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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Basisstation für ein
Fernabfragesystem, die einen spannungsgesteuerten und phasengeregelten Oszillator
verwendet.
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Herkömmlich werden Basisstationen in Fernabfragesystemen verwendet,
wie etwa in Zugangstoren, die sich öffnen lassen, indem ihnen Transponder
(Antwortsendevorrichtungen) wie etwa Zugangskarten genähert werden. Eine
Basisstation umfaßt im wesentlichen eine oszillierende Steuervorrichtung, eine
Amplitudenmodulationsschaltung und Steuermittel, die auf die Antenne einwirken, die an
die Basisstation angeschlossen ist. Herkömmlich ist die oszillierende
Steuervorrichtung eine periphere Einrichtung. Die oszillierende Steuervorrichtung ist im
allgemeinen ein Quarzkristall, das ein Steuersignal mit einer bestimmten
Trägerfrequenz abgibt, wenn der Quarzkristall mit einer Frequenz schwingt, die im
allgemeinen höher als die Resonanzfrequenz der Antenne (typisch 1 MHz) ist. Das
Steuersignal wird dann von der Modulationsschaltung, die außerdem meist eine
Teilerkette enthält, um die Frequenz des Steuersignals auf die Resonanzfrequenz
der Antenne (typisch 125 kHz einzustellen, moduliert. Danach wird dieses Signal
von der Antenne, die im wesentlichen aus einer Spule gebildet ist, gesendet. Das
gesendete modulierte Signal ist so beschaffen, daß es von einem Transponder
empfangen werden kann, wenn dieser letztere in die Nähe der Basisstation
gelangt.
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Im wesentlichen sind die batterielosen Transponder dazu bestimmt,
Informationen mit einem Fernabfragesystem wie etwa einer Basisstation des
obengenannten Typs auszutauschen. Die Versorgungsspannung wird den
Transpondern aus dem von der Basisstation gesendeten Steuersignal geliefert.
Dieses Signal wird von dem Transponder moduliert, und das auf diese Weise
modifizierte Signal dient dazu, daß der Transponder durch die Basisstation erfaßt
wird.
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Die britische Patentanmeldung Nr. 9 517 526.1 beschreibt eine derartige
Basisstation, die in einem Einbruchsicherungssystem für ein Kraftfahrzeug
verwendet wird.
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Ein Problem, das bei diesen Basisstationen angetroffen wird, besteht
darin, daß die Trägerfrequenz Fo des modulierten Steuersignals so nahe wie
möglich an der Resonanzfrequenz der Antenne Fr1 und der Resonanzfrequenz
des Transponders Fr2 liegen muß. Dies hat eine Erhöhung der Empfindlichkeit
des Erfassungsvorgangs durch die Basisstation zu Folge.
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Die Basisstationen gemäß dem Stand der Technik liefern keine
zufriedenstellende Lösung dieses Problems. Die Streuung der Werte der Gesamtheit der
Bauelemente des Systems führt nämlich zu einem erheblichen Unterschied
zwischen der Resonanzfrequenz der Antenne und der ihr gelieferten Frequenz. Nun
steht aber die Empfindlichkeit des Erfassungsvorgangs der Basisstation mit
Spannungsänderungen an den Anschlüssen der Antenne im Zusammenhang, die
ihrerseits mit Veränderungen des von der Antenne empfangenen Signals im
Zusammenhang stehen. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 1a die Spannungsänderungen
ΔV an den Anschlüssen der Antenne in Abhängigkeit von der Frequenz Fr1 sowie
von der Frequenz Fr2, wobei die Frequenz Fo gleich 125 kHz ist, und Fig. 1b zeigt
einige Isolinien (d. h. Kurven mit ΔV gleich konstant), die Fig. 1a zuzuordnen sind.
