ES2349726T3 - Sintonización de un lector rfid con conmutadores electrónicos. - Google Patents
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Abstract
Lector para un sistema RFID que comprende: un excitador de señales (56) para generar una señal de excitación y un circuito resonante (58) que presenta un circuito de sintonización de capacitancia (36) y una antena transmisora (34) acoplada con dicho circuito de sintonización de capacitancia para transmitir dicha señal de excitación que presenta una frecuencia portadora en el espacio que rodea dicha antena transmisora, en forma de un campo magnético que tiene una intensidad de campo, en el que dicho circuito de sintonización de capacitancia comprende un condensador (38, 42, 47, 49), que tiene una capacitancia, y un conmutador de condensador (40, 44, 46 48, 50), que presenta una posición abierta y una posición cerrada, caracterizado porque dicho conmutador de condensador es un relé de estado sólido que comprende un transistor de efecto de campo (60), un primer diodo de conmutación (62) dispuesto en serie con dicho transistor de efecto de campo, un segundo diodo de conmutación (64) dispuesto en paralelo con dicho primer diodo de conmutación (62) y dicho transistor de efecto de campo (60) y con una orientación direccional opuesta con el primer diodo de conmutación (62), un primer terminal de conmutación (66) acoplado con dicho transistor de efecto de campo, un segundo y un tercer terminales de conmutación (68 y 70) acoplados en paralelo uno con respecto al otro mediante una primera trayectoria paralela que comprende dicho transistor de efecto de campo y dicho primer diodo de conmutación en serie y mediante una segunda trayectoria paralela que comprende dicho segundo diodo de conmutación.
Description
Sintonización de un lector RFID con conmutadores
electrónicos.
La presente invención se refiere en general a
los sistemas RFID, particularmente a la estructura y funcionamiento
de un lector y un transpondedor asociado de un sistema RFID y más
particularmente a la estructura y funcionamiento de un lector que
presenta una capacitancia de sintonización ajustable para mejorar el
alcance del lector en la comunicación con el transpondedor.
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Los sistemas de identificación por
radiofrecuencia (RFID) suelen comprender por lo menos un lector y
una pluralidad de transpondedores, que habitualmente adoptan la
forma de documentos de identidad, tarjetas, etiquetas, etc. El
transpondedor puede ser un dispositivo de comunicación por
radiofrecuencia activo o pasivo que está directamente unido o
incorporado a un artículo que el lector debe identificar o
caracterizar de alguna manera. Como alternativa, el transpondedor
puede estar incorporado a un sustrato portátil, tal como una tarjeta
o una etiqueta, que es transportado por la persona a quien el
lector debe identificar o caracterizar de alguna manera. Un
transpondedor activo es accionado por su propia fuente de
alimentación interna, tal como una batería, que suministra la
energía de funcionamiento para los circuitos del transpondedor. En
cambio, un transpondedor pasivo se caracteriza por ser dependiente
de la energía del lector. El lector "excita" o acciona el
transpondedor pasivo transmitiendo, en el espacio que rodea al
lector, unas señales de excitación de frecuencia determinada que
son recibidas por el transpondedor y aportan la energía para el
funcionamiento de los circuitos del transpondedor receptor.
Los circuitos resonantes cooperativos de los que
están provistos cada lector y cada transpondedor permiten la
comunicación entre el lector y el transpondedor. El circuito
resonante de un lector comprende habitualmente un inductor y un
condensador. El condensador está acoplado en serie entre el inductor
y un excitador de señales. El inductor suele adoptar la forma de
una bobina de antena que es capaz de acoplarse magnéticamente con un
inductor del circuito resonante de un transpondedor compatible a
través de inductancia mutua. La comunicación se inicia cuando se
sitúa un transpondedor cerca del lector. El lector presenta una
fuente de alimentación que conduce una corriente hasta el circuito
resonante del lector, que provoca la generación por la antena del
lector de una señal de excitación en forma de un campo
electromagnético. La señal de excitación se acopla con la antena
del transpondedor situado cerca del lector a través de la
inductancia mutua, y la señal de excitación se activa
proporcionando el impulso de reloj para los circuitos del
transpondedor, que entonces entra en funcionamiento.
Las funciones del transpondedor comprenden la
generación de una señal de respuesta a una frecuencia específica y
la transmisión de la señal de respuesta resultante del transpondedor
al lector. En particular, el circuito resonante del transpondedor
recibe una corriente como respuesta a la señal de excitación que
causa la generación por la antena del transpondedor de una señal de
respuesta en forma de campo electromagnético. La señal de respuesta
se acopla a través de inductancia mutua con la antena del lector de
una manera sustancialmente igual a la descrita anteriormente con
respecto al acoplamiento de la señal de excitación con la antena del
transpondedor.
El transpondedor modula la señal de respuesta
para codificar los datos almacenados en la memoria de los circuitos
del transpondedor en la señal de respuesta. Cuando la señal de
respuesta se acopla con la antena del lector, se induce una tensión
eléctrica correspondiente en la antena del lector a la frecuencia
especificada. El lector procesa la tensión eléctrica inducida para
leer los datos codificados en la señal de respuesta. Los datos
resultantes se pueden transmitir a un dispositivo de salida, tal
como una pantalla, una impresora o un dispositivo de memoria y, de
forma simultánea o alternativa, se pueden transmitir a un ordenador
principal, si lo hubiera y éste estuviera conectado en red en el
sistema RFID.
Un parámetro operativo importante del lector es
el alcance del lector cuando se está comunicando con un
transpondedor. El alcance del lector se ve fuertemente afectado,
entre otras cosas, por la intensidad del campo electromagnético
generado por el circuito resonante del lector. Para generar una
intensidad de campo que dote al lector del rango adecuado, el
diseñador del lector debe establecer bien las características del
circuito resonante para que esté correctamente sintonizado con una
frecuencia predeterminada para la aplicación deseada del sistema
RFID.
Las características del entorno operativo en el
que se encuentra el lector a menudo alteran el alcance éste. En un
caso común, en el que el lector está montado en un lugar fijo sobre
una estructura de apoyo, el alcance del lector es sensible a los
materiales del lugar de instalación y otros objetos situados dentro
del entorno operativo. Por ejemplo, si el lugar de instalación del
lector se halla en un entorno operativo que comprende un metal
cercano, el metal puede desintonizar el circuito resonante del
lector con respecto a la frecuencia predeterminada y reducir
drásticamente el alcance del lector. La presencia en el entorno
operativo del lector de uno o más transpondedores que presentan
variaciones en sus respectivos circuitos resonantes debido a
tolerancias de fabricación imprecisas puede provocar la
desintonización del circuito resonante del lector. Las tolerancias
de fabricación imprecisas del circuito resonante del lector también
pueden desintonizar el circuito resonante del lector.
Una manera de superar los problemas mencionados
anteriormente consiste en dotar al circuito resonante del lector de
una capacidad de sintonización ajustable, para sintonizar de ese
modo el circuito resonante del lector desintonizado como
consecuencia de variaciones en su entorno operativo. Así pues, la
presente invención reconoce la necesidad de disponer de un lector
de sistema RFID que sea adaptable a las variaciones del entorno
operativo. En consecuencia, el objetivo general de la presente
invención es proporcionar un sistema RFID provisto de un lector que
presente características de rendimiento satisfactorias y que al
mismo tiempo se ajuste a las variaciones de un determinado entorno
operativo de sistema. Más particularmente, uno de los objetivos de
la presente invención consiste en ofrecer un lector que alcance un
nivel de rendimiento uniformemente satisfactorio cuando dicho
lector se emplea en entornos operativos diferentes. Otro objetivo de
la presente invención consiste en ofrecer un lector provisto de un
circuito resonante que se autorresintoniza automáticamente para
mantener el nivel de rendimiento deseado como respuesta a las
variaciones del entorno operativo del lector. Estos y otros
objetivos se alcanzan de conformidad con la presente invención
descrita en la presente memoria.
En el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 10,
se hace referencia al documento
US-A-5 491 715.
La presente invención está establecida en las
reivindicaciones 1 y 10.
Los dibujos y la descripción detallada
siguientes permiten lograr una mejor comprensión de la presente
invención.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema RFID en el que se emplea un lector.
La figura 2 es una vista esquemática de un
generador de señales de lector que comprende un circuito de
sintonización de capacitancia que tiene utilidad en el lector de la
figura 1.
La figura 3 es una vista esquemática de un
conmutador de relé de estado sólido empleado en el circuito de
sintonización de capacitancia de la figura 2.
La figura 4 es una vista esquemática de un
generador de señales de lector que comprende un par de circuitos de
sintonización de capacitancia que tienen utilidad en el lector de la
figura 1.
