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EP2102784A1 - Verfahren zur drahtlosen datenübertragung zwischen einer basisstation und einem passiven transponder sowie passiver transponder - Google Patents

Verfahren zur drahtlosen datenübertragung zwischen einer basisstation und einem passiven transponder sowie passiver transponder

Info

Publication number
EP2102784A1
EP2102784A1 EP07846782A EP07846782A EP2102784A1 EP 2102784 A1 EP2102784 A1 EP 2102784A1 EP 07846782 A EP07846782 A EP 07846782A EP 07846782 A EP07846782 A EP 07846782A EP 2102784 A1 EP2102784 A1 EP 2102784A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transponder
data transmission
base station
transmission protocol
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07846782A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Berhorst
Alexander Kurz
Peter Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atmel Germany GmbH
Original Assignee
Atmel Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atmel Germany GmbH filed Critical Atmel Germany GmbH
Publication of EP2102784A1 publication Critical patent/EP2102784A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/48—Transceivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/40—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by components specially adapted for near-field transmission
    • H04B5/45—Transponders

Definitions

  • the invention relates to a method for wireless data transmission between a base station and a passive transponder by means of inductive coupling and a passive transponder.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • the transponders or their transmitting and receiving devices usually do not have an active transmitter for the data transmission to the base station.
  • Such inactive systems are referred to as passive systems if they do not have their own power supply, and are referred to as semi-passive systems if they have their own power supply.
  • Passive transponders extract the energy needed for their supply from the electromagnetic field emitted by the base station.
  • the transponder For data transmission between the transponder and the base station, for example for a programming operation of the transponder, the transponder has an interface of a specific interface type which is compatible with the corresponding interface type of the base station.
  • the interface types can be classified in a first rough outline into contact and contactless types.
  • the interface types in which the data transmission takes place contactless or contactless differ, inter alia, by the working or carrier frequency used for data transmission, i. the frequency sent by the base station.
  • Commonly used frequencies are for example 125 kHz (LF range), 13.56 MHz (RF range), a frequency range between 860 MHz to 960 MHz (UHF range) and a frequency range greater than 3GHz (microwave range).
  • load modulation is generally used in inductive coupling, see for example the RFID manual by Klaus Finkenzeller, 3rd edition, chapter 3.2.1.2.1 "Load modulation", from page 44.
  • the base station For data transmission from the base station to the transponder, the base station usually transmits a carrier signal having a frequency in the frequency range from 50 kHz to 25 kHz for the inductive coupling.
  • the base station To initiate the data transmission, the base station initially generates a short field gap (Gap, Notch) by amplitude modulation of the carrier signal, ie the amplitude of the carrier signal is briefly damped or attenuated or completely suppressed, for example for approximately 50us to 400us.
  • Characters sent by the base station following the initiation of the data transmission are coded by associated time durations between respective temporally successive field gaps.
  • a first time value is assigned to a first character value and a second time duration is assigned to at least one second character value.
  • the transponder determines the respective time periods between the field gaps and determines the value of the transmitted character from the determined time duration.
  • the signal curves generated by the base station and received in the transponder by inductive coupling have specified maximum tolerances, for example with respect to their time profile and / or the level used.
  • the quality of a parallel resonant circuit which is formed from the antenna coil and a capacitor connected in parallel thereto, is increased in order to enable the supply of the passive transponders from the field transmitted by the base station, even at relatively long distances .
  • the reduced damping of the resonant circuit causes the coil voltage at a field gap or the voltage drops at the parallel resonant circuit of the transponder slower than in a resonant circuit with a lower quality and thus higher attenuation.
  • the field gap can only be detected in the transponder, when the coil voltage or a voltage recovered from the coil voltage by rectification voltage has dropped below an adjustable potential, field gaps are detected delayed compared to a resonant circuit with low quality. As a result, the duration of the field gaps detected in the transponder is shortened and the time periods between the field gaps representing the corresponding character value are lengthened. This change in the timing of the waveforms detected in the transponder is directly influenced by the quality of the resonant circuit. In other words, the timing of the signals received in the transponder depends substantially on different parameters, for example, on the antenna coil used, whereby error-free data transmission can not always be guaranteed with parameter changes.
  • DE 101 38 218 A1 describes a method in which, after initiation of the data transmission, a reference time duration is transmitted through consecutive field gaps by the base station, on the basis of which a calibration value in FIG Transponder is determined, the calibration value is used to calibrate subsequent received time periods.
  • the reference time corresponds to a known character value, for example "0". Since it is known in the transponder how long the period belonging to the character value "0" must be theoretical, the calibration or offset value can be calculated from the actual, measured reference time duration.
  • this method can not be performed with transponders that do not support this method or this transmission protocol, since they already interpret the reference time duration as a character, whereby the string received in the transponder is falsified.
  • a replacement of transponders, which do not support the method taking into account the reference period, by transponders that support this method, and vice versa, is therefore not readily possible.
  • the present invention has for its object to provide a method for wireless data transmission between a base station and a passive transponder by means of inductive coupling and a passive transponder, which have a high flexibility in the use of different data transmission protocol types.
  • the invention solves this problem by a method having the features of claim 1 and a transponder having the features of claim 6.
  • the method for wireless data transmission between a base station and a passive transponder by means of inductive coupling data from the base station to the transponder, ie in the so-called forward or forward link, by means of a first übertragungsprotokolltyps and by means of at least one second REMtragungsprotokolltyps transferable.
  • the first data transmission protocol type and the at least second data transmission protocol type may differ, for example, in that no reference time duration is transmitted as the calibration value in the first data transmission protocol type and in the second data transmission protocol type a reference time duration is transmitted as the calibration value.