Der Frequenzbereich, in dem die Basisstation fehlerfrei arbeitet, ist auf wenige
Prozent um die Frequenz Fo beschränkt, wie in Fig. 1b besser dargestellt ist. Ein
Unterschied zwischen der Frequenz des gesendeten Signals und der
Resonanzfrequenz der Antenne zieht folglich einen Leistungsverlust während des
Austausches mit dem Transponder nach sich.
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Außerdem ist in Fig. 1 das Vorhandensein von Bereichen festzustellen,
die negativen Spannungsänderungen ΔV entsprechen, d. h. Bereichen, in denen
die von dem Transponder kommenden Informationen invertiert sind. Die
Basisstationen des Standes der Technik dieses Typs weisen folglich einen zusätzlichen
Nachteil auf. Es ist klar, daß die Anwesenheit diese Inversionsbereiche besonders
störend sein kann, wenn diese Basisstationen beispielsweise in einem System
zum Öffnen des Zugangstores verwendet werden.
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Es gibt weitere Lösungen des Standes der Technik, insbesondere
Basisstationen, deren Bauelemente diskret, komplex und folglich teuer sind.
Beispielsweise beschreibt die oben angeführte Patentanmeldung eine Basisstation für
ein Fernabfragesystem, die einen Mikroprozessor als oszillierende
Steuervorrichtung verwendet.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Basisstation für ein
Fernabfragesystem vorzusehen, die eine oszillierende Steuervorrichtung umfaßt,
die geeignet ist, ein Signal zu liefern, derart, daß die Trägerfrequenz des
Steuersignals an die Resonanzfrequenz der Antenne angepaßt ist, wobei die Station
preiswert und leicht zu verwirklichen ist.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Basisstation
vorzusehen, die eine oszillierende Steuervorrichtung in derselben integrierten
Struktur umfaßt.
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Diese und weitere Ziele werden mit der Basisstation für ein
Fernabfragesystem gemäß Anspruch 1 erreicht.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Basisstation
mit hoher Empfindlichkeit, d. h. einer Basisstation, die eine stufenlose und
optimale Regelung der Trägerfrequenz des Steuersignals in Abhängigkeit von der
Antenne verwendet.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
Basisstation, die in der Lage ist, über einem Frequenzbereich von etwa 100 bis
150 kHz zu arbeiten.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
Basisstation, die aus integrierten Bauelementen gebildet ist, deren Struktur
verhältnismäßig einfach ist.
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Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
deutlicher beim Lesen der ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, die lediglich als Beispiel gegeben ist, im Zusammenhang
mit den beigefügten Figuren. Es zeigen
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- Fig. 1a die Spannungsänderungen an den Anschlüssen der Antenne in
Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz der Antenne und der Resonanzfrequenz
des Transponders für ein Fernabfragesystem, das eine Basisstation des Standes
der Technik des weiter oben beschriebenen Typs umfaßt;
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- Fig. 1b einige Isolinien, die der Fig. 1a zuzuordnen sind;
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- Fig. 2 einen Prinzipschaltplan des Fernabfragesystems, das eine
Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt;
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- Fig. 3 einen Blockschaltplan der Basisstation von Fig. 2;
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- Fig. 4a die Spannungsänderungen an den Anschlüssen der Antenne
in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz der Antenne und der
Resonanzfrequenz des Transponders für ein Fernabfragesystem, das eine Basisstation gemäß
der vorliegenden Erfindung umfaßt;
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- Fig. 4b einige Isolinien, die der Fig. 4a zuzuordnen sind.
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Fig. 2 zeigt eine vollständige Struktur eines Fernabfragesystems, die eine
kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung 11 sowie einen Transponder 12
umfaßt.
