DE3788513T2 - Transpondervorrichtung. - Google Patents

Transpondervorrichtung.

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DE3788513T2 DE87905072T DE3788513T DE3788513T2 DE 3788513 T2 DE3788513 T2 DE 3788513T2 DE 87905072 T DE87905072 T DE 87905072T DE 3788513 T DE3788513 T DE 3788513T DE 3788513 T2 DE3788513 T2 DE 3788513T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft elektronische Erkennungsvorrichtungen und -systeme, und insbesondere eine elektronische Erkennungs-Transponder-Vorrichtung, die mit miniaturisierten elektronischen Schaltungen realisiert ist, welche auf einem einzelnen monolithischen Halbleiterchip erstellt sind. Die Erfindung betrifft auch die Art und Weise, Signale innerhalb einer solchen Transponder-Vorrichtung zu verarbeiten.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Im Stand der Technik sind im wesentlichen zwei Typen von elektronischen Erkennungssystemen bekannt: (1) Systeme vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp; und (2) Transpondersysteme.
    • Erkennungssysteme vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp
  • Systeme vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp verwenden abgestimmte Schaltungen, die durch ein Erkennungselement selektiv verstimmt werden. (Alternativ können verstimmte Schaltungen durch das Erkennungselement selektiv abgestimmt werden). Solche Systeme verwenden eine Steuer-/Abfrageeinrichtung, die irgendeine Form von Magnetfeld erzeugt. Dieses Feld tritt, wenn es in nächster Nähe zu einem Erkennungselement ist, mit dem Erkennungselement in der Weise in Wechselwirkung, daß das Erkennungselement identifiziert werden kann. In Abwesenheit des Erkennungselements zum Beispiel liegt das durch die Steuer-/Abfrageeinrichtung erzeugte Magnetfeld in einem abgestimmten Zustand vor. Sobald jedoch das Erkennungselement in nächste Nähe des Feldes gebracht wird, wechselwirkt es mit dem Feld in einer verstimmenden Weise. Die Art und der Grad der Verstimmung können dann gemessen und dazu verwendet werden, das bestimmte, gerade verwendete Erkennungselement zu identifizieren. Durch Anbringen eindeutiger Erkennungselemente (solche, die mit dem Feld in eindeutiger Weise wechselwirken) an einer Mehrzahl von zu erkennenden Gegenständen, können diese Gegenstände, wenn immer sie in das Feld der Steuer-/Abfrageeinrichtung gebracht werden, elektronisch identifiziert werden, indem Art und Grad der resultierenden Verstimmung überwacht werden. Vorteilhafterweise können solche Erkennungselemente rein passive Elemente sein, die für ihre Funktion keine externe oder interne Leistungsversorgung benötigen. Daher können sie auf relativ kleinem Raum realisiert werden. So sind sie besonders geeignet zur Verwendung in kleinen, leichten, kostengünstigen Erkennungsmarkierungen, die an den zu identifizierenden Gegenständen angebracht werden können. Die US-Patente 3 465 724 und 3 516 575 sind Beispiele für ein solches elektronisches Erkennungssystem vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp.
  • Es ist wichtig zu bemerken, daß das in solchen Erkennungssystemen vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp verwendete Erkennungselement keinerlei elektrische Signale empfängt, verarbeitet, erzeugt oder überträgt. Eher tritt das Erkennungselement mit dem von der Abfrage/Steuereinrichtung erzeugten Magnetfeld lediglich in Wechselwirkung. Diese Wechselwirkung kann als eine Art magnetischer Modulation betrachtet werden, die eine Identifizierung erlaubt, wenn das Feld demoduliert wird.
  • Da das Erkennungselement mit dem von der Steuer-/Abfrageeinrichtung erzeugten Magnetfeld lediglich wechselwirkt und keinerlei von der Abfrage/Steuereinrichtung übertragene elektrische Signale empfangen und verarbeiten muß und keinerlei Antwortsignale zurück zu der Abfrage/Steuereinrichtung erzeugen und übertragen muß, kann das Erkennungselement eines Erkennungssystems vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp sehr kostengünstig und kompakt realisiert werden. Da es jedoch leider nur eine begrenzte Anzahl von Arten gibt, in denen das Magnetfeld der Abfrage/Steuereinrichtung modifiziert oder moduliert werden kann, und da sich das Erkennungselement im typischen Fall in nächster Nähe zu der Abfrage/Steuereinrichtung befinden muß, um mit dem Magnetfeld meßbar in Wechselwirkung zu treten, sind solche Erkennungssysteme vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp in ihrer Anwendbarkeit begrenzt. Solche Systeme kommen typischerweise nur in solchen Anwendungen zum Einsatz, bei denen nur eine relativ kleine Anzahl von Elementen oder Typen von Elementen vorkommen, die zu identifizieren sind. Ferner müssen die zu identifizierenden Elemente in dem Maße beweglich sein, daß sie in nächste Nähe zu der Abfrage/Steuereinrichtung gebracht werden können.
    • Erkennungssysteme vom Transpondertyp
  • Ein zweiter im Stand der Technik bekannter Typ von elektronischen Erkennungssystemen ist das Transponder- oder Sende/Empfangs-System. Solche Systeme verwenden ein Transponder- oder Sende/Empfangs-Erkennungselement, das an den zu identifizierenden Objekten befestigt ist. (Es sei bemerkt, daß der Begriff "Objekte" für die Zwecke dieser Anmeldung und wie er im folgenden verwendet wird, wenn auf Gegenstände, Sachen, Personen oder Tiere Bezug genommen wird, die durch ein bekanntes Erkennungselement oder eines gemäß der vorliegenden Erfindung identifiziert werden, sich auf jegliche Art von Sachen oder Gegenständen bezieht, die identifiziert werden sollen, und stationäre, bewegliche, unbelebte und belebte Objekte einschließt). Dieses Transponder- oder Sende-/Empfangselement empfängt ein Abfragesignal, das von einer Steuer-/Abfrageeinheit übertragen wird. Für die Zwecke dieser Anmeldung ist ein Transponder- oder Sende/- Empfangselement jegliche Einrichtung, die ein einfallendes Abfragesignal empfängt und darauf antwortet, indem ein herausgehendes Antwortsignal erzeugt und übertragen wird. Das ausgesendete Antwortsignal wiederum ist in der Weise moduliert oder anderweitig codiert, das bestimmte Objekt, an dem das Transponderelement befestigt ist, eindeutig zu identifizieren oder zu kennzeichnen (siehe z. B. US-A-4 463 353).
  • Da die Menge an Information, die in dem ausgesendeten Antwortsignal enthalten ist, im typischen Fall nur durch die verwendete Codierungsart begrenzt ist und da moderne Codierungstechniken es erlauben, eine große Informationsmenge darin unterzubringen, sind solche elektronischen Transponder- oder Sende/Empfangs- Erkennungssysteme in solchen Fällen besonders nützlich, in denen eine relativ große Anzahl von Objekten oder Typen von Objekten identifiziert werden müßten. US-Patent 4 475 481 der Anmelderin ist ein Beispiel eines solchen elektronischen Transponder-Sende- Empfangs-Erkennungssystems.
