WO2016055476A1 - Transponder-anordnung und verfahren zum betreiben eines transponders - Google Patents

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WO2016055476A1
WO2016055476A1 PCT/EP2015/073048 EP2015073048W WO2016055476A1 WO 2016055476 A1 WO2016055476 A1 WO 2016055476A1 EP 2015073048 W EP2015073048 W EP 2015073048W WO 2016055476 A1 WO2016055476 A1 WO 2016055476A1
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circuit
transponder
switching element
inductance
capacitance
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PCT/EP2015/073048
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Froitzheim
Dieter Sass
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/067—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components
    • G06K19/07—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips
    • G06K19/0723—Record carriers with conductive marks, printed circuits or semiconductor circuit elements, e.g. credit or identity cards also with resonating or responding marks without active components with integrated circuit chips the record carrier comprising an arrangement for non-contact communication, e.g. wireless communication circuits on transponder cards, non-contact smart cards or RFIDs

Definitions

  • the invention relates to a transponder arrangement and method for operating a transponder, in particular a transponder in a keyless vehicle access and start system.
  • Starting systems such as the Passive Start Entry (P ⁇ SE) system, are automatic systems for unlocking a vehicle without actively using a car key and starting it by simply pressing the start button.
  • P ⁇ SE Passive Start Entry
  • Systems for concluding ⁇ selloses vehicle access for example, as
  • the driver carries an electronic key with a chip (transponder).
  • the authenticity of this transponder is checked by a base station ⁇ in the vehicle.
  • data is transmitted between the transponder and the base station.
  • the data transmission between a base station and a transponder usually takes place by means of inductive coupling between two inductors (antennas).
  • Inductively coupled transponders are usually operated passively. This means that the transponder does not have its own power supply, but the entire energy required for operating the transponder is provided by the base station. From the antenna coil of the base station to a strong high-frequency electromagnetic field is generated. A small portion of this field penetrates the antenna coil of the transponder when it is near the base station. By In this way, a voltage is generated at the antenna coil of the transponder which is used for the power supply.
  • the data transmission from the transponder to the base station can be done for example by means of load modulation. If a transponder is located in the alternating magnetic field of the base station, it deprives the field of energy. The resulting effect of the transponder on the antenna of the base station can be represented as a transformed impedance in the antenna coil of the base station. Turning a load resistor on and off on the antenna of the transponder causes a change in impedance, resulting in voltage changes to the antenna of the base station. To recover the data in the base station, the voltage changes can be evaluated. The energy transfer from the base station to the
  • transponders In such systems, which transmit data by means of load modulation, transponders usually take place continuously, that is to say independently of the data transmission direction.
  • full-duplex methods are known in which the data transmission takes place simultaneously in both directions
  • half-duplex methods in which the data transmission from the transponder to the base station takes place with a time offset to the data transmission in the other direction.
  • sequential methods If the data and energy transmission from the base station to the transponder takes place in a time-delayed manner with the data transmission from the transponder to the base station, this is generally referred to as sequential methods.
  • the energy transmitted during the data transmission from the base station to the transponder serves to charge a charging capacitor in the transponder as an energy store. The energy stored in the charging capacitor is then used to generate a response to the base station.
  • the transponder generates one weak magnetic alternating field, which is received by the base station.
  • the object of the invention is to provide a transponder arrangement and a method for operating a transponder, which use the energy stored in the transponder as ef ⁇ efficient as possible for data transmission.
  • the object is achieved by a transponder arrangement according to claim 1 and a method according to claim 7.
  • the transponder arrangement according to the invention in particular a keyless vehicle access and start system, has an inductance and a capacitance, which are connected in parallel to one another between a first circuit node and a second circuit node and form a resonant circuit.
  • the resonant circuit is adapted to be excited when the inductor is exposed to an electromagnetic field.
  • a switching element is connected in parallel with the inductance and the capacitance between the first circuit node and the second circuit node and is configured to be opened or closed.
  • a voltage across the capacitance and a current through the inductor have a sinusoidal shape when the resonant circuit is excited and the switching element is opened.
  • the switching element is still to designed to be closed at the time of a zero crossing of the voltage across the capacitance for a predetermined period of time, thereby shorting the resonant circuit.
  • the transponder assembly may further include an oscillator connected in parallel with the inductance and the capacitance between the first circuit node and the second circuit node, and excite the oscillation circuit at a fixed frequency. In the resonant circuit occurring losses can be compensated by the oscillator.