  • a selection between the first or the at least second data transmission tion protocol type is carried out according to the invention by describing a configuration register in the transponder. This provides a high degree of flexibility in using different types of data transmission protocols, since only one register value has to be set according to the desired data transmission protocol type for the protocol type selection.
  • the configuration register is described by means of a command, which is sent from the base station to the transponder.
  • the configuration register can also be described during the production of the transponder, for example by means of a specially provided wireless or wired programming device.
  • the base station transmits a carrier signal having a frequency in a frequency range of 50KHz to 250KHz
  • data transmission is initiated by the base station by generating a gap (Gap, Notch) of the carrier signal
  • Characters that are transmitted from the base station to the transponder are encoded by associated durations between each temporally consecutive field gaps, a first character value is assigned a first time duration and at least one second character value is assigned a second time duration.
  • the data transmission is always terminated when a maximum duration value between successive field gaps is exceeded.
  • a reference time duration is transmitted by the base station, on the basis of which a calibration value is determined in the transponder, the calibration value serving for the calibration of subsequently received time periods.
  • a transmission method also with a first and a second Data transmission protocol type is described, for example, in the non-prepublished German patent application DE 10 2006 007 262 of the Applicant, which is hereby incorporated by reference into the content of the present description.
  • transponder for wireless data transmission between a base station and a transponder by means of inductive coupling
  • data can be transmitted from the base station to the transponder by means of a first type of data transmission protocol and by means of at least one second type of data transmission protocol.
  • a wireless and / or wired writable configuration register of the transponder is used to select the first or at least second data transmission protocol type.
  • the transponder is designed to carry out the method according to the invention and for this purpose comprises, for example, a control unit which controls the transponder in such a way that it carries out the corresponding method steps.
  • the configuration register is designed as an EEPROM.
  • it can be designed as a one-time programmable memory, for example as ROM, or as a volatile memory, for example as RAM. If the configuration register is designed as volatile memory, the setting of the configuration register is carried out after each power-on reset (POR) of the transponder. This can be done, for example, wirelessly from a base station as soon as the transponder enters its response range.
  • POR power-on reset
  • FIG. 1 shows an RFID system with a base station and a transponder according to the invention
  • FIG. 2 shows timing diagrams of signals during a data transmission from the base station to the transponder of FIG. 1 according to a second data transmission protocol type in which the base station transmits a reference time duration for generating a calibration value in the transponder
  • FIG. 2 shows timing diagrams of signals during a data transmission from the base station to the transponder of FIG. 1 according to a second data transmission protocol type in which the base station transmits a reference time duration for generating a calibration value in the transponder
  • FIG. 3 timing diagrams of signals in a data transmission according to the invention from the base station to the transponder of Fig. 1 according to a first data transmission protocol type in which the base station does not transmit a reference time for generating a calibration value in the transponder.
  • FIG. 1 shows an RFID system with a base station BS and a passive transponder TR.
  • the base station BS in a conventional manner to an antenna coil L1 and a capacitor C1.
  • the transponder TR accordingly also has an antenna coil L2 and a capacitor C2.
  • the antenna coils L1 and L2 form a transformer in a near field of the respective antenna coils L1 and L2.
  • the transponder has a configuration register KR designed as an EEPROM, which serves for selecting a first or at least a second data transmission protocol type.
  • the different data transmission protocol types will be described in detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • a transponder-internal control unit not shown, which controls the transponder in such a way that it operates in the manner set out below, ie carries out the method according to the invention.
  • the base station BS For data transmission from the base station BS to the transponder TR, the base station BS generates a carrier signal with a frequency of 125 kHz, the amplitude of which is completely suppressed to generate field gaps.
  • the data transmission from the transponder TR to the base station BS takes place by means of load modulation.
  • Fig. 2 shows timing diagrams of signals in a data transmission from the base station BS to the transponder TR of Fig. 1 according to a second communication protocol type in which the base station BS transmits a reference time tref at the beginning of the data transmission to generate a calibration value in the transponder TR.
  • the configuration register KR of the transponder in this case has a value that selects the second data transmission protocol type.
  • the base station BS Before the data transmission, the base station BS generates by its antenna coil L1 an alternating magnetic field with a frequency of 125kHz, which induces an AC voltage IM in the antenna coil L2 of the transponder TR due to the inductive coupling, wherein in Fig. 2, only the envelope of the AC voltage U1 is shown , An amplitude of the alternating voltage U1 is limited or clamped by clamping diodes, not shown, of the transponder TR to a maximum voltage UMAX.
  • the base station BS To initiate the data transmission in the context of a write access to the transponder TR, the base station BS generates a field gap (gap, notch) by suppressing the carrier signal. Due to the high quality of the parallel resonant circuit, however, the voltage U1 drops only slowly along the envelope shown. The course of the voltage U1 is evaluated in the transponder TR. If the voltage U1 falls below an internal threshold for the first time, an active signal GAP is generated within the transponder. The first activated signal GAP causes the maximum voltage U1 to a Value UWD is limited or clamped, which is lower than the value UMAX. The voltage limitation to the value UWD usually takes place in the transponder TR in that a threshold voltage component is short-circuited by a switching element connected in parallel.
  • the voltage U1 is limited to the value UWD until an end of the data transmission in the transponder TR is detected.
  • the end of the data transmission is detected in the transponder TR when a maximum duration value tmax between successive field gaps or gaps is exceeded.
  • a transponder-internal counter CTR is initialized from a previously undefined counter value "X" to a counter value of "0".
