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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen RFID-Transponder und ein Verfahren zum
Betreiben eines RFID-Transponders. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere eine passive Zugangsvorrichtung und ein Verfahren zum
Betreiben einer passiven Zugangsvorrichtung.
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HINTERGRUND
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RFID-Transponder
werden bei vielen verschiedenen Anwendungen, wie etwa bei Identifikationssystemen
oder passiven oder schlüssellosen Zugangssystemen verwendet.
Die teuerste und am stärksten begrenzte Ressource in jedem RFID-Transponder
ist die Leistung oder Energie, die bei RFID für den Betrieb
benötigt wird. Es ist somit allgemein üblich,
dass RFID-Transponder die empfangenen Hochfrequenzsignale überwachen
und prüfen, ob diese ein bestimmtes Weckmuster enthalten
oder nicht. Dazu weisen herkömmliche RFID-Transponder einen
Weckmustermechanismus auf, der die eingehenden Signale kontinuierlich überwacht
und ein Wecksignal für andere Komponenten des RFID-Transponders
ausgibt, wenn das Weckmuster detektiert wird. Obwohl jedoch ein
wesentlicher Teil der Leistung eingespart werden kann, da sich die
Teile des RFID-Transponders, die die meiste Leistung verbrauchen,
im Energiesparmodus befinden, bis das Weckmuster detektiert wird,
ist es wünschenswert, den Leistungsverbrauch weiter zu
reduzieren.
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Schlüssellose
Zugangssysteme und passive Zugangssysteme, auf die die vorliegende
Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann, sind aus den Dokumenten
US 6,323,566 B1 und
US 6,489,886 B2 bekannt.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung einen RFID-Transponder und ein Verfahren
zum Betreiben eines RFID-Transponders mit verringertem Leistungsverbrauch
im Vergleich zu herkömmlichen RFID-Transpondern bereitzustellen.
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Es
ist ein RFID-Transponder vorgesehen, der eine Stufe zur automatischen
Verstärkungssteuerung (AGC-Stufe) aufweist, um ein Hochfrequenz-(HF-)Signal
zu verstärken und ein verstärktes HF-Signal bereitzustellen.
Die AGC-Stufe hat ein Steuersignal, das eine Erhöhung der
Amplitude des HF-Signals angibt. Es ist ein Demodulator vorhanden,
der so gekoppelt ist, dass er das verstärkte HF-Signal
empfängt, um das verstärkte HF-Signal zu demodulieren
und ein Datensignal bereitzustellen. Ferner ist ein Burst-Detektor
vorhanden, der so gekoppelt ist, dass er das Steuersignal der AGC-Stufe empfängt,
und der in Reaktion auf eine Änderung des Steuersignals,
die eine Erhöhung der Amplitude des HF-Signals angibt,
ein Startsignal bereitstellen kann. Ein Weckmusterdetektor ist so
gekoppelt, dass er das Datensignal und das Startsignal empfängt.
Der Weckmusterdetektor kann nach dem Empfangen des Starsignals ein
vorgegebenes Weckmuster im Datensignal detektieren und ein Wecksignal
ausgeben, wenn das vorgegebene Weckmuster detektiert wird. Das Wecksignal
kann dazu verwendet werden, andere Stufen des RFID-Transponders
von einem Energiesparmodus in einen aktiven (eingeschalteten) Modus
zu schalten. Der RFID-Transponder kann in Reaktion auf ein erfolgreich
detektiertes Weckmuster allgemein von einem beliebigen ersten Betriebsmodus
(Modus mit sehr niedriger Leistung, Schlafmodus) mit geringem oder
ohne Leistungsverbrauch in einen zweiten Betriebsmodus mit höherem
Leistungsverbrauch geschaltet werden. Das HF-Signal kann unabhängig
von der Trägerfrequenz des Übertragungsbands jedes
Funksignal sein. Im Rahmen der Erfindung kann insbesondere ein NF-Signal
von etwa 134 kHz als HF-Signal in Betracht gezogen werden. Bei diesem
ersten Aspekt der Erfindung ist ein Burst-Detektor vorgesehen, der
so gekoppelt ist, dass er ein Steuersignal von der AGC-Stufe empfängt.