  • the switching element can remain closed until the voltage after reopening of the switching element, for example, by 90 ° or 180 ° out of phase.
  • the transponder arrangement may be designed to perform a phase shift keying modulation or an amplitude shift keying modulation or a frequency shift keying modulation. The arrangement is not deprived of energy for modulation in any of these modulation methods.
  • the switching element may be designed to open or close in response to a control signal.
  • a method for operating a transponder comprises: exciting a resonant circuit having an inductance and a capacitance parallel to one another between a first circuit node and a second circuit node are connected by subjecting the inductance to an electromagnetic field, wherein a voltage across the capacitance and a current through the inductance have a sinusoidal profile when the resonant circuit is excited and a switching element that is parallel to the inductance and the capacitance is switched between the first circuit node and the second circuit node, is opened; and closing the switching element at the time of a zero crossing of the voltage for a predeterminable period of time, wherein a closing of the switching element short-circuits the resonant circuit.
  • a further method for operating a transponder comprises: exciting a resonant circuit having an inductance and a capacitance by means of an oscillator, wherein the induct ⁇ tivity, the capacitance and the oscillator are connected in parallel between a first circuit node and a second circuit node, wherein a voltage have over the capacitance and a current through the inductance in each case a sinusoidal profile, when the resonant circuit is excited by activation of the oscillator and a switching element connected in parallel to the inductance, the capacitance and the oscillator ⁇ between the first circuit node and the second circuit node is, is open, and deactivating the oscillator at the time of a zero crossing of the voltage for a predetermined period of time, while the switching element is ge ⁇ closed.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a transponder arrangement with a self-oscillating resonant circuit
  • FIG. 2 shows in a circuit diagram a transponder arrangement with a separately excited oscillating circuit
  • FIG. 3 in diagrams the course of a voltage
  • FIG. 4 shows a flowchart of a method for operating a transponder.
  • the transponder assembly may for example be part of a keyless driving ⁇ imaging-entry and start system.
  • the transponder arrangement has an inductance 1 and a capacitance 2, which are connected in parallel to one another between a first circuit node and a second circuit node.
  • the inductance 1 and the capacitance 2 form a resonant circuit. Is the inductance 1 in the electromagnetic field, which is generated by a base station (not shown), the
  • the base station may be located in a vehicle and the transponder arrangement in a vehicle key. If the resonant circuit is excited, a voltage Uc, which has a sinusoidal profile, forms over the capacitor 2. That is, the voltage Uc across the capacitor 2, for example, initially increases until it reaches a (positive) maximum. Thereafter, the voltage Uc decreases again until it reaches a (negative) minimum. Subsequently, the voltage Uc rises again and so on. A current II through the inductor 1 is phase-shifted by 90 ° with respect to the voltage Uc, that is to say it has a zero crossing whenever the voltage assumes its maximum or minimum value.
  • the transponder arrangement furthermore has a switch 3, which is connected in parallel to the inductance 1 and the capacitance 2 between the circuit nodes. If the switch 3 is in an open state, the resonant circuit of inductance 1 and capacitance 2 can oscillate freely. If the switch 3 is in a closed state, it closes the inductor 1 (and also the capacitor 2) short. The current II flows due to induction via the switch 3 and the inductance 1. If the switch 3 at the time of a zero crossing of
  • Voltage Uc closed for a certain period of time the resonant circuit energy is stored in the inductance 1 until the switch 3 is opened again.
  • the profile of the voltage Uc across the capacitance 2 and the on ⁇ exciting current II are exemplified in Figure 3.
  • Voltage Uc and current II initially have the described sinusoidal profile with a phase shift of 90 °.
  • the voltage Uc is zero, while the current II has a negative minimum.
  • the switch 3 is closed.
  • the switch 3 is thus open until the time T2.
  • the drive signal Sl assumes a high level and the switch 3 is closed.
  • FIG. 3 shows the profile of the voltage Uc and of the current II as a function of the control signal S1 in the case of
  • BPSK modulation Bi-phase shift keying modulation
  • BPSK modulation in the present transpose arrangement means that 90 ° phase shifts are inserted into the signal, depending on the logical value to be transmitted. For example, a phase shift of 0 ° can be provided for the logical value L and a phase shift of 90 ° for the logical value H.
  • a phase shift of 90 ° is achieved by delaying an upcoming discharge process by a corresponding time. The loss energy in the resonant circuit is extremely low, since the resonant circuit of inductance 1 and capacitance 2 does not have to be discharged for the purpose of modulation. Adding 90 ° phase shifts to the signal is just one example.
