DE69903555T2

DE69903555T2 - Verbessertes lesegerät für kontaktlose etiketten

Info

Publication number: DE69903555T2
Application number: DE69903555T
Authority: DE
Inventors: Etienne Dubocquet; Jean-Pierre Dubost; Vincent Petit
Original assignee: Hypercom France SA
Current assignee: Hypercom France SA
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: FR2781587A1; JP2002521758A; EP1099188B1; ES2185371T3; US6491230B1; EP1099188A1; DE69903555D1; FR2781587B1; DK1099188T3; ATE226337T1; WO2000005676A1; AU4913599A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung, die in der Lage ist, ohne Berührung mit elektronischen Identifikations- und/oder Transaktionsmarken, die hier allgemein "Etiketten" genannt werden, in Wechselwirkung zu treten.
Es sind bereits mehrere Arten von Etiketten unterschiedlicher Formen bekannt, die insbesondere als Mittel zur Identifikation und/oder zur Ausführung einer Transaktion verwendbar sind. Unter "Transaktion" wird hier jede Operation verstanden, die darauf gerichtet ist, irgendein Recht wahrzunehmen, sei es ein physikalisches Zugangsrecht (beispielsweise Wegerecht) oder immaterielles Zugangsrecht (Zugriff zu Information) oder auch ein Recht, irgendeinen Titel bezüglich einer zu erbringenden Leistung beliebiger Art, sei er monetär oder nicht, in Empfang zu nehmen und/oder abzugeben.
Die gegenwärtig am weitesten verbreiteten Etiketten sind Speicherkarten, von denen die meisten mit dem Lesegerät über eine elektrische Verbindung zusammenwirken. Es sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden, die sich auf das Lesen des Etiketts und gegebenenfalls auch das Beschreiben desselben richten, ohne dieses zu berühren. Die Unterschiedlichkeit all dieser Vorschläge ruft nach einer Standardisierung und folglich nach einer Entwicklung von kontaklos lesbaren Etiketten, und das praktische Interesse daran ist dennoch nicht zu leugnen.
Außerdem entsteht beim Fehlen eines Berührungskontaktes das Risiko einer Störung zwischen mehreren kontaklosen Verbindungen, die gleichzeitig vorhanden sind oder wenigstens gleichzeitig beginnen, beispielsweise zwischen zwei Etiketten und demselben kontaklosen Lesegerät oder auch zwischen zwei Etiketten und zwei einander benachbarten kontaklosen Lesegeräten.
Die Patentanmeldung EP-A-0 638 871 beschreibt hierzu eine kontaklose Etikettenlesevorrichtung, die die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
Es besteht daher der Wunsch nach der Entwicklung eines kontaklosen Etikettenlesegeräts, das robust, gegen Störungen wenig empfindlich und vielseitig ist, wobei es Leistungen bietet, die mit denen der bekannten Lesegeräte vergleichbar sind.
Die Anmelderin sah sich mit diesem Problem konfrontiert.
Die vorliegende Erfindung gibt den Aufbau eines kontaktlosen Lesegeräts an, das in der Lage ist, die Situation wesentlich zu verbessern.
Das kontaktlose Etikettenlesegerät nach der Erfindung ist durch den Anspruch 1 bestimmt.
Vorteilhafterweise ist die Verzögerung durch die Verzögerungseinrichtung im wesentlichen gleich dem achtfachen der Wellenlänge der Trägerfrequenz, einer ganzen Zahl mehr oder weniger halber Wellenlängen. In einer speziellen Ausführungsform umfaßt die Verzögerungseinrichtung einen Kondensator.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeitet die Antennenkopplungsschaltung mit niedriger Impedanz.
Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus dem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen hervor.
Fig. 1 ist ein allgemeines Funktionsschema einer speziellen Ausführungsform eines kontaklosen Etikettenlesegeräts nach der Erfindung;
Fig. 2 ist ein detaillierteres Schema des Moduls 52 von Fig. 1;
Fig. 3 ist ein detaillierteres Schema der Module 7, 610 und 620 von Fig. 1;
Fig. 4A ist ein detaillierteres Schema der Module 1 und 2 von Fig. 1;
Fig. 4B ist ein detaillierteres Schema der Fig. 4a, und in ihm erscheint eine Variante des Empfangsblocks, der nur ein einziges Empfangsregister enthält;
Fig. 5A und 5B zeigen ein bevorzugtes Beispiel einer Antenne als Prinzipschema und als Aufbauschema;
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm der Funktion des Etikettenlesegeräts; und
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm der hauptsächlichen Abläufe, die dem Modul 2 von Fig. 1 zugewiesen sind.
Die begleitenden Zeichnungen zeigen zahlreiche Elemente, die im wesentlichen von gewisser Eigenheit sind. Daher können sie nicht nur dazu dienen, die Erfindung besser verständlich zu machen, sondern gegebenenfalls auch zur Definition derselben beitragen.
Es wird nun das Lesegerät beschrieben, wobei anzumerken ist, daß das Wort "Lesegerät" zumeist eine elektronische Vorrichtung anspricht, die in der Lage ist, mit einem Etikett nicht nur zum Lesen desselben zusammenzuwirken, sondern auch Informationen auf dieses zu schreiben.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Mutterkarte, die mit einem Mikroprozessor versehen ist, und Bezugszeichen 2 bezeichnet ein programmierbares Netzwerk, daß vom Typ einer programmierbaren Torgruppenschaltung ist ("FPGA" für Field Programmable Gate Array).
Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Quarz, der vorzugsweise mit 27,12 MHz schwingt. Bei 41 ist eine Schaltung zur Halbierung der Quarzfrequenz vorgesehen, die eine Frequenz von 13,56 MHz abgibt.
