DE69816486T2

DE69816486T2 - Luftreifen mit einem übertrager und verfahren zur druckmessung in einem reifen

Info

Publication number: DE69816486T2
Application number: DE69816486T
Authority: DE
Inventors: Lee Dale YONES; Stephen Richard POLLACK; Lee Donald BLACK; Walter Robert BROWN
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: JP2002511355A; EP1071570A1; CA2319413A1; ZA992489B; WO1999052724A1; DE69816486D1; AU7133398A; EP1071570B1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen mit einem Transponder sowie auf ein Verfahren zum Messen des Drucks in einem Luftreifen, wobei die Betonung auf "passiven" Transpondern liegt, die ihre Betriebsenergie aus einer externen Hochfrequenz-(HF)-Quelle beziehen, und insbesondere auf Transponder, die zur Reifenkennwertermittlung bzw. Reifenidentifikation und zur Übertragung von Druck- und/oder Temperaturdaten verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der Herstellung von Luftreifen ist es wünschenswert; jeden Reifen im Zuge seiner Fertigung sobald wie möglich eindeutig zu kennzeichnen bzw. zu identifizieren. Dies erfolgt im Allgemeinen dadurch, dass jedem Reifen eine Kennnummer (ID) zugeteilt wird. Die Möglichkeit, Reifen während ihrer Herstellung eindeutig zu kennzeichnen, ist vor allem bei der Qualitätskontrolle nützlich, um die Quelle von Fertigungsproblemen leicht zu ermitteln. Beispielsweise können statistische Prozessüberwachungsverfahren und andere Verfahren zusammen mit der Reifenidentifikation angewandt werden, um Prozessparameter, die außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegen, und damit die Maschinenabnutzung, Maschinenfehler oder eine Fehleinstellung von Maschinen zu erfassen. Die Kennwertinformationen sollten während des gesamten Fertigungsprozesses sowie während der Nachbearbeitungsstufen (z. B. der Materialdisposition) leicht erkennbar sein.
Es ist ebenso von Nutzen, einen Reifen während seiner gesamten Betriebszeit (seiner Nutzung), beispielsweise für die Garantieermittlung, eindeutig identifizieren zu können, wobei ein Runderneuern des Reifens andererseits die Möglichkeit zur Identifikation nicht beeinträchtigen sollte. Es ist ebenfalls wichtig, dass die Reifenidentifikation leicht erkennbar ist, wenn der Reifen auf eine Stahl- oder Aluminiumfelge montiert ist (wie es normalerweise der Fall ist), und zwar auch dann, wenn die Felge ein Felgenpaar für Zwillingsradbereifung ist (wie es bei Lastzügen üblich ist).
Abgesehen von der Möglichkeit, einen Reifen in verschiedenen Stadien seiner Fertigung und seiner Betriebszeit identifzieren zu können, ist es von Nutzen, den Reifendruck überwachen zu können, wenn der Reifen in Gebrauch ist. Bekannterweise ist das korrekte Aufpumpen eines Reifens wichtig für die Reifenleistung einschließlich des Fahrverhaltens, der Haltbarkeit und dergleichen.
Kennwertermittlungs- oder Identifikationssysteme des Typs Transponder (Antwortsendegerät) oder Transceiver (Sendeempfänger) sind an sich bekannt und im Allgemeinen geeignet, ein ankommendes Abfragesignal zu empfangen und darauf durch Erzeugen und Senden eines abgehenden Antwortsignals zu antworten. Das abgehende Antwortsignal ist seinerseits moduliert oder anderweitig codiert, derart, dass es das bestimmte Objekt, an dem das Transponderelement angebracht ist, eindeutig identifiziert oder bezeichnet. Ein Beispiel eines solchen Transponder-Identifikationssystemsist in dem am 15. August 1989 für Carroll erteilten US-Patent Nr. 4,857,893 offenbart. Jenes Patent beschreibt eine Transpondervorrichtung, die ein Trägersignal von einer Abfrageeinheit empfängt. Dieses Trägersignal mit der Frequenz F wird zur Erzeugung von Betriebsenergie durch eine Gleichrichterschaltung gleichgerichtet. Alternativ kann die Vorrichtung durch Hinzufügen einer Hybridbatterie in eine batteriegespeiste Bakenvorrichtung umgewandelt werden. Logik/Zeitgeber-Schaltungen leiten aus dem empfangenen Trägersignal ein Taktsignal und ein zweites Trägersignal mit der Frequenz F/n ab. Ein eindeutig kennzeichnendes Datenwort wird in einem programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM) gespeichert. Das Datenwort wird codiert und mit dem Trägersignal in einer Gegentaktmodulationsschaltung gemischt, deren Ausgangssignal zur Abfrageeinheit übertragen wird, wo es decodiert und als Kennsignal verwendet wird. Sämtliche elektrischen Schaltungen der Transpondervorrichtung sind auf demselben monolithischen Halbleiterchip ausgeführt, der als CMOS-Baustein ausgeführt sein kann.
Das US-Patent Nr. 4,578,992, das am 1. April 1986 für Galasko u. a. erteilt wurde, offenbart eine Reifendruck-Angabevorrichtung, die eine Spule und einen druckempfindlichen Kondensator enthält, die einen passiven Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz, die mit dem Reifendruck infolge der am Kapazitätswert des Kondensators bewirkten Änderungen variiert, bilden. Die Schaltung wird durch Impulse gespeist, die über eine außerhalb des Reifens positionierten und am Fahrzeug befestigten Spule zugeführt werden, und die Resonanzfrequenz des passiven Schwingkreises wird erfasst. Die Resonanzfrequenz der Spule/Kondensator-Schaltung ist kennzeichnend für den Druck am druckempfindlichen Kondensator.
Das US-Patent Nr. 4,758,969, das am 19. Juli 1988 für Andre u. a. erteilt wurde, offenbart eine Vorrichtung zum Messen der Bremsentemperatur und des Reifendrucks an Radsätzen. Die Temperatursensoren befinden sich an einem festen Teil jedes Rads und kommunizieren per Draht mit dem Verarbeitungsrechner. An jedem Rad ist zusammen mit elektronischen Mitteln zur Frequenzcodierung der Druckdaten ein Drucksensor angebracht. Zwischen jedem Rad und dem festen Teil jedes Rads befindet sich ein Koppelelement, vorzugsweise ein rotierender Übertrager zur Kommunikation mit dem Reifendruck-Messsystem-Verarbeitungsrechner. Die Frequenzcodierelektronik enthält vorzugsweise einen Spannung-Frequenz-Umsetzer, der ein Spannung, die das vom Sensor gelieferte Signal bildet, in eine Frequenz umsetzt, die eine Funktion dieser Spannung ist.
Die Verwendung von Hochfrequenz-(HF)-Transpondern, die sich entweder im Reifen oder an einer Felge für den Reifen befinden, in Verbindung mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Übertragung eines HF-Signals, das Fülldruckdaten (Druck-Daten) des Reifens mit sich trägt, ist ebenso an sich bekannt.
Ein Beispiel eines HF-Transponders, der für den Einbau in die Karkasse eines Fahrzeug-Luftreifens geeignet ist, ist in dem den nächsten Stand der Technik darstellenden PCT-Dokument, Veröffentlichungs-Nr. der Internationalen Anmeldung: WO 96/064747, die am 7. März 1996 für Andrew u. a. erteilt wurde, offenbart. Diese Patentanmeldung beschreibt ein Reifenzustand-Überwachungssystem mit einer batteriegespeisten ("aktiven") Sendeeinheit in jedem Fahrzeugrad zum Erfassen der Temperatur, des Drucks und der Umdrehung des Rads. Ein bei solchen aktiven Systemen gemeinsam zu behandelndes Problem ist die Lebensdauer der Batterie (Stromversorgung), so dass die Sendeeinheit so beschaffen ist, dass Energie nur während des Erfassens und Sendens von Daten aufgebracht wird und die Intervalle zwischen dem Senden von Daten in Abhängigkeit davon, ob die Umdrehung des Rades erfasst worden ist, variiert werden können. Die Sendeeinheit (HF-Transponder) umfasst einen Drucksensor (entweder einen Piezowiderstandssensor oder einen kapazitiven Halbleitersensor), einen Thermistor für die Temperaturerfassung und einen Eingang für die Messung der Batteriespannung. Die Sensormesswerte werden periodisch geprüft und durch einen Multiplexer nacheinander an einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D) weitergeleitet. Ein Mikroprozessor empfängt die digitalisierten Messwerte, setzt sie vorzugsweise in Temperaturund Druckeinheiten um und sendet sie periodisch. Der Mikroprozessor enthält einen RAM, einen ROM und Eingänge, die den A/D, einen Takt, einen Zeitgeber und einen Fliehkraftdetektor umfassen. Er steuert den gesamten Betrieb der Sendeeinheit. Im nichtflüchtigen ROM-Speicher wird eine Kennnummer (ID) gespeichert, während im batteriebetriebenen RAM Eichkonstanten für die Datenumsetzung gespeichert werden. In der normalen Betriebsart umfasst die HF-Übertragung, falls angefordert, die ID, den Temperaturmesswert und den Druckmesswert. Die Zahlenwerte in der Sende-Zeichenfolge sind digitalisiert und zur Fehlerkorrektur unter Anwendung der Manchester-Codierung codiert. Die Eichkonstanten werden vorzugsweise zur Umsetzung der Messwerte von Spannungen in geeignete Temperatur- und Druckeinheiten verwendet, können jedoch alternativ in der Empfangseinheit des Fahrzeugs gespeichert und dort verwendet werden, um gesendete Spannungsmesswerte umzusetzen. Um die Batteriebenutzung durch Minimierung der Übertragungszeiten kurz zu halten, werden die Eichkonstanten nur auf Anforderung von der Empfangseinheit, vorzugsweise nach der Reifenmontage, übertragen. Die Eichkonstanten umfassen eine Konstante zum Umsetzen der Temperatursensorspannung in Grad und zwei Konstanten zur Umsetzung der Drucksensorspannung in Druckeinheiten sowie zur Korrektur des Temperaturkoeffizienten des Drucksensors.
Ein Beispiel eines HF-Transponders, der für der Einbau in die Karkasse eines Fahrzeug-Luftreifens geeignet ist, ist im US-Patent Nr. 5,451,959, das am 19. September 1995 für Schuermann erteilt worden ist, offenbart. Jenes Patent beschreibt ein Transpondersystem, das eine Abfrageeinheit für die Kommunikation mit mehreren Respondereinheiten umfasst. Die Respondereinheit enthält einen Parallelresonanzkreis mit einer Spule und einem Kondensator für den Empfang eines HF-Abfrageimpulses. Ein Kondensator, der als Energieakkumulator dient, ist mit dem Parallelresonanzkreis verbunden. Für den Empfang von Eingangssignalen von einem Sensor, der auf physikalische Parameter in der Umgebung der Respondereinheit 12 wie beispielsweise die Umgebungstemperatur, den Umgebungsdruck oder dergleichen reagiert, kann ein Prozessor vorgesehen sein. Der Sensor kann beispielsweise ein luftdruckempfindlicher Sensor sein. In diesem Fall kann die Respondereinheit in die Karkasse eines Fahrzeug-Luftreifens eingebaut sein, wobei es dann mit Hilfe einer im Fahrzeug enthaltenen Abfrageeinheit möglich ist, den Luftdruck im Reifen ständig zu überwachen.
Ein weiteres Beispiel eines HF-Transponders, der für der Einbau in einen Fahrzeug-Luftreifen geeignet ist, ist im US-Patent Nr. 5,581,023, das am 3. September 1996 für Handfield u. a. erteilt worden ist, offenbart. Jenes Patent beschreibt einen Transponder und eine Empfangseinheit, wobei vorzugsweise ein Transponder für jeden Fahrzeugreifen vorgesehen ist, der vollständig innerhalb des Fahrzeugreifens angeordnet sein kann. Der Transponder enthält einen Drucksensor und kann verschiedene andere Sensoren wie etwa einen Temperatursensor enthalten. Es ist eine ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)-Ausführungsform des Transponders beschrieben. Nach 9 des Patents enthält der ASIC (300) einen Oszillator (322), der durch einen externen Quarz (325) gesteuert wird, eine Konstantstromvorrichtung (310), die einen Strom liefert, der durch einen externen Drucksensor (327) mit veränderlichem Widerstand fließt, eine Fenster-Komparatorschaltung (324), die eine untere, durch externe, in einer Spannungsteileranordnung geschaltete Widerstände (329 und 331) festgelegte Schwelle für die Meldung von Druckinformationen und eine obere, durch einen externen, veränderlichen Widerstand (333) gesteuerte Schwelle besitzt. Zur Programmierung einer eindeutigen Seriennummer der Transpondereinheit während ihrer Fertigung werden mehrere Dreistellungs-Drahtbrücken (328) verwendet. Der ASIC (300) wird über eine externe Batterie (318) gespeist, wobei sich eine Sendeeinheit (312) außerhalb des ASIC (300) befindet.