  • Da weiterhin das einfallende Abfragesignal und das ausgesendete Antwortsignal typischerweise RF-Signale sind, die von einer geeigneten RF-Senderschaltung ausgesendet worden sind, und da solche Signale im allgemeinen über größere Entfernungen gesendet werden können als die für die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld benötigten Abstände bei Systemen vom Abstimmungs-/Verstimmungstyp ist das Erkennungssystem vom Transpondertyp für solche Anwendungen besser geeignet, bei denen sich die zu identifizierenden Objekte und die Steuer-/Abfrageeinheit nicht notwendig in nächster Nähe zueinander befinden. (In dieser Anmeldung wird der Begriff "Transponder" im folgenden mit der Bedeutung von sowohl "Transponder" als auch "Sende/Empfangseinrichtung" (transceiver) verwendet).
  • Da in einem System vom Transpondertyp sowohl die RF-Sender- und Empfangsschaltungen als auch Codierungs- und Modulationsschaltungen innerhalb des Erkennungselements verwendet werden müssen, müssen solche Elemente entweder ihre eigene unabhängige Leistungsquelle (z. B. eine Batterie) tragen oder müssen zusätzliche Schaltungen enthalten, die es erlauben, die benötigte Betriebsleistung aus dem einfallenden RF-Signal zu entnehmen. Diese zusätzlichen Anforderungen an Leistungsversorgung und Schaltungen haben es bislang verboten, das Transponder-Erkennungselement eines Erkennungssystems vom Transpondertyp in der Weise kostengünstig und mit geringen Abmessungen zu realisieren, wie es für viele Anwendungen von Erkennungssystemen wünschenswert wäre.
  • Es besteht daher der Bedarf nach einem Erkennungselement vom Transpondertyp, das kostengünstig und mit geringen Abmessungen auf geringem Raum realisiert werden kann, um dadurch ein Erkennungssystem vom Transpondertyp zu schaffen, das alle Vorteile ähnlicher Transpondertyp-Systeme im Stand der Technik aufweist, aber deren Nachteile ausschaltet. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf dieses und andere Bedürfnisse.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung kann eine sehr kleine, kostengünstige, verläßlich arbeitende Transponder-Vorrichtung auf einem einzelnen monolithischen Halbleiterchip realisiert werden. Dieser Chip wiederum kann in einer sehr kleinen, leichten Markierung oder Kennzeichnung untergebracht werden, die auf einfache Weise und unauffällig angebracht werden kann an oder getragen werden kann von beweglichen oder laufenden Objekten, die identifiziert werden sollen. Solche Markierungen oder Kennzeichnungen können daher als Erkennungselemente eines Erkennungssystems vom Transpondertyp, wie oben beschrieben, dienen.
  • Da die Transponder-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auf einem einzelnen Halbleiterchip realisiert werden kann, kann vorteilhafterweise das gesamte Transponder-Erkennungselement in einem Gehäuse untergebracht werden, das viel kleiner ist als alle ähnlichen bisher zur Verfügung stehenden Elemente. Diese viel geringere Größe eröffnete Anwendungsmöglichkeiten für elektronische Erkennung, die bisher nicht zugänglich waren. Zum Beispiel kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die gesamte Transponder-Vorrichtung einschließlich ihrer Empfangs- und Sendeantennenspule und Leistungsschaltungen auf einem einzelnen Halbleiterchip realisiert werden. Die geringe Größe eines Halbleiterchips erlaubt es, ihn an sehr kleinen Gegenständen zu befestigen, wie etwa Fläschchen in einem chemischen oder pharmazeutischen Herstellungsbetrieb, wobei Codierungen für den Ort, die Charge, das Datum etc. jedes individuellen Fläschchens danach elektronisch überwacht werden können.
  • Die Transponder-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält Empfängermittel zum Empfangen eines Trägersignals aus einem Steuer-/Abfragesignal; und Diodenmittel zum: (1) Gleichrichten des empfangenen Trägersignals, um die Betriebsleistung für die Vorrichtung zu erzeugen, und (2) zum Mischen eines codierten Datenworts (das zur Identifizierung der bestimmten Transponder- Vorrichtung, die abgefragt wird, verwendet wird) mit dem Trägersignal. Auch sind in den Schaltungen der Transponder-Vorrichtung Datenerzeugungsmittel zum Ableiten eines Taktsignals enthalten, das dazu verwendet wird, ein zuvor in einem Speicherelement der Vorrichtung gespeichertes eindeutiges Codewort zu entnehmen. Dieses eindeutige Codewort wird danach in geeigneter Weise codiert, um das codierte Datenwort zu erzeugen, das mit dem Trägerelement gemischt wird. Das Mischen des Trägersignals mit dem codierten Datenwort erzeugt Summen- und Differenzsignale, die durch geeignete Sendermittel zurück zu der Steuer-/Abfrageeinheit gesendet werden. Entweder das Summen- oder Differenzsignal dient daher als das Antwortsignal, das verwendet wird, um die bestimmte, abgefragte Transponder-Vorrichtung eindeutig zu identifizieren.
  • Eine wichtige Eigenschaft der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung von Dioden in der Funktion als Gleichrichterschaltung und als symmetrische Modulatorschaltung.
  • Eine andere wichtige Eigenschaft der Erfindung liegt in der Fähigkeit, ein Taktsignal und ein Datenwort aus dem einfallenden Trägersignal abzuleiten, um dadurch sonst notwendige zusätzliche, große, leistungsaufnehmende Oszillatorschaltungen und Modulations-/Demodulationsschaltungen überflüssig zu machen. Frequenzstabilität wird durch Verwendung eines Kristalloszillators in der Steuer-/Abfrageeinheit erhalten, um das Trägersignal zu erzeugen. Dieses Trägersignal wird dann, wenn es von der Transponder-Vorrichtung empfangen ist, durch eine geeignete ganze Zahl geteilt, um ein stabiles zweites Trägertaktsignal zu erzeugen, aus dem das identifizierende Datenwort erzeugt werden kann.
  • Eine weitere wichtige Eigenschaft der Erfindung liegt in der Möglichkeit, alle Transponderschaltungen auf einem einzelnen monolithischen Halbleiterchip zu realisieren. In einer Ausführungsform wird, auch wenn die Empfangs/Sendeantennenspule um den Rand des Chips angeordnet ist, eine vollständige, in sich geschlossene Transponder-Vorrichtung auf einem einzelnen Chip geschaffen.
  • Die obigen und weiteren Eigenschaften führen in Kombination dazu, daß eine Transponder-Vorrichtung geschaffen wird, die gegenüber allen Vorrichtungen im Stand der Technik erheblich verbessert ist. Da beispielsweise die Schaltungen auf einem einzelnen Halbleiterchip realisiert werden können, kann die Transponderfunktion mit erheblich niedrigeren Kosten zur Verfügung gestellt werden. Da weiterhin nur ein einzelner Chip verwendet wird, werden weniger Komponenten benötigt, um die Gesamtanordnung des Erkennungssystems zu vervollständigen, woraus wiederum reduzierte Kosten und eine erhebliche Verbesserung der Verläßlichkeit des Systems resultieren.
