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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen RFID-Transponder. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein schlüsselloses Fahrzeugzugangssystem, das eine Basisstation und den RFID-Transponder umfasst.
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HINTERGRUND
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RFID-Transponder werden in zahlreichen Anwendungen verwendet, wie z. B. als Identifikationssysteme oder passive schlüssellose Zugangssysteme. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist ein schlüsselloses Zugangssystem eines Straßenfahrzeugs. Ein derartiges Zugangssystem verwendet HF-Signale im Frequenzbereich von etwa 120 kHz bis 140 kHz. Typischerweise sendet ein Basisstationssender, der sich in dem Auto befindet, eine kurze Folge von Symbolen als digital modulierte HF-Signale. Ein bevorzugtes Verfahren der Modulation ist die Amplitudenumtastung. Ein mobiler Transponder, der typischerweise ein Teil eines Autoschlüssels ist, empfängt diese HF-Signale, wobei er, falls das detektierte Muster dem erwarteten Wert entspricht, unter Verwendung von UHF-Frequenzen antwortet, die typischerweise im Band von 315 MHz in den USA und 433 MHz in Europa liegen. Nach der Anfangssequenz werden zwischen der Basisstation und dem Transponder gemäß einem Authentifizierungsprotokoll unter Verwendung entweder des Niederfrequenz-HF-Bandes oder des UHF-Bandes weitere Informationen ausgetauscht. Wenn der Transponder sich bei der Basisstation erfolgreich selbst authentifiziert hat, können die Fahrzeugtüren entriegelt werden und kann der Start des Motors erlaubt werden. Ein typisches Transponder-System für ein derartiges schüsselloses Fern-Zugangssystem ist aus
US 6 323 566 B1 , am 10. Okt. 1996 vom gleichen Anmelder eingereicht, beispielhaft bekannt.
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Das wertvollste und begrenzteste Betriebsmittel in jedem RFID-Transponder ist die Leistung oder die Energie, die durch eine Batterie bereitgestellt werden kann. Für eine angemessene Batterielebensdauer muss der Transponder sehr wenig Leistung verbrauchen, wenn er auf eine Anfangssequenz hört. Wenn die Anfangssequenz detektiert wird, aktiviert der Transponder den UHF-Sender und die Schaltungsanordnung für das kryptographische Protokoll. In diesem aktivierten Zustand verbraucht der RFID-Transponder viel mehr Leistung. Das Hochfahren des Transponders wird außerdem als Aufwecken bezeichnet, wobei die Anfangssequenz typischerweise als ein Aufweckmuster bezeichnet wird.
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1 zeigt einen schematischen Aufbau eines RFID-Transponders 1, der wenigstens einen Empfängerkanal 6 mit einem analogen Eingangsteil 2 und einem digitalen Aufweckmuster-Detektor 4 zum Detektieren eines Aufweckmusters umfasst. Typischerweise sind drei Empfängerkanäle 6, einer für jede Richtung im Raum, in einen 3D-Empfänger für einen mobilen Transponder eingebaut. Der Eingangsteil 2 empfängt ein HF-Signal RF von einer geeigneten Antenne 12. Die automatische Verstärkungsregelung AGC verstärkt das Signal RF, das anschließend durch einen Demodulator 8 demoduliert wird. Ein Bitdetektor 10, der selbst kein Teil des analogen Eingangsteils 2 ist, sondern mit ihm in Wechselwirkung tritt, stellt dem Aufweckmuster-Detektor 4 ein Datensignal D bereit. Bei der erfolgreichen Detektion eines Aufweckmusters im Datensignal D sendet der Aufweckmuster-Detektor 4 ein Wecksignal W an die weiteren Teile 12 des RFID-Transponders 1. Unter anderem wird ein nachfolgender Bitdetektor gestartet, der die empfangenen ASK-Informationen in einer Demodulationsbetriebsart und gemäß der verwendeten Symbolcodierung auswertet.
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Ein RFID-Transponder mit verbesserter Aufweckmuster-Detektion ist aus
DE 10 2008 060 082 A1 , am 02. Dez. 2008 durch den gleichen Anmelder eingereicht, beispielhaft bekannt. Aus der
DE 602 23 064 T2 ist ein Transponder bekannt, bei dem ein Dämpfungsmittel einem Verstärker vorgeschaltet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen RFID-Transponder und ein schüsselloses Fahrzeugzugangssystem, das einen RFID-Transponder umfasst, zu schaffen, wobei der RFID-Transponder hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme verbessert ist. Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Besondere Ausführungsarten sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein RFID-Transponder mit einem Empfänger mit einem analogen Eingangsteil geschaffen. Der Eingangsteil-Empfänger umfasst ein Dämpfungsglied, das angeschlossen ist, um ein HF-Signal von einer Antenne zu empfangen und um das HF-Signal zu dämpfen. Der analoge Eingangsteil umfasst ferner einen Verstärker mit einem festen Verstärkungsfaktor, der angeschlossen ist, um das gedämpfte HF-Signal zu empfangen und zu verstärken. Ferner umfasst der RFID-Transponder eine Steuereinheit, die angeschlossen ist, um die Verstärkung des Dämpfungsglieds zu steuern, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Verstärkung des Dämpfungsglieds in Reaktion auf einen Pegel des verstärkten HF-Signals zu steuern.