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Die kombinierte Sende- und Empfangseinrichtung 11 ist im wesentlichen
aus einer Basisstation 13, einem Mikroprozessor 14 und einer Antenne 15
gebildet. Die Basisstation 13 umfaßt vierzehn Anschlußstifte, die mit den Bezugszeichen
A bis M bezeichnet sind. Die Anschlußstifte A und N sind an eine
Spannungsversorgung VDD angeschlossen, die Anschlüsse G und H sind direkt auf
Masse gelegt und der Anschluß C ist über einen Entkopplungskondensator auf
Masse gelegt. Der Mikroprozessor 14 ist an die Stifte B, D, E und F
angeschlossen. Die Antenne 15 entspricht im wesentlichen einer Spule mit zwei
Anschlußklemmen, wobei eine erste Anschlußklemme direkt mit dem Anschlußstift
L und über einen Widerstand 16 mit dem Anschlußstift M verbunden ist und eine
zweite Anschlußklemme über eine Erfassungsschaltung 17 mit dem Anschlußstift I
verbunden ist. Die Erfassungsschaltung 17 kann ein herkömmlicher
Resonanzkreis sein, der in Fig. 2 einem Widerstand 17a und einem Kondensator 17b
entspricht. An den Anschlußklemmen K und J ist ein Siebkondensator 18
angeschlossen.
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Der Transponder 12 ist im wesentlichen aus einer Spule 19b und einem
parallel zur Spule 19b geschalteten Kondensator 19c gebildet und in der Lage,
Energie mit der Antenne 15 und den logischen Schaltungen 19a wie etwa
Speichern auszutauschen, um das Steuersignal zu modifizieren, wie bereits zuvor
beschrieben worden ist.
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Fig. 3 zeigt den Schaltplan der Basisstation 13 in Form eines
Blockschemas. Der Anschlußstift I ist an zwei Leitungen L1 und L2 angeschlossen.
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Die Leitung L1 schließt einen Phasenkomparator 21, ein Filter 22, einen
spannungsgesteuerten Oszillator 23 sowie Mittel 24 zur Steuerung der Antenne in
Reihe an den Anschlußstift I an und ist mit einer Rückkopplungsschleife zum
Komparator 21 versehen, die von dem Gabelpunkt zwischen dem Oszillator 23
und den Steuermitteln 24 ausgeht. Der Oszillator 23 besitzt einen weiteren
Ausgang, der mit dem Anschlußstift D verbunden ist und ein Taktsignal für den
Mikroprozessor 14 liefert. Außerdem umfassen die Steuermittel 24 Eingänge, die mit
den Anschlußstiften E, N und H verbunden sind, und Ausgänge, die mit den
Anschlußstiften M und L verbunden sind.
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Die Leitung L2 schließt eine Abtasteinrichtung 25, ein Bandpaßfilter 26
und eine Entscheidungsschaltung 27, deren Ausgang an den Anschlußstift F
angeschlossen ist, in Reihe an den Anschlußstift I an. Die Abtasteinrichtung 25
umfaßt außerdem einen Eingang, der an den Oszillator 23 angeschlossen ist. Das
Bandpaßfilter 26 umfaßt außerdem zwei Eingänge, die an den Anschlußstift K und
an den Oszillator 23 angeschlossen sind, sowie einen Ausgang, der an den
Anschlußstift J angeschlossen ist.
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Die Basisstation 13 ermöglicht zwei Betriebsarten: eine Sendebetriebsart
und eine Empfangsbetriebsart.
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Das Senden erfolgt über die Leitung L1. Genauer gesagt liefern die
Steuermittel 24 einen Strom an die Antenne 15, der ein elektromagnetisches Feld
erzeugt. Die Erfassungsschaltung 17 liefert dann an dem Anschlußstift I eine
Spannung, die mit dem von dem Oszillator 23 gelieferten Steuersignal in Phase
ist. Folglich ermöglicht die aus den Elementen 21, 22 und 23 gebildete Baugruppe,
die Frequenz Fo des Steuersignals gleich der Resonanzfrequenz Fr1 der Antenne
15 zu halten.