In ihrer Gesamtheit enthält die Sendeschaltung 5 ein Sendeverstärkermodul 52, das die zu sendenden Daten DaEm, einen Befehl Tmod, der den an DaEm auszuführenden Modulationstyp bestimmt, sowie die schon erwähnte Frequenz von 13,56 MHz erhält. Der Ausgang des Sendeverstärkers 52 ist einem Sendefilter 53 zugeführt, dessen Ausgang über eine Kopplungsschaltung 7 mit der Antenne 8 verbunden ist.
Auf eine Art und Weise, die später noch beschrieben werden soll, liefert die Antennenkopplungsschaltung 7 zwei Empfangsausgänge. Diese sind Empfangseinrichtungen 6 zugeführt, die folglich eine doppelte Empfangskette enthalten: Parallel zueinander die Eingangsdemodulatoren und Filter 610 und 620, die Empfangsverstärker 612 und 622, die Empfangsbandpassfilter 614 und 624 sowie die Signalaufbereitungsschaltungen 616 und 626.
Es wird nun der in Fig. 2 dargestellte Sendeverstärker 52 beschrieben. Seine Ausgangsstufe ist von zwei Feldeffekttransistoren 52-T6 und 52-T7 zueinander komplementären Typs, die in Serie geschaltet sind, gebildet, wobei ihr Verbindungspunkt den Ausgang Vem mit 13, 56 MHz zum Filter 53 abgibt. Ausgehend von der vollen Versorgungsspannung Vc ist ein NPN-Transistor 52- T5 mit einem Kollektorwiderstand R50 und einem Emitterwiderstand 511 versehen, während seine Basis durch die Widerstände R52 und R53 vorgespannt ist. Der Kollektor des Transistors 52-T5 ist einerseits mit dem Gate des Feldeffektransistors 52-T6 und andererseits über einen Kondensator 52-C54 mit einer Rechteckschaltung 52 verbunden, die das Trägerfrequenzsignal von 13,56 MHz erhält. Jedesmal wenn das rechteckige Trägersignal von 13,56 MHz von 0 nach 5 Volt geht, sperrt es den Transistor 52-T6 und entsperrt es folglich den Transistor 52-T7. Umgekehrt hat jeder Übergang dieses Signals von 5 Volt nach 0 Volt eine umgekehrte Umschaltung zur Folge. Die Rechteckschaltung 520 dient dazu, die an die Transistoren T6 und T7 so angelegten Eingangssignale derart zu verarbeiten, daß sichergestellt wird, daß die zwei Transistoren T6 und T7 niemals gleichzeitig im leitfähigen Zustand sind, was zu ihrer Beschädigung, ja sogar ihrer Zerstörung, führen könnte.
Die Spannung Vem geht daher alternativ von 0 Volt, wenn T6 blockiert und T7 leitfähig ist, auf eine leicht unter Vc liegende Spannung über, um T6 leitfähig zu machen und T7 zu sperren. Man erhält so ein Signal mit einer Amplitude von Scheitel zu Scheitel von praktisch gleich Vc und gleichzeitig eine geringe Ausgangsimpedanz.
Ein Sendesteuersignal wird außerdem an die Basis eines NPN-Transistors 52-T2 angelegt, dessen Emitter mit einen Widerstand R21 verbunden ist, der seinerseits mit Masse verbunden ist. Der Kollektorwiderstand R20 von 52-T2 steuert das Gate eines Feldeffekttransistors 52-T4. Wenn der Transistor 52T-2 leitet, dann leitet auch der Transistor 52-T4, und man findet am Punkt VA eine Spannung nahe bei Vc, was das vorgenannte Arbeiten der Sendeschaltung ermöglicht. Beim Fehlen zu sendender Daten DaEm sind hingegen 52-T2 und 52-T4 gesperrt, und die Spannung an VA ist nahezu null; die Sendeschaltung arbeitet nicht.
In vergleichbarer Weise schaltet das Steuersignal Tmod einen Transistor 52-T1 um, der mit einem Emitterwiderstand R11 und einem Kollektorwiderstand R10 versehen ist. Der Kollektor von 52-T1 steuert das Gate des Feldeffekttransistors 52-T3. Die Source von 52-T3 ist mit dem Punkt Vc über eine Diodenkette 52-D1 bis 52-D3 verbunden, während sein Drain mit dem Punkt VA verbunden ist.
Die Funktion ist wie folgt: wenn der Transistor 52-T3 gesperrt ist, dann ist es der Transistor 52- T4, der allein die Spannung VA bestimmt. Diese Spannung VA kann nahe an Vc sein, wenn eine Bitfolge DaEm am Eingang vorhanden ist, die den Zustand des Transistors 52-T2 bestimmt. Man erhält so eine nahe bei 100% liegende Modulation für die Spannung Vem ("ASK 100%" für 100% Amplitude Shift Keying).
Wenn der Transistor 52-T3 leitet, dann bestimmt der Zustand des Transistors 52-T4 wieder die Spannung am Punkt VA. Wenn der Transistor 52-T4 gesperrt ist, hat die Spannung VA im wesentlichen die Spannung Vc, vermindert um den Spannungsabfall, der durch die Innenwiderstände jeder Diode 52-D1, 52-D2 und 52-D3 bestimmt ist. Diese Spannung ist der Minimalwert (von 0 verschieden), den die Spannung VA annehmen kann. Die Verminderung oder Vergrößerung der Gesamtzahl der Dioden erlaubt es, den Umfang der Amplitudenmodulation von Vem zu verfeinern. Wenn hingegen 52-T4 leitend ist, dann sind der Transistor 52-T3 und die Dioden 52-D1 bis D3 kurzgeschlossen, und die Spannung an VA hat im wesentlichen die Spannung Vc. Wenn man somit eine Eingangsbitfolge DaEm zuführt, erhält man im beschriebenen Beispiel bei der Sendespannung Vem eine Amplitudenmodulation von etwa 10% (ASK 10%).