Ein weiteres Beispiel eines HF-Transponders, der für der Einbau in einen Fahrzeug-Luftreifen geeignet ist, ist im US-Patent Nr. 5,661,651, das am 26. August 1997 für Geschke u. a. erteilt worden ist, offenbart. Jenes Patent beschreibt ein drahtloses System für die Überwachung von Fahrzeugparametern wie etwa des Reifendrucks. Von verschiedenen Reifen übertragene HF-Signale können anhand der Frequenz des gesendeten Signals unterschieden werden. Zur Erfassung des Drucks in einem Reifen verwendet das Reifendruck-Überwachungssystem einen Drucksensor, der sich im Reifen befindet. 2 jenes Patents zeigt die bevorzugte Struktur für eine Parametersensor- und Übertragungsschaltung, wie sie zur Überwachung des Drucks in einem Fahrzeugreifen verwendet wird. Die Parametersensor- und Übertragungsschaltung (20) umfasst einen Druck-Spannung-Messwandler (21) und eine batteriegespeiste Stromversorgungsschaltung (24).
Die Notwendigkeit, den Reifendruck zu überwachen, wenn der Reifen in Gebrauch ist, stellt sich besonders im Zusammenhang mit "Notlauf"-Reifen, also bei Reifen, die in einem gänzlich unaufgepumpten Zustand verwendet werden können. Solche Reifen mit Notlaufeigenschaften können verstärkte Seitenwände, Mechanismen zum Sichern des Reifenwulstes an der Felge und einen nichtpneumatischen Reifen (Stützring) innerhalb des Luftreifens enthalten, damit der Fahrer auch nach einem katastrophalen Druckverlust die Kontrolle über das Fahrzeug behalten kann, und sind so weit entwickelt, dass der Fahrer fast nicht bemerkt, dass der Reifen platt geworden ist. Der allgemeine Zweck, der hinter der Verwendung von Reifen mit Notlaufeigenschaften steht, ist, dass der Fahrer eines Fahrzeugs das Fahren mit einem platten Luftreifen für eine begrenzte Entfernung (z. B. 50 Meilen oder 80 Kilometer) fortsetzen kann, bevor der Reifen repariert wird, anstatt an der Straßenseite zu stoppen und den platten Reifen zu reparieren. Folglich ist es allgemein wünschenswert, im Fahrzeug ein Warnsystem für niedrigen Druck bereitzustellen, das dem Fahrer (z. B. über eine Leuchte am Armaturenbrett oder einen Summer) den Luftverlust in einem Luftreifen meldet. Solche Warnsysteme sind an sich bekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Obwohl die Verwendung von Druck-Messwandlern in Luftreifen in Verbindung mit elektronischer Schalttechnik zur Übertragung von Druckdaten allgemein bekannt ist, sind diese Druckdatensysteme für Reifen mit Problemen belastet, die aus der Reifenumgebung herrühren. Solche Probleme umfassen die wirksame und zuverlässige HF-Signalkopplung von und zum Reifen, den rauen Einsatz, dem der Reifen und die elektronischen Komponenten unterzogen sind, sowie die Gefahr nachteiliger Auswirkungen auf den Reifen infolge des Einbaus des Druck-Messwandlers und der Elektronik in das Reifen/Rad-System. Im Zusammenhang mit "passiven" HF-Transpondern, die von einer externen Lese-/Abfrageeinrichtung gespeist werden, besteht ein weiteres Problem in der Erzeugung vorhersagbarer und stabiler Spannungspegel im Transponder, damit die Schaltungsanordnung im Transponder den technischen Spezifikationen genügen kann.
Ein Beispiel eines Luftreifens mit einem Transponder und einem Druck-Messwandler in integrierter Schaltungsbauweise (IC) ist in dem gemeinsamen US-Patent Nr. 5,218,861, das am 15. Juni 1993 für Brown u. a. erteilt wurde, offenbart. Jenes Patent beschreibt einen in einen Luftreifen eingebauten HF-Transponder. Nach dem Abfragen (Polling) über ein von einer "Leseeinrichtung" geliefertes HF-Signal sendet der Transponder Reifenidentifikations- und Reifendruckdaten in digital codierter Form. Der Transponder ist insofern "passiv", dass er nicht batteriegespeist ist, sondern seine Betriebsenergie aus dem extern gelieferten HF-Signal erhält. Der Reifen besitzt zwei beabstandete Wülste, wovon jeder ein ringförmiges, dehnbares Element aus gewundenem oder verdrehtem Stahldraht enthält. Die Transponderantenne ist in der Nähe eines der ringförmigen, dehnbaren Elemente zur elektrischen oder magnetischen Feldkopplung mit diesem Element positioniert.
Ein weiteres Beispiel eines Luftreifens mit einem Transponder und einem Druck-Messwandler in integrierter Schaltungsbauweise ist in dem gemeinsamen US-Patent Nr. 5,181,975, das am 26. Januar 1993 für Pollack u. a. erteilt wurde, offenbart. Wie in diesem Patent beschrieben wird, kann der Transponder bei einem bereits fertig gestellten Reifen mittels eines Reifenflickens oder eines ähnlichen Materials oder einer ähnlichen Vorrichtung an einer Innenfläche des Reifens befestigt werden.
Ein weiteres Beispiel eines HF-Transponders in einem Luftreifen ist in dem gemeinsamen US-Patent Nr. 4,911,217, das am 27. März 1990 für Dunn u. a. erteilt wurde, offenbart. Jenes Patent beschreibt einen Transponder mit zwei Elektroden, wovon die erste so positioniert ist, dass der mittlere Abstand der Oberfläche der ersten Elektrode von einer der Stahlverstärkungskomponenten des Reifens wie etwa einem ringförmigen, dehnbaren Element in seinem Wulst oder einer stahlverstärkten Lage wesentlich kleiner als der mittlere Abstand der Oberfläche der zweiten Elektrode von der Verstärkungskomponente ist. 1a jenes Patents beschreibt außerdem ein Kennwertermittlungssystem ("Leseeinrichtung") im Stand der Technik, das verwendet werden kann, um den Transponder im Reifen abzufragen und mit Energie zu versorgen. Das Kennwertermitt lungssystem umfasst ein tragbares, handgehaltenes Modul, das einen Steuersender und die zugehörige Schaltungsanordnung zur Anzeige der numerischen Kennung des Reifens/Transponders an einen Benutzer in Antwort auf ein Abfragesignal enthält.
Üblicherweise sind der IC-Chip und andere Komponenten in einem IC-Transponder auf einem Substrat wie etwa einer gedruckten Schaltung (PCB) angebracht und/oder verschaltet. Auf der PCB kann beispielsweise ein Druck-Messwandler angebracht sein, der entweder direkt mit dem IC-Chip oder indirekt über Leiterbahnen mit dem IC-Chip verschaltet ist. Das PCB-Substrat ist zweckmäßigerweise ein verstärktes Epoxid-Laminat mit einer Dicke von 20 Millizoll und einer Einfriertemperatur, die 175°C (Grad Celsius) überschreitet. Geeignetes PCB-Material ist als "Hochleistungs"-FR-4-Epoxid-Laminat, Stufe 65M90, das von Westinghouse Electric Corporation, Copper Laminates Division, 12840 Bradley Avenue, Sylmar, CA 91342 vertrieben wird, erhältlich.
Es wurden bis hierhin eine Anzahl von HF-Transpondern beschrieben, die für die Anbringung in einem Luftreifen geeignet sind. Die Umgebung, in der ein im Reifen angebrachter Transponder zuverlässig arbeiten muss, was den Zeitraum während der Fertigung und während des Gebrauchs umfasst, stellt zahlreiche Herausforderungen für einen erfolgreichen Betrieb des Transponders. Beispielweise muss der zusammen mit dem Transponder verwendete Drucksensor vorzugsweise einen Betriebstemperaturbereich von bis zu 125°C aufweisen und sollte eine Fertigungstemperatur von etwa 177°C aushalten können. Bei Anwendungen für Lastkraftwagen muss der Drucksensor einen Betriebsdruckbereich von etwa 50 psi (Pfund pro Quadratzoll) bis etwa 120 psi (von etwa 345 kP (Kilopascal) bis etwa 827 kP) haben und sollte während der Fertigung des Reifens einem Druck von bis zu 400 psi (etwa 2758 kP) widerstehen können. Die Genauigkeit einschließlich der Summe sämtlicher Einwirkungen, die zu einer Ungenauigkeit beitragen, sollte in der Größenordnung von ± 3% des Skalenendwerts liegen. Die Wiederholbarkeit und die Stabilität des Drucksignals sollten innerhalb eines spezifizierten Genauigkeitsbereichs liegen.
Der Transponder muss deshalb in der Lage sein, trotz eines weiten Druckund Temperaturbereichs zuverlässig zu arbeiten. Außerdem muss ein in einem Reifen montierter Transponder in der Lage sein, starken mechanischen Stößen, die auftreten können, wenn ein Fahrzeug über eine Schwelle zur Geschwindigkeitsbegrenzung oder durch ein Schlagloch fährt, zu widerstehen.
Geeignete Druck-Messwandler zur Verwendung mit einem in einem Reifen angebrachten Transponder umfassen:

(a) piezoelektrische Messwandler;
(b) piezoresistive Vorrichtungen wie etwa eine der Vorrichtungen, die in US-A- 3,893,228, das 1975 für George u. a. erteilt wurde, und US-A- 4,317,216, das 1982 für Gragg Jr. erteilt wurde, offenbart sind;
(c) kapazitive Halbleiter-Druck-Messwandler wie etwa jener, der offenbart ist in US-A- 4,701,826, die 1987 für Mikkor erteilt wurde;
(d) Vomchtungen die aus einem leitfähige Tinte enthaltenden Laminat mit veränderlichem Leitwert gebildet sind; und
(e) Vorrichtungen, die aus einer elastomeren Mischung mit veränderlichem Leitwert gebildet sind.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen weiterentwickelten Luftreifen mit einem Hochfrequenz-(HF)-Transponder ("tag") zu schaffen, der als solcher so konstruiert sein kann, dass eine oder mehrere der Unteraufgaben gelöst werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen weiterentwickelten Luftreifen mit einem Hochfrequenz-(HF)-Transponder ("tag") zu schaffen, der für die Übertragung von auf den Luftreifen bezogen Daten und von dem Luftreifen zugeordneten Parametern an eine externen Lese-/Abfrageeinrichtung geeignet ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Hochfrequenz-(HF)-Transponder ("tag") zu schaffen, der für die Übertragung von auf ein überwachtes Objekt bezogenen Daten und von dem Objekt zugeordneten Parametern an eine externen Lese-/Abfrageeinrichtung geeignet ist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Druckdaten von einem einem Luftreifen zugeordneten Transponder in einer Weise an eine externe Lese-/Abfrageeinrichtung zu liefern, in der die Temperaturabhängigkeit der Druckdaten aus diesen beseitigt werden kann, was zu einem an der externen Lese-/Abfrageeinrichtung angezeigten temperaturkompensierten Druckmesswert führt.
Diese Aufgaben werden durch den Transponder (200), der in einem Luftreifen angeordnet ist, und das Verfahren zum Messen des Drucks in einem Luftreifen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, erfüllt.
Ein Hochfrequenz-(HF)-Transponder ist einem Luftreifen zugeordnet und umfasst eine Schaltungsanordnung, die zur Übertragung von für einen Luftreifen eindeutigen Informationen an eine externe Lese-/Abfrageeinrichtung geeignet ist. Außerdem führen ein oder mehrere Sensoren (Messwandler) die Echtzeitmessung von Reifen-Betriebspara metern im Luftreifen durch. Die Messwerte werden in Form von Daten in einem Datenstrom auf einem vom Transponder ausgegebenen Signal an eine externe Lese-/Abfrageeinrichtung übertragen, indem beispielsweise der Datenstrom einem vom Transponder an die externe Lese/Abfrageeinrichtung übertragenen HF-Signal aufgedrückt wird (das HF-Signal moduliert wird).
Der Transponder wird über ein HF-Signal von der externen Lese-/Abfrageeinrichtung gespeist.
Der Transponder ist vorzugsweise bei einem Minimum an externen Mitteln wie etwa einer Antenne auf einem einzigen Chip in integrierter Schaltungsbauweise (IC-Chip) implementiert.
Wenigstens ein Echtzeitparameter, der gemessen wird, ist die Temperatur. Vorzugsweise ist der Temperatursensor im IC-Chip des Transponders eingebettet (integriert).
Ein zusätzlicher Echtzeitparameter, der gemessen werden kann, ist der Druck. Der Druck wird vorzugsweise durch einen eigenen (nicht integrierten) Drucksensor gemessen, der vorzugsweise von jenem Typ ist, bei dem sich der Kapazitätswert in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck ändert. Vorzugsweise ist der Temperatursensor so angeordnet, dass er im Wesentlichen der gleichen Umgebungstemperatur wie der Drucksensor ausgesetzt ist, so dass ein wahrer, temperaturkompensierter Druck einfach berechnet werden kann.