Las formas de realización de la presente
invención se ilustran a título de ejemplo no limitativo en las
figuras citadas anteriormente, en las que se utilizan caracteres de
referencia similares para identificar elementos iguales o
similares. Debe tenerse en cuenta que las expresiones "forma de
realización", "forma de realización alternativa", "forma
de realización preferida" o similares utilizadas en la presente
memoria no hacen referencia necesariamente a la misma forma de
realización.
Haciendo referencia primeramente a la Figura 1,
se representa una forma de realización conceptualizada de un
sistema RFID designado de manera general por el número de referencia
10. El sistema RFID 10 comprende un transpondedor 12 y un lector
14. El transpondedor 12 es preferentemente un dispositivo pasivo,
que no está acoplado físicamente a una fuente de alimentación
eléctrica. La energía eléctrica necesaria para activar el
transpondedor 12 se suministra indirectamente al transpondedor 12
mediante ondas electromagnéticas que se propagan con regularidad a
través del espacio libre 16 desde el lector 14 hasta el
transpondedor 12. El transpondedor 12 sólo es operativo cuando
recibe, desde el lector 14, ondas electromagnéticas de una
frecuencia particular y suficiente intensidad para activar el
transpondedor 12.
El transpondedor 12 comprende un circuito
integrado (CI) del transpondedor 18 y una antena del transpondedor
20 acoplada al CI del transpondedor 18. La antena del transpondedor
20 está constituida por una única bobina convencional que realiza
tanto la función de recepción como la de transmisión del
transpondedor 12. Por consiguiente, se dice que la antena del
transpondedor 20 es una "antena de doble función". No obstante,
la presente invención no se limita a un sistema RFID provisto de un
transpondedor con una antena de transpondedor de doble función.
Otra posibilidad que abarca la presente invención es la de los
sistemas RFID que presentan un transpondedor con antenas de
recepción y transmisión separadas, que realizan por separado las
funciones de recepción y transmisión del transpondedor.
El CI del transpondedor 18 es preferentemente un
CI personalizado que satisface esencialmente el resto de las
funciones necesarias del transpondedor, tal como el transpondedor
dado a conocer en las patentes US n.^{os} 4.730.188 de Milheiser
(la patente '188) y 5.541.574 de Lowe et al. (la patente
'574). El transpondedor 12 opcionalmente, aunque preferentemente,
comprende un condensador de sintonización del transpondedor 22
acoplado con el CI del transpondedor 18 y la antena del
transpondedor 20. La antena del transpondedor 20, asociada con el
condensador de sintonización del transpondedor 22 (si lo hubiera),
define el circuito resonante del transpondedor. La frecuencia
portadora del transpondedor 12 se determina seleccionando una antena
y opcionalmente un condensador de sintonización para el
transpondedor 12 sintonizado a la frecuencia portadora, que
habitualmente es de 125 kHz o de 13,56 MHz.
Debe tenerse en cuenta que la presente invención
no está limitada a cualquier tipo particular de transpondedor, sino
que es aplicable de manera general a la mayoría de tipos
convencionales de transpondedores que tienen utilidad en los
sistemas RFID. Entonces, por ejemplo, el transpondedor 12
seleccionado puede ser una tarjeta de proximidad, una etiqueta de
proximidad, una tarjeta inteligente o un dispositivo similar. Debe
tenerse en cuenta además que el sistema RFID 10 no se limita a los
sistemas RFID que presentan sólo uno transpondedor y un lector como
el representado. El presente sistema RFID 10 se muestra de esta
forma para facilitar la descripción, principalmente. En la
práctica, los sistemas RFID que tienen utilidad en la presente
invención suelen comprender cualquier número de transpondedores
compatibles y también pueden comprender una pluralidad de lectores
compatibles.
El lector 14 comprende un generador de señales
de lector 24, los componentes electrónicos del receptor del lector
26, un microcontrolador del lector 28, una interfaz de
entrada/salida (E/S) del lector 30, una fuente de alimentación del
lector 32 y una antena del lector 34. La fuente de alimentación del
lector 32 es una fuente de alimentación eléctrica finita del lector
14 que es independiente (interna), tal como una batería portátil
relativamente pequeña que consta de una o más pilas secas
desechables o recargables. Como alternativa, el lector 14 puede
activarse con una fuente de alimentación que está conectada por
cable con una fuente de alimentación eléctrica remota esencialmente
infinita, tal como una compañía eléctrica.
El generador de señales de lector 24 está
acoplado con el microcontrolador del lector 28 para generar ondas
electromagnéticas de relativamente baja energía denominadas
"señales de llamada" o "señales de detección" y para
generar ondas electromagnéticas de relativamente alta energía
denominadas "señales de excitación" bajo la dirección del
microcontrolador del lector 28. El generador de señales de lector
24 también está acoplado con la antena del lector 34 para transmitir
a través del espacio libre 16 las señales de detección y excitación
desde el lector 14 para que las reciba cualquier transpondedor
cercano que esté sintonizado con la misma frecuencia del lector
14.
Las señales de detección y excitación
transmitidas desde el lector 14 habitualmente tienen un alcance
limitado debido a las restricciones de tamaño y potencia del lector
14. Por lo tanto, el lector 14 y el transpondedor 12 del sistema
RFID 10 sólo son simultáneamente operativos cuando el transpondedor
12 está dentro del alcance del lector 14 y, más particularmente,
cuando el lector 14 y el transpondedor 12 están situados en
proximidad relativa uno del otro, de tal forma que el transpondedor
12 recibe, desde el lector 14, señales de excitación de suficiente
intensidad y frecuencia adecuada para activar el transpondedor
12.
En la mayoría de los sistemas RFID
convencionales, la posición del lector es estacionaria (es decir,
constante) en relación con el entorno circundante, mientras que la
posición del transpondedor es transferible (es decir, variable)
dentro del entorno circundante. En dichos casos, el usuario del
sistema RFID desplaza el transpondedor portátil hasta situarlo en
relativa proximidad al lector estacionario para permitir el
funcionamiento simultáneo del transpondedor y el lector. En algunos
sistemas RFID convencionales, sin embargo, la posición del lector
puede ser transferible en relación con el entorno circundante,
mientras que la posición del transpondedor es transferible o
estacionaria. En el caso de un lector portátil y un transpondedor
estacionario, el usuario desplaza el lector portátil hasta situarlo
en proximidad relativa al transpondedor estacionario para permitir
el funcionamiento simultáneo del transpondedor y el lector. En el
caso de un lector portátil y un transpondedor portátil, el usuario
puede desplazar el lector portátil y el transpondedor portátil hasta
situarlos en relativa proximidad uno del otro para permitir el
funcionamiento simultáneo del transpondedor y el lector. La presente
invención no está limitada a ninguna de las configuraciones de
sistema RFID citadas anteriormente.
El generador de señales de lector 24
inicialmente funciona en modalidad de detección del transpondedor
bajo la dirección del microcontrolador del lector 28. La modalidad
de detección del transpondedor es un estado de funcionamiento a
potencia reducida que se alcanza derivando periódicamente una
corriente eléctrica reducida de la fuente de alimentación del
lector 32 hacia el generador de señales de lector 24, que entonces
genera periódicamente señales de detección que contienen datos
analógicos como consecuencia de la corriente eléctrica reducida.
Las señales de detección, que son suficientemente intensas para
poner en funcionamiento cualquier transpondedor 12 situado en el
espacio abierto 16 que rodea el lector 14, se transmiten
periódicamente desde el lector 14 y se propagan en el espacio
abierto 16. Las señales de detección propagadas que regresan al
lector 14 por medio de la antena del lector 34 son supervisadas y
evaluadas por el lector 14 cuando está operando en la modalidad de
detección del transpondedor.
Las funciones de supervisión y evaluación están
integradas en el microcontrolador del lector 28, que es
preferentemente un dispositivo de chip único. Los componentes
electrónicos del receptor del lector 26, como el generador de
señales de lector 24, están acoplados con el microcontrolador del
lector 28 así como con la antena del lector 34. La figura 1
representa una forma de realización de los circuitos del lector, en
la que un extremo de la antena del lector 34 está acoplado con el
generador de señales de lector 24, mientras que el otro extremo de
la antena del lector 34 está acoplado con los componentes
electrónicos del receptor del lector 26. Como alternativa, el
acoplamiento del generador de señales de lector 24 y los componentes
electrónicos del receptor del lector 26 con el mismo extremo de la
antena del lector 34 entra dentro de la competencia de los expertos
en la materia. De este modo, las señales se activan y se reciben en
el mismo extremo de la antena del lector 34. También está dentro
del alcance de la presente invención el acoplamiento del generador
de señales de lector 24 con ambos extremos de la antena del lector
34, y el acoplamiento simultáneo de los componentes electrónicos
del receptor del lector 26 con uno o ambos de los extremos de la
antena del lector 34. La presente invención no está limitada a
ninguna de las configuraciones de acoplamiento de la antena citadas
anteriormente.