  • the counter or the counter value CTR is then incremented starting at the falling edge of the first gap signal in the clock or at each new period of the carrier signal.
  • the reference time duration tref ie the time duration between the falling edge of the first gap signal and the rising edge of the subsequent second gap signal, is so great in the exemplary embodiment shown in FIG. 2 that the counter value CTR overflows once again and at the same time Count value "0" starts.
  • the counter At the rising edge of the second gap signal, the counter has a counter value "kalib", which is used with negative sign at subsequent time duration measurements as the initial value of the counter.
  • the reference time duration tref may also be selected such that it corresponds to a known character value, for example "0". Since it is known in the transponder how long the time period associated with the character value "0" must be theoretical, the calibration or offset value can be calculated from the actual reference time duration measured in the transponder or the associated counter value CTR.
  • the counter CTR is incremented in the cycle of the carrier signal, starting at a value "-calib”.
  • the counter value CTR is read out and checks in which area the read counter value is located.
  • the counter value CTR is in a range of values corresponding to a character value of "1", ie, a period "t1" used by the base station to encode a character having the value "1".
  • the counter CTR After reading out the counter value CTR, the counter CTR is recharged with the calibration value "-kalib". At the falling edge of the third gap signal, the counter CTR is incremented in time with the carrier signal starting at the value "-calib". At the rising edge of the fourth gap signal, the counter value CTR is read out and checks in which area the read counter value is located.
  • the counter value CTR is in a range of values corresponding to a character value of "0", i. a time duration "t ⁇ ", which is used by the base station to encode a character having the value "0".
  • the base station BS transmits only the exemplary bit sequence "10" to the transponder TR in the exemplary embodiment shown, no further field gap is generated in the context of the data transmission following the fourth field gap. That is, at the falling edge of the fourth gap signal, the counter CTR in the clock of the carrier signal, starting again incremented at the value "-kalib".
  • the transponder TR detects that the maximum time value tmax between successive field gaps has been exceeded and terminates current data transmission, ie resets its receiving unit. This causes inter alia that the maximum value of the voltage U1 is raised again to UMAX, since the bridging of the threshold voltage component causing the voltage limitation to UWD is again separated.
  • the transponder TR can receive data again in a subsequent data transfer process. Due to the calibration of the time duration measurement by means of the reference time duration tref, timing fluctuations of the detected gap signals, for example due to different qualities of the antenna coils L2 of different transponders, can be compensated.
  • FIG. 3 shows timing diagrams of signals in a data transmission according to the invention from the base station BS to the transponder TR of FIG. 1 according to a first data transmission protocol type in which the base station does not transmit a reference time period tref for generating a calibration value in the transponder.
  • the configuration register KR of the transponder in this case has a value that selects the first data transmission protocol type.
  • the transponder-internal counter CTR is initialized from the previously undefined counter value "X" to the counter value "0" as in the previously described example.
  • the counter or the counter value CTR is then incremented starting at the falling edge of the first gap signal in the clock or at each new period of the carrier signal.
  • the counter has a count value within a range corresponding to a character value of "1". Due to the setting of the configuration register KR, the transponder TR does not interpret this counter value as a reference counter value, but decodes it directly into a character value of "1". Subsequently, the base station still transmits a character value of "0" and completes the data transmission by generating no further field gaps within the maximum time value tmax.
  • the two types of data transmission protocol shown, with and without transmission of the reference time duration tref, are shown only schematically. It is understood that in addition to the data transmission protocol types shown, other types of data transmission protocol can also be used with the method or transponder according to the invention.
  • the coding of the transmitted character values "0" and "1" can also take place, for example, by means of different degrees of modulation of the carrier signal generated by the base station.
  • the carrier signal can also be completely or partially suppressed for the illustrated time periods t.sub. ⁇ , t.sub.1, tref and tmax.
  • the configuration register KR of the transponder TR is wirelessly writable by means of a command by the base station BS.
  • the configuration register KR can also be described during the production of the transponder TR, for example by means of a specially provided wireless or wired programming device. If the transponder TR is to communicate with a base station BS whose data transmission protocol type is not compatible with the data transmission protocol type currently set in the configuration register KR of the transponder, it is possible, for example, for the transponder to recognize this independently and to reconfigure its configuration register KR accordingly.
  • the command for describing the configuration register KR uses a transmission mechanism identical for both types of data transmission protocol. det, for example, takes place in both cases without a transfer of the reference time tref.
  • the embodiments shown have a high flexibility in using different types of data transmission protocol, since the data transmission protocol type is dynamically adjustable by setting the configuration register KR of the transponder TR.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem passiven Transponder sowie passiver Transponder. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem passiven Transponder mittels induktiver Kopplung sowie einen passiven Transponder. Bei dem Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation (BS) und einem passiven Transponder (TR) mittels induktiver Kopplung sind Daten von der Basisstation (BS) an den Transponder (TR) mittels eines ersten Datenübertragungsprotokolltyps und mittels mindestens eines zweiten Datenübertragungsprotokolltyps übertragbar, wobei der der erste oder der mindestens zweite Datenübertragungsprotokolltyp durch Beschreiben eines Konfigurationsregisters (KR) im Transponder (TW) ausgewählt wird. Verwendung beispielsweise in RFID-Systemen.

Description

Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem passiven Transponder sowie passiver Transponder
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem passiven Transponder mittels induktiver Kopplung sowie einen passiven Transponder.