  • Alternative Ausführungsformen der Erfindung beinhalten die Verwendung verschiedener Hybridelemente, um die Schaltungen auf dem einzelnen monolithischen Halbleiterchip zu ergänzen und zu verbessern. Beispielsweise erlaubt die Hinzufügung eines Hybridkondensators und/oder -widerstands die selektive Abstimmung der anschlußseitigen Schaltungen der Vorrichtung auf die bestimmte Datenrate, die verwendet wird. Ferner erlaubt die Hinzufügung eines Hybridkristalls und zugehöriger Elemente, daß die Vorrichtung ihre eigene stabile Trägerfrequenz unabhängig von der Trägerfrequenz erzeugt, aus der die Betriebsleistung entnommen wird. Ferner erlaubt die Hinzufügung einer Hybridbatterie, daß die Vorrichtung in eine eigenständig mit Leistung versorgte Vorrichtung umgewandelt wird, die periodisch ihr identifizierendes, codiertes Datenwort sendet, ohne das Vorhandensein eines Trägersignals zu erfordern. Für Anwendungen, bei denen größere Abstände gefordert sind, kann die Spule separat von dem Chip und größer als der Chip sein, um mehr Signalstärke (Leistung) von der Steuer-/Abfrageeinrichtung zu sammeln.
  • Ein elektronisches Erkennungssystem wird gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung einer Steuer-/Abfrageeinheit und eine von jedem zu erkennenden Objekt getragene Transponder-Vorrichtung realisiert. Die Steuer-/Abfrageeinheit enthält Mittel zum Erzeugen und Senden eines stabilen RF-Trägersignals. Die Steuer-/Abfrageeinheit enthält auch Mittel zum Empfangen eines Antwortsignals von einer abgefragten Transpondereinheit. Die Transpondereinheit enthält die oben beschriebenen Elemente, die es erlauben, das Antwortsignal in Reaktion auf den Empfang des RF-Trägersignals zu erzeugen, d. h. Mittel zum Empfangen des Trägersignals, Diodenmittel zum Gleichrichten des Trägersignals, um Betriebsleistung für die Transpondereinheit zu erzeugen, und zum Mischen des Trägersignals mit einem codierten Datenwort, um das Antwortsignal zu erzeugen, Taktmittel zum Erzeugen eines Taktsignals, das aus dem Trägersignal abgeleitet wird, Datenerzeugungsmittel zum Erzeugen des codierten Datenworts synchron mit dem Taktsignal, und Mittel zum Senden des Antwortsignals zurück zu der Steuer-/Abfrageeinheit.
  • Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Transponder- Vorrichtung geschaffen, mit: Empfängermitteln zum Empfangen eines Trägersignals von einer externen Quelle; Diodenmitteln zum Gleichrichten des empfangenen Trägersignals, um Betriebsleistung für die Transponder-Vorrichtung zu erzeugen, und zum Mischen eines codierten Datenworts mit dem Trägersignal, um die Summen- und Differenzsignale zu erzeugen; digitalen Schaltungsmitteln zum Ableiten eines Taktsignals aus dem Trägersignal; Datenerzeugungsmitteln, die in Reaktion auf das Taktsignal arbeiten, um das codierte Datenwort zu erzeugen, das in den Diodenmitteln mit dem Trägersignal gemischt wird; und Sendemitteln zum Senden der Summen- und Differenzsignale zu einem außerhalb der Transponder- Vorrichtung liegenden Ort.
  • In einer Alternative schaffte die vorliegende Erfindung ein elektronisches Erkennungssystem zum Erkennen einer Mehrzahl von Objekten, mit: einer Steuer-/Abfrageeinheit zum Abfragen der zu erkennenden Objekte und zum Verarbeiten der empfangenen Antworten, wobei die Steuer-/Abfrageeinheit aufweist: Mittel zum Erzeugen eines RF-Trägersignals, wobei das RF-Trägersignal ein Abfragesignal enthält, Mittel zum Senden des Abfragesignals zu einem zu erkennenden Objekt, Mittel zum Empfangen eines Antwortsignals, das in Antwort auf das Abfragesignal erzeugt wird, und Mittel zum Decodieren, Speichern und Anzeigen der empfangenen Antwort; und mit einer Transpondereinheit, welche von jedem zu identifizierenden Objekt getragen wird und welche aufweist: Empfängermittel zum Empfangen des Abfragesignals von der Steuer/Abfrageeinheit, Diodenmittel zum Gleichrichten des empfangenen Abfragesignals, um Betriebsleistung für die Transponder-Vorrichtung zu erzeugen, und zum Mischen eines codierten Datenworts mit einem digitalen Trägersignal, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen, wobei die Summen- und Differenzsignale das Antwortsignal aufweisen, digitale Schaltungsmittel zum Ableiten eines Taktsignals und des digitalen Trägersignals aus dem Abfragesignal, Datenerzeugungsmittel, die in Reaktion auf das Taktsignal arbeiten, um das codierte Datenwort zu erzeugen, das in den Diodenmitteln mit dem digitalen Trägersignal gemischt wird, und Sendemittel zum Senden des Antwortsignals zu der Steuer-/Abfrageeinheit.
  • Weiterhin wird gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verarbeiten eines empfangenen Leistungsträgersignals in einer in einem Erkennungssystem verwendeten Transponder- Vorrichtung zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren enthält die Schritte: (a) Empfangen des Trägersignals, (b) Gleichrichten des Trägersignals, um Betriebsleistung für die Transponder-Vorrichtung zu erzeugen, (c) Verarbeiten des Trägersignals, um ein Taktsignal und ein zweites Trägersignal zu erzeugen, (d) Erzeugen eines eindeutigen Datenwortsignals unter Verwendung des Taktsignals, (e) Mischen des zweiten Trägersignals mit dem Leistungsträgersignal in einer symmetrischen Modulatorschaltung, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen, wobei die symmetrische Modulatorschaltung mit denselben Komponenten, welche zum Gleichrichten des einfallenden Trägersignals verwendet werden, realisiert ist, und (f) Senden der Summen- und Differenzsignale. In einer bevorzugten Art der Ausführung des Verfahrens wird das Taktsignal aus dem Trägersignal gebildet, indem das empfangene Trägersignal einfach durch eine geeignete ganze Zahl geteilt wird.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung wie auch weitere Eigenschaften und Vorteile werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen:
  • Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Erkennungssystems ist, worin das Zusammenwirken zwischen einer Steuer-/Abfrageeinheit und einer Transponder-Vorrichtung illustriert wird,
  • Fig. 2 ein Blockdiagramm der Transponder-Vorrichtung aus Fig. 1 ist;
  • Fig. 3 ein Blockdiagramm der Steuer-/Abfrageeinheit aus Fig. 1 ist;
  • Fig. 4 ein Schaltschema der Schaltungen der Transponder-Vorrichtung aus Fig. 1 ist;
  • Fig. 5 ein Schaltschema der anschlußseitigen Schaltungskomponenten der Transponder-Vorrichtung aus Fig. 1 ist, worin die Diodenbrückenschaltung dargestellt ist, die sowohl als Gleichrichterschaltung als auch als symmetrische Modulatorschaltung wirkt;
  • Fig. 5A einige Signalwellenformen zeigt, die beim Betrieb der Schaltung aus Fig. 5 vorkommen;
  • Fig. 6 ein Schaltschema der anschlußseitigen Schaltungskomponenten der Transponder-Vorrichtung aus Fig. 1 ist, worin die Verwendung zusätzlicher Hybridkomponenten dargestellt ist, die mit der Transponder-Vorrichtung verbunden werden können, um eine auswählbare Abstimmung der Trägerempfangsschaltungen zu ermöglichen;
  • Fig. 7 ein Schaltschema der anschlußseitigen Schaltungskomponenten der Transponder-Vorrichtung aus Fig. 1 ist, worin die Verwendung eines Hybridkristalls und einer damit verbundenen Batterie gezeigt ist, um eine zusätzliche Flexibilität ihrer Betriebsweise zu ermöglichen;
  • Fig. 8 ein Schaltschema der anschlußseitigen Schaltungskomponenten der Transponder-Vorrichtung aus Fig. 1 ist, worin die Verwendung weiterer zusätzlicher Hybridelemente gezeigt ist, die daran angeschlossen sind, um einen Spulenmodulator mit einem Kristalloszillator selektiv anzusteuern; und
  • Fig. 9 eine Draufsicht auf einen monolithischen Halbleiterchip ist, worin eine verallgemeinerte topographische Schaltungsauslegung verschiedener, innerhalb der Transponder-Vorrichtung verwendeter Schaltungskomponenten gezeigt ist.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die derzeitig für die beste gehaltene Art der Ausführung der Erfindung. Diese Beschreibung soll nicht in einem begrenzenden Sinne aufgefaßt werden, sondern wird zum Zweck der Erläuterung der allgemeinen Prinzipien der Erfindung gegeben. Der Umfang der Erfindung soll unter Bezugnahme auf die zugehörigen Patentansprüche bestimmt werden.
