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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Datenfernaustausch zwischen einem
passiven tragbaren Gegenstand und einer Station.
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Allgemein
versteht man hier unter tragbarem Gegenstand eine berührungslose
Speicherkarte oder dergleichen, die für jede Anwendung bestimmt ist,
die berührungslosen
Speicherkarten zufällt,
oder aber auch ein elektronisches Etikett, das beispielsweise für die automatisierte
Nachverfolgung von Gegenständen
wie Paketen bestimmt ist. Der tragbare Gegenstand wird „aktiv" genannt, wenn er
eine eigene Energiequelle (Batterie oder Akku) enthält, die
die verschiedenen Bestandteile des tragbaren Gegenstands versorgt.
Er wird „passiv" genannt, wenn er
keine eigene Versorgungsquelle enthält.
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In
der französischen
Patentanmeldung FR-A-2 711 440, die der Anmelder am 18. Oktober
1993 eingereicht hat, tauscht ein tragbarer Gegenstand durch elektromagnetische
Kopplung mit einer entfernt angeordneten Station Daten aus.
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Die Übertragung
der Daten vom tragbaren Gegenstand zur Station wird durch Umschaltvorgänge einer
elektronischen Schaltung des tragbaren Gegenstands ausgelöst, die
die Phase zwischen einer Referenzwechselspannung und einer Wechselspannung
an den Klemmen des induktiven Elements (oder der Antenne) der Station
bei der induktiven Kopplung dieser Antenne/Station mit dem induktiven
Element (oder der Antenne) des tragbaren Gegenstands wechseln lässt.
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In
der anderen Richtung wird die Übertragung
der Daten der Station zum tragbaren Gegenstand durch die Umschaltvorgänge der
elektronischen Schaltung des tragbaren Gegenstands ausgelöst, die
stattfinden, wenn eine Wechselspannung durch Anlegen eines Wechselspannungssignals
an das induktive Element der Station im induktiven Element des tragbaren
Gegenstands induziert wird.
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In
der Praxis variiert bei der Dialogphase die Entfernung zwischen
der Station und dem tragbaren Gegenstand zwischen 1 und 10 cm.
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Der
Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, die dem tragbaren Gegenstand
eigene Energiequelle abzuschaffen, um ihn autonom zu machen.
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Es
sind bereits Anlagen bekannt, bei denen ein und dasselbe Wechselspannungssignal
und ein und dieselbe Antenne zum Datenaustausch und zur Energieübertragung
dienen.
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Die
praktische Umsetzung der Datenübertragung
in der Richtung von der Station zum tragbaren Gegenstand erfordert
jedoch die Bewerkstelligung einer komplexen Modulation, beispielsweise
einer Phasenmodulation, was eine ausgefeilte Demodulationselektronik
am tragbaren Gegenstand nötig
macht. Auch kann die Elektronik, die dauerhaft die Funktion der
Taktrückgewinnung
und der Energieübertragung
am tragbaren Gegenstand sicherstellen muss, keine einfache Modulation
wie eine Alles-oder-Nichts-Modulation
verwenden. Darüber
hinaus können
parasitäre
radioelektrische Wellen die Austauschprotokolle stören, wenn
sich mehrere Stationen nahe beieinander befinden.
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Im Übrigen hat
der Anmelder festgestellt, dass bei Stationen aus dem Stand der
Technik mit zwei Antennen (EP-A-0 309 201, FR-A-2 707 783) die Antenne,
die das Fernspeisungssignal abgibt (hier das zweite stationsseitige
induktive Element), die zur Datenübertragung bestimmte Antenne
(hier das erste stationsseitige induktive Element) stören kann.
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Die
vorliegende Erfindung liefert eine Lösung für diese Probleme.
