JP2001501051A - Ｒｆｉｄシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路を調節する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、受信振動回路が、少なくとも１つのインダクタンス及び少なくとも１つの容量からなる、読取り装置から発生される問合わせ信号の周波数に共振するようにＲＦＩＤシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路を調節する方法に関する。問合わせ信号の受信の開始直後に、受信振動回路の容量に対して、整流されかつ平滑化された問合わせ信号が最大電圧値をとるまで、コンデンサがステップ状に追加接続される。この能動自己調節は、トランスポンダのそれぞれの初期設定の際に行なわれるが、読取り装置からトランスポンダへ特殊なシーケンスを送信することによって応答してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 ＲＦＩＤシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路を調節する方法 本発明は、受信振動回路が、少なくとも１つのインダクタンス及び少なくとも １つの容量からなる、読取り装置から発生される問合わせ信号の周波数に共振す るようにＲＦＩＤシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路を調節する方 法に関する。 人間、動物及び物体を識別する際、最近、定置の又は持運び可能な読取り装置 が識別すべき物体に結合されたトランスポンダに交番磁界を介してエネルギーを 供給し、それについてトランスポンダが、ここに記億されたデータの送信によっ て応答するシステムが優れているとわかった。利用された周波数範囲に基づいて 、無線周波数識別システム、省略してＲＦＩＤとも称する。 ＲＦＩＤ−トランスポンダは、一般にアンテナコイル及び集積回路からなり、 この集積回路は、例えば電圧供給、クロック発生、実行制御、及び識別のために 必要なデータの記憶を行なうような必要なあらゆる電子的回路ブロックを含んで いる。アンテナコイルに対して並列に接続された容量は、同様にしばしば集積回 路の構成部分である。しかしこれは、個別構成要素によって形成してもよい。 ＲＦＩＤ読取り装置は、送信コイルと容量を含む振動回路からなり、この振動 回路は、一般に固定の周波数、例えば１２５ｋＨｚを有する信号によりドライバ 段から制御される。さらに読取り装置は、吸収変調によってトランスポンダから 送信されるデータを認識し、かつデータ又は命令を例えばフィールドの変調によ ってトランスポンダに送信するために、電子回路ブロックを含んでいる。 読取り装置とトランスポンダは、データ−又はエネルギー伝送の際に、緩い連 結の変圧器を形成している。それ故にエネルギー伝送量は、比較 的わずかである。 エネルギー及びデータを非接触で伝送するための達成可能な到達距離は、次の ような境界条件によって影響を受ける： ・送信エネルギー（法的な規定によって制限される） ・コイルの寸法 ・環境の妨害レベル ・共振周波数の一致 ・変調ストローク ・整流器を介する電圧損失 ・利用された伝送方法 トランスポンダの側において、その動作のために十分な電圧を得るために、ア ンテナコイル及び並列接続された容量によって形成される受信振動回路は、伝送 周波数に共振して動作するようにする。 トランスポンダの製造の際の構成部分の公差に基づいて、一般にこのことは保 証されていない。 それ故に本発明の課題は、トランスポンダの動作の際に、問合わせ信号の周波 数に共振して受信振動回路を動作させるために、方法を提供することにある。 この課題は、請求の範囲第１項の特徴を有する方法によって解決される。 その他の課題は、この方法を実施する回路装置を提供することにある。 