DE69700590T2

DE69700590T2 - Vorrichtung zum kontaktlosen datenaustausch mit einem nichtelektronischen etikett

Info

Publication number: DE69700590T2
Application number: DE69700590T
Authority: DE
Inventors: Richard Kalinowski; Michel Leduc
Original assignee: Gemplus SCA; Gemplus Card International SA
Current assignee: Gemplus SA
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2000-05-04
Anticipated expiration: 2017-03-13
Also published as: FR2746200B1; DE69700590D1; EP0876654B1; FR2746200A1; WO1997034250A1; CA2224905C; ES2140225T3; CA2224905A1; ATE185435T1; EP0876654A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontaktlosen Datenaustausch mit einem elektronischen Etikett (bzw. Anhänger), das sich in einem gegebenen Augenblick in ihrer Nähe befindet, wobei das Etikett keine eigene Versorgung aufweist.
Unter einer Vorrichtung zum kontaktlosen Datenaustausch von Information versteht man ein System, das je nach Anwendung als Abfrageklemme oder als Leser bezeichnet wird. In jedem Fall handelt es sich um Apparate, die mit Sender/Empfänger-Mitteln ausgerüstet sind, die in der Lage sind Signale zum Lesen und/oder Schreiben von Daten auf ein Etikett auszusenden, und im Gegenzug die von dem Etikett ausgesendeten Signale zu empfangen.
Derartige Etiketten werden als "passiv" bezeichnet, wobei die Energie zu ihrer Versorgung aus der Energie der von der Informationsaustauschvorrichtung ausgesendeten Signale abgeleitet wird. Zu diesem Zweck ist das Etikett mit einer Antenne ausgerüstet, um elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die von dieser Vorrichtung ausgesendet wird, gefolgt von einer Gleichrichterschaltung, um aus dieser Strahlung eine Versorgungsgleichspannung der inneren Schaltungen abzuleiten.
Das elektronische Etikett bildet ein Mittel zur Speicherung von Informationen, welches nicht sperrig ist und es gestattet, die Produkte zu identifizieren, auf welchen es angebracht ist, oder die Person zu identifizieren, die es hält.
Die meisten der Systeme, welche passive elektronische Etiketten (ohne eigene Versorgung) verwenden, arbeiten nur als Leser. Tatsächlich muss das Etikett einen elektrisch programmierbaren Speicher (PROM, EPROM, E2PROM) besitzen, damit die auf dem Etikett enthaltenen Informationen modifiziert werden können oder neue Informationen eingeschrieben werden können.
Folglich ist die notwendige Spannung zur Programmierung solcher Speicher relativ hoch und kann im Fall eines direkten Kontakts leicht übertragen werden, aber im Fall einer kontaktlosen Übertragung nur sehr viel schwerer.
Es ist folglich notwendig, dass die Kopplung zwischen dem Etikett und der Austauschvorrichtung maximal sein muss. Diese Kopplung ist nur dann maximal, wenn sich das Etikett sehr nahe an dem Austauschsystem befindet.
Die aktuell existierenden Austauschsysteme (Leser, Klemme) besitzen überhaupt keine Information über die Position des Etiketts bezüglich des Erregungsfeldes, das sie aussenden, und auch nicht über die Richtung der Verschiebung des Etiketts bezüglich ihrer Antenne (oder ihrer Antenne bezüglich des Etiketts).
In bestimmten Fällen besitzt das Etikett Mittel zur Erfassung des Energiepegels, den es empfängt oder den es angesammelt hat, und eine interne Logik kann folglich entscheiden, ob oder ob nicht mit der Schreibprozedur (welche am meisten Energie verbraucht) fortgefahren wird, bzw. ob oder ob nicht mit der Leseprozedur fortgefahren wird.