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Sie
bezieht sich auf eine Anlage, wobei die Station Folgendes umfasst:
- – einen
ersten Generator für
eine erste Wechselspannung mit einer ersten ausgewählten Frequenz,
- – ein
erstes stationsseitiges Widerstandselement, das eine erste Klemme,
die an den ersten Generator angeschlossen ist, und eine zweite Klemme
besitzt,
- – eine
Reihenanordnung, die an die zweite Klemme angeschlossen ist und
mindestens ein erstes stationsseitiges induktives Element, ein erstes
stationsseitiges Kondensatorelement und ein zweites stationsseitiges
Widerstandselement besitzt, wobei die Anordnung an ihren Klemmen
eine zweite Wechselspannung erzeugen kann,
- – stationsseitige
Verarbeitungseinrichtung(en), die an die erste und die zweite Klemme
des ersten stationsseitigen Widerstandselements angeschlossen sind
und die Phasenschwankungen zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung
verarbeiten können,
und
wobei der tragbare Gegenstand Folgendes umfasst: - – eine
elektronische Schaltung, die ein erstes gegenstandsseitiges induktives
Element und ein erstes gegenstandsseitiges Kondensatorelement umfasst,
wobei die Schaltung zwischen einem inaktiven und einem aktiven Zustand
umschaltbar ist, in dem sie mit dem ersten stationsseitigen induktiven
Element einen Resonanzkreis bildet,
- – gegenstandsseitige
Verarbeitungseinrichtung(en), welche die elektronische Schaltung
in Abhängigkeit von
den zur Station zu übertragenden
Daten umschalten können,
wobei es die durch diese Umschaltvorgänge induzierte Phasenschwankung
zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung den stationsseitigen
Verarbeitungseinrichtungen ermöglicht,
die Daten daraus abzuleiten.
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Nach
einer allgemeinen Definition der Erfindung umfasst die Station ferner
Folgendes:
- – einen zweiten Generator für ein drittes
Wechselspannungssignal mit einer zweiten ausgewählten Frequenz, die zu der
ersten Frequenz unterschiedlich ist,
- – ein
zweites stationsseitiges induktives Element, das unabhängig vom
ersten stationsseitigen induktiven Element an den zweiten Generator
angeschlossen und dazu ausgelegt ist, ein vorbestimmtes Magnetfeld zu
erzeugen, und
der tragbare Gegenstand umfasst noch Folgendes: - – ein
zweites gegenstandsseitiges induktives Element, das vom ersten gegenstandsseitigen
induktiven Element unabhängig
ist,
- – ein
zweites gegenstandsseitiges Kondensatorelement, das an die Klemmen
des zweiten gegenstandsseitigen induktiven Elements angeschlossen
ist, wobei das zweite gegenstandsseitige induktive Element einen
auf das zweite stationsseitige induktive Element abgestimmten Regelkreis
bilden kann, um an den Klemmen des zweiten gegenstandsseitigen induktiven
Elements eine Versorgungswechselspannung zu erzeugen, welche beim
Vorhandensein des durch das zweite stationsseitige induktive Element
hervorgerufenen Magnetfelds induziert wird, und
dass die
Station darüber
hinaus noch eine Filterschaltung des Dipol-Typs umfasst, die zwischen
einer der Umhüllungen
des ersten stationsseitigen Kondensatorelements und einer der Klemmen
des ersten stationsseitigen induktiven Elements zwischengeschaltet
ist, wobei die Filterschaltung dazu ausgelegt ist, sich gegenüber der
ersten Frequenz wie ein induktiver Widerstand und gegenüber der
zweiten Frequenz wie ein starker Scheinwiderstand zu verhalten.
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Somit
schafft die erfindungsgemäße Anlage
die dem tragbaren Gegenstand eigene Energiequelle ab und erzeugt
eine Versorgungsspannung mit einer Energie, die zur Versorgung der
Bestandteile des tragbaren Gegenstands angemessen ist. Sie ermöglicht auch
gegenüber
Anlagen, die ein und dasselbe Wechselspannungssignal und ein und
dieselbe Antenne für
Datenaustausch und Energieübertragung
einsetzen, eine einfachere praktische Umsetzung der Energie- und
Datenübertragungsfunktionen,
sowie eine bessere Unempfindlichkeit gegen Störungen zwischen nah beieinander
angeordneten Stationen. Überdies
ermöglicht
es die Filterschaltung der Station, die auf die zur Datenübertragung
bestimmte Antenne wirkende Störung
der Fernspeisungsantenne gegenüber
den Stationen aus dem Stand der Technik mit zwei Antennen auszuschalten.