この課題は、請求の範囲第１０項の特徴を有する回路装置によって解決される 。 本発明の有利な構成は、請求の範囲従属請求項の特徴にしたがって行なわれる 。 図面の簡単な説明： 図１は、方法のフローチャートを示し； 図２は、方法の第１の構成による調節の経過を示し； 図３は、方法の第２の構成による調節の経過を示し； 図４は、方法を実施する第１の回路装置のブロック回路図を示し； 図５は、方法を実施する第２の回路装置のブロック図回路を示し； 図６は、調節の経過におけるコイル電圧ＶＣＯＩＬＩ／２の変化を示し； 図７は、調節の経過におけるフィルタ段の出力電圧の変化を示し； 図８は、調節の経過における受信振動回路の総合容量の変化を示している。 次に本発明を図面により実施例によって説明する。 例えば運び去り禁止の形の用途において、点火錠の回りに配置された小さな送 信コイルによって、きわめて不都合な伝送条件が生じる。それに関してシステム を最小の損失になるように最適化することが有効である。その際、次のことが決 定的である： ・ベース局とトランスポンダの同じ共振周波数 ・時間的に最適化された伝送プロトコル ・エネルギー伝送における最小の損失 ・ベース局へのデータ伝送（読取り）の際の最大の変調ストローク ・トランスポンダへの最適なデータ伝送（送信） ベース局から送信されるわずかな電磁界にもかかわらず、トランスポンダの動 作のため及びデータの伝送のためのエネルギーが十分であるようにするために、 共振周波数は一致するようにする。このことは、コンデンサ、コイル等の構成部 分の公差に基づいて製造技術的に実現不可能である。 次に初期設定段階の間に、トランスポンダをベース局の共振周波数に調節する 方法を説明する。 初期設定段階の間に、トランスポンダをベース局の共振周波数に調節する方法 が開発された。このことは、段階的にコンデンサをＬＣ−振動回路に追加接続し 、かつ最大電圧値に調節することによって行なわれる。 その際、コイル電圧Ｖｃｏｉｌは、ローパスフィルタによって整流されかつ平滑 化される。この電圧Ｖｔｐ，１は記憶される。続いて均一なステップで、コンデ ンサがＬＣ−振動回路に対して並列に接続され、それにより共振周波数は、した がって誘起される電圧又はＶｔｐ，ｎも変化する。この新しいＶｔｐ，２は、比 較器によって既存のＶｔｐ，１と比較される。Ｖｔｐ，ｎ＋１がＶｔｐ，ｎより 小さいとすぐに、このことが記録され、かつＶｔｐ，ｎのコンデンサ値（最大値 ）が追加接続される。共振周波数のこの能動自己調節は、それぞれの初期設定の 際に行なわれるが、ベース局からトランスポンダへ１つの特殊シーケンスを送信 することによって応答してもよい。図８は、方法を実施する回路装置のブロック 回路図を示している。図９は、調節の経過における電圧の変化を示している。 利点：一層良好なエネルギー伝送 → 一層高い給電電圧＋一層大きな変調ス トローク（弱いフィールドにおいて） → 一層大きな動作到達距離 図１は、方法のフローチャートを示している。方法ステップ“調節”は、図２ 及び３に詳細に示されている。まず図１及び２によって方法の経過を説明する。 問合わせ信号の受信の開始の後、及び初期設定された回路がリセットによって 定義された初期状態に設定された後に、コイル電圧Ｖｃｏｉｌは、整流され、か つローパスフィルタによって平滑化される。このようにして発生された電圧Ｖｔ ｐ，１は、基準値としてメモリＳＰ内に一時記憶される。続いて均一なステップ でコンデンサＣｎが、受信振動回路のＬＣ−振動回路に対して並列に接続される 。それによりその共振周波数が、したがって誘起されるコイル電圧Ｖｃｏｉｌが 、かつ最終的に整流されかつ平滑化された電圧ｖｔｐも変化する。第１のコンデ ンサＣ１の追加接続によって、受信振動回路の共振周波数とともに評価に利用さ れる電圧ｖｔｐも変化する。第２の時点に存在する変化した新しいこの 電圧Ｖｔｐ，２は、比較器によりメモリにファイルされた前の電圧Ｖｔｐ，１と 比較される。