(57)【要約】【課題】変調された後方放射を用いたＨＦ通信システムのための後方散乱型トランスポンダにおいて、トランスポンダ固有のパラメータをいっそう良好に殊に高い信頼性を伴ってテストできるようにする。【解決手段】高周波搬送波信号を受信するアンテナが設けられており、このアンテナは反射特性を有しており、トランスポンダ固有のパラメータを供給する制御装置と、この制御装置により制御可能な変調器が設けられており、この変調器は、アンテナの反射特性を少なくとも１つのトランスポンダ固有のパラメータに従って変更するように構成されている。【選択図】図２
2006180507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された後方放射を用いたＨＦ通信システム（１）のための後方散乱型トランスポンダ（３）において、
高周波搬送波信号（１３）を受信するアンテナ（６）が設けられており、該アンテナ（６）は反射特性を有しており、
トランスポンダ固有のパラメータ（Ｐ１，Ｐ２）を供給する制御装置（２０〜２２）と、
該制御装置（２０〜２２）により制御可能な変調器（２３）が設けられており、
該変調器（２３）は、前記アンテナ（６）の反射特性を少なくとも１つのトランスポンダ固有のパラメータ（Ｐ１，Ｐ２）に従って変更することを特徴とする、
後方散乱型トランスポンダ。
【請求項２】
請求項１記載のトランスポンダにおいて、
前記制御装置（２０〜２２）は、アンテナ（６）の反射特性を変更するために変調器（２３）を制御する少なくとも１つの制御信号（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）を発生することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項３】
請求項１または２記載のトランスポンダにおいて、
前記制御装置（２０〜２２）は周波数制御を行う少なくとも１つの発振器（２５）を有しており、該発振器（２５）に対し周波数調整の制御量として、トランスポンダ固有のパラメータ（Ｐ１，Ｐ２）を表す電圧信号（Ｓ１，Ｓ２，ＶＤＤ，Ｖ０）が供給され、該発振器（２５）の出力側から前記電圧信号（Ｓ１，Ｓ２，ＶＤＤ，Ｖ０）に基づき制御信号（Ｆ１，Ｆ２，Ｓ３）を発生することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項４】
請求項３記載のトランスポンダにおいて、
前記発振器（２５）は電流制御型発振器（２５）または電圧制御型発振器（２５）として構成されていることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項５】
請求項３または４記載のトランスポンダにおいて、
トランスポンダ固有のパラメータ（Ｐ１，Ｐ２）を表す前記電圧信号（Ｓ１，Ｓ２，ＶＤＤ，Ｖ０）として、電磁界から抽出された給電電圧（ＶＤＤ）および／またはバンドギャップ電圧および／またはＲＳＳＩ出力電圧が用いられることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
トランスポンダ（３）にエネルギーを供給するエネルギー供給装置（２４）が設けられており、該エネルギー供給装置（２４）は、トランスポンダ（３）周囲の電磁界から給電電圧（ＶＤＤ）を抽出し、前記制御装置（２０〜２２）は抽出された該給電電圧（ＶＤＤ）から制御信号（Ｆ１，Ｆ２，Ｓ３）を取得することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項７】
請求項６記載のトランスポンダにおいて、
前記エネルギー供給装置（２４）は、安定化されたおよび／または整流された給電電圧（ＶＤＤ）を発生することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
前記発振器（２５）の出力側と該発振器（２５）の後段に接続された変調器（２３）の制御入力側との間に、第１の個数の分周段を備えた分周器（２６）が設けられており、該分周器（２６）は前記発振器（２５）により発せられた発振器周波数（Ｆ１）を分周して周波数の低減された制御信号（Ｆ２）を供給することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項９】
請求項８記載のトランスポンダにおいて、
前記分周器（２６）はリセット装置（２７）を有しており、該リセット装置（２７）を介して分周器（２６）は信号レベルを超えたときにリセット可能であることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１０】
請求項９記載のトランスポンダにおいて、
前記リセット装置（２７）はＰＯＲ制御信号（ＰＯＲ）を入力結合させるための制御入力側を有しており、該制御入力側を介して前記分周器（２６）をリセットするための閾値を設定可能であることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
前記変調器（２３）は、後方散乱変調器（２３）または負荷変調器（２３）として構成され、前記アンテナ（６）と結合され可変に調整可能な負荷を有しており、前記アンテナ（６）の後方散乱断面は負荷を変化させることにより可変であることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１２】
請求項１１記載のトランスポンダにおいて、
前記変調器（２３）は容量可変の負荷を有しており、容量性の該負荷の容量を変えることにより前記アンテナ（６）から後方散乱された信号（７）の位相角が変えられることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１３】
請求項１２記載のトランスポンダにおいて、
容量可変の前記負荷は、制御可能なバラクタたとえばＣＭＯＳバラクタとして構成されていることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載のトランスポンダにおいて、
前記容量性負荷はマイクロマシニング技術によるコンポーネントとして構成されており、該コンポーネントの容量はトランスポンダ（３）の周囲温度および／または周囲圧力の変化に依存して変化することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
センサ装置（２０，２１）が設けられており、該センサ装置（２０，２１）は制御装置（２２）と接続されており、または該制御装置（２０〜２２）の構成部分であり、測定したセンサデータ（Ｐ１，Ｐ２）を該制御装置（２２）へ供給することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１６】