Da sich die Verstärkung oder der Verstärkungsfaktor
der AGC-Stufe kontinuierlich an die Amplitude der (beispielsweise
an einer Antenne des RFID-Transponders) empfangenen Hochfrequenzsignale
anpasst, kann ein Steuersignal, das mit diesem Verstärkungsfaktor
(oder dieser Verstärkung) in Beziehung steht, zur Detektion
einer Erhöhung der Amplitude des eingehenden Hochfrequenzsignals verwendet
werden. Der Burst-Detektor kann dann ein Startsignal ausgeben, beispielsweise
einen kurzen Impuls, um den Weckmusterdetektor zu aktivieren. Der
Weckmusterdetektor beginnt in Reaktion auf das Startsignal die Überwachung
des Datensignals und detektiert, ob ein Weckmuster im empfangenen
Datensignal enthalten ist oder nicht.
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Vorteilhafterweise
kann das Weckmustersignal eine ziemlich kurze Bitlänge
von weniger als 16 Bits haben. Andere vorteilhafte Ausführungsformen können
Weckmuster mit 8, 6 oder 4 Bits verwenden. Weckmuster mit einer
Bitlänge von 4 Bits haben sich als sehr guter Kompromiss
zwischen der Sicherheit gegen eine irrtümliche Aktivierung
des Weckmusterdetektors und der Kürze des Weckmustersignals
erwiesen.
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Der
RFID-Transponder kann so ausgelegt sein, dass er den Weckmusterdetektor
nach einer Zeitspanne, die länger ist als eine mit einem
gültigen Einzelbit verbundene Dauer, in einen Energiesparmodus
zurücksetzt. Wenn das HF-Signal eine bestimmte Modulation
verwendet, zum Beispiel eine EIN-AUS-Umtastung (engl. ON-OFF-keying),
geben die AUS- und EIN-Perioden des HF-Signals hohe und niedrige
Bits an. Wenn eine bestimmte AUS- oder EIN-Periode des HF-Signals
länger ist als für ein Einzelbit definiert ist,
kann dies dazu verwendet werden, den Weckmuster-Überwachungsvorgang
zu unterbrechen und in einen Energiesparmodus zurückzukehren.
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Ferner
kann der RFID-Transponder so ausgelegt sein, dass er den Weckmusterdetektor
nach einer Zeitspanne, die sich über mindestens ein einzelnes
vorgegebenes Weckmuster erstreckt, in einen Energiesparmodus zurücksetzt.
Diesbezüglich ist ein kurzes Weckmuster einem langen Weckmuster
vorzuziehen, da die Zeitspanne, während der der Weckmusterdetektor
aktiviert sein muss, um das Weckmuster zu detektieren, kurz gehalten
werden kann. Dies kann zu einer deutlichen Verringerung des Leistungsverbrauchs
führen.
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Die
Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Betreiben eines RFID-Transponders
vor. Es kann in Reaktion auf eine Erhöhung der Amplitude
eines empfangenen HF-Signals ein Startsignal bereitgestellt werden.
Das HF-Signal wird in ein Datensignal demoduliert. Das Datensignal
wird nach dem Auftreten des Startsignals auf ein vorgegebenes Weckmuster überwacht.
Wenn das Weckmuster detektiert wird, wird der RFID-Transponder von
einem Energiesparmodus in einen aktiven (eingeschalteten) Modus geschaltet.
Das Überwachen des Datensignals auf ein vorgegebenes Weckmuster
kann unterbrochen werden, wenn nach dem Empfangen des Startsignals
eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist. Die vorgegebene Zeitspanne
kann sich vorteilhafterweise über mindestens ein Weckmuster
erstrecken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf
die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen
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1 ein
System, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann,
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2 ein
vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform der
Erfindung,
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3 ein
vereinfachtes Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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4 ein
Zustandsdiagramm für den zustandsbehafteten Demodulator
aus 3 und einen veranschaulichenden Signalverlauf
für ein in 3 dargestelltes Signal,
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5 ein
vereinfachtes Schaltbild einer Stufe zur automatischen Verstärkungssteuerung
gemäß Aspekten der Erfindung,
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6 Signalverläufe,
die sich auf Ausführungsformen der Erfindung beziehen,
und
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7 Signalverläufe,
die sich auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung
beziehen.