第２の時点に存在する電圧Ｖｔｐ，２がメモリにファイルされた値 よりも大きいと、新しい電圧Ｖｔｐ，２が、前の電圧Ｖｔｐ，１に代わってメモ リ内に書込まれ、次のコンデンサが追加接続され、かつ新しい値対、すなわち新 しい第３の電圧Ｖｔｐ，３とメモリにファイルされた第２の電圧Ｖｔｐ，２の値 とにより、比較が繰返される。 第２の時点に存在する電圧値Ｖｔｐ，２がメモリにファイルされた値より小さ いと、このことは、現在設定された受信振動回路の周波数が、前に設定された値 に対して相対的に、問合わせ信号のための共振周波数から離れるように動いたこ とを意味する。この時、メモリにファイルされた電圧ｖｔｐの値に通じたコンデ ンサの設定は、受信振動回路に追加接続され、かつ調節は終了する。 一般に調節は、現在加えられている電圧Ｖｔｐ，ｎ＋１が、メモリにファイル されたＶｔｐ，ｎよりも小さくなるまで行なわれる。この状態が記録されると、 調節は打切られ、かつメモリにファイルされた電圧Ｖｔｐ，ｎ（最大値）に通じ たコンデンサ値が、受信振動回路に追加接続される。 問合わせ信号の周波数に共振する受信振動回路のこの能動的な自己調節は、そ れぞれの初期設定の際に行なわれるが、ベース局からトランスポンダに１つの特 殊シーケンスを送信することによって応答することもできる。 図１及び３に示した方法の第２の構成において、調節の全範囲は、まず完全に 通過される。最後にそのために整流されかつ平滑化された最大の電圧ｖｔｐがメ モリにファイルされているコンデンサが、受信振動回路に追加接続される。 問合わせ信号の受信の開始の後、及び初期設定された回路がリセットによって 定義された初期状態に設定された後に、コイル電圧Ｖｃｏｉｌ は、整流され、かつローパスフィルタによって平滑化される。このようにして発 生された電圧Ｖｔｐ，１は、基準値として第１のメモリＳＰ内に一時記憶される 。第２のメモリ内に、コンデンサＣｎの構成を一義的に記述する参照番号が記憶 される。続いて均一なステップでコンデンサＣｎが、受信振動回路のＬＣ−振動 回路に対して並列に接続される。それによりその共振周波数が、したがって誘起 されるコイル電圧Ｖｃｏｉｌが、かつ最終的に整流されかつ平滑化された電圧ｖ ｔｐも変化する。第１のコンデンサＣ１の追加接続によって、受信振動回路の共 振周波数とともに評価に利用される電圧ｖｔｐも変化する。第２の時点に存在す る変化した新しいこの電圧Ｖｔｐ，２は、比較器によりメモリにファイルされた 前の電圧Ｖｔｐ，１と比較される。第２の時点に存在する電圧Ｖｔｐ，２がメモ リにファイルされた値よりも大きいと、前の電圧Ｖｔｐ，１に代わって、新しい 電圧Ｖｔｐ，２が、かつコンデンサＣｎの構成を一義的に記述する参照番号が、 メモリ内に書込まれ、次のコンデンサが追加接続され、かつ新しい値対、すなわ ち新しい第３の電圧ｖｔｐ，３とメモリにファイルされた第２の電圧Ｖｔｐ，２ の値とにより、比較が繰返される。 第２の時点に存在する電圧値Ｖｔｐ，２がメモリにファイルされた値より小さ いと、メモリ内容を変更することなく、次のコンデンサが追加接続され、かつ新 しい値対、すなわち新しい第３の電圧Ｖｔｐ，３とメモリ内にファイルされた電 圧Ｖｔｐ，２の値とにより、比較が繰返される。 調節の全範囲を完全に通過したとき、メモリ内にファイルされた参照番号に相 当するコンデンサＣｎの構成が、受信振動回路に追加接続される。 調節のこの方法は、問合わせ信号の投入の際又は問合わせフィールド内へのト ランスポンダの浸漬の際、トランスポンダの所定の時間的特性が望ましいとき、 とくに好ましい。 図４は、方法を実施する回路装置の第１の実施例をブロック回路図で示してい る。これは、問合わせ信号の周波数に共振するように受信振動回路を調節するた めに、次の機能ユニットを有する： トランスポンダの受信振動回路は、少なくとも１つのインダクタンス及び少な くとも１つの容量を有し、かつ端子対Ｃｏｉｌ１／Ｃｏｉｌ２を介して回路装置 に接続される。