Funk-Transponder und Verfahren zur Abstimmung eines Funk- Transponders

In RFID-Systemen (Radio Frequency Identification) hängen eine maximale Lesereichweite bzw. ein möglicher Abstand zwischen Transponder bzw. Tag und Lesegerät maßgeblich von einer Abstimmung des Transponders hinsichtlich seines Eingangsreso- nanzkreises ab. Die umfasst insbesondere Antennen- bzw. Spu ^¬ leneigenschaften. Für eine wirksame Abstimmung des Eingangsresonanzkreises sind nicht nur Transponderkomponenten, wie Gehäuse, einzubeziehen, sondern auch Umgebungsbedingungen. Üblicherweise werden Transponder für angenommene typische Um- gebung abgestimmt. Weichen reale Umgebungsbedingungen von den angenommenen ab, wirkt sich dies im Allgemeinen nachteilig auf die Lesereichweite auf. Beispielsweise beeinflussen in Industrie-Anlagen häufig vorkommende metallische Oberflächen aufgrund von Reflexionen Empfang bzw. Lesereichweite stark. Eine Fehlanpassung ist bei passiven Transpondern besonders kritisch, da mangels eigener Energieversorgung Kompensationsmöglichkeiten entfallen, die Kompensationswerte behalten können . Eine Abstimmung des Eingangsresonanzkreises eines Transpon ^¬ ders kann grundsätzlich durch Anpassung von Antenneninduktivität und Schaltkreis-Eingangskapazität erfolgen. Allerdings ermöglicht dies nur ansatzweise eine Anpassung an variierende Umgebungsbedingungen. In US 2010/0019907 AI ein sich abstim- mendes RFID-Tag beschrieben, dessen Antenne automatisch durch Regelung von Wirk- und Blindleistungsteil einer antennensei- tigen komplexen Impedanz angepasst wird. Sowohl für den Wirkleistungsanteil als auch für den Blindleistungsteil ist ein separater Regelungskreis vorgesehen. Der Regelungskreis für den Blindleistungsanteil bewirkt eine selektive Verbindung von kapazitiven bzw. induktiven Komponenten mit dem Eingangsresonanzkreis des Transponders. Dagegen dient der Regelungs ^¬ kreis für den Wirkleistungsanteil zur Regelung einer in den Eingangsresonanzkreis des Transponders integrierten Strom ^¬ quelle. Das in US 2010/0019907 AI beschriebene Konzept ist daher für passive Transponder ohne eigene Energieversorgung nicht geeignet. Von STMicroelectronics sind RFID- und NFC-Transponderchips

(Near-field Communication) , Typ M24SR bekannt, bei denen der Eingangsresonanzkreis mittels einer Varaktordiode abstimmbar ist (http : //www . st . com/web/en/resource/technical/document/ datasheet/DM00067892.pdf, Seite 76). Da die Varaktordiode mittels Spannung gesteuert wird, ist eine permanente Energie ^¬ versorgung des Transponderchips erforderlich, so dass bei Nutzung der Varaktordiode auch hier keine Nutzung für passive Lösungen in Frage kommt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen passiv betreibbaren Funk-Transponder zu schaffen, der auf einfache Weise für eine Verwendung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen anpassbar ist, und ein geeignetes Verfahren zu dessen Abstimmung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Funk- Transponder mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Funk-Transponder, beispielsweise ein RFID-Tag, umfasst eine Antenne, eine Sende- und Empfangsein ^¬ heit sowie einen mit der Antenne verbundenen Resonanzkreis, der eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Kondensatoren umfasst. Die Kondensatoren sind jeweils in Reihe zu ei ^¬ ner Sicherung (Fuse) angeordnet. Dabei ist ein Kondensator mittels einer in Reihe angeordneten Sicherung zur Abstimmung des Resonanzkreises schaltbar, beispielsweise durch Schmelzen der jeweiligen Sicherung. Zusätzlich ist eine dem Resonanzkreis zugeordnete Steuerungseinheit vorgesehen, die zur Er ^¬ zeugung eines Schaltsignals für eine jeweilige Sicherung des Resonanzkreises in Abhängigkeit von einem durch ein Funk- Transponder-Lesegerät übermittelten oder in einer Funk-

