ES2272796T3 - Sistema transpondedor con doble arrollamiento de antena. - Google Patents
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Abstract
Interrogador (100) para un dispositivo de radiofrecuencia, que comprende: un circuito de accionamiento para la antena (104); un receptor (108) para recibir y decodificar las señales de los transpondedores; una primera antena (112); y una segunda antena (114); estando caracterizado dicho interrogador (100) porque comprende además: un circuito divisor (106) conectado en comunicación con dicho circuito de accionamiento para la antena (104) y dicho receptor (108) de modo que dicho circuito divisor (106) divide una corriente de accionamiento generada por dicho circuito de accionamiento de antena (104) substancialmente en primeras y segundas corrientes de antena similares dirigidas a dichas primeras y segundas antenas (112, 114), de manera respectiva, y dicho circuito divisor (106) acopla en comunicación dichas primeras y segundas antenas (112, 114) con dicho receptor (108).
Description
Sistema transpondedor con doble arrollamiento de
antena.
La presente invención se refiere a un
dispositivo identificador o interrogador de acuerdo con el preámbulo
de la reivindicación 1. De acuerdo con ello, la presente invención
se refiere de manera general a un sistema de identificación por
radiofrecuencia (RFID), y de manera más particular, a una antena con
doble arrollamiento o bobina de antena mejorada y a un interrogador
o lector RFID de procesamiento de señal, para acoplar por inducción
a un transpondedor a efectos de extracción de datos de dicho
transpondedor. Se genera un campo magnético, emitido por el lector a
efectos de energizar dicho transpondedor, mediante corrientes que
fluyen a través de dos arrollamientos de antena esencialmente
idénticos pero separados uno del otro.
Un interrogador del tipo inicialmente mencionado
es conocido, por ejemplo, a partir del documento
US-A-4 542 532. En la industria de
identificación automática de datos, la utilización de sistemas de
identificación cooperativos que puede incluir un interrogador
(también conocido como lector) y un transpondedor (también conocido
como etiqueta), ha crecido de manera significativa como un modo de
seguimiento de objetos y/o datos concernientes a un objeto al cual
está fijado el transpondedor. Un transpondedor incluye en general
una memoria semiconductora, en la que puede almacenarse información
de tipo digital. Mediante la utilización de una técnica conocida
como acoplamiento inductivo, un transpondedor emite los datos
almacenados a un interrogador en respuesta a un campo
electromagnético que es generado por el interrogador. Este tipo de
sistema de identificación por acoplamiento inductivo es muy
versátil. El transpondedor puede ser pasivo, en cuyo caso extraen la
energía del campo electromagnético suministrado por el interrogador,
o activo, en cuyo caso incluyen su propia fuente de energía. Los
transpondedores pasivos pueden ser transpondedores de "medio
dúplex" o de "dúplex completo", que pueden ser fabricados en
unidades muy pequeñas, ligeras y poco costosas. Los sistemas
interrogador-transpondedor pueden ser utilizados
dentro de un amplio rango de frecuencias, desde los kilohercios
hasta los megahercios. El interrogador puede ser portátil y
alimentado mediante una pequeña batería, o ser fijo y estar
alimentado por una batería o energía AC.
En vistas de dichas ventajas, los sistemas de
identificación por acoplamiento inductivo son utilizados en
numerosos tipos de aplicaciones en las que se desea realizar el
seguimiento de información con respecto a un objeto en movimiento o
un objeto inaccesible. Numerosas aplicaciones pueden incluir control
de existencias e inventario, control de acceso, seguridad, y
aplicaciones de transporte tales como, por ejemplo, cobro de peaje
de vehículos, aparcamiento, y gestión de flota. Otra aplicación es
fijar transpondedores en animales a efectos de proporcionar
información acerca de su salud, comportamiento, o posición. Un
método de fijación del transpondedor es la implantación de dicho
transpondedor en el animal. Por ejemplo, el transpondedor puede ser
implantado por debajo de la piel del animal, o puede estar diseñado
de modo que, una vez tragado el transpondedor, éste permanezca
dentro del estómago o del tracto digestivo de dicho animal. Los
transpondedores pasivos resultan particularmente apropiados para
este tipo de aplicación debido a que no requieren una fuente interna
de energía, tal como una batería que podría agotarse.
El sistema de identificación por acoplamiento
inductivo puede utilizar un interrogador que genere, a través de un
arrollamiento de antena, un campo electromagnético para acoplarse de
manera inductiva a un transpondedor. El transpondedor puede ser
pasivo y tener un dispositivo de memoria acoplado a un arrollamiento
de antena inductivo que sirve tanto como antena así como suministro
de energía inductiva que permite extraer energía de un campo
electromagnético generado para suministrar energía a los circuitos
eléctricos del transpondedor. Un método para suministrar datos al
interrogador es hacer que el transpondedor retransmita los datos de
identificación al interrogador. Este acercamiento requiere la
utilización de circuitos de transmisión y recepción en el
interrogador y el transpondedor. De manera alternativa, dado que es
deseable miniaturizar el transpondedor, resulta beneficioso eliminar
tantas partes del transpondedor como sea posible. Por lo tanto, otro
método para suministrar datos al interrogador es disponer una carga
variable dentro del transpondedor. Para decodificar los datos, el
interrogador mide la salida de potencia del interrogador y la carga
por el transpondedor. La señal de potencia modulada es decodificada
para separar los elementos de datos para su posterior interpretación
digital.
Una desventaja de los sistemas de identificación
por acoplamiento inductivo convencionales es que el acoplamiento
inductivo entre el arrollamiento de antena inductiva del
transpondedor y el campo electromagnético, generado por el
arrollamiento de antena de campo del interrogador, puede depender de
la distancia relativa entre el arrollamiento de antena de campo del
interrogador y el arrollamiento de antena inductiva del
transpondedor. Si la distancia entre el arrollamiento de antena de
campo del transpondedor y el arrollamiento de antena inductiva del
transpondedor es minimizado, entonces es maximizado el acoplamiento
inductivo. Sin embargo, si la distancia es relativamente grande,
entonces el acoplamiento inductivo es despreciable y el acoplamiento
inductivo resulta menos efectivo. En consecuencia, será deseable
disponer un interrogador que aumente el rango efectivo para la
lectura del transpondedor.