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In
der Praxis umfasst die Filterschaltung ein induktives Element und
ein Kondensatorelement, die parallelgeschaltet und zwischen dem
ersten Kondensatorelement und dem ersten induktiven Element der
Station angeordnet sind.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen das erste und das zweite
stationsseitige induktive Element im Wesentlichen dieselben geometrischen
Abmessungen auf und sind übereinanderliegend
angeordnet.
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Eine
solche Anordnung hat den Vorteil, sich gegenüber einer einzelnen Gegenüberstellung
von einer Antenne mit einer anderen einfach bewerkstelligen zu lassen.
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Darüber hinaus
ist es dank einer solchen Anordnung der Antennen der Station nicht
notwendig, den tragbaren Gegenstand gegenüber der Station in einem speziellen
geometrischen Verhältnis
anzuwenden. Erfindungsgemäß reicht
es aus, den tragbaren Gegenstand nur in der Nähe der Antennen der Station
anzuwenden.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der tragbare Gegenstand darüber hinaus
noch Taktrückgewinnungseinrichtungen,
die an die Klemmen des zweiten gegenstandsseitigen induktiven Elements
angeschlossen und dazu ausgelegt sind, ein Taktsignal ausgehend
von der induzierten Versorgungswechselspannung rückzugewinnen, wobei das Taktsignal
zum Takten der Logik- oder Speicherbestandteile des passiven tragbaren
Gegenstands bestimmt ist. Vorteilhafter Weise ermöglicht diese
Taktrückgewinnung
einen Verzicht auf irgendeine eigene, beispielsweise auf Quarz beruhende
Taktvorrichtung am tragbaren Gegenstand.
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In
der Praxis umfasst der tragbare Gegenstand darüber hinaus noch Gleichrichtereinrichtungen,
welche an die Klemmen des zweiten gegenstandsseitigen induktiven
Elements angeschlossen und dazu ausgelegt sind, die induzierte Versorgungswechselspannung
in eine Versorgungsgleichspannung gleichzurichten, die zur Versorgung
der gegenstandsseitigen Verarbeitungseinrichtungen bestimmt ist.
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Vorzugsweise
umfasst der tragbare Gegenstand darüber hinaus noch eine Energieregelungsschaltung,
die an den Ausgang der Gleichrichtereinrichtungen angeschlossen
und dazu ausgelegt ist, die induzierte Versorgungsgleichspannung
in Abhängigkeit
von der Entfernung zwischen der Station und dem tragbaren Gegenstand
zu regeln.
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Die
vorliegende Erfindung hat auch eine Station und einen tragbaren
Gegenstand zur Aufgabe, die zu einer solchen Anlage gehören.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
ausführlichen
Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen klarer hervor:
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1 stellt schematisch eine
mit der Zutrittskontrolle verbundene Datenaustauschanlage aus dem Stand
der Technik dar;
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2 stellt schematisch die
Anlage nach dem Stand der Technik zum Datenaustausch zwischen einem
aktiven tragbaren Gegenstand und einer Station dar;
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3 ist eine schematische
Darstellung der Bestandteile des stationsseitigen, erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems
durch Induktion;
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4 stellt schematisch den
Block dar, der zur Datenübertragung
im Hinblick auf die Station bestimmt ist, die mit Bezug auf 2 beschrieben und erfindungsgemäß abgewandelt
ist;
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5 ist eine schematische
Darstellung der wesentlichen Einrichtungen und Bestandteile des
tragbaren Gegenstands nach der Erfindung; und
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6 ist eine schematische
Darstellung der beiden Antennen des tragbaren Gegenstands nach der Erfindung.
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Die
Zeichnungen umfassen im Wesentlichen Elemente mit einem bestimmten
Merkmal. Dazu bilden sie einen integralen Bestandteil der Beschreibung
und können
nicht nur dazu dienen, die nachfolgende Beschreibung verständlicher
zu machen, sondern gegebenenfalls auch zur Definition eben dieser
Erfindung beitragen.