Transponder-Steuerungseinheit erzeugten Steuerungssignal aus ^¬ gestaltet und eingerichtet ist. Außerdem weist der Funk- Transponder eine Speichereinheit auf, die mittels eines Funk- Transponder-Lesegerätes auslesbar bzw. beschreibbar ist. Vor- zugsweise ist der Funk-Transponder passiv betrieben bzw.

weist keine eigene Energieversorgung auf.

Aufgrund einer Verwendung von Sicherungen als Abstimmelementen für den Resonanzkreis des erfindungsgemäßen Funk-Trans- ponders ist ein passiver Betrieb ohne eigene Energieversor ^¬ gung problemlos möglich. Darüber hinaus kann der Resonanzkreis des Funk-Transponders durch selektives Schalten der Kondensatoren und somit durch Anpassung seiner Resonanzfrequenz für eine Verwendung in unterschiedlichen Umgebungen ab- gestimmt werden. Dies ermöglicht insbesondere eine verbesser ^¬ te Lesereichweite.

Erfindungsgemäß umfasst der Resonanzkreis eine parallel zu den Kondensatoren angeordnete Kapazitätsdiode. Dabei ist die Steuerungseinheit zur Ansteuerung der Kapazitätsdiode inner ^¬ halb eines iterativen Resonanzfrequenzermittlungsvorgangs in Abhängigkeit von einem durch ein Funk-Transponder-Lesegerät übermittelten oder in einer Funk-Transponder-Steuerungsein- heit erzeugten Steuerungssignal ausgestaltet und eingerich- tet. Dies ermöglicht eine besonders genaue Kalibrierung des Resonanzkreises, und zwar bevor die den Kondensatoren zu ^¬ geordneten Sicherungen endgültig geschaltet bzw. geschmolzen werden. Darüber hinaus kann die Steuerungseinheit zur Erzeu- gung eines Schaltsignals für eine jeweilige Sicherung des Re ^¬ sonanzkreises in Abhängigkeit einer durch ein Funk-Trans- ponder-Lesegerät ermittelten Resonanzfrequenz ausgestaltet und eingerichtet sein. In diesem Fall erfolgt mittels der Schaltsignale für die Sicherungen eine abschließende Konfigu- rierung des Resonanzkreises.

Vorzugsweise ist das durch das Funk-Transponder-Lesegerät übermittelte Steuerungssignal aus einem von einem Antwortsig ^¬ nal des Funk-Transponders umfassten Feldstärkemesswert abge- leitet. Alternativ dazu kann das Steuerungssignal in der

Funk-Transponder-Steuerungseinheit aus einem im Funk-Trans- ponder gemessenen Feldstärkemesswert abgeleitet sein. . Des weiteren ist die Steuerungseinheit vorteilhafterweise zur Auslösung einer Übermittlung des Antwortsignals durch die Sende- und Empfangseinheit bei einem Empfang eines Abfrage ^¬ signals eines Funk-Transponder-Lesegeräts ausgestaltet und eingerichtet .

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind bei dem die Sicherungen Polysilizium-Siche- rungen. Die Polysilizium-Sicherungen sind beispielsweise mittels einer Strombelastung schaltbar, und zwar irreversibel. Entsprechend einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Sicherungen in einen Halbleiter-Chip integriert und mittels Laser schaltbar sein.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abstimmung eines Funk-Transponders gemäß vorangehenden Ausführungen wird mittels eines Funk-Transponder-Lesegeräts ein Abfragesignal an den Funk-Transponder gesendet. Der Funk-Transponder ermittelt für das Abfragesignal einen Feldstärkemesswert und über ^¬ mittelt ein Antwortsignal mit dem Feldstärkemesswert an das Funk-Transponder-Lesegerät oder an eine Funk-Transponder- Steuerungseinheit. Das Funk-Transponder-Lesegerät oder die

