Verfahren zum Selbstabgleich eines ResonanzSchaltkreises Method for self-balancing a resonance circuit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden und Empfangen von Signalen durch einen Transponder, bei dem der Transponder in ein elektomagnetisches Wechselfeld einer Transponder-Lese- und/oder -schreibeinrichtung gebracht wird, das einen Schwingkreis in dem Transponder erregt, der einerseits eine Spannung zur SpannungsVersorgung des Transponders induziert und andererseits bei Erreichen seiner vollen Funktion das elektromagnetische Wechselfeld moduliert und durch diese Modulation Daten übertragen und verarbeitet werden.The invention relates to a method for transmitting and receiving signals by a transponder, in which the transponder is brought into an alternating electromagnetic field of a transponder reading and / or writing device, which excites a resonant circuit in the transponder, which on the one hand supplies a voltage for the voltage supply of the transponder is induced and, on the other hand, when its full function is reached, the alternating electromagnetic field is modulated and data is transmitted and processed by this modulation.
Eine mögliche Anwendung sind ohne externe Spannungs ersorgung betriebene Transponder, welche ihre Energie aus einem elektromagnetischen Feld beziehen. In einer Spule wird dabei eine Spannung induziert. Die Spule bildet mit einer parallel geschalteten Kapazität einen Schwingkreis . Je besser die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und die Frequenz der elektromagnetischen Welle übereinstimmen, desto mehr Energie kann der Transponder aus dem elektromagnetischen Feld beziehen, und desto weiter kann er vom Sender der elektromagnetischen Welle operieren.One possible application is transponders operated without external power supply, which draw their energy from an electromagnetic field. A voltage is induced in a coil. The coil forms an oscillating circuit with a capacitance connected in parallel. The better the resonance frequency of the resonant circuit and the frequency of the electromagnetic wave match, the more energy the transponder can draw from the electromagnetic field and the further it can operate from the transmitter of the electromagnetic wave.
Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises kann auf Grund von Bauelementetoleranzen, Temperatureinflüssen, Einwirkungen aus der Umgebung des Transponders, z.B. Metallkörpern, und gegenseitiger Beeinflussung benachbarter Transponder variieren.The resonance frequency of the resonant circuit can be due to component tolerances, temperature influences, influences from the environment of the transponder, e.g. Metal bodies, and mutual influence of neighboring transponders vary.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die Wirksamkeit von Transpondern, d.h. deren Reichweite bei Gewährleistung einer Lese- und Schreibsicherheit ohne Veränderung der übrigen Parameter, wie z.B. der Sendeleistung der Transponder-Lese-
und/oder -schreibeinrichtung zu erhöhen.It is therefore an object of the invention to determine the effectiveness of transponders, ie their range while ensuring read and write security without changing the other parameters, such as the transmission power of the transponder readers. and / or to increase writing device.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 dargestellt.This object is achieved with the features of main claim 1. Particular embodiments of the invention are presented in subclaims 2 to 11.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungs- beispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention will be explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment. In the accompanying drawings
Fig. 1 einen Resonanzschwingkreis mit abstimmbarer Kapazität undFig. 1 shows a resonant circuit with tunable capacitance and
Fig. 2 eine Anordnung zur Voraufladung des erfindungsgemäßen Transponders .Fig. 2 shows an arrangement for precharging the transponder according to the invention.
Es wird ein Verfahren beschrieben, welches den Selbstabgleich des Resonanzkreises während des Betriebes des Transponders ermöglicht. Die Neuerung ist dabei der Selbstabgleich während des Betriebes und die dazu verwendeten Verfahren.A method is described which enables the resonance circuit to self-adjust while the transponder is in operation. The innovation is the self-comparison during operation and the procedures used for this.
Sobald der Transponder mit Energie versorgt wird, aktiviert die Spannungsüberwachungseinheit (2) zuerst die Abstimmeinheit (3) . Alle anderen nicht benötigten Einheiten des Transponders sind während des Abstimmvorganges abgeschalten, um Energie zu sparen.As soon as the transponder is supplied with energy, the voltage monitoring unit (2) first activates the tuning unit (3). All other transponder units that are not required are switched off during the tuning process in order to save energy.
Eine erste Abstimmmethode basiert auf der Detektierung der Phase von Strom und Spannung an dem Resonanzkreis (1) . Aus der Phasenlage ergibt sich die Abs immrichtung. Im Resonanzkreis (1) wird die abstimmbare Kapazität entsprechend verringert oder erhöht, bis Strom und Spannung in Phase sind, oder eine maximale Spannung erreicht wird. Es besteht auch die Möglichkeit, den Abstimmvorgang nach einer festen Zeit abzubrechen.A first tuning method is based on the detection of the phase of current and voltage on the resonance circuit (1). The absent direction results from the phase position. In the resonant circuit (1), the tunable capacitance is correspondingly reduced or increased until current and voltage are in phase or a maximum voltage is reached. It is also possible to cancel the voting process after a fixed time.