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1 zeigt
ein schlüsselloses oder passives Zugangssystem (beispielsweise
mit einem Wegfahrsperrsystem), auf das die vorliegende Erfindung
angewendet werden kann. Die Fahrzeugbasisstation 14 weist
eine Karosserie-Steuereinheit 11 zur Steuerung der Zugangs-
und Auslöseprozedur auf, einen UHF-(Ultrahochfrequenz-)Empfänger
und ein NF-(Niederfrequenz-)Sende-/Empfangsgerät 13 (d. h.
einen Sender und einen Empfänger). Die Karosserie-Steuereinheit
kann Auslösesignale 17 empfangen, um bestimmte
Operationen auszuführen. Ein NF-Abfragesignal kann beispielsweise
regelmäßig zur passiven Zugangsvorrichtung 15 gesendet
werden. Die passive Zugangsvorrichtung weist einen RFID-Transponder
gemäß Aspekten der Erfindung auf. Die passive
Zugangsvorrichtung 15 weist einen analog Front-End-Empfänger 10,
einen (Schlüsselkopf-)Mikrocontroller 8 und einen
UHF-Sender 9 auf. Die im UHF-Band verwendeten Frequenzen
betragen beispielsweise 315 MHz in den USA und 433 MHz in Europa.
Niedrige Frequenzen betragen etwa 134 kHz. Im Rahmen dieser Anmeldung
kann ein HF-Signal ein NF-Signal von etwa 134 kHz sein. Eine schlüssellose
Fernzugangsfunktion kann als Komfortmerkmal implementiert sein,
mit dem die Türen in einem Umkreis von 10 m um ein Fahrzeug,
in dem sich die Fahrzeugbasisstation befindet, entriegelt und verriegelt
werden. Der NF-Kanal wird für einen Zweiwegedatenaustausch
verwendet, bei dem zur Authentifizierung oder Überprüfung
einer Identität üblicherweise ein Challenge-Response-Prinzip
angewendet wird. Die Sicherheit des Niederfrequenzsignals (NF) wird
durch die Verwendung eines Verschlüsselungscodes, den nur
die Fahrzeugbasisstation 14 kennt, aufrechterhalten. Getriggerte
Systeme haben üblicherweise Detektionsschalter an den Türgriffen,
um eine Aktivierung oder Lesevorgänge einzuleiten, während
Abfragesysteme wiederholte Lesevorgänge durchführen.
Die Erfindung stellt eine verbesserte Schaltung und verbesserte
Verfahren zum Betreiben der passiven Zugangsvorrichtung (des Transponders)
bereit.
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2 zeigt
ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Erfindung. 2 betrifft einen RFID-Transponder
mit einem einzigen Empfangskanal und zeigt eine Ausführungsform
des analog Front-End-Empfängers 10, der in 1 gezeigt ist.
Die Daten von einer Basisstation und Störungen können
mit einer Antenne empfangen werden, die als externe Komponente zum
RFID-Transponder 1 implementiert sein kann (d. h. die Antenne
ist möglicherweise nicht auf einer integrierten Schaltung
integriert, die viele oder alle in den 2, 3 und 5 gezeigten
Stufen und Schaltungen aufweist). Das empfangene Hochfrequenzsignal
RFX wird als Eingangssignal AGC_IN in die Stufe zur automatischen
Verstärkungssteuerung (AGC-Stufe) 3 eingespeist. Nachdem
es verstärkt wurde, wird das verstärkte HF-Signal
AGC_OUT zur Demodulator- und Burstdetektionsstufe 4 geleitet.
Die Demodulator- und Burstdetektionsstufe 4 demoduliert
das verstärkte HF-Signal AGC_OUT und stellt ein Datensignal
EOB bereit, das zum Weckmusterdetektor 5 geleitet wird.
Ein Steuersignal AGC_V wird von der Demodulator- und Burstdetektionsstufe 4 in
die AGC-Stufe 3 eingespeist. Das Steuersignal AGC_V dient
zur Steuerung der Verstärkung (oder, wie unter beschrieben,
der Dämpfung) der AGC-Stufe 3.
