-
Gebiet der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft eine Fernübertragungsvorrichtung
für tragbare
Gegenstände
(des Typs Karte, Billet bzw. Fahrkarte, Etikett usw.), die durch
induktive Kopplung mit einer ortsfesten Station (des Typs Kartenlesegerät, Etikettenabfraggerät usw.) verbunden
sind.
-
Sie
findet Anwendungen auf allen Gebieten des kontaktlosen induktiven
Datenaustausches zwischen einem tragbaren Gegenstand und einer ortsfesten
Station, und dies insbesondere auf dem Gebiet der Identifikation
von Sachen oder Gegenständen,
dem Gebiet der Zugangskontrolle, zum Beispiel zu Informatikdiensten,
oder dem Gebiet der Mautzahlung mittels Karte.
-
Stand der
Technik
-
Es
ist üblich,
auf dem Gebiet des kontaktlosen Datenaustausches monodirektionale
oder bidirektionale Systeme zu benutzen, bei denen der Datenaustausch
zwischen tragbaren Gegenständen und
einer ortsfesten Station auf induktivem Wege erfolgt.
-
Als "ortsfeste Station" bezeichnet man ein Abfragegerät oder ein
Lesegerät
oder irgend ein Empfangsgerät
mit relativ großen
Abmessungen und eigenen Energieversorgungseinrichtungen, die generell
klassische elektrische Geräte
oder Netzgeräte sind.
-
Als "tragbaren Gegenstand" bezeichnet man eine
Speicherkarte oder ein Etikett oder irgend einen Transpondertyp
mit kleinen Abmessungen, der auf eine sehr beschränkte autonome
Energiequelle zurückgreifen
muss, um der ortsfesten Station Daten zu senden. Die Größe der tragbaren
Gegenstände
ist generell gering und entspricht zum Beispiel dem Format einer
Kreditkarte. Der tragbare Gegenstand kann aktiv sein, das heißt, dass
er seine eigene Versorgungsquelle enthält, zum Beispiel einen Akku
oder eine Batterie, oder auch passiv sein, das heißt, dass er
fernversorgt wird. Ein fernversorgter tragbarer Gegenstand bezieht
seine Energie von der ortsfesten Station mittels induktiver Kopplung,
die bei diesen Systemen mit Hilfe von Antennen des Typs "Leiterwicklung im
Stromkreis" (bobinages
en circuit conducteur). Folglich wird der tragbare Gegenstand nicht mehr
versorgt, sobald er das elektromagnetische Feld der ortsfesten Station
verlässt,
das heißt,
sobald die nominalen Kopplungsbedingungen nicht mehr gegeben sind.
-
Die 1 zeigt
ein klassisches Datenfernaustauschsystem mit induktiver Kopplung.
Ein solches Datenaustauschsystem umfasst also generell eine ortsfeste
Station 1 und einen oder mehrere tragbare Gegenstände 10,
wobei die ortsfeste Station 1 ein mit 2 bezeichnetes
System elektronischer Schaltungen enthält, die mit zwei Antennenwicklungen 3 und 4 gekoppelt
sind. Eine der Antennenwicklungen (Wicklung 4) emittiert
ein magnetisches Wechselfeld, das ermöglicht, Informationen bzw.
Daten zu senden, die für
den tragbaren Gegenstand 10 bestimmt sind. Eine zweite
Antennenwicklung 3 gewährleistet
den Empfang eines durch die Sekundäremission induzierten Signals,
die durch den in der Antenne des tragbaren Gegenstands induzierten
Strom verursacht wird.
-
Bei
der in dieser 1 dargestellten Realisierungsart
umfasst die ortsfeste Station zwei Antennen: eine für den Empfang
und die andere zum Senden der Mitteilungen; es ist jedoch möglich, diese
beiden Funktionen mit nur einer Antenne zu erfüllen.
-
Der
tragbare Gegenstand 10 umfasst ein System elektronischer
Schaltungen 11, verbunden mit den Anschlüssen einer
Antennenwicklung 12. Gemäß der in der in dieser 1 dargestellten
Realisierungsart ist ein Kondensator 13 parallelgeschaltet
zu den Anschlüssen
der Antenne 12, um einen Resonanzkreis zu bilden.
-
In
der
1 des Patents
US
5 721 535 ist ein Beispiel einer solchen Realisierung dargestellt,
wobei das Äquivalent
der Schaltung
11 das Bezugszeichen
110 trägt.