Kontaktlose Identifikationssysteme oder so genannte Radio-Frequency- ldentification(RFID)-Systeme bestehen üblicherweise aus einer Basisstation bzw. einem Lesegerät oder einer Leseeinheit und einer Vielzahl von Transpondern oder Remote-Sensoren. Die Transponder bzw. deren Sende- und Empfangseinrichtungen verfügen üblicherweise nicht über einen aktiven Sender für die Datenübertragung zur Basisstation. Derartige nicht aktive Systeme werden als passive Systeme bezeichnet, wenn sie keine eigene Energieversorgung aufweisen, und als semipassive Systeme bezeichnet, wenn sie eine eigene Energieversorgung aufweisen. Passive Transponder entnehmen die zu ihrer Versorgung benötigte Energie dem von der Basisstation emittierten elektromagnetischen Feld.
Zur Datenübertragung zwischen dem Transponder und der Basisstation, beispielsweise für einen Programmiervorgang des Transponders, weist der Transponder eine Schnittstelle eines bestimmten Schnittstellentyps auf, der kompatibel zum entsprechenden Schnittstellentyp der Basisstation ist. Die Schnittstellentypen können in einer ersten groben Gliederung in kontaktbehaftete und kontaktlose Typen eingeteilt werden.
Die Schnittstellentypen, bei denen die Datenübertragung kontakt- bzw. berührungslos erfolgt, unterscheiden sich unter anderem durch die zur Datenübertragung verwendete Arbeits- bzw. Trägerfrequenz, d.h. die durch die Basisstation gesendete Frequenz. Häufig verwendete Frequenzen sind beispielsweise 125 kHz (LF-Bereich), 13,56 MHz (RF- Bereich), ein Frequenzbereich zwischen 860 MHz bis 960 MHz (UHF- Bereich) und ein Frequenzbereich größer als 3GHz (Mikrowellenbereich).
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal unterschiedlicher Schnittstellentypen ist die Art der Kopplung zwischen den jeweiligen Schnittstellen des Transponders und der Basisstation. Hierbei wird unter anderem zwischen der so genannten induktiven oder magnetischen Kopplung und der so genannten Fernfeldkopplung unterschieden. Vereinfacht dargestellt, bilden bei der induktiven oder Nahfeldkopplung eine Antennenspule der Basisstation und eine an einen Eingangskreis des Transponders angeschlossene Antennenspule einen Transformator, weshalb diese Kopplungsart auch als transformatorische Kopplung bezeichnet wird. Bei der induktiven Kopplung ist eine maximale Entfernung zwischen dem Transponder und der Basisstation auf den Bereich eines Nahfeldes der verwendeten Antennen beschränkt. Der Nahfeldbereich wird im Wesentlichen durch die Arbeitsfrequenz der Schnittstelle festgelegt.
Zur Datenübertragung von einem Transponder zur Basisstation wird bei der induktiven Kopplung in der Regel die so genannte Lastmodulation verwendet, siehe hierzu beispielsweise das RFID-Handbuch von Klaus Finkenzeller, 3. Auflage, Kapitel 3.2.1.2.1 "Lastmodulation", ab Seite 44. Zur Datenübertragung von der Basisstation zum Transponder sendet die Basisstation bei der induktiven Kopplung üblicherweise ein Trägersignal mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich von 5OkHz bis 25OkHz. Zur Einleitung der Datenübertragung erzeugt die Basisstation durch Amplitudenmodulation des Trägersignals zunächst eine kurze Feldlücke (Gap, Notch), d.h. die Amplitude des Trägersignals wird kurzzeitig, beispielsweise für ca. 50us bis 400us, gedämpft bzw. abgeschwächt oder vollständig unterdrückt.
Zeichen, die im Anschluss an die Einleitung der Datenübertragung von der Basisstation gesendet werden, werden durch zugehörige Zeitdauern zwischen jeweils zeitlich aufeinanderfolgenden Feldlücken kodiert. Einem ersten Zeichenwert wird hierbei eine erste Zeitdauer zugeordnet und mindestens einem zweiten Zeichenwert wird eine zweite Zeitdauer zugeordnet. Zur Dekodierung der übertragenen Zeichen ermittelt der Transponder die jeweiligen Zeitdauern zwischen den Feldlücken und bestimmt aus der ermittelten Zeitdauer den Wert des übertragenen Zeichens.
Zur fehlerfreien Datenübertragung bzw. Dekodierung der Zeichen ist es notwendig, dass die von der Basisstation erzeugten und im Transponder durch induktive Kopplung empfangenen Signalverläufe festgelegte, maximale Toleranzen aufweisen, beispielsweise hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufs und/oder der verwendeten Pegel.
Zur Vergrößerung der erzielbaren Reichweiten zwischen Basisstation und passiven Transpondern wird die Güte eines Parallelschwingkreises, der aus der Antennenspule und einem hierzu parallel geschalteten Kondensator gebildet wird, erhöht, um die Versorgung der passiven Transponder aus dem von der Basisstation gesendeten Feld auch bei größeren Entfernungen zu ermöglichen. Die reduzierte Dämpfung des Schwingkreises bewirkt, dass bei einer Feldlücke die Spulenspannung bzw. die Spannung am Parallelschwingkreis des Transponders langsamer absinkt als bei einem Schwingkreis mit geringerer Güte und somit höherer Dämpfung. Da die Feldlücke jedoch im Transponder erst erkannt werden kann, wenn die Spulenspannung bzw. eine aus der Spulenspannung durch Gleichrichtung gewonnene Spannung unter ein einstellbares Potential gesunken ist, werden Feldlücken im Vergleich zu einem Schwingkreis mit geringer Güte verzögert erkannt. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Zeitdauer der im Transponder detektierten Feldlücken verkürzt und die Zeitdauern zwischen den Feldlücken, die den entsprechenden Zeichenwert repräsentieren, verlängert werden. Diese Veränderung des Timings der im Transponder detektierten Signalverläufe wird unmittelbar von der Güte des Schwingkreises beein- flusst. In anderen Worten hängt das Timing der im Transponder empfangenen Signale wesentlich von unterschiedlichen Parametern ab, beispielsweise von der verwendeten Antennenspule, wodurch eine fehlerfrei Datenübertragung bei Parameteränderungen nicht immer garantiert werden kann.