  • the logical value L and the logical value H can be transmitted by phase shifts of 120 ° and 240 ° compared to a previous phase position with the largest possible phase shift.
  • a self-oscillating resonant circuit vibrates at its own resonant frequency when excited by electromagnetic pulses.
  • short-circuiting the inductance 1 and the capacitance 2 for a certain time and stopping the oscillation is not limited to self-oscillating ones Oscillating circuits possible.
  • the principle can also be applied to externally excited oscillating circuits.
  • An externally excited resonant circuit is shown by way of example in the circuit diagram in FIG.
  • An oscillator 4 is connected in parallel to the inductance 1, the capacitance 2 and the switch 3. By the oscillator 4, the resonant circuit is excited at a fixed frequency.
  • the short-circuiting of the resonant circuit is carried out in the same way as described with reference to FIG. 1, by the switch 3 for a certain time. While the switch 3 is closed, the oscillator 4 can be deactivated. In the resonant circuit occurring losses are compensated by the oscillator 4, which generates the exciting current.
  • ASK modulation ASK modulation
  • FSK modulation FSK modulation
  • ASK modulation two different amplitudes are generated depending on the logical value to be transmitted.
  • OOK On-Off Keying
  • one of the amplitude values of zero and the other is ximalwert example, Ma ⁇ .
  • this particular type of modulation has the consequence that the
  • Inductance 1 remains switched off all the time (switch 3 closed), for example, as long as the logical value L is to be transmitted, otherwise the inductance 1 is turned on (switch 3 open) when the logical value H to be transferred. This corresponds to a Pha ⁇ senverschiebung of n times 360 degrees for a duration of n carrier periods. Also in this case the system for modulation no energy is withdrawn.
  • the FSK modulation provides for each logical value its own carrier frequency.
  • a corresponding phase shift is inserted after each discharge phase in order to generate a lower carrier frequency than the nominal carrier frequency. Also in this case the system for modulation no energy is withdrawn.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a method for operating a transponder.
  • a resonant circuit having an inductance and a capacitance connected in parallel between a first circuit node and a second circuit node is excited (step 101).
  • the excitation can either be done by exposing the inductor to an electromagnetic field or by means of an oscillator.
  • a voltage in the resonant circuit, the resonant circuit is short-circuited at the time of zero passage ⁇ or the oscillator is deactivated (step 102).
  • the process may be repeated and the resonant circuit may be excited again (step 103).
  • Another step of short-circuiting or deactivating the oscillator can take place, but is no longer shown in FIG. Reference sign list

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Abstract

Transponder-Anordnung mit einer Induktivität (1) und einer Kapazität (2) die parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind und einen Schwingkreis bilden. Der Schwingkreis ist dazu ausgebildet, angeregt zu werden, wenn die Induktivität (1) einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist. Ein Schaltelement (3) ist parallel zu der Induktivität (1) und der Kapazität (2) zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet und ist dazu ausgebildet, geöffnet oder geschlossen zu werden. Eine Spannung (Uc) über der Kapazität (2) und ein Strom (II) durch die Induktivität (1) weisen einen sinusförmigen Verlauf auf, wenn der Schwingkreis angeregt wird und das Schaltelement (3) geöffnet ist. Das Schaltelement (3) ist weiterhin dazu ausgebildet, zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Spannung (Uc) über der Kapazität (2) für eine vorgebbare Zeitdauer geschlossen zu werden und dadurch den Schwingkreis kurzzuschließen.

Description

Beschreibung
Transponder-Anordnung und Verfahren zum Betreiben eines
Transponders
Die Erfindung betrifft eine Transponder-Anordnung sowie Verfahren zum Betreiben eines Transponders, insbesondere eines Transponders in einem schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystem.
Viele Fahrzeuge können heutzutage schlüssellos ent- oder verriegelt werden. Schlüssellose Fahrzeug-Zugangs- und
Startsysteme, wie beispielsweise das Passive Start Entry (PÄSE) System, sind automatische Systeme, um ein Fahrzeug ohne aktive Benutzung eines Autoschlüsseis zu entriegeln und durch das bloße Betätigen des Startknopfes zu starten. Systeme zum schlüs¬ sellosen Fahrzeugzugang werden beispielsweise auch als
Keyless-Entry-Systeme bezeichnet. Der Fahrer führt dabei einen elektronischen Schlüssel mit einem Chip mit sich (Transponder) . Die Authentizität dieses Transponders wird durch eine Basis¬ station im Fahrzeug überprüft. Hierfür werden Daten zwischen dem Transponder und der Basisstation übertragen.