Eine alternative Abstimmmethode ist ein hardwareimplementiertes Gradientensuchverfahren. Bei diesem wird die Abstimmrichtung durch eine einfache Zustandsmaschine oder einen Mikrokontroller bestimmt. Ist bei n von m aufeinanderfolgenden Abstimmschritten die Spannung kleiner als beim vorherigen Abstimmschritt, wird die Abstimmrichtung gewechselt. Dieser Vorgang wird iterativ
wiederholt bis eine maximale Spannung erreicht wird. Es besteht wiederum die Möglichkeit, den Abstimmvorgang nach einer festen Zeit abzubrechen oder nach einer festen Zeit in größeren Zeitschritten weiter abzustimmen. Zwischen den einzelnen Iterationsschritten werden entsprechende große Pausen eingelegt, damit der Transponder wieder genügend Energie aus dem elektromagnetischen Feld aufnehmen kann.An alternative tuning method is a hardware-implemented gradient search method. The tuning direction is determined by a simple state machine or a microcontroller. If the voltage is smaller than n in the case of n consecutive tuning steps than in the previous tuning step, the tuning direction is changed. This process becomes iterative repeated until a maximum voltage is reached. Again, there is the option of canceling the tuning process after a fixed time or continuing to tune in larger time steps after a fixed time. Corresponding large pauses are inserted between the individual iteration steps so that the transponder can again absorb sufficient energy from the electromagnetic field.
Der nach dem Abstimmvorgang ermittelte Einstellwert wird in einem Speicher (4) abgespeichert. Bei Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers ist es möglich, den letzten Abstimmwert über eine Periode zu speichern in der der Transponder nicht mit Energie versorgt wird. Dadurch kann der letzte Abstimmwert als Startpunkt für den nächsten Abstimmvorgang genutzt werden. Des Weiteren kann nach der Fertigung zum Ausgleich fertigungsbedingter Bauteiletoleranzen eine erste Grobabstimmung des Resonanzkreises (1) erfolgen. Dabei wird der Resonanzkreis (1) auf eine Referenzfrequenz abgestimmt und der Abstimmwert für die einstellbare Kapazität im nichtflüchtigen Speicher abgelegt.The setting value determined after the tuning process is stored in a memory (4). When using a non-volatile memory, it is possible to save the last tuning value over a period in which the transponder is not supplied with energy. This means that the last tuning value can be used as the starting point for the next voting process. Furthermore, a first rough tuning of the resonance circuit (1) can take place after the production to compensate for manufacturing-related component tolerances. The resonance circuit (1) is tuned to a reference frequency and the tuning value for the adjustable capacitance is stored in the non-volatile memory.
Bei Verwendung eines flüchtigen Speichers wird der Abstimmwert nur für die Zeit, in der der Transponder mit Energie versorgt wird, gehalten. In diesem Fall wird der nächste Abstimmvorgang nach erneuter Versorgung des Transponders mit Energie von einem vorgegebenen Wert für die abstimmbare Kapazität gestartet.If a volatile memory is used, the tuning value is only kept for the time in which the transponder is being supplied with energy. In this case, the next tuning process is started after the transponder is again supplied with energy of a predetermined value for the tunable capacity.
Die einzelnen Änderungsschritte für den Kapazitätswert können pro Iteration fest oder adaptiv einstellbar sein.The individual change steps for the capacity value can be fixed or adaptively adjustable per iteration.
Um den Transponder (6) mit einer Startenergie zu versorgen, die die Abstimmeinheit (3) anfänglich speist, kann der Transponder (6) bei Annäherung an die Leseeinheit (5) vorgeladen werden. Dabei wird ein langsam frequenzmoduliertes Trägersignal (7) entweder von der Leseeinheit (5) zeitweise erzeugt (zeitmulti- plex) oder von einer separaten Spule (8) an einem anderen Ort (diversitymultiplex) erzeugt.
In order to supply the transponder (6) with a starting energy that initially feeds the tuning unit (3), the transponder (6) can be precharged when it approaches the reading unit (5). A slowly frequency-modulated carrier signal (7) is either temporarily generated by the reading unit (5) (time-multiplexed) or generated by a separate coil (8) at another location (diversity-multiplexed).
Verfahren zum Selbstabgleich eines ResonanzSchaltkreisesMethod for self-balancing a resonance circuit
BezugzeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
abstimmbare Kapazität eine Spannungsüberwachungseinheit Abstimmeinheit Speicher Transponder-Lese- und/oder -schreibeinrichtung Transponder Wechselfeld Spule
tunable capacity a voltage monitoring unit tuning unit memory transponder reading and / or writing device transponder alternating field coil