Ein weiterer zusätzlicher Parameter, der gemessen werden kann, besteht in Form eine Angabe, dass zuvor, wenn auch vorübergehend ein Zustand überhöhter Temperatur eingetreten war. Selbstverständlich unterscheidet sich dieser Parameter dem Wesen nach von den Echtzeit-Temperatur- und Druckparametern. Ein Beispiel eines Sensors, der für die Erfassung und die Angabe, dass ein solcher vorübergehender Übertemperaturzustand eingetreten war, geeignet ist, lässt sich in US-A- 5,712,609, die am 27. Januar für Mehregany u. a. erteilt wurde, finden. Der Sensor von Mehregany wird exemplarisch als geeigneter Höchsttemperatur-Messwert-Schalter (MTMS = Maximum Temperature Measurement Switch) für den Gebrauch mit dem Transponder der vorliegenden Erfindung zitiert. Es wird außerdem auf US-A- 5,706,565 verwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Transponder:

– eine Schaltungsanordnung zum Empfangen eines HF-Signals mit einer ersten Frequenz (Fi) von der externen Lese-/Abfrageeinrichtung und zum Verarbeiten des empfangenen HF-Signals, um Energie- und Taktsignale an weitere Schaltkreise zu liefern;
– eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines oder mehrerer Zeitfenster, während denen eine oder mehrere Echtzeit-Parametermessungen durchgeführt werden und Messwerte erfasst werden;
– eine Schaltungsanordnung zum Speichern von Eichkonstanten; und
– eine Schaltungsanordnung zum Aufprägen (vorzugsweise durch

Modulation mit Phasenumtastung (PSK)) der erfassten Echtzeit-Parametermesswerte und der Übertemperaturzustandsangabe einem Signal, das mit einer zweiten Frequenz (Fc), die sich von der ersten Frequenz (Fi) unterscheidet, zur Lese-/Abfrageeinrichtung zurück übertragen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird im Detail auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wovon Beispiele in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind, eingegan gen. Die Zeichnungen sind als Veranschaulichung und keineswegs als Einschränkung gedacht.
Bestimmte Elemente in einzelnen Zeichnungen sind zum Zweck der Klarheit gegebenenfalls nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.
Häufig können ähnliche Elemente in den Zeichnungen mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sein. Beispielsweise kann das Element 199 in einer Figur (oder Ausführungsform) in vielfacher Hinsicht dem Element 299 in einer anderen Figur (oder Ausführungsform) gleichen. Eine solche gegebenenfalls bestehende Verwandtschaft zwischen ähnlichen Elementen in verschiedenen Figuren oder Ausführungsformen werden in der gesamten Patentbeschreibung einschließlich, falls durchführbar, in den Ansprüchen und in der Zusammenfassung deutlich.
In manchen Fällen können ähnliche Elemente in derselben Zeichnung mit ähnlichen Ziffern bezeichnet sein. Beispielsweise können mehrere Elemente 199 mit 199a, 199b, 199c usw. bezeichnet sein.
Die hier angebotenen Querschnittsansichten können in Form von "Scheiben"- oder "Nahsicht"-Querschnittsansichten wiedergegeben sein, wobei zwecks Klarheit der Darstellung manche Hintergrundlinien, die andernfalls, in einer echten Querschnittsansicht, sichtbar wären, weggelassen sind.
Der Aufbau, die Funktionsweise und die Vorteile der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden deutlicher bei Betrachtung der folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird, worin:
1 ein verallgemeinerter Blockschaltplan eines HF-Transpondersystems gemäß dem Stand der Technik, das eine externe Lese-/Abfrageeinrichtung und einen HF-Transponder in einem Luftreifen umfasst, ist;
2 ein Blockschaltplan der Hauptkomponenten eines HF-Transponders gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine schematische Darstellung der Hauptabschnitte des erfindungsgemäßen HF-Transponders von 2 ist;
3A eine schematische Darstellung eines Abschnitts des erfindungsgemäßen HF-Transponders von 2 ist;
3B eine schematische Darstellung eines Abschnitts des erfindungsgemäßen HF-Transponders von 2 ist;
3C eine Darstellung eines Speicherraums in dem erfindungsgemäßen HF-Transponder von 2 ist, die zeigt, wie Daten angeordnet und übertragen werden können; und
4 ein schematischer Blockschaltplan eines Empfangsteils einer Lese-/Abfrageeinrichtung gemäß der Erfindung ist.
GENAUE BESCHREISUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt ein HF-Transpondersystem 100 des Standes der Technik, das einen HF-(Hochfrequenz)-Transponder 102, der in einem Luftreifen 104 angeordnet (z. B. an einer Innenfläche davon angebracht) ist, umfasst. Im Reifen 104 ist eine Antenne, nicht gezeigt, angebracht, die mit dem Transponder 102 verbunden ist. Der Transponder 102 ist eine elektronische Vorrichtung, die für die Übertragung eines HF-Signals mit einer eindeutigen Kenninformation (ID) (z. B. seiner eigenen Seriennummer oder einer Kennzeichnungsnummer des Objekts, dem er zugeordnet ist – in diesem Beispiel des Reifens 104) sowie von Daten, die einen Parametermesswert wie etwa den von einem dem Transponder 102 zugeordneten Sensor (nicht gezeigt) erfassten Umgebungsdruck an eine externe Lese-/Abfrageeinrichtung 106 geeignet ist. Die externe Lese-/Abfrageeinrichtung 106 liefert ein HF-Signal für das Abfragen des Transponders 102 und enthält einen Handleser 108 mit einer Antenne 110, ein Anzeigetableau 112 für die Anzeige von durch den Transponder 102 übertragenen Informationen und Steuerungen (Schalter, Tastschalter, Knöpfe usw.) 114 für einen Benutzer, um die Funktionen der Lese-/Abfrageeinrichtung 106 einzustellen. Die vorliegende Erfindung ist in erster Linie auf die Implementierung des HF-Transponders gerichtet. Dennoch werden weiter unten mit Bezug auf 4 bestimmte Funktionalitäten einer Lese-/Abfrageeinrichtung, die mit dem Transponder der vorliegenden Erfindung kompatibel sein müssen, besprochen.
Bekannterweise können die ID- und/oder Parametermessinformationen auf verschiedene Art und Weise auf dem vom Transponder 102 an die Lese-/Abfrageeinrichtung 106 übertragenen Signal codiert (dem Signal aufgedrückt) werden und anschließend in der Lese-/Abfrageeinrichtung 106 zur Anzeige an einen Benutzer "decodiert" (wiedergewonnen) werden.
2 ist ein Blockschaltplan des HF-Transponders 200 (vergleiche 102) der vorliegenden Erfindung, der die funktionalen Hauptkomponenten davon zeigt.
Der Transponder 200 ist vorzugsweise auf einem einzigen, innerhalb der gestrichelten Linie 202 gezeigten IC-Chip, mit dem mehrere externe Komponenten verbunden sind, implementiert. Weitere gestrichelte Linien in der Figur geben die funktionalen Haupt-"Blöcke" des Transponders 200 an und umfassen einen Transponder-"Kern" 204 und eine Sensorschnittstelle 206. Die Komponenten außerhalb des IC-Chips 202 umfassen ein Antennensystem 210 mit einer Antenne 212 und einem parallel zur Spule 212 geschalteten Kondensator 214, die einen LC-Resonanzkreis bilden, einen externen Präzisionswiderstand ("Rext") 216, einen externen Druckerfassungssensor ("C_P") 218 und einen optionalen externen Höchsttemperatur-Messschalter ("MTMS") 220. Die Antenne kann die Form einer Spulenoder Rahmenantenne, einer Ringantenne, einer Dipolantenne und dergleichen besitzen. Alternativ kann die Signalausgabe durch den Transponder über eine Übertragungsleitung erfolgen. Im folgenden wird hauptsächlich ein Transponder mit einer Spulenantenne beschrieben.
Der Transponderkern 204 umfasst eine Schnittstellenschaltung 222 zum Verarbeiten eines HF-Signals wie etwa eines unmodulierten 125-kHz(Kilohertz)-Trägersignals, das von der Antenne 212 empfangen wird, zum Gleichrichten des empfangenen HF-Signals und zum Liefern von Spannungen für die Versorgung weiterer Schaltkreise auf dem IC-Chip 202 mit Energie. Die Schnittstellenschaltung liefert beispielsweise eine geregelte Versorgungsspannung (Vdd) von 2,5 Volt und eine temperaturunabhängige Bandabstandsspannung (Vbg) von 1,32 Volt. Die Bereitstellung verschiedener Versorgungs- und Referenzspannungen für die Transponder-Schaltungsanordnung wird weiter unten mit Bezug auf 3B genauer beschrieben. Die Schnittstellenschaltung 222 liefert das empfangene HF-Signal, vorzugsweise mit der Frequenz (Fi), mit der es empfangen worden ist, außerdem an eine Taktgeneratorschaltung 224, die in bekannter Weise Taktsignale zur Steuerung der zeitlichen Abläufe in anderen Schal tungen auf dem IC-Chip 202 sowie die Frequenz (Fc) eines vom Transponder an die externe Lese-/Abfrageeinrichtung gesendeten Signals erzeugt.
Eine Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 empfängt die Taktimpulse von der Taktgeneratorschaltung 224 und verarbeitet (d. h. teilt) die Taktimpulse, um für vorbestimmte Zeitperioden, in denen Messungen von Parametern (z. B. der Temperatur und des Drucks) ausgeführt werden, Zeitfenster (W_T und W_P, die weiter unten beschrieben werden) zu erzeugen. Die Zeitfenster (W_T und W_P) können entweder von im Wesentlichen gleicher Dauer sein oder von ungleicher Dauer sein. Die Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 steuert außerdem die Zeitpunkte und den Ablauf verschiedener Funktionen (z. B. der Druckmessung und -aufzeichnung und der Temperaturmessung und -aufzeichnung, die weiter unten näher beschrieben werden), die in der Sensorschnittstelle 206 erfüllt werden, und ist vorzugsweise als algorithmische Zustandsmaschine (ASM) ausgeführt.
Der Transponderkern 204 umfasst ferner eine Register/Zähler-Schaltung 230, die ein Temperatur-Register 232 (z. B. ein 12-Bit-Register) und ein Druck-Register (z. B. ein 12-Bit-Register) zur Erfassung und Speicherung von Temperatur- bzw. Druckmessungen (Zählwerte) enthält, sowie einen adressierbaren Speicherblock 236, der eine EEPROM-Matrix umfasst. Die Register 232 und 234 sowie die EEPROM-Matrix 236 sind innerhalb einer gestrichelten Linie 238 gezeigt, die einen adressierbaren Speicherblock auf dem IC-Chip repräsentiert.
Die Register/Zähler-Schaltung 230 enthält außerdem einen Spaltendecodierer 240 mit Multiplexer sowie einen Zeilendecodierer 242 zum Steuern der Abfolge, mit der Signale (d. h. Daten) auf einer Leitung 244 an eine Modulationsschaltung 246 ausgegeben werden, die über die Schnittstel lenschaltung 222 ausgewählte gemessene Reifen-Betriebscharakteristika in einem Datenstrom über die Antennenschnittstelle 210 an die externe Lese-/Abfrageeinrichtung (106, 1) übermittelt.
Der Transponderkern 204 enthält außerdem einen Baudrate-Generator 248, der die Rate, mit der Modulationsinformationen (z. B. der Temperatur- oder Druckmesswert) an die Modulationsschaltung 246 gelegt werden, steuert. Der Baudrate-Generator 248 liefert außerdem einen Datenträgertakt, der die Ausgabefrequenz (Fc) des Transponders steuert, und einen Datenratentakt, der die Rate steuert, mit der der Datenstrom, der Messwerte, Eichinformationen usw. enthält, auf den Transponder-Ausgangssignalträger moduliert wird.
Die Sensorschnittstelle 206 enthält eine Schaltung 250 zum Erzeugen eines Ausgangsstroms I(T) auf einer Leitung 251, der mit einer vorhersagbaren charakteristischen Spannung einer temperaturempfindlichen Komponente (z. B. Vbe eines Transistors Q1, der weiter unten beschrieben wird), die dem externen Widerstand (Rext) 216 überlagert ist, zusammenhängt. Der Ausgangsstrom I(T) auf der Leitung 251 wird an eine Stromlenkungsschaltung 252 und an einen Kippgenerator oder Kipposzillator 254 geliefert. Allgemein ausgedrückt oszilliert der Kippgenerator 254 mit einer Frequenz, die durch die Geschwindigkeit der auf der Ausgangsleitung 253 von der Stromlenkungsschaltung 252 bewirkten Spannungsänderung (dV/dT) gesteuert wird. Die Geschwindigkeit der Spannungsänderung an der Leitung 253 ist eine Funktion des Ausgangsstroms I(T) auf der Leitung 251 und der mit dem Kippgenerator zusammenhängenden inneren Kapazitäten (C_FX) sowie einer der Oszillatorschaltung aufschaltbaren äußeren Kapazität (C_P). Ein Ausgangssignal vom Kippgenerator 254, das sowohl die Umgebungstemperatur als auch den Umgebungsdruck angibt, wird auf einer Leitung 255 bereitgestellt. Der Begriff "Umge bung", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf den Parameter, der in der Nähe des Transponders, insbesondere der jeweiligen, dem Transponder zugeordneten Sensoren, gemessen wird. Wenn der Transponder in einen Luftreifen eingebaut ist, bezieht sich der "Umgebungsdruck" auf den Druck im Reifen.