En sistemas de identificación por acoplamiento
inductivo convencionales, el interrogador es incapaz o no está
diseñado para recoger perturbaciones en el campo magnético
provocadas por objetos conductores distintos a las etiquetas
transpondedoras. Por ejemplo, un animal o humano que camina cerca de
los arrollamientos de antena puede reaccionar magnéticamente con el
campo magnético producido por el interrogador. Sin embargo, los
sistemas RFID convencionales carecen de sensibilidad y/o circuitos
que detecten perturbaciones magnéticas. De acuerdo con ello, sería
deseable dar a conocer un interrogador que pudiera detectar objetos
conductores distintos a las etiquetas transpondedoras.
El documento
US-A-4 361 153 da a conocer un
sistema de telemetría por implante, mediante el cual una señal
magnética portadora de frecuencia miriamétrica generada externamente
es reflejada de manera resonante por un arrollamiento sintonizado en
un implante. La unidad de telemetría externa incluye de manera
preferente un conjunto de arrollamiento triple, separado de manera
coaxial. El arrollamiento central transmite la portadora. Los
arrollamientos receptores exteriores están equilibrados para
minimizar la recepción de la portadora.
La presente invención da a conocer un
interrogador que tiene las características de la reivindicación 1.
Realizaciones adicionales de la presente invención son descritas en
las reivindicaciones dependientes. Las dos antenas pueden ser
colocadas de modo que una etiqueta transpondedora pueda ser leída
cuando es colocada cerca de dichas antenas. Además, el interrogador
es capaz de detectar un objeto conductor distinto a la etiqueta
transpondedora. En una realización, cada arrollamiento de antena es
accionado para producir campos magnéticos idénticos y, de manera
preferente, dotados de fases opuestas. Un dispositivo en el
circuito, tal como un transformador, mide cualquier diferencia en la
corriente entre los arrollamientos de antena. El campo magnético
necesario para energizar un transpondedor y/o detectar un objeto
conductor es generado por corrientes que circulan por las antenas,
por ejemplo, tal como se describen en el presente documento
arrollamientos de antena con configuraciones variables, dispuestos
cerca de la zona en la que las etiquetas serán leídas o un objeto
será detectado. De manera preferente, los arrollamientos de antena
son idénticos y con fase opuesta, son embargo, está dentro del
alcance de la presente invención la utilización de distintas antenas
y/o arrollamientos de antenas que no tengan fases opuestas.
Cuando el transpondedor es colocado cerca de dos
arrollamientos de antena y es activado, se induce un cambio en el
campo magnético o campos magnéticos del arrollamiento o
arrollamientos de antena. Este cambio induce una corriente
diferencial, variable en el tiempo, medida entre los dos
arrollamientos de antena que refleja o representa los datos
almacenados en el transpondedor. Dicha corriente diferencial es
leída, filtrada y decodificada. En una realización de la presente
invención, se proporciona un circuito autosintonizador que se
sintoniza en resonancia con las señales de accionamiento de
arrollamiento antena-antena. También se dispone un
circuito autoanulador que anula cualquier corriente diferencial
inducida por fenómenos distintos a las etiquetas transpondedoras u
objetos conductores.
Otros sistemas, métodos, características y
ventajas de la presente invención resultarán evidentes para las
personas especializadas en la técnica a partir de la descripción
detallada y el análisis de las siguientes figuras. Debe entenderse
que todos dichos sistemas, métodos, características y ventajas
adicionales están incluidos dentro de la presente descripción, están
incluidos dentro del alcance de la presente invención, y están
protegidos por las reivindicaciones adjuntas.
La presente invención puede entenderse mejor
haciendo referencia a las siguientes figuras. Los componentes de las
figuras no están necesariamente a escala, sino que, en cambio, se
hace énfasis en mostrar y ejemplificar los principios de la presente
invención. Además, en las figuras, los números de referencia
similares designan partes correspondientes a lo largo de todas las
diferentes vistas.
La figura 1 muestra los componentes básicos del
lector de doble arrollamiento de antena de la presente
invención;
la figura 2 es un diagrama de bloques, a modo de
ejemplo, del circuito de lectura de la figura 1;
la figura 3 muestra un suministro de energía,
accionador de arrollamiento de antena y circuitos de
autosintonización de la presente invención, a modo de ejemplo;
la figura 4 muestra un circuito de recepción y
autoanulación de la presente invención, a modo de ejemplo;
la figura 5 muestra un circuito de
decodificación de la presente invención, a modo de ejemplo;
la figura 6 muestra procesadores de la presente
invención, a modo de ejemplo; y
la figura 7 muestra, a modo de ejemplo, un
divisor, un elemento de balance de arrollamiento, y arrollamientos
de antena de la presente invención.
La figura 1 muestra los componentes básicos del
interrogador RFID de la presente invención. El interrogador completo
(100) puede estar construido con componentes eléctricos analógicos,
componentes eléctricos digitales, o una combinación de los mismos.
De acuerdo con ello, la mayor parte de los componentes eléctricos
principales del interrogador (100) pueden estar construidos en un
solo chip IC, una placa de circuito impreso PC, o cualquier otra
placa de circuito y/o conjunto apropiados conocidos por las personas
especializadas en la técnica. Además, el sistema incluye dos
arrollamientos de antena (112) y (114) que están colocados de modo
que una etiqueta transpondedora pueda ser leída cuando sea colocada
en el campo generado por dichos arrollamientos de antes (112) y
(114). Las señales portadoras que accionan los arrollamientos de
antenas (112), (114) son generadas por procesadores (102) y son
alimentadas en los circuitos de alimentación/accionamiento de
arrollamientos de antena (104) para generar una señal de
accionamiento de arrollamientos de antena. Dichos circuitos de
alimentación/accionamiento de arrollamientos de antena (104)
contienen una red impedancia ajustada que permite que la impedancia
del circuito se ajuste a los arrollamientos de antena (112), (114).
