NL1032074C2 - Zend-/ontvanginrichting voor respondersignalen. - Google Patents

Description

Titel: Zend-/ontvanginrichting voor respondersignalen

De uitvinding heeft betrekking op een zend-/ontvanginrichting voor respondersignalen verschaft door responders van een radiofrequent identificatiesysteem, omvattend een zender die op basis van een kristaloscillator een zendersignaal genereert en toevoert aan tenminste één 5 antenne voor het vormen van een ondervragingsveld voor responders, en een met de tenminste ene antenne verbonden ontvanginrichting voor het ontvangen van door een responder gegenereerde signalen. Dergelijke identificatiesystemen worden dikwijls kortweg aangeduid als RFID-systemen en worden bijvoorbeeld toegepast voor het elektronisch 10 identificeren van personen, dieren, goederen etc. die daartoe zijn voorzien van een responder. Dergelijke responders worden ook wel met andere termen aangeduid, zoals tag, detectieplaatje, transponder, chip, etc.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het detecteren van respondersignalen.

15 De responders bevatten een van een code voorziene elektronische schakeling, die in een door een zender (veelal gecombineerd met een ontvanger en dan aangeduid als zend/ontvanger) opgewekt ondervragingsveld een respondersignaal genereert, dat de code van de responder omvat en dat door de ontvanger opgevangen en herkend kan 20 worden. Daartoe onttrekt de responder aan het ondervragingsveld voedingsenergie voor de elektronische schakeling, die vervolgens het ondervragingsveld moduleert met het respondersignaal. Het ondervragingsveld is in beginsel een elektromagnetisch wisselveld, doch is bij de hier gebruikte, relatief lage, RFID-frequenties vrijwel uitsluitend 25 magnetisch van aard.

De ontvanger moet op effectieve wijze het antennesignaal van een identificatiesysteem kunnen scheiden in twee componenten. Bij de 1 0 3 20 7 4 2 ontvangst van een signaal van een FDX (Full DupleX) responder bestaat het antennesignaal van de ontvanger uit het zendersignaal voor de energievoorziening van de responder en het respondersignaal dat de respondercode in zich bergt. Het zendersignaal heeft een amplitude die een 5 miljoen maal groter kan zijn dan het respondersignaal. Een ontvanger moet in staat zijn het zwakke respondersignaal te scheiden van dit sterke signaal, wat een aantal beperkingen met zich meebrengt bij het ontwerp. De meest gangbare methode om de respondercode te scheiden van het sterke zendersignaal, is het gebruik van de topdetector. Het totale antennesignaal 10 wordt daarbij eerst door een filter geleid, dat de frequentieband met daarin de informatie van de code scheidt van de meeste andere radiosignalen. Vervolgens transformeert de topdetector deze frequentieband naar de basisband, wat in feite inhoudt dat de twee zijbanden aan weerszijden van het zendersignaal over elkaar worden geschoven in het frequentiegebied van 15 0 tot enkele kHz. Bij deze bewerking wordt het zendersignaal omgezet in een gelijkspanning. Daarna kan met behulp van een zogenaamde koppelcondensator vervolgens het sterke zendersignaal worden gescheiden van de code-informatie. Aan deze methode kleeft een aantal bezwaren. Zo is op deze manier geen onderscheid meer te maken tussen informatie uit de 20 z.g. onderzijband en die uit de bovenzijband. Storing uit slechts één van deze zijbanden zal altijd het eindresultaat verstoren. Gewoonlijk kan dit probleem worden voorkomen met een quadratuurdetector, maar in deze situatie met een zeer sterk zendersignaal, is zo'n detector niet praktisch toepasbaar. Daarnaast kan bij een wijziging van de amplitude van het 25 zendersignaal grote verstoring optreden van de ontvangen code, waardoor code-informatie verloren kan gaan. De uitvinding beoogt de bovenstaande problemen te voorkomen of althans te reduceren. Behoefte bestaat aan een ontvanger die de respondersignalen effectief scheidt van eventuele stoorsignalen uit de omgeving. Zoals uit bovenstaande blijkt gaat dit niet 3 optimaal indien het zendersignaal nog steeds is toegevoegd aan dit respondersignaal.