  • In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Erkennungssystems gezeigt. Das System enthält eine Steuer-/Abfrageeinheit 12 und eine Mehrzahl von Transponder-Vorrichtungen oder -einheiten 14, von denen in Fig. 1 nur eine gezeigt ist. Jedes zu erkennende Objekt trägt eine Transpondereinheit 14. Die Steuer-/Abfrageeinheit 12 sendet ein Abfragesignal 16, das von der Transpondereinheit 14 empfangen wird. Nach Empfang und Verarbeitung des Abfragesignals 16 sendet die Transpondereinheit 14 ein Antwortsignal 18 zurück zu der Steuer-/Abfrageeinheit 12. In dieses Antwortsignal 18 ist ein identifizierendes Datenwort codiert, das eindeutig für die bestimmte Transpondereinheit 14 ist, von der es stammt. Daher ist es durch Anbringen oder Plazieren der Transpondereinheiten 14 an den zu erkennenden Objekten möglich, die zu identifizierenden Menschen, Tiere oder andere Objekte elektronisch zu erkennen.
  • In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der Transpondereinheit 14 gezeigt. Das Abfragesignal 16 wird von einer Antennenspule 20 empfangen. In der bevorzugten Ausführungsform ist dieses Abfragesignal einfach ein RF-Trägersignal, das an die Gleichrichter/symmetrische Modulatorschaltung 22 und die Dividier/Zeittakt-Logikschaltung 24 über eine Signalleitung 26 angelegt wird. Die Dividier/Zeittakt-Logikschaltung 24 dividiert das Trägersignal durch eine geeignete ganze Zahl n, um ein Taktsignal und ein zweites Trägersignal auf der Ausgabesignalleitung 28 zu erzeugen, dessen Frequenz die 1/n-fache der Frequenz des einfallenden Trägersignals ist. Das Taktsignal betreibt die Datenerzeugungsschaltung 30, die ein codiertes Datenwort erzeugt. Dieses codierte Datenwort wird über eine Signalleitung 32 an die Gleichrichter-/symmetrische Modulatorschaltung 22 weitergegeben. Ebenfalls an den Gleichrichter/symmetrischen Modulator 22 wird über eine Signalleitung 34 ein gepuffertes Trägersignal geliefert. Dieses gepufferte Trägersignal kann entweder eine in Rechteckwellen umgewandelte Version des einfallenden Trägersignals 16 oder ein modifiziertes Trägersignal sein, das eine Frequenz von 1/2 oder 1/4 derjenigen des einfallenden Trägersignals 16 hat. Das modifizierte oder gepufferte Trägersignal und das codierte Datenwort werden in dem Gleichrichter/symmetrischen Modulator 22 gemischt, um die Summen- und Differenzsignale zu erzeugen. Dieses Signale erscheinen auf der Signalleitung 26 und werden zu der Antennenspule 20 geleitet, von der sie als Antwortsignal 18 ausgesendet werden.
  • Das einfallende Trägersignal 16 wird durch die Gleichrichter/symmetrische Modulator-Schaltung 22 gleichgerichtet, um die von der Dividier/Zeittakt-Logik 24 und die Datenerzeugungsschaltung 30 benötigte Betriebsleistung zu erzeugen. Die Betriebsleistung wird diesen Schaltungen über Versorgungsleitungen 36 bzw. 38 geliefert.
  • In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Steuer-/Abfrageeinheit 12 dargestellt. Zwar ist die vorliegende Erfindung in erster Linie auf die Transpondereinheit 14 gerichtet und nicht auf die Steuer-/Abfrageeinheit 12, aber einige Eigenschaften der Steuer-/Abfrageeinheit 12 verbessern den Betrieb der Transpondereinheit 14. Zum Beispiel wird in der bevorzugten Ausführungsform das Träger- oder Abfragesignal 16 unter Verwendung eines Kristalloszillators 50 und geeigneter Senderschaltungen 42 einschließlich einer Sendeantenne oder -spule 44 erzeugt. Diese Maßnahme bedingt eine sehr stabile Frequenz des Trägersignals 16. Aufgrund dieser stabilen Frequenz ist es in der bevorzugten Ausführungsform nicht erforderlich, einen weiteren Kristalloszillator in der Transpondereinheit 14 vorzusehen.
  • Das von der Transpondereinheit 14 erzeugte Antwortsignal 18 wird an der Steuer-/Abfrageeinheit 12 durch eine Antennenspule 46 und eine Empfängerschaltung 48 empfangen. Diese Komponenten sind auf die bestimmte, für dieses Signal erwartete Frequenz abgestimmt, die, wie oben in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, entweder die Summen- oder Differenzfrequenz resultierend aus der Mischung des codierten Datenwortsignals mit dem Trägersignal ist. Weiter stellt eine Bandpaßfilterschaltung 50 (die in der Empfängerschaltung 48 untergebracht werden kann) sicher, daß nur die interessierenden Frequenzen zu den Demodulations-/Decodierschaltungen 52 weitergeleitet werden. In den Demodulations-/Decodierschaltungen 52 wird das Antwortsignal unter Verwendung bekannter Demodulations- und Decodiertechniken demoduliert, um das in dem Antwortsignal 18 enthaltende Datenwortsignal zu extrahieren. Dieses Datenwortsignal dient dazu, die bestimmte Transpondereinheit, von der es stammt, zu identifizieren. Es kann in einer Datenspeicherschaltung 54 gespeichert und anschließend durch Datenanzeigeschaltungen 56 dargestellt werden. Alternativ kann das Datenwort gleichzeitig mit der Speicherung des Datenworts in der Datenspeicherschaltung 54 durch die Datenanzeigeschaltung 56 angezeigt werden, oder die Daten können zu einem Zentralrechner für weitere Verarbeitung oder Steuerung gesendet werden.