Además, los circuitos de alimentación/accionamiento de
arrollamientos de antena (104) contienen una red autosintonizadora
(descrita a continuación) que permite que el circuito se sintonice
de manera automática a la resonancia deseada.
Un divisor (106) recibe la señal de
accionamiento de arrollamiento de antena de los circuitos de
alimentación/
accionamiento de arrollamientos de antena (104) y divide la corriente de forma equitativa para los arrollamientos de antena (112), (114). Cuando un transpondedor es colocado en el campo magnético generado en las proximidades de los dos arrollamientos de antena (112), (114) y activado por las señales de los arrollamientos de antena (112), (114), se induce un cambio capaz de ser medido de los campos magnéticos producidos por los arrollamientos de antena (112), (114). Este cambio induce una corriente diferencial que puede medirse entre los dos arrollamientos de antena (112), (114) que es representativa de los datos contenidos en un transpondedor de medio dúplex o dúplex completo y/o indicativo de un objeto conductor que pasa a través o a lo largo de los campos magnéticos producidos por los arrollamientos de antena (112), (114).
accionamiento de arrollamientos de antena (104) y divide la corriente de forma equitativa para los arrollamientos de antena (112), (114). Cuando un transpondedor es colocado en el campo magnético generado en las proximidades de los dos arrollamientos de antena (112), (114) y activado por las señales de los arrollamientos de antena (112), (114), se induce un cambio capaz de ser medido de los campos magnéticos producidos por los arrollamientos de antena (112), (114). Este cambio induce una corriente diferencial que puede medirse entre los dos arrollamientos de antena (112), (114) que es representativa de los datos contenidos en un transpondedor de medio dúplex o dúplex completo y/o indicativo de un objeto conductor que pasa a través o a lo largo de los campos magnéticos producidos por los arrollamientos de antena (112), (114).
La presente invención permite detectar objetos
tales como animales o humanos y/u otros objetos que sean
conductores. Por ejemplo, si un animal tal como una vaca pasa entre
los arrollamientos de antena o junto a los mismos, la presencia de
la vaca producirá una reacción en el campo o campos magnéticos
generados por los arrollamientos de antena (112), (114) y producirán
una perturbación mesurable de dicho campo o campos magnéticos. Esta
perturbación inducirá una corriente diferencial entre los dos
arrollamientos de antena (112), (114) que un lector conectado en
comunicación con el divisor (106) es capaz de detectar. Esta
característica puede ser utilizada para el seguimiento de animales,
humanos, y/u otros objetos que inicien una reacción magnética.
Además, esta característica puede ser utilizada para indicar que un
objeto conductor ha pasado a través de los arrollamientos de antena
sin tener una etiqueta transpondedora. Los medios indicadores de la
detección de un objeto conductor pueden tener cualquier tipo de
señal de salida, tal como una sirena, bocina, señal luminosa, o
cualquier otro tipo de mecanismo de salida conocido por personas
especializadas en la técnica.
La presente realización incluye un circuito de
equilibrio de arrollamiento de antena dentro del divisor (106) que
permite la coincidencia de la impedancia de los dos arrollamientos
de antena (112), (114) antes del funcionamiento o durante el mismo.
Esto puede lograrse, por ejemplo, mediante la utilización de una
inductancia diferencial ajustable y/o resistencias ajustables dentro
del divisor (106).
El interrogador RFID (100) incluye circuitos de
recepción (108) que están acoplados al divisor (106). Dichos
circuitos de recepción (108) reciben las señales diferenciales
generadas por un transpondedor de medio dúplex o de dúplex completo
y/o un objeto conductor cercano al campo magnético producido por los
arrollamientos de antena (112), (114), o dentro del mismo. Además,
el interrogador RFID (100) incluye circuitos de decodificación (110)
acoplados a los circuitos de recepción (108) que decodifican la
señal. Los circuitos de autoanulación también pueden estar
dispuestos en el receptor (108) que, de manera continua (entre
lecturas de transpondedores), anula cualquier desviación entre las
señales que accionan los arrollamientos de antena (112), (114).
La figura 2 es un diagrama de bloques, a modo de
ejemplo, del interrogador (100) de la figura 1. Se debe observar que
se incluyen numerosas variaciones de circuito y componentes, y que
su introducción queda dentro del alcance de la presente invención.
De acuerdo con ello, el interrogador (100') representa una
realización, a modo de ejemplo, del interrogador (100) mostrado en
la figura 1. Los bloques de circuito correspondientes (102), (104),
(106), (108), (110), (112), (114) de la figura 1 son indicados con
mayor detalle en la figura 2. El interrogador (100) funciona con una
fuente de corriente continua (202) derivada de un suministro de
corriente continua alimentado por una conducción de corriente
alterna o, de manera alternativa, una batería. El suministro
eléctrico de corriente continua está dividido de manera adicional en
varios niveles de voltaje mediante reguladores (no mostrados).
Tal como ha sido descrito, el procesador o
procesadores (102) incluyen memoria de sólo lectura programable y
borrable eléctricamente (EEPROM) (204) así como un procesador de
control (206), un generador de portadora (208), un procesador de
tareas de mantenimiento (210) y un procesador de entrada/salida de
comunicaciones ("COMM I/O") (212). Cada uno de dichos
componentes está interconectado eléctricamente, permitiendo que se
compartan datos e instrucciones dentro del procesador o procesadores
(102).
Los circuitos de alimentación/accionamiento de
arrollamientos de antena (104) incluyen, además del suministro
eléctrico (202), conmutadores de accionamiento de arrollamiento
(214), un dispositivo de ajuste de nivel de potencia (216), una red
de coincidencia de impedancias (218) y un autosintonizador (220).
Dichos componentes están interconectados, tal como se describe a
continuación, para recibir una señal de entrada desde el generador
de portadora (208) a los conmutadores de accionamiento de
arrollamientos (214) y emitir una señal de accionamiento de
arrollamiento hacia el divisor (106).
El divisor (106) incluye un divisor de señal
(222) que recibe la señal de accionamiento de arrollamiento de los
circuitos de alimentación/accionamiento de arrollamientos de antena
(104). El divisor (106) puede incluir un circuito de equilibrio de
arrollamiento (234), tal como se muestra en la figura 2, posicionado
entre el divisor (222) y los arrollamientos de antena (112) y (114).