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Nach 1 ist in einer besonderen,
keineswegs einschränkenden
Anwendung der Erfindung, der tragbare Gegenstand 10 von
der Art einer Speicherkarte, und die Station ist ein Datenendgerät 12,
das mit einem induktiven Portalrahmen 14 ausgestattet ist,
durch den eine mit der Speicherkarte 10 versehene Person 16 hindurchgehen
kann.
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Beispielsweise
ist die Station eine Elektronikeinheit, die in einem Gehäuse mit
ausgewählten
Abmessungen enthalten ist. Zum Beispiel betragen die Abmessungen
40 cm × 16
cm mit einer Dicke von 4 cm.
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Beispielsweise
ist der tragbare Gegenstand eine Vorrichtung, deren Abmessungen
8,5 cm × 5,4
cm betragen, mit einer Dicke von 0,5 cm. Der tragbare Gegenstand
ist dazu bestimmt, vor der Station vorgezeigt zu werden. Dieser
tragbare Gegenstand kann eine Geschwindigkeit von 1 m/s erreichen.
Bei der Dialogphase kann der Abstand zwischen der Station und dem
tragbaren Gegenstand von 1 bis 10 cm variieren.
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Der
Vorgang, der bei jedem Durchgang stattfindet, ermöglicht es
der Station, eine im tragbaren Gegenstand enthaltene Speicherzone
auszulesen, und dann eine neue, von der Station gesendete Information in
eben diese Speicherzone einzuschreiben.
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In 2 befindet sich, zumindest
teilweise, die Anlage zum Datenaustausch durch elektromagnetische
Kopplung zwischen einem tragbaren Gegenstand und einer Station,
wie sie in der vorstehend erwähnten Patentanmeldung
FR-A-2 711 440 beschrieben ist.
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Allgemein
umfasst die Station 12 einen Block 13, der zur
Datenübertragung
bestimmt ist.
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Ein
solcher Block ist in der oben erwähnten Patentanmeldung im Einzelnen
beschrieben, deren Inhalt rein informativ einen integralen Bestandteil
der vorliegenden Beschreibung bildet.
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Im
Wesentlichen umfasst der Block 13:
- – einen
ersten Generator G1 für
eine erste Wechselspannung VEX mit einer ersten ausgewählten Frequenz F1,
- – ein
erstes stationsseitiges Widerstandselement RC, das eine erste Klemme
B10, die an den ersten Generator G1 angeschlossen ist, und eine
zweite Klemme B20 besitzt,
- – eine
Reihenanordnung, die an die zweite Klemme B20 angeschlossen ist
und mindestens ein erstes stationsseitiges induktives Element L1,
ein erstes stationsseitiges Kondensatorelement C1 und ein zweites stationsseitiges
Widerstandselement R1 besitzt, wobei die Anordnung an ihren Klemmen
eine zweite Wechselspannung VEY erzeugen kann,
- – (nicht
dargestellte) stationsseitige Verarbeitungseinrichtungen, die an
die erste und die zweite Klemme des ersten stationsseitigen Widerstandselements
RC angeschlossen sind und die Phasenschwankungen zwischen der ersten
und der zweiten Wechselspannung verarbeiten können.
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Der
tragbare Gegenstand 10 umfasst seinerseits einen Block 11,
der zur Datenübertragung
bestimmt ist.
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Dieser
Block 11, der im Einzelnen in der zuvor erwähnten Patentanmeldung
beschrieben ist, umfasst im Wesentlichen:
- – eine elektronische
Schaltung 3, die zwischen einem inaktiven und einem aktiven
Zustand umschaltbar ist, in dem sie mit dem ersten stationsseitigen
induktiven Element L1 einen Resonanzkreis bildet, und
- – gegenstandsseitige
Verarbeitungseinrichtungen 5, welche die elektronische
Schaltung 3 in Abhängigkeit von
den zur Station zu übertragenden
Daten umschalten können,
wobei es die durch diese Umschaltvorgänge induzierte Phasenschwankung
zwischen der ersten und der zweiten Wechselspannung den stationsseitigen
Verarbeitungseinrichtungen ermöglicht,
die Daten daraus abzuleiten.
