DE4323530A1

DE4323530A1 - Datenaustauschanordnung

Info

Publication number: DE4323530A1
Application number: DE4323530A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Tobergte
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1995-01-19
Also published as: JPH07154313A; EP0634729A3; US5519386A; JP3746309B2; EP0634729A2; DE59409598D1; EP0634729B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenaustauschanordnung mit einer festen Station und einem tragbaren Datenträger, die miteinander durch Mittel für eine drahtlose Verbindung zur Übertragung hochfrequenter Energie gekoppelt sind, wobei die elektrische Energieversorgung des Datenträgers wenigstens von der empfangenen hochfrequenten Energie ableitbar ist.

Eine derartige Datenaustauschanordnung ist beispielsweise bekannt aus der DE 32 42 551 C2. Bei dieser bekannten Anordnung wird die hochfrequente Energie über Magnetfelder übertragen, für die in der festen Station sowie im Daten träger je eine Spule vorgesehen ist. Auf dem gleichen Wege werden auch die auszutauschenden Daten übertragen. Der Datenträger enthält eine elektronische Schaltung in Form eines Speichers und einer Steuerschaltung, deren Energie versorgung von der Spannung an der Spule im Datenträger abgeleitet wird. Um einen Datenaustausch vorzunehmen, muß zunächst die feste Station ein Magnetfeld aussenden. Dies ist insbesondere in den Fällen ungünstig, wo zwischen Datenträger und fester Station keine mechanische Berührung erfolgt, so daß beispielsweise die feste Station auch nicht durch einen mechanischen Kontakt gestartet werden kann. In diesem Falle muß die feste Station also ständig ein Magnetfeld ausstrahlen. Abgesehen von einer gewissen Umweltbelastung ist dies auch bezüglich einer begrenzten Energieversorgung in der festen Station, beispielsweise im Falle eines Kraftfahrzeuges, ungünstig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Datenaustauschanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die weniger Energie verbrauch in der festen Station erfordert und für verschiedene Anwendungsfälle flexibel einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Datenträger eine Energiequelle sowie ein Oszillator vorgesehen sind, der von der Energiequelle wahlweise betreibbar ist und der im Betrieb die Mittel im Datenträger für die drahtlose Verbindung speist, und daß die feste Station Mittel zum Empfang von hochfrequenter Energie vom Datenträger enthält.

Erfindungsgemäß wird also der tragbare Datenträger nicht rein passiv, d. h. abhängig von der Ausstrahlung hoch frequenter Energie von der festen Station, verwendet, sondern der Datenträger kann selbst, auch ohne körper lichen Kontakt mit der festen Station, einen Daten austausch aktiv beginnen. Der von der Energiequelle gespeiste Oszillator wirkt in dem Datenträger in gleicher Weise, als ob die feste Station ein Magnetfeld aussendet, so daß der Datenträger im übrigen wie ein bekannter passiver Datenträger aufgebaut sein kann.

Ein Oszillator besteht stets aus einem aktiven Element und einem oder mehreren frequenzbestimmenden Elementen. Bei einer Datenaustauschanordnung entsprechend der aus der eingangs genannten DE 32 42 551 C2 genannten Art, bei der die Mittel für die drahtlose Verbindung wenigstens ein Spulenpaar umfassen, von dem die eine Spule in der festen Station und die andere Spule im Datenträger angeordnet ist und einen Teil eines Schwingkreises bildet, ist es nach einer Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, daß dieser Schwingkreis frequenzbestimmender Teil des Oszillators ist. Auf diese Weise ist für den Oszillator nur ein aktives Element zusätzlich erforderlich, wodurch ein äußerst einfacher Aufbau bzw. nur eine sehr geringe Ergänzung des bekannten passiven Datenträgers erforderlich ist.