Volgens de uitvinding wordt een ontvanginrichting van de bovengenoemde soort gekenmerkt door middelen voor het uit het 5 antennesignaal reconstrueren van het oorspronkelijke zendersignaal en door een optelinrichting met een negatieve ingang, waaraan het gereconstrueerde signaal wordt toegevoerd, en een positieve ingang waaraan het antennesignaal wordt toegevoerd, waarbij de uitgang van de optelinrichting verbonden is met een AM ontvanger, die als uitgangssignaal 10 een respondersignaal verschaft.

In het volgende zal de uitvinding nader worden beschreven met verwijzing naar de bijgevoegde tekening. De enkele figuur toont een blokschema van een voorbeeld van een deel van een zend-/ontvanginrichting 1 van een RFID-systeem.

15 De getoonde zend-/ontvanginrichting 1 omvat een zender 2, die op basis van een kristaloscillator 3 een zendersignaal van een geschikte frequentie, bijvoorbeeld 134 kHz, opwekt. Het zendersignaal wordt met behulp van tenminste een antenne 4 uitgestraald voor het vormen van een ondervragingsveld in een detectiezone nabij de antenne.

20 Indien zich in het ondervragingsveld een bij het RFID-systeem behorende responder bevindt, wordt de responder door het ondervragingsveld geactiveerd en zal de responder een respondersignaal genereren. Het respondersignaal moduleert de amplitude van het ondervragingsveld. Daardoor ontstaat in het geval van een FDX responder 25 aan de antenne een antennesignaal dat is samengesteld uit het zendersignaal en het respondersignaal. Het antennesignaal is een in amplitude gemoduleerd signaal, waarbij de amplitudemodulatie het respondersignaal representeert.

Zoals in het voorgaande reeds is opgemerkt, is het weliswaar 30 mogelijk om het antennesignaal op gebruikelijke wijze met een topdetector 4 te transformeren teneinde het de respondercode bevattende respondersignaal te verkrijgen, doch luidt deze bekende methode niet tot optimale resultaten.

Volgens de uitvinding wordt daarom het respondersignaal op 5 andere wijze uit het antennesignaal teruggewonnen en wel door het oorspronkelijke zendersignaal te reconstrueren en vervolgens af te trekken van het antennesignaal.

Hiertoe wordt het antennesignaal, dat de som is van het zendersignaal en het respondersignaal toegevoerd aan een 10 begrenzingsschakeling 5. De begrenzingsschakeling verwijdert alle amplitude-informatie uit het signaal, zodat een blokvormig signaal 6 ontstaat. Het blokvormige signaal is in fase met het aan de antenne aangeboden zendersignaal, doch er kunnen wel fasevariaties zijn ten opzichte van het oorspronkelijke signaal van de kristaloscillator 3, dat een 15 uiterst stabiele fase heeft. Deze mogelijke faseverschillen kunnen bijvoorbeeld ontstaan zijn in een antennefilter (niet getoond) en zijn in het blokvormige signaal 6 aangegeven door de verdikt getekende verticale flanken van het blokvormige signaal.

Het blokvormige signaal 6 wordt daarom toe gevoerd aan een 20 fasecompensatie-inrichting 25, die in dit voorbeeld een fasemodulator 7, een fasedetector 8, een hoogdoorlaatfilter 10 en een vergelijkschakeling 11 omvat. Het blokvormige signaal wordt via de fasemodulator 7 toegevoerd aan de fasedetector 8, die de fase van het blokvormige signaal 6 vergelijkt met de fase van het signaal 9 van de kristaloscillator. Het resultaat van de 25 vergelijking wordt via hoogdoorlaatfilter 10 toegevoerd aan de vergelijkschakeling 11.

