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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine elektronische
Vorrichtung mit einem Mechanismus zum Anzeigen eines Leistungspegels
eines verfügbaren
Betrags an Leistung.
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HINTERGRUND
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Es
gibt einen allgegenwärtigen
Bedarf, das Leistungsmanagement mobiler elektronischer Vorrichtungen,
wie etwa von RFID-Transpondern, zu verbessern. Ein vereinfachtes
Blockschaltbild einer herkömmlichen
RFID-Vorrichtung ist in 1 gezeigt. Die RFID-Vorrichtung
kann über
ein empfangenes HF-Signal (elektromagnetische Wellen, elektromagnetisches
Feld) gespeist werden. Somit weist die RFID-Vorrichtung 10 eine
Resonanzschaltung 4 mit einem Resonanzinduktor LR (kann
als Antenne dienen) und einem Resonanzkondensator CR auf. Die Resonanzschaltung
wird über
ein externes HF-Signal angeregt, um mit einer Schwingfrequenz zu
oszillieren. Aufgrund dieser Schwingung entwickelt sich an den Eingangsknoten
VANT1 und VANT2 eine oszillierende Spannung. Ein Begrenzer 6 ist
an die Resonanzschaltung 4 gekoppelt. Der Begrenzer 6 weist eine
Begrenzersteuerstufe 1 auf, die ein Begrenzersteuersignal
SLC für
die Transistoren M5 und M6 bereitstellt. Die Transistoren M5 und
M6 sind mit ihren Kanälen
in Reihe zwischen die Knoten VANT1 und VANT2 gekoppelt. Die Transistoren
M5, M6 stellen eine variable Last an den Knoten VANT1 und VANT2 dar.
Wenn die Spannung am Knoten VANT1 (zwischen VANT1 und VANT2) einen
vorbestimmten maximalen Spannungspegel übersteigt, gibt die Begrenzersteuerstufe 1 ein
Steuersignal SLC an die Steuergates von M5, M6 aus, um die Last
am Knoten VANT1 (und VANT2) zu erhöhen. Der entsprechende Begrenzerstrom
IL durch M5 und M6 steigt, um die Spannung am Knoten VANT1 zu verringern.
Wenn die Spannung am Eingang VANT1 (VANT2) fällt, wird der Strom IL verringert.
Das ist die Grundfunktionalität
eines Begrenzers 6. Die begrenzte Versorgungsspannung an
den Knoten VANT1, VANT2 wird in eine Gleichrichterstufe 2 gespeist,
um die alternierenden (schwingenden) Spannungen VANT1, VANT2 gleichzurichten.
Die Gleichrichterstufe 2 stellt einen gleichgerichteten
Versorgungsspannungspegel VDDH bereit. Die gleichgerichtete Versorgungsspannung VDDH
wird durch einen Spannungsregler 3 geleitet, der die geregelte
Ausgangsspannung VDD erzeugt. VDD wird für alle internen elektronischen
Komponenten verwendet, beispielsweise für eine Verarbeitungseinheit
(Mikrocontroller), eine digitale Logik oder viele verschiedene analoge
oder digitale Teile der RFID-Vorrichtung. Diese verbleibenden Komponenten
werden durch die Stufe SYSTEM 5 dargestellt. Wenn der Leistungsverbrauch
von SYSTEM 5 die maximal verfügbare Leistung überschreitet,
kann dies zu einem plötzlichen
Abfall der Antennenspannung führen,
und es kann ein plötzliches
Abschalten der RFID-Vorrichtung auftreten. Dies kann zu Fehlern
und zu einem Ausfall führen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektronische Vorrichtung
mit einem verbesserten Steuermechanismus bereitzustellen, die gegenüber Leistungsänderungen
weniger empfindlich ist und für
ein verbessertes Leistungsmanagement sorgt.