Um auch bei derartigen parameterabhängigen Timingschwankungen eine störungsfreie Datenübertragung sicherstellen zu können, ist in der DE 101 38 218 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem nach dem Einleiten der Datenübertragung eine Referenzzeitdauer durch aufeinander folgende Feldlücken durch die Basisstation übertragen wird, anhand der ein Kalibrierwert in dem Transponder ermittelt wird, wobei der Kalibrierwert zur Kalibrierung nachfolgend empfangener Zeitdauern dient. Die Referenzzeitdauer entspricht hierbei einem bekannten Zeichenwert, beispielsweise "0". Da im Transponder bekannt ist, wie lange die zum Zeichenwert "0" gehörende Zeitdauer theoretisch sein muss, kann aus der tatsächlichen, gemessenen Referenzzeitdauer der Kalibrier- bzw. Offsetwert berechnet werden. Dieses Verfahren lässt sich jedoch mit Transpondern nicht ausführen, die dieses Verfahren bzw. dieses Übertragungsprotokoll nicht unterstützen, da diese die Referenzzeitdauer bereits als Zeichen interpretieren, wodurch die im Transponder empfangene Zeichenfolge verfälscht wird. Ein Ersatz von Transponder, die das Verfahren unter Berücksichtigung der Referenzzeitdauer nicht unterstützen, durch Transponder, die dieses Verfahren unterstützen, und umgekehrt, ist daher nicht ohne weiteres möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem passiven Transponder mittels induktiver Kopplung und einen passiven Transponder zur Verfügung zu stellen, welche eine hohe Flexibilität beim Einsatz unterschiedlicher Datenübertragungsprotokolltypen aufweisen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Transponder mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Bei dem Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem passiven Transponder mittels induktiver Kopplung sind Daten von der Basisstation an den Transponder, d.h. im so genannten Forward- oder Vorwärts-Link, mittels eines ersten Datenübertragungsprotokolltyps und mittels mindestens eines zweiten Datenübertragungsprotokolltyps übertragbar. Der erste Datenübertragungsprotokolltyp und der mindestens zweite Datenübertragungsprotokolltyp können sich beispielsweise dadurch unterscheiden, dass bei dem ersten Datenübertragungsprotokolltyp keine Referenzzeitdauer als Kalibrierwert übertragen wird und dass bei dem zweiten Datenübertragungsprotokolltyp eine Referenzzeitdauer als Kalibrierwert übertragen wird. Eine Auswahl zwischen dem ersten oder dem mindestens zweiten Datenübertra- gungsprotokolltyp erfolgt erfindungsgemäß durch Beschreiben eines Konfigurationsregisters im Transponder. Dies schafft eine hohe Flexibilität beim Einsatz unterschiedlicher Datenübertragungsprotokolltypen, da zur Protokolltypauswahl lediglich ein Registerwert gemäß dem gewünschten Datenübertragungsprotokolltyp zu setzen ist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Konfigurationsregister mittels eines Befehls beschrieben, der von der Basisstation an den Transponder gesendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Konfigurationsregister auch bei der Herstellung des Transponders, beispielsweise mittels einer speziell hierfür vorgesehenen drahtlosen oder drahtgebundenen Programmiervorrichtung, beschrieben werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens sendet bei dem ersten Datenübertragungsprotokolltyp und auch bei dem mindestens zweiten Datenübertragungsprotokolltyp die Basisstation ein Trägersignal mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich von 50KHz bis 250KHz, eine Datenübertragung wird von der Basisstation durch Erzeugen einer Feldlücke (Gap, Notch) des Trägersignals eingeleitet, Zeichen, die von der Basisstation an den Transponder übertragen werden, werden durch zugehörige Zeitdauern zwischen jeweils zeitlich aufeinanderfolgenden Feldlücken kodiert, einem ersten Zeichenwert wird eine erste Zeitdauer zugeordnet und mindestens einem zweiten Zeichenwert wird eine zweite Zeitdauer zugeordnet. Bevorzugt wird bei dem ersten Datenübertragungsprotokolltyp die Datenübertragung bei einem Überschreiten eines Zeitdauermaximalwerts zwischen aufeinanderfolgenden Feldlücken immer beendet. Bevorzugt wird bei dem mindestens zweiten Datenübertragungsprotokolltyp nach dem Einleiten der Datenübertragung eine Referenzzeitdauer durch die Basisstation übertragen, anhand der ein Kalibrierwert in dem Transponder ermittelt wird, wobei der Kalibrierwert zur Kalibrierung nachfolgend empfangener Zeitdauern dient. Ein derartiges Übertragungsverfahren, ebenfalls mit einem ersten und einem zweiten Datenübertragungsprotokolltyp, ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 007 262 der Anmelderin beschrieben, die hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Transponder zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation und einem Transponder mittels induktiver Kopplung sind Daten von der Basisstation an den Transponder mittels eines ersten Datenübertragungsprotokolltyps und mittels mindestens eines zweiten Datenübertragungsprotokolltyps übertragbar. Ein drahtlos und/oder drahtgebunden beschreibbares Konfigurationsregister des Transponders dient zur Auswahl des ersten oder des mindestens zweiten Datenübertragungsprotokolltyps. Der Transponder ist zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und umfasst hierzu beispielsweise eine Steuereinheit, die den Transponder derart steuert, dass er die entsprechenden Verfahrensschritte ausführt.