-
Generell
emittiert die ortsfeste Station ein magnetisches Wechselfeld mit
großer
Amplitude in ein in Abhängigkeit
von der vorgesehenen Anwendung gewähltes Raumvolumen. Der tragbare
Gegenstand interagiert mit diesem Wechselfeld durch seine Antenne,
indem er mittels LENZ-Gesetz ein Sekundärmagnetfeld emittiert, in Abhängigkeit
von der Impedanz der an diese Antenne angeschlossenen Stromkreise
bzw. Schaltungen. Dieses Sekundärfeld wiederum
induziert in der Antenne der ortsfesten Station eine detektierbare
Spannung.
-
Eine
solche Datenaustauschmethode ist zum Beispiel beschrieben in dem
Patent US-A-3 299 424 oder in dem Patent WO 97/05504. Insbesondere beschreiben
diese Patente ein Datenaustauschsystem, bei dem der tragbare Gegenstand
fernversorgt wird und nur eine einzige Antennenspule umfasst. Bei
diesen Patenten besteht die Datenübertragungsvorrichtung des
tragbaren Gegenstands in Richtung ortsfeste Station aus einer Impedanz
in Serie mit einem Schalter, wobei das Ganze mit den Anschlüssen der
Antenne verbunden ist. Die Impedanz der an die Wicklung der Antenne
angeschlossenen Kreise bzw. Schaltungen wird also moduliert, ebenso
wie das Sekundärmagnetfeld
und infolgedessen die in der Antenne der ortsfesten Station induzierte
Spannung.
-
Dieses
Patent beschreibt außerdem
die Verwendung einer der Antennenwicklung des tragbaren Gegenstands
zugeordneten Kapazität,
so dass man einen Spule-Kondensator-Parallelschaltungs-Resonanzkreis erhält, dessen
Zweck darin besteht, die Spannung an den Anschlüssen der Antenne durch Überspannung
in Bezug auf die in der Wicklung induzierte elektromotorische Kraft
(EMK) zu erhöhen
und aufgrund der Präsenz
des tragbaren Gegenstands den in der Antennenwicklung der ortsfesten
Station induzierten Retoureffekt zu erhöhen.
-
Jedoch
sind die in diesem Patent benutzten Einrichtungen zur Gewinnung
bzw. Verwertung der Fernversorgung eng mit den Datenübertragungseinrichtungen
verbunden, die bei diesem System aus einer Tunneldiode bestehen.
-
Andere,
aktuellere Dokumente, zum Beispiel die Patente US-A-4 196 418 und
FR-A-2 623 311,
beschreiben fernversorgte tragbare Gegenstände, bei denen die Fernversorgung
des tragbaren Gegenstands aus der an den Anschlüssen der Antenne des tragbaren
Gegenstands verfügbaren
induzierten Spannung gewonnen wird. Diese Spannung, die eine Wechselspannung
an den Anschlüssen
der Antenne ist, wird durch einen Gleichrichter in eine Gleichspannung
umgewandelt, der bei diesem System aus einem Spannungsverdoppler
mit zwei mit einem Anschluss der Antenne verbundenen Dioden besteht, wobei
der andere Anschluss der Antenne mit dem Mittelpunkt von zwei Speicherkapazitäten verbunden ist,
in die die gleichgerichtete Spannung eingespeist wird.
-
Ein
weiteres Dokument, das Patent EP-0 204 542, beschreibt ein System
mit Gleichrichteinrichtungen, die zwei Dioden umfassen, wobei der
Mittelpunkt der Antennenwicklung an Masse liegt.
-
Bei
anderen Systemen werden die Gleichrichteinrichtungen durch eine
Vierdiodenbrücke, nämlich eine
GRÄTZ-Brücke gebildet,
oder durch als Dioden fungierende MOS-Transistoren (das heißt Transistoren,
bei denen Gate und Drain verbunden sind). Diese Gleichrichteinrichtungen
sind insbesondere in den Dokumenten US-A-5 479 172 beschrieben.
-
Das
Patent WO 97/05504 beschreibt ein Datenaustauschsystem, das einen
Spannungsverdreifachungs-Gleichrichter umfasst, sowie eine Modulationsfunktion,
die auf die Antenne des tragbaren Gegenstands wirkt, die ihrerseits
mit zu einem Kondensator parallelgeschaltet ist, um einen Resonanzkreis zu
bilden.