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Der Verstärker besitzt einen festen Verstärkungsfaktor. Demgemäß ist die Gesamtverstärkung des Verstärkers plus des Dämpfungsgliedes nur durch einen Dämpfungsfaktor des Dämpfungsglieds bestimmt. Je niedriger der Dämpfungsfaktor ist, desto höher ist der Gesamtverstärkungsfaktor und umgekehrt. Der Begriff ”Verstärkung des Dämpfungsglieds” ist der reziproke Dämpfungsfaktor und spiegelt dadurch die Gesamtverstärkung des Verstärkers plus des Dämpfungsglieds wieder. Je höher der Dämpfungsfaktor ist, desto höher ist die Gesamtverstärkung des Verstärkers plus des Dämpfungsglieds und umgekehrt.
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Die Steuereinheit ist ferner konfiguriert, um mehrere vorgegebene Zustände zu besitzen, die das Dämpfungsglied veranlassen, seine Verstärkung um eine vorgegebene Schrittgröße zu vergrößern oder zu verkleinern. Die Zustände, die das Dämpfungsglied veranlassen, die Verstärkung des Dämpfungsglieds um eine bestimmte Schrittgröße zu vergrößern, werden als Aufwärtszustände bezeichnet. Entsprechend werden die Zustände, die das Dämpfungsglied veranlassen, die Verstärkung des Dämpfungsglieds um eine bestimmte Schrittgröße zu verkleinern, als Abwärtszustände bezeichnet. Ferner werden die einzelnen Zustände als ein Schritt nach oben bzw. ein Schritt nach unten bezeichnet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Schrittgröße für einen Schritt nach oben gleich der oder kleiner als die Schrittgröße eines Schrittes nach unten sein. Die Steuereinheit des RFID-Transponders ist ferner konfiguriert, um beim Erreichen oder Übersteigen eines vorgegebenen Schwellenwertes von einem ersten zu einem zweiten Zustand mit einer kleineren Schrittgröße zu schalten. Der zweite Zustand kann ferner das Dämpfungsglied veranlassen, seine Verstärkung so zu ändern, dass sich der Anstieg des HF-Signals umkehrt. Die Steuereinheit ist konfiguriert, um beim abermaligen Erreichen der vorgegebenen Schwelle zu einem dritten Zustand zu schalten, der das Dämpfungsglied veranlasst, das Präfix der Verstärkung zu ändern.
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In einer empirischen Analyse ist entdeckt worden, dass der RFID-Transponder gemäß der Erfindung sehr tolerant gegen Störungen ist. Er besitzt eine niedrigere Fehlerrate, wenn er aus einer Schlafbetriebsart in die Aufweckmuster-Detektionsbetriebsart schaltet. Mit anderen Worten, er schaltet am seltensten falsch in die Aufweckmuster-Detektionsbetriebsart, wenn – in der Realität – kein Aufweckmuster angekommen ist. Demgemäß wird für unwahre Hochfahrsequenzen, die nicht zu einer erfolgreichen Detektion eines Aufweck-Bursts führen, weniger Leistung verschwendet. Der RFID-Transponder ist ferner widerstandsfähig gegen verschiedene Störungen, wie z. B. starkes Burst-Rauschen, reines Zufallsrauschen oder einen permanenten Störträger.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst der RFID-Transponder eine Steuereinheit mit klassifizierten Zuständen. Vorzugsweise sind die Zustände in drei Gruppen klassifiziert, nämlich einer ersten, einer zweiten und einer dritten Gruppe. Die erste und die zweite Gruppe umfassen wenigstens einen Schritt nach oben und einen Schritt nach unten, die eine große oder eine mittlere Schrittgröße besitzen. Die dritte Gruppe umfasst wenigstens einen Schritt nach oben und einen Schritt nach unten, die beide eine kleine Schrittgröße besitzen. Ferner ist bevorzugt für einen mittleren oder einen großen Schritt nach unten die Schrittgröße größer als für einen Schritt nach oben. Für einen kleinen Schritt ist die Schrittgröße für einen Schritt nach oben gleich der Schrittgröße eines Schrittes nach unten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Schrittgröße eines großen Schrittes nach unten gleich: zweimal der Schrittgröße eines großen Schrittes nach oben, viermal der Schrittgröße eines mittleren Schrittes nach unten, achtmal der Schrittgröße eines mittleren Schrittes nach oben und sechzehnmal der Schrittgröße eines kleinen Schrittes nach oben oder Schrittes nach unten. Die gegebenen Verhältnisse zwischen den Schrittgrößen führen zu einem binären Suchalgorithmus, der das schnellste Einschwingen ergibt. Für eine gegebene maximale Schwingung des HF-Signalpegels und einen gegebenen Eingangsdynamikbereich kann jedoch die Anzahl der erforderlichen Schrittgrößen höher als die obenerwähnten fünf Schrittgrößen sein. Dies würde jedoch zu einer komplexeren Steuereinheit führen. Ferner ist die maximale Schrittgröße durch die Geschwindigkeit des Gleichrichters und Spitzendetektors begrenzt. Empirisch wurde gefunden, dass die obenerwähnten Verhältnisse zwischen den verschiedenen Schrittgrößen einen guten Kompromiss zwischen der Einschwingzeit und einer annehmbaren Komplexität der Steuereinheit ergeben. Das Verhältnis der Schrittgrößen kann jedoch außerdem vom obenerwähnten Faktor zwei abweichen, während außerdem Gründe wie die Komplexität der Steuereinheit und Geschwindigkeitsbegrenzungen berücksichtigt werden. Ferner kann vorzugsweise der Faktor zwischen den Schrittgrößen aufgrund der Geschwindigkeitsbegrenzungen unter einem Faktor von zwei für große Schritte gewählt werden. Andererseits kann der Faktor für kleine und/oder mittlere Schrittgrößen größer als zwei gewählt werden. Dies führt zu mehr Schritten, hat aber eine bessere Genauigkeit der Verstärkungssteuerung zur Folge.