Unterdessen sind die verwendeten Mittel sehr summarisch und ergeben nur Nährungsergebnisse. Eine Verbesserung solcher Mittel auf dem Etikett würde zu prohibitiven Kosten für die Herstellung der Etiketten führen.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Lösung dieser Probleme. Sie hat die Aufgabe, eine Vorrichtung zum kontaktlosen Informationsaustausch nach Anspruch 1 zu schaffen.
Nach einer Ausführung der Erfindung umfassen die Mittel zur Extraktion bzw. Ableitung von Information, die für den Abstand repräsentativ ist, eine Schaltung zum synchronen Empfang des modulierten Signals, das von Etikett ausgesendet wird, die in der Lage ist ein Verbundsignal zu liefern, Mittel zur Tiefpass-Filterung des Verbundsignals, die in der Lage sind ein Niederfrequenzsignal zu liefern, das der Amplitude des Niederfrequenzsignals des modulierten Signals entspricht, und Mittel zu Messung der Amplitude dieses Niederfrequenzsignals.
Vorteilhafterweise erlauben die Mittel zur Messung die Verwirklichung einer Messung des Effektivwerts der Amplitude des Signals.
Weitere Vorteile und Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der Beschreibung, welche der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung dient, und im Hinblick auf die angehängten Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 das Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt,
Fig. 2 das Verwirklichungsschema einer Extraktionsschaltung nach der Erfindung darstellt,
Fig. 3 und 4 Schemata von zwei Ausführungen einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsschaltung darstellen,
Fig. 5 das Schema der Kurve V = f(Di) darstellt, und
Fig. 6 ein Schema darstellt, das die Ausnutzung der Entsprechung zwischen V und Di veranschaulicht.
Die analogen und digitalen Schaltungen, welche ein Etikett bzw. Anhänger bilden, wurden nicht ausführlich dargestellt, da sie herkömmlich sind. Unterdessen beachte man, dass ein solches elektronisches Etikett 100 Elemente wie eine Speicherschaltung 110 umfasst, die einen Speicher PROM oder EPROM oder EEPROM umfasst, einen Demodulator und Decoder des empfangenen, modulierten Signals, der die seriellen Daten bereitstellt, und einen Adressierungsdecoder dieses Speichers, für die Lese- und Schreib-Vorgänge des Speichers.
Das Etikett umfasst außerdem eine Schaltung 220 zum Auffangen der empfangenen Energie, für die Versorgung seiner inneren Schaltungen. Diese Schaltung ist ebenfalls herkömmlich und umfasst im wesentlichen eine Antenne und eine Schaltung zum Gleichrichten und Integrieren.
Die Austauschvorrichtung 200 umfasst einen Sendeteil 210, einen Empfangsteil 220, 230 und zur Verarbeitung und Ausnutzung 240.
Der Sendeteil wird nicht ausführlich beschrieben, da er herkömmlich ist. Der Sender umfasst im wesentlichen eine Antenne und Mittel zur Übertragung von Befehlssignalen oder von Daten in Form eines um eine Trägerfrequenz Fo in der Amplitude modulierten Signals Se.
Der Empfangsteil 220, 230 umfasst nach der Erfindung eine Extraktionsschaltung 220 für eine Information V, welche repräsentativ ist für den Abstand, der in jedem Augenblick das Etikett vom Empfänger trennt, ausgehend vom empfangenen Signal Sr, das vom Etikett stammt.
Der Abstand entspricht insbesondere dem Abstand, der die Antenne des Etiketts von jener des Empfängers trennt. Die Schaltung 220 wird von einer Vorverarbeitungsschaltung 222 gefolgt, deren Funktion darin besteht, eine erste Verarbeitung der aus dem empfangenen Signal extrahierten Information vorzunehmen, die darin besteht, in Echtzeit den Abstandswert zu bestimmen, der der Information V entspricht.