Die Energiequelle kann auf verschiedene Weise realisiert werden, beispielsweise als Solarzelle, als Batterie oder als Akkumulator. Auch die Verwendung eines Kondensators ist in bestimmten Anwendungsfällen möglich. Da der trag bare Datenträger jedoch möglichst klein sein soll und somit nur eine Energiequelle mit geringer räumlicher Ausdehnung möglich ist, ist die in dieser Energiequellen enthaltene elektrische Energie begrenzt. Daher ist es zweckmäßig bzw. erforderlich, diese Energiequelle so wenig wie möglich zu belasten, insbesondere nur möglichst kurze Zeitdauern. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es daher zweckmäßig, daß Mittel zum Fest stellen der Leistung der von der Energie übertragenden Verbindung abgeleiteten Energieversorgung vorgesehen sind, um bei Überschreiten eines ersten Leitungswertes die Energiequelle vom Oszillator zu trennen. Sobald nämlich von dem Datenträger ausgesendete Daten in der festen Station empfangen und ausgewertet worden sind, kann diese ihrerseits die Aussendung des Magnetfeldes starten, durch das im Datenträger die Energieversorgung von der Energie quelle ersetzt wird. Dadurch wird die Energiequelle im Datenträger normalerweise nur kurzzeitig belastet, und auch in der festen Station wird nur während des eigent lichen Datenaustauschvorganges wesentliche Energie verbraucht. Wenn jedoch die Entfernung zwischen Daten träger und fester Station derart groß ist, daß das im Datenträger von der festen Station empfangene Magnetfeld zu gering ist, um eine ausreichende Energieversorgung der elektronischen Schaltung im Datenträger davon abzuleiten, wird der Datenträger über längere Zeit aktiv betrieben und verbraucht Energie aus der eigenen Energiequelle. Damit ist jedoch andererseits ein weitergehender Betrieb der Datenaustauschanordnung als bei einem rein passiv betriebenen Datenträger möglich, so daß die erfindungs gemäße Anordnung vielseitiger anwendbar ist.

Um die Benutzungsdauer des Datenträgers mit einer Energie quelle begrenzter Kapazität weiter zu erhöhen, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, daß die Mittel zum Festellen der Leistung eingerichtet sind, um bei Überschreiten eines zweiten Leistungswertes die Energieversorgung mit einem Speiseausgang zum Aufladen der Energiequelle zu koppeln. Diese Ausführung ist besonders zweckmäßig, wenn die Energiequelle ein Akkumulator oder auch ein Kondensator ist. Wenn sichergestellt ist, daß bei der Benutzung des Datenträgers genügend häufig ein aus reichend geringer Abstand zwischen Datenträger und fester Station erreicht wird, wird die Energiequelle stets nach geladen, so daß ein nahezu unbegrenzt häufig aktiver Betrieb des Datenträgers möglich ist.

Eine besonders einfache Möglichkeit zur Aufladung der Energiequelle ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle über einen Umschalter wahlweise mit dem Oszillator oder mit dem Speiseausgang verbindbar ist. Zweckmäßig ist es weiterhin, daß der Umschalter von den Mitteln zum Fest stellen der Leistung steuerbar ist. Dabei erfolgt dann eine automatische Umschaltung nicht nur von dem aktiven auf den passiven Betrieb des Datenträgers, sondern auch gleichzeitig auf den Ladebetrieb, ohne daß ein Benutzer der Datentaustauschanordnung hierfür eingreifen muß. Wenn der erste und der zweite Leistungswert unterschiedlich sind, kann der Umschalter eine Mittelstellung aufweisen, in der die Energiequelle weder mit dem Oszillator noch mit dem Speiseausgang verbunden ist. Im einfachsten Falle sind jedoch bei dieser Ausführung der erste und der zweite Leistungswert gleich, so daß für die Energiequelle bei eingeschaltetem Datenträger nur zwei Zustände möglich sind, nämlich Speisung des Oszillators oder Aufladung über die Energieversorgung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Daten austauschanordnung mit Datenträger und fester Station,

Fig. 2 eine Abwandlung eines Teils des Datenträgers.

Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Datenträgers 1 und einer festen Station 2. Der Datenträger 1 enthält eine Spule 20 und einen Kondensator 22, die zusammen einen Schwingkreis bilden. Dieser Schwingkreis ist über die Leitungen 21 und 23 mit einer Gleichrichterschaltung 12 verbunden, die aus der an dem Schwingkreis entstehenden Spannung, wenn die Spule 20 ein hochfrequentes Magnetfeld empfängt, wenigstens eine Gleichspannung auf einer Leitung 13 erzeugt, die die datenverarbeitende Schaltung 16 speist. Diese enthält wenigstens einen Speicher, häufig auch mehrere Speicher und einen Mikroprozessor, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht einzeln angegeben sind. Die Schaltung 16 ist ebenfalls über die Leitungen 21 und 23 mit dem Schwingkreis 20, 22 verbunden und überträgt die auszusendenden Daten vorzugsweise dadurch, daß der Schwingkreis abhängig von dem binären Wert der Daten gedämpft wird.

