HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein nachstehend als kontaktloses
IC-Kartensystem bezeichnetes kontaktloses Kartensystem
mit integrierter Schaltung, das Signale zwischen einer
Abfrageeinrichtung (einer Leseeinrichtung-
Schreibeinrichtung) und einem Transponder bzw. einer
Antwortsendeeinrichtung (einer Karte) sendet und
empfängt, sowie insbesondere einen für die
Abfrageeinrichtung verwendeten Sender-Empfänger.
2. Beschreibung des Stands der Technik
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Es sind kontaktlose IC-Kartensysteme bekannt, die Signale
zwischen einer Abfrageeinrichtung (einer Leseeinrichtung-
Schreibeinrichtung) und einem Transponder (einer Karte)
durch das elektromagnetische Kopplungsverfahren oder das
elektromagnetische Induktionsverfahren senden und
empfangen.
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Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild, das gemeinhin bei
einem derartigen kontaktlosen IC-Kartensystem mit
elektromagnetischer Kopplung verwendet wird. Bei dem
kontaktlosen IC-Kartensystem gemäß Fig. 3 moduliert die
Abfrageeinrichtung eine in einer Oszillatorschaltung
(Oszillator bzw. OSC) 1 erzeugte Trägerwelle durch eine
Modulationsschaltung 3 gemäß Signalen von einer
Datenverarbeitungsschaltung 2 und wird die modulierte
Welle in einer Konstantstrom-Ansteuerschaltung 4
verstärkt und danach durch eine Konstantstrom-Ansteuerung
einer Antennenspule 5 zu dem Transponder übertragen. Der
Transponder empfängt Signale von der Abfrageeinrichtung
durch eine Antennenspule 11, woraufhin die empfangenen
Signale in einer Demodulationsschaltung 13 demoduliert
werden und zu einer Datenverarbeitungsschaltung 14
gesendet werden. Die Daten werden in der
Datenverarbeitungsschaltung 14 verarbeitet und die
voreingestellten Daten werden zu einer
Modulationsschaltung 15 gesendet und danach zu der
Abfrageeinrichtung durch die Antennenspule 11
ausgesendet. Die Abfrageeinrichtung empfängt die von dem
Transponder gesendeten Signale durch die Antennenspule 5,
woraufhin die Signale in einer Demodulationsschaltung 6
demoduliert werden und zu der Datenverarbeitungsschaltung
2 zur Verarbeitung der Daten für die Ausführung einer
Beurteilung oder dergleichen gesendet werden.
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Um die Selektivität der von der Abfrageeinrichtung
gesendeten Signale zu erhöhen, ist nun der Transponder
mit einer abgestimmten, aus der Antennenspule 11 und
einem Kondensator 12 bestehenden Resonanzschaltung
ausgestattet. Die Resonanzfrequenz f&sub0; der
Resonanzschaltung A hängt von der Induktivität L der
Antennenspule 11 und der Kapazität C ab und wird durch
die nachstehende Formel bestimmt:
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wobei f&sub0; in Hertz ausgedrückt wird, L in Henry
ausgedrückt wird und C in Farad ausgedrückt wird. Um
somit eine gewünschte Resonanzfrequenz zu erlangen,
müssen die Antennenspule 11 und der Kondensator 12 die
gewünschte Induktivität und Kapazität aufweisen.
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Die Genauigkeit der Kapazität des Kondensators 12 beträgt
jedoch bestenfalls etwa ± 5%. Ebenso kann die
Antennenspule 11 gemäß ihrer Form grob in zwei Typen
gruppiert werden, wobei eine davon einem Typ mit einer
gewickelten Leitung entspricht und die andere der beiden
dem Typ einer geätzten kupferplattierten bzw.
kupferkaschierten Platte entspricht. Bei diesen
entspricht die Präzision der Induktivität des Typs mit
gewickelter Leitung etwa ± 5%. Folglich gibt es eine
Grenze hinsichtlich der Präzisionsverbesserung der
Resonanzfrequenz f&sub0; und tritt üblicherweise ein Fehler
von etwa ± 5% zwischen der Trägerwellenfrequenz der
Abfrageeinrichtung und der Resonanzfrequenz des
Transponders auf.