In Fig. 3 durchquert das Sendesignal Vem die Schaltung 7. Es handelt sich um eine π- Schaltung, die aus einem Kondensator 7-C und aus zwei zu beiden Seiten einander parallel nach Masse geschalteten Induktivitäten der Größe 7-L besteht. Der Ausgang geht zur Antenne 8, wie nun beschrieben wird.
Das Prinzipschema der Fig. 5A läßt erkennen, daß diese Antenne eine Eingangsserieninduktanz 80-L hat, der parallel gegen den zweiten Eingangsanschluß ein Kondensator 80-C2 folgt. Der Verbindungspunkt von 80-L und 80-C2 ist über einen einstellbaren Kondensator 80-C1 mit dem eigentlichen Strahlungselement, das von einer Induktanz 80 gebildet ist, verbunden.
Fig. 5B zeigt, wie diese Antenne durch eine Spule aus sechs Windungen, die auf einer Druckschaltkarte ausgebildet sind, realisiert werden kann, wobei in der Mitte die Bauelemente 80-L, 80-C1 und 80-C2 angeordnet sind. Die Rückleitung zwischen dem freien Punkt (unten) von 80.C2 und dem anderen Ende der Windungen befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Druckschaltkarte und ist nicht sichtbar. Vergleichbar anderen Vorschlägen hat diese Antenne den Vorteil, daß sie eine sehr geringe Größe hat (100 mm · 75 mm, wie in Fig. 5B angegeben) und auf einer sehr dünnen Druckschaltkarte realisierbar ist, die in gewünschter Weise gestaltet werden kann.
Weiterhin sind die Bauelemente 80-L, 80-C1 und 80-C2 so eingestellt, daß sie die Antenne an einen Arbeitswiderstand von 50 Ω anpassen.
Nebenbei ist anzumerken, daß das Sendefilter 53 die Hauptaufgabe hat, die Harmonischen zu unterdrücken, die in dem im wesentlichen rechteckigen Ausgangssignal des Sendeverstärkers 52 enthalten sind. Gemäß der Erfindung führt das Filter außerdem eine Impedanzanpassung zwischen seinem Eingang, der eine Impedanz bei etwa 10 Ω hat, die dem Sendeverstärker 52 angeboten wird, und dem Ausgang, nämlich der Impedanz von etwa 50 Ω, aus, die von der Antenne 8 mit der Kopplungsschaltung 7 angeboten wird. Dieses Filter kann aus diskreten Bauelementen (Spulen und Kondensatoren) mit einem ausreichend breiten Durchlaßband realisiert werden, daß Herstellungstoleranzen seine Leistung nicht verschlechtert werden. Man erhält so eine hervorragende Unterdrückung harmonischer Frequenzen bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten.
Weiterhin erlaubt es die so erhaltene Anordnung, daß den von der Antenne empfangenen Signalen nicht ausschließlich Reaktanzen angeboten werden. Man vermeidet so die Phänomene störender stehender Weilen im Innern der Kopplungssschaltung 7, was wichtig ist, wie man gleich sehen wird.
Bei der Arbeitsfrequenz, hier 13,56 MHz, verhält sich die π-Schaltung 7 wie ein Verzögerungsglied zwischen den Punkten 7-A und 7-B (wobei ggf. den durch die Anschlußlängen bedingten Verzögerungen Rechnung zu tragen ist). Man richtet es vorzugsweise so ein, daß bei der Arbeitsfrequenz die Zeitverschiebung zwischen den Punkten 7-A und 7B einem Achtel der Wellenlänge der Arbeitsfrequenz entspricht (ggf. einem Vielfachen von mehr oder weniger der halben Wellenlänge). Kurz gesagt, die π-Schaltung, die von den zwei Induktanzen 7-L und den Kondensator 7-C gebildet wird, ist bei Frequenzen nahe 13,56 MHz einer Leitungslänge von ungefähr λ/8 äquivalent und hat dabei eine Eigenimpedanz von 50 Ω.
Der Punkt 7A ist mit der Schaltung 610 verbunden, die zunächst in Serie eine Induktanz 610- L1, gefolgt von einem Kondensator 610-C&sub1; enthält. Man erkennt dann eine Doppelweggleichrichterschaltung: in der einen Richtung verläuft der Weg durch eine Diode 610-D1 über eine Induktanz 610-L2 nach Masse; in der anderen Richtung ist die Ausgangselektrode des Kondensators 610-C2 mit einer gegenüber 610-D1 umgekehrt gepolten Diode 610-D2 verbunden und führt zu einer weiteren Induktanz 610-L2 gleicher Größe wie die erste.
Der ausgangsseitige Anschluß der mit 610-D2 verbundenen Induktanz 610-L2 ist mit einer Schaltung verbunden, die parallel gegen Masse eine Induktanz 610-L3 und einen Kondensator 610-C3 enthält. Dieser Sperrkreis "L3-C3" ist auf 847 kHz abgestimmt, um auf dieser Frequenz zu schwingen, während er die Reste der Trägerfrequenz von 13,56 MHz praktisch kurzschließt.
Vorteilhafterweise ist eine solche Demodulation der von dem Etikett ausgesandten Signale praktisch nicht durch den hohen Sendesignalpegel gestört, der während des Empfangs vorhanden ist. Darüber hinaus kann die Größe der Induktanz 610-L2 so gewählt werden, daß die Demodulationsschaltung eine große Impedanz bei 13,56 MHz aufweist und daher praktisch keinen Verlust in den Sendeschaltungen hervorruft. Außerdem erlaubt diese Schaltung eine Vorfilterung der Trägerfrequenz von 13,56 MHz. Der mit SI bezeichnete Ausgang 847 kHz wird am eingangsseitigen Anschluß der Induktanz 610-L2 abgenommen.