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Die
Demodulator- und Burstdetektionsstufe 4 kann auch eine
bestimmte Änderung im Signal AGC_OUT detektieren, die einen
plötzlichen Anstieg der Amplitude des empfangenen HF-Signals
RFX angibt oder reflektiert. Eine Schaltung und ein Mechanismus,
die dazu geeignet sind, einen derartigen plötzlichen Anstieg
der Amplitude des empfangenen HF-Signals RFX zu reflektieren, sind
nachfolgend mit Bezug auf 3 und 4 ausführlicher
beschrieben. 3 zeigt eine Ausführungsform
einer AGC-Stufe 3 ausführlicher. Das Steuersignal
AGC_V ist ein Indikator für die Verstärkung (oder
vielmehr für die invertierte Verstärkung, d. h.
die Dämpfung) der AGC-Stufe 3. Jedes Mal, wenn
ein plötzlicher Anstieg der Amplitude des empfangenen HF-Signals
RFX auftritt, wird dies von dem Steuersignal AGC_V angegeben, und
die Demodulator- und Burstdetektionsstufe 4 gibt ein Startsignal
START aus. Das Startsignal START aktiviert den Weckmusterdetektor 5,
der die Überwachung des Datensignals EOB beginnt. Wenn
der Weckmusterdetektor 5 ein vorgegebenes Weckmuster (d.
h. beispielsweise ein bestimmtes Bitmuster) im Datensignal EOB detektiert,
gibt er ein Wecksignal WAKEX an andere Teile des RFID-Transponders
aus. Der Weckmusterdetektor 5 kann das Datensignal EOB
auch über den Datenausgang DATAX an die anderen Komponenten
weiterleiten. Der Weckmusterdetektor kann so ausgelegt sein, dass
er nach einer vorgegebenen Zeitspanne, die mit der Bitlänge
des Weckmusters verbunden ist, in einen Energiesparmodus zurückkehrt.
Dieser Zeitablaufmechanismus (beispielsweise ein Zeitgeber oder
ein Fehlerdetektor) kann im Weckmusterdetektor 5 implementiert
sein.
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3 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild eines AGC-Mechanismus gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung. Das Eingangssignal AGC_IN
(d. h. beispielsweise das empfangene NF-Signal RFX) wird (auf variable
Weise) im Dämpfer ATN 20 gedämpft und
anschließend mit dem Verstärker AMP verstärkt.
Der Verstärker AMP hat eine voreingestellte Verstärkung,
die im Wesentlichen durch die Hardwarekonfiguration und optional
mit dem Verstärkungseinstellungssignal GRFX festgelegt
wird. Das verstärkte Signal AGC_OUT wird mit einem oder mehr
Referenzspannungspegeln verglichen, die im Referenzspannungsgenerator
VREF 22 in der Vergleichsstufe 18 erzeugt werden.
Das Ergebnis des Vergleichs (logische hohe oder logische niedrige Werte)
wird zu einer zustandsbehafteten Demodulationsstufe 16 geleitet.
Bei einer Ausführungsform kann die Vergleichsstufe 18 drei
Komparatoren oder einen Komparator, der drei Vergleiche durchführen kann,
aufweisen. Die von der Referenzspannungserzeugungsstufe 22 bereitgestellten
Referenzspannungspegel für den Vergleich können
dann THRS, THR1 und THR2 sein, d. h. drei unterschiedliche Referenzspannungspegel.
Das Konzept der Verwendung von drei unterschiedlichen Pegeln und
drei entsprechenden Vergleichen (oder einzelnen Komparatoren) ist
nachfolgend mit Bezug auf 4 ausführlicher
erläutert. Die zustandsbehaftete Demodulationsstufe 16 und
die Vergleichsstufe 18 können einen Teil der in 2 gezeigten
Demodulations- und Burstdetektionsstufe 4 bilden. Die zustandsbehaftete Demodulationsstufe 16 stellt
das Ausgangssignal EOB bereit, das zum Weckmusterdetektor 5 geleitet wird.
Die zustandsbehaftete Demodulationsstufe 16 steuert eine
Integrierschaltung INT 21 mit einem Integrationssteuersignal
INTC in Reaktion auf das demodulierte Signal. Die Integrierschaltung
INT 21 kann zwei Stromquellen CS1 und CS2 zum Laden und Entladen
eines Kondensators C aufweisen. Der Spannungspegel am Kondensator
C kann zur Steuerung einer Dämpfungsstufe 20 verwendet
werden. Das zur Steuerung der Dämpfung der Dämpfungsstufe 20 verwendete
Signal ist das Steuersignal AGC_V.
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Das
Eingangssignal AGC_IN kann einen weiten Dynamikbereich von etwa
70 dB haben. Die AGC-Stufe kann sich während eines Weckbursts
des Eingangssignals AGC_IN an die Eingangsspannung anpassen. Der
Weckburst kann in einem Bereich zwischen einigen hundert μs
und einer Millisekunde liegen, beispielsweise bei 500 μs.