In einer Weiterbildung des Transponders ist das Konfigurationsregister als EEPROM ausgebildet. Alternative kann es als einmalig programmierbarer Speicher, beispielsweise als ROM, oder auch als flüchtiger Speicher, beispielsweise als RAM, ausgebildet sein. Wenn das Konfigurationsregister als flüchtiger Speicher ausgebildet ist, wird die Einstellung des Konfigurationsregisters nach jedem Power-on-Reset (POR) des Transponders durchgeführt. Dies kann beispielsweise drahtlos von einer Basisstation vorgenommen werden, sobald der Transponder in deren Ansprechbereich gelangt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen schematisch:
Fig. 1 ein RFID-System mit einer Basisstation und einem erfindungsgemäßen Transponder, Fig. 2 Zeitverlaufsdiagramme von Signalen bei einer Datenübertragung von der Basisstation zu dem Transponder von Fig. 1 gemäß einem zweiten Datenübertragungsprotokolltyp, bei dem die Basisstation eine Referenzzeitdauer zur Erzeugung eines Kalibrierwerts im Transponder überträgt, und
Fig. 3 Zeitverlaufsdiagramme von Signalen bei einer erfindungsgemäßen Datenübertragung von der Basisstation zu dem Transponder von Fig. 1 gemäß einem ersten Datenübertragungsprotokolltyp, bei dem die Basisstation keine Referenzzeitdauer zur Erzeugung eines Kalibrierwerts im Transponder überträgt.
Fig. 1 zeigt ein RFID-System mit einer Basisstation BS und einem passiven Transponder TR. Zur Datenübertragung mittels induktiver Kopplung weist die Basisstation BS in herkömmlicher Weise eine Antennenspule L1 und einen Kondensator C1 auf. Der Transponder TR weist entsprechend ebenfalls eine Antennenspule L2 und einen Kondensator C2 auf. Die Antennenspulen L1 und L2 bilden in einem Nahfeld der jeweiligen Antennenspulen L1 und L2 einen Transformator.
Der Transponder weist ein als EEPROM ausgeführtes Konfigurationsregister KR auf, das zur Auswahl eines ersten oder eines mindestens zweiten Datenübertragungsprotokolltyps dient. Die unterschiedlichen Datenübertragungsprotokolltypen werden nachfolgen unter Bezugnahme auf Fig. 2 und Fig. 3 detailliert beschrieben. Zur Steuerung des Transponders kann eine transponderinterne, nicht gezeigte Steuereinheit vorgesehen sein, die den Transponder derart steuert, dass er in der nachfolgend ausgeführten Art und Weise arbeitet, d.h. das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Zur Datenübertragung von der Basisstation BS zum Transponder TR erzeugt die Basisstation BS ein Trägersignal mit einer Frequenz von 125kHz, dessen Amplitude zur Erzeugung von Feldlücken vollständig unterdrückt wird. Die Datenübertragung vom Transponder TR zur Basisstation BS erfolgt mittels Lastmodulation.
Fig. 2 zeigt Zeitverlaufsdiagramme von Signalen bei einer Datenübertragung von der Basisstation BS zu dem Transponder TR von Fig. 1 gemäß einem zweiten Datenübertragungsprotokolltyp, bei dem die Basisstation BS am Beginn der Datenübertragung eine Referenzzeitdauer tref zur Erzeugung eines Kalibrierwerts im Transponder TR überträgt. Das Konfigurationsregister KR des Transponders weist hierbei einen Wert auf, der den zweiten Datenübertragungsprotokolltyp auswählt.
Vor der Datenübertragung erzeugt die Basisstation BS durch ihre Antennenspule L1 ein magnetisches Wechselfeld mit einer Frequenz von 125kHz, welches aufgrund der induktiven Kopplung eine Wechselspannung IM in der Antennenspule L2 des Transponder TR induziert, wobei in Fig. 2 lediglich die Hüllkurve der Wechselspannung U1 dargestellt ist. Eine Amplitude der Wechselspannung U1 wird durch nicht gezeigte Klemmdioden des Transponders TR auf eine maximale Spannung UMAX begrenzt bzw. geklemmt.
Zur Einleitung der Datenübertragung im Rahmen eines schreibenden Zugriffs auf den Transponder TR erzeugt die Basisstation BS eine Feldlücke (Gap, Notch) durch Unterdrückung des Trägersignals. Aufgrund der hohen Güte des Parallelschwingkreises fällt jedoch die Spannung U1 nur langsam entlang der gezeigten Hüllkurve ab. Der Verlauf der Spannung U1 wird im Transponder TR ausgewertet. Wenn die Spannung U1 einen internen Schwellenwert erstmalig unterschreitet, wird transponderintern ein aktives Signal GAP erzeugt. Das erstmalig aktivierte Signal GAP bewirkt, dass die maximale Spannung U1 auf einen Wert UWD begrenzt bzw. geklemmt wird, der niedriger als der Wert UMAX ist. Die Spannungsbegrenzung auf den Wert UWD erfolgt im Transponder TR üblicherweise dadurch, dass ein Schwellspannungs- bauelement durch ein parallel geschaltetes Schaltelement kurzgeschlossen wird.