Ab dem Punkt 7-B ist die Stufe 620 exakt in gleicher Weise aufgebaut, wobei die entsprechenden Bauelemente durch ein "Aprostroph" besonders gekennzeichnet sind. Am Ausgang der Induktanz 620-L'2 steht ein Signal SQ von 847 kHz an.
Der Fachmann versteht, daß die so erhaltenen Signale SI und SQ im wesentlichen einem mit der Trägerfrequenz gleichphasigen Signal und einem dagegen um 90º verdrehten Signal entsprechen. Die bei Sendung und Empfang hin und zurück durchlaufene Strecke enthält die Leitungslänge von λ/8 zweimal, was λ/4 daher zwei Signalen entspricht, die in Phase und um 90º verdreht sind. Die ständig verfügbare Trägerwelle erlaubt es vorteilhafterweise, das Etikett aus Distanz zu versorgen, und dient als Überlagerungsoszillator.
Weiterhin ist die Serienschaltung 610-L1, 610-C1 auf etwa 13,56 MHz abgestimmt. Sie hat daher eine hohe Impedanz bei 847 kHz und vermeidet somit wiederum jegliches Entweichen der Frequenz von 847 kHz (demoduliertes Signal) in Richtung auf die Hochfrequenzsendeschaltung.
Der Empfangsverstärker, der auf bekannte Art realisiert sein kann, ist so dimensioniert, daß er eine maximale Verstärkung hat, daß die von Eingangsrauschen hervorgerufene Spannung auf einen Pegel bleibt, der niedriger ist, als der Erfassungsschwellenwert des Schaltungsmoduls 2. Angesichts des Produkts aus Verstärkung und Durchlaßband kann man bipolare oder monopolare Operationsverstärker verwenden.
Dann weist das Empfangsfilter 614 oder 624 die Parasitärsignale zurück, insbesondere das Rauschen außerhalb des Bandes. Sein Durchlaßband ist 400 kHz breit. Es ist somit ausreichend, um eine Manchester-Modulation (±106 kHz) durchzulassen, wobei Herstellungsschwankungen aufgefangen werden. Wie das Sendefilter 53 können die Filter 614 und 624 aus diskreten Bauelementen aufgebaut sein, weil deren Abmessung kein kritischer Parameter ist. Die Eigenimpedanz dieser Filter kann ausreichend hoch gewählt werden, beispielsweise in der Größenordnung von 2 kΩ, was es vermeidet, die Empfangsketten übermäßig zu belasten, und vermeidet folglich Verluste.
Die Ausgangsschaltungen 616 und 626 führen eine Signalformung mit Hilfe eines Schmitt- Triggers und eines Transistors aus. Hier setzt sich die Signalformung am Ausgang in ein mit TTL-Logik verträgliches Signal um, das dem Modul 2 direkt zuführbar ist. Eine solche Anordnung begrenzt die Verstärkung der Kette und vermeidet einen großen Teil der Störungen. Die Umschaltschwelle ist vorzugsweise durch den Rauschpegel bestimmt.
Es wird nun auf Fig. 4A Bezug genommen. Links enthält die Mutterkarte 1 (schematisch durch ihre wesentlichen Elemente dargestellt) einen Mikroprozessor 10, der mit einem Bus 11 versehen ist, mit dem insbesondere eine Schnittstelle 12 zu einem Paralleleingang kommuniziert. Der Mikroprozessor 10 (oder ein anderes Bauelement der Karte) ist ebenfalls von einer Art, die eine Eingangsunterbrechungsleitung (IT) 15, eine Ausgangsleitung 14 gegen eine Schaltungswahl (CS oder "Chip Select") sowie Steuerleitungen 13 zum Schreiben und Lesen (R/W) und Adreßleitungen 16 verwaltet. Das Modul 1 ist beispielsweise in Form einer Mutterkarte auf der Grundlage eines Mikroprozessors vom Typ INTEL 386 EX realisiert. Die Mutterkarte cm verwaltet und verarbeitet die Daten und steuert so das Modul 2, das als Schaltung FPGA ausgebildet ist, das beispielsweise bei der Gesellschaft XILINX unter der Bezeichnung XC5206 erhältlich ist. Die FPGA ermöglicht die Verwaltung der Sende- und Empfangsphasen, die Signalsynchronisation und die Extraktion der Bits beim Empfang.
Es wird nun die Konfiguration beschrieben, die hier der FPGA-Schaltung verliehen ist. Sie enthält zunächst einen Frequenzteiler 240, der in der Lage ist, unterschiedliche Frequenzteilungen am Takt von 27,12 MHz auszuführen, der vom Quarz 4 stammt. Eine dieser Frequenzen erlaubt es, Daten mit 106 kBits/s abzugeben. Die anderen Frequenzen dienen der Erzeugung von Taktsignalen für den inneren Gebrauch unter der Steuerung durch den Funktionsblock 20, die nachfolgend erläutert wird.
Das Modul 2 ist so konfiguriert, daß es einen Umschalter 20 bildet, dessen Eingang über eine bidirektionale Parallelverbindung mit der dem Modul 1 parallelen Schnittstelle 12 kommuniziert. Der Umschalter 220 besitzt einen ersten Ausgang in Richtung auf ein Senderegister 25, das die zu sendenden Daten DaEm unter Steuerung durch einen Takt gibt, der von der Schaltung 240 stammt. Ein weiterer Ausgang des Umschalters 220 ist mit dem Funktionsmodul 20 verbunden, um eine Befehlsanforderung und eine Anzeige über die Anzahl der zu sendenden Bits lädt. Der Umschalter 220 ist darüber hinaus mit dem Statusregister 27 verbunden, um insbesondere die Anfänge und Enden von Sendung und Empfang von Daten zu übertragen.