Los arrollamientos de antena (112) y (114) pueden incluir una toma a
tierra común (237).
El divisor (106) no sólo acciona los
arrollamientos de antena (112) y (114), sino que además emite
señales desde los arrollamientos de antena (112) y (114) hacia los
circuitos de recepción (108). Los circuitos de recepción (108)
incluyen un autoanulador (224) que recibe las señales del divisor
(106), y reenvía las señales, después del procesamiento de
autoanulación, a un filtro amplificador de recepción (226). El
filtro amplificador de recepción emite señales a un demodulador
síncrono (228), que además recibe señales de entrada del generador
de portadora (208) del procesador o procesadores (102). El
demodulador síncrono (228) proporciona señales de salida a un
rectificador (230) que, a su vez, reenvía las señales a un
dispositivo de suma (232). Los circuitos de recepción (108) envían
las señales del filtro amplificador de recepción (226) y del
dispositivo de suma (232) a los circuitos de decodificación
(110).
Los circuitos de decodificación (110) incluyen
un decodificador de medio dúplex ("HDX") (227), para recibir
señales del filtro amplificador de recepción (226), y
decodificadores de dúplex completo ("FDX") (240) y (242), que
reciben señales del dispositivo de suma (232) para permitir la
decodificación de señales codificadas por desplazamiento de fase
("PSK") mediante el decodificador FDX (240) o señales
codificadas por desplazamiento de frecuencia ("FSK") mediante
el decodificador FDX (242), respectivamente, con extracción de
datos.
El procesador o procesadores (102) incluyen un
microprocesador de control (206) que es utilizado como control
maestro del interrogador (100), proporcionando señales de control
para la sincronización, comunicación, etc. La base de tiempo para
este microprocesador de control (206) es utilizada para generar una
señal de sincronización. Dicha señal de sincronización generada por
el microprocesador de control (206) es dividida bajándola a la
frecuencia de la portadora, 134,2 KHz por ejemplo, mediante un
segundo microprocesador generador de portadora (208), que genera
varias señales con frecuencias divididas. Por ejemplo, el
microprocesador generador de portadora (208) puede estar acoplado a
los circuitos de alimentación/accionamiento de arrollamientos de
antena (104') para proporcionar señales portadoras generadas para
accionar los conmutadores (214) de accionamiento de arrollamiento de
antena activándolos o desactivándolos, en el momento apropiado para
producir la menor cantidad de armónicos en una señal de
accionamiento de arrollamiento de antena producida por dichos
circuitos de alimentación/accionamiento de arrollamientos de antena
(104).
Además, el microprocesador generador de
portadora (208) puede estar conectado con los circuitos de recepción
(108) para proporcionar señales portadoras, también generadas en los
picos y ceros de la señal de accionamiento de arrollamientos de
antena, para el demodulador síncrono (228) de los circuitos de
recepción y otros propósitos de sincronización.
Los conmutadores de accionamiento de
arrollamientos de antena (214) conectan la red de coincidencia de
impedancia de arrollamientos de antena en secuencia con el voltaje
del suministro CC, luego abren el circuito, luego ponen a tierra el
circuito, luego abren nuevamente el circuito, luego vuelven a
conectar el voltaje de suministro CC. Los períodos de circuito
abierto resultan en una reducción significativa de la generación de
armónicos de la portadora en la señal de accionamiento de
arrollamiento de antena. Durante dichos períodos de circuito
abierto, la corriente inducida de los arrollamientos de antena fluye
a través de diodos (no mostrados) hacia tierra o hacia el suministro
de CC, según sea necesario. Los conmutadores de accionamiento de
arrollamiento de antena (214) suministran corriente a un dispositivo
de ajuste de nivel de potencia (216) y luego a la red de
coincidencia de impedancia (218) consistente en condensadores de
accionamiento en serie, los arrollamientos de antena, y
condensadores resonantes en paralelo. La impedancia del
arrollamiento de antena es relativamente baja, para mantener los
picos de voltaje dentro de valores convenientes. La red de
coincidencia de impedancia aumenta la impedancia vista por los
conmutadores de accionamiento de arrollamiento de antena (214) y
disminuye la conmutación de corriente a un valor conveniente.
Valores más pequeños de los condensadores de accionamiento en serie
aumentan la impedancia vista por los conmutadores de accionamiento
de arrollamiento de antena (214), reduciendo de este modo el pico de
voltaje y transmitiendo la potencia dentro de los arrollamientos de
antena. Dado que los condensadores de accionamiento en serie son
parte del circuito resonante, los cambios en los condensadores deben
ser reflejados en los condensadores del circuito resonante en
paralelo. Intercambiando parte de los condensadores de accionamiento
en serie entre tierra y los conmutadores, la frecuencia de
resonancia global permanece inalterada. Por lo tanto, puede
ajustarse de manera conveniente la potencia suministrada a los
arrollamientos de antena sin tener que volver a ajustar la
sintonización.
La inductancia de los arrollamientos de antena
puede variar con su posición y entorno, lo cual requiere una
resintonización de manera periódica para mantener la resonancia. El
circuito de autosintonización (220) sintoniza de manera automática
el circuito, conectando y desconectando condensadores de ajuste
según sea necesario. Un detector de fase (no mostrado) compara la
señal de arrollamiento de antena con la señal de accionamiento
digital, generando una señal de error de fase que indica la
dirección y la magnitud de la corrección necesaria para lograr la
resonancia. Dicha señal de error es enviada al microprocesador de
tareas de mantenimiento (210) que calcula la combinación correcta de
condensadores de ajuste para resintonizar con la frecuencia de
resonancia y ajusta los conmutadores de acuerdo con ello. Esta
actualización de conmutadores se produce sólo durante el período de
tiempo en que está desconectado el suministro eléctrico del
arrollamiento de antena, no durante una lectura de una etiqueta
transpondedora de dúplex completo.