Las funciones de la modalidad de detección del
transpondedor son facilitadas por lo menos en parte por el software
o firmware específico comprendido en el microcontrolador del lector
28. El microcontrolador del lector 28 convierte los datos
analógicos de las señales de detección en datos digitales, determina
los cambios de grado o los cambios de tipo en los datos digitales y
determina además qué cambios de los datos digitales corresponden a
cambios de uno o más parámetros de detección seleccionados, tales
como la tasa de atenuación o la tensión eléctrica de las señales de
detección. Los cambios en uno o más de los parámetros seleccionados
indican la presencia de un transpondedor 12 a una frecuencia
determinada en el espacio abierto 16.
Cuando el microcontrolador del lector 28 detecta
un transpondedor 12, el generador de señales de lector 24 conmuta
desde la modalidad de detección del transpondedor hasta la modalidad
de excitación del transpondedor de una potencia de funcionamiento
incrementada. La conmutación del generador de señales de lector 24 a
la modalidad de excitación interrumpe la generación periódica de
las señales de detección de frecuencia determinada y causa la
extracción por el generador de señales de lector 24 de una cantidad
incrementada de corriente eléctrica de la fuente de alimentación
del lector 32. La extracción incrementada de corriente eléctrica en
la modalidad de excitación permite al generador de señales de
lector 24 generar una señal de excitación de la frecuencia
determinada bajo la dirección del microcontrolador del lector 28. La
señal de excitación adopta la forma de una onda electromagnética,
que tiene suficiente intensidad para activar el transpondedor 12.
Cuando el transpondedor 12 o el lector 14 se desplazan hasta una
posición cercana en la que la distancia entre el lector 14 y el
transpondedor 12 se halla dentro del alcance de recepción de
señales de excitación de la antena del transpondedor 20, la antena
del transpondedor 20 recibe la señal de excitación con suficiente
intensidad para activar el CI del transpondedor 18 y activar de ese
modo el transpondedor 12.
Tras la activación, el CI del transpondedor 18
genera una señal de comunicación denominada "señal de datos del
transpondedor" que contiene información legible (es decir, datos
digitales) copiados u obtenidos de alguna forma de la memoria del
CI del transpondedor 18. La señal de datos del transpondedor adopta
la forma de una onda electromagnética como la señal de excitación.
El transpondedor 12 transmite la señal de datos del transpondedor
en el espacio abierto 16 del entorno externo por medio de la antena
del transpondedor 20.
La antena del lector 34 representada es una
bobina convencional que actúa como una única antena de doble
función, que realiza las funciones de recepción y transmisión del
lector 14. En particular, la antena del lector 34 recibe las
señales de detección y las señales de datos del transpondedor desde
el espacio abierto 16 y transmite las señales de detección y
excitación en el espacio abierto 16. No obstante, la presente
invención no está limitada a los sistemas RFID que presentan un
lector con antenas de doble función. La presente invención abarca
también los sistemas RFID que presentan un lector con antenas de
recepción y transmisión independientes, que realizan por separado
la función de recepción de la señal de datos y la señal de detección
desde el transpondedor del lector y la función de transmisión de la
señal de detección y la señal de excitación del lector. En otra
alternativa, en la que el lector está provisto de antenas de
recepción y transmisión separadas, las antenas de transmisión del
lector son capaces de adaptarse para actuar como antenas de doble
función (es decir, de recepción y transmisión) sólo con respecto a
las señales de detección, mientras que con respecto a las señales
de datos del transpondedor las antenas de transmisión y recepción
del lector funcionan por separado.
Los componentes de lectura de la señal de datos
del transpondedor y sus correspondientes funciones están integrados
en el microcontrolador del lector 28 junto con los componentes de
detección del transpondedor y los componentes de activación de la
modalidad de excitación y las correspondientes funciones descritas
anteriormente. Las funciones de lectura de la señal de datos del
transpondedor se obtienen en parte mediante un tipo de firmware
específico comprendido en el microcontrolador del lector 28. Los
componentes electrónicos del receptor 26 reciben las señales de
datos del transpondedor para cualquiera de las velocidades de
transmisión de datos y tipos de modulación de una pluralidad desde
la antena del lector 34 y "acondicionan" las señales de datos
del transpondedor. El microcontrolador del lector 28 demodula las
señales de datos acondicionadas del transpondedor de conformidad
con el respectivo tipo de modulación de la señal para leer los datos
de las señales. A continuación, los datos resultantes pueden
enviarse a un dispositivo externo (no representado), tal como un
ordenador principal central, por medio de la interfaz E/S 30.
El generador de señales de lector 24 de la
presente invención se caracteriza más particularmente por presentar
un circuito de sintonización de capacitancia que emplea uno o más
condensadores y conmutadores asociados descritos más adelante. El
circuito de sintonización de capacitancia está acoplado con la
antena del lector 34 y, en combinación con la antena del lector 34,
define un circuito resonante del lector que presenta una frecuencia
resonante sintonizable (una frecuencia portadora sintonizable). A
continuación se representa y describe, con referencia a la figura
2, una forma de realización particular de un generador de señales de
lector 24 que presenta un circuito de sintonización de capacitancia
36. El circuito de sintonización de capacitancia 36 comprende un
primer condensador en paralelo (o en derivación) 38 que presenta un
primer conmutador de condensador en paralelo (o en derivación)
asociado 40, un segundo condensador en paralelo (o en derivación) 42
que presenta un segundo conmutador de condensador en paralelo (o en
derivación) asociado 44, un primer condensador en serie 45 que
presenta un primer conmutador de condensador en serie asociado 46,
un segundo condensador en serie 47 que presenta un segundo
conmutador de condensador en serie asociado 48 y un tercer
condensador en serie 49 que presenta un tercer conmutador de
condensador en serie asociado 50.
El generador de señales de lector 24 comprende
además una fuente de señales CA 54 y un excitador de señales 56 que
son funcionalmente y estructuralmente similares a los dados a
conocer en las patentes '188 y '574. La fuente de señales CA 54 y
el excitador de señales 56 están acoplados en serie con el circuito
de sintonización de capacitancia 36, que a su vez está conectado
con la antena del lector 34. La antena del lector 34 en combinación
con el circuito de sintonización de capacitancia 36 constituye el
circuito resonante del lector 58. Más particularmente, el primer,
el segundo y el tercer condensadores en serie 45, 47, 49 están
situados antes del primer y el segundo condensadores en paralelo 38
y 42 acoplados entre el excitador de señales 56 y el primer y el
segundo condensadores en paralelo 38 y 42. El primer y el segundo
condensadores en serie 45 y 47 están colocados individualmente en
paralelo uno en relación con el otro. El primer y el segundo
condensadores en paralelo 38 y 42 están acoplados entre el primer y
el segundo condensadores en serie 45 y 47 y la antena del lector 34.
El primer y el segundo condensadores en paralelo 38 y 42 están
asimismo individualmente colocados en paralelo uno en relación con
el otro.
Cada conmutador de condensador 40, 44, 46, 48,
50 presenta una posición abierta y una posición cerrada y puede ser
sometido selectivamente a una transición entre la posición abierta y
la posición cerrada bajo control de un controlador del conmutador.
Cuando el primer conmutador de condensador en paralelo 40 se halla
en la posición cerrada, se carga toda la capacitancia del primer
condensador en paralelo 38 en el circuito resonante del lector 58,
incrementándose de ese modo la capacitancia del circuito resonante
del lector 58 en correspondencia idéntica con la capacitancia del
primer condensador en paralelo 38 (suponiendo que el conmutador es
perfecto o ideal). Análogamente, cuando alguno de los conmutadores
restantes 44, 46, 48 ó 50 se halla en la posición cerrada, toda la
capacitancia del condensador asociado 42, 45, 47 ó 49 se carga en el
circuito resonante del lector 58, incrementándose de ese modo la
capacitancia del circuito resonante del lector 58 en correspondencia
idéntica con la capacitancia del condensador asociado 42, 45, 47 ó
49 (suponiendo que el conmutador es perfecto o ideal).