Im Betrieb wird von der Antenne 212 ein HF-Signal von einer externen Quelle (d. h. der Lese-/Abfrageeinrichtung, nicht gezeigt, vergleiche 106, 1) empfangen. Dieses HF-Signal wird gleichgerichtet und zur Speisung des HF-Transponders 200 verwendet. Die an die Modulationsschaltung 236 gelegten Modulationsinformationen werden verwendet, um die Charakteristika der Antennenschnittstelle (z. B. Impedanz, Resonanzfrequenz usw.) zu verändern. Diese Veränderungen werden von der externen Lese-/Abfrageeinrichtung erfasst und decodiert, wodurch eine Übermittlung von Temperatur- und Druckinformationen vom HF-Transponder 200 an die Lese-/Abfrageeinrichtung zurück erfolgt.
Die Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 steuert, ob der Strom I(T) auf der Leitung zu dem einen oder zu dem anderen von zwei Kondensatoren (C_FX1 oder C_FX2, die weiter unten im Zusammenhang mit dem Kippgenerator 312 beschrieben werden), die dem Kippgenerator 254 zugeordnet sind, "gelenkt" wird und ob die externe Druckerfassungskapazität (C_P) 218 bei der Erzeugung eines Ausgangssignals (Fosc) durch den Kippgenerator 254 eingeschlossen oder nicht eingeschlossen ist. Beispielsweise wird der Strom I(T) bei der Temperaturmessung zu den internen Oszillatorkondensatoren (C_FX) gelenkt, jedoch ist die Druckerfassungskapazität (C_P) von diesen Kapazitäten getrennt (nicht eingeschlossen). Dies bedeutet, dass die Frequenz des Oszillatorausgangssignals, die sich auf der Leitung 255 zeigt, lediglich von der Temperatur abhängt. Wenn der Druckerfassungskondensator (C_P) 218 "zugeschaltet" ist, hängt die Ausgangsfrequenz des Oszillators 254 auf der Leitung 255 sowohl vom Druck als auch von der Temperatur ab, wie weiter unten näher erläutert wird. Wie weiter unten näher beschrieben wird, wird in der Lese-/Abfrageeinrichtung ein Algorithmus zur Erzeugung eines temperaturunabhängigen Druckmesswerts angewandt.
Wie von der Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 gesteuert zählt (zeichnet auf) entweder das 12-Bit-Temperatur-Register 232 oder das 12-Bit-Druck-Register 234 (je nachdem, ob die Temperatur oder der Druck gemessen wird) die Oszillationen des Oszillatorausgangssignals auf der Leitung 255. (Diesen "Registern" sind Zähler, nicht gezeigt, zugeordnet.) Das von der Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 gelieferte Zeit-"Fenster" besitzt eine bekannte, gesteuerte Dauer. Im Ergebnis ist der Zählwert, der in dem jeweiligen Temperatur- oder Druckzähler verbleibt (aufgezeichnet wird), wenn sich das Zeitfenster "schließt", eine Funktion (proportional zu) der Schwingungsfrequenz (Fosc) des Kippgenerators 254 und somit eine Funktion der Temperatur oder des Drucks, je nachdem, was gerade gemessen wird.
Die EEPROM-Matrix 236 wird zum Halten von Eichkonstanten, die das Lesesystem zur Umsetzung von Temperatur- und Druckzählwerten (N_T bzw. N_P, die weiter unten näher beschrieben werden) in Temperatur- und Druckmesswerte, die einem Benutzer (z. B. über die Anzeige 112) angezeigt werden können, verwendet. Die EEPROM-Matrix 236 kann außerdem die ID des Transponders, Eichdaten für den Transponder und andere für den gegebenen Transponder bestimmte Daten speichern.
3 ist ein detaillierterer Stromlaufplan 300 einiger Komponenten des Transponders 200 von 2, und zwar in erster Linie jener Komponenten, die oben im Zusammenhang mit dem Sensorschnittstellenabschnitt 206 von 2 beschrieben wurden.
In diesem Stromlaufplan 300 sind die üblichen Schaltzeichen verwendet worden. Beispielsweise sind Leitungen, die sich schneiden, nicht miteinander verbunden, es sei denn, dass sich ein "Punkt" an ihrer Verbindungsstelle (Überkreuzung) befindet, wobei in einem solchen Fall die Leitungen miteinander verbunden sind. Für Transistoren, Dioden, Verbindungen mit Erde, Widerstände, Kondensatoren, Schalter, Komparatoren, NICHT-Glieder und Verknüpfungsglieder (z. B. "UND", "NICHT-UND", "ODER", "NICHT-ODER") werden die üblichen Symbole verwendet.
Die Schaltung wird hinsichtlich einer CMOS-Ausführungsform beschrieben, wobei "P" (z. B. "P1") einen PMOS-(P-Kanal)-Transistor und "N" (z. B. "N1") einen NMOS-(N-Kanal)-Transistor bezeichnen. CMOS-Transistoren sind vom FET-(Feldeffekttransistor)-Typ, wobei jeder drei "Knoten" oder "Anschlüsse", nämlich eine "Source" (S), einen "Drain" (D) und ein "Gate" (G), besitzt, das den Stromfluss zwischen der Source und dem Drain steuert. Aus der folgenden Beschreibung wird ersichtlich, dass einige der PMOS- und NMOS-Transistoren "als Diode geschaltet" sind, was bedeutet, dass ihr Drain (D) mit ihrem Gate (G) verbunden ist. Die allgemeine Theorie des Betriebs von Transistoren, insbesondere von CMOS-Transistoren, ist Fachleuten auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung weitgehendst gehört, wohlbekannt.
Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird, sind einige der CMOS-Transistoren in einer "Stromspiegelungs"-Konfiguration verschaltet. Das Konzept der Stromspiegelung ist wohlbekannt und umfasst in seiner einfachsten Form zwei Transistoren gleicher Polarität (z. B. zwei PMOS-Transistoren), deren Gates miteinander verbunden sind, wobei ein Transistor des Transistorpaars als Diode geschaltet ist. Die Stromspiegelung beinhaltet allgemein, dass ein Strom hervorgerufen wird, der durch den als Diode geschalteten Transistor fließt und an diesem Transistor zu einer Gate-Spannung führt; die zur Erzeugung dieses Stroms erforderlich ist. Im Allgemeinen wird die Gate-Spannung des als Diode geschalteten Transistors auf diejenige Spannung gebracht, die zur Erzeugung des gespiegelten Stroms durch jenen Transistor erforderlich ist. Da der als Diode geschaltete Transistor per Definition keinen Gate-Strom besitzt, fließt durch das Anlegen der Gate-Spannung des als Diode geschalteten Transistors an einen anderen gleichartig geschalteten Transistor durch den letzteren ein gespiegelter Strom. Üblicherweise besitzen die Stromspiegelungstransistoren alle die gleiche physische Fläche, so dass in diesem Fall der gespiegelte Strom im Wesentlichen gleich dem Strom, der gespiegelt wird, ist. Es ist außerdem bekannt, einen gespiegelten Strom zu erzeugen, der entweder größer oder kleiner als der Strom, der gespiegelt wird, ist, indem einer der Transistoren physisch größer oder kleiner (der Fläche nach) als der andere gemacht wird. Wenn solche gleichartig geschaltete Transistoren mit unterschiedlichen Flächen in einer Stromspiegelungskonfiguration verschaltet sind, erzeugen ihre (größer oder kleiner) ausgelegten Flächen entsprechend (größer oder kleiner) skalierte Ströme.
Im folgenden sind die zahlreichen Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten der Schaltung in der Figur größtenteils deutlich aufgezeigt, wobei der Beschreibungsschwerpunkt in den verschiedenen Funktionen und Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Komponenten der Schaltung liegt und nicht im Anführen (ad nauseam) jeder einzelnen Verbindung zwischen den verschiedenen Komponenten, die sämtliche explizit in der Figur gezeigt sind.
Das Antennensystem 210 umfasst eine Spulenantenne 212 und einen parallel zur Antenne 212 geschalteten Kondensator 214, die einen LC-Resonanzkreis bilden, der einen an eine Vollweg-Gleichrichterschaltung 302 ausgegebenen Wechselstrom liefert.
Die Vollweg-Gleichrichterschaltung 302 enthält zwei PMOS-Transistoren und zwei Dioden, die, wie gezeigt ist, in herkömmlicher Weise geschaltet sind und eine vollweg-gleichgerichtete Gleichspannung an einer Leitung 303 bereitstellen. Zwischen die Leitung 303 und Erde ist ein Kondensator 304 geschaltet, um die Schwankungen ("Welligkeit") der vollweg-gleichgerichteten Spannung an der Leitung 303 zu "glätten" (auszufiltern). Die Spannung an der Leitung 303 wird so zu einer Spannung, die für die restlichen Komponenten des Transponders verwendbar ist – in diesem Fall zu einer positive Versorgungsspannung (Vcc) an der Leitung 303.
Eine Temperaturerfassungsschaltung 306, die etwa dem Basis-Emitter-Spannung-in-Strom-Umsetzer 250 von 2 entspricht und vier mit P1, P2, N1 und N2 bezeichnete CMOS-Transistoren und einen mit Q1 bezeichneten seitlichen Bipolartransistor enthält, ist zwischen die Leitung 303 (Vcc) und Erde geschaltet und mit dem externen Widerstand 216 (Rext) verbunden. Die Transistoren P2 und N1 sind, wie gezeigt ist, als Diode geschaltet. Die beiden Transistoren P1 und P2 sind in einer Stromspiegelungskonfiguration geschaltet, wobei die beiden Transistoren N1 und N2 ebenfalls in einer Weise verschaltet sind, die allgemein als Stromspiegelungskonfiguration betrachtet werden kann. Die Source des Transistors N1 ist über den Transistor Q1 mit Erde verbunden, während die Source des Transistors N2 über den externen Widerstand (Rext) 216 mit Erde verbunden ist.
Wie deutlich wird, hängt die Eignung der Temperaturerfassungsschaltung 306, ein Signal (z. B. einen Strom) zu erzeugen, das zur erfassten (Umgebungs-) Temperatur (z. B. im Reifen, dem der Transponder zugeordnet ist) proportional ist, weitgehend von der Eigenschaft ab, dass die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q1 eine genau vorhersagbare und wiederholbare Funktion der Temperatur ist. Der Widerstand (Rext) 216 ist ein externer Referenz-Präzisionswiderstand, dessen Wert im Wesentlichen temperaturunabhängig ist (im Gegensatz zur Temperaturabhängigkeit des Transistors Q1). Ein geeigneter Wert für den Widerstand (Rext) 216 ist 20,5 kΩ.
Der Transistor N2 ist in einer "Source-Folger-Betriebsart" zwischen den Transistor P2 und den externen Widerstand 216 (Rext) geschaltet. Da dem Gate des Transistors N2 eine Spannung aufgedrückt wird, "folgt" seine Source-Spannung der Gate-Spannung (abzüglich eines inhärenten Spannungsabfalls (Vgs) zwischen seinem Gate und seiner Source).
Da durch den Transistor N1 Strom fließt, wird seine Gate-Spannung um diesen Gate-Source-Spannungsabfall (Vgs) höher als die Emitterspannung am Transistor Q1. Da die Transistoren N1 und N2 im Wesentlichen völlig gleich sind, wobei durch jeden der beiden Transistoren N1 und N2 der gleiche Strom fließt, weisen sie völlig gleiche Gate-Source-Spannungsabfälle (Vgs) auf. Im Ergebnis ist die Spannung an der Source des zum externen Widerstand 216 (Rext) parallelen Transistors N2 im Wesentlichen gleich der Spannung am Emitter des Transistors Q1. Folglich ist unter Anwendung des Ohmschen Gesetzes (U = I·R oder I = U/R) der durch den externen Widerstand 216 (Rext) fließende Strom gleich der Emitterspannung des Transistors Q1 geteilt durch den Widerstandswert des externen Widerstands 216 (Rext).