請求項１５記載のトランスポンダにおいて、
前記センサ装置（２０，２１）は、トランスポンダ（３）の送受信装置（５）とともに単一の半導体チップに集積されていることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１７】
請求項１５または１６記載のトランスポンダにおいて、
前記センサ装置（２０，２１）は、容量性で動作するおよび／または抵抗性で動作する少なくとも１つのセンサ（２０，２１）を有することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１８】
請求項１５から１７のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
前記センサ装置（２０，２１）は、電流源および／または電圧源として動作する少なくとも１つのセンサ（２０，２１）を有することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
別の制御装置（４）が設けられており、該別の制御装置（４）は前記制御装置（２０〜２２）を制御し、前記変調器（２３）により発せられた変調信号（Ｆ１，Ｆ２）を調整してトランスポンダ（３）を基地局（２）と通信させることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項２０】
請求項１９記載のトランスポンダにおいて、
前記制御装置（２０〜２２）は前記別の制御装置（４）の構成部分であることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
送受信装置（４）が設けられており、該送受信装置（４）はトランスポンダ（３）の外部インタフェースを成しており、該送受信装置（４）は送受信アンテナ（６）として構成されたアンテナ（６）と変調器（２３）を有しており、該送受信アンテナ（６）は高周波搬送波信号（１３）を基地局（２）から受信し応答信号（７）を送り戻すために設けられていることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項２２】
請求項２１記載のトランスポンダにおいて、
前記送受信装置（４）はＲＳＳＩ電圧を供給するＲＳＩＩ回路を有することを特徴とするトランスポンダ。
【請求項２３】
請求項２１または２２記載のトランスポンダにおいて、
前記送受信装置（４）は整流器経路を有しており、該整流器経路中に整流電圧を供給する整流素子が設けられていることを特徴とするトランスポンダ。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか１項記載のトランスポンダにおいて、
該トランスポンダ（３）はＨＦ識別通信システム（１）たとえばＨＦ識別通信システム（１）のための構成部分であることを特徴とするトランスポンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調された後方放射ないしは後方散乱を用いたＨＦ通信システムのための後方散乱型トランスポンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明はトランスポンダ技術分野に係わるものであり、殊に識別を目的とする非接触通信の分野に係わる。原則的に任意の通信システムに適用できるとはいえ、以下では本発明ならびに本発明の基礎とする問題点について、いわゆるＲＦＩＤ通信システムおよびその適用事例を参照しながら説明する。この場合、ＲＦＩＤとは「無線周波数識別 Radio Frequency Identification」のことである。このようなＲＦＩＤ技術の一般的なバックグラウンドとしてKlaus Finkenzeller著、Hanser出版の"RFID-Handbuch" (ＲＦＩＤハンドブック) 第３版、２００２年刊を参照されたい。
【０００３】
ＲＦＩＤシステムの場合、典型的には基地局（リーダ）から送出された電磁信号がトランスポンダ（タグ Tag）により受け取られて復調される。この場合、エネルギー供給がどのように行われているのかに従い、能動型トランスポンダと半能動型トランスポンダと受動型トランスポンダとが区別される。能動型トランスポンダとは異なり受動型トランスポンダは固有のエネルギー供給装置を有しておらず、したがってトランスポンダにおいて受信した電磁信号を復調およびデコーディングするために必要とされるエネルギーを、基地局から送信されたその電磁信号自体から取り出さなければならない。このような単方向のエネルギー伝送のほか、典型的には基地局とトランスポンダとの間で双方向のデータ通信も行われる。
【０００４】
ＵＨＦおよびマイクロ波に基づくたいていのＲＦＩＤシステムもしくはセンサシステムの場合、基地局とトランスポンダとの間における双方向のデータ通信は最初に基地局の側から始められ、その際、基地局から問い合わせ信号（コマンド、データリクエスト）が、基地局周囲に存在する種々のトランスポンダに向けて送信される。データ通信に関与する１つまたは複数のトランスポンダは、この問い合わせに対し典型的には応答信号（レスポンス）によって応動する。
【０００５】
トランスポンダから基地局へ戻されるデータ返送のために殊に、いわゆる後方散乱技術が使用される。この種のトランスポンダのことを、以下では後方散乱型トランスポンダと称する。この方式によれば、最初に基地局から高周波電磁搬送信号が送出され、この信号はトランスポンダの送受信装置により受け取られて処理される。さらに受信信号は慣用の変調方式により変調され、トランスポンダの送受信アンテナにおける後方散乱セクションを利用して再び散乱されて戻される。
【０００６】
ヨーロッパ特許EP 750 200 B1には公知のＲＦＩＤ通信システムについて記載されており、これによれば後方散乱方式を利用してデータ返送が行われる。この場合、基地局は第１の情報を通信システムの少なくとも１つのトランスポンダへ伝送し、それによって基地局から送信された信号が受け取られ、デコーディングされて、そこから第１の情報が取り出される。さらにトランスポンダは後方散乱変調器を有している。後方散乱変調器は、基地局により送信された信号から取り出された後方散乱信号を変調する。この変調に際して、送信された信号の第１の情報から取り出された第２の情報が利用される。第２の情報の内容にはたとえば、データレートあるいはトランスポンダから後方散乱された信号において利用された変調が含まれる。