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Die
elektronische Schaltung 3 umfasst ein induktives Element
L30 und ein Kondensatorelement C30.
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In
der ausgewählten
Ausführungsform
hat die Antenne L30 einen auf 8 Windungen verteilten Wert von 9 μH, und der
Kondensator C30 hat einen Wert von 61 pF.
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Die Übertragung
der Daten vom tragbaren Gegenstand 10 zur Station 12 wird
durch die Umschaltvorgänge
der elektronischen Schaltung 3 des tragbaren Gegenstands
ausgelöst
(durch die Wirkung von Umschalteinrichtungen MC), die die Phase
zwischen der Referenzwechselspannung VEX und der Wechselspannung
VEY an den Klemmen der Reihenanordnung L1, C1 und R1 der Station
bei der induktiven Kopplung dieser Antenne/Station L1 mit dem induktiven
Element (oder der Antenne) L30 des tragbaren Gegenstands wechseln
lassen.
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In
der anderen Richtung wird die Datenübertragung von der Station
zum tragbaren Gegenstand durch die Umschaltvorgänge der elektronischen Schaltung
des tragbaren Gegenstands (durch die Wirkung der Umschalteinrichtungen
MCA) ausgelöst,
die dann stattfinden, wenn durch Anlegen eines Wechselspannungssignals
an das induktive Element L1 der Station im induktiven Element L30
des tragbaren Gegenstands eine Wechselspannung induziert wird.
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Beispielsweise
gibt der Generator G1 eine Wechselspannung VEX von 1,5 Volt Spitzenspannung
und mit einer Frequenz F1 von 6,78 MHz ab.
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Eine
eigene Versorgungsquelle 7 liefert eine Versorgungsgleichspannung
+VDD, um die Bestandteile des Blocks 11 zu versorgen.
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Erfindungsgemäß ist die
eigene Versorgungsquelle des tragbaren Gegenstands, die die Bestandteile des
Blocks 11 versorgt, dank des Hinzufügens eines Energieübertragungssystems
durch Induktion mit zwei Antennen abgeschafft, die von denjenigen
unabhängig
sind, die zur Datenübertragung
bestimmt sind.
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Nach 3 beruht das Energieübertragungssystem
durch Induktion auf der Erzeugung eines Wechselspannungsversorgungssignals
durch einen zweiten Generator G2, der an der Station angeordnet
ist.
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In
der Praxis ist der zweite Generator G2 ein Oszillator, der ein Wechselspannungssignal
mit einer Frequenz F2 abgeben kann, die sich von der ersten zur
Datenübertragung
bestimmten Frequenz F1 unterscheidet und beispielsweise 13, 56 MHz
beträgt.
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Ein
zweites stationsseitiges induktives Element (oder eine Antenne)
L2 ist über
Verstärkungseinrichtungen
AMP mit dem zweiten Generator G2 verbunden.
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Die
Antenne L2 ist von der Antenne L1 unabhängig. Sie erzeugt ein Magnetfeld
CM2, wenn das Frequenzsignal F2 durch sie hindurchgeht.
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Die
beiden Frequenzen F1 und F2 unterscheiden sich voneinander, um die
Auswirkungen der radioelektrischen Interferenzen des Systems, das
die Energieversorgung sicherstellt, auf das System, das den Datenaustausch
sicherstellt, ausschalten zu können.
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Die
Wahl der Frequenz des radioelektrischen Signals, das die Energieübertragung
von der Station zum tragbaren Gegenstand sicherstellt, ist so angemessen,
dass die beste Leistung der Energieübertragung ermöglicht werden
kann.
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Die
beiden Antennen L1 und L2 der Station sind aktiv, das heißt, sie
geben jeweils ein Magnetfeld ab. Die Stärke des Felds CM2, das von
der die Energieübertragung
sicherstellenden Antenne L2 abgegeben wird, ist deutlich höher als
die Stärke
des Felds CM1, das von der den Datenaustausch sicherstellenden Antenne L1
abgegeben wird.