これは、多数の容量からなり、これらの容量は、制御可能なスイ ッチによって、受信振動回路の容量に対して並列に接続されており−図４に符号 Ａｄａｐｔを有する回路ブロックによって示されている。同様に端子対Ｃｏｉｌ １／Ｃｏｉｌ２に、ローパスフィルタが接続されており−図４に符号ｆｒｏｎｔ ２を有する回路ブロックによって示されている。ローパスフィルタの出力信号ｖ ｔｐは、比較器段に供給され−図４に符号ｍａｘ＿ｄｅｔｅｃｔを有する回路ブ ロックによって示されている。比較器段においてローパスフィルタの出力信号ｖ ｔｐは、これまでに生じかつここに記憶された最大値と比較される。その出力信 号ａｄａｐｔ＿ｏｕｔに依存して、多数の容量が適応制御される。 図５は、回路装置をもう一度改善された表示で示している。調節の機能に著し く貢献するトランスポンダの機能ユニットだけが示されている。少なくとも１つ のインダクタンス及び少なくとも１つの容量からなるトランスポンダの受信振動 回路１は、読取り装置の図示しない振動回路とともに、緩い連結の変圧器を形成 している。受信振動回路１の容量に対して並列に、制御可能なスイッチによって 受信振動回路の容量に対して追加接続可能な多数の容量２が配置されている。ス イッチの制御は、制御論理６によって行なわれる。制御論理６は、さらに問合わ せ信号から発生されるクロック信号を供給される。このクロック信号によって、 制御可能なスイッチによって受信振動回路の容量に対して並列に接続可能な多数 の容量は、段階的及びステップ状に制御される。さらに受信振動回路１は、整流 器段３及びクロック発生器回路７に接続されている。整 流器段３によって整流された信号は、平滑化のためにフィルタ段に供給される。 フィルタ段は、ローパスフィルタとして構成されている。このように整流されか つ平滑化された信号は、最大値検出器５の入力端子に供給される。最大値検出器 は、その入力端子に加えられた信号を記憶された量と比較し、かつそれぞれ大き い方をそのメモリ内に受取る。それにより最大値検出器のメモリは、常に調節の 開始以来整流されかつ平滑化された信号の最大の値を含んでいる。最大値検出器 ５は、制御論理６に接続されているので、制御論理６は、最大値検出器５の入力 端子に加えられた信号がそのメモリにファイルされた値よりも小さいときに、調 節過程を終了する。それから制御論理６は、再び最大値が達成されるように、接 続可能なコンデンサを設定し、かつ別の出力端子において、調節が終了したこと を表示する。 切換え可能な容量は、有利にはコンデンサとスイッチトランジスタの直列回路 からなり、その際、スイッチトランジスタは、制御論理から制御される。それぞ れ１対の同じ寸法のコンデンサが、制御論理から制御され、その際、コンデンサ とスイッチトランジスタの第１の直列回路は、それぞれ受信振動回路の第１の端 子をアース電位に接続し、かつコンデンサとスイッチトランジスタの第２の直列 回路は、受信振動回路の第２の端子をアース電位に接続する。 図６及び７に、受信振動回路のコイル電圧の変化(図６)、及びフィルタ段の出 力電圧のこれに関連した変化（図７）が示されている。図８において、受信振動 回路の総合容量の変化が明らかであり、この変化は、接続可能なコンデンサＣ１ −Ｃｎの追加接続によって引起こされる。図５ないし８の時間軸は同一である。 有利な構成において、制御論理は、ｎ−段の２進カウンタを含み、このカウン タの出力は、ｎ対のコンデンサ／スイッチを制御する。その際、コンデンサの個 々の対の値は、これらの値が対になって２進重み付けされて段階付けられており 、したがって広い値範囲をカバーするように選 定されている。例えば４段の２進カウンタは、その出力端子から４対のコンデン サを制御する。この時、容量は、それぞれ所属のカウンタ段に相当し、かつ基本 値の、例えば１０ｐＦの１−、２−、４−及び８−倍である。このような配置に よって、受信振動回路は、その基本設定の他に１５段に変化することができる。 回路装置の別の構成において、すべてのコンデンサは、同じ大きさに構成され ている。