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der RFID-Transponder einen Spitzendetektor, der angeschlossen ist, um einen Spitzenpegel des verstärkten HF-Signals zu detektieren. Der Spitzendetektor überträgt ferner den Spitzenpegel zur Steuereinheit, wobei der Spitzendetektor eine vorgegebene hohe und niedrige Detektionsgeschwindigkeit besitzt. Die Steuereinheit ist ferner so konfiguriert, dass die Zustände der dritten Gruppe den Spitzendetektor veranlassen, mit einer niedrigen Detektionsgeschwindigkeit zu arbeiten. Die dritte Gruppe der Zustände umfasst einen Schritt nach oben und einen Schritt nach unten, die eine kleine Schrittgröße besitzen. Die Verstärkung des Dämpfungsglieds wird sehr wenig geändert. Demgemäß ändert sich das verstärkte HF-Signal außerdem sehr mäßig. Dies erlaubt, dass der Spitzendetektor auf eine niedrigere Detektionsgeschwindigkeit eingestellt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die zweite Gruppe der Zustände wenigstens zwei Untergruppen der Zustände, wobei jede Untergruppe wenigstens einen Schritt nach oben und einen Schritt nach unten umfasst. Die erste Untergruppe umfasst Zustände eines Schrittes nach oben und eines Schrittes nach unten, die eine große Schrittgröße besitzen, während die zweite Untergruppe Zustände eines Schrittes nach oben und eines Schrittes nach unten umfasst, die eine mittlere Schrittgröße besitzen. Die Steuereinheit ist ferner konfiguriert, um beim Aufwecken des RFID-Transponders einen Schritt nach unten vor dem Aktivieren eines Schrittes nach oben zu aktivieren. Gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit ferner konfiguriert, um abermals beim Aufwecken des RFID-Transponders die Zustände mit einer großen Schrittgröße vor dem Aktivieren der Zustände mit einer mittleren Schrittgröße zu aktivieren. Die zwei obenerwähnten Ausführungsformen schaffen ein schnelles Einschwingen des Verstärkungsfaktors beim Aufwecken des RFID-Transponders.
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Ferner umfasst die Steuereinheit vorteilhaft eine Dämpfungsglied-Steuereinheit und einen endlichen Automaten zum Speichern der mehreren Zustände und zum Steuern der Steuereinheit durch die jeweiligen Zustände.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein schüsselloses Fahrzeugzugangssystem geschaffen. Dieses System umfasst eine Basisstation im Fahrzeug und eine Mobileinheit, die einen RFID-Transponder gemäß der Erfindung umfasst.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines RFID-Transponders mit einem Empfänger mit einem analogen Eingangsteil geschaffen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Empfangen eines HF-Signals von einer Antenne und Dämpfen des empfangenen HF-Signals im Dämpfungsglied, Verstärken des gedämpften HF-Signals mit einem Verstärker, der einen festen Verstärkungsfaktor besitzt, Steuern einer Verstärkung des Dämpfungsglieds mit einer Steuereinheit. Die Verstärkung des Dämpfungsglieds wird in Reaktion auf einen Pegel des verstärkten HF-Signals gesteuert, wobei die Verstärkung des Dämpfungsglieds um eine vorgegebene Schrittgröße vergrößert (Schritt nach oben) oder verkleinert (Schritt nach unten) wird.
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Für das Verfahren zum Betreiben eines RFID-Transponders gelten die gleichen Definitionen der Begriffe ”Schritt nach oben” und ”Schritt nach unten”, die für den RFID-Transponder angegeben worden sind.
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Ferner ist die Schrittgröße zum Vergrößern der Verstärkung des Dämpfungsglieds gleich der oder kleiner als die Schrittgröße zum Verkleinern der Verstärkung des Dämpfungsglieds, wobei beim Erreichen oder Übersteigen eines vorgegebenen Schwellenwertes die Schrittgröße verkleinert wird und die Verstärkung des Dämpfungsglieds so geändert wird, dass sich der Anstieg des HF-Signals umkehrt. Beim abermaligen Erreichen der vorgegebenen Schwelle wird das Präfix des Verstärkungsfaktors umgekehrt.
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Die gleichen oder ähnliche Vorteile, die für den RFID-Transponder erwähnt worden sind, gelten für das Verfahren zum Betreiben desselben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein RFID-Transponder geschaffen, der einen Empfänger mit einem analogen Eingangsteil zum Empfangen eines Aufweckmusters, das einen ersten und einen zweiten Teil umfasst, die miteinander verkettet sind, besitzt. Der RFID-Transponder umfasst ferner einen Aufweckmuster-Detektor mit einer ersten und einer zweiten Stufe, wobei die erste Stufe im Vergleich zur zweiten Stufe eine niedrigere Leistungsaufnahme besitzt. Die Leistungsaufnahme der zwei Stufen wird jeweils in ihrem aktiven Zustand verglichen. Die erste Stufe ist konfiguriert, um den ersten Teil des Aufweckmusters zu detektieren und um bei der Detektion die zweite Stufe des Aufweckmuster-Detektors zu aktivieren.
