Sobald die Sinusschwingung am HF-Eingang 12 wieder gegen ihr Minimum geht und insbesondere wieder einen Spannungswert erreicht, der niedriger als das Potential am Schaltungspunkt 32 ist (abgesehen von der Schwellenspannung an dem als Diode geschalteten Feldeffekttransistor 20), wird der Feldeffekttransistor 20 wieder leitend, so daß ein Ladestrom zum Kondensator 22 fließt, der zur Folge hat, daß das Potential am Schaltungspunkt 32 wieder auf das Minimum der Sinusschwingung gezogen wird. Der kurze Stromimpuls, der zum Nachladen des Kondensators 22 fließt, hat zur Folge, daß der Feldeffekttransistor 24 für die Dauer dieses Stromimpulses in den leitenden Zustand übergeht, so daß demzufolge am Ausgang 14 ein negativer Impuls auftritt, der eindeutig im Zusammenhang mit dem Minimum der Sinusschwingung am HF-Eingang 12 steht.
Eine bevorzugte Anwendung der Schaltungsanordnung von Fig. 1 ist in Fig. 2 an einem schematischen Schaltbild angegeben.
Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist Teil eines Transponders, von dem jedoch nur die Bauelemente dargestellt sind, die für die Erläuterung der Anwendung der Schaltungsanordnung von Fig. 1 notwendig sind. Der in der Schaltung von Fig. 2 enthaltene Resonanzkreis 34 mit dem Kondensator 36 und der Spule 38 kann mittels eines von einem Sendegerät abgestrahlten HF-Trägerschwingungsimpulses zum Schwingen angeregt werden. Dieser Impuls kann von einer in Fig. 2 nicht dargestellten Antenne empfangen und zum Resonanzkreis übertragen werden, wobei jedoch die Spule 38 ein Teil der Antenne sein kann. Der parallel zum Resonanzkreis 34 liegende Widerstand 40 ist stellvertretend für alle Elemente dargestellt, die den Resonanzkreis 34 bedämpfen.
Von der Parallelschaltung aus dem Widerstand 40, dem Kondensator 36 und der Spule 38 führt eine Diode 42 nach Masse. Parallel zur Diode liegt ein Schalter 44, der vom Steuersignal aus der Schaltungsanordnung 10 geschlossen werden kann. Der Schalter 44 ist in der Praxis ein elektronischer Schalter, der beim Empfang des Steuersignals vom Ausgang 14 vom Sperrzustand in den leitenden Zustand übergeht.
In Fig. 2 ist eine Versorgungsspannungsquelle 46 dargestellt, die beim geschilderten Anwendungsfall in einem Transponder aus einem Kondensator bestehen kann, der durch Gleichrichtung des HF-Trägerschwingungsimpulses mittels der Diode 42 aufgeladen wird. Die Spannung am Kondensator 46 dient als Versorgungsspannung für die Schaltungsanordnung 10, und sie dient gleichzeitig auch als Energiequelle, aus der der Resonanzkreis 34 unter der Steuerung durch das Steuersignal aus der Schaltungsanordnung 10 beim Schließen des Schalters 44 jeweils einen Energieimpuls empfängt, der die Sinusschwingung im Resonanzkreis 34 aufrechterhält. Natürlich ist die Aufrechterhaltung der Sinusschwingungen nur über eine begrenzte Zeitdauer möglich, die von der Größe des Kondensators 46 und der in ihm gespeicherten Energie abhängt.
Die Schaltungsanordnung 10 erzeugt das Steuersignal am Ausgang 14 immer im Bereich des Minimums der Sinusschwingungen im Resonanzkreis 34, so daß auch das Schließen des Schalters in diesem Bereich erfolgt. Dies führt zur phasenrichtigen Energiezufuhr zum Resonanzkreis, die Voraussetzung für das Aufrechterhalten der Sinusschwingungen ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung ohne weiteres so abgewandelt werden könnte, daß sie das Steuersignal jeweils im Bereich des Maximums der Sinusschwingungen erzeugt. Hierzu wäre es lediglich erforderlich, anstelle der jeweils verwendeten N-Kanal- MOS-Feldeffekttransistoren P-Kanal-MOS-Transistoren und umgekehrt zu verwenden. Auch die Anwendungsschaltung von Fig. 2 könnte ohne weiteres an eine andere Polarität des Steuersignals aus der Schaltungsanordnung 10 angepaßt werden.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit vom Auftreten eines Extremwerts einer Sinusschwingung, mit einem Speicherglied (22), das über eine Diode auf einen der Extremwerte der Sinusschwingung aufladbar ist, einem Entladeweg für das Speicherglied (22), dessen Zeitkonstante so bemessen ist, daß innerhalb der Periodendauer der Sinusschwingung eine merkliche Entladung des Speicherglieds (22) erfolgt, gekennzeichnet durch ein Schaltelement (24), das durch den leitenden Zustand der Diode (20) für die Zeitdauer, während der die Ladespannung kleiner als der Wert der Sinusschwingung ist, wirksam ist und das während dieser Zeitdauer an seinem Ausgang (14) das Steuersignal abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalterelement ein Feldeffekttransistor (24) ist, an dessen Gate-Elektrode die Ladespannung am Speicherglied (22) anliegt, dessen Source-Elektrode die Sinusschwingung zugeführt wird und dessen Drain-Elektrode mit einer als Lastwiderstand wirkenden Konstantstromquelle (25) in Verbindung steht.

3. Anwendung der Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 zum Aufrechterhalten der Schwingungen eines mittels eines kurzzeitigen HF-Trägerschwingungsimpulses zum Schwingen angeregten Resonanzkreises mit einer Spule und einem Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (34) in einer Serienschaltung mit einem steuerbaren Schalter (44) liegt, die ihrerseits parallel zu einer Versorgungsspannungsquelle (46) geschaltet ist, und daß der Schalter (44) durch das von dem Schalterelement (24) abgegebene Steuersignal in den geschlossenen Zustand versetzbar ist, in dem es die Ausgangsspannung der Versorgungsquelle (46) an den Resonanzkreis anlegt.

4. Anwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (38) des Resonanzkreises (34) die Empfängerspule im Empfängerteil eines Transponders ist, dessen Versorgungsspannungsquelle von einem Kondensator gebildet ist, der durch Gleichrichten des von der Spule (38) des Resonanzkreises (34) empfangenen HF-Trägerschwingungsimpulses aufgeladen wird, und daß die Schwingungen des Resonanzkreises nach Beendigung des HF-Trägerschwingungsimpulses der Erzeugung von Taktimpulsen in dem Transponder dienen.