Umgekehrt sind die zwei Eingangsleitungen DaRe1, die von der Signalformschaltung 616 kommen, sowie DaRe2, die von der Singalformschaltung 626 kommen, einer Verarbeitung in 263 und 264 zugeführt, auf die später noch Bezug genommen wird, um ein erstes bzw. ein zweites Empfangsfilter 261 bzw. 262 zu füllen. Die Inhalte der zwei Empfangsfilter werden dem Funktionsmodul 20 zugeführt. Die Ausgänge der beiden Empfangsregister liegen an einem Umschalter 223, der es ermöglicht, sie für die Füllung des Mitteilungsempfangsregisters 26 zu verwenden. Unter der Steuerung durch einen Takt RRMCLK, der durch das Funktionsmodul oder unter seiner Steuerung bestimmt ist, kann das Register 26 in Richtung auf den Parallelanschluß 112 des Moduls 1 über den Umschalter 220 entladen werden.
Das Funktionsmodul 20 steuert also die Umschalter 220 und 223, überwacht die Inhalte der Register 25, 261 und 262, kontrolliert den Inhalt des Registers 26, steuert die Sendetakte zwischen den verschiedenen Registern und nach außen und überträgt schließlich den Sendebefehl des Sendeverstärkers 52. Es versteht sich, daß diese Funktionen nicht einschränkend sind.
Da es sich um ein programmierbares Modul handelt, weiß der Fachmann, daß die dargestellten Bauelemente, seien es Umschalter, Register oder Taktquellen, hauptsächlich dazu bestimmt sind, die Funktion gut verständlich zu machen, daß aber die Ausführung durch Programm merklich verschieden von der Ausführung durch Register und Schaltungen sein kann, die in Fig. 4A dargestellt ist.
Das Modul 20 hat noch die Aufgabe, die Wahl zwischen den Informationen zu steuern oder sicherzustellen, die von den zwei Empfangszweigen aufgenommen werden, wie man nachfolgend sieht. Für die Gesamtheit dieser Vorgänge empfängt das Modul 20 einen Erregerbefehl (CS) auf der Leitung 14 sowie Lese- und Schreibbefehle (R/W) auf der Leitung 13, und er kann umgekehrt Unterbrechungen (IT) auf der Leitung 15 an den Mikroprozessor 10 senden. Er führt mit den Mikroprozessor 10 vermittels des Datenbus 17 einen bidirektionalen Dialog. Die Register des FPGA werden durch Adreßdekodierung (Leitung 16) gewählt, wenn der Befehl CS aktiviert ist.
Es wird nun auf fig. 4B Bezug genommen, um detaillierter die entsprechenden Funktionen der verschiedenen Register des FPGA zu erläutern.
Das FPGA enthält im Innern einen Frequenzteiler 240, um die vom Quarz 4 mit 27,12 MHz abgegebene Taktfrequenz in mehrere, vom FPGA verwendete Frequenzen zu unterteilen. Eine erste Frequenz von 13,5 MHz ist die Modulationsfrequenz bei der Sendung, die die Abfolge der Funktion des FPGA festlegt. Die Frequenz von 847 kHz stellt den Vergleich der vom Etikett abgegebenen Signale mit einem Bezugssignal sicher, wie man zuvor gesehen hat. Die Frequenz von 53 kHz (106 kBits/s) stellt die Frequenz für Sendung und Empfang von Teilbildern (oder Paketen) aus Bits in Richtung auf das Etikett oder aus Richtung vom Etikett dar.
Die verschiedenen Schreib- und/oder Lesesteuersignale der inneren Register, die die verschiedenen Frequenzen takten, werden durch das Steuermodul 20 aufbereitet.
Allgemein führt das Modul 2 mit der Mikroprozessorkarte (cm) mit Hilfe von Signalen unterschiedlicher Natur einen Dialog. Die Adreßsignale (Leitung 16) erlauben es, die unterschiedlichen Schnittstellenregister des FPGA (Sende-, Empfangs-, Statusregister) zu bezeichnen. Die Signale CS erlauben es dem Mikroprozessor, das Modul bei einer Datenübertragung zu wählen. Die Steuersignale (Leitung 13) erlauben das Schreiben in und das Lesen aus den Registern des FPGA. Der bidirektionale Bus 11 ermöglicht die Sendung von Befehlen, Parametern und Daten vom Mikroprozessor zum FPGA. Der Bus 11 erlaubt weiterhin, das Statusregister und die vom FPGA empfangenen Daten zum Mikroprozessor zu lesen.
Das Lesen aus und/oder das Schreiben in die verschiedenen Register des Moduls 2 werden mit Hilfe der Adreßsignale, von CS und des Befehls im Adreßdekodierer 21 dekodiert. Sie steuern weiterhin die Stellung der Umschalter 220, 221 und 222.
Der FPGA schickt das Signal DaEm und das Steuersignal Tmod für den Modulationstyp (ASK 100%, ASK 10%) zur Sendekette und empfängt die zwei Signale DaRe1 und DaRe2 von den beiden Empfangsketten. Das Modul 20 steuert die Senderegister, den Phasenschieber 28, das Empfangsregister 26 und das Serien-Parallel-Register 29. Es steuert die Sendetakte zwischen den verschiedenen Registern und liefert den Befehl Tmod über den Modulationstyp. Es ist durch den Mikroprozessor programmiert, der ihm eine Sende- oder Empfangsbetriebsart zuweist.
Wenn das Modul 20 im Sendebetrieb programmiert ist, dann werden die durch den Mikroprozessor in das Senderegister 25 eingeschriebenen Daten zur Sendekette DaEm gesandt, wobei sei den Phasenschieber 28 durchlaufen, der seinerseits durch den internen Takt von 53 kHz getaktet ist. Ein Unterbrechungssignal (IT) wird zum Mikroprozessor gesandt, wenn dieser dazu bereit ist, Daten im Anschluß an FPGA zu senden, oder auch um ihm das Ende einer Datensendung anzuzeigen.