Im Normalbetrieb fließt der gesamte durch den externen Widerstand 216 (Rext) fließende Strom durch die Source des Transistors N2 und folglich durch den als Diode geschalteten Transistor P2. Durch eine Stromspiegelungsschaltung wird der Strom durch den Transistor P2 im Transistor P1 und ferner im Transistor P4 dupliziert (gespiegelt). Dies stellt sicher, dass der durch die Transistoren N1 und N2 fließende Strom stets der gleiche ist, was ferner dazu beiträgt, sicherzustellen, dass die Emitterspannung am Transistor Q1 und die Spannung über den externen Widerstand (Rext) 216 unabhängig von Schwankungen der Spannungen und Prozessgrößen völlig gleich sind. Wie oben erwähnt wurde, sind die Transistoren N1 und N2 in einer Weise verbunden, die allgemein als Stromspiegelungskonfiguration betrachtet werden kann. Da sie jedoch streng gesehen nicht in der gleichen Weise geschaltet sind, dienen sie in der Schaltung 306 dazu, Q1 und Rext "abzustimmen".
In der Hauptsache stellt die Schaltung 306 sicher, dass der durch den externen Widerstand (Rext) fließende Strom I(T) vorhersagbar und eine Funktion der absoluten Temperatur (T) des Transistors Q1 ist. Wie weiter unten genauer beschrieben wird, wird dieser temperaturunabhängige Strom I(T), der durch den externen Widerstand (Rext) 216 fließt, auf einen Kippgenerator (312, der weiter unten beschrieben wird) gespiegelt, um ein Signal, das die Temperatur des Transistors Q1 angibt, an die externe Leseeinrichtung (106, 1) zu liefern. Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, hängt die Ausgangsfrequenz (Fosc) des Kippgenerators 312 von der absoluten Temperatur (T) des Transistors Q1 ab.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass gerade der Transistor Q1 als Temperaturerfassungselement der gesamten Transponderschaltung verwendet wird. Die Transponderschaltung verwendet vorteilhaft einen in CMOS-Technologie ausgeführten Transistor, dem eine solche Kennlinie zu Eigen ist, dass sich die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q1 um einen vorhersagbaren Wert von –2,2 mV/°C (Millivolt pro Grad Celsius) ändert.
Es sei angemerkt, dass der Transponder der vorliegenden Erfindung hinsichtlich einer "passiven" Vorrichtung, die sich zum Einschalten ihrer Schaltkreise auf HF-Energie stützt, die von einer externen Quelle (106, 1) geliefert wird. Wenn die Schaltungsanordnung erstmals eingeschaltet wird, wie mit Bezug auf die Temperaturerfassungsschaltung 306 beschrieben wurde, ist es wichtig, sicherzustellen, dass sie in zuverlässiger und vorhersagbarer (gesteuerter) Weise aus ihrem Ruhezustand in den normalen Betriebszustand "hochfährt". Dazu sind zwei Leitungen 305 und 307 gezeigt, die die Temperaturerfassungsschaltung 306 mit einer "Anlauf"-Schaltung 308 verbinden.
Die Anlaufschaltung 308 ist zwischen die Versorgungsspannung (Vcc) auf der Leitung 303 und Erde geschaltet und dient zu zwei Hauptzwecken: (i) um Strom zu erlangen, der zur Temperaturerfassungsschaltung 306 fließt, wenn der Transponder (200) erstmals aus dem ausgeschalteten Zustand anläuft; und (ii) um den durch den Transistor P2 fließenden Strom zu spiegeln und aus einem versorgungsbezogenen Strom in einen erdebezogenen Strom umzusetzen.
Der Anlauf wird durch den Transistor P3 ausgelöst. Der Transistor P3 ist so beschaffen, dass er einen hohen Kanalwiderstand besitzt, damit er in einer Betriebsart des "schwachen Hochziehens" arbeitet. Wenn sein Gate an Erde geschaltet ist, ist er stets "durchgeschaltet" und verhält sich im Wesentlichen wie ein Widerstand mit einem ziemlich hohen Widerstandswert (z. B. > 10 kOhm).
Da beim Anlauf nirgendwo in der Schaltung Strom fließt, wirkt der Transistor P3 in der Weise, dass er das Gate in Richtung der Versorgungsspannung (Vcc) zieht, wodurch der Transistor N3 "durchgeschaltet" wird, was die Source des Transistors N3 wirksam mit seinem Drain verbindet, was wiederum bewirkt, dass Strom durch den als Diode geschalteten Transistor P2 der Temperaturerfassungsschaltung 306 zum Drain des Transistors N3 fließt. Dies führt dazu, dass die Spannung an der Source des Transistors P3 abnimmt, wodurch das Fließen eines Stroms in den Transistoren P1 und P4 hervorgerufen wird. Wenn Strom durch den Transistor P4 zu dem als Diode geschalteten Transistor N5 fließt, bewirkt eine Stromspiegelungsschaltung zwischen den Transistoren N4 und N5 das Fließen eines entsprechenden Stroms durch den Transistor N4, wodurch das Gate des Transistors N3 auf Erde gezogen wird und dadurch der Stromfluss durch den Transistor N3 wirksam "gesperrt" wird.
Wenn nun jedoch Strom durch die Stromspiegelungstransistoren P1, P2 und P4 fließt, zwingt der vom Transistor Q1 über den Transistor N1 zum Transistor Q1 fließende Strom die Temperaturerfassungsschaltung 306 zum "Anlaufen" in ihren stabilen Betriebspunktzustand (anstatt in ihren Null-Strom-Zustand). Nach dem Anlauf "fällt" der Transistor N3, nachdem er seine vorgesehene Funktion erfüllt hat, im wesentlichen "aus" der Schaltung.
Der Transistor N5 ist mit dem Transistor N4 (und wie weiter unten beschrieben wird, mit dem Transistor N6) in einer Stromspiegelungskonfiguration geschaltet. Wenn durch den Transistor N5 ein Strom fließt, der gleich dem Strom durch den externen Widerstand 216 (Rext) ist, fließt deshalb der gleiche Strom durch den Transistor N4, wodurch eine Referenzspannung (Nbias) an der Leitung 309 aufgebracht wird. Die Referenzspannung (Nbias) an der Leitung 309 sowie eine Versorgungsspannung (Vdd) an einer Leitung 309' werden einer Stromskalierungsschaltung 310 bereitgestellt.
Die Versorgungsspannung (Vdd) an der Leitung 309' wird in geeigneter Weise bereitgestellt, etwa als Vielfaches einer Bandabstandsspannung (Vbg), die anderswo auf dem Chip in einer herkömmlichen Weise erzeugt wird, wobei ihre Größe (z. B. 1,32 Volt) temperaturunabhängig sein sollte, wie es für den bei der Chipherstellung angewandten Halbleiterprozess eigentümlich ist. Das Vorsehen einer solchen stabilen Spannung (z. B. einer Bandabstandsspannung Vbg) und der daraus abgeleiteten Versorgungsspannung (z. B. Vdd) liegt im Ermessen des Fachmanns auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung weitgehendst gehört, und wird weiter unten mit Bezug auf 3B näher beschrieben.
Die Stromskalierungsschaltung 310 ist in der folgenden exemplarischen Weise aufgebaut. Die Sources der Transistoren P5 und P6 sind mit der Versorgungsspannung Vdd verbunden. Das Gate eines Transistors N6 empfängt die Referenzspannung (Nbias) an der Leitung 309. Der Transistor N6 ist mit dem Transistor N5 (sowie mit dem oben erwähnten Transistor N4) in einer Stromspiegelungsschaltung geschaltet und spiegelt deshalb den Fluss des Stroms I(T) durch die Transistoren N4 und N5. Folglich spiegelt der Stromfluss durch den als Diode geschalteten Transistor P5 den Stromfluss durch die Transistoren N4, N5 und N6.
Die Transistoren P5 und P6 sind in einer Stromspiegelungskonfiguration geschaltet, jedoch (unter Anwendung herkömmlicher CMOS-Fertigungstechniken) so gefertigt, dass der durch den Transistor P6 fließende Strom im Verhältnis (N) der physischen Fläche des Transistors P5 zur physischen Fläche des Transistors P6 vergrößert oder verkleinert wird. Wenn beispielsweise der Transistor P6 kleiner ausgelegt ist als der Transistor P5 (d. h., dass der Transistor P5 eine "N"-mal größere Fläche als der Transistor P6 aufweist), dann ist der durch den Transistor P6 fließende Strom entsprechend (N-mal) kleiner als der durch den Transistor P5 fließende Strom. Deshalb wird der durch den Transistor P6 fließende "skalierte" Strom in der Figur mit "I(T) / N" bezeichnet und auf einer Leitung 311 an eine Kippgeneratorschaltung 312 geliefert. Bekannterweise kann das Verhältnis der Ströme zwischen den Transistoren P5 und P6 ohne weiteres durch herkömmliche Verarbeitungstechniken für Schaltungen wie etwa dadurch, dass einer der Transistoren einfach größer als der andere ausgelegt wird oder dass einer der beiden Transistoren als Aggregat von zwei oder mehr gleichgroßen Transistoren implementiert wird, so dass ihre Aggregatfläche größer als die Fläche des anderen der beiden Transistoren ist, eingerichtet werden.
Die Kippgeneratorschaltung 312 entspricht etwa einem herkömmlichen Entwurf und enthält am "Eingang" seiner zwei Phasenwege zwei Paare von Transistoren – ein Paar komplementärer Transistoren P7 und N7 am Eingang des einen Phasenwegs (ϕ1) 314a und ein weiteres Paar komplementärer Transistoren P8 und N8 am Eingang des anderen Phasenwegs (ϕ2) 314b. Wenn ein gegebenes Transistorpaar (z. B. P7 und N7) wie gezeigt verschaltet ist und sich die Spannung an seinem gemeinsamen Gate auf Hochpegel (d. h. zur positiven Versorgung hin) befindet, ist sein Ausgang geerdet, während es dann, wenn die Spannung an seinem gemeinsamen Gate auf Tiefpegel ist, den Strom I(T) / N liefert, der auf der Leitung 311 zu einem entsprechenden der Phasenwege (z. B. 314a) des Kippgenerators 312 fließt. Bekannterweise ist bei einer solchen Anordnung dann, wenn die Spannung am gemeinsamen Gate eines der Transistorpaare (z. B. P7 und N7) auf Hochpegel ist, die Spannung am gemeinsamen Gate des anderen Transistorpaars (z. B. P8 und N8) auf Tiefpegel und umgekehrt. In dieser Weise besitzt jeder dieser Wege 314a und 314b einen Arbeitszyklus (d. h. "Einschalt"-Zeit), der gleich dem Arbeitszyklus des anderen Phasenwegs 314a bzw. 314b sein kann oder sich von diesem unterscheiden kann. Somit kann jedes Transistorpaar (z. B. P7 und N7) als "Eingangsschalter" für seinen jeweiligen Phasenweg (z. B. 314a) betrachtet werden.
Jeder Phasenweg 314a und 314b des Kippgenerators 312 besitzt an seinem Eingang einen Komparator 316a bzw. 316b und einen Kondensator C_FX1 bzw. C_FX2 mit festem Wert, der zwischen den negativen (–) Eingang der Komparatoren 316a und 316b und Erde geschaltet ist. Die Kondensatoren C_FX1 und C_FX2 besitzen jeweils exemplarische Kapazitätswerte von 2–5 pF (Picofarad) bzw. 2–5 pF und sind vorzugsweise als integrierte Bausteine wie etwa Mehrfachkondensatoren (Poly-Poly-Kondensatoren), die einen niedrigen Temperaturkoeffizienten (z. B. kleiner als 20 ppm) aufweisen, ausgeführt. Die positiven (+) Eingänge (Anschlüsse) der Komparatoren 316a und 316b sind miteinander verknüpft und an eine Referenz-Schwellenspannung Vbg wie beispielsweise 1,32 Volt gelegt, die, temperaturunabhängig ist.
Ein "NICHT-ODER"-Verknüpfungsglied 318a und 318b ist an den Ausgang jedes Phasenwegs 314a bzw. 314b geschaltet, wobei die zwei NICHT-ODER-Glieder 318a und 318b über Kreuz geschaltet sind, so dass sie eine Verriegelungsschaltung mit einem Ausgang an einer Leitung 319 bilden. Die über Kreuz geschalteten NICHT-ODER-Glieder 318a und 318b können somit als Flipflop oder als RS-(Rücksetzen/Setzen)-Latch arbeiten.
Wenn die Spannung am gemeinsamen Gate eines der Eingangsschalter (z. B. P7 und N7) auf Hochpegel ist, ist der jeweilige Kondensator (z. B.