Die Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem Transponder erfolgt meist mittels induktiver Kopplung zwischen zwei Induktivitäten (Antennen) . Induktiv gekoppelte Transponder werden dabei meist passiv betrieben. Das heißt, dass der Transponder keine eigene Energieversorgung aufweist, sondern die gesamte zum Betrieb des Transponders erforderliche Energie durch die Basisstation zur Verfügung gestellt wird. Von der Antennenspule der Basisstation wird dazu ein starkes hochfrequentes, elektromagnetisches Feld erzeugt. Ein geringer Teil dieses Feldes durchdringt die Antennenspule des Transponders, wenn dieser sich in der Nähe der Basisstation befindet. Durch In- duktion wird dadurch an der Antennenspule des Transponders eine Spannung erzeugt, welche zur Energieversorgung genutzt wird.
Die Datenübertragung vom Transponder zur Basisstation kann beispielsweise mittels Lastmodulation erfolgen. Befindet sich ein Transponder im magnetischen Wechselfeld der Basisstation, so entzieht dieser dem Feld Energie. Die dadurch hervorgerufene Rückwirkung des Transponders auf die Antenne der Basisstation kann als transformierte Impedanz in der Antennenspule der Basisstation dargestellt werden. Das Ein- und Ausschalten eines Lastwiderstandes an der Antenne des Transponders bewirkt eine Veränderung der Impedanz, was in Spannungsänderungen an der Antenne der Basisstation resultiert. Zur Rückgewinnung der Daten in der Basisstation können die Spannungsänderungen ausgewertet werden. Die Energieübertragung von der Basisstation zum
Transponder findet bei derartigen Systemen, welche Daten mittels Lastmodulation übertragen, meist kontinuierlich statt, das heißt, unabhängig von der Datenübertragungsrichtung. Es sind dabei Vollduplexverfahren bekannt, bei welchen die Daten- Übertragung in beiden Richtungen zeitgleich stattfindet, und Halbduplexverfahren, bei welchen die Datenübertragung vom Transponder zur Basisstation zeitversetzt zu der Datenübertragung in der anderen Richtung stattfindet. Findet die Daten- und Energieübertragung von der Basisstation zum Transponder zeitversetzt mit der Datenübertragung vom Transponder zur Basisstation statt, spricht man im Allgemeinen von sequentiellen Verfahren. Hierbei dient die während der Datenübertragung von der Basisstation zum Transponder übertragene Energie dazu, einen Ladekondensator im Transponder als Energiespeicher aufzuladen. Die im Ladekondensator gespeicherte Energie wird anschließend dafür verwendet, eine Antwort an die Basisstation zu generieren. Der Transponder erzeugt dabei ein schwaches magnetisches Wechselfeld, welches von der Basisstation empfangen wird.
Derartige Systeme sind beispielsweise beschrieben in Finken- zeller, Klaus: RFID-Handbuch (Grundlagen und praktische Anwendungen von Transpondern, kontaktlosen Chipkarten und NFC) . München, 2012, S. 29 - 61.
Ein Nachteil bekannter sequentieller Systeme ist jedoch, dass die im Transponder gespeicherte Energie nicht effizient zur da¬ rauffolgenden Datenübertragung genutzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Transponder-Anordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Transponders bereitzustellen, welche die im Transponder gespeicherte Energie möglichst ef¬ fizient zur Datenübertragung nutzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Transponder-Anordnung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 7.
Die erfindungsgemäße Transponder-Anordnung, insbesondere eines schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystems, weist eine Induktivität und eine Kapazität auf, die parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind und einen Schwingkreis bilden. Der Schwingkreis ist dazu ausgebildet, angeregt zu werden, wenn die Induktivität einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist. Ein Schaltelement ist parallel zu der Induktivität und der Kapazität zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet und ist dazu ausgebildet, geöffnet oder geschlossen zu werden. Eine Spannung über der Kapazität und ein Strom durch die Induktivität weisen einen sinusförmigen Verlauf auf, wenn der Schwingkreis angeregt wird und das Schaltelement geöffnet ist. Das Schaltelement ist weiterhin dazu ausgebildet, zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Spannung über der Kapazität für eine vorgebbare Zeitdauer geschlossen zu werden und dadurch den Schwingkreis kurzzuschließen. Vorteil der erfindungsgemäßen Transponder-Anordnung ist, dass während das Schaltelement geschlossen ist, die Schwingung angehalten und die im Schwingkreis vorhandene Energie in der Induktivität gespeichert wird, ohne die Schwingkreiskonfigu¬ ration wesentlich zu ändern, wodurch sehr effizient eine Mo- dulation des vom Schwingkreis abgestrahlten Signals erzeugt werden kann.