Por el contrario, cuando el primer conmutador de
condensador en paralelo 40 se halla en la posición abierta, toda la
capacitancia del primer condensador en paralelo 38 se descarga del
circuito resonante del lector, reduciéndose de ese modo la
capacitancia del circuito resonante del lector 58 en correspondencia
idéntica con la capacitancia del primer condensador en paralelo 38
(suponiendo que el conmutador es perfecto o ideal). Análogamente,
cuando alguno de los restantes conmutadores 44, 46, 48 ó 50 se halla
en la posición abierta, toda la capacitancia del condensador
asociado 42, 45, 47 ó 49 se descarga del circuito resonante del
lector 58, reduciéndose de ese modo la capacitancia del circuito
resonante del lector 58 en correspondencia idéntica con la
capacitancia del condensador asociado 42, 45, 47 ó 49 (suponiendo
que el conmutador es perfecto o ideal). Entonces, por ejemplo, si
un condensador tiene una capacitancia de 10 picofaradios, un
conmutador de condensador asociado perfecto cargaría 10
picofaradios en el circuito resonante 58 cuando se hallara en la
posición cerrada, pero cargaría 0 picofaradios en el circuito
resonante 58 cuando se hallara en la posición abierta.
El circuito de sintonización de capacitancia 36
se utiliza comúnmente de una manera que permite mantener la
intensidad del campo magnético generado por el circuito resonante
del lector 58 en la antena del lector 34 a un nivel máximo para una
cantidad determinada de tensión eléctrica suministrada al circuito
resonante del lector 58, obteniendo de ese modo el máximo alcance
posible del lector 14. Más particularmente, el circuito de
sintonización de capacitancia 36 se utiliza según la presente
invención de tal forma que la intensidad del campo magnético
generado por el circuito resonante del lector 58 en la antena del
lector 34 se mantiene a un nivel máximo para una cantidad
determinada de tensión eléctrica, en sustancialmente todos los casos
operativos comunes, es decir, cuando no hay ningún transpondedor
dentro del alcance del lector 14, cuando hay un único transpondedor
dentro del alcance del lector o cuando hay varios transpondedores
dentro del alcance del lector 14.
Por norma general, la intensidad de campo
magnético generado por el circuito resonante del lector 58 y
asimismo el alcance del lector 14 están directamente
correlacionados con la inductancia de la antena del lector 34. En
consecuencia, una reducción de la inductancia de la antena del
lector 34 provocada por cualquier motivo altera más de lo deseable
la frecuencia resonante del circuito resonante del lector 58, lo
cual a su vez reduce la intensidad del campo magnético generado por
el circuito resonante del lector 58 y reduce el alcance del lector
14 en la misma medida.
No obstante, se ha comprobado que los efectos no
deseados citados anteriormente, obtenidos cuando la inductancia de
la antena del lector 34 se reduce, pueden contrarrestarse
incrementando la capacitancia del circuito resonante del lector 58.
En consecuencia, el técnico encargado incrementará la capacitancia
del circuito resonante del lector 58 como respuesta a una reducción
de la inductancia de la antena del lector 34 para mantener una
frecuencia resonante determinada, es decir la frecuencia portadora,
y mantener a su vez la intensidad del campo magnético en la antena
del lector 34 en un valor máximo deseado o un valor cercano durante
el funcionamiento del lector 14.
La desintonización del circuito resonante del
lector 58 puede producirse cuando unas condiciones ambientales
anómalas, tales como la proliferación de objetos metálicos en el
entorno circundante del lector 14, provocan la reducción de la
inductancia efectiva de la antena del lector 34. En general, el
circuito resonante del lector 58 preferentemente se resintoniza
como respuesta a dicha desintonización, sometiendo uno o más
conmutadores de condensador del circuito de sintonización de
capacitancia 36 a una transición desde la posición abierta hasta la
posición cerrada o desde la posición cerrada hasta la posición
abierta, para añadir o suprimir de ese modo la contribución de
capacitancia del respectivo condensador asociado a la capacitancia
total del circuito resonante del lector 58.
Según una forma de realización, la antena del
lector 34 se caracteriza más particularmente por ser una antena de
frecuencia única y doble función, debido a que realiza las funciones
de recepción y transmisión del circuito resonante del lector 58,
aunque sólo para una frecuencia resonante específica, que comúnmente
es de 125 kHz ó 13,56 MHz. El primer condensador en serie 45 se
caracteriza más particularmente por ser un condensador de
frecuencia portadora, debido a que el diseñador del circuito de
sintonización de capacitancia 36 lo selecciona para que de ese modo
el primer condensador en serie 45, en cooperación con la antena del
lector 34, establezca la frecuencia portadora deseada del circuito
resonante del lector 58 que se somete a resintonización de la
manera que se describe más adelante. El segundo y el tercer
condensadores en serie 47, 49 y el primer y el segundo
condensadores en paralelo 38 y 42 se caracterizan más
particularmente por ser condensadores de sintonización precisa,
debido a que el diseñador del circuito de sintonización de
capacitancia 36 los selecciona, para que de ese modo los
condensadores 38, 42, 47, 49, en cooperación con sus conmutadores
asociados 40, 44, 48, 50, permitan la resintonización del circuito
resonante del lector 58 para restaurar la frecuencia portadora
deseada como respuesta a la desintonización.
Las capacitancias nominales de los condensadores
de sintonización precisa 38, 42, 47, 49 son preferentemente
diferentes unas de otras y cada una de ellas preferentemente y
esencialmente inferior a la capacitancia nominal del condensador de
frecuencia portadora 45. Por ejemplo, el primer condensador en serie
45 puede tener una capacitancia nominal relativamente alta para
obtener una frecuencia resonante de 125 kHz en el circuito
resonante del lector 58, mientras que los condensadores de
sintonización precisa 38, 42, 47, 49 tienen una capacitancia
nominal relativamente baja, obteniéndose de ese modo sólo una
variación de sintonización relativamente pequeña en el circuito
resonante del lector 58.
La presente invención abarca sustancialmente
cualquier configuración inicial de las posiciones de los
conmutadores de condensador en el circuito resonante del lector 58,
siempre y cuando por lo menos el conmutador de condensador asociado
al condensador de frecuencia portadora se halle en la posición
cerrada. Por ejemplo, los conmutadores de condensador del circuito
resonante del lector 58 pueden configurarse inicialmente de tal
forma que sólo el primer conmutador de condensador en serie 46 se
halla en una posición cerrada inicial, mientras el resto de
conmutadores de condensador de sintonización precisa 40, 44, 48, 50
se hallan en una posición abierta inicial. En consecuencia, sólo el
primer condensador en serie 45 participa en la capacitancia total
del circuito resonante del lector 58 durante el funcionamiento
inicial del lector 14, mientras que ninguno de los condensadores de
sintonización precisa 38, 42, 47, 49 restantes participa en la
capacitancia total del circuito resonante del lector 58 durante el
funcionamiento inicial. Si el circuito resonante del lector 58 se
desintoniza durante el funcionamiento del lector debido a una
reducción de la inductancia efectiva ocasionada por ciertos factores
ambientales, el circuito de sintonización de capacitancia 36 somete
uno, todos o cualquier combinación de los conmutadores de
condensador de sintonización precisa 40, 44, 48, 50 a una transición
desde la posición abierta hasta la posición cerrada para
incrementar la capacitancia del circuito resonante del lector 58 en
correspondencia con las capacitancias del condensador o los
condensadores de sintonización precisa asociados al único o a los
diversos conmutadores de condensador de sintonización precisa
cerrados. El número de conmutadores de condensador de sintonización
precisa particulares que se someten a la transición desde la
posición abierta hasta la cerrada está en función del nivel de
incremento de capacitancia necesaria. En cualquier caso, la
capacitancia incrementada resultante causa la resintonización del
circuito resonante del lector 58 a la frecuencia portadora deseada
y preferentemente aumenta al máximo la intensidad del campo
magnético en la antena del lector 34.
En algunos casos, tal vez sea deseable
incrementar o reducir la capacitancia total del circuito resonante
del lector 58, como sucede en ciertos casos en los que el circuito
resonante del lector 58 se desintoniza como consecuencia de
variaciones de fabricación en el circuito resonante del lector 58 o
en el circuito resonante de un transpondedor asociado 12. Según un
ejemplo alternativo de configuración inicial de las posiciones de
los conmutadores, que puede aplicarse a dichos casos, el circuito
resonante del lector 58 mantiene en un principio el primer
conmutador de condensador en serie 46 en la posición cerrada como en
el ejemplo de configuración de posiciones de conmutadores citado
anteriormente. Según la presente configuración, no obstante, el
circuito resonante del lector 58 en un principio también mantiene
preferentemente uno o más de los conmutadores de condensador de
sintonización precisa restantes 40, 44, 48, 50 en la posición
cerrada. En consecuencia, el condensador de frecuencia portadora y
los condensadores de sintonización precisa que tienen los
conmutadores de condensador asociados en una posición inicial
cerrada participan en la capacitancia total del circuito resonante
del lector 58 durante el funcionamiento inicial del lector 14,
mientras que ninguno de los condensadores restantes que tienen los
conmutadores de condensador asociados en una posición inicial
abierta participan en la capacitancia total del circuito resonante
del lector 58.