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Um das in der Antennenspule induzierte magnetische Feld
währenddessen in effektiver Weise in eine Spannung zu
wandeln, wird für die Resonanzschaltung mehr bevorzugt,
dass sie einen höheren Gütefaktor Q aufweist. Eine
Erhöhung des Gütefaktors Q der Resonanzschaltung A führt
jedoch zu einer in der Resonanzschaltung A ausgewählten
engen Frequenzbandbreite. Ist der Gütefaktor Q
infolgedessen zu hoch, gelangt die in der
Resonanzschaltung A ausgewählte Frequenz außerhalb des
Bereichs der Toleranz zwischen der Trägerwellenfrequenz
der Abfrageeinrichtung und der Resonanzfrequenz des
Transponders, wodurch das Problem verursacht wird, dass
die Signale von der Abfrageeinrichtung nicht empfangen
werden können.
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Entsprechend wird der Gütefaktor Q der Resonanzschaltung
A bewusst in dem Maß verringert, dass der Fehler zwischen
der Trägerwellenfrequenz der Abfrageeinrichtung und der
Resonanzfrequenz des Transponders nicht in Frage kommt.
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Um die Resonanzfrequenz des Transponders so einzustellen,
dass sie die gewünschte Frequenz aufweist, wird
alternativ eine spezielle Einstellung durchgeführt, wenn
der Transponder hergestellt wird. D. h., eine Vielzahl
von Kondensatoren werden provisorisch als der Kondensator
12 der Resonanzschaltung A bereitgestellt und einige
unnötige Kondensatoren wird bei der Einstellung entfernt,
sodass die gewünschte Resonanzfrequenz F&sub0; erlangt werden
kann, oder es erfolgt ein aufwendiger Vorgang,
beispielsweise dass die Antennenspule 11 bei der
Einstellung nicht gewickelt ist.
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Die EP-A-0 625 832 offenbart einen Sender-Empfänger gemäß
der Definition in dem Oberbegriff von Anspruch 1. Bei
dieser Vorrichtung wird der Maximalwert der Spannung der
Antennenresonanzschaltung durch Änderung einer
Resonanzschaltungskapazität C bestimmt, sodass die
Antennenresonanzschaltung auf die Trägerfrequenz
automatisch abgestimmt wird. Dadurch kann jeder Einfluss
bezüglich der Antennenresonanzschaltung infolge von
Umgebungs- bzw. Umweltbedingungen (beispielsweise durch
die Kapazität einer Wand) eliminiert werden. Somit wird
die Resonanzfrequenz der Antennenresonanzschaltung auf
die Betriebsfrequenz des kontaktlosen IC-Kartensystems
abgestimmt.
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Ferner offenbaren die DE-A-28 42 549 und die DE-A-2842
590 spurseitige bzw. bahnseitige
Mikrowellenabfrageeinrichtung für ein Bahnfahrzeug-
Identifikationssystem auf der Grundlage einer
Mehrfrequenzcodierung. Insbesondere wird die
Bahnfahrzeugnummer durch Anordnung einer Zahl von
Resonanzschaltungen an dem Bahnfahrzeug codiert, welche
mit mehreren Frequenzen in Resonanz gelangen, sodass die
Kombination der Frequenzen der erfassten Resonanzen das
antwortende Bahnfahrzeug einmalig codiert.
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines
Senders-Empfängers, der eine effiziente Übertragung ohne
einer Verringerung des Gütefaktors der Resonanzschaltung
des Transponders und ebenso ohne einer speziellen
Einstellung zur Steuerung der Resonanzfrequenz des
Transponders auf die gewünschte Frequenz ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch einen Sender-Empfänger gemäß
Anspruch 1 gelöst.