Funk-Transponder-Steuerungseinheit vergleicht den Feldstärke ^¬ messwert mit einem vorgebbaren Referenzwert, beispielsweise einem früheren bzw. vorangehenden Feldstärkemesswert. Darüber hinaus veranlasst das Funk-Transponder-Lesegerät oder die Funk-Transponder-Steuerungseinheit bei einer definierten Ab ^¬ weichung des Feldstärkemesswerts vom Referenzwert ein Schal ^¬ ten eines ersten Resonanzkreis-Kondensators mittels einer zu ^¬ geordneten Sicherung oder eines ersten Kapazitätswerts des Funk-Transponders und eine erneute Ermittlung eines aktuali- sierten Feldstärkemesswerts zur erneuten Auswertung. Bei einer definierten Abweichung des aktualisierten Feldstärkemesswerts vom Referenzwert veranlasst das Funk-Transponder-Lese ^¬ gerät oder die Funk-Transponder-Steuerungseinheit iterativ ein Schalten eines weiteren Resonanzkreis-Kondensators mit- tels einer zugeordneten Sicherung oder eines weiteren Kapazitätswerts des Funk-Transponders und eine erneute Feldstärke ^¬ ermittlung .

Erfindungsgemäß umfasst der Resonanzkreis eine parallel zu den Kondensatoren angeordnete Kapazitätsdiode. Dabei wird die Kapazitätsdiode innerhalb eines iterativen Resonanzfrequenz ^¬ ermittlungsvorgangs durch das Funk-Transponder-Lesegerät oder durch die Funk-Transponder-Steuerungseinheit in Abhängigkeit vom Feldstärkemesswert angesteuert. Darüber hinaus werden die Resonanzkreis-Kondensatoren für eine abschließende Konfigurierung des Resonanzkreises entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels zugeordneter Sicherungen in Abhängigkeit einer durch das Funk- Transponder-Lesegerät oder durch die Funk-Transponder- Steuerungseinheit ermittelten Resonanzfrequenz geschaltet.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfüh- rungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Funk- Transponders , Figur 2 ein Ersatzschaltbild für ein Funk-Transponder-

System mit dem Funk-Transponder entsprechend Figur 1 und einem mit diesem verbundenen Funk-Transpon- der-Lesegerät , Figur 3 ein Ablaufdiagramm zur Abstimmung eines Funk-Trans- ponders entsprechend Figur 1.

Der in Figur dargestellte Funk-Transponder 100 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein RFID-Tag und umfasst eine An- tenne 101 sowie eine Sende- und Empfangseinheit 103, die eine Demodulatoreinheit 131 und eine Modulatoreinheit 132 zum De ^¬ codieren von Abfragesignalen an den Funk-Transponder 100 bzw. zum Codieren von Antwortsignalen des Funk-Transponders 100 aufweist .

Entsprechend dem in Figur 2 dargestellten Ersatzschaltbild eines Funk-Transponder-Systems werden Abfragesignale 1 vor ^¬ zugsweise durch ein Funk-Transponder-Lesegerät 200 an den Funk-Transponder 100 übermittelt, während Antwortsignale 2 von diesem an das Funk-Transponder-Lesegerät 200 übermittelt werden. Die Antenne 101 des Funk-Transponders 100 sowie eine Antenne 201 des Funk-Transponder-Lesegeräts 200 sind im Er ^¬ satzschaltbild beispielhaft als miteinander gekoppelte