Si se desea reducir la capacitancia del circuito
resonante del lector 58 mientras el lector está en funcionamiento,
el circuito de sintonización de capacitancia 36 aplica a uno o más
de los conmutadores de condensador de sintonización precisa una
transición desde la posición cerrada hasta la posición abierta,
dependiendo de cuál o cuáles de los conmutadores de condensador de
sintonización precisa se halla en la posición inicial cerrada y
dependiendo del nivel de reducción de capacitancia deseado. La
transición del conmutador del condensador de sintonización precisa
desde la posición cerrada hasta la posición abierta elimina la
contribución de capacitancia del condensador de sintonización
precisa asociado al conmutador abierto de la capacitancia total del
circuito resonante del lector 58 para la posterior actividad del
lector 14.
A partir de lo dicho hasta el momento, resulta
evidente que el circuito resonante del lector 58 puede
resintonizarse desde sustancialmente cualquier configuración de
posiciones de conmutadores inicial o subsiguiente, seleccionando
las transiciones de los conmutadores de condensador de sintonización
precisa entre las posiciones abierta y cerrada para añadir o
eliminar selectivamente la supresión de la aportación a la
capacitancia del respectivo condensador de sintonización precisa
asociado. En una forma de realización preferida, el microcontrolador
del lector 28 preferentemente establece de forma automática las
posiciones iniciales de los conmutadores de condensador 40, 44, 46,
48, 50 del circuito de sintonización de capacitancia 36.
Posteriormente, el microcontrolador del lector 28 detecta de forma
automática cualquier desintonización del circuito resonante del
lector 58 y controla de forma automática la transición de las
posiciones de los conmutadores de la manera indicada anteriormente,
para resintonizar el circuito resonante del lector 58 y restaurar la
actividad óptima del lector 14. En consecuencia, el circuito
resonante 58 del lector 14 es esencialmente autosintonizable y no
requiere ninguna entrada sustancial del usuario.
Según otra forma de realización, la antena del
lector 34 se caracteriza más particularmente por ser una antena de
doble frecuencia y doble función, puesto que realiza tanto la
función de recepción como la de transmisión del circuito resonante
del lector 58 para dos frecuencias resonantes diferentes
seleccionables. Como en la forma de realización citada
anteriormente, el primer condensador en serie 45 se caracteriza por
ser un condensador de frecuencia portadora, y más particularmente
un primer condensador de frecuencia portadora, debido a que el
primer condensador en serie 45, en cooperación con la antena del
lector 34, establece una primera frecuencia resonante seleccionable
del circuito resonante del lector 58, por ejemplo de 125 kHz. No
obstante, el segundo condensador en serie 47 también se caracteriza
por ser un condensador de frecuencia portadora, y más
particularmente un segundo condensador de frecuencia portadora,
debido a que, cuando por selección es operativo para excluir el
primer condensador en serie 45 de la manera descrita más adelante,
el segundo condensador en serie 47, en cooperación con la antena
del lector 34, establece una segunda frecuencia resonante
seleccionable del circuito resonante del lector 58, por ejemplo de
13,56 MHz. El tercer condensador en serie 49 y el primer y el
segundo condensadores en paralelo 38 y 42 siguen siendo
condensadores de sintonización precisa como en la forma de
realización descrita anteriormente.
Los conmutadores de condensador del circuito
resonante del lector 58 de la presente forma de realización están
configurados inicialmente de tal forma que el primer o el segundo
conmutador de condensador en serie 46 y 48 se halla en una posición
inicial cerrada, mientras que el otro conmutador de condensador en
serie se halla en una posición inicial abierta. Se elige qué
conmutador de condensador en serie se mantendrá en la posición
cerrada y qué conmutador de condensador en serie se mantendrá en la
posición abierta dependiendo de la frecuencia portadora que se
desee para la actividad del lector. Por ejemplo, si se mantiene el
primer conmutador de condensador en serie 46 en la posición cerrada
y el segundo conmutador de condensador en serie 48 en la posición
abierta, se puede generar una frecuencia resonante de 125 kHz en el
circuito resonante del lector 58. Por el contrario, si se mantiene
el primer conmutador de condensador en serie 46 en la posición
abierta y el segundo conmutador de condensador en serie 48 en la
posición cerrada, se puede generar una frecuencia resonante de
13,56 MHz en el circuito resonante del lector 58.
Una vez que se han seleccionado las posiciones
iniciales del primer y el segundo conmutadores de condensador en
serie 46 y 48, la configuración inicial de las posiciones de los
conmutadores y el funcionamiento del resto de conmutadores de
sintonización precisa 40, 44 y 50 tiene lugar sustancialmente de la
misma manera que la descrita anteriormente para permitir la
resintonización del circuito resonante del lector 58 a la frecuencia
portadora que se haya seleccionado en ese momento.
Cada conmutador de condensador 40, 44, 46, 48,
50 del circuito de sintonización de capacitancia 36 puede estar
constituido por cualquiera de las alternativas estructurales de una
pluralidad. Según una alternativa, cada conmutador de condensador
40, 44, 46, 48, 50 es un conmutador mecánico que presenta una
función de control manual del conmutador. Así pues, el controlador
del conmutador adopta la forma de un puente, una palanca, un
pulsador, una perilla giratoria, un control deslizante o un
dispositivo similar accionado manualmente. Como alternativa, cada
conmutador de condensador 40, 44, 46, 48, 50 es un conmutador de
relé de solenoide que presenta una función de control electrónico
automático del conmutador. A continuación, el controlador del
conmutador es preferentemente un microcontrolador que puede estar
funcionalmente integrado en el microcontrolador del lector 28, en
cuyo caso el controlador del conmutador está asimismo incorporado
estructuralmente en el microcontrolador del lector 28. Aunque el
control de un conmutador de relé de solenoide es preferentemente de
tipo electrónico, la acción concreta del conmutador es mecánica. Una
desventaja resultante de lo anterior es que el movimiento mecánico
puede causar el desgaste de los contactos del conmutador a lo largo
del tiempo. Los conmutadores de relé de solenoide tienden además a
ser relativamente grandes y son relativamente ruidosos en
funcionamiento.
Un conmutador de condensador alternativo
preferido 40, 44, 46, 48, 50 es un conmutador de relé de estado
sólido que comprende un transistor. En particular, el transistor es
preferentemente un transistor de efecto de campo (FET), de manera
más particular, el transistor es preferentemente un transistor de
efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET) y, de
manera todavía más particular, el transistor es preferentemente un
MOSFET de potencia. La función de control del conmutador de relé de
estado sólido, como la del conmutador de relé de solenoide, está
preferentemente integrada en el microcontrolador del lector 28. No
obstante, a diferencia del conmutador de relé de solenoide, la
acción de conmutación del propio conmutador de relé de estado sólido
es ventajosamente de tipo electrónico en su totalidad.
A continuación, se representa y describe con
referencia a la figura 3 una forma de realización preferida de un
conmutador de relé de estado sólido que es útil cuando se utiliza
solo, o en la totalidad o alguna combinación de los conmutadores de
los condensadores 40, 44, 46, 48, 50. Los detalles estructurales de
los conmutadores de condensador 40, 44, 46, 48, 50 se describen
únicamente con referencia al primer conmutador de condensador en
paralelo 40, debiéndose tener en cuenta que la misma descripción
puede aplicarse igualmente a cada uno de los conmutadores de
condensador restantes 44, 46, 48, 50. El conmutador de condensador
40 comprende un MOSFET de potencia de canal N 60, un primer diodo
de conmutación 62, un segundo diodo de conmutación 64 y un primer,
un segundo y un tercer terminales de conmutación 66, 68 y 70. El
MOSFET de potencia 60 comprende una parte principal 72 y un diodo
del cuerpo 74.
El primer diodo de conmutación 62 está situado
en serie entre el tercer terminal de conmutación 70 y el MOSFET de
potencia 60 y está orientado en dirección opuesta a la orientación
direccional del diodo del cuerpo 74 del MOSFET de potencia 60. El
primer diodo de conmutación 62 tiene una capacitancia
sustancialmente inferior a la capacitancia del MOSFET de potencia
60, reduciéndose de ese modo sustancialmente la capacitancia del
conmutador del condensador 40. Las orientaciones opuestas del primer
diodo de conmutación 62 y el diodo del cuerpo 74 impiden el flujo
de corriente a través de estos dos diodos 62 y 74 entre el segundo
terminal de conmutación 68 y el tercer terminal de conmutación
70.