Die Spannung U1 wird so lange auf den Wert UWD begrenzt, bis ein Ende der Datenübertragung im Transponder TR erkannt wird. Das Ende der Datenübertragung wird im Transponder TR dann erkannt, wenn ein Zeitdauermaximalwert tmax zwischen aufeinanderfolgenden Feldlücken bzw. Gaps überschritten wird.
Nach dem Erzeugen der ersten Feldlücke wird ein transponderinterner Zähler CTR von einem zuvor Undefinierten Zählerwert "X" auf einen Zählerwert von "0" initialisiert. Der Zähler bzw. der Zählerwert CTR wird daraufhin beginnend bei der fallenden Flanke des ersten Gap-Signals im Takt bzw. bei jeder neuen Periode des Trägersignals inkrementiert. Die Referenzzeitdauer tref, d.h. die Zeitdauer zwischen der fallenden Flanke des ersten Gap-Signals und der steigenden Flanke des drauffolgenden, zweiten Gap-Signals, ist bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel so groß, dass der Zählerwert CTR einmalig überläuft und erneut bei dem Zählerwert "0" losläuft. Bei der steigenden Flanke des zweiten Gap-Signals weist der Zähler einen Zählerwert "kalib" auf, der mit negativem Vorzeichen versehen bei nachfolgenden Zeitdauermessungen als Anfangswert des Zählers verwendet wird. Alternativ hierzu kann die Referenzzeitdauer tref auch derart gewählt werden, dass sie einem bekannten Zeichenwert entspricht, beispielsweise "0". Da im Transponder bekannt ist, wie lange die zum Zeichenwert "0" gehörende Zeitdauer theoretisch sein muss, kann aus der tatsächlichen, im Transponder gemessenen Referenzzeitdauer bzw. dem zugehörigen Zählerwert CTR der Kalibrier- bzw. Offsetwert berechnet werden. Bei der fallenden Flanke des zweiten Gap-Signals wird der Zähler CTR im Takt des Trägersignals, beginnend bei einem Wert "-kalib" inkremen- tiert. Bei der steigenden Flanke des dritten Gap-Signals wird der Zählerwert CTR ausgelesen und überprüft, in welchem Bereich der ausgelesene Zählerwert liegt. Der Zählerwert CTR liegt in einem Wertebereich bzw. Intervall, das einem Zeichenwert von "1", d.h. einer Zeitdauer "t1" entspricht, die von der Basisstation zur Kodierung eines Zeichens mit dem Wert "1" verwendet wird.
Nach dem Auslesen des Zählerwerts CTR wird der Zähler CTR erneut mit dem Kalibrierwert "-kalib" vorgeladen. Bei der fallenden Flanke des dritten Gap-Signals wird der Zähler CTR im Takt des Trägersignals, beginnend bei dem Wert "-kalib" inkrementiert. Bei der steigenden Flanke des vierten Gap-Signals wird der Zählerwert CTR ausgelesen und überprüft, in welchem Bereich der ausgelesene Zählerwert liegt. Der Zählerwert CTR liegt in einem Wertebereich bzw. Intervall, das einem Zeichenwert von "0", d.h. einer Zeitdauer "tθ", entspricht, die von der Basisstation zur Kodierung eines Zeichens mit dem Wert "0" verwendet wird.
In dem unteren Diagramm von Fig. 2 sind die im Transponder TR dekodierten Zeichenwerte dargestellt. Das Zeichen "X" repräsentiert hierbei einen Undefinierten Zeichenwert.
Da die Basisstation BS im gezeigten Ausführungsbeispiel lediglich die exemplarische Bitfolge "10" an den Transponder TR überträgt, wird im Anschluss an die vierte Feldlücke im Rahmen der Datenübertragung keine weitere Feldlücke mehr erzeugt. D.h., bei der fallenden Flanke des vierten Gap-Signals wird der Zähler CTR im Takt des Trägersignals, beginnend wiederum bei dem Wert "-kalib" inkrementiert. Wenn der Zählerwert CTR das dem Zeichenwert "1" zugeordnete Intervall verlässt, erkennt der Transponder TR ein Überschreiten des Zeitdauermaximalwerts tmax zwischen aufeinanderfolgenden Feldlücken und beendet die aktuelle Datenübertragung, d.h. setzt seine Empfangseinheit zurück. Dies bewirkt unter anderem, dass der maximale Wert der Spannung U1 wieder auf UMAX angehoben wird, da die Überbrückung des die Spannungsbegrenzung auf UWD bewirkenden Schwellspannungsbauele- ments wieder aufgetrennt wird.
Der Transponder TR kann in einem nachfolgenden Datenübertragungsvorgang erneut Daten empfangen. Aufgrund der Kalibrierung der Zeitdauermessung mittels der Referenzzeitdauer tref können Timing- schwankungen der detektierten Gap-Signale, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Güten der Antennenspulen L2 unterschiedlicher Transponder, kompensiert werden.
Fig. 3 zeigt Zeitverlaufsdiagramme von Signalen bei einer erfindungsgemäßen Datenübertragung von der Basisstation BS zu dem Transponder TR von Fig. 1 gemäß einem ersten Datenübertragungsprotokolltyp, bei dem die Basisstation keine Referenzzeitdauer tref zur Erzeugung eines Kalibrierwerts im Transponder überträgt. Das Konfigurationsregister KR des Transponders weist hierbei einen Wert auf, der den ersten Datenübertragungsprotokolltyp auswählt.