Ein Weckpegel (der während einer Weckperiode erreicht wird)
ist vorgegeben, und das Erreichen des Pegels kann für eine geeignete
Einstellung der Verstärkung (GRFX) der AGC-Stufe genutzt
werden. Die Verstärkungseinstellungen GRFX können
jedoch optional sein, oder es kann ein einziger fester Verstärkungswert
für eine bestimmte Anwendung oder Konfiguration verwendet werden,
und AGC könnte lediglich durch die Dämpfung des
Dämpfers ATN 20 gesteuert werden. Nach dem Anpassen
an den Weckburst wird die Verstärkung (Dämpfung)
nahezu konstant gehalten (nur langsame Änderung der Dämpfung).
Insbesondere wird während der Demodulation die Dämpfung
lediglich geringfügig angepasst. Die Demodulation wird unterbrochen,
wenn ein stärkeres HF-Signal empfangen wird oder ein Bitzeitablauf
auftritt. Dementsprechend wird das HF-Signal AGC_IN von dem variablen
Dämpfer ATN 20 gedämpft und anschließend
mit einer festen Verstärkung im Verstärker AMP
verstärkt. Die Verstärkung (Signal GRFX) kann
durch eine (nicht gezeigte) geregelte Rückkopplung bestimmt
und für eine spezifische Konfiguration eingestellt werden.
Die voreingestellte Verstärkung des Verstärkers
AMP kann durch die Verstärkerausführung (Hardware)
vorbestimmt sein. Ein Weckpegel kann als Mindesteingangsamplitude
betrachtet werden, bei der die Schaltung ihre Arbeit beginnt. Das
Signal GRFX ist ein optionales zusätzliches Signal zum Einstellen
der Verstärkung der Verstärkers, um einen bestimmten
Weckpegel für eine Anwendung festzulegen. Der Weckpegel
kann durch das Verhältnis zwischen dem Referenzpegel THRS
für die angestrebte Ausgangsamplitude des Signals AGC_OUT
und der Verstärkung des Verstärkers bestimmt werden
(d. h. THRS/Verstärkung).
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4 zeigt
ein Zustandsdiagramm für die zustandsbehaftete Demodulationsstufe 16 aus 3 und
einen veranschaulichenden Signalverlauf für das Signal
AGC_OUT. Das Zustandsdiagramm zeigt vier Zustände, LANGSAM,
SCHNELL, S1 und S0. LANGSAM gibt die langsame Anpassung der Dämpfung (Verstärkung)
der AGC-Stufe 3 an. LANGSAM gibt die schnelle Anpassung
der Dämpfung an. S1 gibt an, dass AGC_OUT über
dem Referenzpegel THRS2 liegt, und S0 gibt an, dass AGC_OUT unter dem
Referenzpegel THRS2 liegt. Für die Übergänge von
einem Zustand in den anderen gelten die folgenden Grundsätze.
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THRS↑ gibt
an, dass AGC_OUT den Referenzspannungspegel THRS von einem Spannungspegel
von AGC_OUT, der niedriger ist als THRS, zu einem Spannungspegel,
der höher ist als THRS, überschreitet. Mit anderen
Worten steigt AGC_OUT über THRS. THRS↓, gibt an,
dass AGC_OUT den Referenzspannungspegel THRS von einem Spannungspegel
AGC_OUT, der höher ist als THRS, zu einem Spannungspegel,
der niedriger ist als THRS, unterschreitet. Mit anderen Worten sinkt
AGC_OUT unter THRS.
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THR1↑ gibt
an, dass AGC_OUT den Referenzspannungspegel THR1 von einem Spannungspegel
von AGC_OUT, der niedriger ist als THR1, zu einem Spannungspegel,
der höher ist als THR1, überschreitet. Mit anderen
Worten steigt AGC_OUT über THR1. THR1↓ gibt an,
dass AGC_OUT den Referenzspannungspegel THR1 von einem Spannungspegel
von AGC_OUT, der höher ist als THR1, zu einem Spannungspegel,
der niedriger ist als THR1, unterschreitet. Mit anderen Worten sinkt AGC_OUT
unter THR1.