Induktivitäten modelliert. Beiden Antennen können grundsätz- lieh auch als klassische Strahlungselemente, die sich in ei ^¬ nem Fernfeld befinden, ausgeführt werden. Die Sende- und Emp ^¬ fangseinheit 103, eine Steuerungseinheit 104 und eine Spei ^¬ chereinheit 105 des Funk-Transponders 100 sind im Ersatz- Schaltbild gemäß Figur 2 zusammengefasst und als Lastwider ^¬ stand 110 modelliert. Die Speichereinheit 105 des Funk- Transponders 100 kann mittels des Funk-Transponder- Lesegerätes 200 ausgelesen bzw. beschrieben werden. Der Funk- Transponder 100 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel pas- siv betrieben und weist keine eigene Energieversorgung auf, sondern wird über Abfragesignale 1 des Funk-Transponder-Lese- geräts 200 gespeist.

Zusätzlich umfasst der Funk-Transponder 100 einen einerseits mit der Antenne 101 und andererseits mit der Sende- und Emp ^¬ fangseinheit 103 verbundenen adaptierbaren Resonanzkreis 102. Dieser Resonanzkreis 102 weist entsprechend dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl parallel zu ^¬ einander angeordneter Kondensatoren 122 auf, die jeweils in Reihe zu einer Sicherung 123 angeordnet sind. Die Kondensato ^¬ ren 122 können dabei jeweils mittels ihrer zugeordneten Sicherung 123 zur Abstimmung des Resonanzkreises 102 abgeschal ^¬ tet werden. Die Sicherungen 123 können beispielsweise Poly- silizium-Sicherungen sein, die in einen Halbleitchip inte- griert und mittels einer Strombelastung schaltbar sind. Alternativ dazu können die Sicherungen 123 in einen Halbleiter- Chip integriert und mittels Laser schaltbar sein. Darüber hinaus ist der adaptierbare Resonanzkreis 102 mit der Steue ^¬ rungseinheit 104 des Funk-Transponders 100 verbunden, die un- ter anderem zur Erzeugung von Schaltsignalen für die Sicherungen 123 des Resonanzkreises 102 in Abhängigkeit von einem durch das Funk-Transponder-Lesegerät 200 übermittelten Steue ^¬ rungssignal vorgesehen ist. Ein solches Steuerungssignal ist vorzugsweise von einem Abfragesignal 1 des Funk-Transponder- Lesegeräts 200 umfasst.

Parallel zu den abschaltbaren Kondensatoren 122 und ihren zu- geordneten Sicherungen 123 umfasst der Resonanzkreis 102 ei ^¬ nen fest geschalteten Kondensator 121, eine Kapazitätsdiode 124 und eine Schutzdiode 125. Eine Ansteuerung der Kapazi ^¬ tätsdiode 124 erfolgt innerhalb eines iterativen Resonanzfre ^¬ quenzermittlungsvorgangs durch die Steuerungseinheit 104, und zwar in Abhängigkeit von einem durch das Funk-Transponder- Lesegerät 200 übermittelten Steuerungssignal. Dabei ist die Steuerungseinheit 104 zur Erzeugung von Schaltsignalen für die Sicherungen 123 des Resonanzkreises 102 in Abhängigkeit einer durch das Funk-Transponder-Lesegerät 200 ermittelten Resonanzfrequenz vorgesehen. Mittels der Schaltsignale für die Sicherungen 123 erfolgt damit eine abschließende Konfigu ^¬ rierung des Resonanzkreises 102. Das durch das Funk-Trans ^¬ ponder-Lesegerät 200 übermittelte Steuerungssignal für die Steuerungseinheit 104 ist aus einem Feldstärkemesswert abge- leitet, der von einem durch den Funk-Transponder 100 übermittelten Antwortsignal 2 umfasst ist. Darüber hinaus ist die Steuerungseinheit 104 dafür vorgesehen, bei Empfang eines Ab ^¬ fragesignals 1 des Funk-Transponder-Lesegeräts 200 eine Über ^¬ mittlung eines Antwortsignals 2 durch die Sende- und Emp- fangseinheit 103 auszulösen.