Wenn das Steuermodul 20 für Empfang programmiert ist, dann schaltet der Umschalter 223 bei Anwesenheit zweiter zu empfangender Signale DaRe1 und DaRe2 unter Steuerung durch das Modul 20 auf den einen oder anderen Empfangsketten 261 und 262 um. Wenn eine Anzahl Bits, die einer vorbestimmten, an den Mikroprozessor zu sendender Datenmenge entspricht, erfaßt worden ist, befielt der Steuerblock 20 die Übertragung der Daten -an das Empfangsregister 26, und das Unterbrechungssignal IT wird aktiv, um mitzuteilen, daß Daten durch den Mikroprozessor gelesen werden können.
In jedem Augenblick gibt das Statusregister 27 die im FPGA ablaufenden Ereignisse an, wie beispielsweise einen Datenempfang, das Ende einer Datensendung u. a.. Bei Empfang eines Unterbrechungssignals IT liest der Mikroprozessor den Inhalt des Statusregisters 27, um eine nachfolgend auszuführende Aktion zu entscheiden, beispielsweise das Lesen erfaßter Daten oder neuer, zu sendender Daten.
Es wird nun die allgemeine Arbeitsweise der Vorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 6 an Hand eines Beispiels des Dialogs Lesegerät/Etikett beschrieben.
Der Schritt 1000 markiert die Einleitung eines solchen Dialogs Lesegerät/Etikett, der auf Seiten des Lesegeräts beginnt. Das Lesegerät überwacht ständig seine Umgebung, um zu versuchen, darin die Anwesenheit eines Etiketts zu erfassen. Dieses geschieht in den Vorgängen 1002 bis 1008. Bei 1002 wählt das Lesegerät ein Wachsignal, das für einen Etikettentyp spezifisch ist, was im Prinzip am Modul 1 abläuft. Vom Modul 1 wird ein Sendebefehl an das Modul 2 adressiert, um die Aussendung dieses Wachsignals zu vollbringen, das somit in das Senderegister 25 übertragen wird. Wenn das Lesegerät bei 1006 keine korrekte Anwort ermittelt, dann wählt Schritt 1008 ein anderes Wachsignal, das einem anderen Etikettentyp entspricht, und es wird so eine Schleife zwischen den Schritten 1004, 1006 und 1008 gebildet.
Im Schritt 1010 wird der Etikettentyp bestimmt, und das Modul 1 kann nun in einen Dialog mit diesem Etikett in klassischer Art eintreten. Der Dialog beginnt mit der Aussendung eines Abfragesignals (im Prinzip ein Wachsignal, das für den betreffenden Etikettentyp vorbestimmt ist). Das Etikett antwortet bei 1014, und es vollziehen sich dann bei 1020 verschiedene Dialogschritte für diesen Etikettentyp, um schließlich in der Mitteilung des Endes und der Auflösung der Verbindung zu enden. Zwischendurch konnte ein Vorgang oder eine Leistung ausgeführt sein, beispielsweise das Öffnen einer Durchgangs- oder Bezahlsperre, das Abliefern einer Geldsumme, die Ausführung einer wirtschaftlichen Transaktion oder einfach die Gewährung von Zugang zu geschützten Informationen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 werden nun die Vorgänge beschrieben, die im Modul 2 oder FPGA ablaufen, wie mit 1500 angegeben.
Fig. 7 dient der Erklärung, was sich einem Dialogelement, bestehend aus einer Aussendung vom Lesegerät und der Antwort vom Etikett, mitteilt. Zunächst programmiert die Karte 1 das Modul 20 in die "Sende"-Betriebsart, dann werden die Daten in das Senderegister 25 geladen. Das Modul 20 löst anschließend die Aussendung der geladenen Daten aus. Das Ende der Sendung ruft eine Unterbrechung IT hervor, um den Modul 1 ein Ende der Sendung mitzuteilen. Dann bringt im Schritt 1502 das Funktionsmodul 20 den Umschalter 220 in die Stellung, die die Parallelschnittstelle des Moduls 1 mit dem Senderegister 25 verbindet, das mit den von der Karte 1 stammenden Daten gefüllt ist. Anschließend, von der Karte 1 vom Ende dieser Vorbereitung informiert, befiehlt das Modul 2 (genauer gesagt seine "Funktionseinheit" 20) die Aussendung.
Im Schritt 1504 wird sie in den Empfangswartezustand versetzt.
Im Schritt 1506 führt sie bei Anwesenheit eines vom Etikett empfangenen Signals eine Synchronisierung ihre Empfangstaktes aus, auf die später noch zurückgekommen wird.
Im Schritt 1508 führt die Funktionseinheit 20 des Moduls 2 die Wahl des "guten" Empfangskanals in Abhängigkeit von gewählten Kriterien aus, auf die ebenfalls noch zurückgekommen wird. Sobald dieser Vorgang beendet ist, ist die Gesamtheit der empfangenen Mitteilung auf das Empfangsregister 26 übertragen worden, während eine Unterbrechung IT zum Modul 1 gesendet wird, das das Statusregister 27 und die im Empfangsregister 26 enthaltenen Daten gelesen haben muß.
Die verschiedenen Funktionen, die der Einheit 20 obliegen, können durch Abfrage einer Eingangs-/Ausgangs-Verzweigungstabelle programmiert werden, die auch "Bezugstabelle" ("LookupTable") genannt wird.
Die Anmelderin hat beobachtet, daß wenn die Abfrage/Antwort-Modalitäten zwischen Etiketten sehr verschieden sind, die verwendeten Betriebsfrequenzen hingegen im allgemeinen die gleichen sind: 13,56 MHz für den Träger, und die Antworten des Etiketts auf einem verschobenen Unterträger von 847 kHz. Dieser Unterträger kann einer Amplitudenmodulation oder auch einer digitalen Phasenmodulation (BPSK für Binary Phase Shift Keying) unterworfen sein. Dieses entspricht der Norm 14443C.