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Die Aufgabe kann gelöst werden, wenn die
Abfrageeinrichtung mit der Funktion zur Erfassung der
Resonanzfrequenz des Transponders ausgeführt ist, sodass
die Trägerwellenfrequenz der Abfrageeinrichtung bei der
somit erfassten Frequenz beibehalten wird. Somit wird die
Erfindung ausgeführt.
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Die Erfindung stellt einen Sender-Empfänger bereit, der
für eine Abfrageeinrichtung eines kontaktlosen IC-
Kartensystems verwendet wird, welches Signale zwischen
der Abfrageeinrichtung und einem Transponder sendet und
empfängt, wobei der Sender-Empfänger aufweist:
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eine zum Verändern einer Schwingungsfrequenz
eingerichtete Trägerwellen-Schwingungseinrichtung,
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eine Resonanzwellen-Erfassungseinrichtung zur
Erfassung der Resonanzfrequenz des Transponders unter
durch die Trägerwellen-Schwingungseinrichtung erzeugten
Trägerwellen und
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eine Trägerfrequenz-Halteeinrichtung zum Halten der
Schwingungsfrequenz der Trägerwellen-
Schwingungseinrichtung bei der durch die Resonanzwellen-
Erfassungseinrichtung erfassten Frequenz.
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Somit wird erfindungsgemäß eine Trägerwelle mit einer
bestimmten Frequenz erfasst, die eine Spitzenspannung
(oder eine Senkenspannung bzw. eine abgefallene Spannung)
erzeugt, sodass die Schwingungsfrequenz der Trägerwellen-
Schwingungseinrichtung bei der bestimmten Frequenz durch
die Trägerfrequenz-Halteeinrichtung gehalten wird.
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Danach werden die Signale von der
Datenverarbeitungsschaltung der Abfrageeinrichtung mit
der Trägerwelle moduliert, die die durch die
Trägerwellen-Schwingungseinrichtung gehaltene bestimmte
Frequenz aufweist, und werden die auf diese Weise
modulierten Signale zu dem Transponder wie gemäß dem
bekannten kontaktlosen IC-Kartensystem gesendet. Da in
diesem Fall die Frequenz der Trägerwelle mit der
Resonanzfrequenz des Transponders übereinstimmt, kann der
Transponder die Signale mit einer hohen
Signalübertragungswirksamkeit empfangen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines kontaktlosen IC-
Kartensystems, das als die Abfrageeinrichtung eine
Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
verwendet.
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Fig. 2A bis 2D zeigen Signalverläufe der Schaltungen
des kontaktlosen IC-Kartensystems gemäß der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines bekannten
kontaktlosen IC-Kartensystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschriebet.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines kontaktlosen IC-
Kartensystems, bei dem eine Abfrageeinrichtung mit einer
Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
in Kombination mit einem bekannten Transponder gemäß
Fig. 3 ausgebildet ist. Die Fig. 2A bis 2D zeigen
Signalverläufe der Schaltungen des kontaktlosen IC-
Kartensystems.
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Wie die bekannte Abfrageeinrichtung gemäß Fig. 3 weist
die Abfrageeinrichtung gemäß Fig. 1 eine
Datenverarbeitungsschaltung 2, eine Modulationsschaltung
3, eine Konstantstrom-Ansteuerschaltung 4, eine
Antennenspule 5 und eine Demodulationsschaltung 6 auf.
Die Signale von der Datenverarbeitungsschaltung 2
modulieren eine Trägerwelle der Modulationsschaltung 3
und die modulierte Welle wird in der Konstantstrom-
Ansteuerschaltung 4 verstärkt und danach durch die
Antennenspule 5 zu dem Transponder übertragen. Die von
dem Transponder empfangenen Signale werden in der
Demodulationsschaltung 6 demoduliert und zu der
Datenverarbeitungsschaltung 2 zur Verarbeitung der Daten
für die Ausführung einer Beurteilung oder dergleichen
gesendet. Dies ist gemeinsam mit der bekannten Einheit.