Entsprechend dem in Figur 3 dargestellten Ablaufdiagramm zur Abstimmung eines Funk-Transponders entsprechend vorangehenden Ausführungen sendet das Funk-Transponder-Lesegerät 200 zu- nächst ein Abfragesignal 1 an den Funk-Transponder 100

(Schritt 301) . Der Funk-Transponder 100 prüft dann gemäß Schritt 302, ob das Abfragesignal 1 ein Steuerungssignal zur Konfigurierung des Resonanzkreises 102 umfasst. Ist dies der Fall, passt der Funk-Transponder 100 die Konfigurierung sei- nes Resonanzkreises 102 an (Schritt 303) , entweder vorläufig durch Ansteuerung der Kapazitätsdiode 124 oder abschließend durch Schalten von Sicherungen 123. Anschließend wartet der Funk-Transponder 100 auf ein neues Abfragesignal 1 des Funk- Transponder-Lesegeräts 200.

Umfasst das Abfragesignal 1 kein Steuerungssignal zur Konfi ^¬ gurierung des Resonanzkreises 102 ermittelt der Funk-Trans ^¬ ponder 100 entsprechend Schritt 304 einen Feldstärkemesswert für das Abfragesignal 1 und übermittelt anschließend ein Ant ^¬ wortsignal 2 mit dem Feldstärkemesswert an das Funk-Trans ^¬ ponder-Lesegerät 200 (Schritt 305). In Schritt 306 vergleicht das Funk-Transponder-Lesegerät 100 den Feldstärkemesswert mit einem vorgebbaren Referenzwert, der beispielsweise aus einer früheren Feldstärkemessung stammen kann. Bei einer definierten Abweichung des Feldstärkemesswerts vom Referenzwert ver ^¬ anlasst das Funk-Transponder-Lesegerät 100 ein Abschalten ei ^¬ nes Resonanzkreis-Kondensators 122 oder ein Schalten eines Kapazitätswerts der Kapazitätsdiode 124. Hierzu übermittelt das Funk-Transponder-Lesegerät 200 entsprechend Schritt 301 erneut ein Abfragesignal 1 mit einem entsprechenden Steue ^¬ rungssignal (vorläufig/abschließend) an den Funk-Transponder 100. Nach Anpassung der Konfigurierung des Resonanzkreises 102 gemäß Schritt 303 erfolgt eine erneute Übermittlung eines Abfragesignals 1 an den Funk-Transponder 100. Für dieses Ab ^¬ fragesignal 1 übermittelt der Funk-Transponder 100 entspre ^¬ chend den Schritten 304 und 305 einen aktualisierten Feldstärkemesswert zur erneuten Auswertung an das Funk-Trans ^¬ ponder-Lesegerät 200. Bei einer definierten Abweichung des aktualisierten Feldstärkemesswerts vom Referenzwert wird obi ^¬ ger Abstimmungsprozess iterativ erneut durchlaufen. Andernfalls kann der Abstimmungsprozess entsprechend Schritt 307 beendet werden. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann der Funk- Transponder eine Abstimmung seiner Anpassung selbst durchfüh ren. Hierzu sendet das Funk-Transponder-Lesegerät ein defi ^¬ niertes Signal an den Funk-Transponder, der darauf einen autonomen Abgleich startet. Dabei wertet der Funk-Transponder die gemessene Feldstärke aus und optimiert unabhängig vom Funk-Transponder-Lesegerät seine Anpassung. Durch Setzen ei ^¬ nes Statusbits kann der Funk-Transponder anzeigen, ob bzw. wann der Abgleich abgeschlossen ist. Durch wiederholtes Auslesen dieses Bits kann das Funk-Transponder-Lesegerät einen Status des Abgleichs überwachen. Grundsätzlich ist es für ei nen Abgleich stets wichtig, dass sich der Abstand zwischen Funk-Transponder-Lesegerät und Funk-Transponder sowie die Sendefeldstärke des Funk-Transponders während des Abgleichs nicht ändern.