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Es
wird eine elektronische Vorrichtung (z. B. eine RFID-Vorrichtung
als Transponder) bereitgestellt, die mit einem empfangenen Hochfrequenz-(HF-)Signal
gespeist werden kann. Die elektronische Vorrichtung weist einen
Begrenzer auf, der an einen Eingangsknoten gekoppelt ist, um einen Versorgungsspannungspegel
am Eingangsknoten zu begrenzen. Die Versorgungsspannung wird durch das
empfangene HF-Signal erzeugt. Der Begrenzer ist so ausgebildet,
dass er eine gesteuerte und variable Last für den Eingangsknoten bereitstellt,
um die maximale Spannung am Eingangsknoten zu begrenzen. Um die
Last zu steuern, zieht der Begrenzer einen Begrenzerstrom aus dem
Eingangsknoten, um den Spannungspegel zu begrenzen. Ein Betrag des Begrenzerstroms
wird dann zum Steuern eines Leistungsverbrauchs der elektronischen
Vorrichtung verwendet. Dementsprechend kann die elektronische Vorrichtung
den Betrag des Begrenzerstroms als Indikator für die verfügbare Leistung verwenden und aus werten.
Es kann eine Leistungssteuerstufe vorgesehen sein, die die Informationen
bezüglich
des Betrags des Begrenzerstroms zur Steuerung der Teile und Komponenten
der elektronischen Vorrichtung verwenden kann. Dadurch ist es möglich, den
variablen Leistungsverbrauch der elektronischen Vorrichtung mit
der verfügbaren
Leistung, die über
die Antenne empfangen wird, zu korrelieren oder sogar darauf abzustimmen
(engl. match).
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Die
elektronische Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie anhand
des Betrags des Begrenzerstroms eine überschüssige Leistung bestimmt, die
für die
elektronische Vorrichtung verfügbar
ist. Der Betrag des Begrenzerstroms ist möglicherweise kein exakter Indikator
für die
verfügbare Leistung,
doch der Leistungsbetrag, der in anderen Teilen der elektronischen
Vorrichtung verbraucht werden kann, kann ein bestimmter Teil der überschüssigen Leistung
sein, die von dem Begrenzerstrom angegeben wird. Dies ermöglicht eine
genaue Vorhersage der maximal verfügbaren Leistung für eine elektronische
Vorrichtung. Die elektronische Vorrichtung kann so ausgebildet sein,
dass sie anhand des Betrags des Begrenzerstroms in Kombination mit
einem Betrag eines in der elektronischen Vorrichtung verbrauchten
Stroms den Leistungsverbrauch steuert. Wenn das Leistungsmanagement
der elektronischen Vorrichtung nicht nur die verfügbare Leistung
schätzt,
sondern auch den vorbestimmten und erwarteten Leistungsverbrauch
von internen Stufen und Komponenten der elektronischen Vorrichtung
berücksichtigt,
kann ein flexibles und effizientes Leistungsmanagement geschaffen
werden.
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Es
kann ein Buffer (zum Beispiel ein Bufferkondensator) vorgesehen
sein, um Energie zwischenzuspeichern, die zum Speisen der elektronischen
Vorrichtung verwendet werden kann. Die elektronische Vorrichtung
kann dann so ausgebildet sein, dass sie anhand der Kombination aus
dem Begrenzerstrom und einem Betrag von im Buffer gespeicherter
Energie den Leistungsverbrauch steuert.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform kann
die elektronische Vorrichtung so ausgebildet sein, dass sie die
Taktfrequenz eines Taktsignals einer internen digitalen Stufe (z.
B. eines Prozessor oder einer beliebigen Logik) ändert, um den Leistungsverbrauch
mit Bezug auf den Betrag des Begrenzerstroms, des erwarteten Leistungsverbrauchs der
jeweiligen Stufe und/oder der in einem Buffer gespeicherten Energie
zu steuern. Da der Leistungsverbrauch von digitalen Schaltungen
von der Taktfrequenz abhängig
ist, kann der Leistungsverbrauch effizient gesteuert werden, indem
die Taktfrequenz verringert oder erhöht wird. Darüber hinaus
ist es möglich,
die möglichen
Operationen und die Berechnungsgeschwindigkeit an die verfügbare Leistung anzupassen.