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THR2↑ gibt
an, dass AGC_OUT den Referenzspannungspegel THR2 von einem Spannungspegel
von AGC_OUT, der niedriger ist als THR2, zu einem Spannungspegel,
der höher ist als THR2, überschreitet. Mit anderen
Worten steigt AGC_OUT über THR2. THR2↓ gibt an,
dass AGC_OUT den Referenzspannungspegel THR1 von einem Spannungspegel
von AGC_OUT, der höher ist als THR2, zu einem Spannungspegel,
der niedriger ist als THR2, unterschreitet. Mit anderen Worten sinkt AGC_OUT
unter THR2.
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Der
Signalverlauf unter dem Zustandsdiagramm zeigt eine mögliche
Beziehung zwischen den Schwellenwerten oder Referenzspannungspegeln THRS,
THR1 und THR2. Gemäß dieser Ausführungsform
gilt THR2 < THRS < THR1.
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Solange
keine Überschreitung bzw. Unterschreitung des Pegels THRS
stattfindet, bleibt die Demodulationsstufe 16 (die beispielsweise
eine Zustandsmaschine sein kann, die von den Ausgängen von
drei Komparatoren in der Vergleichsstufe 18 gesteuert wird)
im Zustand SCHNELL (voreingestellter Zustand, es wird kein Signal
empfangen). Das bedeutet, dass die Verstärkung (Dämpfung)
der AGC-Stufe schnell angepasst werden kann (kurze Zeitkonstante).
Wenn eine Überschreitung oder Unterschreitung des Referenzspannungspegels
THRS stattfindet, wechselt die zustandsbehaftete Demodulationsstufe 16 in
den Zustand LANGSAM.
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Wenn
jedoch im Zustand LANGSAM eine Überschreitung bzw. Unterschreitung
des Referenzpegels THR1 stattfindet, geht der zustandsbehaftete Demodulator
in den Zustand SCHNELL über. Im Zustand SCHNELL wird ein
Burst detektiert und eine schnelle Anpassung der Dämpfung
(Verstärkung) der AGC vorgenommen. Solange der zustandsbehaftete Demodulator
im Zustand SCHNELL bleibt, kann er sich rasch an das empfangene
Signal anpassen und relativ stark ansteigenden oder fallenden Flanken des
empfangenen HF-Signals folgen.
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Sobald
das Signal AGC_OUT unter den Referenzspannungspegel THRS sinkt,
findet ein Übergang zurück in den Zustand LANGSAM
statt, und die Anpassungsgeschwindigkeit (Geschwindigkeit der Anpassung
der Dämpfung von ATN 20) der AGC wird verringert.
Wenn das Signal AGC_OUT weiter unter den Referenzpegel THR2 sinkt,
nimmt der zustandsbehaftete Demodulator 16 den Zustand
S0 an. Das bedeutet, dass die Demodulation des Signals AGC_OUT begonnen
wird. Die Dämpfung (Verstärkung) von AGC 3 wird
in dieser Stufe im Wesentlichen konstant gehalten (S0 wird nur ausgehend
vom Zustand LANGSAM erreicht). Während eines normalen Downlink-Vorgangs
kann nun das Signal AGC_OUT in Zustände über und
unter dem Referenzspannungspegel THR2 schalten, und der zustandsbehaftete
Demodulator 16 schaltet zwischen den Zuständen
S0 und S1, was die Demodulation des Signals angibt. Auf Grundlage
dieses Signals werden eingehende Daten ermittelt, und das Datensignal
EOB kann erzeugt werden. Wenn jedoch im Zustand S1 ein anderer Burst
auftritt, führt dies dazu, dass das Signal AGC_OUT über
den Referenzspannungspegel THR1 steigt und der zustandsbehaftete Demodulator 16 in
den Zustand SCHNELL zurückkehrt, um die Dämpfung
(Verstärkung) der AGC-Stufe 3 rasch anzupassen.
Die Dämpfung wird angepasst, um mit der angestrebten Amplitude
für AGC_OUT zu übereinstimmen, welche dem Referenzspannungspegel
THRS entspricht.