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Jedoch unterscheidet sich die Abfrageeinrichtung gemäß
Fig. 1 darin, dass sie eine Sägezahnwellen-
Erzeugungsschaltung 21 und eine
Spannungssteuerungsschwingungsschaltung (VCO) 22
beinhaltet, welche eine Trägerwellen-
Schwingungseinrichtung 20 bilden, und unterscheidet sich
ebenso darin, dass sie eine Spitzenwertsuchschaltung 23
und eine Frequenzhalteschaltung 24 aufweist. Die
Spitzenwertsuchschaltung 23 bildet zusammen mit der
Demodulationsschaltung 6 eine
Resonanzwellenerfassungseinrichtung zur Erfassung der
Resonanzfrequenz des Transponders. Die
Frequenzhalteschaltung 24 ist ebenso mit der
Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 22 verbunden, wie
es durch eine durchgezogene Linie in der Zeichnung
dargestellt ist, oder ist mit der Sägezahnwellen-
Erzeugungsschaltung 21 verbunden, wie es durch eine
gestrichelte Linie in der Zeichnung dargestellt ist, um
die Trägerfrequenz-Halteeinrichtung auszubilden.
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Werden Daten zu dem Transponder übertragen und von dem
Transponder empfangen und bevor die Signale von der
Datenverarbeitungsschaltung 2 der Abfrageeinrichtung
moduliert sind, wird bei der Abfrageeinrichtung zunächst
die Frequenz der Trägerwelle auf folgende Weise bestimmt:
eine Sägezahnwelle bzw. ein Sägezahnverlauf gemäß Fig.
2A wird durch die Sägezahnwellen-Erzeugungsschaltung 21
erzeugt. Durch diese Sägezahnwelle wird eine Trägerwelle,
deren Frequenz gemäß der Darstellung in Fig. 2B wobbelt
bzw. geändert wird, durch die
Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 22 erzeugt. Die
Trägerwelle wird nach ihrer Modulation oder ohne einer
Modulation in der Modulationsschaltung 3 zu dem
Transponder übertragen. Die Impedanz des Transponders aus
der Sichtweise der Abfrageeinrichtung ändert sich hier in
großem Umfang, wenn die Trägerwellenfrequenz der
Abfrageeinrichtung in Übereinstimmung mit der
Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung A des Transponders
gelangt. Folglich wird an beiden Enden der Antennenspule
5 eine Spitzenspannung (oder eine Absenkspannung)
erzeugt. Wird folglich beispielsweise die Spitzenspannung
in der Antennenspule 5 erzeugt, demoduliert die
Demodulationsschaltung 6 gemäß der Darstellung in Fig.
2C die Änderungen der Spannung an den beiden Enden der
Antennenspule 5, welche die Spitzenspannung beinhaltet.
Die Spitzenwertsuchschaltung 23 erfasst die
Spitzenfrequenz des Spitzenwertsignalverlaufs und sendet
einen Auslöseimpuls zu der Frequenzhalteschaltung 24. Die
Frequenzhalteschaltung 24 hält die Ansteuerspannung der
Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 22 oder der
Sägezahnwellen-Erzeugungsschaltung 21 auf einer
konstanten Spannung Vo gemäß der Darstellung in Fig. 2D.
Danach hält die Spannungssteuerungsschwingungsschaltung
22 somit die Schwingung einer Trägerwelle mit konstanter
Frequenz, wobei die Schwingung bei der Spannung Vo
ausgeführt wird. Die auf diese Weise bestimmte
Trägerwelle kommt mit der Resonanzfrequenz des
Transponders in Übereinstimmung.