Die Transponder-Anordnung kann weiterhin einen Oszillator aufweisen, der parallel zu der Induktivität und der Kapazität zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet ist, und den Schwingkreis mit einer festen Frequenz anregt. Im Schwingkreis auftretende Verluste können durch den Oszillator ausgeglichen werden. Das Schaltelement kann solange geschlossen bleiben, bis die Spannung nach dem erneuten Öffnen des Schaltelements beispielsweise um 90° oder um 180° phasenverschoben ist. Die Transponder-Anordnung kann dazu ausgebildet sein, eine Pha- se-Shift-Keying-Modulation oder eine Amplitude-Shift- Keying-Modulation oder eine Frequency-Shift-Keying-Modulation durchzuführen. Der Anordnung wird bei keinem dieser Modulationsverfahren Energie zur Modulation entzogen.
Das Schaltelement kann dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit eines Steuersignals zu öffnen oder zu schließen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Transponders weist auf: Anregen eines Schwingkreises mit einer Induktivität und einer Kapazität, die parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind, indem die Induktivität einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, wobei eine Spannung über der Kapazität und ein Strom durch die Induktivität einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, wenn der Schwingkreis angeregt wird und ein Schaltelement, das parallel zu der Induktivität und der Kapazität zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet ist, geöffnet ist; und Schließen des Schaltelements zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Spannung für eine vorgebbare Zeitdauer, wobei ein Schließen des Schaltelements den Schwingkreis kurzschließt .
Ein weiteres Verfahren zum Betreiben eines Transponders weist auf: Anregen eines Schwingkreises mit einer Induktivität und einer Kapazität mittels eines Oszillators, wobei die Induk¬ tivität, die Kapazität und der Oszillator parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind, wobei eine Spannung über der Kapazität und ein Strom durch die Induktivität jeweils einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, wenn der Schwingkreis durch Aktivierung des Oszillators angeregt wird und ein Schaltelement, das parallel zu der Induktivität, der Kapazität und dem Os¬ zillator zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet ist, geöffnet ist, und Deaktivieren des Oszillators zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Spannung für eine vorgebbare Zeitdauer, während das Schaltelement ge¬ schlossen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 in einem Schaltbild eine Transponder-Anordnung mit einem selbstschwingenden Schwingkreis, Figur 2 in einem Schaltbild eine Transponder-Anordnung mit einem fremderregten Schwingkreis,
Figur 3 in Diagrammen den Verlauf einer Spannung, eines
Stromes sowie eines Steuersignals in einer Trans¬ ponder-Anordnung, und
Figur 4 in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Betreiben eines Transponders.
In Figur 1 ist in einem Schaltbild eine beispielhafte Trans¬ ponder-Anordnung dargestellt. Die Transponder-Anordnung kann beispielsweise Bestandteil eines schlüssellosen Fahr¬ zeug-Zugangs- und Startsystems sein. Die Transponder-Anordnung weist eine Induktivität 1 und eine Kapazität 2 auf, die parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind. Die Induktivität 1 und die Kapazität 2 bilden einen Schwingkreis. Befindet sich die Induktivität 1 in dem elektromagnetischen Feld, welches von einer Basisstation (nicht dargestellt) erzeugt wird, so wird der