Es ist nun noch zu erläutern, wie das Modul 2 den digitalen Signalempfang bewerkstelligt.
Am Ausgang der Stufen 616 und 626 der zwei Empfangskanäle stehen tatsächlich TTL- Logiksignale, deren Takt aber im voraus nicht bekannt ist.
Das Modul 2 oder FPGA sucht daher zunächst danach, sich auf die mit 847 kHz empfangenen Signale zu synchronisieren. Gleichzeitig erzeugt es einen Bezugstakt mit 847 kHz, dem es den logischen Wert 1 zuweist. Beispielsweise sendet das Etikett eine Folge von mehreren logischen "1", um die Synchronisierung des Lesegeräts einzuleiten, wobei sich diese Kodierung durch eine digitale Phasenmodulation vollziehen kann. Nach diesen Schriften wählt auch das FPGA eines der beiden Signale DaRe1 oder DaRe2, das das bessere Signal/Rausch-Verhältnis aufweist.
Wie in Fig. 4b dargestellt ist, wählt der Umschalter 223, gesteuert durch das Eingangswählmodul (in gestrichelten Linien dargestellt) eines der beiden Signale. Diese Wahl kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Stabilität der mit 13,56 MHz abgetasteten Signale geschehen (zyklisches Verhältnis bei Anwesenheit von Modulation). Das Eingangswählmodul trifft die Entscheidung entsprechend der größten Wahrscheinlichkeit des Auftretens betreffend den Wert des empfangenen Bits.
Das Modul 2 tastet somit in jedem der beiden Kanäle empfangenen Signale mit 13,56 MHz ab, erstellt den Mittelwert dieser Tastwerte und trifft eine Entscheidung, vorteilhafterweise in Form eines Filters mit gleitendem Mittelwert (FMG). Wenn die Empfangsqualität gut ist, dann liegt der gleitende Mittelwert nahe an den beiden Extremwerten entsprechend den beiden Bits 1 oder 0. Wenn hingegen der gleitende Mittelwert weniger gut ist, erhält man einen Zwischenwert.
Die Wahl des Empfangskanals kann daher darin bestehen, den Empfangskanal zu wählen, der in einem bestimmten Augenblick den stabilsten Bitschätzwert liefert oder auch ein Bit, das durch den "echtesten" gleitenden Mittelwert definiert ist, oder, wenn man es vorzieht durch den am wenigsten Zweifelhaften.
Dieses setzt voraus, daß die Wahlentscheidung zwischen den Ausgängen der beiden Empfangskanäle sich Bit für Bit abspielt. Es ist jedoch natürlich vorstellbar, dieses in einer dauerhafteren Form auszuführen, beispielsweise für die Gesamtheit einer erwarteten Mitteilung, oder auf andere Weise. Es ist anzumerken, daß bei der oben beschriebenen ersten Variante die Wahl des "guten" Kanals (Signalstabilität) sofort nach Empfangsbeginn stattfindet.
Ja nach den Entscheidungen über die Bits wird das Empfangsregister 26 (Fig. 4B) mit den Tastwerten mit 106 kbits/s gefüllt. In der in Fig. 4A dargestellten Variante können die beiden Empfangsregister 261 und 262 wie bereits angegeben gefüllt werden. Man kann somit in getrennter Weise den Inhalt jedes Registers in Abhängigkeit von den Ergebnissen verarbeiten, die man durch Filterung mit gleitendem Mittelwert, wie oben beschrieben, erhält.
Die Anmelderin hat beobachtet, daß viele der Probleme, die man in kontaklosen Etikettenlesegerätesystemen antrifft, Störungen oder Fading aufweisen, die man besonders in der Richtung vom Etikett zum Lesegerät aus verschiedenen Gründen antrifft, die vom Abstand zwischen der Antenne und der Demodulationsschaltung, vom Modulationstyp, den das Etikett verwendet, oder von der häufigen Anwesenheit metallischer Massen, kombiniert mit den Bewegungen des Etikettenträgers oder von anderen benachbarten Strahlungsquellen, insbesondere von anderen vergleichbaren Etiketten, herrühren. Ohne die Sendung in irgendeiner Weise zu stören und unter Ausnutzung des schwachen Anteils stehender Wellen, sieht die Erfindung dank der Kopplungseinrichtung 7 zwei Empfangsketten vor, die mit 90º Phasenverschiebung arbeiten. Dieses erlaubt es, die große Mehrheit der vorgenannten Fading-Probleme zu beherrschen, insbesondere sobald sie von elektromagnetischen Interferenzen, besonders durch ein anderes Etikett verursacht, herrühren.
Die vorgeschlagene Vorrichtung bietet außerdem große Vorteile wegen der Einfachheit, der Kosten und zugleich der Vielseitigkeit.
Auf einem anderen Gebiet erlaubt es die geringe Größe seiner Antenne, es in einer Art "Nische" unterzubringen, was zum Schutz der Antenne gegenüber unerwünschten elektromagnetischen Einflüssen beiträgt.
Schließlich ist die funktionelle Trennung zwischen dem Modul 1 und dem Modul 2 interessant: das Modul 2 ist in gewisser Art mit den Verwaltungsaufgaben von Sendung und Empfang beschäftigt. Was das Format der Mitteilungen betrifft, wird die Anpassung an einen Etikettentyp und an alle anderen Eigenschaften entsprechend einer erwünschten Vielseitigkeit von Funktionen, vollständig von dem Modul 1 bestimmt, das an dem Mikroprozessor angebracht ist und leicht an jede neue angetroffene Situation angepaßt werden kann.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. So ist z. B. die Auswahl eines der Empfangskanäle zu einem gegebenen Augenblick beschrieben worden; man könnte als Variante oder als Ergänzung den Wert des Bits durch eine geeignete Kombination der Ausgänge der zwei Empfangskanäle bestimmen. Man könnte auch mehr als zwei Empfangskanäle und/oder mehr als eine Verzögerung im Kopplungskreis 7 verwenden. Ebenfalls vorteilhaft sind die gegebenen Verzögerungswerte nicht absolut zwingend und könnten auch wenigstens bei einigen Anwendungen modifiziert werden.