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Faktisch ist die Resonanzfrequenz Fr1 der Antenne 15 typisch gleich
125 kHz. Jedoch kann die tatsächliche Resonanzfrequenz der Antenne 15 infolge
von Schwankungen technologischer Parameter bei der Herstellung einen Wert
annehmen, der von 125 kHz deutlich verschieden ist. Fig. 4a zeigt die
Spannungsänderungen dV an den Anschlußklemmen der Antenne 15 in Abhängigkeit
von der Frequenz Fr1 und der Frequenz Fr2, wobei die Frequenz Fo gleich Fr1 ist,
und Fig. 4b zeigt einige Isolinien, die der Fig. 4a zuzuordnen sind, für ein
Fernabfragesystem, das eine Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Wie diese Figuren zeigen, arbeitet das Fernabfragesystem, das diese Basisstation
umfaßt, selbst dann fehlerfrei, wenn die tatsächliche Resonanzfrequenz im
Bereich zwischen etwa 100 und 150 kHz enthalten ist, vorausgesetzt, die Frequenz
Fr2 weicht nur wenige Prozent von der Frequenz Fo ab. Im Gegensatz zu
Basisstationen gemäß dem Stand der Technik, die in den Fig. 1a und 1b gezeigt sind,
bleibt nämlich die Spannungsänderung ΔV in diesem Frequenzbereich maximal,
wie Fig. 4 zeigt. Außerdem ist der Freiheitsgrad über der tatsächlichen
Resonanzfrequenz der Antenne 15 ausreichend, um eine korrekte Funktion des
Fernabfragesystems, das die Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, zu
gewährleisten.
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Aus Fig. 4b geht außerdem hervor, daß die Spannungsänderung ΔV
immer positiv ist, welches auch das Frequenzpaar Fr1, Fr2 sein mag. Folglich weist
das Fernabfragesystem, das eine Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung
umfaßt, nicht die Funktionsprobleme des für die Systeme des Standes der
Technik beschriebenen Typs auf.
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Beim Empfang, d. h. wenn der Transponder 12 in das Magnetfeld der
Antenne 15 eintritt, wird das modifizierte Signal von der Antenne 15 aufgenommen
und danach von der Erfassungsschaltung 17 erfaßt. Dieses Signal, das mittels
Amplitudenmodulation von dem Transponder 12 modifiziert worden ist, muß
demoduliert werden, derart, daß die Entscheidungsschaltung 27 das von der
Antenne 15 erhaltene Analogsignal in ein digitales Signal umsetzt, das mit dem
Mikroprozessor 14 kompatibel ist (siehe Fig. 3).
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Da die Basisstation gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte
Empfindlichkeit besitzt, wie weiter oben erläutert worden ist, kann die
Demodulationsschaltung gegenüber Basisstationen gemäß dem Stand der Technik vorteilhaft
vereinfacht werden.
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In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die
Demodulation folgendermaßen sichergestellt: Das Signal wird zunächst von der
Abtasteinrichtung 25, die mit dem Taktsignal synchronisiert ist, das von dem
Oszillator 23 stammt, abgetastet. Das abgetastete Signal wird dann von dem
Kondensator 18 und dem Bandpaßfilter 26 gefiltert. Somit wird das Signal, das dem
amplitudenmodulierten Signal entspricht, das von der Antenne 15 empfangen
worden ist, von dem Komparator 27 so umgesetzt, daß es mit dem
Mikroprozessor 14 kompatibel ist, dem es über den Anschlußstift F zugeführt wird.
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Auf dieser Stufe ist klar, daß die Funktion des Mikroprozessors 24 darin
besteht, die Fernabfrage, die durch die Annäherung des Transponders 12
eingeleitet worden ist, für gültig oder für ungültig zu erklären, wobei er in keinem
Fall auf die oszillierende Vorrichtung 23 einwirkt - im Gegensatz zu den bereits
erwähnten Systemen des Standes der Technik, die dann einen komplizierteren
und folglich teureren Mikroprozessor erfordern.