C_FX1) für diesen Phasenweg (z. B. 314a) geerdet (kurzgeschlossen, was dazu führt, dass er keine Ladung trägt). Wenn umgekehrt die Spannung am gemeinsamen Gate eines der Eingangsschalter (z. B. P7 und N7) auf Hochpegel ist, wird der skalierte Strom I(T)/N dem jeweiligen Kondensator (z. B. C_FX1) für diesen Phasenweg (z. B. 314a) zugeführt (wird zugelassen, dass der Strom zu diesem Kondensator fließt), worauf sich der Kondensator aufzuladen beginnt (eine ansteigenden Spannung über dem Kondensator erlangt wird). Wenn die Spannung über dem Kondensator die Komparator-Referenzspannung (z. B. 1,32 Volt) erreicht, geht der Ausgang des Komparators auf Tiefpegel und verändert den Zustand des Ausgangs des Auffangflipflops 318a/318b in der Leitung 319. In dieser Weise oszilliert der Kippgenerator mit einer Frequenz (Fosc), die durch die Anstiegszeit der Kondensatoren C_FX1 und C_FX2 und vor allem durch den diesen Kondensatoren zugeführten skalierten Strom I(T)/N bestimmt wird. Wenn ein größerer Strom I(T)/N zugeführt wird, steigen die Spannungen der Kondensatoren C_FX1 und C_FX2 schneller an, wobei sie die Schwellenspannung schneller überqueren und dazu führen, dass der Kippgenerator 312 schneller oszilliert, wodurch sich die Frequenz des Signals Fosc auf der Leitung 319 erhöht. Das Signal Fosc auf der Leitung 319 wird durch ein NICHT-Glied 320 invertiert, wie gezeigt ist, um ein Signal Fosc' auf der Leitung 321 zu liefern.
Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, wird der Oszillator 312 so gesteuert, dass er gesteuert von der Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 in zwei sich gegenseitig ausschließenden Betriebsarten, einer Temperaturerfassungsbetriebsart (zwischen den Zeitpunkten t0 und t 1) und einer Druckerfassungsbetriebsart (zwischen den Zeitpunkten t1 und t2) arbeitet. Die Frequenz des Oszillatorausgangssignals Fosc (und von Fosc') unterscheidet sich jeweils in den beiden Betriebsarten.
ERZEUGUNG VON TEMPERATUR- UND DRUCKSIGNALEN
In dem beispielhaften Zusammenhang des Transponders 200, in dem er einem Luftreifen zugeordnet ist, ist es prinzipiell wünschenswert, den Druck im Luftreifen zu bestimmen. Als Beispiel, ein typischer Personenwagenreifen kann bei etwa 32 psi (etwa 221 kP) korrekt aufgepumpt sein.
Es wird beispielsweise geschätzt, dass eine Abnahme des Kraftstoffverbrauchs um etwa 10% verwirklicht werden könnte, wenn die Luftreifen an Fahrzeugen mit ihrem spezifizierten Druck betrieben würden. Obwohl Fahrzeugparkbetreiber in diesem Punkt empfänglich sind und den Reifendruck häufig prüfen und einstellen, ist der durchschnittliche Halter eines Personenkraftwagens häufig weniger geneigt, den Reifendruck im Auge zu behalten, solange der Reifen beispielsweise nicht sichtlich platt geworden ist. In solchen Fällen könnte das Ablesen einer Flüssigkristallanzeige (LCD) oder dergleichen am Armaturenbrett eines Wagens dem Halter eines Fahrzeugs, dessen Luftreifen mit einem Transponder wie dem hier beschriebenen ausgerüstet sind, dynamische Reifendruckinformationen liefern. Von nicht geringerer Bedeutung ist das Erscheinen von "Notlauf'-Reifen, die von verschiedenen Reifenherstellern vertrieben werden. Die Goodyear-EMT-(Extended Mobility Tire)-Reihe von Reifen ist ein Beispiel für einen Reifen mit Notlaufeigenschaften, dessen Hauptzweck ist, dem Fahrer eine Fahrt von bis zu 50 Meilen (≈ 120 Kilometer) auf einem platten Reifen bei "vernünftigen" Betriebsgeschwindigkeiten (z. B. 60 Meilen pro Stunde oder 144 Kilometer pro Stunde) unter Beibehaltung der normalen Kontrolle über das Fahrzeug zu ermöglichen. Solche Reifen mit Notlaufeigenschaften sind an sich bekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Beim Fahren auf einem Reifen mit Notlaufeigenschaften nach dem Plattwerden ist es besonders wichtig, dass der Fahrer auf die Tatsa che hingewiesen wird, dass sie oder er das Fahrzeug auf "geborgte Zeit" betreibt, wobei prinzipiell entweder durch eine sichtbare oder durch eine hörbare Anzeige (z. B. mittels Piepton) angegeben wird, dass der Reifen eigentlich platt ist und bei frühester Gelegenheit repariert oder ersetzt werden muss.
Bei arbeitendem Kippgenerator 312 ist hängt die Frequenz seines Ausgangssignals Fosc (und Fosc') von der absoluten Temperatur des Transistors Q1 (der von diesem erfassten Temperatur) ab. Dies gilt sowohl für die Temperaturerfassungsbetriebsart als auch für die Druckerfassungsbetriebsart.
In der Temperaturerfassungsbetriebsart besitzt der Kippgenerator 312 einen symmetrischen (ausgeglichenen, 50%-) Arbeitszyklus, falls die Kapazitätswerte für C_FX1 und C_FX2 gleich sind, was bevorzugt wird. In der Druckerfassungsbetriebsart wird der Druckerfassungskondensator (C_P) 218 durch einen zu C_FX2 parallelen Halbleiterschalter 350 geschaltet, der den Arbeitszyklus und die Ausgangsfrequenz Fosc (und Fosc') des Kippgenerators verändert.
In der Temperaturerfassungsbetriebsart werden lediglich die festen Kondensatoren C_FX1 und C_FX1 abwechselnd geladen (und entladen), was zu einem 50%-Arbeitszyklus mit einer zur Umgebungstemperatur proportionalen Periode führt. In der Druckerfassungsbetriebsart wird der Druckerfassungskondensator (C_P) 218 in den Phasenweg 314b des Oszillators 312 geschaltet. Somit verhält sich der Phasenweg 314a bei einer gegebenen Temperatur in der ersten Hälfte der Oszillatorperiode in der gleichen Weise wie in der Temperaturerfassungsbetriebsart, während sich in der zweiten Hälfte der Oszillatorperiode der Phasenweg 314b in einer Weise verhält, die zum Kapazitätswert des festen Kondensators C_FX2 zuzüglich des Kapazitätswerts des Druckerfassungskondensator (C_P) 218 proportional ist. In der Auswirkung verlangsamt dies den Oszillator und verändert seinen Arbeitszyklus. Die Änderung des Arbeitszyklus ist kennzeichnend für das Verhältnis von C_P zu C_FX2. Somit lässt sich aus dem Verhältnis der zwei Perioden (mit und ohne C_P im Schaltkreis) in einfacher Weise berechnen, wie groß die zusätzliche Kapazität C_P und folglich der erfasste Druck ist. Wie weiter unten näher beschrieben wird, kann die Temperaturabhängigkeit der Oszillatorausgangsgröße in der Druckerfassungsbetriebsart in einfacher Weise vollständig beseitigt werden.
Das "Verlangsamen" des Oszillators nach dem Schalten des Druckerfassungskondensators (C_P) 218 in den Oszillatorkreis führt unvermeidbar dahin, dass es während eines gegebenen Druckmessungsfensters (z. B. W_P) vergleichsweise weniger Oszillatorausgangsimpulse (geringere Ausgangsfrequenz) zu zählen gibt als während eines Temperaturmessungsfensters (z. B. W_T) gleicher Dauer. Mit anderen Worten, ein "verlangsamter" Oszillator verringert jene Rate, mit der die Zählwerte, die für die Parametermessung kennzeichnend sind, gesammelt werden. Um die Auflösung (Menge) der während des Druckmessungsfensters (W_P) erzeugten Zählwerte (N_P) zu erhöhen, kommt ein Vergrößern des Druckmessungsfensters (W_P) (ein Verändern seiner Dauer) in Betracht, umso die Erfassung einer geeigneten Anzahl von Druckzählwerten im Druck-Register 234 zu ermöglichen. Dies, kann einfach durch Festlegen eines größeren Werts (als sonst) für den Zeitpunkt t2, der in der Druckerfassungsbetriebsart (zwischen den Zeitpunkten t1 und t2) das Ende des Druckmessungsfensters (W_P), das von der Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 gesteuert wird, darstellt, vollzogen werden. Das Temperaturmessungsfenster (W_T) (zwischen den Zeitpunkten t0 und t1) kann beispielsweise in der Größenordnung von einigen (z. B. acht) Millisekunden liegen, während das Druckmessungsfensters (W_P) in der Größenordnung von mehreren zehn (z. B. vierzig) Millisekunden liegen kann. Alternativ kommt in Betracht, den skalierten Strom (I(T)/N), der von der Stromskalierungsschaltung 310 zum Kippgenerator 312 fließt, während des Druckmessungsfensters (W_P) zu erhöhen, um die Grundfrequenz des Kippgenerators 312 und dadurch die Gesamtauflösung der Druckzählung zu erhöhen. Dies kann beispielsweise im Fall, dass P6 der Größe (der Fläche) nach kleiner als der Transistor P5 ist, einfach dadurch erfolgen, dass ein Transistor P6' (nicht gezeigt) anstelle des Transistors P6 hinzugeschaltet wird, wobei der Transistor P6' eine größere Fläche als der Transistor P6 aufweist, so dass das Verhältnis der Flächen der Transistoren P5 und P6 näher bei eins liegt (d. h. in geringerem Maß verkleinert ist) und der Strom zum Kippgenerator 312 und folglich seine Zählgeschwindigkeit angehoben ist. Ein solches Hinzuschalten eines weiteren Transistors P6' wird einfach mittels eines Schalters (nicht gezeigt), der dem oben erwähnten Schalter 350, der den Druckerfassungskondensator (C_P) 218 hinzuschaltet, vergleichbar ist, verwirklicht. Der Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegenden Erfindung weitgehendst gehört, versteht im Lichte der hier dargelegten Lehren, wie das "Verlangsamen" des Oszillators nach dem Hinzuschalten des Druckerfassungskondensators (C_P) 218 zur Oszillatorschaltung auszugleichen ist.
MESSUNG VON PARAMETERN
Wenn der Transponder eingeschaltet ist, werden die Temperatur und der Druck ständig gemessen, wobei die Messwerte als Datenworte in einem Datenstrom zur externen Lese-/Abfrageeinrichtung (106) zurück übertragen werden. Beispielsweise können die Temperatur- und Druckparameter jeweils in 12-Bit-Datenworten als ausgewählte (bekannte) Abschnitte eines größeren (z. B. eines 144-Bit-) Datenstroms zur Lese-/Abfrageeinrichtung (106) zurück übertragen werden. Ein Bit im gesamten Datenstrom sollte für den Zustand (z. B. "geschlossen" oder "geöffnet") des MTMS-Schalters (220) reserviert sein. Eine vollständige Beschreibung eines exemplarischen, vom Transponder zur externen Lese-/Abfrageeinrichtung übertragenen Datenstroms wird weiter unten mit Bezug auf 3C gegeben.
Die Temperatur wird geeigneterweise durch Zählen der Anzahl von vom Oszillator 312 während einer festen Zeitperiode (Zeitfenster von t0 bis t1) mit einer Periode T_W ausgegebenen Zyklen gemessen. Beispielsweise kann ein Abwärtszähler (der dem Temperatur-Register (232) zugeordnet ist) durch den Oszillator so getaktet werden, dass am Ende des Fensters W_T ein Temperaturzählwert N_T erzeugt wird. Die Beziehung zwischen N_T und der Temperatur ist linear.
OPTIMIERUNG DER DRUCK-ANSPRECHEMPFINDLICHKEIT
Beim Erlangen (und Anzeigen) eines genauen Druckmesswerts, das beim Überwachen des Drucks eines Luftreifens von größter Bedeutung ist, können bestimmte Parameter der Transponderschaltung so festgelegt werden, dass ihre Druck-Ansprechempfindlichkeit maximal gemacht wird und somit die Genauigkeit des von der externen Lese-/Abfrageeinrichtung (106) angezeigten Druckmesswerts erhöht wird.
Wie oben beschrieben wurde, reagiert der Transponder auf das Verändern der Kapazität des Drucksensors (C_P) 218 durch Verändern des Werts eines 12-Bit-Binärworts, das an die externe Lese-/Abfrageeinrichtung (106) gesendet wird. Dieses Binärwort entspricht der Zählung einer Oszillatorfrequenz während eines Zeitfensters W_P (zwischen t1 und t2), das durch die Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 festgelegt wird. Die Druck-Antwon kann deshalb als Änderung der Zählwerte pro Einheitsänderung der Kapazität des Druckerfassungskondensators (C_P) 218 beschrieben werden.
Die Druck-Ansprechemp%ndlichkeit des Transponders hat sich als abhängig von mehreren Faktoren herausgestellt, wovon jeder analysiert werden kann. Es wurde beispielsweise festgestellt, dass:

(a) das Erhöhen des skalierten Stroms I(T)/N zum Oszillator 312 bei gegebenem Wert des Druckerfassungskondensators (C_P) 218 die Druckzählwerte N_P proportional erhöht; und
(b) das Senken der Werte für C_FX1 und C_FX2bei gegebenem Wert des Druckerfassungskondensators (C_P) 218 die Druckzählwerte N_P proportionall erhöht; wobei
(c) das Erhöhen des Stroms I(T)/N zum Oszillator (bei gegebenem Wert von C_P) die Druckzählwerte N_P in stärkerem Maße proportional erhöht als das Senken der Werte für C_FX1 und C_FX2

Allgemein gesehen ist das Erhöhen der Druckzählwerte N_P wünschenswert. Jedoch erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung weitgehendst gehört, dass es für das Erhöhen der Druckzählwerte bei einer Frequenz, die für die Fähigkeit mancher Schaltungen des IC-Chips unangemessen hoch wird, eine praktische Obergrenze gibt.