Übrigens ist die in Fig. 2 dargestellte π-Kopplungsschaltung oben beispielhaft beschrieben worden. Als Variante könnte eine T-Schaltung (mit einem mit Masse verbundenen zentralen Dipol) ebenfalls verwendet werden. Weiterhin könnte der zentrale Kondensator C der Schaltung 7 durch eine Induktivität ersetzt werden, während die Induktivitäten L zu beiden Seiten des Kondensators, die mit Masse verbunden sind, durch Kondensatoren mit eingestellten Kapazitätswerten ersetzt werden können.
Man kann auch äquivalente Mittel (aktive oder passive) für die verschiedenen Filterungen und Kopplungen, für die Sende- und Empfangskanäle, für die Antenne und die Module 1 und 2 verwenden.
Wie beschrieben, erlaubt die Wechselwirkung der Module 1 und 2 somit die Entlastung der zentralen Einheit 1 von den Sende- und Empfangsverwaltungsaufgaben, um ihr vollständig die Steuerung vorzubehalten. Bei gewissen Anwendungsfällen könnte man vorziehen, die Gesamtheit der Funktionen der Module 1 und 2 durch eine einzige Verarbeitungseinheit ausführen zu lassen.
Darüber hinaus sind zahlreiche beschriebene Aspekte für sie selbst interessant, wegen der ihnen innewohnenden Vorteile, und dieses unabhängig von anderen Eigenschaften der Erfindung und insbesondere von der den beiden Empfangskanälen zugeordneten Kopplungsschaltung.

Claims

1. Kontaktloses Etikettenlesegerät, enthaltend Sendeeinrichtungen (5) und Empfangseinrichtungen (6), die im wesentlichen auf der gleichen Trägerfrequenz arbeiten und die über eine Kopplungsschaltung (7) mit einer Antenne (8) sowie mit Verwaltungseinrichtungen (1, 2) verbunden sind, die mit den Sendeeinrichtungen und den Empfangseinrichtungen zusammenwirken, um einen Dialog mit dem Etikett einzurichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltung (7) zur Antenne eine Verzögerungseinrichtung enthält, die von der Verbindung zwischen den Sendeeinrichtungen und der Antenne durchquert wird, und daß die Empfangseinrichtungen (6) zwei Zweige (61, 62) enthalten, die beiderseits dieser Verzögerungseinrichtung beginnen, und daß die Verwaltungseinrichtungen (1, 2) dazu eingerichtet sind, die Empfangs- zweige in Abhängigkeit von einem gewählten Kriterium selektiv auszuwerten.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwaltungseinrichtungen (1, 2) dazu eingerichtet sind, einen der Empfangszweige in Abhängigkeit eines gewählten Kriteriums auszuwählen.

3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerung der Kopplungsschaltung (7) zur Antenne im wesentlichen einem Achtel der Wellenlänge der Trägerfrequenz entspricht, gegebenenfalls einem ganzzahligen Vielfachen mehr oder weniger der halben Wellenlänge.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltung zur Antenne ein π-Glied (7) enthält.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschaltung (7) zur Antenne mit niedriger Impedanz arbeitet.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (8) von einer Spule gebildet ist, die auf einer Druckschaltkarte ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtungen (5) einen Modulator (51), einen Sendeverstärker (52) und ein Sendefilter (53) enthalten, daß der Sendeverstärker (52) mit einer Ausgangsimpedanz versehen ist, die kleiner als jene der Antennenkopplungsschaltung ist, und daß das Sendefilter (53) aus passiven Bauelementen besteht.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Empfangszweig mit einem Amplitudendemodulator beginnt, der in der Lage ist, das Empfangssignal in Anwesenheit des Sendesignals hohen Pegels zu verarbeiten, gefolgt von einer Vorfilterung zum Sperren des Trägers (610, 620).

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudendemodulatoren (610, 620) mit beiden Halbwellen arbeiten.

10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwaltungseinrichtungen (1, 2) eine Mikroprozessor-Steuereinheit, die mit einem Parallelanschluß versehen ist, und ein programmierbares Netzwerk (2) enthalten, das einesteils mit einem Senderegister und einem Empfangsmitteilungsregister versehen ist, die wahlweise mit dem Parallelanschluß verbindbar sind, und anderenteils mit zwei Empfangsregistern versehen ist, die selektiv mit dem Empfangsmitteilungsregister verbindbar sind, und anderenteils schließlich mit einem Funktionsmodul versehen ist, das dazu eingerichtet ist, die Sendung, den Empfang und die genannten Umschaltungen zu befehlen, und das für den Dialog mit der Mikroprozessor-Steuereinheit angeschlossen ist, insbesondere in einem Unterbrecherbetrieb (IT) und zur Abfrage der Schaltung (CS) bezüglich gesendeter und empfangener Mitteilungen.

11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprozessor- Steuereinheit (11) dazu eingerichtet ist, spezifische Sende- und Empfangsformate zu erzeugen, einschließlich gegebenenfalls von Redundanzcodes und/oder Service- Bits.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierbare Netzwerk (2) dazu eingerichtet ist, die Hochfrequenzempfangssignale abzutasten und jedesmal den Wert des Bits zu entscheiden.

13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das programmierbare Netzwerk (2) dazu eingerichtet ist, den Bitwert durch eine Filterung mit gleitendem Mittelwert zu entscheiden.

14. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewählte Kriterium die stabilste Auswahl der empfangenen Signale umfaßt.