-
Die
in den schon weiter oben genannten Patenten US-4 196 418 und FR-2
623 311 beschriebenen Systeme umfassen zudem eine Stabilisierungsfunktion
der gleichgerichteten Spannung, hinzugefügt zu der oben beschriebenen
Fernversorgungsfunktion. Diese Stabilisierungsfunktion der gleichgerichteten
Spannung wird mit einem einfachen elektronischen Bauteil realisiert,
nämlich
einer ZENER-Diode. Die in der Wicklung des tragbaren Gegenstands induzierte
elektromotorische Kraft ist proportional zu dem Koeffizienten der
gegenseitigen Kopplung zwischen dieser Wicklung und derjenigen der
Antenne der ortsfesten Station, wobei dieser Kopplungskoeffizient
innerhalb eines großen
Bereichs von Werten variieren kann, entsprechend der gewünschten
Anpassungsfähigkeit
des kontaktlosen Betriebs. Die an den Anschlüssen des tragbaren Gegenstands
verfügbare
Spannung ist abhängig
von dieser elektromotorischen Kraft, von der antenneninternen Impedanz
und von der Last, die an sie angeschlossen ist. Auch ermöglicht eine
ZENER-Diode aufgrund ihrer nichtlinearen Strom-Spannungskennlinie
eine einfache Stabilisierung der gleichgerichteten Spannung.
-
Die
Stabilisierungsfunktion der gleichgerichteten Spannung kann auch
mit Hilfe einer elektronischen Anordnung realisiert werden, gebildet
durch eine Referenzspannungsquelle, einen Differentialverstärker und
einen gesteuerten Widerstand (zum Beispiel einen Transistor). Diese
elektronische Anordnung, allgemein "SHUNT-Regler" genannt, gewährleistet die Anpassung der
an einen Spannungsgenerator angeschlossenen Last, dessen interne
Impedanz nicht vernachlässigbar
ist, um die Ausgangsspannung dieses Generators auf einen bestimmten Wert
zu regeln; der Spannungsgenerator kann zum Beispiel eine mit einem
Gleichrichter verbundene Antenne sein.
-
Zahlreiche
Dokumente beschreiben einen SHUNT-Regler in der Anwendung in einem
Datenfernaustauschsystem. Diese Dokumente sind zum Beispiel die
Patente US-A-5 302 954, US-A-5 479 172 und EP-A2-0 706 151.
-
Bei
den Datenfernaustauschsystemen ist es möglich, als Spannungsregler
einen Serienregler zu verwenden, der an seinem Ausgang eine Spannung eines
bestimmten Werts liefert, hergestellt aus einer nichtgeregelten
Spannung höheren
Werts, die an seinem Eingang anliegt. Jedoch hat dieser Reglertyp den
Nachteil, die an seinem Eingang anliegende Spannung nicht zu kontrollieren,
was zur Folge hat, dass diese Spannung einen hohen Wert annehmen kann.
Im Falle eines tragbaren Gegenstands, bei dem alle elektronischen
Schaltungen auf einem selben Chip integriert sein können, gelten
die Spannungsfestigkeitsbedingungen für alle Niveaus der Schaltung
bis hin zu Anschlüssen
der Antennenwicklung. Ein solcher Serienregler ist infolgedessen schlecht
an die Realisierung eines tragbaren Gegenstands angepasst.
-
Außerdem ist
in einigen dieser Dokumente die Modulationsfunktion in Form eines
Schalters realisiert, der die Antenne kurzschließt, oder auch durch einen Schalter
in Serie mit einem Kondensator, wobei das Ganze mit den Anschlüssen der
Antenne verbunden ist, um ihre Resonanzfrequenz zu modifizieren.
-
In
anderen Vorrichtungen wird die Modulation durch einen Schalter in
Serie mit einem Widerstand realisiert, was ermöglicht, auf den Qualitätsfaktor
der Antenne einzuwirken, ohne die Resonanzfrequenz zu modifizieren.
Dieser Modulationsfunktionstyp ist zum Beispiel in den Patenten
EP-A2-0 204 542 beschrieben.
-
Weitere
Modulationsfunktionstypen werden mit Hilfe einer Diode oder einer
ZENER-Diode oder auch
einer Drossel bzw. Spule realisiert.
-
Jedoch,
im Falle einer seriengeschalteten Widerstand-Schalter-Kombination
oder nur durch einen zu den Anschlüssen der Antenne oder mit der gleichgerichteten
Spannung parallelgeschalteten Schalter, wird der Qualitätsfaktor
der belasteten Resonanzantenne verändert, was den Zustand des tragbaren
Gegenstands verändert.
Nun entspricht diese Modifikation des Qualitätsfaktors einer Modifikation
der der von der ortsfesten Station gelieferten Energie entnommenen
abgestrahlten Energie, was erklärt,
warum diese Modulation durch die ortsfeste Station detektiert werden
kann.
-
Jedoch
modifiziert eine solche Modulation die Strombelastung bzw. Stromlast
der Antenne; die Spannung an den Anschlüssen der Antenne und die gleichgerichtete
Spannung werden folglich modifiziert und die SHUNT-Regelung hat
den Effekt, die Belastungs- bzw. Lastmodifikation zu kompensieren und
so den erwünschten
Modulationseffekt zu annullieren. Eine solche Modulationsfunktion
ist folglich inkompatibel mit der SHUNT-Regelungsfunktion.