ERLANGUNG EINES DRUCKMESSRTERTS AN DER LESE-/ABFRAGEEINRICHTUNG
Die Grundfrequenz des Oszillators 312 wird durch Parameter im IC-Chip (z. B. 204) bestimmt und ist, wie oben gesagt wurde, temperaturabhängig. Deshalb ist die Druck-Antwort eine (hybride) Funktion sowohl der Temperatur als auch des Drucks, wobei die Beziehung zwischen N_P und C_P nichtlinear ist. Deshalb würde die Verwendung einer linearen Gleichung zum Berechnen der Druck-Antwort über einen Bereich von gemessenen Drücken unvermeidlich zu großen Fehlern führen. (Bei begrenzten Bereichen von gemessenen Drücken, beispielsweise über einen 20-psi-(138-kP)-Bereich von Drücken kann die Verwendung einer linearen Gleichung jedoch akzeptabel sein.) Ein großer Vorteil bei der Verwendung der obenbeschriebenen Transponderschaltung ist der, dass die Beziehung zwischen N_T/ N_P und der Drucksensorkapazität linear ist und keinen Temperaturkompensationsausdruck in der von der Lese-/Abfrageeinrichtung (106) zum Berechnen des Drucks verwendeten Gleichung (Algorithmus) erfordert, wodurch sich der Entwurf der Lese-/Abfrageeinrichtung stark vereinfacht. Diese vorteilhafte "verhältnis-metrische" Beziehung lässt sich durch die folgenden Gleichungen aufzeigen: (Gl. 1) NT = TW·I(t)/(2·Vbg·CFX) (Gl. 2) NP = TW·I(t)/(Vbg·(2·CFX + CP)),wobei das Auflösen nach N_T/N_P zu folgendem führt: (Gl. 3) NT/NP – (1 + (CP/2·CFX)
Es kann somit festgestellt werden, dass das Verhältnis N_T/N_P lediglich von C_P und C_FX und von keinen anderen Variablen abhängt. Dies bedeutet, dass N_T/ N_P lediglich eine Funktion des Drucks ist und unempfindlich gegen Temperatur- und Ladestromschwankungen ist.
3A zeigt die am letzten Schritt des Erfassens von Temperatur- und Druckmesswerten im Transponder beteiligten Komponenten. Das vom Kippgenerator 312 ausgegebene Signal Fosc' wird an jeweils einen Eingang der beiden UND-Glieder 360 und 362 geliefert. Während des Tempe raturmessungsfensters (WT) wird von der Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 ein Signal ("Erfasse Temperatur") an den anderen Eingang des UND-Glieds 360 geliefert, so dass der/das Temperatur-Register/Zähler 232 mit dem Zählwert (den Daten) N_T beladen wird, der die gemessene Temperatur angibt. Während des Druckmessungsfensters (W_P) wird von der Synchronisierungs-/Ablaufsteuerungsschaltung 226 ein anderes Datensignal ("Erfasse Druck") an den anderen Eingang des UND-Glieds 362 geliefert, so dass der/das Druck-Register/Zähler 234 mit dem Zählwert (den Daten) N_P beladen wird, der den gemessenen Druck angibt. Diese Signale werden dann für die obenbeschriebene Modulationsschaltung 246 über den Multiplexer 240 aus den Registern 232 und 234 herausgeschoben.
ERZEUGUNG ZUVERLÄSSIGER VERSORGUNGS- UND REFERENZSPANNUNGEN
Wie oben beschrieben wurde, sind die positiven (+) Eingänge (Anschlüsse) der Komparatoren 316a und 316b miteinander verbunden und auf eine Bezugs-"Bandabstands"-Spannung Vbg wie etwa 1,32 Volt festgelegt, die temperaturunabhängig ist. Wie ebenfalls oben erwähnt wurde, kann die Versorgungsspannung (Vdd) an der Leitung 309' als Vielfaches der Bezugs-Bandabstands-Spannung (Vbg) bereitgestellt sein, damit sie eine stabile Betriebsspannung für die Stromlenkungsschaltung 310 und den Kippgenerator 312 darstellt.
3B zeigt eine zum Erzeugen der Versorgungsspannung Vdd geeignete Schaltung 370. Eine temperaturunabhängige, berechenbare Bandabstandsspannung Vbg lässt sich auf der Grundlage der bei der Herstellung des IC-Chips angewandten Verarbeitungstechniken so, wie sie für den gewählten Prozess (z. B. CMOS) eigentümlich ist, ohne weiteres ableiten.
Diese Bandabstandsspannung Vbg wird dem "+"-Eingang eines Operationsverstärkers 372 bereitgestellt, der wie gezeigt in einer Rückführungsschleife verschaltet ist, die eine Verstärkung besitzt, um die Versorgungsspannung Vdd als Vielfaches der Bandabstandsspannung Vbg zu liefern.
BEISPIEL FÜR EINEN DATENSTROM
Wie oben erwähnt wurde, werden vom Transponder Informationen (Daten) in Form eines Datenstroms, wovon ein Abschnitt der Temperaturzählwert N_T ist, ein anderer Abschnitt der Druckzählwert N_P ist und ein weiterer Abschnitt der Zustand ("geschlossen" oder "geöffnet") des MTMS-Schalters (220) ist, an die Lese-/Abfrageeinrichtung gesendet. Die restlichen Abschnitte des Datenstroms können Informationen, die für einen gegebenen Transponder spezifisch sind, wie etwa seine ID-Information (z. B. die Seriennummer), Eichkonstanten und dergleichen enthalten.
3C zeigt einen beispielhaften Aufbau von Informationen, die (im Speicher) im Transponder gespeichert werden, sowie einen Datenstrom, der vom Transponder an die externe Lese-/Abfrageeinrichtung gesendet wird. Der Speicher des Transponderkerns 204 besitzt beispielsweise einen 144-Bit-Adressraum, der 119 (einhundertundneunzehn) Bits an programmierbarem Speicher und eine Adressstelle, die für den Zustand des MTMS-Schalters 200 reserviert ist umfasst, wobei diese 120 (einhundertundzwanzig) Bits an programmierbarem Speicher den EEPROM (136) bilden, zuzüglich zweier 12-Bit-Register 232 und 234.
Jedes der 199 programmierbaren Speicherbits kann einzeln mit einer beliebigen Datenkombination einschließlich Synchronisations-(SYNC)-Muster-Informationen, allgemeiner Daten, Fehlerprüfcodes und Temperatur- und Druck-Eichdaten beschrieben werden. Der EEPROM ist "blockweise" beschreibbar", was bedeutet, das im "Schreib"-Modus die gesamten 120 Bits des EEPROM mit einem logischen (binären) Wert "1" beschrieben werden. Einzelne Bits können durch bloßes Ansprechen des Chips unter seiner physikalischen Adresse und Versetzen des Chips in den "Lösch"-Modus "gelöscht" bzw. auf den logischen Wert "0" gesetzt werden. Der Adressort ist geschützt.
In diesem Beispiel sind die ersten zwölf Datenstellen (000..011) in ZEILE 1 für SYNC reserviert. Die nächsten einundsiebzig Datenstellen (012..082) in ZEILE 2 bis ZEILE 7 sind für allgemeine Informationen und einen Wert für einen Datenvalidierungsalgorithmus wie etwa CRC (Cyclic Redundancy Check). Die nächsten Datenstelle (083) enthält den Logikpegel (Zustand) des MTMS-Schalters 220. Ein logischer Wert "1" gibt an, dass der MTMS-Schalter geöffnet ist, während ein logischer Wert "0" angibt, dass der MTMS-Schalter geschlossen ist.
Die Transpondereinheit wird vor ihrem Einbau in einen Reifen in geeigneter Weise geeicht. Dies beinhaltet grundsätzlich das Bestimmen der Steilheit und der Achsenabschnitte für die vom Transponder erzeugten Temperatur- und Druckwerte in einem Versuchsraum und das Einprogrammieren dieser dem Transponder zugeordneten charakteristischen Eichwerte in den Speicher. Die nächsten zwölf Datenstellen (084..095) in ZEILE 8 speichern Temperatur-Eichdaten (z. B. Achsenabschnittsdaten) ("TEMPE-RATURKOMP"). Die nächsten zwölf Datenstellen (096..107) in ZEILE 9 speichern Druck-Eichdaten (z. B. Achsenabschnittsdaten) ("DRUCK-KOMP"). Die nächsten zwölf Datenstellen (108..113 und 114..119) in ZEILE 10 speichern Eich-Steilheitsinformationen für die Temperatur bzw. den Druck.
Es wurde festgestellt, dass charakteristische Werte für die Steilheit von N_T/ N_P oder das auf das Verhältnis von Temperaturzählwert zu Druckzählwert bezogene Ansprechverhalten in Bezug auf den Wert des Druckerfassungskondensators C_P linear sind/ist, wobei bei Verwendung dieses Verhältniswerts N_T/ N_P kein Temperaturkompensationsausdruck in einer zum Berechnen des Drucks verwendeten Gleichung erforderlich ist. Außerdem wurde festgestellt, dass der Verhältniswert N_T/N_P gegen Schwankungen der Kopplung zwischen der Lese-/Abfrageeinrichtung und dem Transponder weniger empfindlich ist, als wenn lediglich einer dieser Messwerte genommen würde. Somit wird durch Bestimmen (während der Eichung) und Speichern von Eichdaten für den Verhältniswert N_T/N_P im Transponder die Fähigkeit zur Bestimmung eines wahren Druckmesswerts, der relativ unempfindlich gegen Kopplungsschwankungen zwischen der Lese-/Abfrageeinrichtung und dem Transponder ist, sowohl vereinfacht als auch zuverlässiger gemacht. Dieser Eichwert für das Verhältnis N_T/N_P ist im Transponderspeicher gespeichert und in dem an die externe Lese-/Abfrageeinrichtung gesendeten Datenstrom enthalten.
Wenn, wie oben beschrieben wurde, Zählwerte N_T und N_P für die Temperatur und den Druck erzeugt werden, werden sie in ZEILE 11 und ZEILE 12 des Gesamtspeicherraums gespeichert, die den Temperatur- und Druck-Registern 312 bzw. 314 entsprechen. Es können verschiedene vorgegebene Werte gespeichert werden, um Überlauf- und Kurzschlusszustände anzuzeigen.
BETRIEBSFREQUENZEN UND MODULATION
Der Transponder der vorliegenden Erfindung ist auf keine bestimmte Betriebsfrequenz beschränkt. Die Wahl einer Betriebsfrequenz hängt weitgehend von Faktoren wie etwa der Stelle, an der Transponder in Bezug auf das Objekt, das er überwacht, angebracht ist, vom Ort der Leseeinrichtungsantenne (108) und von den relevanten gesetzlichen Vorschriften ab, die Datenübertragungen des hier dargelegten Typ in ausgewählten Abschnitten des gesamten HF-Frequenzspektrums zulassen (oder umgekehrt verbieten).
Geeignete Betriebsfrequenzen für den Betrieb des Transponders in den USA liegen beispielsweise zwischen 60 und 490 kHz.
Der Transponder kann durch die Lese-/Abfrageeinrichtung bei einer ersten "Abfrage"-Frequenz (Fi) abgefragt (und gespeist) werden, während der Datenstrom mit einer zweiten "Datenträger"-Frequenz (Fc), die zweckmäßigerweise ein ganzzahliges Vielfaches oder ein ganzzahliger Bruchteil der Abfragefrequenz ist, zur Lese-/Abfrageeinrichtung zurück übertragen werden kann. Beispielsweise: Fc = Fi/2. Andernfalls: Fc = Fi/4. Die Frequenz (Fc), mit der der Datenstrom zur Lese-/Abfrageeinrichtung zurück übertragen wird, ist von der Datenrate, die durch den Taktgenerator 224 und den Baudrate-Generator 248 festgelegt wird, unabhängig. Jedoch ist dem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung weitgehendst gehört, klar, dass der Bereich verfügbarer Baudraten üblicherweise wesentlich kleiner als die Abfragefrequenz (Fi) ist. Die Baudrate wird vorzugsweise aus der Abfragefrequenz (Fi), und zwar als ganzzahliger Bruchteil davon, abgeleitet. Beispielsweise kann die Baudrate auf Fi/32 festgelegt werden (ansonsten, falls Fc = Fi/2, kann die Baudrate auf Fi/16 festgelegt werden).
Die Abfragefrequenz (Fi) kann beispielsweise 125 kHz betragen, wobei der Datenträger (Fc) auf 62,5 kHz oder die halbe Abfragefrequenz festgelegt werden kann.