  • Daher ist aus den Blockdiagrammen der Fig. 1 bis 3 zu erkennen, daß im Betrieb die Steuer-/Abfrageeinheit 12 das Träger- (Abfrage)-Signal 16 erzeugt und aussendet. Auf den Empfang dieses einfallenden Trägersignals 16 erzeugt die Transpondereinheit 14 ein zweites Trägersignal, das durch ein codiertes Datenwort moduliert wird, welches in dem Gleichrichter/symmetrischen Modulator 22 mit dem Trägersignal gemischt wird. Diese Maßnahme erzeugt ein Antwortsignal 18, das zurück zu der Steuer-/Abfrageeinheit 12 gesendet wird, wobei das Antwortsignal 18 die Transpondereinheit 14, von der es stammt, eindeutig identifiziert.
  • In Fig. 4 ist ein Schaltschema dargestellt, die alle verwendbaren Signale zeigt, die an den Anschlußkontakten der Transpondereinheit 14 ausgegeben werden. Dieses Schema stellt alle Schaltungen dar, die auf einem einzelnen monolithischen Halbleiterchip enthalten sind, und zeigt weiter die neun Anschlußkontakte bezeichnet mit 1 bis 9, die als Schnittstellen zu diesen Schaltungen verwendet werden. Zwar ist die Antennenspule 20 nicht in dem Schaltschema von Fig. 4 enthalten, es ist aber zu bemerken, daß sie auch auf dem Halbleiterchip enthalten sein kann wie in Fig. 9 gezeigt.
  • Weiter bezugnehmend auf Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Schaltungen relativ einfach sind und daß nicht viele Schaltelemente benötigt werden. Diese Einfachheit, die bislang in ähnlichen Transponder-Vorrichtungen nicht erreichbar war, macht es möglich, die Vorrichtung als in sich geschlossene Einheit auf einem einzelnen Chip aufzubauen.
  • Als nächstes wird auf Fig. 5 Bezug genommen, und die am Anschlußende liegenden Schaltungen aus Fig. 4 - in erster Linie die Gleichrichter/symmetrischer Modulator-Schaltungen 22 - werden erläutert. Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß der Gleichrichter/symmetrische Modulator 22 als Diodenbrücke mit den Dioden 60, 61, 62 und 63 aufgebaut ist. Die Eingangsanschlüsse zu dieser Brückenschaltung sind die Kontakte 3 und 6. Eine zusätzliche Diode 65 ist zwischen und in Reihe mit den Dioden 61 und 63 angeschlossen. Diese Diode 65 ermöglicht es, daß das modulierte Signal, wenn es an den Gleichtrichter/symmetrischen Modulator 22 angelegt wird, stärker schwingt und daß dadurch der Prozentsatz der Modulation ansteigt. Weiterhin sind Widerstände R1 und R2 in die Zweige der Brückenschaltung wie gezeigt eingesetzt, um den Stromfluß in geeigneter Weise zu verteilen. In dieser Hinsicht dient der Widerstand R3 auch dazu, den Betrag des Signalstroms, der durch Anschlußkontakt 3 an die Dividier/Zeittakt-Logik 24 geliefert wird, zu bestimmten. In der bevorzugten Konfiguration hat R1 einen Wert von etwa 1/10 des Wertes von R2 und R2 hat einen Wert von etwa 1/10 des Wertes von R3. Daher fließt im Betrieb der größte Teil des durch den Anschlußkontakt 3 gelieferten Signalstroms während eines positiven Halbzyklus des Trägersignals durch die Dividier/Zeittakt-Logik 24 und nicht durch den die Diode 62 enthaltenden Teil der Brückenschaltung. Wenn jedoch der Anschlußkontakt 6 in bezug auf den Anschlußkontakt 3 positiv ist, z. B. während eines negativen Halbzyklus des Trägerzyklus, fließt der größere Teil des Signalstroms durch die Dioden 65 und 63, um die Versorgungsspannung zu liefern.
  • Eine Zener-Diode 66 ist in die Brückenschaltung eingebaut, um die erzeugte Spannung VDD zu stabilisieren. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Spannung VDD etwa 6 Volt, obwohl jeder geeignete Spannungswert verwendet werden könnte. Die Brükkenschaltung benutzt die allen auf dem Chip befindlichen Schaltungselementen innenwohnende Kapazität, um die Speicherung der Energie zu unterstützen, welche benötigt wird, um eine ausreichend konstante Versorgungsspannung VDD aufrechtzuerhalten. Diese Kapazität ist in Fig. 4 als C1 dargestellt, aber dies ist so aufzufassen, daß es sich bei C1 nicht um ein separates Element handelt, sondern daß C1 die gesamte Kapazität der Schaltung und andere innere Kapazitäten auf dem Chip repräsentiert. In dieser Hinsicht hat der Erfinder herausgefunden, daß es nicht notwendig ist, daß die Versorgungsspannung VDD zu allen Zeiten auf einem konstanten Wert gehalten wird. Für den hier verwendeten Typ der synchronen Operation ist es ausreichend, daß die Versorgungsspannung VDD nur dann auf einen vorgeschriebenen Wert gehalten wird, wenn die Schaltungen aktiv sind (d. h. Strom ziehen). Für CMOS-Schaltungen besteht eine solche Aktivität nur während einer Datenübertragung. Da die Operation der Vorrichtung im wesentlichen synchron ist - alles geschieht synchron mit dem Taktsignal, welches wiederum synchron mit dem empfangenen Trägersignal ist - ist es möglich, daß die Vorrichtung so lange in Funktion ist, wie die erforderliche Versorgungsspannung VDD während der Übergänge des Trägersignals vorhanden ist. Wenn die Frequenz des Trägersignals ausreichend hoch ist, wie es hier der Fall ist, braucht die Kapazität C1 die Ladung nicht sehr lange zu halten, damit die Vorrichtung arbeiten kann. Daher braucht C1 (die sich wiederum aus der Schaltungsanordnung und den inneren Kapazitäten auf dem Chip zusammensetzt) nicht sehr groß zu sein, damit die Vorrichtung arbeiten kann. Es sei bemerkt, daß z. B. die statische Stromaufnahme eines typischen CMOS-Chip im Bereich von Pico-Ampere liegt.