-
Im
Fall einer seriengeschalteten Kondensator-Schalter-Kombination,
die parallelgeschaltet ist zu den Anschlüssen der Antenne, um die Resonanzfrequenz
dieser Antenne zu verschieben, ist die Modulation kompatibel mit
der SHUNT-Regelungsfunktion; hingegen reagiert sie derart, dass
sie die eventuelle Modifikation der an den Antennenanschlüssen verfügbaren Spannung
kompensiert, was als Begleiterscheinung eine Last- bzw. Belastungsmodulation verursacht,
außer
wenn die Abweichung der Modulation der Resonanzfrequenz symmetrisch
ist in Bezug auf die Frequenz des durch die ortsfeste Station emittierten
Magnetfelds, wie beschrieben in dem Patent EP-A-0 198 642. In diesem
Fall bleibt die Abstrahlung der Energie des tragbaren Gegenstands
dieselbe für die
beiden binären
Zustände
der Modulation.
-
In
einem allgemeineren Fall macht die Doppelmodulation, nämlich der
Resonanzfrequenz und unfreiwilligerweise des Qualitätsfaktors,
die Detektion dieser Modulation auf der Ebene der ortsfesten Station
schwierig.
-
In
der 2 ist ein Beispiel von Regelungseinrichtungen
und Modulationseinrichtungen dargestellt, und dies aus Gründen der
Vereinfachung in ein und demselben Schaltplan einer Fernübertragungsvorrichtung,
wohl wissend, dass eine solche Vereinigung praktisch nicht verwendbar
ist. Bei dieser Vorrichtung findet man die schon in Bezug auf die 1 beschriebenen
Elemente wieder, nämlich:
die Antenne 12, parallelgeschaltet zu dem Kondensator 13, und
den Satz elektronischer Schaltungen 11. Dieser Satz umfasst
einen Spannungsgleichrichter 15 (der, wie dargestellt in
dieser 2 eine GRÄTZ-Brücke sein
kann), Modulationseinrichtungen 18, einen Spannungsregler 16 und
einen Speicherungskondensator 17, dazu bestimmt, eine geregelte
Spannung Vdd zu liefern, um alle elektronischen Schaltungen zu versorgen.
-
Gemäß der in
der 2 dargestellten Vorrichtung ist der Regler 16 ein
SHUNT- Regler, wie weiter
oben beschrieben, der einen Transistor 16a, einen Differentialverstärker 16b und
eine Referenzspannungsquelle 16c umfasst.
-
Der
Modulator 18 wird durch eine Impedanz 18b in Serie
mit einem Schalttransistor 18a gebildet, wobei diese Impedanz-Transistor-Kombination
mit den Anschlüssen
der Antenne 12 verbunden ist. Der Schalter 18a wird
durch ein digitales Signal gesteuert, übertragen durch die Spannungsleitung 18c, über das
Gate des Transistors. Diese Digitalsignal stellt die zu übertragende
Mitteilung in Form von seriellen binären Daten dar.
-
Bei
einem solchen System kann die Übertragung
der Daten des tragbaren Gegenstands zu der ortsfesten Station als
die Modulation eines oder mehrerer Parameter eines Resonanzkreises
des Spule-Kondenstor-Widerstandstyps interpretiert werden. Diese
Parameter sind die Resonanzfrequenz und der Qualitätsfaktor
des Systems, das heißt
die Resonanzantenne (gebildet durch die Kombination 12, 13),
belastet durch die elektronischen Schaltungen 11. Die in
bzw. von dem tragbaren Gegenstand abgestrahlte Energie wird der
durch die ortsfeste Station der Antenne gelieferten Energie entnommen,
um das Magnetfeld zu emittieren. Eine Veränderung des Qualitätsfaktors
des tragbaren Gegenstands drückt sich
folglich durch eine Veränderung
der Energie seitens der ortsfesten Station aus, um das Magnetfeld zu
emittieren. Eine Veränderung
des Qualitätsfaktors des
tragbaren Gegenstands drückt
sich folglich durch eine Veränderung
der Energie seitens der ortsfesten Station aus, während eine
Veränderung
der Resonanzfrequenz des tragbaren Gegenstands eine Veränderung
der Phase des Sekundäremissionsmagnetfelds
der Wicklung der Antenne in Bezug auf das durch die Wicklung der
ortsfesten Station emittierten Magnetfelds einführt.