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Vorteilhaft ist die Leistungsaufnahme der RFID gemäß der Erfindung minimiert. Die Energie zum Einschalten der zweiten Stufe des Aufweckmuster-Detektors wird gespart, falls die Detektion des ersten Teils des Aufweckmusters bereits misslingt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein RFID-Transponder geschaffen, der so konfiguriert ist, dass bei einer misslungenen Detektion des ersten Teils der Aufwecksequenz der Aufweckmuster-Detektor zu einer Schlafbetriebsart zurückkehrt. Ferner ist vorteilhaft der Aufweckmuster-Detektor konfiguriert, um bei der Aktivierung des zweiten Teils des Aufweckmuster-Detektors und der misslungenen Detektion des zweiten Teils des Aufweckmusters seine zweite Stufe zu deaktivieren und die erste Stufe aktiviert zu lassen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein RFID-Transponder geschaffen, der einen Empfänger mit einem analogen Eingangsteil gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung besitzt und der ferner einen Aufweckmuster-Detektor gemäß einer der Ausführungsformen der Erfindung besitzt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines RFID-Transponders mit einem Eingangsteil zum Empfangen eines Aufweckmusters, das einen ersten und einen zweiten Teil besitzt, die miteinander verkettet sind, und einem Aufweckmuster-Detektor, der eine erste und eine zweite Stufe umfasst, geschaffen. Die erste Stufe besitzt im Vergleich zur zweiten Stufe eine niedrigere Leistungsaufnahme, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Detektieren des ersten Teils des Aufweckmusters in der ersten Stufe und bei der Detektion Aktivieren der zweiten Stufe des Aufweckmuster-Detektors.
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Es gelten die gleichen oder ähnliche Vorteile, die für den RFID-Transponder angegeben sind, für das Verfahren zum Betreiben desselben.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, worin:
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1 ein schematischer Empfängerkanal ist,
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2 ein vereinfachter Stromlaufplan für einen Empfängerkanal ist, der durch einen endlichen Automaten gesteuert wird,
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3 ein Zustandsdiagramm für eine Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
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4 eine Tabelle der aus dem Zustandsdiagramm nach 3 bekannten Zustände ist,
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5 eine schematische graphische Darstellung ist, die den Betrieb einer Dämpfungsglied-Steuereinheit veranschaulicht,
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6 ein vereinfachter Stromlaufplan von drei Empfängerkanälen, die einen zweistufigen Aufweckmuster-Detektor besitzen, ist, und
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7 ein vereinfachter Stromlaufplan für einen Empfängerkanal ist, bei dem der Aufweckmuster-Detektor der zweiten Stufe aufgespalten ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEISPIELAUSFÜHRUNGSFORM
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2 ist ein vereinfachter Stromlaufplan für einen analogen Eingangsteil 2 und einen digitalen endlichen Automaten FSM eines RFID-Transponders. Ein HF-Signal RF, das durch eine geeignete Antenne empfangen wird, ist an ein Dämpfungsglied ATT gekoppelt. Das gedämpfte Signal wird anschließend an eine Verstärkerkette AMPC gekoppelt, die mit einem festen Verstärkungsfaktor arbeitet. Der Dämpfungsfaktor des Dämpfungsglieds ATT wird durch eine Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC gesteuert. Der Gesamtverstärkungsfaktor des HF-Signals wird durch das Steuern des Dämpfungsfaktors des Dämpfungsglieds ATT gesteuert. Weil der Verstärkungsfaktor der Verstärkungskette AMPC konstant ist, hängt die Gesamtverstärkung für das HF-Signal nur vom Dämpfungsfaktor ab, der der Kehrwert des Verstärkungsfaktors ist. Im Folgenden wird der Begriff Verstärkung des Dämpfungsglieds für diesen reziproken Dämpfungsfaktor verwendet, der ferner zur Gesamtverstärkung des HF-Signals proportional ist. Demgemäß ist die Verstärkung der Verstärkerkette auf einen festen Pegel von 4:0 eingestellt. Diese Verstärkungseinstellung bestimmt den minimalen HF-Pegel, der für das Aufwecken erforderlich ist, und ist während des Betriebs für gewöhnlich fest. Die Spezifikation des Verstärkungsfaktors erfolgt in logarithmischer Form. Das verstärkte Signal ist ferner an einen Gleichrichter und Spitzendetektor RPD gekoppelt, der eine maximale Amplitude des verstärkten HF-Signals detektiert. Der Pegel der maximalen Amplitude wird zu einem Komparator COMP übertragen, der entscheidet, ob der jeweilige Pegel einen der Schwellenwerte TH1, THS oder TH2 übersteigt. Die jeweiligen Informationen werden zum endlichen Automaten FSM übertragen. Die Signale th1, ths und th2, die zum endlichen Automaten FSM übertragen werden, geben an, dass der jeweilige Pegel TH1, THS und TH2 durch das HF-Signal erreicht oder überstiegen wird.
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Die Schwellenwerte TH1, THS und TH2 sind untereinander in aufsteigender Reihenfolge angeordnet, wobei TH2 kleiner als THS ist, der wiederum kleiner als TH1 ist. Vorzugsweise ist TH2 etwa gleich dem 0,7fachen von THS, während TH1 etwa gleich dem 1,6fachen von THS ist. Vorzugsweise ist der THS der Zielausgangspegel des Verstärkers, ist TH2 die Demodulationsschwelle und gibt TH1 an, dass ein starkes Signal ankommt.