  • Auch wenn andere Halbleiter-Vorrichtungen als CMOS-Schaltungen eingesetzt werden, wie etwa TTL- oder GaAs-Vorrichtungen, ist es möglich, daß die Schaltung nur während eines ausgewählten Halbzyklus des Trägersignals in Funktion ist, indem die Logikschaltungen so ausgelegt werden, daß sie nur während dieses ausgewählten Halbzyklus ihre Zustände ändern. Daher ist es möglich, die Schaltungen für die Erzeugung von VDD so auszulegen, daß sie in erster Linie während beispielsweise des negativen Halbzyklus des Trägersignals auf laden, und die Logikschaltungen so auszulegen, daß sie bis zum positiven Halbzyklus des Trägersignals nicht aktiv sind, wobei zu dieser Zeit genügend Ladung zur Verfügung steht, um die benötigte Leistung für den Betrieb bereitzustellen.
  • Fig. 5A illustriert einige der obigen Operationsprinzipien für die Schaltung aus den Fig. 4 und 5. In Fig. 5A ist das einfallende Trägersignal 16 von der Steuer-/Abfrageeinheit 12 gezeigt, das eine Frequenz F0 hat. Nach Vollwellengleichrichtung ist dieses Signal im wesentlichen auf einem Gleichspannungswert mit einer Brummspannung mit der Frequenz von 2 F0. Ein zweites Trägersignal wird erhalten, indem das einfallende Trägersignal durch zwei geteilt wird. Dieses zweite Trägersignal hat daher eine Frequenz von F0/2. Dieses zweite Trägersignal kann in gewünschten Ausführungsformen als Taktsignal verwendet werden, um ein Datensignal zu erzeugen, von dem zwei Bits "01" in Fig. 5A gezeigt sind. Dieses Datensignal wiederum wird, getort mit dem zweiten Trägersignal F0/2, dazu verwendet, das F0-Trägersignal zu modulieren, woraus ein moduliertes Signal wie unten in Fig. 5A gezeigt resultiert.
  • Auch ist als Teil des Gleichrichters/symmetrischen Modulators 22 in Fig. 4 und 5 ein NAND-Gatter 68 vorhanden. Dieses Gatter 68 dient zur Zusammenfassung des Trägersignals (oder eines aus dem Trägersignal abgeleiteten Signals) auf der Signalleitung 34 mit den codierten Daten auf der Signalleitung 32 und dazu, diese Zusammenfassung zu den Dioden 60 bis 63 der Brückenschaltung weiterzuleiten. Diese Maßnahme bewirkt, daß diese Signale gemischt werden, woraus Summen- und Differenzfrequenzen resultieren, die auf die Ausgabekontakte 3 und 6 gegeben werden (und daher auch auf die Antennenspule 20), damit sie zu der Steuer-/Abfrageeinheit 12 oder einer anderen Empfangseinrichtung gesendet werden.
  • Es wird bemerkt, daß an das Gatter 68 des Gleichrichters/symmetrischen Modulators 22 auch eine Steuersignalleitung 70 angelegt ist, deren Funktion weiter unten in Zusammenhang mit der Erläuterung von Fig. 8 erklärt wird.
  • Als nächstes wird auf den Dividier/Zeittakt-Logik-Schaltungsteil 24 aus Fig. 4 Bezug genommen, woraus ersichtlich ist, daß das einfallende Trägersignal (das durch den Anschlußkontakt 3 aufgenommen wird) durch den Widerstand 3 und die Invertergatter 72 und 74 geleitet wird. Die Ausgabe des Gatters 72 steht am Anschlußkontakt 2 und die Ausgabe des Gatters 74 am Anschlußkontakt 1 zur Verfügung. Diese Anschlußkontakte können verwendet werden wie unten in Verbindung mit der Erläuterung von Fig. 6 und 7 erläutert.
  • Die Ausgabe des Gatters 74 wird auf den Takteingang eines Registers 76 gegeben. Dieses Register 76 dividiert das Trägersignal um einen geeigneten Faktor. Während die gezeigte Ausführungsform eine einfache Reihenanordnung mit Divisionen durch 2 zeigt, wodurch Ausgaben, die durch 2, 4, 8, 16, . . ., geteilt sind, bereitgestellt werden, ist im Rahmen der Erfindung zu erwägen, daß andere Divisionsschemata angewendet werden könnten, so daß das Trägersignal durch eine beliebige gewünschte ganze Zahl n geteilt werden könnte.
  • Die gewünschte Division des Trägersignals in dem Register 76 stellt ein Taktsignal zur Verfügung, dessen Frequenz gleich der 1/n-fachen der Trägerfrequenz ist. In der Dividier/Zeittakt- Logik 24 sind Auswahlgatter 78 enthalten, die die Auswahl verschiedener Taktfrequenzen erlauben, gesteuert durch ein Steuersignal, das an Anschlußkontakt 9 angelegt wird. Das ausgewählte Taktsignal wird dann über eine Signalleitung 28 der Datenerzeugungsschaltung 30 zugeführt.
  • Die Datenerzeugungsschaltung 30 enthält ein programmierbares Lesespeicherfeld (PROM) 80, auf das mit geeigneten Speicher- Steuerlogik-Elementen 82 bis 85 zugegriffen wird. Die Elemente 82 und 85 sind Register, durch die das Taktsignal periodisch hindurchläuft. Nach einer vorgeschriebenen Anzahl von Taktzyklen adressieren diese Register bestimmte Zeilen und Spalten des Speicherfelds 80, um die Daten, die zuvor darin einprogrammiert worden sind, zu entnehmen. Dieses Datenwort wird zu einem Gatter 86 geleitet, genauso wie das Signal Q4 aus dem Register 84. Solange Q4 in einem hohen Signalzustand ist, wird dem extrahierten Datenwort erlaubt, das Gatter 86 zu passieren und über eine Signalleitung 88 zu einer Manchester-Codierschaltung 90 zu laufen. Die Manchester-Codierschaltung 90 codiert das Datenwort gemäß wohlbekannter Manchester-Codiertechniken und liefert das codierte Datenwort über eine Signalleitung 32 zu dem Gleichrichter/symmetrischen Modulator 22. In der bevorzugten Ausführungsform ist das codierte Wort 64 Bit lang, obwohl irgendeine geeignete Bitlänge eingesetzt werden könnte. Ferner könnten andere Codierschemata als eine Manchester-Codierung verwendet werden.
  • Das PROM-Speicherfeld 80 kann mit jeder geeigneten PROM-Anordnung realisiert werden, die leicht auf demselben Halbleiterchip wie die anderen Transponderschaltungen aufgebaut werden kann. Vorzugsweise kann eine EEPROM (Erasable Electrically Programmable Read Only Memory)-Einrichtung verwendet werden. Vorteilhafterweise kann das PROM während der Herstellung des Chips oder danach leicht programmiert werden, so daß es ein geeignetes Datenwort enthält, das zur eindeutigen Identifizierung dieser bestimmten Vorrichtung dient. Zum Beispiel könnte ein Herstellungsdatumscode in Verbindung mit einer Seriennummer für diesen Zweck verwendet werden. Wenn das während der Herstellung in die Vorrichtung einprogrammierte Datenwort für eine bestimmte Anwendung nicht geeignet ist, könnte dieses Datenwort später mit entsprechenden Einrichtungen gelöscht werden und ein neues, besser geeignetes Datenwort einprogrammiert werden.