El segundo diodo de conmutación 64 está situado
en serie entre el segundo y el tercer terminales de conmutación 68
y 70 y está situado en paralelo con el primer diodo de conmutación
62 y el MOSFET de potencia 60 situados en serie. El segundo diodo
de conmutación 64 presenta la misma orientación direccional que el
diodo del cuerpo 74 del MOSFET de potencia 60 y presenta una
orientación direccional opuesta a la del primer diodo de conmutación
62. El segundo diodo de conmutación 64 permite el flujo de
corriente a su través desde el segundo terminal de conmutación 68
hasta el tercer terminal de conmutación 70.
El flujo de corriente, a través del primer diodo
de conmutación 62 y el MOSFET de potencia 60 desde el tercer
terminal de conmutación 70 hasta el segundo terminal de conmutación
68, se permite o impide en función de la tensión eléctrica de
control en el primer terminal de conmutación 66. En particular,
cuando la tensión eléctrica de control en el primer terminal de
conmutación 66 es suficientemente baja, se impide que la corriente
fluya a través del primer diodo de conmutación 62 y la parte
principal 72 del MOSFET de potencia desde el tercer terminal de
conmutación 70 hasta el segundo terminal de conmutación 68 (es
decir, el conmutador de condensador 40 está abierto en esa
dirección). No obstante, como se ha indicado anteriormente, el
segundo diodo de conmutación 64 sigue permitiendo que la corriente
fluya a su través desde el segundo terminal de conmutación 68 hasta
el tercer terminal de conmutación 70 (es decir, el conmutador de
condensador 40 está cerrado en esa dirección). Por consiguiente, el
conmutador de condensador 40 está abierto en una dirección y
cerrado en la otra dirección (es decir, el conmutador de condensador
40 está en un estado abierto/cerrado) cuando la tensión eléctrica
de control del primer terminal de conmutación 66 es suficientemente
baja. Si se sitúa el conmutador de condensador 40 en serie con el
condensador 38 mientras el conmutador de condensador 40 se halla en
un estado abierto/cerrado, la capacitancia del condensador 38 se
mantiene eficazmente a través del circuito resonante del lector 58,
debido a las corrientes alternas del circuito resonante del lector
58.
Cuando la tensión eléctrica de control del
primer terminal de conmutación 66 es suficientemente alta, se
permite el flujo de corriente a través del primer diodo de
conmutación 62 y la parte principal 72 del MOSFET de potencia 60
desde el tercer terminal de conmutación 70 hasta el segundo terminal
de conmutación 68 (es decir, el conmutador de condensador 40 está
cerrado en esa dirección). El segundo diodo de conmutación 64
también permite que la corriente fluya desde el segundo terminal de
conmutación 68 hasta el tercer terminal de conmutación 70 (es
decir, el conmutador de condensador 40 está cerrado en esa dirección
también). Por consiguiente, el conmutador de condensador 40 está
cerrado en ambas direcciones (es decir, el conmutador de condensador
40 está en un estado cerrado/cerrado) cuando la tensión eléctrica
de control del primer terminal de conmutación 66 es suficientemente
alta. Si el conmutador de condensador 40 se dispone en serie con el
condensador 38 mientras el conmutador de condensador 40 se halla en
un estado cerrado/cerrado, el condensador 38 se conecta con eficacia
con el circuito resonante del lector 58, de tal forma que la
capacitancia del primero se aporta al circuito resonante del lector
58.
El conmutador de condensador 40 no es un
conmutador ideal, puesto que un conmutador ideal permitiría que la
corriente pasara en cualquier dirección cuando se hallara en la
posición cerrada, mientras que impediría el flujo de la corriente
en cualquier dirección cuando se hallara en la posición abierta. A
pesar de todo, el conmutador del condensador 40 es un conmutador
unidireccional abierto/bidireccional cerrado eficaz cuando se usa
en el circuito resonante del lector descrito en la presente memoria.
Otro aspecto no ideal del conmutador de condensador 40 es la
pequeña caída de tensión (habitualmente inferior a un voltio) a
través del primer y el segundo diodos de conmutación. Este efecto
es despreciable, no obstante, puesto que los lectores RFID en la
práctica real generalmente funcionan con diez voltios por lo menos a
través de los condensadores dispuestos en paralelo. Debe tenerse en
cuenta además que la dirección de la corriente preferentemente se
alterna a la frecuencia portadora del lector para generar campos
magnéticos de intensidad máxima en la antena del lector.
Un conmutador de relé de estado sólido
alternativo que tiene utilidad como conmutador de condensador es el
MOSFET de potencia 60 comprendido en el primer, el segundo y el
tercer terminales de conmutación 66, 68 y 70, pero que está ausente
en el primer y el segundo diodos de conmutación 62 y 64. No
obstante, en sí mismo el MOSFET de potencia generalmente tiene una
utilidad más limitada como conmutador de condensador que el
conmutador de condensador 40 representado en la figura 3, ya que
los MOSFET de potencia pueden tener unas capacitancias que son
demasiado altas para ciertas aplicaciones de baja capacitancia
deseadas. Por ejemplo, un MOSFET de potencia que tiene una
capacitancia del orden de alrededor de 100 picofaradios no resultará
eficaz para cargar, en el circuito resonante del lector, una
pequeña capacitancia de por ejemplo 10 picofaradios desde un
condensador en paralelo de 10 picofaradios. Cuando el MOSFET de
potencia está cerrado, la capacitancia de 10 picofaradios completa
se carga en el circuito resonante del lector. No obstante, cuando el
MOSFET de potencia está abierto, la capacitancia efectiva del
MOSFET de potencia de 100 picofaradios dispuesto en serie con el
condensador de 10 picofaradios que se carga en el circuito
resonante del lector es más alta de lo deseable, como se ilustra
mediante la ecuación siguiente: (100 x 10) / (100 + 10) = 9,1
picofaradios. Por el contrario, la capacitancia efectiva de un
conmutador perfecto será de 0 picofaradios cuando se halle en la
posición abierta. Por consiguiente, el MOSFET de potencia de 100
picofaradios será una mala opción para un conmutador de condensador
en esta situación.
En comparación, si se combinan el primer y el
segundo diodos de conmutación 62 y 64, cada uno de los cuales tiene
una capacitancia baja (por ejemplo, de alrededor de 1
picofaradio), con el MOSFET de potencia 60, como en el conmutador
de condensador 40 de la figura 3, la capacitancia total entre el
segundo y el tercer terminales de conmutación 68 y 70 se reduce
sustancialmente y preferentemente de conformidad con la siguiente
ecuación: 1 + [(100 x 1)/ (100 + 1)] = 1,99 picofaradios. Por
consiguiente, el conmutador de condensador 40 de la figura 3 será
una buena opción para un conmutador de condensador en esta
situación.
Debe tenerse en cuenta que el circuito de
sintonización de capacitancia 36 descrito anteriormente constituye
sólo un ejemplo y no debe interpretarse en sentido restrictivo.
Otros circuitos de sintonización de capacitancia que presentan un
número o una disposición de condensadores y conmutadores asociados
alternativos pueden ser adaptados por los expertos en la materia
con el objetivo de utilizarlos en la presente invención aplicando
los conocimientos dados a conocer y están comprendidos dentro del
alcance de la presente invención. En consecuencia, los circuitos de
sintonización de capacitancia que son útiles en la puesta en
práctica de la presente invención no se limitan a circuitos que
dispongan de un número y una disposición específicos de
condensadores y conmutadores asociados. El técnico especialista
selecciona el número y la disposición de los condensadores y
conmutadores asociados para un circuito de sintonización de
capacitancia particular dependiendo, entre otras cosas, de la
frecuencia portadora, la intensidad del campo magnético deseada de
la antena del lector y el alcance de sintonizabilidad deseado.
A continuación, se representa y se describe con
referencia a la figura 4 una forma de realización específica
alternativa de un generador de señales de lector 124 que es útil en
el lector de la figura 1. Los elementos del generador de señales de
lector 124 que corresponden esencialmente a los mismos elementos
descritos con referencia al generador de señales de lector 24 de la
figura 2 se designan mediante el mismo número de referencia
básico.
El generador de señales de lector 124 es similar
en estructura y funcionamiento al generador de señales de lector
24, pero presenta dos circuitos de sintonización de capacitancia
diferenciados, cada uno de los cuales está asociado con una antena
de frecuencia única y doble función separada, para proveer circuitos
separados para frecuencias portadoras altas y bajas,
respectivamente. En particular, un primer circuito de sintonización
de capacitancia 36a está acoplado con una primera antena de lector
34a para definir un primer circuito resonante de lector 58a que
presenta una primera frecuencia resonante (por ejemplo, de 125 kHz).