Schwingkreis angeregt. Die Basisstation kann in einem Fahrzeug angeordnet sein und die Transponder-Anordnung in einem Fahrzeugschlüssel . Wird der Schwingkreis angeregt, bildet sich über der Kapazität 2 eine Spannung Uc aus, welche einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Das heißt, die Spannung Uc über der Kapazität 2 nimmt beispielsweise zunächst zu, bis sie ein (positives) Maximum erreicht. Danach nimmt die Spannung Uc wieder ab, bis sie ein (negatives) Minimum erreicht. Anschließend steigt die Spannung Uc wieder an und so weiter. Ein Strom II durch die Induktivität 1 ist zu der Spannung Uc um 90° phasenverschoben, das heißt, er weist einen Nulldurchgang auf, immer dann, wenn die Spannung ihren Maximal- bzw. Minimalwert annimmt. Die Transponder-Anordnung weist weiterhin einen Schalter 3 auf, der parallel zu der Induktivität 1 und der Kapazität 2 zwischen die Schaltungsknoten geschaltet ist. Ist der Schalter 3 in einem geöffneten Zustand, kann der Schwingkreis aus Induktivität 1 und Kapazität 2 frei schwingen. Ist der Schalter 3 in einem geschlossenen Zustand, schließt er die Induktivität 1 (und auch die Kapazität 2) kurz. Der Strom II fließt aufgrund von Induktion über den Schalter 3 und durch die Induktivität 1. Wird der Schalter 3 zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der
Spannung Uc für einen bestimmten Zeitraum geschlossen, wird die Schwingkreisenergie in der Induktivität 1 solange gespeichert, bis der Schalter 3 wieder geöffnet wird. Der Verlauf der Spannung Uc über der Kapazität 2 und des an¬ regenden Stromes II sind in Figur 3 beispielhaft dargestellt. Spannung Uc und Strom II weisen zunächst den beschriebenen sinusförmigen Verlauf mit einer Phasenverschiebung von 90° auf. Zu einem Zeitpunkt Tl ist die Spannung Uc Null, während der Strom II ein negatives Minimum aufweist. Beim nächsten Nulldurchgang von Uc zum Zeitpunkt T2, zu welchem der Strom II ein positives Maximum aufweist, wird der Schalter 3 geschlossen. Dies ist in Figur 3 durch ein entsprechendes Ansteuersignal Sl dargestellt, welches bis zum Zeitpunkt T2 einen Low-Pegel aufweist. Der Schalter 3 ist somit bis zum Zeitpunkt T2 geöffnet. Zum Zeitpunkt T2 nimmt das Ansteuersignal Sl einen High-Pegel an und der Schalter 3 wird geschlossen.
Solange der Schalter 3 geschlossen ist, ist der Schwingkreis kurzgeschlossen und es liegt keine Spannung Uc über der Kapazität 2 an. Der Strom II durch die Induktivität 1 und den Schalter 3 bleibt für einen bestimmten Zeitraum im Wesentlichen konstant auf seinem Maximalwert. Zum Zeitpunkt T3, zu welchem der Schalter 3 wieder geöffnet wird, wird die Schwingung im Schwingkreis fortgesetzt. Durch das Schließen des Schalters 3 für eine bestimmte Zeit wird somit die Phase des zu übertragenden Signals verändert, indem die Schwingung angehalten wird. Figur 3 zeigt den Verlauf der Spannung Uc und des Stromes II in Abhängigkeit von dem Steuersignal Sl für den Fall einer
Bi-Phase-Shift-Keying-Modulation (BPSK-Modulation) .
BPSK-Modulation bedeutet bei der vorliegenden Transpon- der-Anordnung, dass 90 ° -Phasenverschiebungen in das Signal eingefügt werden, in Abhängigkeit von dem zu übertragenden logischen Wert. Beispielsweise kann für den logischen Wert L eine Phasenverschiebung von 0° und für den logischen Wert H eine Phasenverschiebung von 90° vorgesehen werden. Bei der vor- liegenden Transponder-Anordnung wird eine Phasenverschiebung von 90° dadurch erreicht, dass ein anstehender Entladevorgang um eine entsprechende Zeit verzögert durchgeführt wird. Die Verlustenergie im Schwingkreis ist äußerst gering, da der Schwingkreis aus Induktivität 1 und Kapazität 2 zum Zwecke der Modulation nicht entladen werden muss . 90 ° -Phasenverschiebungen in das Signal einzufügen ist dabei lediglich ein Beispiel. Es ist beispielsweise auch möglich, 180 ° -Phasenverschiebungen oder Phasenverschiebungen um einen beliebigen anderen Winkel in das Signal einzufügen. Beispielsweise können der logische Wert L und der logische Wert H durch Phasenverschiebungen um 120° und 240° im Vergleich zu einer vorhergehenden Phasenlage mit größtmöglichem Phasenhub übertragen werden.