【０００７】
この種のトランスポンダにおいて、高速かつできるかぎり効率的なテストオプションに対する要求が課されることもあり、その目的はそれによってトランスポンダの品質、性能、機能性等に関する情報を与えることのできる１つまたは複数のトランスポンダ固有のパラメータを求めることである。トランスポンダ自体に関する情報が得られるとともにＲＦＩＤシステム全体に関する情報も得られるきわめて重要なトランスポンダ固有のパラメータは、トランスポンダ側の整流器の効力ないしは効率である。整流器の効力ないしは効率は第１の近似としては、トランスポンダが受け取る有効信号と基地局から送信される送信信号との比である。これによって典型的には電磁波の伝送経路上の損失に関する情報だけしか得られないので、実際の整流器効率を求めるためには当然ながら整流器出力側におけるＤＣ電力と受け取った有効信号との比を求めなければならない。
【０００８】
トランスポンダもしくは整流器は受信側で著しく多くの寄生成分を有しているので、整流器の効率は低下する。個々のトランスポンダの品質および性能を判定するためは、まさにこのトランスポンダ固有のパラメータをできるかぎり精確に求めることができるようにすることである。
【０００９】
さらに別のトランスポンダ固有のパラメータは、トランスポンダにより電磁界から抽出される電圧に依存し後方散乱状態に重大な影響を及ぼす変調器の変調変位、外部電磁界から抽出される電圧自体、ならびに受信品質等である。
【００１０】
ＵＨＦベースまたはマイクロ波ベースのＲＦＩＤシステムにおけるこのようなトランスポンダ固有のパラメータを求めようとする場合、これを多数のやり方で行うことができる。
【００１１】
トランスポンダ固有のパラメータをたとえばスタティックに求めることができる。この場合、１つまたは複数のそれぞれ望ましいトランスポンダ固有のパラメータは、トランスポンダ自体により測定され評価される。評価されたパラメータは、ついでトランスポンダ内部のレジスタまたはメモリに書き込まれる。テストに続いて、記憶されているトランスポンダ固有のパラメータを外部の読み取り装置により再び読み出すことができる。ただしこの方式は非常に煩雑である。なぜならば、相応の評価装置と記憶装置をもつテストトランスポンダをわざわざ設けて準備しなければならいからである。殊に、一般に利用される受動型トランスポンダおよび半受動型トランスポンダは、コスト上の理由だけからもトランスポンダ内部にテスト用にわざわざ設けられるテスト装置を備えていないので、そのように構成されたトランスポンダは回路技術的に複雑になり、ひいてはコストがかかってしまう。しかもこの種のトランスポンダテストを用いたところでスタティックなテストしか実行できない。その理由は、求められたデータはテストプロセスが終了してからはじめて読み出して評価できるからである。変化する電磁界におけるダイナミックなテストオプションは、この場合には不可能である。
【００１２】
上述のスタティックなテストのほか、トランスポンダ固有のパラメータをダイナミックに、つまりトランスポンダ動作中に求めることのできる可能性も存在する。ダイナミックなテストの場合、コード接続された測定装置が後方散乱型トランスポンダの端子に装着される。ただし装着された接続コードはアンテナとして作用し、これも同様に基地局から送信された電磁界の一部分を後方散乱させるのに寄与する。基地局から放射された電磁信号の出力が受動型トランスポンダの場合のように比較的大きいならば、アンテナとしてはたらく接続コードを介して評価回路における回路に及ぼされる相応の反作用も考慮しなければならない。その結果、典型的には測定結果は程度の差こそあれ変化し、ひいては誤ったものとなってしまう。したがって、トランスポンダシステムの電磁界におけるこのようなダイナミックなテストから得られる情報の信頼性は低い。
【００１３】
それゆえ後方散乱をベースとする現在のトランスポンダシステムの場合、ＵＨＦまたはマイクロ波のフィールドで上述のトランスポンダ固有のパラメータの情報を高い信頼性を伴って求める簡単な手段は存在しない。基地局から送信された問い合わせ信号に応答してトランスポンダから基地局に向かってデータが返送される最低限のテストだけしか存在せず、その際、データによって表されるのは、トランスポンダの変調がオンであるのかオフであるのかだけである。トランスポンダの性能、その受信装置の効率等のチェックを行うことはできない。
【特許文献１】EP 750 200 B1
【非特許文献１】Klaus Finkenzeller著、Hanser出版の"RFID-Handbuch" (ＲＦＩＤハンドブック) 第３版、２００２年刊
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このようなバックグラウンドから出発して本発明の課題は、トランスポンダ固有のパラメータをいっそう良好に殊に高い信頼性を伴ってテストできるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によればこの課題は、変調された後方放射を用いたＨＦ通信システムのための後方散乱型トランスポンダにおいて、高周波搬送波信号を受信するアンテナが設けられており、該アンテナは反射特性を有しており、トランスポンダ固有のパラメータを供給する制御装置と、該制御装置により制御可能な変調器が設けられており、該変調器は、前記アンテナの反射特性を少なくとも１つのトランスポンダ固有のパラメータに従って変更することにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の基礎とする着想は、いずれにせよ後方散乱型トランスポンダに設けられている変調器を、トランスポンダから基地局へのデータ返送にのみ利用できるだけでなく、テストモード中にトランスポンダ固有のパラメータを伝送するためにも利用できる、という点にある。以下で詳しく説明するこのようなトランスポンダ固有のパラメータとは、トランスポンダの機能ならびにトランスポンダと基地局とのデータ通信を表す状態量、テスト量等のことである。
【００１７】
つまりトランスポンダ厳密にいえばその変調器は、周知のように基地局とトランスポンダとの間でデータ通信が行われる第１の動作モードを有しており、すなわちこの動作モードにおいては半二重モードまたは全二重モードで基地局からトランスポンダへデータが送信され、それに対応する応答信号がトランスポンダから基地局へ送り戻される。ただしこの第１の動作モードは本発明の対象ではなく、したがって本願ではそれについては詳しくは説明しない。このような第１の動作モードに加えて、本発明によるトランスポンダは第２のいわゆるテストモードでも作動させることができる。