Un segundo circuito de sintonización de capacitancia 36b está
acoplado a una segunda antena de lector 34b para definir un segundo
circuito resonante de lector (por ejemplo, de 13,56 MHz). Los
elementos comunes del primer y el segundo circuitos de
sintonización de capacitancia 36a y 36b se diferencian uno del otro
mediante las letras "a" y "b" adjuntas,
respectivamente.
El primer circuito de sintonización de
capacitancia 36a comprende un primer condensador de sintonización
precisa paralelo 38a que presenta un primer conmutador de
condensador de sintonización precisa paralelo 40a asociado, un
segundo condensador de sintonización precisa paralelo 42a que
presenta un segundo conmutador de condensador de sintonización
precisa en paralelo 44a asociado, un condensador de sintonización
precisa en serie 49a que presenta un conmutador de condensador de
sintonización precisa en serie 50a asociado y un primer condensador
de frecuencia portadora 45 que presenta un primer conmutador de
condensador de frecuencia portadora 46 asociado. Análogamente, el
segundo circuito de sintonización de capacitancia 36b comprende un
primer condensador de sintonización precisa en paralelo 38b que
presenta un primer conmutador de condensador de sintonización
precisa en paralelo 40b asociado, un segundo condensador de
sintonización precisa en paralelo 42b que presenta un segundo
conmutador de condensador de sintonización precisa en paralelo 44b
asociado, un condensador de sintonización precisa en serie 49b que
presenta un conmutador de condensador de sintonización precisa en
serie 50b asociado y un segundo condensador de frecuencia portadora
47 que presenta un segundo conmutador de condensador de frecuencia
portadora 48 asociado. Los conmutadores de condensador 40a, 40b,
44a, 44b, 46, 48, 50a y 50b son preferentemente conmutadores de
relé de estado sólido como los descritos anteriormente con
referencia a la figura 3.
El generador de señales de lector 124 comprende
además una fuente de señales CA 54 y un excitador de señales 56. La
fuente de señales CA 54 y el excitador de señales 56 se acoplan
selectivamente en serie con el primer circuito de sintonización de
capacitancia 36a o el segundo circuito de sintonización de
capacitancia 36b. El acoplamiento selectivo de la fuente de señales
CA 54 y el excitador de señales 56 con el primer circuito de
sintonización de capacitancia 36a se realiza manteniendo el
conmutador de condensador en serie 46 en la posición cerrada y
manteniendo el conmutador de condensador en serie 48 y el conmutador
de condensador en serie 50b en la posición abierta para permitir el
funcionamiento del lector 14 a la primera frecuencia portadora. El
acoplamiento selectivo de la fuente de señales CA 54 y el excitador
de señales 56 con el segundo circuito de sintonización de
capacitancia 36b se realiza manteniendo el conmutador de condensador
en serie 46 y el conmutador de condensador en serie 50a en la
posición abierta y manteniendo el conmutador de condensador en
serie 48 en la posición cerrada para permitir el funcionamiento del
lector 14 a la segunda frecuencia portadora.
La resintonización del primer circuito resonante
de lector desintonizado 58a se realiza sustancialmente de la misma
manera que la descrita anteriormente con respecto al circuito
resonante 58 del generador de señales de lector 24, aplicando a uno
o a la totalidad o alguna combinación del primer y el segundo
conmutadores de condensador en paralelo 40a y 44a y el conmutador
de condensador en serie 50a del primer circuito de sintonización de
capacitancia 36a una transición desde la posición abierta hasta la
posición cerrada o desde la posición cerrada hasta la posición
abierta, para añadir o suprimir de ese modo la contribución de
capacitancia de los respectivos condensadores asociados 38a, 42a y
49a de la capacitancia total del primer circuito resonante de
lector 58a. La resintonización del segundo circuito resonante de
lector desintonizado 58b se realiza de forma similar aplicando, a
uno o a la totalidad o alguna combinación del primer y el segundo
conmutadores de condensador en paralelo 40b y 44b y el conmutador
de condensador en serie 50b del segundo circuito de sintonización
de capacitancia 36b, una transición desde la posición abierta hasta
la posición cerrada o desde la posición cerrada hasta la posición
abierta, para suprimir o añadir de ese modo la contribución de
capacitancia de los respectivos condensadores en paralelo asociados
38b, 42b y 49b a la capacitancia total del segundo circuito
resonante de lector 58b.
Aunque no se representa, el alcance de la
presente invención abarca la provisión de una forma de realización
alternativa específica de un generador de señales de lector que
tiene utilidad en el lector de la figura 1, en la que el generador
de señales de lector 124 de la figura 4 se modifica para facilitar
una fuente de señales dedicada separada o un excitador tanto para
el primer como el segundo circuitos resonantes de lector 58a y
58b.
Aunque las formas de realización descritas y
representadas anteriormente son las formas de realización preferidas
de la presente invención, debe tenerse en cuenta que éstas admiten
alternativas y modificaciones, tales como las indicadas y otras,
que están comprendidas dentro del alcance de la presente
invención.
Claims (10)
1. Lector para un sistema RFID que
comprende:
- un excitador de señales (56) para generar una señal de excitación y
- un circuito resonante (58) que presenta un circuito de sintonización de capacitancia (36) y una antena transmisora (34) acoplada con dicho circuito de sintonización de capacitancia para transmitir dicha señal de excitación que presenta una frecuencia portadora en el espacio que rodea dicha antena transmisora, en forma de un campo magnético que tiene una intensidad de campo,
en el que dicho circuito de sintonización de
capacitancia comprende un condensador (38, 42, 47, 49), que tiene
una capacitancia, y un conmutador de condensador (40, 44, 46 48,
50), que presenta una posición abierta y una posición cerrada,
caracterizado porque dicho conmutador de condensador es un
relé de estado sólido que comprende un transistor de efecto de
campo (60), un primer diodo de conmutación (62) dispuesto en serie
con dicho transistor de efecto de campo, un segundo diodo de
conmutación (64) dispuesto en paralelo con dicho primer diodo de
conmutación (62) y dicho transistor de efecto de campo (60) y con
una orientación direccional opuesta con el primer diodo de
conmutación (62), un primer terminal de conmutación (66) acoplado
con dicho transistor de efecto de campo, un segundo y un tercer
terminales de conmutación (68 y 70) acoplados en paralelo uno con
respecto al otro mediante una primera trayectoria paralela que
comprende dicho transistor de efecto de campo y dicho primer diodo
de conmutación en serie y mediante una segunda trayectoria paralela
que comprende dicho segundo diodo de conmutación.
2. Lector según la reivindicación 1, en el que
dicho condensador es un primer condensador de sintonización
precisa, dicha capacitancia es una primera capacitancia de
sintonización precisa y dicho conmutador de condensador es un
primer conmutador de condensador de sintonización precisa,
comprendiendo además dicho circuito de sintonización de
capacitancia un segundo condensador de sintonización precisa que
presenta una segunda capacitancia de sincronización precisa y un
segundo conmutador del condensador de sintonización precisa que
presenta una posición abierta y una posición cerrada, en el que
dicha segunda capacitancia de sintonización precisa se añade a la
capacitancia de un circuito resonante ajustable de dicho circuito
resonante cuando dicho segundo conmutador de condensador de
sintonización precisa se halla en dicha posición cerrada y dicha
segunda capacitancia de sintonización precisa se sustrae de dicha
capacitancia del circuito resonante ajustable cuando dicho segundo
conmutador de condensador de sintonización precisa se halla en
dicha posición abierta.
3. Lector según la reivindicación 2, en el que
dicho primer condensador de sincronización precisa está acoplado en
paralelo con dicho segundo condensador de sincronización precisa en
dicho circuito de condensador de sintonización.
4. Lector según la reivindicación 1, en el que
dicho circuito de sintonización de capacitancia comprende además un
condensador de frecuencia portadora (45) que tiene una capacitancia
de frecuencia portadora, en el que dicha capacitancia de frecuencia
portadora se añade a la capacitancia de frecuencia resonante
ajustable de dicho circuito resonante, y dicho condensador de
frecuencia portadora establece dicha primera frecuencia portadora
de dicha primera señal de excitación en cooperación con dicha antena
transmisora.