Eine zweite Vorverarbeitungsschaltung 221 ist ebenfalls vorgesehen, wobei es sich dabei um eine herkömmliche Schaltung handelt, die die Daten des empfangenen Signals dekodiert.
Die Austauscheinheit umfasst außerdem eine Schaltung zur Verarbeitung und Ausnutzung 240, deren Funktion einerseits darin besteht, die Daten bereitzustellen, die der Sender übertragen muss, und andererseits die von dem Empfänger des empfangenen Signals extrahierten Daten auszunutzen.
Die Fig. 2 stellt die erfindungsgemäße Extraktionsschaltung 220 dar.
Diese Schaltung umfasst eine synchrone Erfassungsschaltung 10 bekannter Art, welche einen Eingang umfasst, an den das von der Antenne (nicht dargestellt) empfangene, in der Amplitude modulierte Signal Sr angelegt wird.
An einen zweiten Eingang dieser Schaltung wird zur Synchronisation ein Referenztaktsignal H angelegt. Es handelt sich um Taktpulse, die die gleiche Frequenz Fo wie die Trägerfrequenz des Signals haben, mit einer kontrollierten Amplitude und Phase. Das Taktsignal wird beispielsweise ausgehend von einem Taktgenerator des Sendeteils bereitgestellt.
Der Detektor liefert ein Verbundsignal Sc, welches aus den Signalen Sr und H erzeugt wird.
Dieses Signal Sc wird an den Eingang einer Tiefpassfilter- Schaltung 20 angelegt, welche das Niederfrequenzsignal Sm liefert.
Dieses Signal Sm entspricht der Modulation, die das Etikett ansprechend auf ein von der Austauscheinheit gegebenes Lesekommando beiträgt.
Die Schaltung 220 umfasst außerdem eine Schaltung 30 zur Messung der Amplitude V des Niederfrequenzsignals Sm. Die Amplitude V dieses Signals ist repräsentativ für den Abstand Di, der das Etikett von der Informationsaustauschvorrichtung trennt.
Die von der Schaltung gemessene Amplitude hat die Form V = f(Di).
Die Funktion f wird durch die Kurve 1 der Variation der Amplitude V als Funktion des Abstands veranschaulicht, wie in Fig. 5 dargestellt.
Die Kurve stellt den Logarithmus dieser Variation dar.
Der Empfänger 220 umfasst darüber hinaus eine Schaltung 40 zur Formung des Signals Sm, um das erhaltene Signal Sc an einen Decoder 221 anzulegen, welcher die Modulation (beispielsweise zweiphasig) in eine einfache binäre Modulation umwandelt. Das Ausgangssignal D wird an die Schaltung 240 zur Bearbeitung und Ausnutzung angelegt.
Die Formungsschaltung 40 und der Decoder 221 sind für die Verarbeitung des von dem Etikett zurückgesendeten Signals Sr herkömmlich.
Nach einer vorteilhaften Ausführung umfasst die Schaltung 20 außerdem einen Tiefpassfilter 22, eine Rückkoppelschleife, die einen Komparator 25 mit integrierendem Verstärker 23 bekannter Art umfasst, und einen Mischaddierer 21.
Der Komparator empfängt an einem Eingang das Signal Sm, und an einem anderen Eingang ein Referenzsignal M, welches vorzugsweise die Masse darstellt, um den Mittelwert der Komponente BF auf Masse zu legen.
Vorzugsweise ist die Messschaltung 30 in der Lage den Effektivwert der Amplitude des Signals zu liefern. Diese Schaltung ist von herkömmlicher Art, d. h. sie umfasst einen Teil zur Erfassung des Signals, mit einem von einer Filterung gefolgten, doppelt alternierenden Gleichrichter.
Der Effektivwert der Amplitude des Signals Sm, der am Ausgang der Schaltung 30 erhalten wird, ist die aus Sm extrahierte Information, welche für den Abstand repräsentativ ist.
Die Ausnutzung der Entsprechung zwischen dem Wert V und dem Abstand erlaubt zunächst die Wahl eines optimalen Zeit- oder Raumfensters zur Durchführung der Kommunikationen, und insbesondere zur Verwirklichung der Schriebvorgänge auf dem Etikett.