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Der endliche Automat FSM empfängt die Signale th1, ths, th2, die den Pegel des HF-Signals angeben. Der digitale endliche Automat FSM gibt ein Signal fast_amp an den Gleichrichter und Spitzendetektor RPD aus. Dieses Signal setzt den Gleichrichter und Spitzendetektor RPD in eine vorgegebene schnelle oder langsame Betriebsart. Ferner gibt der endliche Automat FSM an die Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC die Signale aus: precharge, up, down, small, med, big, en. Das Signal precharge veranlasst die Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC, im Fall des Signals up oder down die Dämpfungsverstärkung nach oben oder nach unten vorzuladen oder zu setzen. Die Signale: small, med, big geben an, ob ein kleiner, mittlerer oder großer Schritt nach oben oder Schritt nach unten befohlen ist.
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Ferner überträgt der endliche Automat die Signale EOB und ASK data zu den weiteren Teilen des RFID-Transponders. Ein run-Signal startet eine Bitdetektion im ASK-Signal durch den folgenden Bitdetektionsblock. Sowohl der endliche Automat FSM als auch der Komparator COMP und die Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC werden mit einem Taktsignal CLK getaktet. Dies veranlasst das ganze System, den Pegel des HF-Signals in jedem Taktzyklus zu überprüfen. Die Verstärkung der Verstärkerkette wird durch das Signal gain(4:0) gesteuert. Im Folgenden wird eine beispielhafte Aufwecksequenz für einen RFID-Transponder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 3 erklärt, die ein Zustandsdiagramm für den endlichen Automaten nach 2 ist, die ferner eine bevorzugte Steuereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist. Die 4 ist eine beispielhafte Tabelle, die die Zustände des endlichen Automaten FSM zeigt. Beim Fehlen eines HF-Eingangsignals verbleibt der endliche Automat FSM im Zustand 0a, der der Zustand mit der niedrigsten Leistungsaufnahme und der maximalen Verstärkung ist (siehe 3). Wenn ein HF-Signal detektiert wird und das Signal den Schwellenwert TH2 übersteigt, wechselt der endliche Automat FSM in den Zustand 0b, wie durch einen entsprechenden Pfeil th2 angegeben ist. Falls der TH2 nicht überstiegen wird, was durch den Pfeil !th2 angegeben ist, verbleibt der endliche Automat FSM im Zustand 0a.
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Im Zustand 0b wird die Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC vorgeladen (siehe 4). In 5 ist die Beziehung zwischen der Verstärkung des Dämpfungsglieds und einer Steuerspannung, die in die Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC eingespeist wird, dargestellt. Eine Vorladespannung u0 ist notwendig, um die Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC in ihren linearen Bereich zu setzen.
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Nach dem Vorladen der Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC wechselt der endliche Automat FSM automatisch zum Zustand 1 (siehe 3). Die Schrittgröße der Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC wird auf groß eingestellt. Beide Werte für up und down verbleiben jedoch auf null, was bedeutet, dass weder eine Vergrößerung noch eine Verkleinerung der Verstärkung des Dämpfungsglieds (siehe 4) stattfindet. Folglich gibt es keine Änderung der Steuerspannung der Dämpfungsglied-Steuereinheit ATTC. Die Hochfahrsequenz befindet sich an einem Ende, wobei der endliche Automat FSM in eine Einschwingbetriebsart wechselt.
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In der Einschwingbetriebsart wird beginnend im Zustand 1 zuerst bestimmt, ob die Ausgangsspannung der Verstärkerkette AMPC höher oder tiefer als der THS ist. Falls die Ausgangsspannung höher als der THS ist, folgt der Automat der Verzweigung ths und erreicht den (durch 2, 3 in 3 angegebenen) Zustand 2 und 3. In diesem Zustand wird die Verstärkung des Dämpfungsglieds unter Verwendung großer Schritte nach unten verkleinert (siehe 4), bis der Pegel des HF-Signals unter dem THS liegt. Falls dies der Fall ist, folgt der Automat der Verzweigung !ths zu den (durch 4–7 in 3 angegebenen) Zuständen 4 bis 7. Die Verstärkung des Dämpfungsglieds wird abermals mit großen Schritten noch oben vergrößert (die vorzugsweise kleiner als die großen Schritte nach unten sind, ferner besitzen sie vorzugsweise die halbe Größe der großen Schritte nach unten), bis der Pegel des HF-Signals höher als der THS ist.
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Nun wird die Verstärkung des Dämpfungsglieds unter Verwendung mittlerer Schritte im (durch 8–11 angegebenen) Zustand 8 bis 11 verkleinert. Diese Schritte werden wiederholt, bis der Pegel des HF-Signals abermals unter den THS fällt. Falls dies geschieht, folgt der Automat der Verzweigung !ths, wobei er den Zustand 12 bis 15 (12–15 in 3) erreicht. Abermals wird in diesem Zustand die Verstärkung des Dämpfungsglieds mit mittleren Schritten nach oben vergrößert (die abermals kleiner als die mittleren Schritte nach unten sind).
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Der Pegel des HF-Signals erreicht die Schwelle THS. Dann wechselt der Automat zu den Zuständen 25, 26. In diesen Zuständen ist die Schrittgröße auf klein eingestellt (siehe 4). Das Verstärkungseinschwingen des RFID-Transponders wird erreicht, wobei die Ausgangsspannung des Gleichrichters um den THS-Pegel bei einer minimalen Dämpfungsschrittgröße oszilliert, bis die Demodulation beginnt.
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Im Folgenden wird die weitere Funktionalität des endlichen Automaten FSM unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erklärt.