  • In Fig. 4 sind auch ein NAND-Gatter 92 und ein Invertergatter 94 gezeigt. Das Invertergatter 94 ist mit dem Anschlußkontakt 9 verbunden und wird dazu verwendet, ein an Anschlußkontakt 9 angelegtes Steuersignal zu bearbeiten, wie weiter unten in Zusammenhang mit Fig. 8 erläutert wird. Ein Eingang des NAND- Gatters 92 ist mit dem Anschlußkontakt 7 verbunden, und an den anderen Eingang ist die Datenwortsignalausgabe aus dem Speicherfeld 80 durch das Gatter 86 angeschlossen. Der Ausgang dieses NAND-Gatters 92 ist mit dem Anschlußkontakt 8 verbunden. Dieses Gatter 92 kann wahlweise mit zusätzlichen Hybrid-Elementen verbunden werden, wie weiter unten in Zusammenhang mit Fig. 8 beschrieben wird, um zusätzliche Optionen zur Verwendung der Transponder-Vorrichtung bereitzustellen.
  • Als nächstes wird auf die Fig. 6 bis 8 Bezug genommen, worin Schaltschemata der am Anschlußende liegenden Schaltungen der Transpondereinheit 14 gezeigt sind, wie in Fig. 5, die aber darüber hinaus zusätzliche Hybrid-Elemente enthalten, die über die vorgesehenen Anschlußkontakte daran angeschlossen sind. In Fig. 6 ist ein Kondensator C2 zwischen die Anschlußkontakte 1 und 3 geschaltet, und ein Widerstand R4 ist zwischen die Anschlußkontakte 2 und 3 geschaltet. Ferner ist ein Hybrid-Kondensator C3 bzw. C4 in Doppelschaltung, wie gezeigt, zwischen die Anschlußkontakte 4 und 5 bzw. die Anschlußkontakte 5 und 6 geschaltet. Ferner ist in Fig. 6 die Antennenspule 20 zwischen Erdpotential, Anschlußkontakt 5 und Anschlußkontakt 6 angeschlossen, um sie von einer Wechselwirkung mit R4 und C2 zu entkoppeln. Die Werte der Kondensatoren C3 und C4 werden so ausgewählt, wie es erforderlich ist, um die am Anschlußende liegende Schaltung auf die bestimmte Trägerfrequenz, welche eingesetzt wird, abzustimmen. Die Werte von R4 und C2 werden so ausgewählt, wie es erforderlich ist, um den Bit-Zeittakt einzustellen. Daher wird Flexibilität erreicht, um kleinere Einstellungen vornehmen zu können, d. h. die Schaltung abzustimmen auf die bestimmte Trägerfrequenz, die verwendet wird.
  • In Fig. 7 ist die auf einem einzelnen Chip befindlicher Transpondereinheit 14 der vorliegenden Erfindung in eine eher herkömmliche Transpondereinheit umgewandelt, indem eine Hybridkristall-Oszillatorschaltung mit einem Kristall Y1, mit einem Kondensator C5 und mit einem Widerstand R5 und eine Batterie D1 verwendet werden. Der Kristall Y1 und der Widerstand R5 sind zwischen den Anschlußkontakten 2 und 3 angeschlossen, während der Kondensator C5 vom Anschlußkontakt 3 im Nebenschluß auf Erde (Anschlußkontakt 5) geschaltet ist. Diese Anordnung führt zu einer Oszillatorschaltung, die das Invertergatter 72, die Widerstände R3 und R5, den Kristall Y1 und den Kondensator C5 umfaßt. Diese Oszillatorschaltung erlaubt es, das Datenwort völlig unabhängig von der Frequenz eines einfallenden Trägersignals zu erzeugen. Weiterhin ist, wenn wie gezeigt eine Batterie B1 eingesetzt wird, die Transponder-Vorrichtung nicht mehr von dem Trägersignal abhängig und wird dadurch zu einer Sendeschaltung, die ständig ihr Identifizierungssignal aussendet. Wenn eine Batterie B1 in dieser Weise verwendet wird, wird sie typischerweise einen Spannungsausgabewert haben, der geringfügig kleiner ist als der von Zener-Diode 66, wodurch die Zener-Diode 66 im Sperrzustand und dadurch effektiv außerhalb des Stromkreises bleibt.
  • In Fig. 8 sind ein Hybridkristall Y2, ein Kondensator C6 und ein Widerstand R6, wie dargestellt, mit den Anschlußkontakten 7 und 8 verbunden, um eine Kristalloszillatorschaltung zu bilden, die das Datenwort selektiv durch eine separate Antenne 21 sendet. Der Kristalloszillator wird durch ein chipinternes Gatter 92 und Y2, C6 und R6 gebildet. Die Antennenspule 20 empfängt ein Trägersignal und erzeugt daraus VDD. Weiterhin bestimmt die Frequenz des Trägersignals die Taktrate, die wiederum die Rate bestimmt, mit welcher das Datenwort auf Signalleitung 88 erscheint. Das Ausgabesignal des Kristalloszillators, das der Antenne 21 zugeleitet wird, ist effektiv mit dem Datenwort moduliert, das auf der Signalleitung 88 erscheint. Da das Gatter 92 nur aktiv ist, wenn VDD vorhanden ist, kann die Schaltung aus Fig. 8 daher als Antworteinheit funktionieren, die das Datenwort auf einer von dem einfallenden Trägersignal unabhängigen Trägerfrequenz sendet. Die Anwendung eines an Anschlußkontakt 9 angelegten Steuersignals verhindert, daß während der Zeit, zu der ein Signal von der Antenne 21 gesendet wird, irgendein Signal in dem Gleichrichter/symmetrischen Modulator 22 gemischt und durch die Antenne 20 gesendet wird. Ein solches Steuersignal kann einfach dadurch realisiert werden, indem der Anschlußkontakt 9 mit einem gewünschten Potential fest verdrahtet wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die Schaltungen aus den Fig. 6 bis 8 nur einen Teil der verschiedenen Schaltungsanordnungen und -optionen repräsentiert, die mit der Einchip-Transponder- Vorrichtung der vorliegenden Erfindung realisierbar sind.
  • Fig. 9 zeigt eine topographische Repräsentation des Transponder-Chips 14 in einer Ausführungsform, die die Antennenspule 20 als Teil des monolithischen Chips enthält. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Spule 20 umlaufend am Rand des Chip-Substrats 98 geätzt. In der Mitte der Spule 20 sind eine speziell angepaßte Logikschaltung 100, ein programmierbares Speicherfeld 102 und eine Speichersteuerlogik 104 zu finden. Das programmierbare Speicherfeld 102, das beispielsweise als eine EEPROM-Vorrichtung ausgeführt sein kann, enthält das in Fig. 4 dargestellte Speicherfeld 80. Die Speichersteuerschaltung 104 enthält die Speichersteuerelemente 82 bis 85 aus Fig. 4, und die speziell angepaßte Logikschaltung 100 enthält den Rest der in Fig. 4 gezeigten Schaltungen. Daher wird bei Verwendung der in Fig. 9 gezeigten Chip-Topographie eine funktionell vollständige Transpondereinheit 14 auf einem einzelnen Halbleiterchip realisiert.