Die feste Station 2 enthält ebenfalls einen Schwingkreis, der aus einer Spule 30 und einem Kondensator 32 besteht und der über die Leitungen 31 und 33 mit einem Oszilla tor 34 verbunden ist. Dieser Oszillator 34 ist für eine höhere Leistung ausgelegt und erhält seine Energiever sorgung über eine Leitung 41 sowie auszusendende Daten über eine Leitung 39 von einer Verarbeitungsanordnung 38, üblicherweise einen Rechner, der ebenfalls über die Leitung 41 seine Energieversorgung erhält. Die über die Leitung 39 empfangenen Daten werden im Oszillator beispielsweise durch Frequenzmodulation oder Phasen modulation dem Schwingkreis 30, 32 zugeführt.

Die Leitungen 31 und 33 vom Schwingkreis sind ferner mit einer Empfangsanordnung 36 verbunden, die die von dem Datenträger 1 aufmodulierten Daten detektiert und regeneriert und dem Rechner 38 zuführt.

Die bisher beschriebenen Elemente entsprechen einer üblichen Datenaustauschanordnung mit einem passiv betriebenen Datenträger 1, der also nur dann Daten zur festen Station 2 übertragen kann, wenn letztere ein hoch frequentes Magnetfeld aussendet und dieses mit genügender Stärke in der Spule 20 des Datenträgers 1 empfangen wird. Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist nun zusätzlich eine Energiequelle 10 sowie ein Oszillator 18 vorgesehen, der ebenfalls mit den Leitungen 21 und 23 zum Schwingkreis 20, 22 verbunden ist. Wenn ein Benutzer des Datenträgers l einen Datenaustausch mit einer festen Station 2 beginnen will, die sich im Ruhezustand befindet und kein hoch frequentes Magnetfeld aussendet, wird im Datenträger 1 ein Schalter 28 geschlossen, so daß nunmehr der Oszillator 18 von der Energiequelle 10 über die Leitung 11 und den Schalter 24 gespeist wird und den Schwingkreis 20, 22, der einen bzw. den frequenzbestimmenden Teil des Oszilla tors 18 darstellt, zu Schwingungen anregt. Die dabei am Schwingkreis 20, 22 entstehende Spannung wird in der Gleichrichterschaltung 12 ebenso verarbeitet wie eine Spannung am Schwingkreis 20, 22, die durch ein hoch frequentes Magnetfeld von einer festen Station erzeugt wird. Damit wird auf der Leitung 13 eine Gleichspannung erzeugt, die die Schaltung 16 zur Abgabe von Daten anregt, die in üblicher Weise beispielsweise durch Bedämpfung des Schwingkreises 20, 22 auf die darin erzeugte Schwingung aufmoduliert wird.

In der festen Station 2 empfängt die Spule 30 das von dem Datenträger 1 ausgesandte Signal und erzeugt eine ent sprechende Spannung auf den Leitungen 31 und 33, die von der Empfangsschaltung 36 ausgewertet wird, da diese ständig über die Leitung 35 von einer Energiequelle 40 in der festen Station in Betrieb gehalten wird. Eine derartige Empfangsschaltung benötigt üblicherweise nur eine sehr geringe elektrische Energie. Sobald die Empfangsschaltung 36 eine Signalspannung auf den Leitungen 31 und 33 detektiert, steuert sie einen Schalter 42 an, so daß nunmehr auch die Leitung 41 mit der Energiequelle 40 verbunden ist und der Rechner 38 und der Oszillator 34 eingeschaltet werden. Damit erzeugt die feste Station 2 nun ihrerseits aktiv ein hochfrequentes Magnetfeld, das von dem Datenträger 1 aufgenommen und der Gleichrichterschaltung 12 zugeführt wird. Wenn die vom Datenträger 1 aufgenommene hochfrequente Leistung aus reichend größer ist als die vom Oszillator 18 in dem Schwingkreis 20, 22 erzeugte Leistung, steigt beispiels weise die Spannung auf der Leitung 13 an. Eine von dieser Spannung ebenfalls gesteuerte Detektionsschaltung 14, die diesen Leistungsanstieg bzw. diese höhere, der Gleich richterschaltung 12 zugeführte Leistung detektiert, steuert nun den Schalter 24 an und öffnet diesen, so daß der Oszillator 18 abgeschaltet wird. Nunmehr arbeitet der Datenträger 1 nur noch passiv mittels der von der festen Station 2 ausgestrahlten hochfrequenten Energie.