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Der Zustand 2, 3 verkleinert die Verstärkung des Dämpfungsglieds mit großen Schritten (siehe 4). Folglich wird der Übergang zum nächsten Zustand, d. h. die Verzweigung !ths, immer erreicht. Deshalb benötigen die Schritte 2, 3 kein Zeitabschaltungskriterium. Die Eingangsamplitude des HF-Signals wird verringert, bis der Signalpegel unter den THS fällt.
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Die Zustände, die die Verstärkung des Dämpfungsglieds mit mittleren Schritten verringern, d. h. die Zustände 8 bis 11, erreichen außerdem den Übergang zur Verzweigung !ths, die zu den Zuständen 12 bis 15 führt, weil die Verstärkung des Dämpfungsglieds verkleinert wird, bis der Signalpegel unter den THS fällt. Dies kann jedoch eine große Anzahl von Zyklen erfordern, wenn ein starkes Signal ankommt, weil die Abwärtsschritte in den jeweiligen Zuständen 8 bis 11 nur eine mittlere Größe besitzen (siehe 4). Vorteilhaft ist die Anzahl der Zyklen, in denen die Zustandsmaschine in diesem Zustand verbleibt, begrenzt. Vorzugsweise ist die Anzahl der Zyklen auf vier Zyklen begrenzt. Falls diese Grenze erreicht wird, wechselt die Zustandsmaschine zum Zustand 2, 3, wie durch die Verzweigung ths&11 angegeben ist.
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Die Zustände, die die Verstärkung des Dämpfungsglieds vergrößern, besitzen keine eingebaute Endbedingung. Selbst bei der maximalen Verstärkung könnte jedoch der Eingangspegel nicht ausreichend sein, damit das HF-Signal die Schwelle THS übersteigt. Dies bezieht sich auf die Zustände 4 bis 7 und 12 bis 15. In diesem Fall ist das HF-Signal zu schwach, um den Schwellenwert THS zu erreichen, wobei die Anzahl der Zyklen, die der Automat in den jeweiligen Zuständen verbleibt, begrenzt ist. Abermals sind die Zustände vorzugsweise auf vier Zyklen begrenzt. Falls diese Grenze erreicht wird, wechselt der Automat in den Zustand 2, 3. Dies ist aus Gründen der Klarheit nicht durch eine Verzweigung in 3 angegeben. Im Fall eines HF-Signal-Abfalls, d. h. das HF-Signal verliert schnell Intensität, verbleibt der Automat in den Zuständen 4 bis 7 oder 12 bis 15, bis die maximale Anzahl von Zyklen erreicht ist. Falls dies der Fall ist, wird der Automat in den Anfangszustand 0a oder entsprechend in den Zustand 4 bis 7 gesetzt.
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Aufgrund des internen Verstärkerrauschens oder externer Störsignale besitzt die Entscheidung im Zustand 1, d. h., ob das HF-Signal über oder unter dem Schwellenwert THS liegt, eine bestimmte Wahrscheinlichkeit, falsch zu sein. Die Zustandsmaschine muss in den folgenden Zuständen aus einer derartigen falschen Entscheidung wiederhergestellt werden. Folglich ist die erlaubte Anzahl von Zyklen, die der endliche Automat in einem Zustand verbleibt, durch das Verhältnis der Schrittgröße des vorhergehenden Zustands und der aktuellen Schrittgröße bestimmt, wobei eine falsche Entscheidung berücksichtigt wird.
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Die Demodulation des HF-Signals beginnt, wenn das Einschwingen erreicht ist und das Signal unter den THS fällt (was ein starkes Burst-Signal angibt). Nun befindet sich die Zustandsmaschine im Zustand 28, wobei die Verstärkung konstant gehalten wird, weil die up- und down-Werte beide auf tief gesetzt sind. Das Signal run ist auf hoch gesetzt, was die folgende digitale Schaltungsanordnung startet.
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Wenn das RF eingeschaltet wird, steigt der Pegel über den TH2, wobei der Automat in die Zustände 30 und 31 wechselt. In diesem Zustand ist das Signal EOB auf tief gesetzt, wobei in Abhängigkeit vom Wert des HF-Signals (ob es den THS übersteigt oder nicht) die Verstärkung auf dem Pegel des HF-Signals eingestellt wird. Diese Zustände entsprechen den Zuständen 26 und 27, die beide eine kleine Schrittgröße besitzen und den Verstärkungsfaktor nach oben und nach unten ändern. Das Signal EOB wird für eine Demodulation in der folgenden digitalen Schaltungsanordnung verwendet.
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Wenn das RF ausgeschaltet wird, fällt der Pegel unter den TH2, wobei der Automat in den Zustand 29 wechselt. In diesem Zustand wird das EOB auf hoch gesetzt, wobei die Verstärkung konstant bleibt.
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Die Zeitabschaltungen während der Modulation werden durch den nachfolgenden Bitdetektorblock detektiert, wobei, falls eine derartige Zeitabschaltung detektiert wird, der Eingangsteil 2 in den Anfangszustand 0a gesetzt wird.