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Es
ist anzumerken, dass dann, wenn sich mehrere Stationen nahe beieinander
befinden, die Störungen
zwischen den Stationen im Vergleich zu den berührungslosen Systemen mit Fernspeisung,
die eine einzige Frequenz verwenden, die die Energieübertragung
und den Datenaustausch sicherstellen, reduziert sind.
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Allgemein
ist bei einer bestimmten Frequenz die Fernspeisungsleistung bei
einem minimalen stationsseitigen Induktivitätswert maximal. Da die Induktivität zur Anzahl
der Windungen proportional ist, ist diese bei einer Antenne L2 minimal,
die aus einer minimalen Anzahl von Windungen besteht. In der Praxis
umfasst die Antenne L2 eine einzige Windung.
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In 4 ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dem mit Bezug auf 2 beschriebenen
Block 13 eine Filterschaltung DF hinzuzufügen, die
ein um die zweite Frequenz F2, die 13,56 MHz beträgt, zentriertes
Spektralband zu sperren in der Lage ist. Diese Filtervorrichtung
umfasst ein induktives Element LF und ein Kondensatorelement CF,
die zwischen einem der ersten Anschlüsse des Kondensators C1 und
einer der Klemmen des stationsseitigen induktiven Elements L1 parallelgeschaltet
sind.
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Diese
Filtervorrichtung DF ist ein Bandsperrfilter, d. h. ein Filter,
das die Frequenz F2 nicht überträgt, aber
alle anderen Frequenzen durchlässt,
insbesondere die mit der Datenübertragung
verbundene Frequenz F1. Die Filterschaltung DF verhält sich
gegenüber
der Frequenz F1 wie ein induktiver Widerstand, und gegenüber der
Frequenz F2 wie ein sehr starker Scheinwiderstand (z. B. in der
Größenordnung
von 20 bis 30 kOhm).
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Diese
Art von Filterung wird dadurch ermöglicht, dass die Station eine
Reihenanordnung L1–C1
umfasst.
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Erfindungsgemäß besitzen
die Antennen L1 und L2 im Wesentlichen dieselben geometrischen Abmessungen.
Sie sind übereinanderliegend
angeordnet, was in der Folge die maximale Kopplung zwischen ihnen
ergibt.
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Unter
diesen Umständen
müssen
die Anordnungen der Antennen L1 und L2 dann nur den Anwendungsbedürfnissen
gerecht werden, d. h. sie müssen
den Funktionsablauf des Systems in einer bestimmten Zone zulassen,
um der erforderlichen Ergonomie gerecht zu werden.
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Es
ist nicht notwendig, den tragbaren Gegenstand einem besonderen geometrischen
Verhältnis
entsprechend gegenüber
der Station anzuwenden. Erfindungsgemäß reicht es, wenn die Karte
nur in der Nähe der
Antennen der Station angewandt wird.
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In
der Praxis entsprechen die Abmessungen der Antennen L1 und L2 denjenigen
eines Rechtecks mit einer Länge
von 17 cm und einer Breite von 7 cm. Das System gibt somit eine
Funktionszone frei, die etwas kleiner ist als die Abmessungen der
Antennen der Station.
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Beispielsweise
besteht die Fernspeisungsantennen L2 aus einer einzigen Windung,
und die zur Datenübertragung
bestimmte Antenne L1 besteht aus bis zu drei nebeneinanderliegenden
Windungen. Die Anzahl von Windungen der Antennen L1 hängt von
der Spitzenspannung VEX ab, die vom Generator G1 abgegeben wird,
und von den Merkmalen der Kopplung zwischen Station und Karte. Die
Ausführungstechnologie der
Antenne L1 muss ebenfalls, insbesondere durch den Wert des Überspannungskoeffizienten
der elektronischen Schaltung 3 des tragbaren Gegenstands
bei der Frequenz F1, bei der Bestimmung dieser Anzahl von Windungen
berücksichtigt
werden.