La señal de accionamiento de arrollamientos de
antena continúa a partir de la coincidencia de impedancia (218) y
circuitos de autosintonización (220) hacia un circuito divisor de
potencia (222). El circuito divisor de potencia (222) divide la
corriente en los dos arrollamientos de antena coincidentes (112) y
(114), y resta las dos corrientes para obtener una corriente
diferencial. Puede utilizarse un dispositivo tal como un
transformador diferencial para extraer la corriente diferencial. Si
no existe una etiqueta modulando el campo magnético, las corrientes
dirigidas a cada arrollamiento de antena serán iguales y por lo
tanto no existirá una corriente diferencial. En el caso de que
exista una etiqueta cerca del campo y/o un objeto conductor sea
colocado cerca de dicho campo, existirá una diferencia entre las
corrientes que accionan los dos arrollamientos de antena. Dicha
diferencia aparecerá como una señal en el dispositivo de medición de
corriente diferencial. Por ejemplo, si se utiliza un transformador
diferencial, la corriente diferencial aparecerá como un voltaje en
un tercer arrollamiento del transformador diferencial. Los primeros
y segundos arrollamientos del transformador diferencial están
conectados a cada arrollamiento de antena. Dicha señal diferencial
soporta los datos de la etiqueta al receptor para amplificación,
demodulación y decodificación. La señal diferencial también soporta
cualquier señal indicativa de un objeto conductor en las
proximidades de los campos magnéticos. Resultan posibles miles de
otras configuraciones alternativas dentro del alcance de la presente
invención, incluyendo la utilización de un arrollamiento de antena
receptora independiente.
El campo magnético necesario para energizar una
etiqueta es generado por corrientes que fluyen a través de los
arrollamientos de antena (112) y (114) dispuestos cerca de la zona
en la que dichas etiquetas serán leídas. Por ejemplo, en una
realización, los arrollamientos de antena pueden estar colocados en
lados opuestos de una rampa de paso (o "pista") para el ganado,
con las etiquetas (o un objeto conductor) pasando entre los
arrollamientos de antena o al lado de los mismos. A pesar de que en
la presente realización los arrollamientos de antena están
construidos de manera que sean idénticos en la medida que resulte
posible, existirán pequeñas diferencias a causa del entorno en las
inductancias y la resistencia de corriente alterna entre los
arrollamientos de antena. Controles de equilibrio de inductancia y
resistencia (234) permiten una corrección inicial de dichas
diferencias, anulando la señal diferencial.
Si existe una etiqueta o un objeto conductor
dentro del campo magnético, la diferencia entre las señales de los
dos arrollamientos de antena aparecerá como una señal diferencial en
la entrada del receptor. En el caso de un objeto conductor, la señal
consistirá en una perturbación magnética. En el caso de una
etiqueta, la señal consistirá en la frecuencia portadora y bandas
laterales debidas a la modulación sobre dicha portadora, centradas
alrededor de una portadora de, por ejemplo, 134,2 KHz. Esta señal
recibida pasa a través de un filtro (226), reduciendo su ancho de
banda, y atenuando los componentes de ruido fuera de la banda
pasante.
La señal filtrada es demodulada en una
componente en fase "I" y otra componente en cuadratura "Q"
mediante un demodulador síncrono (228). El demodulador (228) es
accionado por señales generadas por el generador de portadora. Si
existe alguna componente de señal en fase con la portadora, la señal
"I" será positiva y en caso de que exista alguna componente de
señal fuera de fase con respecto a la portadora, la señal "I"
será negativa. Esto se aplica del mismo modo a la señal "Q",
pero involucra a la componente en cuadratura (90º respecto de la
portadora) de la señal.
Idealmente, el voltaje total en la frecuencia
portadora está representado por la raíz cuadrada de la suma de
cuadrados de las componentes "I" y "Q". En esta
realización a modo de ejemplo, la suma de los valores absolutos de
las componentes de "I" y "Q" puede ser utilizada como una
aproximación. Dos rectificadores de precisión (230) toman de forma
independiente el valor absoluto de las componentes "I" y
"Q", y luego la suma (232) es emitida como la amplitud de la
señal demodulada. La información de la amplitud del dispositivo de
suma (232) contiene datos de la etiqueta de dúplex completo,
codificados utilizando una modulación codificada por desviación de
fase (PSK) (240). El decodificador PSK junto con el microprocesador
de tareas de mantenimiento recupera los datos y la sincronización
para introducir al procesador de control.
En el caso de que los arrollamientos de antena
(112) y (114) fueran perfectamente idénticos, y el transformador
diferencial estuviera arrollado perfectamente, las corrientes de
arrollamientos de antena serían idénticas, y la diferencia sería
cero cuando no existieran objetos conductores y/o etiquetas en las
proximidades de los campos magnéticos. Simplemente, no existiría
ninguna portadora en la señal recibida. En la realidad, los
arrollamientos de antena (112) y (114) y la corriente dirigida a los
mismos no estará equilibrada de manera precisa, y se filtrará alguna
portadora, resultando en una desviación de corriente continua en las
señales "I" y "Q". Dicha desviación de corriente continua
es leída por el microprocesador de tareas de mantenimiento, que
acciona dos multiplicadores conversores digital a analógico, sumando
suficientes componentes "I" y "Q" de la portadora saliente
en la señal entrante para anular la portadora remanente. Dichas
componentes de corrección "I" y "Q" se combinan para
formar una señal igual, pero exactamente opuesta en fase a la señal
portadora remanente del transformador diferencial, forzando a cero
de este modo las desviaciones de corriente continua en las señales
"I" y "Q" demoduladas.
Las primeras dos secciones del
filtro/amplificador de recepción dejan pasar las frecuencias HDX
entre 124 y 135 KHz, de manera aproximada. Esta banda es alimentada
en un bucle de bloqueo de fase fijado con una frecuencia central de
129 KHz, que extrae y decodifica los datos y la señal de
sincronización codificada por desplazamiento de frecuencia (FSK)
junto con un programa que comparte espacio en el microprocesador
generador de portadora. La decodificación de etiqueta HDX se produce
sólo cuando la portadora está desactivada, de modo que no existe
interferencia entre las dos funciones en el mismo chip.