-
Das
Dokument WO 98/26370, einem Stand der Technik gemäß EPÜ-Artikel
54(3) und 54(4) entsprechend, zeigt eine Fernübertragungsvorrichtung für einen
mit einer Antenne ausgestatteten tragbaren Gegenstand, der mit einer
ortsfesten Station verbunden ist bzw. kommuniziert, die ihrerseits
mit einer Versorgungsquelle und mindestens einer Antenne für die Emission
eines magnetischen Wechselfelds und den Empfang der von dem tragbaren
Gegenstand abstrahlten Signale ausgerüstet ist, umfassend:
- – Verarbeitungs-
und Speichereinrichtungen der den tragbaren Gegenstand betreffenden
Daten;
- – einen
Spannungsgleichrichter zur Umwandlung der durch die Antenne des
tragbaren Gegenstands gelieferten Wechselspannung in eine Gleichspannung,
welche durch eine Versorgungsleitung zu den Verarbeitungs- und Speichereinrichtungen
transportiert wird;
- – einen
Spannungsregler, der die Regelung der den Gleichrichter verlassenden
Gleichspannung gewährleistet;
- – Modulationseinrichtungen
der zu emittierenden Signale, die einen Transistor und einen elektronischen
Dipol in Serie umfassen, wobei die Dipol-Transistor-Kombination
in Bezug auf die Versorgungsleitung als Umgehungsleitung vorgesehen
ist.
-
Wie
bei bestimmten oben beschriebenen Vorrichtungen nach dem Stand der
Technik ist der SHUNT-Regler inkompatibel mit einer Modulation durch
Veränderung
des Qualitätsfaktors,
denn der SHUNT-Regler 16 kompensiert die Modifikation der durch
den Modulator 18 verursachten Belastung und annulliert
folglich den erwünschten
Effekt.
-
Darstellung
der Erfindung
-
Die
Erfindung hat die Aufgabe, die Nachteile der oben beschriebenen
Techniken zu beseitigen. Zu diesem Zweck schlägt sie eine Vorrichtung zur
Fernübertragung
durch induktive Kopplung zwischen einem tragbaren Gegenstand und
einer ortsfesten Station nach Anspruch 1 vor. Bei dieser Vorrichtung
wirkt die Modulationsfunktion auf die Antenne des tragbaren Gegenstands,
bleibt dabei kompatibel mit den Funktionen der Fernversorgung und
gewährleistet die
Erzeugung eines detektierbaren Signals in der Antenne der ortsfesten
Station. Mit anderen Worten ermöglicht
die Fernübertragungsvorrichtung
der Erfindung eine Modulation der Belastung der Antenne, das heißt eine
Modulation des Qualitätsfaktors
des gesamten tragbaren Gegenstands, wobei dieser kompatibel bleibt
mit der weiter oben beschriebenen SHUNT-Regelung. Diese Vorrichtung
ermöglicht auch,
schon bei der Definition der Elemente der elektronischen Schaltung
des tragbaren Gegenstands ein regelbares oder ein im Voraus festgelegtes
Belastungsmodulationsverhältnis
einzurichten.
-
Noch
genauer betrifft die Erfindung eine Fernübertragungsvorrichtung für einen
tragbaren Gegenstand, der mit einer Antenne ausgerüstet und durch
induktive Kopplung mit einer ortsfesten Station verbunden ist, die
ihrerseits ausgestattet ist mit einer Energieversorgungsquelle und
wenigstens einer Antenne für
die Abstrahlung eines magnetischen Wechselfelds und den Empfang
der durch den tragbaren Gegenstand gesendeten Signale, wobei die
Vorrichtung umfasst:
- – Einrichtungen zur Verarbeitung
und Speicherung der den tragbaren Gegenstand betreffenden Daten;
- – einen
Spannungsgleichrichter zur Umwandlung der durch die Antenne des
tragbaren Gegenstands gelieferten Wechselspannung in eine Gleichspannung,
durch eine Versorgungsleitung verbunden mit den Verarbeitungs- und
Speichereinrichtungen;
- – einen
Spannungsregler zur Regelung der aus dem Gleichrichter stammenden
Gleichspannung; und
- – Modulationseinrichtungen
der zu sendenden Signale;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Modulationseinrichtungen einen Transistor und einen elektronischen Dipol
umfassen, die parallelgeschaltet sind und einen Spannungsabfall
zwischen dem Eingang und dem Ausgang der genannten Modulationseinrichtung
bewirken, wobei die Transistor-Dipol-Kombination in der Versorgungsleitung
in Serie geschaltet ist zwischen einem Ausgang des Gleichrichters
und einem Eingang des Spannungsreglers, um eine Kontrolle der Spannung
an den Anschlüssen
der Antenne zu gewährleisten,
zur Modulation des Strombetriebs in dieser Antenne.