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Der
Begrenzer kann einen ersten Transistor aufweisen, der mit einem
Kanal an den Eingangsknoten gekoppelt ist. Der erste Transistor
kann die variable Last sein. Der Transistor kann so gesteuert werden,
dass er einen Begrenzerstrom aus dem Eingangsknoten zieht. Darüber hinaus
kann ein zweiter Transistor vorgesehen sein, der in einer Stromspiegelkonfiguration
an den ersten Transistor gekoppelt ist, um den Begrenzerstrom zu
spiegeln. Die Stromspiegelkonfiguration kann verwendet werden, um
ein geeignetes Signal abzuleiten, das ein Indikator für den Betrag
des Begrenzerstroms ist.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Betreiben einer elektronischen
Vorrichtung bereit. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen:
Es kann ein Betrag eines Begrenzerstroms bestimmt werden, der zum
Begrenzen eines Spannungspegels an einem Eingangsknoten verwendet wird.
Der Spannungspegel am Eingangsknoten wird mit einem empfangenen
HF-Signal erzeugt. Darüber hinaus
wird ein Leistungsverbrauch der elektronischen Vorrichtung anhand
des Betrags des Begrenzerstroms gesteuert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
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1 ein
vereinfachtes Blockschaltbild einer herkömmlichen elektronischen Vorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik; und
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2 ein
vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER
BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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2 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild (und Blockschaltbild) einer elektronischen
Vorrichtung 12 (z. B. eine partiell integrierte elektronische
Vorrichtung als HF-Transponder IC) gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Der grundlegende Aufbau und die Komponenten der elektronischen
Vorrichtung 12 sind im Wesentlichen denen der RFID-Vorrichtung 10,
die in 1 gezeigt ist, ähnlich. Es gibt eine Resonanzschaltung
(LR, CR), die einen Resonanzinduktor LR und einen Resonanzkondensator
CR, in 1 gezeigt, aufweisen kann. Die Resonanzschaltung 4 wird
mit einem externen HF-Signal angeregt, d. h. sie dient als Antenne.
Das eingehende HF-Signal oder elektronische Feld erzeugt am Knoten VANT1
eine Spannung. Ein Begrenzer 6 ist an den Knoten VANT1
gekoppelt. Der Begrenzer 6 weist eine Begrenzersteuerstufe 1 auf,
die ein Begrenzersteuersignal SLC für den Transistor M3 bereitstellt. Der
Transistor M3 ist mit einem Kanal an VANT1 gekoppelt, um eine variable
Last für
den Knoten VANT1 bereitzustellen. Wenn die Spannung am Knoten VANT1
eine maximale Grenze überschreitet,
steuert die Begrenzersteuerstufe 1 M3 durch das Begrenzersteuersignal
SLC, um den Begrenzerstrom IL zu erhöhen. Die entsprechende begrenzte
Spannung VANT1 wird durch den Gleichrichter 2 geleitet,
um eine gleichgerichtete interne Spannung VDDH bereitzustellen.
Die Spannung VDDH wird durch den Regler 3 geleitet, um
eine geregelte interne Versorgungsspannung VDD bereitzustellen.
Die Versorgungsspannung VDDH kann mit einem Bufferkondensator CBUFF
zwischengespeichert werden. Weitere Komponenten (SYSTEM) 5 der
elektronischen Vorrichtung 12 können mit der Versorgungsspannung
VDD gespeist werden. Der Begrenzerstrom IL durch den Transistor
M3 wird auf den Transistor M4 gespiegelt. Der Drainanschluss des
Transistors M4 kann dann an einen Spannungsversorgungspegel oder
an eine andere elektronische Komponente gekoppelt werden, sodass
der Spannungspegel am Drainanschluss als Leistungssteuersignal PWRCNTL1
verwendet werden kann. Dieses Leistungssteuersignal ist ein Indikator
für den
Betrag des Stroms IL. Der Betrag des Begrenzerstroms IL steigt,
wenn die empfangene Leistung über
einen maximalen Spannungspegel steigt, der durch die verwendete
Technologie definiert ist. Wenn der Spannungspegel bei VANT1 fällt, sinkt
der Betrag des Begrenzerstroms IL. Die Leistungssteuerstufe 7 empfängt das
Leistungssteuersignal PWRCNTL1 und stellt ein internes Leistungssteuersignal
PWRCNTL2 für
das SYSTEM 5 bereit. SYSTEM 5 kann eine digitale
Schaltung aufweisen, die mit einem Systemtakt mit einer spezifischen
Taktfrequenz getaktet ist. Die Leistungssteuerstufe 7 kann
dann die Systemtaktfrequenz von SYSTEM 5 steuern, um den
Leistungsverbrauch in Reaktion auf den Betrag des Begrenzerstroms
zu verringern oder zu erhöhen.