【００１８】
このテストモード中、トランスポンダは上述のトランスポンダ固有のパラメータを求め、それを場合によっては評価して、それに対応する信号を基地局へ送り戻し、その際、返送されたこの信号の評価により基地局においてトランスポンダ固有のパラメータを推定することができる。
【００１９】
この場合に重要であるのは、トランスポンダがいわゆる後方散乱型トランスポンダとして構成されていて、この場合、トランスポンダが電磁界中に存在するならば、トランスポンダにより後方散乱断面を利用してその送受信アンテナが基地局へ信号を送り戻すことができる点である。さらに重要であるのは、トランスポンダはトランスポンダ固有のパラメータを求めるためにセンサ装置を有していて、このセンサ装置によりトランスポンダ固有のパラメータが求められ制御装置へ転送されることである。制御装置はテストモード中、変調器を制御し、少なくとも１つのトランスポンダ固有のパラメータから導出された制御信号に従い反射特性が変えられるよう制御が行われる。本発明による解決手段の格別な利点によれば、本発明による著しく簡単かつエレガントなやり方によって、センサ装置により求められたトランスポンダ固有のパラメータが基地局へ送信され、その際、この信号が何らかの余分なテストアンテナまたはテスト信号によって、および／または不所望な反射によって、誤ったものとはならずに送信される。したがって基地局は、トランスポンダからテストモード中に送信された信号を評価することができ、それに基づき高い信頼性を伴って個々のトランスポンダ固有のパラメータの推定を行うことができる。
【００２０】
従属請求項ならびに図面を参照した以下の説明には、本発明の有利な実施形態が示されている。
【００２１】
本発明のきわめて有利な実施形態によれば、制御装置はアンテナの反射特性を変えるために、変調器制御に用いられる制御信号を発生する。その際、この制御信号には、少なくとも１つのトランスポンダ固有のパラメータに関する情報が含まれている。
【００２２】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、制御装置は周波数制御を行う発振器を有している。この発振器に対し発振器周波数調整用の制御量として、トランスポンダ固有のパラメータを表す電圧信号を供給することができる。このようにして、求められたトランスポンダ固有のパラメータを基地局へ伝送するための著しく簡単かつ非常にエレガントな解決手段が得られ、これによればアナログまたはディジタルで存在するそれらのパラメータは発振器の周波数調整のための制御量として用いられる。アナログまたはディジタルで存在するこれらトランスポンダ固有のパラメータは発振器によって、個々のパラメータ値に応じた固有の周波数に変換される。発振器はこの周波数信号を用いて変調器を制御し、その際、変調器へ供給される周波数信号に依存してアンテナの反射信号が変えられる。基地局は、トランスポンダのアンテナから後方散乱した信号の側波帯（補助搬送波）を評価し、この側波帯のスペクトル状態から発振器信号の周波数ひいてはトランスポンダ固有のパラメータを推定することができる。
【００２３】
これに関連して殊に有利であるのは、発振器を電圧制御型発振器（ＶＣＯ）または電流制御型発振器（ＩＣＯ）として構成することである。このような発振器形式の場合にはアナログの制御量として、個々のトランスポンダ固有のパラメータからダイレクトに導出された電圧信号もしくは電流信号を用いることができる。
【００２４】
精確な把握がきわめて重要となるトランスポンダ固有のパラメータは、トランスポンダにより高周波電磁界から抽出された給電電圧である。抽出された給電電圧を把握することにより、受信側におけるトランスポンダ整流器の効力ないしは効率に関する推定を行うことができる。この整流器を１段または多段で構成することができる。この場合、電磁界から抽出された給電電圧は、トランスポンダの送受信装置に設けられている整流器の効率に対する尺度となる。整流器の効率は、受信した有効信号と基地局から送信された信号との比から量定される。典型的には基地局は数Ｗの出力で送信を行う。トランスポンダから基地局までの距離が等しければ、抽出される電圧が高ければ高いほど整流器の効率は高くなる。たとえば、送受信装置もしくはそこに含まれている整流器が多くの寄生要素を有している場合、効率は比較的低くなる。
【００２５】
抽出された給電電圧の把握のほか、たとえばバンドギャップ電圧、ＲＳＳＩ出力電圧などさらに別のトランスポンダ固有のパラメータも重要である。バンドギャップ電圧はきわめて一定であり、したがってこれを比較量および／または基準量として利用することができる。
【００２６】
トランスポンダはそのエネルギー供給のためにエネルギー供給装置を有しており、これはアンテナが受け取った電磁搬送波から給電電圧を生成する。この給電電圧を、安定化された給電電圧および／または整流された給電電圧として供給することができる。電磁界から抽出された給電電圧を求めるために、エネルギー供給装置により生成されたこの給電電圧またはその前に導出された電圧信号が制御信号として用いられる。この場合、安定化されたおよび／または整流された給電電圧は、（電圧制御型）発振器を制御するための制御量として用いられる。これに基づき発振器の出力側からは周波数信号が発せられ、ここでこの周波数信号の周波数は安定化されたおよび／または整流された給電電圧の関数である。そして基地局は、後方散乱された信号の側波帯を測定することにより周波数信号の周波数情報を取得することができ、つまりは給電電圧に関する情報およびそのダイナミクスをじかに取得することができる。
【００２７】
本発明の１つの有利な実施形態によれば、発振器の出力側とこの発振器の後段に接続された変調器の制御入力側との間に、第１の個数の分周段を備えた分周器が設けられている。この分周器は、発振器から発せられた発振器周波数を分周して低減するように構成されている。
【００２８】
有利にはこの分周器はリセット装置を有しており、信号レベルが下回ったときにこのリセット装置を介して分周器をリセットすることができる。典型的には、分周器はこの目的でＰＯＲ制御信号（POR = Power on Reset）を入力結合させるための制御入力側を有しており、この制御入力側を介して分周器リセットの閾値を設定することができる。この実施形態によれば、発振器により発せられた周波数信号は後段に接続された分周器に最初に供給される。特定の電圧レベルを下回ってこの分周器がリセットされたとき、トランスポンダ固有のパラメータのアナログまたはディジタルの閾値を量定することができる。他方、変調器を頻繁に高速で切り換えることによって負荷を低減することができ、それによってこの場合にも、一般的に用いられている通常の動作モードと一致する負荷状態が得られるようになる。