-
Tatsächlich ist
die Spannung an den Anschlüssen
der Antenne die Summe aus einer geregelten Spannung und einer bestimmten,
durch die für die
Modulationseinrichtungen gewählten
Werte modulierten Spannung.
-
Nach
der Erfindung kann der elektronische Dipol eine Diode oder auch
eine ZENER-Diode oder sogar ein MOS-Transistor sein, bei dem Gate
und Drain verbunden sind.
-
Nach
einer Realisierungsart der Erfindung umfasst der Spannungsregler
einen Transistor, dessen Drain und Source mit den Ausgängen des Gleichrichters
verbunden sind, und einen Differentialverstärker, dessen Ausgang mit dem
Gate des Transistors verbunden ist und an dessen Eingängen einerseits
eine Referenzspannung und andererseits die Spannung der Versorgungsleitung
liegt.
-
Nach
einer anderen Realisierungsart der Erfindung umfasst der Spannungsregler
einen zu den Anschlüssen
der Antenne (12) parallelgeschalteten ersten Transistor
und einen Differentialverstärker, dessen
Ausgang mit dem Gate des Transistors verbunden ist und an dessen
Eingängen
einerseits eine Referenzspannung und andererseits die Spannung der
Versorgungsleitung liegt.
-
Nach
wieder einer anderen Realisierugsart der Erfindung umfasst der Spannungsregler
einen zu den Anschlüssen
der Antenne parallelgeschalteten ersten Transistor, einen mit dem
Ausgang des Gleichrichters verbundenen zweiten Transistor und einen
Differentialverstärker,
an dessen Eingängen
einerseits eine Bezugsspannung und andererseits die Spannung der
Versorgungsleitung liegt und dessen Ausgang mit einer Verteilerschaltung
verbunden ist, die ihrerseits mit den Gates des ersten und zweiten Transistors
verbunden ist.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Die
schon beschriebene 1 stellt schematisch ein Datenfernaustauschsystem
dar, mit einem tragbaren Gegenstand und einer ortsfesten Station;
-
die
schon beschriebene 2 stellt schematisch eine Fernübertragungsvorrichtung
nach dem Stand der Technik dar;
-
die 3, 4 und 5 stellen
jeweils eine erste, zweite und dritte Realisierunsart der erfindungsgemäßen Fernübertragungsvorrichtung
dar;
-
die 6 stellt
schematisch eine andere Fernübertragungsvorrichtung
dar.
-
Beschreibung
von Realisierungsarten der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft einen für
eine Fernübertragungsvorrichtung
bestimmten tragbaren Gegenstand. Diese Vorrichtung umfasst einen
mit einem SHUNT-Regler verbundenen Gleichrichter sowie Modulationseinrichtungen,
die auf die Antenne des tragbaren Gegenstands wirken und dabei mit den
Fernversorgungsfunktionen (Gleichrichter + SHUNT-Regler) des tragbaren Gegenstands kompatibel
bleiben und fähig
sind, in der Antenne der ortsfesten Station ein detektierbares Signal
zu erzeugen.
-
Diese
Modulationseinrichtungen bestehen aus einem Transistor und einem
elektronischen Dipol zur Realisierung eines Spannungsabfalls zwischen dem
Eingang und dem Ausgang dieser Modulationseinrichtungen; diese Transistor-Dipol-Kombination
ist mit dem Eingang des Spannungsreglers verbunden, um die Kontrolle
der Spannung an den Anschlüssen
der Antenne zu gewährleisten.
-
Die
Verbindungen zwischen diesen Modulationseinrichtungen, dem Gleichrichter
und dem SHUNT-Regler können
gemäß mehreren
Ausführungsarten
realisiert werden.
-
Eine
Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Fernübertragungsvorrichtung
ist in der 3 dargestellt. Wie in den Beispielen
1 und 2 umfasst der tragbare Gegenstand eine Antenne 12,
gebildet durch eine Leiterwicklung im Stromkreis (bobinage en circuit
conducteur), zwischen deren Anschlüssen ein Kondensator 13 geschaltet
ist, um einen Resonanzkreis zu bilden. Ein Spannungsgleichrichter 15 ist
zu den Anschlüssen
der Antenne 12 parallelgeschaltet, um die durch die Antenne 12 empfangene Wechselspannung
in Gleichspannung umzuwandeln, die dann durch die Versorgungsleitung
Vdd zu den Verarbeitungs- und Speichereinrichtungen 14 transportiert
wird.
-
Nach
einer Realisierungsart der Erfindung kann der Gleichrichter 15 eine
GRÄTZ-Brücke sein, die
durch Anschlusspunkte 15a und 15c mit den Anschlüssen der
Wicklung 12 verbunden ist. Der Anschlusspunkt 15b des
Gleichrichters ist direkt mit der Ausgangsleitung Vss der Vorrichtung
verbunden.