De vergelijkschakeling ontvangt aan de ene ingang het uitgangssignaal van het hoogdoorlaatfilter 10, dat het faseverschil tussen het kristaloscillatorsignaal en het blokvormige signaal 6 representeert. Aan 30 de andere ingang van de vergelijkschakeling wordt een geschikte 5 referentiespanning toegevoerd. Met behulp van het uitgangssignaal van de vergelijkschakeling wordt de fasemodulator 7 zodanig bestuurd, dat de fasedetector 8 geen uitgangssignaal meer levert. Dit betekent dat de fasemodulator 7 dan een kopie 12 van het zendersignaal levert, met dezelfde 5 fase en zonder amplitudemodulatie. Dit kopiesignaal 12 wordt vervolgens toegevoerd aan een amplitudereconstructie-inrichting 26, die in dit voorbeeld een amplitudedetector 13, een laagdoorlaatfQter 14, en een amplitudemodulator 15 omvat. Het signaal 12 wordt toegevoerd aan de amplitudedetector 13, die tevens het antennesignaal ontvangt. De 10 amplitudedetector bepaalt voortdurend de momentane amplitude van het antennesignaal en genereert met behulp van het kopiesignaal 12 een signaal dat gelijk is aan de amplitude van het antennesignaal. Het laagdoorlaatfilter 14 ontvangt dit amplitudesignaal en vormt de gemiddelde waarde daarvan. Hierdoor wordt de door de responder veroorzaakte 15 modulatie verwijderd. Met het gemiddelde waardesignaal wordt met behulp van de amplitudemodulator 15, waaraan ook weer het door de fasemodulator 7 verschafte kopiesignaal toegevoerd wordt, het kopiesignaal gemoduleerd. Het aldus verkregen gereconstrueerde signaal heeft nu precies dezelfde frequentie, fase en amplitude als het oorspronkelijke 20 zendersignaal.

Het gereconstrueerde signaal wordt toegevoerd aan de negatieve ingang van een optelinrichting 16, terwijl het antennesignaal aan de positieve ingang van de optelinrichting 16 wordt toegevoerd. Derhalve verschaft de optelinrichting een uitgangssignaal, dat bestaat uit het 25 antennesignaal minus het gereconstrueerde oorspronkelijke zendersignaal. Dit uitgangssignaal bestaat derhalve uitsluitend uit het respondersignaal en eventuele externe storingen. Het uitgangssignaal van de optelinrichting 16 wordt toegevoerd aan een AM-ontvanger 17, die weer aan de uitgang 18 de respondercode afgeeft aan een niet nader getoonde inrichting voor 30 verdere verwerking van de respondercode.

6

De AM ontvanger detecteert voorts eventuele restanten van het zendersignaal en voert deze via een amphtude-offsetregehnrichting 19 toe aan een offsetinstelingang 20 van de amplitudedetector, en via een fase-offsetregelinrichting 21 toe aan een offsetinstelingang 22 van de 5 vergelijkingsinrichting 11.

Een groot voordeel van de toepassing van het beschreven circuit is, dat het mogelijk wordt om verschillende typen ontvangers te gebruiken. Zowel klassieke analoge ontvangers als digitale ontvangers met een digitale signaalprocessor zijn toepasbaar.

10 Opgemerkt wordt, dat de uitvinding zeer geschikt is voor toepassing bij ISO zend/ontvangers. Dergelijke zend/ontvangers kunnen als ASK (Amplitude Shift Keying)-ontvanger en als FSK (Frequency Shift Keying)-ontvanger werken en kunnen ook HDX (half duplex) responders herkennen. Bij HDX responders wordt de zender een aantal malen per 15 seconde aan- en uitgeschakeld, bijvoorbeeld 50 ms aan en 20 ms uit. Tijdens het zenden (de “aan”-fase) wordt de HDX responder van energie voorzien, en tijdens de “uit”- fase wordt de code van de HDX responder door de ontvanger gelezen. Een ISO zend/ontvanginrichting volgens de uitvinding is transparant voor HDX responders.

20 1032074

Claims (13)

1. Zend-/ontvanginrichting voor respondersignalen verschaft door responders van een radiofrequent identificatiesysteem, omvattend een zender die op basis van een kristalosciUator een zendersignaal genereert en toevoert aan tenminste één antenne voor het vormen van een 5 ondervragingsveld voor responders, en een met de tenminste ene antenne verbonden ontvanginrichting voor het ontvangen van door een responder gegenereerde signalen gekenmerkt door middelen voor het uit het antennesignaal reconstrueren van het oorspronkelijke zendersignaal en door een optelinrichting met een negatieve ingang, waaraan het 10 gereconstrueerde signaal wordt toe gevoerd, en een positieve ingang waaraan het antennesignaal wordt toegevoerd, waarbij de uitgang van de optelinrichting verbonden is met een AM ontvanger, die als uitgangssignaal een respondersignaal verschaft.