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Mit
anderen Worten wird in dieser Ausführungsform ein erster
Referenzspannungspegel THR1 dazu verwendet, einen neuen Burst zu
detektieren oder anzugeben. Der Ausgang eines Komparators (beispielsweise
in Stufe 18) mit THR1 als Referenzeingangsspannungspegel
kann zur Erzeugung des in 2 gezeigten
START-Signals verwendet werden. Ein zweiter Referenzspannungspegel
THR2 kann für die Demodulation des empfangenen und verstärkten
HF-Signals verwendet werden. Ein Ausgangssignal eines Komparators
(z. B. in Stufe 18) kann dann zur Erzeugung des in den 2 und 3 gezeigten
Datensignals EOB verwendet werden. Der Referenzspannungspegel THRS,
der mit Bezug auf die angestrebte Ausgangsamplitude von AGC_OUT
gewählt wird, kann zur Erzeugung des in 3 gezeigten
Signals INTC verwendet werden, das ein Multibitsignal oder ein mehrwertiges
Signal ist, das zur Steuerung des Signals AGC_V für die AGC-Stufe 3 verwendet
wird.
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5 zeigt
ein vereinfachtes Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform
der Erfindung. Der RFID-Transponder 1 aus 5 weist
drei ähnliche Empfangskanäle auf, die an eine
Antenne 1, 2 bzw. 3 gekoppelt sind. Jede Antenne empfängt
ein HF-Signal RF1, RF2 bzw. RF3. Jede Stufe RX1, RX2 und RX3 ist
in Übereinstimmung mit der in 2 gezeigten
Stufe RXX implementiert. Jede Stufe RX1 bis RX3 weist einen Verstärker
zur automatischen Verstärkungssteuerung, einen Demodulator,
einen Burstdetektor und einen Weckmusterdetektor auf, wie in 2 gezeigt.
Die jeweiligen Ausgangssignale WAKE1, DATA1, WAKE2, DATA2 und WAKE3, DATA3
werden in eine Steuerlogik 7 eingespeist, die das erste
gültige Wecksignal (das erste Signal WAKE1, WAKE2 oder
WAKE3, das ankommt) wählen kann, um ein Wecksignal WAKE
an den Mikrocontroller 8 zu liefern, der an eine Ultrahochfrequenzstufe 9 gekoppelt
ist, welche, falls erforderlich, ebenfalls geweckt werden kann.
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Der
Hauptvorteil der in 5 gezeigten Ausführungsform
besteht darin, dass drei Antennen ANTENNE1, ANTENNE2 und ANTENNE3
vorgesehen sind, die jeweils in eine andere Richtung aufgestellt
sein können, so dass ein dreidimensionaler Empfänger
geschaffen wird. Der dreidimensionale Empfänger ist unempfindlich
hinsichtlich der spezifischen Position und Ausrichtung des RFID-Transponders
bezüglich eines zum RFID-Transponder gesendeten HF-Signals.
Um Energie zu sparen, ist es vorteilhaft, die gleiche Anzahl von
Weckmusterdetektoren und Burstdetektoren wie Antennen vorzusehen.
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6 zeigt
Signalverläufe, die sich auf Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beziehen. Das HF-Signal HF ist durch
seine Hüllkurve und in einer Form dargestellt, in der es
von einer Basisstation zum RFID-Transponder gesendet wird. Das HF-Signal
kann eine Trägerfrequenz von etwa 134 kHz haben. Die Oszillation
des Trägers ist nicht gezeigt. Das HF-Signal umfasst eine
Weckphase C, in der sich der RFID-Transponder an die Amplitude des empfangenen
HF-Signals anpasst. Die Weckphase C wird von einer Downlink-Datenübertragung
gefolgt (Downlink bedeutet die Übertragung von der Basisstation
zum RFID-Transponder und Uplink die Übertragung vom RFID-Transponder
zur Basisstation). Für die Downlink-Datenübertragung
wird eine Amplitudenumtastungsmodulation (engt. Amplitude Shift Keying
(ASK) Modulation) oder genauer gesagt eine Ein-Aus-Umtastung (engl.
ON-OFF-keying – OOK) verwendet. Die Datenübertragung
beginnt mit einem Bitmuster, welches das Weckmuster mit 4 Bits darstellt.
Eine logische ,1’ ist mit einer Ein-Phase kodiert, die
länger ist als die Ein-Phase für eine logische
,0’. Das Weckmuster in diesem Beispiel entspricht ,0010’.