-
Der
Anschlusspunkt 15d dieses Gleichrichters ist mit dem Eingang
der Modulationsschaltung 18 verbunden, auch "Modulator" genannt. Dieser
Modulator 18 umfasst einen elektronischen Dipol 18b, der
zu einem Schalttransistor 18a parallelgeschaltet ist. Diese
Kombination aus Schalter 18a und Dipol 18b ist
mit der Versorgungsleitung Vdd in Reihe geschaltet, zwischen dem
Ausgangspunkt Vr des Gleichrichters 15 und dem Eingangspunkt
Ve des Differentialverstärkers 16b,
der weiter unten detaillierter beschrieben wird. Die auf den Pegel
dieses Eingangs Ve gebrachte Spannung (bezogen auf den Massepunkt
Vss) ist die geregelte Spannung Vdd.
-
Der
elektronische Dipol 18b des Modulators 18 ist
so gewählt,
dass er zwischen den Punkten 18c und 18d des Modulators
einen Spannungsabfall einführt,
wenn der Transistor 18a offen ist; wenn dieser Transistor 18a geschlossen
ist, muss der durch den Modulator 18 eingeführte Spannungsabfall
kleiner sein und vorzugsweise vernachlässigbar.
-
Man
wird feststellen, dass die relative Veränderung des Qualitätsfaktors
gleich der relativen Veränderung
der am Ausgang des Gleichrichters erhaltenen Spannung ist, sofern
man den Spannungsabfall an den Anschlüssen der Dioden des Gleichrichters 15 vernachlässigt. Wenn
die geregelte Spannung Vdd zum Beispiel auf einen Wert von 4 Volt
geregelt wird und die Modulationsschaltung 18 eine Serienspannung
von 1 Volt einführt,
wenn der Transistor 18a offen ist, und von 0 Volt, wenn
er geschlossen ist, dann beträgt
das Verhältnis
zwischen der Wertdifferenz und dem Höchstwert, Modulationstiefe
des Qualitätsfaktors
genannt, ungefähr
20%.
-
Nach
der Erfindung ist der elektronische Dipol 18b ein Element
mit einer nichtlinearen Strom-Spannungskennlinie, so dass die Spannung an
seinen Anschlüssen
praktisch konstant ist, was ermöglicht,
die Modulationstiefe des Qualitätsfaktors des
tragbaren Gegenstands auf einem praktisch konstanten Wert zu halten.
-
Entsprechend
der gewählten
Realisierungsart kann der elektronische Dipol 18b ein Widerstand, eine
Diode oder auch eine ZENER-Diode oder sogar ein Transistor sein,
bei dem Gate und Drain verbunden sind.
-
Der
elektronische Dipol 18b kann auch durch eine Vielzahl in
Serie geschalteter Dioden gebildet werden.
-
In
dem Fall, wo der elektronische Dipol 18b ein Widerstand
ist, ist der Spannungsabfall zwischen den Punkten 18c und 18d abhängig von
dem in der Versorgungsleitung Vdd fließenden Strom.
-
Bei
der in der 3 dargestellten Realisierungsart
ist der Regulator 16 mit einem Kondensator 17 zwischen
der Versorgungsleitung Vdd und der Ausgangsleitung Vss verbunden,
um am Punkt Ve eine stabilisierte Spannung Vdd zu gewährleisten.
-
Der
Regulator 16 umfasst einen Differentialverstärker 16b,
verbunden mit einem Transistor 16a. Bei diesem Transistor 16a sind
Drain und Source jeweils mit der Versorgungsleitung Vdd und mit
der Ausgangsspannungsleitung Vss der Vorrichtung verbunden. Das
Gate des Transistors 16a ist mit dem Ausgang des Differentialverstärkers l6b verbunden, an
dessen negativem Eingang eine mit 16c bezeichnete Referenzspannung
Vref anliegt und am positivem Eingang die Spannung im Punkt Ve,
die der geregelten Spannung in der Versorgungsleitung Vdd entspricht.
-
In
der 4 ist eine andere Realisierungsart der Erfindung
dargestellt. Bei dieser Realisierungsart der Erfindung ist der Regulator 16 mit
dem Ausgang des durch die Antenne 12 und den Kondensator 13 gebildeten
Resonanzkreises verbunden. Dieser Regulator 16 umfasst,
wie bei der vorhergehenden Realisierungsart, einen Transistor 16a,
der mit seinem Drain und seiner Source an den Resonanzkreis 12–13 angeschlossen
ist. Das Gate dieses Transistors 16a ist mit dem Ausgang
des Differentialverstärkers 16b der
Regelungsschaltung 16 verbunden, an deren positivem Anschluss
die Spannung der Versorgungsleitung Vdd anliegt und an ihrem negativen
Anschluss die Referenzspannung Vref, die von einem Spannungsgenerator 16c stammt.