【００２９】
このテストモードの著しく有利な実施形態によれば、ＰＯＲ制御信号のかわりに別のアナログ制御量を量定することもでき、この場合、発振器から発せられた周波数のクロックが遮断され、もしくはカウンタのためのＰＯＲ信号が使用される。
【００３０】
１つの有利な実施形態によれば、変調器は後方散乱変調器または負荷変調器として構成されており、アンテナと結合された可変に調整可能な負荷を有している。この負荷を変化させることにより、それ自体周知のやり方でアンテナの後方散乱断面を変えることができ、ひいてはアンテナの反射特性を調整することができる。
【００３１】
第１の実施形態によれば、変調器は容量可変の負荷を有しており、容量性のこの負荷の容量を変えることによりアンテナから後方散乱された信号の位相角が変えられる。有利にはこの位相変化を、基地局により有効信号として検出することができる。
【００３２】
別の有利な実施形態によれば、容量可変の負荷は制御可能なバラクタとして構成されており、したがってその容量を制御量によって調整することができる。殊に有利であるのはＣＭＯＳ互換の制御可能なバラクタであり、このバラクタの制御可能なゲート容量はたとえばＣＭＯＳトランジスタの構成部分である。同様に有利であるのはＣＭＯＳエンハンスメント型バラクタ（accumulation mode）であり、つまりドレイン・ソース負荷区間が短絡されたＭＯＳＦＥＴであり、これはＭＯＳＦＥＴのゲート電極に対して駆動可能である。この種のバラクタはＱが著しく高い点で優れており、これによってトランスポンダから基地局への通信距離が拡大される。その際に有利には、容量可変負荷もしくは可制御バラクタを制御装置により制御することができ、これによって可変容量負荷の可変部分を介して制御電圧を加えることができる。このようにして後方散乱信号について少なくとも２つの、理想的には任意の個数の位相角を実現することができる。
【００３３】
同様に著しく有利な実施形態によれば、容量性負荷はマイクロマシニング技術によるコンポーネントとして構成されており、これは変調器において容量的に作用する。この場合、マイクロマシニング技術によるコンポーネントは外部の周囲条件たとえばトランスポンダ周囲の温度、トランスポンダの周囲圧力等に従い制御され、これによってきわめて簡単なセンサ機能が得られるようになる。周囲温度もしくは周囲圧力が変化すると、マイクロマシニング技術によるコンポーネントの容量も変化する。そしてこの容量変化を変調に対する制御信号として用いることができる。周囲温度および周囲圧力ではなく、マイクロマシニング技術によるコンポーネントの容量変化をもたらす変化を伴う他の周囲環境条件および制御量も考えられる。
【００３４】
きわめて有利な１つの実施形態によれば別個のセンサ装置が設けられており、このセンサ装置は制御装置と接続されていて、測定したセンサデータを制御装置へ供給する。これによれば別個のセンサ装置は変調器に対しダイレクトな作用を及ぼさない。このセンサ装置を別個の集積回路として形成することができ、これにはたとえば電磁界から抽出された給電電圧が供給される。
【００３５】
１つの著しく有利な実施形態によれば、センサ装置は送受信装置とともに単一の半導体チップに集積されている。センサ装置をトランスポンダの送受信装置における他のコンポーネントともに１つのチップに集積できるのであれば、複雑であり電力を消費するパッドドライバ回路を省くことができる。このようなセンサ装置を、受動型トランスポンダの用途においても実装することができる。ただしここで問題となる可能性があるのは、これによってセンサデータの連続的な捕捉が難しくなることである。このような理由ゆえに有利であるのは、電磁界から抽出される給電電圧を（半受動型）トランスポンダから供給される給電電圧と組み合わせることである。このことは、送受信装置における少なくとも１つのコンポーネントを外部給電電圧により持続的に給電することによって、著しく簡単に実現することができる。その際、送受信装置における少なくとも１つのコンポーネントの電圧給電は、調整回路を介して制御される。電磁界から抽出された給電電圧が十分であるならば、このコンポーネントの電圧給電は抽出された給電電圧によって行われる。送受信装置の上述のコンポーネントを有利にはセンサ装置とすることができる。このようにして保証されるのは、センサ装置に対し常にエネルギーが供給されてセンサデータの連続的な捕捉が実現されることである。センサ装置のエネルギー供給に関する別の可能性として挙げられるのは、先に挙げたエネルギー供給の組み合わせにおいて送受信装置に充電装置を設け、これを制御装置の構成部分とすることである。これによってトランスポンダの蓄電池を、トランスポンダが電磁界中に存在しているかぎり充電することができる。
【００３６】
１つの有利な実施形態によれば、センサ装置は容量作用をもつおよび／または抵抗作用をもつ少なくとも１つのセンサを有している。
【００３７】
抵抗作用をもつセンサであれば、測定すべき電流をセンサにより捕捉して評価することができる。また、抵抗作用をもつセンサの抵抗の変化を、たとえば分圧器などを用いて電圧測定により捕捉することもできる。たとえば周囲温度を測定しようとする場合には、温度により影響が及ぼされる特性をもつセンサ素子が設けられる。このためにたとえばｐｎ接合部をもつセンサ素子を設けることができ、これによればｐｎ接合部を介して電圧が温度に依存する。センサ素子のｐｎ接合部を介した電圧と温度のこのような依存性を、一般的に知られている評価回路を用いて評価することができる。この電圧を適切な評価後、たとえば上述の発振器を用いて後方散乱により基地局へ送り戻すことができ、それを基地局において評価することができる。
【００３８】
センサが容量性であって、センサ容量の変化を変調器の変調制御のためにそのままでは利用できない場合には、センサの容量変化を用い所定の周波数によりセンサ装置を制御することで、センサ信号電圧を発生させることができる。このことはたとえば、容量作用をもつセンサにより電流を測定し、信号の準備処理後に評価して適切な形式で格納することによって実現される。このようにして、測定された値をひとまとまりの値としておよび／またはディジタル形式で、後方散乱により基地局へ伝送することができる。付加的にまたは択一的に、容量作用をもつセンサを使用して電流を測定し、測定された電流信号の処理後、その信号を変調器へ適切な形式で供給することもできる。このことも、電流制御型発振器または電圧制御型発振器によって実現できる。容量作用をもつセンサを容量性分圧器として構成することもでき、これには少なくとも１つの調整可能なキャパシタンスが含まれている。この場合、可変容量に基づき容量性分圧器の素子を介して発生した電圧を、制御装置によりたとえばＡ／Ｄ変換器を使用して評価することができる。