Die Energie (Ladung), die am Bufferkondensator CBUFF zwischengespeichert
ist, kann auch für
das Leistungsmanagement berücksichtigt
werden. Die Leistungssteuerstufe 7 kann so ausgelegt sein,
dass sie das Leistungssteuersignal PWRCNTL2 mit Bezug auf die im
Bufferkondensator CBUFF gespeicherte Energie bestimmt oder berechnet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
kann ein Transistor M2 in Reihe mit Transistor M4 gekoppelt sein.
Darüber
hinaus kann der Sourceanschluss des Transistors M2 an die gleichgerichtete
interne Versorgungsspannung VDDH gekoppelt sein. M2 empfängt an seinem
Gate ein Steuersignal SREG von dem Regler 3, das auch zum
Steuern des Transistors M1, der der Leistungs-MOSFET zum Regulieren
der Spannung VDD ist, verwendet wird. Bei dieser Konfiguration dient
der Transistor M2 als zusätzliche
Leistungsmanagementstufe 8. Diese Leistungsmanagementstufe 8 hat
einen Einfluss auf das Leistungssteuersignal PWRCNTL1. Somit stellt
das Leistungssteuersignal PWRCNTL1 Informationen über die
verfügbare überschüssige Leistung
und über
den erwarteten oder aktuellen Leistungsverbrauch bereit. Das Verhältnis zwischen
der verfügbaren überschüssigen Leistung
und dem Leistungsverbrauch, die verbrauchte Leistung, kann in der
Leistungssteuerstufe 7 zur Erzeugung eines entsprechenden
Leistungssteuersignals PWRCNTL2 für SYSTEM 5 verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäße elektronische
Vorrichtung ist vorzugsweise eine RFID-Vorrichtung, wie etwa ein RFID-Transponder.
Die RFID-Vorrichtung muss nicht zwingend vollkommen batterielos
sein, doch ein bestimmter Betrag an Leistung kann über die
Resonanzschaltung 4 (die Antenne) empfangen werden.
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Der
Strom von dem Begrenzertransistor M3 wird durch M4 gespiegelt. M3
kann vorzugsweise in Sättigung
arbeiten. Der Ausgangsstrom über
den Reglertransistor M1 kann vorteilhafterweise mit M2 gespiegelt
werden, vorausgesetzt, M1 ist auch in Sättigung. Die Stromspiegel können einfache
Stromspiegel oder geregelte Stromspiegel sein. Bei einer Ausführungsform
mit einem NMOS-Transistor
als Reihenregler M1 kann es erforderlich sein, die Drain-Source-Spannung von M1 und
M2 zu regeln. Ein einfacher Stromspiegel kann dann nicht verwendet
werden. Je nach Transistorverhältnissen
stellt der Ausgang „0” bereit, wenn
der geteilte Begrenzerstrom höher
ist als der geteilte Ausgangsstrom, und „1”, wenn der geteilte Begrenzerstrom
geringer ist. Das Verhältnis
zwischen der überschüssigen und
der verbrauchten Leistung kann dann durch das Verhältnis von
M1 zu M2 und M3 zu M4 (Seitenverhältnis zueinander) bestimmt
werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
können mehrere
parallele Bahnen, die mit der Bahn durch M2 und M4 gleich sind,
implementiert werden. Dadurch ist es möglich, viele Verhältnisse
zwischen überschüssiger und
verbrauchter Leistung zu ermitteln. Der Begrenzertransistor M3 und
der Reglertransistor M1 können
ziemlich groß (Kanalbreite)
ausgewählt werden,
um einen geringen Spannungsabfall zu erreichen. Somit können die
Verhältnisse
M1 zu M2 und M3 zu M4 in einem Bereich von 1 bis 100 implementiert
werden. Dies kann dazu dienen, den Leistungsverbrauch zu reduzieren.
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Die
Erfindung wurde im Vorangehenden zwar anhand einer besonderen Ausführungsform
beschrieben, sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und
der Fachmann wird zweifellos weitere Alternativen finden, die im
Umfang der Erfindung, wie sie beansprucht ist, liegen.