Das Gate des Transistors 16a ist auch mit dem Eingang eines
Verstärkers 19 verbunden,
der zu der Demodulationsschaltung gehört, die nicht im Detail beschrieben wird,
da sie den anderen Demodulationsschaltungen entspricht, die üblicherweise
in den tragbare Gegenstände
benutzt werden.
-
Der
Modulator 18, der wie in der vorhergehenden Realisierungsart
aus einem elektronischen Dipol 18b und einem parallelgeschalteten
Schalttransistor 18a besteht, ist zwischen dem Ausgang 15d des
Gleichrichters 15 und dem Anschlusspunkt Ve in Serie geschaltet
mit der Versorgungsleitung Vdd.
-
Bei
dieser Realisierungsart umfasst der Regler zusätzlich zu dem zu dem Resonanzkreis 12/13 parallelgeschalteten
Transistor 16a einen zweiten Transistor 16d, parallelgeschaltet
zu den Ausgängen 15b und 15d des
Reglers 15. Mit anderen Worten ist dieser Transistor 16d zwischen
der Versorgungsleitung Vdd und der Ausgangsleitung Vss der Vorrichtung
geschaltet. Das Gate von jedem der Transistoren 16a und 16d ist
mit einer zusätzlichen
Schaltung 16e verbunden, Verteilungsschaltung genannt,
die dazu dient, die von dem Differentialverstärker 16b stammende
Spannung zwischen den Transistoren 16a und 16d zu
verteilen, wobei der erste Transistor 16a ermöglicht den
für die
Regelung benötigten
größeren Teil
des Stroms zu steuern, und der zweite Transistor 16b ermöglicht,
kleinere Stromänderungen
zu steuern, aber dies schneller. Ein derartiger SHUNT-Regler hat
also den Vorteil, schnell reagieren zu können, zum Beispiel bei einer
Datenübertragung mit
hohen Bitraten.
-
In
der 6 ist eine weitere Fernübertragungsvorrichtung dargestellt,
bei der man die Modulation der Ausgangsspannung des Gleichrichters 15 mit
einer anderen Anordnung als bei den drei vorhergehenden Realisierungsarten
realisiert. Bei dieser Realisierungsart umfasst der Regulator 16 einen Transistor 16a,
dessen Drain und Source mit dem Resonanzkreis 12/13 verbunden
sind, und dessen Gate mit dem Ausgang des Differentialverstärkers 16b verbunden
ist. Dieser Differentialverstärker
erhält
an seinem negativen Anschluss die Referenzspannung Vref und an seinem
positiven Eingang die von dem Modulator 18 stammende Spannung.
-
Der
Modulator 18 umfasst einen Transistor 18a und
einen elektronischen Dipol 18b, miteinander in Serie geschaltet
und über
eine Teilerbrücke 20a/20b mit
dem negativen Anschluss des Differentialverstärkers 16b verbunden.
Der Modulator 18 wirkt also direkt auf einen Eingang des
Differentialverstärkers 16b,
indem er das Teilungsverhältnis
der Teilerbrücke 20a/20b moduliert,
die versorgt wird mit der durch die Versorgungsleitung Vdd gelieferten
gleichgerichteten Spannung.
-
Es
ist auch möglich,
die Modulation durchzuführen,
indem man an dem negativen Anschluss des Differentialverstärkers 16b der
Referenzspannung Vref eine modulierte Spannung hinzufügt.
-
Eine
solche Schaltung ermöglicht,
den Qualitätsfaktor
des tragbaren Gegenstands zu modulieren. Jedoch verliert der Regler 16 seine
Regelfunktion; ein zweiter Regler, mit 21 bezeichnet, wird
also in der Versorgungsleitung Vdd angeordnet, zwischen den Punkten
Va und Vb, die die Anschlusspunkte der beiden zueinander parallelgeschalteten
Kondensatoren 17a und 17b zwischen der Versorgungsleitung Vdd
und der Ausgangsleitung Vss sind. Die Aufgabe dieser beiden parallelgeschalteten
Kondensatoren 17a und 17b entspricht derjenigen
des Speicherkondensators 17 der 3, 4 und 5.
-
Die
Vorrichtung der 6 hat den Vorteil, eine Modulationstiefe
zu ermöglichen,
die durch eine entsprechende Wahl der Werte der die Teilerbrücke bildenden
Widerstände 20a und 20b einstellbar
ist.