【００３９】
これに加えて、抵抗作用をもつまたは容量作用をもつセンサを測定ブリッジ回路の構成部分とすることもできる。抵抗成分または容量成分の変化により発生した測定ブリッジ電圧を制御装置における適切な後続処理後、後方散乱によって基地局へ送り戻すことができる。付加的にまたは択一的に、容量作用をもつセンサを差分コンデンサとして構成することもでき、これをいわゆるＣＣＲＲ測定ブリッジにおいて使用することができる。この適用事例の場合、交流電圧の印加により振幅変調された測定ブリッジ電圧が発生し、この電圧も制御装置による評価後に変調制御電圧として使用することができる。
【００４０】
容量作用をもつまたは抵抗作用をもつセンサを、発振器の所定の周波数を調整するために使用すれば、発振器から発せられる周波数を後段に接続された周波数変換器へ供給することができる。このために簡単な回路はローパスフィルタまたはハイパスフィルタである。これらのフィルタを抵抗およびコンデンサと組み合わせることにより、回路技術的にきわめて簡単なやり方で実現することができる。別の可能性として挙げられるのは、発振器から発せられた周波数を適切な分周回路によりパルス幅変調信号として後段に接続された変調器に作用させることである。
【００４１】
さらに容量作用を及ぼすまたは抵抗作用を及ぼすセンサを、単安定マルチバイブレータの設定期間を調整するために利用することができる。このようにすればこの設定期間を、変調変化として変調器に作用させるために使用することができる。これにより、同期合わせもしくはマルチバイブレータのトリガを基地局によって行うことができる。単安定マルチバイブレータを、送受信装置の制御装置によってトリガすることもできる。
【００４２】
同様に有利であるさらに別の実施形態によればセンサ装置は、電流源および／または電圧源としてはたらく少なくとも１つのセンサを有している。このセンサが電流源または電圧源としてはたらくならば、測定されたセンサ信号を直接または間接的に、たとえば基地局の要求に合わせて時間的にずらして、変調器の位相変調（ＰＳＫ変調）を制御するために使用することができる。間接的なやり方として、センサから発せられたセンサ信号を発振器の周波数シフトのために利用することも可能である。この場合、発振器の出力側から発せられた周波数信号を、後段に接続された周波数／電圧変換器へ供給することができ、この変換器は非常に簡単な構成としてはローパスフィルタまたはハイパスフィルタとして構成され、たとえば簡単なＲＣフィルタとして構成されている。
【００４３】
同様にきわめて有利な１つの実施形態によれば、別の制御装置が設けられており、これによって先に挙げた制御装置が制御され、変調器から発せられた変調信号が、トランスポンダと基地局の通信が可能となるよう調整される。この別の制御装置は、トランスポンダと基地局の間における本来のデータ通信の制御に用いられる。
【００４４】
１つの著しく有利な実施形態によれば、先に挙げた制御装置は別の制御装置の構成部分である。この場合、別の制御装置を、プログラム制御型装置たとえばマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラとして構成することができる。トランスポンダに関して有利であるのは、比較的ビットレートの低いマイクロプロセッサたとえば４ｂｉｔマイクロプロセッサをプログラミング制御型装置として採用することである。これらのほかにも考えられるのは、制御装置および／または別の制御装置を、プログラミング可能な論理回路またはプログラミング不可能な論理回路として構成することであり、たとえばＰＬＤ回路またはＦＰＧＡ回路として構成することである。
【００４５】
本発明のさらに別の有利な実施形態によればトランスポンダは、トランスポンダの外部インタフェースを成す送受信装置を有している。この送受信装置には、送受信アンテナとして構成されたアンテナと変調器が含まれており、この場合、送受信アンテナは、基地局の発した電磁界から高周波搬送波信号を受け取り、それに対応する応答信号を送り戻すために設けられている。
【００４６】
１つの有利な実施形態によれば、送受信アンテナはＲＳＳＩ電圧を供給するためのＲＳＳＩ回路を有している。この場合、ＲＳＳＩ電圧をトランスポンダ固有のパラメータとしても利用できる。
【００４７】
同様に有利であるさらに別の実施形態によれば、送受信装置は整流器経路を有しており、整流された電圧を供給するためにこの経路中に整流素子たとえば整流ダイオードが設けられている。
【００４８】
次に、図面に描かれている実施例に基づき本発明について詳しく説明する。図中、機能の同じ素子や信号には、特に述べないかぎり同じ参照符号が付されている。
【実施例】
【００４９】
図１には、基地局およびこの基地局と通信を行う本発明によるトランスポンダが設けられているＲＦＩＤシステムの基本構造を示すブロック回路図が示されている。
【００５０】
参照符号１の付されている通信システムは、基地局２と後方散乱型トランスポンダ３を有している。この場合、基地局２とトランスポンダ３は互いに通信接続状態にある。たとえばＲＦＩＤシステムである通信システム１を、たとえばいわゆるマスタ・スレーブ型通信システムとして構成することができ、この場合、基地局２はマスタとして、１つまたは複数のトランスポンダ３はそれぞれスレーブとして機能する。
【００５１】
トランスポンダ３は制御装置４と送受信装置５と送受信アンテナ６を有している。送受信装置５は制御装置４および送受信アンテナ６と接続されており、送受信装置５にはここでは暗示されているにすぎない変調器が含まれている。変調器の機能については、図２〜図４を参照しながらあとで詳しく説明する。ここで前提とするのは、後方散乱型トランスポンダ３の送受信アンテナ６は反射特性を有しており、この場合、送受信アンテナ６の反射特性を送受信装置５の変調器を介して変えることである。
【００５２】
基地局２は、送受信装置１０（トランシーバ）ならびにデータ通信制御用の制御装置１１を有している。基地局２の送受信装置１０は、アンテナ１２を介して高周波搬送波信号１３をトランスポンダ３のアンテナ６へ送信するように構成されている。同様にトランスポンダ３の送受信装置５は、送信されてきた搬送波信号１３に応答して全二重モードまたは半二重モードで対応する応答信号７を基地局２へ送信するように構成されている。