In einem weiteren Beispiel wurde eine Abfragefrequenz (Fi) von 13,56 kHz als geeignet empfunden.
Der Datenstrom wie etwa der mit Bezug auf 3C beschriebene exemplarische Datenstrom wird von der Modulationsschaltung 246 der Antenne 212 aufgedrückt und zur Lese-/Abfrageeinrichtung gesendet. Es liegt im Umfang dieser Erfindung, dass jedes geeignete Modulationsverfahren einschließlich der Amplitudenmodulation (AM), der Frequenzmodulation (FM), der Frequenzumtastung (FSK) und der Phasenumtastung (PSK) angewandt werden kann. Jedoch wird die Phasenumtastung (PSK) bevorzugt. Die Amplitudenmodulation ist für die digitale Übertragung nicht besonders gut geeignet. Frequenzmodulationsverfahren wie etwa FM oder FSK können im Hinblick auf die Ausbreitung des datenmodulierten Transponderausgangssignals durch das Medium Luftreifen etwas problematisch sein.
ERLANGUNG EINES TEMPERATURKOMPENSIERTEN DRUCK-MESS-WERTS
4 zeigt einen relevanten Teil des Leseabschnitts einer Lese-/Abfrageeinrichtung 400. Es sei ausdrücklich betont, dass der Transponder der vorliegenden Erfindung praktisch für den Gebrauch mit jeder geeignet konfigurierten Lese-/Abfrageeinrichtung geeignet ist. Die folgende Beschreibung ist auf allgemeine architekturbezogene Funktionen, die in der Lese-/Abfrageeinrichtung ausgeführt werden, beschränkt. Ein Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Erfindung weitgehendst gehört, ist in der Lage, von der hier dargelegten Beschreibung ausgehend diese Funktionen in einer anderweitigen "allgemeinen" Lese-/Abfrageeinrichtung zu implementieren.
Das datenmodulierte Transponderausgangssignal wird von der Antenne 410 (vergleiche 210) der Lese-/Abfrageeinrichtung 400 (vergleiche 200) empfangen. Das empfangene Signal wird in einer Demodulations-/Decodierungsschaltung 420 (DEMODULATION/DECODIERUNG) demoduliert und decodiert, damit die verschiedenen Abschnitte des Datenstroms sauber voneinander getrennt werden können. Die Daten, die sich auf die Temperatur- und Druckeichung beziehen (TEMPERATURKOMP, DRUCKKOMP, TEMPERATUR/ DRUCK-STEILHEITEN), der Temperaturzählwert (N_T) und der Druckzählwert (N_P) werden an eine Arithmetik-Logik-Einheit 422 geschickt, die zur Erzeugung eines wahren, temperaturkompensierten Drucksignals ("DRUCK") auf einer Leitung 423 zur Anzeige 412 (vergleiche 112) sowie eines geeichten Temperatursignals ("TEMPERATUR") auf der Leitung 423 geeignet ist. Diese Informationen können dem Benutzer entweder wahlweise oder gleichzeitig mit anderen relevanten Informationen wie etwa dem Zustand des MTMS-Schalters 200 sowie den Daten (DATEN), die sich auf die Reifenkennung und dergleichen beziehen, angezeigt werden.
Obwohl die Erfindung in Kombination mit ihren Ausführungsformen beschrieben worden ist, sind für den Fachmann im Lichte der vorangehenden Lehren viele Alternativen, Abwandlungen und Änderungen möglich. Daher soll die Erfindung alle derartigen Alternativen, Abwandlungen und Änderungen, so weit sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, umfassen.

Claims

Passiver Transponder (200) in Kombination mit einem Luftreifen (104), wobei der Transponder im Luftreifen angeordnet ist und umfasst: eine Antenne (212); eine Modulationsschaltung (246), die funktional mit der Antenne verbunden ist, um eine HF-Signalausgabe für den Transponder zu bilden; einen Temperatursensor (Q1, Rext, 216) zum Erfassen der Temperatur (T) im Reifen; einen Drucksensor (C_P, 218) zum Erfassen des Drucks (P) im Reifen; eine Synchronisiereinheit (226), die ein erstes Zeitfenster (W_T), während dessen die Temperatur gemessen wird, und ein zweites Zeitfenster (W_P), während dessen der Druck gemessen wird, erzeugt; ein Temperatur-Register (232) zum Erfassen erster Daten (N_T), die die Temperatur im Reifen angeben; ein Druck-Register (234) zum Erfassen zweiter Daten (N_P), die den Druck im Reifen angeben; wobei die Modulationsschaltung die ersten Daten als ersten Abschnitt eines Datenstroms einem Signal aufprägt, das vom Transponder ausgegeben wird, und die zweiten Daten als zweiten Abschnitt des Datenstroms dem Signal aufprägt, das vom Transponder ausgegeben wird, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass der Transponder (200) ein passiver Transponder ist; eine Gleichrichterschaltung (222, 302), die mit der Antenne verbunden ist, um aus einem von der Antenne empfangenen HF-Signal elektrische Energie für die anderen Komponenten des Transponders zu gewinnen; einen Oszillator (254, 312), der ein Signal (Focs') ausgibt, das während des ersten Zeitfensters eine erste Frequenz, die kennzeichnend für die Temperatur im Reifen ist, und während des zweiten Zeitfensters eine zweite Frequenz, die kennzeichnend für den Druck im Reifen ist, aufweist; und eine Register/Zähler-Schaltung (230), die die Schwingungen des Oszillatorsignals währenddes ersten Zeitfensters zählt, um die ersten Daten im ersten Register aufzuzeichnen, und die die Schwingungen des Oszillatorsignals während des zweiten Zeitfensters zählt, um die zweiten Daten im zweiten Register aufzuzeichnen.
Transponder nach Anspruch 1, wobei die ersten Daten (N_T) proportional zur Temperatur sind; und die zweiten Daten (N_P) proportional sowohl zur Temperatur als auch zum Druck sind und wobei das Verhältnis (N_T/N_P) der ersten Daten zu den zweiten Daten lediglich eine Funktion des Drucks ist.
Transponder nach Anspruch 1, wobei sowohl die erste als auch die zweite Frequenz des Oszillatorausgangssignals (Fosc') proportional zur Temperatur sind.
Transponder nach Anspruch 1, wobei das vom Transponder ausgegebene Signal ein HF-Signal ist und über eine Antenne (212) gesendet wird.
Transponder nach Anspruch 4, wobei die Antenne aus der Gruppe gewählt ist, die aus Spulenantenne, Ringantenne und Dipolantenne besteht.
Transponder nach Anspruch 1, der einen Übertemperatursensor (MTMS 220) enthält, der dritte Daten liefert, die einen Übertemperaturzustand angeben; wobei die Modulationsschaltung die dritten Daten einem dritten Abschnitt des Datenstroms auf dem vom Transponder ausgegebenen Signal aufprägt.
Transponder nach Anspruch 1, wobei die Zeitperiode (T_W, Zeitpunkt t0 bis Zeitpunkt t₁) des ersten Zeitfensters (W_T) und die Zeitperiode (T_W, Zeitpunkt t₁ bis Zeitpunkt t2) des zweiten Zeitfensters (W_P) auf eine unterschiedliche Dauer eingestellt werden, wodurch die Auflösung der Zählwerte der einen von den ersten und zweiten Daten (N_T, N_P) in Bezug auf die Auflösung der Zählwerte der anderen von den ersten und zweiten Daten eingestellt wird.
Transponder nach Anspruch 1, der eine Basis-Emitter-Spannungin-Strom-Umsetzungsschaltung (250) enthält, die einen Temperatursensor umfasst und einen Strom (I(T)) an den Oszillator ausgibt, wobei der Strom proportional zur Temperatur ist; und wobei eine Frequenz (Fosc') des Oszillatorausgangssignals proportional zu dem vom Temperatursensor ausgegebenen Strom ist.
Transponder nach Anspruch 1, der eine Stromskalierungsschaltung (310) enthält, die zwischen dem Temperatursensor und dem Oszillator angeordnet ist, um einen vom Temperatursensor ausgegebenen Strom (I(T)) mit dem Faktor 1/N zu skalieren und einen skalierten Strom (I(T)/N) an den Oszillator zu liefern.
Transponder nach Anspruch 9, wobei die Stromskalierungsschaltung ein Stromspiegel ist, der zwei Transistoren (P5, P6) umfasst, die verschiedene Flächen aufweisen, wobei einer der beiden Transistoren der Fläche nach "N"-mal größer als der andere der beiden Transistoren ist.
Transponder nach Anspruch 1, wobei der Oszillator ein Kippgenerator ist, der einen ersten Phasenweg (314a) und einen zweiten Phasenweg (314b) besitzt.
Transponder nach Anspruch 11, umfassend einen ersten Kondensator (C_FX1) mit festem Wert, der im ersten Phasenweg angeordnet ist; und einen zweiten Kondensator (C_FX2) mit festem Wert, der im zweiten Phasenweg angeordnet ist.
Transponder nach Anspruch 12, wobei der Kippgenerator einen 50%-Arbeitszyklus besitzt.
Transponder nach Anspruch 11, wobei der Drucksensor ein Kondensator (C_P, 218) mit veränderlichem Wert ist, der während des zweiten Zeitfensters in einen der ersten und zweiten Phasenwege, parallel zu einem entsprechenden der ersten und zweiten Kondensatoren mit festem Wert geschaltet (350) ist.
Transponder nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor, der Oszillator, die Synchronisiereinheit, das Temperatur-Register, das Druck-Register und die Modulationsschaltung in einem einzigen Chip (202) in integrierter Schaltungsbauweise untergebracht sind.
Transponder nach Anspruch 15, wobei sich der Drucksensor außerhalb des IC-Chips befindet.
Transponder nach Anspruch 1, wobei zum Aufprägen des Datenstroms durch die Modulationsschaltung (246) auf die Antenne (212) ein Modulationsverfahren verwendet wird, das aus der Gruppe der Verfahren: Amplitudenmodulation (AM), Frequenzmodulation (FM), Frequenzumtastung (FSK) und Phasenumtastung (PSK) ausgewählt ist.
Transponder nach Anspruch 1 und 6, der eine Schaltungsanordnung umfasst, die die erfassten ersten Daten (N_T) und zweiten Daten (N_P) sowie dritte Daten, die einen Übertemperaturzustand angeben, durch Modulation mit Phasenumtastung (PSK) einem Signal aufprägt, das mit einer zweiten Frequenz, die sich von der Frequenz des von der Antenne empfangenen HF-Signals unterscheidet, an die externe Lese-/Abfrageeinrichtung zurück übertragen wird.
Verfahren zum Messen des Drucks in einem Luftreifen (104), umfassend: Vorsehen eines HF-Transponders (200) im Reifen, wobei der HF-Transponder einen Temperatursensor (Q1, Rext, 216) und einen Drucksensor (C_P, 218) umfasst; Vorsehen einer Synchronisiereinheit (226), die ein erstes Zeitfenster (W_T), während dessen die Temperatur gemessen wird, und ein zweites Zeitfenster (W_P), während dessen der Druck gemessen wird, erzeugt; Vorsehen eines Oszillators (254, 312), der ein Signal (Focs') ausgibt, das während des ersten Zeitfensters eine erste Frequenz, die proportional zur Temperatur im Reifen ist, und während des zweiten Zeitfensters eine zweite Frequenz, die proportional sowohl zur Temperatur als auch zum Druck im Reifen ist, aufweist; Vorsehen eines Temperatur-Registers (232) zum Erfassen erster Daten (N_T), die die Temperatur im Reifen angeben; Vorsehen eines Druck-Registers (234) zum Erfassen zweiter Daten (N_P), die den Druck im Reifen angeben; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Speisen des Transponders (200) aus dem HF-Signal von einer externen Lese-/Abfrageeinrichtung (100); Zählen der Schwingungen des Oszillatorsignals (Fosc') während des ersten Zeitfensters, um die ersten Daten im Temperatur-Register (232) aufzuzeichnen; Zählen der Schwingungen des Oszillatorsignals (Fosc') während des zweiten Zeitfensters, um die zweiten Daten im Druck-Register (234) aufzuzeichnen; Übertragen der ersten Daten in Form eines Temperaturzählwerts (N_T) und der zweiten Daten in Form eines Druckzählwerts (NP) und Bestimmen eines lediglich auf den Druck bezogenen Messwerts durch Teilen des Temperaturzählwerts durch den Druckzählwert (N_T/ N_P).
Verfahren nach Anspruch 19, das die Speicherung im Transponder von Eichdaten umfasst, die sich auf ein ins Verhältnis gesetztes Ansprechverhalten von Temperaturzählwert zu Druckzählwert beziehen und während der Eichung des Transponders bestimmt worden sind.
Verfahren nach Anspruch 19, das die Übertragung von Eichdaten umfasst, die sich auf ein ins Verhältnis gesetztes Ansprechverhalten von Temperaturzählwert zu Druckzählwert beziehen und während der Eichung des Transponders bestimmt und im Transponder gespeichert worden sind.