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Vorteilhaft ist der RFID-Transponder gemäß der Erfindung bezüglich Störsignalen unempfindlich/widerstandsfähig. Falls Störrauschen vorhanden ist, passt die Verstärkungssteuerung den Pegel des Störsignals an, wobei der endliche Automat FSM in den Zuständen 25, 26 bis 31 verbleibt. Falls ein stärkeres Signal ankommt, das eine Stärke besitzt, die ausreichend ist, um zu einem Ausgangssignal des Gleichrichters von mehr als TH1 zu führen, wird die Demodulationsbetriebsart verlassen, wobei der Automat zur Einschwingbetriebsart wechselt. Im Fall eines derartigen starken Bursts wechselt der Automat zum Zustand 29, der einen sehr niedrigen Verstärkungsfaktor besitzt. In diesem Fall detektiert die folgende Schaltungsanordnung ein Symbol, das eine maximale Länge übersteigt, wobei sie folglich den endlichen Automaten FSM in einen Zustand 0a zurücksetzt. Dies ist in 3 durch den Zeitabschaltungspfeil angegeben, der zum Zustand 0a führt.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung erklärt.
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In einer typischen Umgebung für eine RFID-Anwendung kommt das HF-Signal aus verschiedenen Raumrichtungen. Dies ist in 6 durch die Signale RFx, RFy und RFz angegeben. Ein störtoleranter Eingangsteil eines RFID-Transponders gemäß der Erfindung verwendet drei unabhängige Kanäle, einen Kanal für jede Raumrichtung. Falls aus einer ersten Richtung ein starkes Störrauschen empfangen wird und aus einer anderen Richtung ein Signal empfangen wird, ist der Rauschabstand (S/N) für jeden Eingangskanal verschieden. In den meisten Fällen besitzt wenigstens ein Kanal einen ausreichend hohen S/N, um das Signal richtig zu detektieren.
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Da jeder Kanal ein Aufweckmuster detektieren und auf dieses reagieren kann, selbst wenn ein anderer Kanal oder zwei andere Kanäle durch ein Störsignal blockiert ist bzw. sind, kann der RFID-Transponder durch das Auswählen des ungestörten Kanals für die weitere HF-Kommunikation richtig reagieren, wenn er ein Aufweckmuster empfängt. Falls ein Kanal ein Aufweckmuster detektiert, wird ein entsprechendes Signal wakeX, wakeY oder wakeZ zum Rest des RFID-Systems übertragen, wobei seine Protokollschaltungsanordnung für die weitere Kommunikation gestartet wird.
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Gemäß diesem Zugang müssen jedoch drei Kanäle, nämlich channelX, channelY und channelZ, für die Bitdetektion und die Aufweckmuster-Detektion aktiv sein. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Konstruktion unter Verwendung nur eines Kanals könnte dies zu einer vergrößerten Leistungsaufnahme führen.
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Der RFID-Transponder gemäß der Erfindung schafft eine Lösung für ein Szenario, wenn eine Störquelle und das HF-Signal RFx, RFy und RFz aus verschiedenen Raumrichtungen empfangen werden. Die Störquelle kann stark genug sein, um den RFID-Empfänger zu blockieren. Durch das Auswerten des Eingangs-HF-Signals unabhängig für jede Raumrichtung in drei getrennten Verstärkern kann ein Verstärkerkanal ein Eingangssignal richtig detektieren, selbst wenn ein weiterer Verstärker durch das Störsignal blockiert ist. In herkömmlichen Konstruktionen führen drei parallele Verstärkerkanäle zu dem Nachteil der vergrößerten Leistungsaufnahme. Weil die Erfindung einen RFID-Transponder mit einer sehr kleinen Leistungsaufnahme schafft, konnte dieser Nachteil überwunden werden. Mit anderen Worten, die Kleinleistungskonstruktion des RFID-Transponders gemäß der Erfindung erlaubt die obenerwähnte parallele Konstruktion mit einem Empfängerkanal für jede Raumrichtung.
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Jeder Kanal umfasst eine automatische Verstärkungsregelung AGC und einen Demodulatorblock 8. Die Verstärkung des HF-Signals wird durch eine Schleife gesteuert, so dass die Ausgangssignalamplitude der AGC konstant ist. Vorzugsweise kann eine Regelung gemäß der obenerwähnten Ausführungsform nach den 2 bis 5 angewendet werden.
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Der Demodulationsblock 8 detektiert, ob der Eingangspegel einen bestimmten Schwellenpegel übersteigt und gibt die ASK-Modulation aus. Die Daten sind vorzugsweise mit einer Bitlängencodierung codiert, bei der die Länge der Tief-Zeit plus der Hoch-Zeit bestimmten Werten entspricht. Dies kann in einem Bitdetektionsblock 10 unter Verwendung eines Lokaloszillators als Zeitreferenz gemessen werden. Für jede Symbollänge kann eine untere und eine obere Grenze gegeben sein, wobei detektierte Längen außerhalb der gültigen Grenzen dazu führen, dass ein ungültiges Symbol ausgegeben wird.
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Der Ausgang des Bitdetektionsblocks 10 ist anschließend an eine erste Stufe des Aufweckmuster-Detektors WP START gekoppelt. Ferner wird das Signal in einen zweiten Block des Aufweckmuster-Detektors WP DETECT eingespeist. Die erste Stufe WP START detektiert die Startsequenz des Aufweckmusters. Diese Startsequenz ist vorzugsweise mit jedem Weckmuster in dem jeweiligen RFID-System verkettet. Die zweite Stufe WP DETECT detektiert den Rest des Aufweckmusters, der mit der Startsequenz verkettet ist. Die resultierenden Werte der Aufweckmuster-Detektion werden mit dem erwarteten/vorgegebenen Aufweckmuster verglichen.