In Figur 1 ist ein selbstschwingender Schwingkreis dargestellt. Ein selbstschwingender Schwingkreis schwingt, wenn er durch elektromagnetische Impulse angeregt wird, auf seiner eigenen Resonanzfrequenz. Die Induktivität 1 und die Kapazität 2 für eine bestimmte Zeit kurzzuschließen und die Schwingung dadurch anzuhalten ist jedoch nicht nur bei selbstschwingenden Schwingkreisen möglich. Das Prinzip kann ebenfalls auf fremderregte Schwingkreise angewendet werden. Ein fremderregter Schwingkreis ist beispielhaft in dem Schaltbild in Figur 2 dargestellt. Ein Oszillator 4 ist hier parallel zu der In- duktivität 1, der Kapazität 2 und dem Schalter 3 geschaltet. Durch den Oszillator 4 wird der Schwingkreis mit einer festen Frequenz angeregt. Das Kurzschließen des Schwingkreises erfolgt auf die gleiche Weise wie in Bezug auf Figur 1 beschrieben, durch des Schalters 3 für eine bestimmte Zeit. Während der Schalter 3 geschlossen ist, kann der Oszillator 4 deaktiviert werden. In dem Schwingkreis auftretende Verluste werden durch den Oszillator 4, welcher den anregenden Strom erzeugt, ausgeglichen.
Während die Schwingung angehalten wird, wird die Energie im Schwingkreis gespeichert. Der Schwingkreis muss hierfür nicht wesentlich verändert werden. Signale können sehr effizient gesendet werden.
Bei den beschriebenen Beispielen wurde von einer BPSK-Modulation ausgegangen. In gleicher Weise sind alternativ auch viele andere Modulationsarten geeignet wie beispielsweise die ASK-Modulation (ASK steht für „Amplitude Shift Keying") oder die FSK-Modulation („FSK steht für „Frequency Shift Keying") . Bei der ASK-Modulation werden zwei verschiedene Amplituden abhängig von dem zu übertragenden logischen Wert erzeugt. Bei einer speziellen Form, dem OOK (On-Off Keying) ist einer der Amplituden-Werte null und der andere beispielsweise der Ma¬ ximalwert. In Bezug auf die vorliegende Transponder-Anordnung hat diese besondere Art der Modulation zur Folge, dass die
Induktivität 1 die ganze Zeit ausgeschaltet bleibt (Schalter 3 geschlossen) , solange beispielsweise der logische Wert L übertragen werden soll, andernfalls ist die Induktivität 1 eingeschaltet (Schalter 3 geöffnet) , wenn der logische Wert H übertragen werden soll. Dies korrespondiert mit einer Pha¬ senverschiebung von n-mal 360° für eine Dauer von n Trägerperioden. Auch in diesem Fall wird dem System zur Modulation keine Energie entzogen.
Die FSK-Modulation sieht für jeden logischen Wert eine eigene Trägerfrequenz vor. Bei der vorliegenden Transponder-Anordnung wird hierzu eine entsprechende Phasenverschiebung nach jeder Entladephase eingefügt zur Erzeugung einer niedrigeren Trä- gerfrequenz als die nominale Trägerfrequenz. Auch in diesem Fall wird dem System zur Modulation keine Energie entzogen.
Figur 4 zeigt in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Betreiben eines Transponders. Dabei wird ein Schwingkreis mit einer Induktivität und einer Kapazität, die parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind angeregt (Schritt 101). Die Anregung kann entweder erfolgen, indem die Induktivität einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, oder mittels eines Oszillators. Anschließend wird zum Zeitpunkt eines Null¬ durchgangs einer Spannung im Schwingkreis der Schwingkreis kurzgeschlossen oder der Oszillator deaktiviert (Schritt 102) . Danach kann sich der Vorgang wiederholen und der Schwingkreis erneut angeregt werden (Schritt 103) . Ein weiterer Schritt des Kurzschließens bzw. Deaktivierens des Oszillators kann erfolgen, ist in Figur 4 jedoch nicht mehr dargestellt. Bezugs zeichenliste
1 Induktivität
2 Kapazität
3 Schaltelernent
4 Oszillator
Sl Steuersignal
Uc Spannung über der Kapazität II Strom durch die Induktivität

Claims

Patentansprüche
1. Transponder-Anordnung mit
einer Induktivität (1) und einer Kapazität (2) die parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind und einen Schwingkreis bilden, wobei der Schwingkreis dazu ausgebildet ist, angeregt zu werden, wenn die Induktivität (1) einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, und
einem Schaltelement (3) , das parallel zu der Induktivität
(1) und der Kapazität (2) zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet ist, und das dazu ausgebildet ist, geöffnet oder geschlossen zu werden, wobei eine Spannung (Uc) über der Kapazität (2) und ein Strom (II) durch die Induktivität (1) jeweils einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, wenn der Schwingkreis angeregt wird und das
Schaltelement (3) geöffnet ist, und
das Schaltelement (3) weiterhin dazu ausgebildet ist, zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Spannung (Uc) über der Kapazität (2) für eine vorgebbare Zeitdauer geschlossen zu werden und dadurch den Schwingkreis kurzzuschließen.