【００５３】
データ通信の制御は、それぞれ基地局側の制御装置１１とトランスポンダ側の制御装置４を介して行われる。制御装置４，１１はたとえばマイクロコントローラとして構成されている。
【００５４】
さらに基地局２は評価装置１４を有している。評価装置１４は基地局２の受信経路に配置されており、受信機の後段に接続されている。テストモード中、評価装置１４において後方散乱によりトランスポンダ３から送信された信号が評価され、つまりはトランスポンダ固有のパラメータが求められる。本発明をわかりやすく示すため、この実施例の場合には評価装置１４は別個の機能ユニットとして描かれている。
【００５５】
図２には、本発明によるトランスポンダの全般的な実施形態を示すブロック回路図が示されている。
【００５６】
この場合、トランスポンダ３には送受信装置５だけしか描かれておらず、つまりトランスポンダにおける残りのコンポーネント殊にトランスポンダの制御装置４は、わかりやすくするため省略されている。トランスポンダ３の送受信装置は、この実施例では２つのセンサ２０，２１を有している。第１のセンサ２０は、トランスポンダ３の受信経路中に配置されていて入力側で送受信アンテナ６と接続されており、この第１のセンサ２０に対し送受信アンテナ６が受け取った電磁信号を供給することができる。両方のセンサ２０，２１は出力側で制御装置２２と接続されている。さらにトランスポンダ３は変調器２３を有しており、この変調器は制御入力側で制御装置２２により制御され、出力側で送受信アンテナ６と接続されている。
【００５７】
これら２つのセンサ２０，２１はともに、トランスポンダ固有のパラメータＰ１，Ｐ２をセンシングするように構成されている。第１のセンサ２０は、受信した電磁信号１３から導出されるトランスポンダ固有のパラメータＰ１をセンシングするように構成されているのに対し、第２のセンサ２１は、この信号１３には依存しないトランスポンダ固有のパラメータＰ２をセンシングするように構成されている。これら両方のセンサ２０，２１は出力側から信号Ｓ１，Ｓ２を発生し、これらの信号には個々のセンサ２０，２１によりセンシングされたトランスポンダ固有のパラメータＰ１，Ｐ２に関する情報が含まれている。これらの信号Ｓ１，Ｓ２に依存して、つまりは相応のトランスポンダ固有のパラメータＰ１，Ｐ２に依存して、制御装置２２は後段に接続された変調器２３を制御するため制御信号を発生する。この制御信号Ｓ３に依存して、変調器２３は送受信アンテナ６の反射特性を変化させ、これはたとえばその後方散乱断面を変化させることによって行われる。後方散乱断面をたとえば、アンテナ６と接続された抵抗性負荷および／または容量性負荷を変化させることによって制御することができる。このようにして送受信アンテナ６から後方散乱した信号７を、変調器２３により設定された送受信アンテナ６の反射特性に依存して変えることができ、したがってこの信号７にはそれぞれトランスポンダ固有のパラメータＰ１，Ｐ２の情報が含まれる。
【００５８】
図３には、図２に対応する本発明によるトランスポンダの第１の実施例が示されている。
【００５９】
図３の実施例によれば、トランスポンダ３はエネルギー供給装置２４を有しており、これは入力側で送受信アンテナ６と接続されている。エネルギー供給装置２４はその出力側において、送受信アンテナ７を介して入力結合された送信信号Ｓ０から安定化された出力電圧ＶＤＤを発生する。エネルギー供給装置２４の後段には周波数制御可能な発振器２５が接続されており、その際、エネルギー供給装置２４の出力側から発せられた安定化出力電圧ＶＤＤが後段に接続された発振器２５の周波数調整に対する制御量として利用される。安定化された出力電圧ＶＤＤの大きさに依存して、発振器２５の出力側から周波数信号Ｆ１が発生し、この場合、周波数信号Ｆ１の発振器周波数ｆ１は安定出力電圧ＶＤＤの関数であって、つまり次式が成り立つ：
ｆ１＝ｆ（ＶＤＤ）
発振器２５の出力側で後段に接続されている変調器２３は周波数信号Ｆ１によって励起され、その結果、周波数信号Ｆ１の周波数ｆ１に依存して変調器２３の負荷もしくはインピーダンスが変えられる。この実施例では変調器２３は負荷変調器もしくは後方散乱変調器２３として構成されており、したがって抵抗性負荷および／または容量性負荷を変えることができ、つまりは変調器２３と接続された送受信装置６の後方散乱断面も変えることができる。
【００６０】
送受信アンテナの反射特性を利用することにより信号７が基地局２へ向かって散乱されて戻され、そこにおいて評価される。送受信アンテナの反射特性の変化によって後方散乱特性が位相および／または振幅に関して変化するようになり、このことは後方散乱信号７の側波帯（補助搬送波）の振幅の変化として現れる。そしてこの補助搬送波の精確なスペクトル状態を評価することにより、発振器２５から発せられた周波数信号Ｆ１の周波数ｆ１を推定することができ、ひいては、この周波数ｆ１は抽出された出力電圧ＶＤＤの関数であることから、まさにこの出力電圧ＶＤＤを推定することができる。この出力電圧ＶＤＤが既知であれば、トランスポンダ側の受信経路中に配置されている整流器（図３には示されていない）の効率を推定することができる。
【００６１】
別の実施形態によれば、エネルギー供給装置２４ではなく付加的にまたは択一的にＲＳＳＩ回路（RSSI = received signal strength indicator）を設けることができ、この回路は出力側からＲＳＳＩ電圧を供給する（図３には示されていない）。図３の実施例の場合と同様、このＲＳＳＩ電圧を発振器２５の制御量として利用することができ、そのようにして変調器２３を周波数制御することによって基地局２により評価を行うことができる。
【００６２】
発振器２５はこの実施例では電圧制御型発振器２５（ＶＣＯ）として構成され、つまりこの発振器は入力側で電圧信号ＶＤＤにより制御される。なお、電圧制御型発振器２５ではなく電流制御型発振器（ＩＣＯ）を用いることも考えられ、この発振器は電流信号によって制御されるけれども、ここで説明してきた図３の実施例の場合であると、電圧信号ＶＤＤを対応する電流信号に変換するための装置が必要となる。
【００６３】
図４には、本発明によるトランスポンダの別の実施例が描かれている。
【００６４】
この場合、発振器２５と後段に接続された変調器２３との間に分周器２６たとえば多段分周器が配置されている。この分周器２６には発振器２５の周波数信号Ｆ１が供給される。分周器２６は、この信号から分周により低減された周波数信号Ｆ２を生成する。さらに分周器２６は制御入力側２７を有しており、この制御入力側２７に制御信号ＰＯＲ（POR = Power on Reset）を入力結合可能である。制御信号ＰＯＲによって、分周器２６のＰＯＲ閾値を調整することができる。