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An
der Antenne oder den Antennen der RFID-Transponder kann, wie in
den 1 bis 3 und 5 gezeigt,
das Hochfrequenzsignal HF üblicherweise mit pulsierendem
Rauschen überlagert sein, wie in der zweiten Spalte von 6 gezeigt
ist. Das resultierende Signal (einschließlich HF-Signal und
Rauschen) ist das Eingangssignal AGC_IN der Stufe zur automatischen
Verstärkungssteuerung. Die Amplitude des Signals AGC_IN
ist maximal, wenn das Hochfrequenzsignal HF gesendet wird. Das Ausgangssignal
AGC_OUT der AGC-Stufe zeigt, dass die AGC-Stufe automatisch das
empfangene HF-Signal AGC_IN so verstärkt, dass AGC_OUT
eine konstante Amplitude hat. Das Steuersignal AGC_V der AGC reflektiert
jedoch den sich ändernden Verstärkungsfaktor (Dämpfung
von ATN 20) der AGC-Stufe. AGC_V stellt das Verhalten der
Hüllkurve des empfangenen HF-Signals AGC_IN dar. Da die
Antwort der AGC-Stufe vorgegeben und begrenzt ist, ändert sich
das Steuersignal AGC_V langsam und gibt lediglich deutliche und
dauerhafte Änderungen der Eingangsamplitude des empfangenen
HF-Signals AGC_IN an, wie mit Bezug auf 3 und 4 erläutert
wurde. Das verstärkte Signal AGC_OUT wird demoduliert und
das Datensignal EOB bereitgestellt. Jedes Mal, wenn ein plötzlicher
Anstieg des Steuersignals AGC_V stattfindet, wird ein Startdetektionsimpuls
des Startsignals START von dem Demodulator und dem Burstdetektor 4,
in 2 gezeigt, ausgegeben. Nach jedem Startdetektionsimpuls
wird das Datensignal EOB im Weckmusterdetektor 5 aus 2 analysiert.
Nach dem zweiten Startimpuls START wird das Weckmuster ,0010’ detektiert.
Somit gibt der Weckmusterdetektor 5 mit dem Wecksignal WAKE
an, das ein Weckmuster detektiert wurde, und andere Komponenten
(beispielsweise der Mikrocontroller) des RFID-Transponders können
in den aktiven Modus geschaltet werden, d. h. dass sie eingeschaltet
werden können.
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7 zeigt
Signalverläufe, die sich auf eine andere Ausführungsform
der Erfindung beziehen. Der RFID-Transponder gemäß diesem
Aspekt der Erfindung weist einen Zeitablaufmechanismus für den
Weckmusterdetektor auf. Die in 7 gezeigten Signale
sind im Wesentlichen die gleichen wie die in 6 gezeigten
Signale. Es gibt jedoch nach jedem Startimpuls eine vorgegebene Zeitablaufperiode,
die vorsieht, dass der (in 2 gezeigte)
Weckmusterdetektor 5 abgeschaltet oder in einen Energiesparmodus
zurückgesetzt wird, wenn die Zeitablaufperiode abgelaufen
ist. Die Zeitablaufperiode TOFF kann lang genug sein, um sich über
die Weckperiode C und zumindest über die Dauer eines Weckmusters
zu erstrecken, d. h. die Zeitablaufperiode TOFF kann lang genug
sein, um sicherzustellen, dass mindestens ein einzelnes Weckmuster
detektiert werden kann. Die Zeitablaufperiode TOFF kann auch in Übereinstimmung
mit einer Bitlänge eingestellt werden, d. h. beispielsweise
in Übereinstimmung mit der Länge einer EIN- und/oder
AUS-Periode des HF-Signals, die ein hohes oder ein niedriges Bit
darstellt. Nach einer Dauer, die länger ist als für
ein Einzelbit zulässig ist (beispielsweise ein lange Pause
im Eingangssignal), kann ein Zeitablauf detektiert werden, und die
Vorrichtung kann in einen Energiesparmodus zurückkehren.
Der Zeitablauf kann auch eine Kombination aus einer Bitfehlerdetektion
(Bitzeitablauf) und einem weckmusterbezogenen Zeitablauf verwenden. Die
Zeitspanne, in der im Weckmusterdetektor Strom (Leistung) verbraucht
wird, wird so kurz wie möglich gehalten, während
außerhalb der Zeitablaufperiode TOFF im RFID-Transponder
lediglich Standby-Strom verbraucht wird. Kurze Weckmuster mit weniger
als 16 Bits, beispielsweise mit 8, 6 oder 4 Bits, sind besonders
vorteilhaft, da die Zeitablaufperiode TOFF kurz sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6323566
B1 [0003]
- - US 6489886 B2 [0003]