これらは、この時、直接制御することができ、又は前記の２進重み付け された値に相当するグループになるように一緒に接続することができる。 前記の方法及びそれに所属の回路装置によれば、トランスポンダの受信振動回 路を問合わせ信号のための周波数に共振するように同調することが可能である。 この調節は、トランスポンダのそれぞれの始動の際に行なうことができ、又は読 取り装置の所定のコマンドによって開始することができる。受信振動回路の構成 部分の公差を補償するために所定の周波数に一度製造に関して調節するためにも 、方法と回路装置は使用することができる。この時、一度の調節によって検出さ れた設定は、例えばコンデンサのスイッチを制御するカウンタのカウンタ状態は 、トランスポンダの固定値メモリ内に永続的に記憶され、かつそれぞれの初期設 定の際に再びコンデンサの制御のために利用される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月７日（１９９８．９．７） 【補正内容】 ドイツ連邦共和国特許第４４３８２８７号明細書によれば、非接触でエネルギ ー−及びデータ伝送を行なうシステムが公知であり、ここでは共振振動回路の容 量の調節のために、容量に対して並列に配置された一連のコンデンサが、メモリ にファイルされた値にしたがって追加接続される。 ドイツ連邦共和国特許第４４３８２６８号明細書によれば、ドイツ連邦共和国 特許第４４３８２８７号明細書による装置において、動作の際の最適な調節値を 直接トランスポンダにおいて検出する方法が公知である。そのために電圧信号を サンプリングするために、差動サンプルホールド検出器が設けられている。これ は、制御装置及びカウンタに接続されている。調節は、差の所定の変化の際に終 了する。この処置様式は、行なうべきステップの数に依存して調節過程が異なっ た長さに継続するという欠点を有する。時間判定基準、トランスポンダシステム の応答時間において、異なった応答時間は、時には許容することができない。 請求の範囲 １．受信振動回路が、少なくとも１つのインダクタンス及び少なくとも１つの 容量からなり、その際、受信振動回路の容量が、追加−又は取り除き接続される 多数の個別コンデンサによって変更され、かつ最終的にトランスポンダによって 受信される問合わせ信号が変化範囲内において最大の電圧値をとるように設定さ れ、かつその際、コンデンサの容量値が、２進重み付けされて段階付けられてお り、かつコンデンサの制御が、２進カウンタによって行なわれる、読取り装置か ら送出される問合わせ信号の周波数に共振するようにＲＦＩＤシステムにおける トランスポンダの受信振動回路を調節する方法において、 調節のために変化範囲内におけるコンデンサのすべての値を切換え、最大の電 圧値においてカウンタ状態を固定保持し、かつ最終的にこのカウンタ状態に対す るコンデンサの制御を設定する ことを特徴とする、ＲＦＩＤシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路 を調節する方法。 ２．問合わせ信号の受信の開始の直後に、調節を行なうことを特徴とする、請 求項１に記載の方法。 ３．読取り装置から送信された適当なコマンドの受信の後に、調節を行なうこ とを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ４．さらに高い周波数からさらに低い周波数へ調節を行なうことを特徴とする 、請求項１ないし３の１つに記載の方法。 ５．さらに低い周波数からさらに高い周波数へ調節を行なうことを特徴とする 、請求項１ないし３の１つに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 1/59 (72)発明者 ヒルシユ，コンラート ドイツ連邦共和国 デー―85356 フライ ジング ヨーゼフ―シヨイエル―シユトラ ーセ41 (72)発明者 メルキオール，マルク ドイツ連邦共和国 デー―85777 カンメ ルベルグ ヴイルツベルグ５ (72)発明者 シユルゲン，アンドレアス ドイツ連邦共和国 デー―85386 アイヒ ング ローホーフエル シユトラーセ37