【００６５】
この実施例では、制御信号ＰＯＲはエネルギー供給装置２４から供給される。さらにエネルギー供給装置２４は安定化された出力電圧ＶＤＤのほか、整流された出力電圧信号Ｖ０を発生し、これは発振器２５の周波数設定のための制御量として用いられる。エネルギー供給装置２４と発振器２５との間にはさらにＯＲゲート２８が設けられており、これによって本発明によるトランスポンダ３の動作モードが表されることになる。ＯＲゲート２８の入力側には、整流された出力信号Ｖ０およびこれに加えて制御信号ＥＡＳ（EAS = electronic article surveillance 電子商品監視）が供給される。このようなＯＲゲート２８を利用することにより、本発明によるトランスポンダ３をＥＡＳ機能によっても拡張することができ、この拡張は、スペクトル（ＲＦ正規化）によって可能であるかぎり、本発明によるトランスポンダ３の受信回路５が同様に商品安全性のためにアクティブにされるよう構成することによって行われる。この場合にはトランスポンダ固有のパラメータとして、トランスポンダがすでに無効状態ないしは無価値状態にされたのか否かに関する情報が伝達される。
【００６６】
図２〜図４に示した実施例は、トランスポンダ固有のパラメータを求めるためのテストモードについて説明するためのものにすぎない。これらの実施例は、順方向リンクと逆方向リンクを利用した基地局２とトランスポンダ３との間の双方向データ通信の事例においてトランスポンダ３の機能を説明するのには適していない。
【００６７】
本発明によるトランスポンダ３の上述の実施例のほか、その機能を以下のように拡張あるいは変更することができる。
【００６８】
トランスポンダ３は、基地局から発せられたシンボルを介して自身のコマンドを受け取る。この命令を確実に命令であるとして受信し評価できるようにする目的で、受信信号７はたとえばトリガ変量として用いられ、これにより変調器２３における変調の切り換えがトリガされる。この場合、受信した信号７のシンボルが遮断されたならば、変調は所定時間後にリセットされる。これにより受信過程の開始ならびに遮断を行うことができる。種々の電界強度に起因して電界強度の落ち込み（ノッチ）を検出する検出回路はそれぞれ異なるので、測定は重要である。このような方法により、たとえばフェージング作用などによる電界の局所的な電界強度を測定することもできる。
【００６９】
本発明によれば、負荷を受けた状態でトランスポンダ３固有のパラメータを量定可能な適切なテストモードがインプリメントされる。この目的でトランスポンダ３は基地局２から送信された信号７を受信し、対応するコマンドシーケンスも実行する。シーケンス全体を見ることによって基地局２は付加的に、トランスポンダ固有のパラメータをたとえば負荷の経過特性を介して追従することができる。これらのトランスポンダ固有のパラメータを捕捉する別のやり方として挙げられるのは、負荷をたとえば送受信装置内に配置された整流器の出力側における抵抗によって励起することである。精確な測定を実現する目的で、まえもって固定的に定められた時点において、たとえば最初のコマンドが到来したときに、基準から得られた変量が送り戻される。
【００７０】
これまで本発明を有利な実施例に基づき説明してきたが、本発明はそれらに限定されるものではなく、多種多様に変形を施すことができる。
【００７１】
たとえば本発明はＲＦＩＤシステムだけに限定されるものではなく、当然ながらたとえば個体識別ないしは部品識別（item identification）などにも拡張することができる。個体ないしは個々の部品を一義的には識別しなくてもよいことが多い。その際にたいていは、たとえば欠陥のある部品の存在を排除できれば十分でもある。このことを非一義的識別とも称することが多い。この関連においてトランスポンダが動作する場合、そのようなトランスポンダは遠隔制御可能なセンサ（remote sensor）の機能をもつことになる。したがって本発明は、データ担体もしくはセンサのデータの読み出しと書き込みのために通信を行うセンサにも関することを明示しておく。この種のいわゆる遠隔制御用途の一例として、温度センサ、圧力センサ等を挙げておく。
【００７２】
また、図１〜図４の場合にはわかりやすくするために、ＲＦＩＤシステムならびに殊にトランスポンダの構造を意図的にかなり簡単に描いた。基地局およびトランスポンダには、それらの間のデータ通信に必要とされる機能ユニットたとえば復調器、エネルギー供給装置、同期合わせ装置、デコーダ等が含まれていることは自明である。
【００７３】
さらに図２〜図４の場合には、センサ装置と変調器制御用の制御装置とがそれぞれ区別されている。当然ながら、センサ装置を制御装置の構成部分とすることができる。さらにたとえば、センサ装置により求められた変量を変調器制御用の制御信号としてすでに用いることができるならば、センサ装置はすでに制御装置を成している、と考えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】基地局およびこの基地局と通信を行う本発明によるトランスポンダが設けられているＲＦＩＤシステムを示すブロック回路図
【図２】本発明によるトランスポンダの全般的な構造を示すブロック回路図
【図３】変調制御装置を備えた本発明によるトランスポンダの第１の実施例を示す図
【図４】変調制御装置を備えた本発明によるトランスポンダの第２の実施例を示す図
【符号の説明】
【００７５】
１  通信システム、ＲＦＩＤシステム
２  基地局
３  （後方散乱型）トランスポンダ
４  制御装置
５  送受信装置
６  送受信アンテナ、（トランスポンダ）アンテナ
７  反射した信号
１０  送受信装置
１１  制御装置
１２  送受信アンテナ、（基地局）アンテナ
１３  送信された搬送波
１４  評価装置
２０  センサ
２１  センサ
２２  制御装置
２３  変調器
２４  エネルギー供給装置
２５  発振器（ＶＣＯ，ＩＣＯ）
２６  分周器
２７  制御装置
２８  ＯＲゲート
ＥＳＳ  制御信号
Ｆ１  周波数信号
Ｆ２  周波数信号
Ｐ１  パラメータ
Ｐ２  パラメータ
ＰＯＲ  制御信号
ＳＯ  送信信号
５１  信号
５２  信号
５３  制御信号
Ｖ０  出力電圧信号
ＶＤＤ  （抽出され安定化された）出力電圧
【図１】
2006180507.tif 000003
【図２】
2006180507.tif 000004
【図３】
2006180507.tif 000005
【図４】
2006180507.tif 000006