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Nachdem die Frequenz der
Spannungssteuerungsschwingungsschaltung 22 auf diese
Weise bestimmt worden ist, modulieren die von der
Datenverarbeitungsschaltung 2 gesendeten Signale die
Trägerwelle. Die auf diese Weise modulierten Signale
werden in der Konstantstromansteuerschaltung 4 verstärkt
und dann durch die Antennenspule 5 zu dem Transponder
gesendet. Da in diesem Fall die Frequenz der Trägerwelle
sich in Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz des
Transponders befindet, kann der Transponder die Signale
mit einer hohen Signalübertragungswirksamkeit empfangen.
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Gemäß der vorstehenden Beschreibung wurde ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf
die Zeichnung erläutert. Neben diesem Ausführungsbeispiel
kann die Erfindung verschiedene Ausführungsarten
annehmen. Beispielsweise kann bei der Abfrageeinrichtung
gemäß Fig. 1 die Trägerwellenschwingungseinrichtung 20,
die die Sägezahnwellen-Erzeugungsschaltung 21 und die
Spannungssteuerungsschwingungsschaltung (VCO) 22
beinhaltet, jeder Schwingungseinrichtung gemäß der
Erfindung entsprechen, solange sie die
Schwingungsfrequenz verändern bzw. wobbeln kann. Somit
kann anstelle der Sägezahnwellen-Erzeugungsschaltung 21
eine Stufenformwellen-Erzeugungsschaltung oder
dergleichen verwendet werden.
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Die Erfindung kann ebenso in großem Umfang auf
Abfrageeinrichtungen eines kontaktlosen IC-Kartensystems
nach dem elektromagnetischen Kopplungstyp oder dem
elektromagnetischen Induktionstyp angewendet werden.
Während ein Beispiel, in dem die Antennenspule 5 durch
die Konstantstromansteuerschaltung 4 versorgt wird, gemäß
dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel angeführt
ist, kann die Erfindung beispielsweise ebenso angewendet
werden, wenn die Antennenspule 5 über eine
Konstantspannungsansteuerschaltung oder dergleichen
versorgt wird.
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Gemäß der vorstehend erläuterten detaillierten
Beschreibung ermöglicht die Erfindung die
Trägerwellenfrequenz der Abfrageeinrichtung in
Übereinstimmung mit der Resonanzfrequenz des Transponders
ohne einer bestimmten Einstellung zur Steuerung der
Resonanzfrequenz des Transponders auf die gewünschte
Frequenz zu bringen. Folglich wird es unnötig, den
Gütefaktor Q der Resonanzschaltung A des Transponders zu
verringern. Somit ist es möglich, das kontaktlose IC-
Kartensystem mit einer hohen
Signalübertragungswirksamkeit und mit Leichtigkeit
anzusteuern.
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Bei einem kontaktlosen IC-Kartensystem, das Signale
zwischen einer Abfrageeinrichtung und einem Transponder
sendet und empfängt, beinhaltet ein Sender-Empfänger, der
für die Abfrageeinrichtung verwendet wird, eine zum
Verändern bzw. zum Wobbeln einer Schwingungsfrequenz
eingerichtete Trägerwellen-Schwingungseinrichtung, eine
Resonanzwellen-Erfassungseinrichtung zur Erfassung der
Resonanzfrequenz des Transponders unter durch die
Trägerwellen-Schwingungseinrichtung erzeugten
Trägerwellen und eine Trägerfrequenz-Halteeinrichtung zum
Halten der Schwingungsfrequenz der Trägerwellen-
Schwingungseinrichtung bei der durch die Resonanzwellen-
Erfassungseinrichtung erfassten Frequenz.
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Das System kann mit einer hohen Übertragungswirksamkeit
betrieben werden, indem die Trägerwellenfrequenz der
Abfrageeinrichtung in Übereinstimmung mit der
Resonanzfrequenz des Transponders gebracht wird, ohne den
Gütefaktor Q der Resonanzschaltung A des Transponders zu
verringern und ohne eine bestimmte Einstellung zur
Steuerung der Resonanzfrequenz des Transponders auf die
gewünschte Frequenz auszuführen.