  • Während die hier offenbarte Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen und Anwendungen beschrieben worden ist, können Fachleute viele Abwandlungen und Variationen daran ausführen, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es ist daher davon auszugehen, daß innerhalb des Bereichs der angefügten Patentansprüche die Erfindung auf andere Weise als hier speziell beschrieben ausgeführt werden kann.

Claims (17)

1. Transponder-Vorrichtung mit:
Empfängermitteln zum Empfangen eines Trägersignals von einer externen Quelle;
Diodenmitteln zum Gleichrichten des empfangenen Trägersignals, um die Betriebsleistung für die Transponder-Vorrichtung zu erzeugen, und zum Mischen eines codierten Datenworts mit dem Trägersignal, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen;
digitalen Schaltungsmitteln zum Ableiten eines Taktsignals aus dem Trägersignal;
Datenerzeugungsmitteln, die in Reaktion auf das Taktsignal arbeiten, um das codierte Datenwort zu erzeugen, das in den Diodenmitteln mit dem Trägersignal gemischt wird; und
Sendermitteln zum Senden der Summen- und Differenzsignale zu einem außerhalb der Transponder-Vorrichtung liegenden Ort.
2. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diodenmittel, die digitalen Schaltungsmittel und die Datenerzeugungsmittel elektrische Schaltungen aufweisen, die auf einem einzelnen monolithischen Halbleiterchip aufgebaut sind.
3. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin Mittel zum Anschließen ausgewählter Hybrid-Schaltungselemente an die elektrischen Schaltungen des monolithischen Halbleiterchips aufweist, um die elektrischen Schaltungen auf die Frequenz des Trägeresignals abzustimmen.
4. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin Mittel zum Anschließen einer Hybrid-Batterie an die elektrischen Schaltungen des monolithischen Halbleiterchips aufweist, um Betriebsleistung dafür unabhängig von einer in dem Trägersignal enthaltenden Leistung zur Verfügung zu stellen.
5. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin Mittel zum Anschließen ausgewählter Hybrid-Schaltungselemente an die elektrischen Schaltungen des monolithischen Halbleiterchips aufweist, um eine Kristallfrequenzsteuerung der Signale, welche innerhalb der elektrischen Schaltungen verwendet werden, unabhängig von der Frequenz des Trägersignals bereit zustellen.
6. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Empfängermittel und die Sendermittel eine einzelne Antennenspule enthalten, die um den Rand des einzelnen monolithischen Halbleiterchips herum geätzt ist.
7. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der monolithische Halbleiterchip nicht größer als 0,01 Quadratzoll ist.
8. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diodenmittel eine Brückenschaltung aufweisen, die sowohl als Gleichrichterschaltung als auch als symmetrische Modulatorschaltung funktioniert.
9. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Datenerzeugungsmittel eine programmierbare Lesespeicher-(PROM)- Einrichtung aufweisen, wobei die PROM-Einrichtung ein zuvor einprogrammiertes, eindeutiges Codewort enthält, aus dem das codierte Datenwort abgeleitet wird.
10. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Datenerzeugungsmittel Codiermittel zum Codieren des in die PROM- Einrichtung einprogrammierten, eindeutigen Codeworts aufweisen.
11. Transponder-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das durch die Codiermittel der Datenerzeugungsmittel erzeugte codierte Datenwort ein digitales n-Bit-Wort aufweist, wobei n eine ganze Zahl größer als 7 ist.
12. Elektronisches Erkennungssystem zum Erkennen einer Mehrzahl von Objekten, mit:
einer Steuer-/Abfrageeinheit zum Abfragen der zu erkennenden Objekte und zum Verarbeiten der empfangenen Antworten, wobei die Steuer-/Abfrageeinheit aufweist:
Mittel zum Erzeugen eines RF-Trägersignals, wobei das RF-Trägersignal ein Abfragesignal aufweist,
Mittel zum Senden des Abfragesignals zu einem zu erkennenden Objekt,
Mittel zum Empfangen eines Antwortsignals, das in Reaktion auf das Abfragesignal erzeugt wird, und
Mittel zum Dekodieren, Speichern und Anzeigen der empfangenen Antwort; und
einer Transpondereinheit, die von jedem zu erkennenden Objekt getragen wird und die aufweist:
Empfängermittel zum Empfangen des Abfragesignals von der Steuer-/Abfrageeinheit,
Diodenmittel zum Gleichrichten des empfangenen Abfragesignals, um Betriebsleistung für die Transponder- Vorrichtung zu erzeugen, und zum Mischen eines codierten Datenworts mit einem digitalen Trägersignal, um Summen- und Differenzsignale zu erzeugen, wobei die Summen- und Differenzsignale das Antwortsignal aufweisen,
digitale Schaltungsmittel zum Ableiten eines Taktsignals und des digitalen Trägersignals aus dem Abfragesignal,
Datenerzeugungsmittel, die in Reaktion auf das Taktsignal arbeiten, um das codierte Datenwort zu erzeugen, das mit dem digitalen Trägersignal in den Diodenmitteln gemischt wird, und
Sendermittel zum Senden des Antwortsignals zu der Steuer-/Abfrageeinheit.
13. Erkennungssystem nach Anspruch 12, wobei die RF-Erzeugungsmittel der Steuer-/Abfrageeinheit einen kristallgesteuerten Oszillator enthalten, wodurch das Abfragesignal und alle davon abgeleiteten Signale einschließlich des digitalen Trägersignals und des Taktsignals der Transpondereinheit frequenzstabile Signale aufweisen.
14. Erkennungssystem nach Anspruch 12, wobei die Diodenmittel, die digitalen Schaltungsmittel und die Datenerzeugungsmittel der Transpondereinheit elektrische Schaltungen aufweisen, die auf einem einzelnen monolithischen Halbleiterchip gebildet sind.
15. Erkennungssystem nach Anspruch 12, wobei die Empfängermittel und die Sendermittel der Transpondereinheit eine einzelne Antennenspule enthalten, die um den Rand des einzelnen monolithischen Halbleiterchips herum angeordnet ist.
16. Verfahren zum Verarbeiten eines empfangenen Trägersignals in einer Transponder-Vorrichtung und zum Erzeugen eines Antwortsignals, mit den Schritten:
(a) Empfangen des Trägersignals mit einer Antenne;
(b) Gleichrichten des Trägersignals, um Betriebsleistung für die Transponder-Vorrichtung zu erzeugen;
(c) Verarbeiten des Trägersignals, um ein Taktsignal zu erzeugen;
(d) Erzeugen eines eindeutigen Datenwortsignals unter Verwendung des Taktsignals;
(e) Mischen des Datenwortsignals und des Trägersignals in einer symmetrischen Modulatorschaltung, wobei die symmetrische Modulatorschaltung dieselben Elemente enthält, die zum Gleichrichten des Trägersignals in Schritt (b) verwendet werden; und
(f) Senden der Summen- und Differenzsignale mit der Antenne.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei Schritt (c) der Verarbeitung des Trägersignals die Division des Trägersignals durch eine ganze Zahl n aufweist, wodurch das Taktsignal eine Frequenz hat, die das 1/n-fache der Frequenz des Trägersignals ist.
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