2. Transponder-Anordnung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Oszillator (4) aufweist, der parallel zu der Induktivität (1) und der Kapazität (2) zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet ist.
3. Transponder-Anordnung nach Anspruch 2 , wobei der Oszillator (4) dazu ausgebildet ist, den Schwingkreis mit einer festen Frequenz anzuregen.
4. Transponder-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (3) dazu ausgebildet ist, solange geschlossen zu bleiben, bis die Spannung (Uc) nach dem erneuten Öffnen des Schaltelements (3) um 90° oder um 180° phasenverschoben ist.
5. Transponder-Anordnung nach einem der vorhergehenden An- sprüche, die dazu ausgebildet ist, eine Pha- se-Shift-Keying-Modulation oder eine Amplitu- de-Shift-Keying-Modulation oder eine
Frequency-Shift-Keying-Modulation durchzuführen .
6. Transponder-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltelement (3) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Steuersignals (Sl) zu öffnen oder zu schließen .
7. Verfahren zum Betreiben eines Transponders das aufweist, Anregen eines Schwingkreises mit einer Induktivität (1) und einer Kapazität (2), die parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind, indem die Induktivität (1) einem elektro- magnetischen Feld ausgesetzt wird, wobei eine Spannung (Uc) über der Kapazität (2) und ein Strom (II) durch die Induktivität (1) jeweils einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, wenn der
Schwingkreis angeregt wird und ein Schaltelement (3) , das parallel zu der Induktivität (1) und der Kapazität (2) zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schaltungsknoten geschaltet ist, geöffnet ist, und
Schließen des Schaltelements (3) zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Spannung (Uc) für eine vorgebbare Zeitdauer, wobei ein Schließen des Schaltelements (3) den Schwingkreis kurzschließt.
8. Verfahren zum Betreiben eines Transponders das aufweist, Anregen eines Schwingkreises mit einer Induktivität (1) und einer Kapazität (2) mittels eines Oszillators (4), wobei die Induktivität (1), die Kapazität (2) und der Oszillator (4) parallel zueinander zwischen einen ersten Schaltungsknoten und einen zweiten Schaltungsknoten geschaltet sind, wobei eine Spannung (Uc) über der Kapazität (2) und ein Strom (II) durch die Induktivität (1) jeweils einen sinusförmigen Verlauf aufweisen, wenn der Schwingkreis durch Aktivierung des Oszillators (4) angeregt wird und ein Schaltelement (3) , das parallel zu der Induktivität (1), der Kapazität (2) und dem Oszillator (4) zwischen den ersten Schaltungsknoten und den zweiten Schal- tungsknoten geschaltet ist, geöffnet ist, und
Deaktivieren des Oszillators (4) zum Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Spannung (Uc) für eine vorgebbare Zeitdauer, während das Schaltelement (3) geschlossen ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3107928A1 (de) * 1981-03-02 1982-09-16 Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt Einrichtung zum beruehrungslosen uebertragen eines zahlenwertes
DE102005052900A1 (de) * 2005-11-03 2007-05-10 Prologis Automatisierung Und Identifikation Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Eigenschafts- oder Zustandsüberprüfung von Prüfstücken
DE102006006912A1 (de) * 2006-02-15 2007-08-30 Atmel Germany Gmbh Verfahren zur Spannungsbegrenzung bei einem Transponder

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2113236A1 (de) * 2008-04-28 2009-11-04 Alcan Technology & Management Ltd. Deckel- und/oder Verschlussfolie für eine Verpackung sowie Verfahren und System zur Ermittlung des Öffnungszustands einer Verpackung
NZ591383A (en) * 2008-09-04 2013-08-30 Allflex Usa Inc Combination full-duplex and half-duplex electronic identification tag

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3107928A1 (de) * 1981-03-02 1982-09-16 Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt Einrichtung zum beruehrungslosen uebertragen eines zahlenwertes
DE102005052900A1 (de) * 2005-11-03 2007-05-10 Prologis Automatisierung Und Identifikation Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Eigenschafts- oder Zustandsüberprüfung von Prüfstücken
DE102006006912A1 (de) * 2006-02-15 2007-08-30 Atmel Germany Gmbh Verfahren zur Spannungsbegrenzung bei einem Transponder

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FINKENZELLER, KLAUS: "RFID-Handbuch", 2012, article "Grundlagen und praktische Anwendungen von Transpondern, kontaktlosen Chipkarten und NFC", pages: 29 - 61

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