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Der
Anmelder hat mit den folgenden Zahlenwerten zufriedenstellende Ergebnisse
erzielt:
| – Widerstandselement
RC | 50
Ohm |
| – Kondensatorelement
C1 | 72
pF |
| – induktives
Element L1 | 3,1 μH |
| – induktives
Element L2 | 0,4 μH |
| – Kondensatorelement
CF | 42,1
pF |
| – induktives
Element LF | 3,35 μH |
| – Widerstandselement
R1 | 3
Ohm (wovon ein Teil dieses Widerstandselements dem realen Anteil
des Scheinwiderstands der Antenne L1 entspricht). |
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Im Übrigen weist
das induktive Element LF, das durch paralleles Anbringen mit dem
Kondensatorelement CF verbunden ist, einen Scheinwiderstand auf,
der gleichwertig einem induktiven Widerstand von 4,46 μH bei der
Frequenz F1 ist.
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In 5 sind wesentliche Einrichtungen
und Bestandteile des tragbaren Gegenstands dargestellt. Das zur
Datenübertragung
bestimmte System, das mit Bezug auf 2 beschrieben
wurde, ist hier wieder zu finden. Es ist erfindungsgemäß um eine
Antenne L4 ergänzt,
die dazu bestimmt ist, elektromagnetisch mit der Antenne L2 der
Station gekoppelt zu werden.
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Ein
Abstimmkondensator C4 auf die Frequenz F2 ist ebenfalls vorgesehen,
um eine mit dem stationsseitigen induktiven Element L2 abgestimmte
Schleife zu bilden. Eine solche Schleife erzeugt an den Klemmen der
Antenne L4 eine Versorgungswechselspannung, die beim Vorhandensein
des Magnetfelds induziert wird, das vom stationsseitigen induktiven
Element L2 hervorgerufen wurde.
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Die
Gleichrichtereinrichtungen RD, beispielsweise von der Art der Ganzwelle,
sind an die Klemmen der Antenne L4 angeschlossen, um die induzierte
Versorgungswechselspannung in eine Versorgungsgleichspannung +VDD
gleichzurichten, die zur Versorgung der gegen-standseitigen Verarbeitungseinrichtungen
bestimmt ist.
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Vorteilhafter
Weise ist eine Energieregelungsschaltung RE an den Ausgang der Gleichrichtereinrichtung
angeschlossen, um die induzierte Versorgungsgleichspannung in Abhängigkeit
von der Entfernung zwischen der Station und dem tragbaren Gegenstand
zu regeln.
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In
der Praxis umfasst die Energieregelungsschaltung RE eine elektronische
Vorrichtung von der Art der Parallelregelung.
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Um
die Leistung der Fernspeisung zu verbessern, ist es vorteilhaft, über eine
Anzahl von Windungen n in Bezug auf die Antenne L4 des tragbaren
Gegenstands zu verfügen,
damit die Leistung des Fernspeisesystems maximal ist, und über eine
einzige Windung in Bezug auf die Antenne L2 der Station. Es ist
anzumerken, dass die Anzahl von Windungen durch die Technologie
des tragbaren Gegenstands begrenzt ist. Um die Herstellungskosten
für den
tragbaren Gegenstand zu senken, ist die Antenne L4 in Form von Windungen
hergestellt, die in ein Substrat (z. B. Epoxidharzglas) eingeprägt sind.
Bei einer Fläche
des tragbaren Gegenstands in der Größenordnung der vorstehend beschriebenen,
beträgt
die Anzahl n von Windungen beispielsweise 4.
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In
der Praxis hat die Antenne L4 einen Wert von 4,1 μH, und der
Kondensator C4 hat einen Wert von 33,5 pF.
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Im Übrigen ist
die Regelung der Spannung +VDD am tragbaren Gegenstand mit einer
Regelung des Stroms verbunden, der durch die Antenne L2 der Station
fließt.
Diese Regelung ist so ausgelegt, dass die an den Klemmen der Antenne
L2 anliegende Spannung nach einem geeigneten Gesetz umgekehrt proportional zur
Entfernung zwischen der Station und dem tragbaren Gegenstand ist.