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Die spezifische Struktur des Aufweckmusters und der anschließenden zweistufigen Aufweckmuster-Detektion dient der Minimierung der Leistungsaufnahme der RFID. Um eine maximale Leistungseinsparung zu erreichen, kann die folgende Implementierung gewählt werden. Im Folgenden wird eine Beispielausführungsform erklärt:
In einem Anfangszustand (beim Fehlen jedes Signals) sind nur der analoge Teil der RFID, d. h. die AGC und der Demodulator 8, aktiv.
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Wenn ein Eingangssignal RFx, RFy, RFz mit einer ausreichenden Stärke durch die Demodulationsschaltung 8 detektiert wird, werden die Bitdetektionsschaltung 10 und die erste Stufe WP START des Aufweckmuster-Detektors freigegeben.
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Falls das Eingangssignal RFx, RFy, RFz länger als eine Zeitabschaltungszeit unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, kehrt der Eingangsteil 2 in seinen Anfangszustand zurück.
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Falls die erste Stufe WP START des Aufweckmuster-Detektors eine gültige Startsequenz detektiert, d. h. den ersten Teil des Aufweckmusters, gibt sie die zweite Stufe WP DETECT des Aufweckmuster-Detektors für den weiteren Vergleich der ankommenden Daten mit einem verbleibenden vorgegebenen Aufweckmuster frei und setzt sie zurück.
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Falls die erste Stufe WP START ein ungültiges Symbol detektiert, wird die zweite Stufe WP DETECT des Aufweckmuster-Detektors gesperrt, wobei die erste Stufe WP START abermals auf eine gültige Startsequenz, d. h. ein gültiges Aufweckmuster, wartet.
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Falls sowohl die erste Stufe WP START als auch die zweite Stufe WP DETECT des Aufweckmuster-Detektors ein gültiges Aufweckmuster detektieren, wird ein Wecksignal wakeX, wakeY oder wakeZ ausgegeben, das die weiteren Teile der RFID, z. B. die Protokollschaltungsanordnung, aktiviert.
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Falls die zweite Stufe WP DETECT jedoch ein Symbol empfängt, das dem erwarteten Wert nicht entspricht, sperrt sie sich selbst. Die erste Stufe WP START verbleibt aktiv und sucht nach einer gültigen Startsequenz, d. h. einem gültigen Aufweckmuster.
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Vorzugsweise arbeitet der Aufweckmuster-Detektor, d. h. die erste Stufe WP START und die zweite Stufe WP DETECT, nicht mit dem gleichen Takt wie die Bitdetektionsschaltung 10, sondern mit dem Symboltakt, der durch den Bitdetektor 10 erzeugt wird. Die Frequenz des Bitdetektionstakts bestimmt die Auflösung der Symbolunterscheidung und ist meistens im Vergleich zum Symboltakt, der ausgegeben wird, wann immer ein Symbol (einschließlich eines ungültigen Symbols) detektiert wird, viel höher. Dieser Aspekt führt zu einer Verringerung der Leistungsaufnahme.
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Dieser RFID-Aufbau gemäß der Ausführungsform nach 6 kann erweitert werden, um mehrere Aufweckmuster zu unterstützen. Diese weitere Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 7 erklärt.
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In einigen RFID-Anwendungen kann die Basisstation die Antwort des RFID-Transponders durch das Senden verschiedener Aufweckmuster auswählen. Durch das Senden eines ersten Aufweckmusters kann z. B. ein schnelles, aber weniger sicheres Authentifizierungsprotokoll zum Entriegeln einer Fahrzeugtür ausgewählt werden. Im Gegensatz wird durch das Senden eines zweiten Aufweckmusters ein langsameres, aber sicheres Authentifizierungsprotokoll, z. B. für die Freigabe des Starts des Motors, ausgewählt. Die zwei Aufweckmuster besitzen die gleiche Startsequenz, aber verschiedene Reste.
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Die Ausführungsform nach 7 zeigt einen Aufweckmuster-Detektor mit einer einzigen ersten Stufe WP START, aber zwei zweiten Stufen, nämlich WP1 DETECT und WP2 DETECT. Die letzteren Detektieren die jeweiligen verschiedenen Reste des Aufweckmusters. Bei einer erfolgreichen Detektion wird das jeweilige Signal wake1 oder wake2 zum Rest des RFID-Transponders übertragen.
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Der Betrieb des RFID-Transponders mit einer aufgespaltenen zweiten Stufe erfolgt in Analogie zu der obenerwähnten Sequenz. Die Ausführungsform kann auf mehr als zwei verschiedene Reste eines Aufweckmusters erweitert werden, indem nur weitere zweite Stufen für jedes Weckmuster hinzugefügt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es für lange Weckmuster ferner vorteilhaft, die zweite Stufe des Aufweckmuster-Detektors aufzuspalten, z. B. in eine erste Stufe WPdetect1 und eine zweite Stufe WPdetect2. Für eine beispielhafte Länge eines Aufweckmuster-Rests aus N + M Symbolen detektiert/vergleicht die erste Stufe WPdetect1 die ersten N Symbole des Weckmuster-Rests. Bei einem erfolgreichen Vergleich der ersten N Symbole wird die zweite Stufe WPdetect2 freigegeben, die die letzten M Symbole des Weckmuster-Rests detektiert/vergleicht. Im Fall einer erfolgreichen Detektion wird ein jeweiliges Ausgangssignal wake erzeugt.
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Obwohl die Erfindung oben unter Bezugnahme auf eine spezifische Ausführungsform beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese Ausführungsform eingeschränkt, wobei dem Fachmann zweifellos weitere Alternativen einfallen werden, die im Umfang der Erfindung liegen, wie er beansprucht ist.