En otra realización, una interfaz de
comunicaciones dispone un enlace de comunicaciones de dos vías con
un ordenador o terminal externo, o cualquier otro dispositivo de
recolección de datos y control conocido por las personas
especializadas en la técnica. Además, una EEPROM almacena numerosos
parámetros y opciones de funcionamiento durante períodos de
desconexión. Puede estar localizado en uno de los microprocesadores
y/o en un chip independiente en un panel de PC.
La figura 3 muestra, a modo de ejemplo, una
fuente de suministro eléctrico, un accionador de arrollamiento de
antena, y circuitos de autosintonización (104) que corresponden a
los componentes del bloque (104) descritos anteriormente haciendo
referencia a la figura 2. Los bloques de circuito correspondientes
al suministro de eléctrico (202), los conmutadores de accionamiento
de arrollamiento (214), el ajuste de nivel de potencia (216), la red
de coincidencia de impedancia (218), y los circuitos de
autosintonización (220) en la figura 2 están indicados con mayor
detalle en la figura 3 con los numerales de referencia (102), (214),
(216), (218) y (220) de manera respectiva. La figura 3 es un
diagrama de circuito a modo de ejemplo y se debe observar que quedan
incluidas numerosas variaciones de circuitos y componentes y su
incorporación dentro del alcance de la presente invención.
Se aplica un voltaje de suministro de potencia
de corriente continua a los terminales (300) y (302) dirigiendo la
corriente a través de un fusible reajustable (304). Entonces, la
corriente es suavizada por un condensador (305), y un amplificador
diferencial (309) dispone una salida de 0 a 5 voltios proporcional a
la corriente a través de la resistencia (310) mientras que las
resistencias (311) y (312) escalan el voltaje de entrada a 5
voltios. La corriente de entrada es alimentada en el los
conmutadores nMOSFET (314) y (315) de accionamiento de arrollamiento
de antena y a un regulador de 10 voltios (316). Esta conducción de
10 voltios alimenta al accionador CMOS (317), un regulador de 5
voltios (318) y numerosos otros componentes. El regulador de 5
voltios (318) suministra un Vcc digital directamente, y 5 voltios
analógicos (319) a través de un filtro (320). A través del filtro
(322), el regulador de voltaje (318) también alimenta al inversor de
voltaje (323) que proporciona un suministro de -4,5 voltios al
filtro (324) y una salida de -4,5 voltios (325).
El accionador CMOS (317) dispone accionadores de
compuerta independientes para los conmutadores nMOSFET de
accionamiento de arrollamiento de antena (314) y (315). El diodo
(330) y el condensador (332) intensifican el voltaje de
accionamiento de compuerta por encima de la vía de suministro, de
manera que los MOSFETS pueden ser de canal n. Los condensadores
(334) y (335) disponen un suministro de voltaje de baja impedancia
para los conmutadores que minimizan el acoplamiento de frecuencia
portadora con la placa. El inductor (336) reduce los bordes de
conmutación de alta frecuencia por la misma razón. Los diodos
internos (no mostrados) a través de los MOSFETS proporcionan una
trayectoria de corriente al suministro de corriente continua o a
tierra cuando los dos conmutadores están desconectados.
Los condensadores (340), (341) y (342) forman
parte de una red de coincidencia de impedancia sintonizada junto con
los condensadores de sintonización en paralelo y el arrollamiento o
arrollamientos de antena. El condensador (340) está siempre en
posición y representa la configuración de mayor de impedancia (menor
potencia de accionamiento del arrollamiento de antena) mientras que
los condensadores (341) y (342) pueden ser conmutados mediante los
conmutadores (343) y (344) en paralelo con el enrollamiento de
antena o en paralelo con el condensador (340). De este modo,
mantienen constante la frecuencia de resonancia y, cuando están en
paralelo con el condensador (340), reducen la impedancia de
accionamiento en el arrollamiento de antena, aumentando la potencia
a un determinado voltaje. Esto permite cuatro configuraciones de
potencia seleccionables para cualquier voltaje de entrada sin
afectar la sintonización de los arrollamientos de antena. Las
resistencias (346) y (348) dividen el voltaje de accionamiento de
los arrollamientos de antena hasta un nivel de referencia. La
potencia es suministrada a las antenas de transmisión en (350).
Los tiristores bidireccionales (triac) (360) a
(365) y los condensadores (366) a (371) permiten una sintonización
automática del arrollamiento de antena mediante señales digitales.
El circuito se comporta como un convertidor digital capacitivo
("digital to capacity") dado que los condensadores se
encuentran en secuencia binaria. La combinación digital aplicada a
las compuertas de los triac mediante un microprocesador conecta los
condensadores apropiados para obtener el valor de sintonización
requerido. La resonancia se produce cuando la señal digital de
conmutación de arrolla-
mientos de antena está en cuadratura (90 grados) con la fase de la portadora de salida en el punto de referencia (372).
mientos de antena está en cuadratura (90 grados) con la fase de la portadora de salida en el punto de referencia (372).
El triac (373) es conectado brevemente cuando el
suministro eléctrico del arrollamiento de antena es desconectado
para absorber la energía resonante almacenada en la resistencia
(374), extinguiendo las oscilaciones en los arrollamientos de
antena. Los circuitos de disparador de lectura (375) y de entrada
auxiliar (376) permiten que el microprocesador de control responda a
entradas de conmutación externas al mismo tiempo que lo protegen de
transitorios externos. En el circuito de salida auxiliar (377), la
conducción AUX-OUT se pone en baja ("pulled
low") para permitir que el microprocesador controle los eventos
externos.
La figura 4 muestra un circuito de recepción y
autoanulación (108), a modo de ejemplo, correspondiente con los
componentes de bloque (108) descritos anteriormente haciendo
referencia a la figura 2. Los bloques de circuito correspondientes
al circuito de autoanulación (224), amplificador y filtros de
recepción (226), demodulador (228), rectificador (230) y circuito de
adición (232) en la figura 2 están indicados con mayor detalle en la
figura 4. La figura 4 es un diagrama de circuito a modo de ejemplo y
se debe observar que pueden realizarse numerosas variaciones de
circuito y de sus componentes, cuya incorporación está dentro del
alcance de la presente invención.