Diese Ausnutzung wird dargestellt durch das Schema der Fig. 6, in der die Bahn des Etiketts vor der Empfangsantenne der Vorrichtung dargestellt ist, sowie die Grenzen der Kommunikationszone. Diese Grenzen sind festgelegt ausgehend von der Minimalamplitude Vmin des Signals, die zur Verwirklichung eines Schreibvorgangs akzeptabel sind. Durch Symmetrie bestimmt man die Abstände D1 und D2, welche jenem Wert Vmin entsprechen.
Das zeitliche Fenster t&sub1;-t&sub2; entspricht den Augenblicken während welcher das Etikett sich jeweils im Abstand D1 und im Abstand D2 befindet.
Wenn die Messschaltung 30 in Echtzeit die verschiedenen Werte von V entsprechend der Verschiebung des Etiketts liefert, bestimmt die Vorverarbeitungsschaltung 222 ab welchem Moment sich das Etikett in dem Zeitfenster t1- t2 oder Raumfenster D&sub1;-D&sub2; befindet, welche vordefiniert wurden.
Die Vorverarbeitungsschaltung 222 kann daher ein Autorisierungssignal E zur Fortführung der Kommunikation zum Sender 210 schicken. Dieses Signal kann von dem Sender als Signal zur Schreibautorisierung interpretiert werden.
Wie in der Fig. 3 dargestellt, kann die Verarbeitungsschaltung 222 auf einen einfachen Schwellenkomparator 224 reduziert sein, der das Autorisierungssignal E liefert, wenn die Spannung V größer ist als die Spannung Vmin.
Der Komparator 224 kann mit einer Anzeigevorrichtung 225 für den gemessenen Wert verbunden sein. Er kann ebenfalls mit einem Alarm 226 verbunden sein, der einen Alarm gibt, wenn die Kommunikation scheitern wird (Vmin wird nie erreicht).
Gemäß einer weiteren Ausführung umfasst die Verarbeitungsschaltung 222 einen Mikroprozessor 228 und einen zugehörigen Programmspeicher 229, wie in Fig. 4 dargestellt.
Der Programmspeicher 229 enthält die Funktion f, oder eine Korrespondenztabelle [V, Di], welche im vorhinein gespeichert wird. Der Mikroprozessor kann folglich ausgehend von dem im Programmspeicher enthaltenen Programm Datenpaare [V, Di] liefern. Diese Daten können selbstverständlich durch eine Anzeige 225 angezeigt werden, sie können jedoch insbesondere ausgenutzt werden, um die Fortführung oder Nicht-Fortführung der Kommunikation zu befehlen, um den geeigneten Augenblick für das Schreiben zu wählen, um eine Rückkopplung der Position des Etiketts zu verwirklichen.
Diese Daten können auch im Hinblick auf die Erfassung der Verschiebungsrichtung des Etiketts in der Kommunikationszone (Eingang-Ausgang) verarbeitet werden. Diese Verarbeitung besteht beispielsweise darin, die Berechnung der Ableitung dV/dt der Spannung V in dem Programm des Speichers 229 vorzusehen. Diese Information kann von der Schaltung 240 ausgenutzt werden, um die Probleme der Kollision zwischen Kommunikationen von verschiedenen Etiketten zu lösen.
Die Erfindung ist auf jedes kontaktlose elektronische Identifikationssystem anwendbar. Die Schaltung 240 wird vorteilhafterweise durch einen Mikroprozessor verwirklicht, der mit einer äußeren Mikrokoordinator-Vorrichtung verbunden ist oder nicht. In dem Fall, in dem die Schaltung 222 einen Mikroprozessor umfasst, kann der Mikroprozessor gemeinsam sein für die Schaltung zur Bearbeitung und Ausnutzung 240.
In der gesamten Beschreibung war die Rede von Verschiebung des Etiketts, aber es ist verständlich, dass die Erfindung genauso anwendbar ist in dem Fall, wo die Austauschvorrichtung vor den Etiketten, welche feststehen, bewegt wird.
Andererseits ist die Erfindung auch in dem Fall anwendbar, wo die ausgesendete Strahlung Infrarot-Leuchtstrahlung ist.