Die Gleichrichterschaltung 12 kann im übrigen auch eine Stabilisierungsschaltung oder Spannungsregelschaltung für die Spannung auf der Leitung 13 enthalten, und die Detek tionsschaltung 14 kann auch von dem Stabilisierungs- oder Regelsignal der Gleichrichterschaltung 12 angesteuert werden.

Wenn die von dem Datenträger 1 in der Spule 20 empfangene hochfrequente Energie ausreichend groß ist, führt die Detektionsschaltung 14 über eine Leitung 17 die auf der Leitung 13 erzeugte Spannung oder eine davon abgeleitete Spannung einem Speiseausgang 15 zu, der über die Leitung 11 mit der Energiequelle 10 verbunden ist und diese nunmehr auflädt. Dadurch kann der Energieverlust in der Energiequelle 10 bei dem anfänglichen aktiven Betreiben des Datenträgers 1 leicht wieder ausgeglichen werden.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 kann die Detektions schaltung 14 auf zwei verschiedene Werte der empfangenen hochfrequenten Leistung reagieren, indem bei einem ersten Leistungswert der Schalter 24 geöffnet und bei einem zweiten, höheren Leistungswert der Speiseausgang 15 mit Spannung versorgt wird. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Leistungswerte gleich zu wählen, so daß gleich zeitig der Schalter 24 geöffnet und der Speiseausgang 15 mit Spannung versorgt wird.

Die Fig. 2 zeigt eine etwas andere Ausführung der Umschaltung der Energiequelle 10 von Speisung des Oszillators 18 auf eine Aufladung, insbesondere wenn die Spannung auf der Leitung 13 mit der Spannung der Energie quelle 10 übereinstimmt. Dafür ist die Energiequelle 10 über die Leitung 11 mit einem Umschalter 50 verbunden, der von der Detektionsschaltung 14 angesteuert wird. Wenn eine ausreichende hochfrequente Leistung im Datenträger empfangen wird, steuert die Detektionsschaltung 14 den Umschalter 50 derart, daß die Leitung 11 der Energie quelle 10 nunmehr mit der Leitung 13 verbunden wird, so daß automatisch der Oszillator im Datenträger abgeschaltet und die Energiequelle 10 aufgeladen wird.

Claims

1. Datenaustauschanordnung mit einer festen Station (2) und einem tragbaren Datenträger (1), die miteinander durch Mittel (20, 30) für eine drahtlose Verbindung zur Über tragung hochfrequenter Energie gekoppelt sind, wobei die elektrische Energieversorgung des Datenträgers (1) wenigstens von der empfangenen hochfrequenten Energie ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Datenträger (1) eine Energiequelle (10) sowie ein Oszillator (18) vorgesehen sind, der von der Energiequelle (10) wahlweise betreibbar ist und der im Betrieb die Mittel (20) im Datenträger (1) für die drahtlose Verbindung speist, und daß die feste Station (2) Mittel (36) zum Empfang von hochfrequenter Energie vom Datenträger (1) enthält.

2. Datenaustauschanordnung nach Anspruch 1, bei der die Mittel für die drahtlose Verbindung wenigstens ein Spulen paar (20, 30) umfassen, von dem die eine Spule (30) in der festen Station (2) und die andere Spule (20) im Daten träger (1) angeordnet ist und einen Teil eines Schwing kreises (20, 22) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Schwingkreis (20, 22) frequenzbestimmender Teil des Oszillators (18) ist.

3. Datenaustauschanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (10) eine Solarzelle ist.

4. Datenaustauschanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (10) eine Batterie ist.

5. Datenaustauschanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (10) ein Akkumulator ist.

6. Datenaustauschanordnung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (14) zum Feststellen der Leistung der von der Energie übertragenden Verbindung abgeleiteten Energieversorgung (12) vorgesehen sind, um bei Überschreiten eines ersten Leitungswertes die Energie quelle (10) vom Oszillator (18) zu trennen.

7. Datenaustauschanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (14) zum Festellen der Leistung eingerichtet sind, um bei Überschreiten eines zweiten Leistungswertes die Energieversorgung (12) mit einem Speiseausgang (15) zum Aufladen der Energiequelle (10) zu koppeln.

8. Datenaustauschanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (10) über einen Umschalter (50) wahlweise mit dem Oszillator (18) oder mit dem Speiseausgang (15) verbindbar ist.

9. Datenaustauschanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (50) von den Mitteln (14) zum Feststellen der Leistung steuerbar ist.