Una señal desequilibrada proveniente del
transformador diferencial del divisor (descrito en la figura 7) es
recibida en el punto (400). A modo de ejemplo, la señal puede ser
leída a 134,2 KHz. El condensador (402) proporciona un rechazo de
ruido inicial mientras que el amplificador (404) amplifica y deja
pasar a frecuencias bajas la señal para reducir el ruido de manera
adicional. Los condensadores (406) y (408) coinciden con las
impedancias entre los amplificadores (404) y el circuito resonante
consistente en un inductor (410) y un condensador (412), que
proporciona un polo filtrante.
El FET (transistor de efecto de campo) (414) se
conecta brevemente después de que se interrumpe el suministro
eléctrico de los arrollamientos de antena para eliminar cualesquiera
transitorias resultantes. El amplificador (414) aumenta el voltaje
hacia un filtro consistente en un inductor (416) y un condensador
(418). Si la señal recibida del transpondedor es una señal de medio
dúplex (HDX), la señal HDX es tomada antes del último polo filtrante
y si la señal recibida del transpondedor es una señal de dúplex
completo (FDX), la señal FDX continúa hasta (422). Un amplificador
(420) proporciona ganancia para accionar un inversor (424) y un
demodulador (426).
Los conmutadores CMOS en el demodulador (426)
seleccionan la señal directa o la señal invertida, dependiendo de la
fase de las señales de onda cuadrada en fase y de onda cuadrada en
cuadratura de un chip generador de portadora. Esto demodula la señal
recibida en una componente en fase con la portadora, y una
componente en cuadratura con la portadora. Las resistencias (428) y
(430) y los condensadores (432) y (434) integran las componentes en
fase (I) y en cuadratura (Q) para ser utilizadas en una
característica de autoanulación (descrito posteriormente). Las
señales I y Q también son rectificadas en los amplificadores (436) y
(438) y sumadas en el amplificador (440). El resultado es una señal
de dúplex completo demodulada (en banda base) en (442), lista para
decodificación encriptado por desplazamiento de fase (PSK) o
encriptado por desplazamiento de frecuencia (FSK) (descrito en la
figura 4).
Pequeños cambios en el entorno de los
arrollamientos de antena pueden producir desviaciones de impedancia
y permitir de esta forma la filtración de portadoras. La presente
invención presenta una característica de autoanulación que elimina
dicha filtración de portadora cuando resulta deseable. El circuito
(444) conforma un filtro activo de estado variable que toma una
muestra REF_I (446) de la portadora que sale, y proporciona voltajes
de referencia I y Q (I+, I-, Q+, Q-) a un conversor digital a
analógico con multiplicación doble (448) con salida de corriente
alimentando la conexión de suma en (404). Estas corrientes se suman
para formar una señal con fase opuesta pero de igual amplitud que la
portadora, anulando la filtración. La salida del demodulador (426)
es controlada por un procesador (microprocesador de tareas de
mantenimiento, por el multiplexor) en un bus local en serie mediante
la medición de los voltajes en OFFSET_I (450) y OFFSET_Q (452).
La figura 5 muestra un circuito de
decodificación (110''), a modo de ejemplo, correspondiente a los
componentes de bloque (110') descritos anteriormente haciendo
referencia a la figura 2. Los bloques de circuito correspondientes
al decodificador HDX (227), decodificador PSK (240), y el
decodificador FSK (242), en la figura 2, son indicados con mayor
detalle en la figura 5. La figura 5 es un diagrama de circuito, a
modo de ejemplo, y se debe observar que pueden realizarse numerosas
variaciones de circuito y de sus componentes cuya incorporación está
dentro del alcance de la presente invención.
La señal en banda base alimenta el filtro de
paso bajo (500) y el decodificador (502). El filtro de paso bajo
(500) acciona el comparador (504) que eleva al cuadrado la señal
encriptada por desplazamiento de fase para que el microprocesador
decodifique PSK_COMP (506). El decodificador (502) decodifica
señales encriptadas por desplazamiento de frecuencia. La señal del
oscilador controlado por voltaje es elevada al cuadrado para el
microprocesador en (508). (Pueden utilizarse numerosos tipos de
encriptación).
La señal de medio dúplex está encriptada por
desplazamiento de frecuencia, variando entre 124 KHz y 134,2 KHz de
manera aproximada, de modo que es dividida del filtro receptor en la
segunda etapa y alimentada en un bucle de bloqueo de fase (510) con
una frecuencia central de 128 KHz de manera aproximada. La
frecuencia de salida del oscilador controlado por voltaje pasa al
procesador (610) (figura 6) como reloj de datos HDX_CAR (512),
mientras que el voltaje de control VCO es elevado al cuadrado por el
amplificador (514) y enviado al procesador (610) (figura 6) como
transmisión de datos HDX_COMP (516). El procesador (610) (figura 6)
funciona además como el generador de sincronización de accionamiento
de portadora, pero dado que la etiqueta de medio dúplex es de sólo
lectura mientras que la portadora está desconectada, el procesador
(610) (figura 6) puede cumplir esta doble función.
La figura 6 muestra a modo de ejemplo el
procesador, la memoria, y los circuitos de comunicaciones (102)
correspondientes a los componentes de bloque (102) descritos
anteriormente haciendo referencia a la figura 2. Los bloques de
circuito correspondientes a la memoria (204), el controlador (206),
el generador de portadora (208), el microprocesador de tareas de
mantenimiento (210), y el procesador de comunicaciones de I/O (212)
de la figura 2 son indicados con mayor detalle en la figura 3. La
figura 6 es un diagrama de circuito a modo de ejemplo, y se debe
observar que pueden realizarse numerosas variaciones de circuito y
de sus componentes, cuya incorporación está dentro del alcance de la
presente invención.
La sincronización y el control básicos del
sistema son proporcionados por el cristal (600) y el microprocesador
maestro (206). El microprocesador (206) ejecuta el software que
facilita las comunicaciones externas, comunicaciones con otros
microprocesadores, salida de audio, destellos luminosos,
conmutadores de control de lectura externos, la decodificación y
formateo de datos recibidos de etiquetas, visualización de datos en
una pantalla LCD, almacenamiento de opciones y parámetros de usuario
en una EEPROM interna (204) u otro dispositivo de memoria, y en
general permitir el seguimiento del funcionamiento general del
sistema.