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．受信振動回路が、少なくとも１つのインダクタンス及び少なくとも１つの 容量からなる、読取り装置から送出される問合わせ信号の周波数に共振するよう にＲＦＩＤシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路を調節する方法にお いて、 受信振動回路の容量をステップ状に変更し、かつ最終的にトランスポンダによ って受信される問合わせ信号が変化範囲内において最大の電圧値をとるように設 定する ことを特徴とする、ＲＦＩＤシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路 を調節する方法。 ２．問合わせ信号の受信の開始の直後に、調節を行なうことを特徴とする、請 求項１に記載の方法。 ３．読取り装置から送信された適当なコマンドの受信の後に、調節を行なうこ とを特徴とする、請求項１に記載の方法。 ４．受信振動回路の容量に対して、ステップ状に多数の個別コンデンサを追加 接続し、又は取り除き接続することを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記 載の方法。 ５．さらに高い周波数からさらに低い周波数へ調節を行なうことを特徴とする 、請求項１ないし４の１つに記載の方法。 ６．さらに低い周波数からさらに高い周波数へ調節を行なうことを特徴とする 、請求項１ないし４の１つに記載の方法。 ７．コンデンサの容量値を、２進重み付けして段階付けし、かつ２進カウンタ によってコンデンサの制御を行なうことを特徴とする、請求項４ないし６の１つ に記載の方法。 ８．最大値を上回った際に調節を終了し、かつ１つの計数ステップに前に到達 したコンデンサ制御を維持することを特徴とする、請求項１ないし７の１つに記 載の方法。 ９．調節のために、変化範囲内におけるコンデンサのすべての値を切換え、最 大電圧値における計数状態を固定保持し、かつ最終的にこの計数状態に対するコ ンデンサ制御を設定することを特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載の方 法。 １０.・少なくとも１つのインダクタンス及び少なくとも１つの容量を有する受 信振動回路； ・制御可能なスイッチによって受信振動回路の容量に対して並列に接続可能な 多数の容量； ・問合わせ信号を整流するために受信振動回路に接続された整流器段； ・整流された信号を平滑化するために整流器段に接続されたフィルタ段； ・整流され平滑化された信号における最大値を検出するための最大値検出器； ・最大値検出器の状態に依存して容量のスイッチを制御するための制御論理部 からなる、読取り装置から発生される問合わせ信号の周波数に共振するように ＲＦＩＤシステムにおけるトランスポンダの受信振動回路を調節する回路装置。 １１．切換え可能な容量が、コンデンサ及びスイッチトランジスタの直列回路 からなり、かつスイッチトランジスタが、制御論理部によって制御されることを 特徴とする、請求項１０に記載の回路装置。 １２．それぞれ１対の同じ寸法のコンデンサが、制御論理部によって制御され 、その際、コンデンサ及びスイッチトランジスタの第１の直列回路が、受信振動 回路のそれぞれ１つの第１の端子をアース電位に接続し、かつコンデンサ及びス イッチトランジスタの第２の直列回路が、受信振動回路の第２の端子をアース電 位に接続することを特徴とする、請求項１１に記載の回路装置。 １３．制御論理部が、ｎ−段の２進カウンタを含み、この２進カウンタの出力 が、ｎ対のコンデンサ／スイッチを制御することを特徴とする、請求項１２に記 載の回路装置。