Claims

1. Kontaktlose Informationsaustauschvorrichtung (200) mit einem elektronischen Etikett, wobei dieses Etikett über keine eigene Versorgung verfügt, und die Vorrichtung Empfangsmittel (230) des modulierten, vom Etikett gesendeten Signals (Sr) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass diese Mittel (230) Extraktionsmittel (220) eines Signals (V) umfassen, das ausgehend von dem vom Etikett gesendeten Signal die Entfernung (Di) zwischen dem Etikett (100) und der Vorrichtung (200) wiedergibt, und Mittel (222) zur Vorverarbeitung des den Abstand (Di) wiedergebenden Signals (V), wobei die Vorverarbeitungsmittel dafür geeignet sind in Echtzeit durch ein Signalisierungssignal (E) zu bestimmen und zu signalisieren, dass das Signal (V) einen Wert hat, der größer oder gleich einem vorbestimmten Wert (Vmin) ist.

2. Informationsaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (220) zur Extraktion der die Entfernung wiedergebenden Information eine synchrone Detektionsschaltung (10) des modulierten, vom Etikett (100) gesendeten Signals (Sr) umfassen, die ein Verbundsignals (Sc) liefern können, Mittel (20) zur Tiefpassfilterung des Verbundsignals, die ein modulierendes Niederfrequenzsignal (Sm) liefern können, das der Amplitude des modulierenden Niederfrequenzsignals des modulierten Signals (Sr) entspricht, und Mittel (30) zur Messung der Amplitude (V) dieses modulierenden Niederfrequenzsignals (Sm).

3. Informationsaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zur Messung der Amplitude des modulierenden Niederfrequenzsignals (Sm) aus einem Messkreis des Effektiv-Wertes der Amplitude dieses Signals bestehen.

4. Informationsaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (20) zur Tiefpassfilterung ein Tiefpassfilter (22) mit einem Regelkreis (23, 21) umfassen, der einen Komparator-Integrator (23) umfasst, von welchem ein Eingang das modulierende Niederfrequenzsignal (Sm) des Ausgangs des Filters (22) empfängt, und von welchem ein zweiter Eingang ein Referenzsignal (M) empfängt, und einen Mischaddierer (21), der an einem ersten Eingang das Verbundsignal (Sc) und auf dem anderen Eingang ein Ausgangssignal des Komparators (23) empfängt.

5. Informationsaustauschvorrichtung nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie geeignet ist, ansprechend auf das Vorliegen oder Nichtvorliegen des Signalisierungssignals (E), die Kommunikation fortzusetzen oder zu unterbrechen.

6. Informationsaustauschvorrichtung nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (222) zur Vorverarbeitung einen analogen Schwellwertkomparator (224) umfassen, der das Signal (E) liefern kann, demzufolge das den Abstand (Di) darstellende Signal (V) kleiner als ein vorbestimmter Mindestschwellwert (Vmin) ist oder nicht.

7. Informationsaustauschvorrichtung nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (222) zur Vorverarbeitung einen Analog-Digital- Wandler (227), eine Verarbeitungseinheit (228) und einen Programmspeicher (229) umfassen, der ein Programm enthält, das der Verarbeitungseinheit ermöglicht, in Echtzeit die Paare aus Entfernung (Di) und dem die Entfernung darstellenden Signalwert (V) zu liefern, und zu verifizieren, dass die Werte des Signals (V) größer oder gleich dem vorbestimmten Wert (Vmin) sind.

8. Informationsaustauschvorrichtung nach einem der vorstehend genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen vom Signalisierungssignal (E) ausgelösten Alarm umfasst, in dem Fall, in dem der vorbestimmte Wert (Vmin) nie erreicht wird.