El microprocesador de tareas de mantenimiento
(210) mide voltajes analógicos a través del multiplexor (608), hace
de interfaz con el hardware de autosintonización y autoanulación, y
manipula de manera general tareas internas del lector. El generador
de sincronización de portadora (610) divide la frecuencia de reloj
para proporcionar señales con sincronización correcta para generar
la portadora (PULL-UP y PULL-DOWN)
("subir y bajar") y demodular la señal recibida (SQI, SQQ).
Además, cuando no está ocupado con las señales de arrollamientos de
antena, decodifica la etiqueta de medio dúplex junto con el
procesador (510) previamente descrito. El comparador (612) detecta
cruces en cero que son comparados con SQI en la puerta XOR (614)
para generar un voltaje de error de fase (TUN_ERR) (616) en el
multiplexor (608) de modo que el procesador (606) pueda controlar
los conmutadores TRIAC de autosintonización en la figura 3.
La figura 7 muestra a modo de ejemplo los
circuitos de división y de equilibrado de arrollamientos, y
arrollamientos de antena (106) correspondientes a los componentes de
bloque (106) descritos anteriormente haciendo referencia a la figura
2. Los bloques de circuito correspondientes al divisor (222),
equilibrado de arrollamientos (234), y arrollamientos de antena
(112) y (114) en la figura 2 son indicados con mayor detalle en la
figura 7. La figura 7 es un diagrama de circuito a modo de ejemplo y
se debe observar que pueden realizarse numerosas variaciones de
circuito y de sus componentes, cuya incorporación está dentro del
alcance de la presente invención.
En la presente realización, la corriente que se
divide en los dos arrollamientos de antena (708) es equilibrada
mediante una red resistiva de equilibrado (702) y un inductor
diferencial ajustable (706) que permiten al usuario equilibrar la
corriente suministrada a los dos arrollamientos de antena. Un
transformador diferencial (704) mide la diferencia en la corriente
entre los dos arrollamientos de antena (112) y (114) que refleja si
los datos están contenidos en un transpondedor de medio dúplex o
dúplex completo y/o es indicativa de un objeto que pasa a través de
los campos magnéticos.
A pesar de que previamente ha sido descrito un
"arrollamiento" de antena, debe entenderse que, en la presente
invención, puede utilizarse cualquier tipo de antena, arrollada o de
otro tipo, conocida dentro de la técnica.
La descripción anterior de las figuras 3 a 7,
junto con las propias figuras, dan a conocer un circuito
representativo y los componentes principales que las personas
especializadas en la técnica comprenderán que pueden ser modificados
dependiendo de las numerosas aplicaciones. A efectos de completar la
descripción, en las figuras anexas 3A, 4A, 5A, 6A y 7A, son
diagramas de circuito detallados que incluyen valores de referencia
para los elementos de circuito de las figuras correspondientes 3 a
7.
A pesar de que han sido descritas numerosas
realizaciones de la presente invención, resultará evidente para las
personas especializadas en la técnica que numerosas otras
realizaciones e implementaciones resultan posibles dentro del
alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (9)
1. Interrogador (100) para un dispositivo de
radiofrecuencia, que comprende:
un circuito de accionamiento para la antena
(104);
un receptor (108) para recibir y decodificar las
señales de los transpondedores;
una primera antena (112); y
una segunda antena (114);
estando caracterizado dicho interrogador
(100) porque comprende además:
un circuito divisor (106) conectado en
comunicación con dicho circuito de accionamiento para la antena
(104) y dicho receptor (108) de modo que dicho circuito divisor
(106) divide una corriente de accionamiento generada por dicho
circuito de accionamiento de antena (104) substancialmente en
primeras y segundas corrientes de antena similares dirigidas a
dichas primeras y segundas antenas (112, 114), de manera respectiva,
y dicho circuito divisor (106) acopla en comunicación dichas
primeras y segundas antenas (112, 114) con dicho receptor (108).
2. Interrogador (100), según la reivindicación
1, en el que dicho circuito divisor (106) está acoplado en
comunicación con el circuito accionador de antena (104) para dividir
las señales de los transpondedores en señales de accionamiento
equilibradas y acopla en comunicación las primeras y segundas
antenas (112, 114) con dicho receptor (108), en el que dicha señal
de transpondedor obtenida por dichas primeras y segundas antenas
(112, 114) es decodificada.
3. Interrogador (100), según la reivindicación
1, comprendiendo de manera adicional un detector de efecto de campo
para detectar variaciones en un campo electromagnético; y un
detector de diferencia de corriente acoplado en comunicación con
dicho circuito divisor (106) para medir corrientes diferenciales
impuestas en las primeras y segundas antenas (112, 114).
4. Interrogador (100), según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende de manera adicional un
detector de diferencias de corriente acoplado en comunicación con
dicho circuito divisor (106) para obtener una señal derivada de un
diferencial de campo de la primera antena (112) en comparación con
la segunda antena (114).
5. Interrogador (100), según la reivindicación 3
ó 4, en el que el detector de diferencia de corriente es un
transformador diferencial.
6. Interrogador (100), según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho receptor (108) está adaptado
para recibir la señal derivada del diferencial de campo,
comprendiendo de manera adicional dicho interrogador (100) un
decodificador (110) para procesar la señal y obtener la información
codificada.
7. Interrogador (100), según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho receptor (108) incluye de
manera adicional un circuito autoanulador para anular cualesquiera
desviaciones entre la primera antena (112) y la segunda antena
(114).
8. Interrogador (100), según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho circuito divisor (106)
incluye de manera adicional un circuito de equilibrio de antenas
(234) para ajustar las primeras y segundas antenas (112, 114) de
modo que las señales de accionamiento de las primeras y segundas
antenas (112, 114) sean substancialmente equivalentes.
9. Interrogador (100), según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, que comprende de manera adicional un
circuito de autosintonización (104) para sintonizar la corriente de
accionamiento suministrada a las primeras y segundas antenas (112,
114) con una determinada frecuencia de resonancia.
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