Das angestrebte Ziel ist eine Senkung der Stärke des Magnetfelds, das von
der Antenne L2 abgegeben wird, wenn sich der tragbare Gegenstand
der Antenne L2 der Station nähert.
Die Lösung
wird mittels einer zur Versorgung bestimmten Quelle G2 erzielt,
die sich wie ein Stromgenerator verhält.
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Taktrückgewinnungseinrichtungen
RH, die an die Klemmen der Antenne L4 angeschlossen sind, gewinnen
ein Taktsignal aus der induzierten Versorgungswechselspannung zurück.
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Dieses
Taktsignal ist zum Takten der Logik- oder Speicherbestandteile 5 des
passiven tragbaren Gegenstands bestimmt.
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Vorteilhafter
Weise ermöglicht
es diese Taktrückgewinnung,
dass auf irgendeine, beispielsweise auf Quarz beruhende Taktvorrichtung
am tragbaren Gegenstand verzichtet werden kann.
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Es
ist anzumerken, dass der tragbare Gegenstand darüber hinaus noch Teilereinrichtungen
DIV umfasst, die an den Ausgang der Rückgewinnungseinrichtungen RH
angeschlossen und dazu ausgelegt sind, die Frequenz des auf diese
Weise rückgewonnenen
Taktsignals in ein Teilvielfaches aufzuteilen, das ausgewählt ist,
um die gegenstandsseitigen Verarbeitungseinrichtungen 5 zu
takten.
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Eine
RESET-Funktion steht zur Verfügung,
um die Logikelemente der gegenstandsseitigen Verarbeitungseinrichtungen 5 richtig
zu initialisieren.
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Codierungseinrichtungen
COD und Decodierungseinrichtungen DEC vom MANCHESTER-Typ sind ebenfalls
zwischen den gegenstandsseitigen Verarbeitungseinrichtungen 5 und
der elektronischen Datenübertragungsschnittstelle
vorgesehen, die mit Bezug auf 2 beschrieben
ist und die elektronische Schaltung 3 und die Umschalteinrichtungen
MC und MCA umfasst.
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Diese
Codierungs- und Decodierungseinrichtungen werden durch das von den
Teilereinrichtungen abgegebene Taktsignal getaktet.
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Die
Antennen L4 und L30 sind nach einer besonderen Geometrie am tragbaren
Gegenstand angeordnet.
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Im
Falle eines tragbaren Gegenstands (6)
von der Art einer Speicherkarte mit Standardabmessungen, und zwar
85 mm auf 54 mm, ist die Fernspeiseantenne L4 beispielsweise ein
Rechteck mit 50 mm auf 54 mm, und die Datenübertragungsantenne L30 ist
beispielsweise ein Rechteck mit 45 mm auf 54 mm. Es besteht also
auf 10 mm eine Überlappung
der Antenne L4 mit der Antenne L30.
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Der
Anmelder hat festgestellt, dass die Kopplung zwischen diesen beiden
Antennen L4 und L30 eine Störkopplung
ist (d. h. Störungen
im Funktionsablauf der Datenübertragungen
erzeugt), wenn die Überlappung über 10 mm
hinausgeht.
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Die
erfindungsgemäße gegenständliche
Umsetzung des tragbaren Gegenstands hat es durch den Verzicht auf
die Batterie (oder den Akku) und den Quarzresonator möglich gemacht,
die gesamte Elektronik auf einem einzigen Siliziumchip unterzubringen,
mit Ausnahme von drei Komponenten, die von der Art eines Miniaturkondensators
für die
Elemente C4, C30 und eines (nicht dargestellten) Kondensators zur
Glättung
der Versorgungsspannung sind.
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Es
ist festzustellen, dass die Tatsache, zwei unabhängige Signale am tragbaren
Gegenstand anzuordnen, den Vorteil bietet, bei der Ausführung des
elektronischen Systems des tragbaren Gegenstands, die Energieüber tragungs-
und Taktfunktionen einerseits von den Datenübertragungsfunktionen andererseits
zu trennen.