Nach dem Erzeugen der ersten Feldlücke durch die Basisstation BS wird wie im zuvor beschriebenen Beispiel der transponderinterne Zähler CTR von dem zuvor Undefinierten Zählerwert "X" auf den Zählerwert "0" initialisiert. Der Zähler bzw. der Zählerwert CTR wird daraufhin beginnend bei der fallenden Flanke des ersten Gap-Signals im Takt bzw. bei jeder neuen Periode des Trägersignals inkrementiert. Bei der steigenden Flanke des zweiten Gap-Signals weist der Zähler einen Zählerwert auf, der in einem Bereich liegt, der einem Zeichenwert von "1" entspricht. Aufgrund der Einstellung des Konfigurationsregisters KR interpretiert der Transponder TR diesen Zählerwert nicht als einen Referenzzählerwert, sondern dekodiert diesen unmittelbar in einen Zeichenwert von "1". Nachfolgend überträgt die Basisstation noch einen Zeichenwert von "0" und schließt die Datenübertragung dadurch ab, dass sie keine weiteren Feldlücken innerhalb des Zeitdauermaximalwerts tmax erzeugt.
Die gezeigten beiden Datenübertragungsprotokolltypen, mit und ohne Übertragung der Referenzzeitdauer tref, sind lediglich schematisch dargestellt. Es versteht sich, dass neben den gezeigten Datenübertragungsprotokolltypen auch weitere Datenübertragungsprotokolltypen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Transponder verwendbar sind.
Weiterhin kann die Kodierung der übertragenen Zeichenwerte "0" und "1" beispielsweise auch mittels unterschiedlicher Modulationsgrade des durch die Basisstation erzeugten Trägersignals erfolgen. Anstatt der Kodierung durch Zeitdauern zwischen aufeinanderfolgenden Feldlücken kann das Trägersignal auch für die dargestellten Zeitdauern tθ, t1 , tref und tmax vollständig oder teilweise unterdrückt werden.
Das Konfigurationsregister KR des Transponders TR ist drahtlos mittels eines Befehls durch die Basisstation BS beschreibbar. Alternativ oder zusätzlich kann das Konfigurationsregister KR auch bei der Herstellung des Transponders TR, beispielsweise mittels einer speziell hierfür vorgesehenen drahtlosen oder drahtgebundenen Programmiervorrichtung, beschrieben werden. Wenn der Transponder TR mit einer Basisstation BS kommunizieren soll, deren Datenübertragungsprotokolltyp nicht zum momentan im Konfigurationsregister KR des Transponders eingestellten Datenübertragungsprotokolltyp kompatibel ist, ist es beispielsweise möglich, dass der Transponder dies selbstständig erkennt und sein Konfigurationsregister KR entsprechend umkonfiguriert. Alternativ oder zusätzlich kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Befehl zum Beschreiben des Konfigurationsregisters KR einen für beide Datenübertragungsprotokolltypen identischen Übertragungsmechanismus verwen- det, beispielsweise in beiden Fällen ohne eine Übertragung der Referenzzeitdauer tref stattfindet.
Die gezeigten Ausführungsformen weisen eine hohe Flexibilität beim Einsatz unterschiedlicher Datenübertragungsprotokolltypen auf, da der Datenübertragungsprotokolltyp dynamisch durch Einstellen des Konfigurationsregisters KR des Transponders TR einstellbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation (BS) und einem passiven Transponder (TR) mittels induktiver Kopplung, wobei
Daten von der Basisstation (BS) an den Transponder (TR) mittels eines ersten Datenübertragungsprotokolltyps und mittels mindestens eines zweiten Datenübertragungsprotokolltyps übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der der erste oder der mindestens zweite Datenübertragungsprotokolltyp durch Beschreiben eines Konfigurationsregisters (KR) im Transponder (TR) ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Konfigurationsregister (KR) mittels eines Befehls beschrieben wird, der von der Basisstation (BS) an den Transponder (TR) gesendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Datenübertragungsprotokolltyp und bei dem mindestens zweiten Datenübertragungsprotokolltyp die Basisstation (BS) ein Trägersignal mit einer Frequenz in einem Frequenzbereich von 50KHz bis 250KHz sendet, eine Datenübertragung von der Basisstation (BS) durch Erzeugen einer Feldlücke des Trägersignals eingeleitet wird, Zeichen, die von der Basisstation (BS) an den Transponder (TR) übertragen werden, durch zugehörige Zeitdauern (tθ, t1) zwischen jeweils zeitlich aufeinanderfolgenden Feldlücken kodiert werden, einem ersten Zeichenwert ("0") eine erste Zeitdauer (tθ) zugeordnet wird und mindestens einem zweiten Zeichenwert ("1") eine zweite Zeitdauer (t1 ) zugeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Datenübertragungsprotokolltyp die Datenübertragung bei einem Überschreiten eines Zeitdauermaximalwerts (tmax) zwischen aufeinanderfolgenden Feldlücken beendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem mindestens zweiten Datenübertragungsprotokolltyp nach dem Einleiten der Datenübertragung eine Referenzzeitdauer (tref) durch die Basisstation (BS) übertragen wird, anhand der ein Kalibrierwert (kalib) in dem Transponder ermittelt wird, wobei der Kalibrierwert (kalib) zur Kalibrierung nachfolgend empfangener Zeitdauern (tθ, t1 , tmax) dient.
6. Passiver Transponder (TR) zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Basisstation (BS) und einem Transponder (TR) mittels induktiver Kopplung, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (TR) zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist, wobei ein Konfigurationsregister (KR) zur Auswahl des ersten oder des mindestens zweiten Datenübertragungsprotokolltyps vorgesehen ist.
7. Passiver Transponder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Konfigurationsregister (KR) als EEPROM ausgebildet ist.
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