2. Zend-/ontvanginrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat de middelen voor het reconstrueren van het oorspronkelijke zendersignaal een begrenzingsschakeling omvatten, die in bedrijf het antennesignaal ontvangt en daaruit alle amplitude-informatie verwijdert voor het vormen van een blokvormig signaal.

3. Zend-/ontvanginrickting volgens conclusie 2, met het kenmerk, 20 dat de middelen voor het reconstrueren van het oorspronkelijke zendersignaal voorts een fasecompensatie-inrichting omvatten, die de fase van het blokvormige signaal vergelijkt met die van het signaal van de kristalosciUator en fasevariaties verwijdert.

4. Zend-/ontvanginrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, 25 dat de fasecompensatie-inrichting een fasemodulator omvat, die is verbonden met een fasedetector, die tevens het signaal van de kristalosciUator ontvangt en die het faseverschil tussen het signaal van de 1032074 fasemodulator en het signaal van de kristaloscillator respecterend uitgangssignaal verschaft aan een vergelijkschakeling, die tevens een referentiesignaal ontvangt en die een uitgangssignaal verschaft, dat de fasemodulator zodanig bestuurt, dat de fasedetector geen uitgangssignaal 5 meer levert.

5. Zend-/ontvanginrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat tussen de fasedetector en de vergelijkingsschakelaar een hoogdoorlaatfilter is verbonden.

6. Zend-/ontvanginrichting volgens één der conclusies 3 t/m 5, met 10 het kenmerk, dat de fasecompensatie-inrichting een uitgang heeft die is verbonden met een amplitudereconstructie-inrichting 26 voor het reconstrueren van de amplitude van het oorspronkelijke zendersignaal.

7. Zend-/ontvanginrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de amplitudereconstructie-inrichting een amplitudedetector omvat, die 15 het antennesignaal en het uitgangssignaal van de fasecompensatie- inrichting ontvangt en een uitgangssignaal genereert, dat gelijk is aan de amplitude van het antennesignaal.

8. Zend-/ontvanginrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het uitgangssignaal van de amplitudedetector via een laagdoorlaatfilter, 20 dat de door het respondersignaal veroorzaakte amplitudemodulatie verwijdert, wordt toegevoerd aan een amplitudemodulator, die tevens het uitgangssignaal van de fasecompensatie-inrichting omvat, en dit in amplitude moduleert met het door het laagdoorlaatfilter verschafte signaal voor het vormen van een gereconstrueerd signaal met dezelfde frequentie, 25 fase en amplitude als het oorspronkelijke zendersignaal.

9. Zend-/ontvanginrichting volgens één der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de AM ontvanger is ingericht om eventuele restanten van het zendersignaal in het uitgangssignaal van de optelinrichting te detecteren en op basis hiervan fase- en/of amplitude- 1032074 offsetsignalen via geschikte regelinrichtingen toe te voeren aan de middelen voor het reconstrueren van het oorspronkelijke zendersignaal.

10. Zend-/ontvanginrichting volgens conclusie 9 en één der conclusies 4 t/m 8, met het kenmerk, dat de AM-ontvanger via een fase- 5 offsetregelinrichting is verbonden met een offset-instelingang van de vergelijkingsinrichting.

11. Zend-/ontvanginrichting volgens conclusie 9 en één der conclusies 7 of 8, met het kenmerk, dat de AM-ontvanger via een amplitude-offsetregelinrichting is verbonden met een offset-instelingang van de 10 amplitudemodulator.

12. Werkwijze voor het detecteren van respondersignalen in een zend-/ontvanginrichting van eèn radiofrequent identificatiesysteem, welk radiofrequent identificatiesysteem een zender omvat, die een zendersignaal genereert en toevoert aan tenminste één antenne voor het vormen van een 15 ondervragingsveld voor responders, en een met de tenminste ene antenne verbonden ontvanginrichting voor het ontvangen van door een responder gegenereerde signalen, waarbij uit het in bedrijf aan de antenne heersende antennesignaal met behulp van een fasecompensatie-inrichting en een amplitudereconstructie-inrichting het oorspronkelijke zendersignaal wordt 20 gereconstrueerd, en dat voor het verkrijgen van het respondersignaal het gereconstrueerde signaal wordt afgetrokken van het antennesignaal.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de zend/ontvanginrichting een zend/ontvanginrichting volgens de ISO-norm is, die ook half duplex responders kan herkennen. 25 1032074