5. Lector según la reivindicación 4, en el que
dicha señal de excitación es una primera señal de excitación, dicha
frecuencia portadora es una primera frecuencia portadora, dicho
condensador de frecuencia portadora (45) es un primer condensador
de frecuencia portadora y dicha capacitancia de frecuencia portadora
es una primera capacitancia de frecuencia portadora, comprendiendo
además dicho circuito de sintonización de capacitancia un primer
conmutador de condensador de frecuencia portadora (46) que presenta
una posición abierta y una posición cerrada, un segundo condensador
de frecuencia portadora que tiene una segunda capacitancia de
frecuencia portadora y un segundo conmutador de condensador de
frecuencia portadora (48) que presenta una posición abierta y una
posición cerrada, en el que dicha primera señal de excitación que
tiene dicha primera frecuencia portadora se transmite desde dicha
antena transmisora cuando dicho primer conmutador de condensador de
frecuencia portadora se halla en dicha posición cerrada y dicho
segundo conmutador de condensador de frecuencia portadora se halla
en dicha posición abierta, y en el que una segunda señal de
excitación que tiene una segunda frecuencia portadora se transmite
desde dicha antena transmisora cuando dicho primer conmutador de
condensador de frecuencia portadora se halla en dicha posición
abierta y dicho segundo conmutador de condensador de frecuencia
portadora se halla en dicha posición cerrada.
6. Lector según la reivindicación 2, en el que
dicha señal de excitación es una primera señal de excitación, dicha
frecuencia portadora es una primera frecuencia portadora, dicho
circuito de sintonización de capacitancia comprende además un
primer condensador de frecuencia portadora que tiene una primera
capacitancia de frecuencia portadora, un primer conmutador de
condensador de frecuencia portadora (46) que presenta una posición
abierta y una posición cerrada, un segundo condensador de
frecuencia portadora que tiene una segunda capacitancia de
frecuencia portadora y un segundo conmutador de condensador de
frecuencia portadora (48) que presenta una posición abierta y una
posición cerrada, en el que dicha primera señal de excitación que
tiene dicha primera frecuencia portadora se transmite desde dicha
antena transmisora cuando dicho primer conmutador de condensador de
frecuencia portadora se halla en dicha posición cerrada y dicho
segundo conmutador de condensador de frecuencia portadora se halla
en dicha posición abierta, y dicho circuito resonante se resintoniza
a dicha primera frecuencia portadora como respuesta a la
desintonización aplicando selectivamente a dicho primer y segundo
conmutadores de condensador una transición entre dicha posición
abierta y dicha posición cerrada mientras dicho primer conmutador
de condensador de frecuencia portadora se halla en dicha posición
cerrada y dicho segundo conmutador de condensador de frecuencia
portadora se halla en dicha posición abierta, en el que además una
segunda señal de excitación que tiene una segunda frecuencia
portadora se transmite desde dicha antena transmisora cuando dicho
primer conmutador de condensador de frecuencia portadora se halla en
dicha posición abierta y dicho segundo conmutador de condensador de
frecuencia portadora se halla en dicha posición cerrada, y dicho
circuito resonante se resintoniza a dicha segunda frecuencia
portadora como respuesta a la desintonización aplicando
selectivamente a dicho primer y dicho segundo conmutadores de
condensador de sintonización precisa una transición entre dicha
posición abierta y dicha posición cerrada mientras dicho primer
conmutador de condensador de frecuencia portadora se halla en dicha
posición abierta y dicho segundo conmutador de condensador de
frecuencia portadora se halla en dicha posición cerrada.
7. Lector según la reivindicación 1, en el que
dicho circuito resonante es un primer circuito resonante, dicho
circuito de sintonización de capacitancia es un primer circuito de
sintonización de capacitancia, dicho condensador es un primer
condensador de sintonización precisa, dicha capacitancia es una
primera capacitancia de sintonización precisa, dicho conmutador de
condensador es un primer conmutador de condensador de sintonización
precisa, dicha antena transmisora es una primera antena
transmisora, dicha señal de excitación es una primera señal de
excitación y dicha frecuencia portadora es una primera frecuencia
portadora, comprendiendo además dicho lector un segundo circuito
resonante acoplado en paralelo con dicho primer circuito resonante
que tiene una capacitancia de circuito resonante ajustable,
comprendiendo dicho segundo circuito resonante un segundo circuito
de sintonización de capacitancia y una segunda antena transmisora
acoplada con dicho segundo circuito de sintonización de
capacitancia para transmitir una segunda señal de excitación que
tiene una segunda frecuencia portadora en forma de un campo
magnético que tiene una primera intensidad de campo en el espacio
que rodea dicha segunda antena transmisora, y comprendiendo dicho
segundo circuito de sintonización de capacitancia un segundo
condensador de sintonización precisa que tiene una segunda
capacitancia de sintonización precisa y un segundo conmutador de
condensador de sintonización precisa que presenta una posición
abierta y una posición cerrada.
8. Lector según la reivindicación 7, en el que
dicho primer circuito de sintonización de capacitancia comprende
además un primer condensador de frecuencia portadora y un primer
conmutador de condensador de frecuencia portadora (46) que presenta
una posición abierta y una posición cerrada, presentando dicho
primer condensador de frecuencia portadora una primera capacitancia
de frecuencia portadora, y en el que dicho segundo circuito de
sintonización de capacitancia comprende además un segundo
condensador de frecuencia portadora y un segundo conmutador de
condensador de frecuencia portadora (48) que presenta una posición
abierta y una posición cerrada, teniendo dicho segundo condensador
de frecuencia portadora una segunda capacitancia de frecuencia
portadora.
9. Lector según la reivindicación 8, en el que
dicha primera señal de excitación que tiene dicha primera frecuencia
portadora se transmite desde dicha primera antena transmisora
cuando dicho primer conmutador de condensador de frecuencia
portadora se halla en dicha posición cerrada y dicho segundo
conmutador de condensador de frecuencia portadora se halla en dicha
posición abierta y dicho segundo condensador de frecuencia portadora
se halla en dicha posición abierta, y dicho primer circuito
resonante se resintoniza a dicha primera frecuencia portadora como
respuesta a la desintonización aplicando selectivamente a dicho
primer conmutador de condensador de sintonización precisa una
transición entre dicha posición abierta y dicha posición cerrada
mientras dicho primer conmutador de condensador de frecuencia
portadora se halla en dicha posición cerrada y dicho segundo
conmutador de condensador de frecuencia portadora se halla en dicha
posición abierta, en el que además dicha segunda señal de excitación
que tiene dicha segunda frecuencia portadora se transmite desde
dicha segunda antena transmisora cuando dicho primer conmutador de
condensador de frecuencia portadora se halla en dicha posición
abierta y dicho segundo conmutador de condensador de frecuencia
portadora se halla en dicha posición cerrada, y dicho segundo
circuito resonante se resintoniza a dicha segunda frecuencia
portadora como respuesta a la desintonización aplicando
selectivamente a dicho segundo conmutador de condensador de
sintonización precisa una transición entre dicha posición abierta y
dicha posición cerrada mientras dicho primer conmutador de
condensador de frecuencia portadora se halla en dicha posición
abierta y dicho segundo conmutador de condensador de frecuencia
portadora se halla en dicha posición cerrada.
10. Procedimiento de resintonización de un
lector para un sistema RFID, que comprende las etapas
siguientes:
- generar una señal de excitación en un excitador de señales (56);
- transmitir dicha señal de excitación a un circuito resonante (58) que presenta un circuito de sintonización de capacitancia (36) y una antena transmisora (34) acoplada a dicho circuito de sintonización de capacitancia;
- transmitir dicha señal de excitación que tiene una frecuencia portadora en el espacio que rodea dicha antena transmisora en forma de un campo magnético que tiene una intensidad de campo y
- resintonizar dicho circuito resonante a dicha frecuencia portadora como respuesta a la desintonización aplicando a un conmutador de condensador (40, 44, 46, 48, 50) una transición desde una posición abierta hasta una posición cerrada para añadir a dicho circuito resonante la capacitancia de sintonización precisa de un condensador de sintonización precisa (38, 42, 47, 49) acoplado con dicho conmutador de condensador, o aplicando a dicho conmutador de condensador una transición desde dicha posición cerrada hasta dicha posición abierta para sustraer de dicho circuito resonante dicha capacitancia de sintonización precisa de dicho condensador de sintonización precisa, caracterizado porque dicho conmutador de condensador es un relé de estado sólido que comprende un transistor de efecto de campo, un primer diodo de conmutación situado en serie con dicho transistor de efecto de campo, un segundo diodo de conmutación situado en paralelo con dicho primer diodo de conmutación y dicho transistor de efecto de campo y dispuesto en orientación direccional opuesta a dicho primer diodo de conmutación y un primer terminal de conmutación acoplado con dicho transistor de efecto de campo, y estando acoplados dicho segundo y tercer terminales de conmutación en paralelo entre sí mediante una primera trayectoria paralela que comprende dicho transistor de efecto de campo y dicho primer diodo de conmutación en serie y mediante una segunda trayectoria paralela que comprende dicho segundo diodo de conmutación.
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