Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Demodula¬ tion eines ein aufmoduliertes Datensignal umfassenden Eingangssignals nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 7.

Bei der Übertragung von Sensordaten vom Ort ihrer Erfassung zu einer Auswerte- oder Kontrolleinheit kommen zunehmend auch drahtlose (Teil-)Übertragungsstrecken zum Einsatz. Das Datensignal des Sensors wird dabei einem hochfrequenten Trägersignal aufmoduliert und ausgesen¬ det. Empfängerseitig erfolgt die Demodulation, also die Rückgewinnung des Datensignals, üblicherweise mittels eines an einen Lokaloszillator an¬ geschlossenen Mischers und weiterer elektrischen Einheiten. Diese Demo- dulations-Verfahren und -Einrichtungen sind für manche Anwendungsfälle zu aufwendig. So besteht insbesondere in der Kraftfahrzeug-Branche ein Bedarf an sehr kostengünstigen Lösungen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der gat- tungsgemäßen Art so anzugeben, dass es kostengünstig umgesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren, das entsprechend den Merkma¬ len des Anspruches 1 ausgestaltet ist, gelöst. Indem das Vergleichssignal des Mischers aus dem ohnehin für die Kontrolleinheit notwendigen Takt¬ signal abgeleitet wird, kann der ansonsten erforderliche zusätzliche Takt¬ generator eingespart werden. Dadurch kann das Verfahren und auch eine das Verfahren durchführende Einrichtung kostengünstiger realisiert wer¬ den. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den von Ansprach 1 abhängigen Ansprüchen.

Wenn gemäß Ansprach 2 das Taktsignal unmittelbar als Vergleichs signal verwendet wird, erübrigen sich weitere Maßnahmen zur Ableitung des Vergleichssignals, sodass ein besonders preiswertes Verfahren resultiert.

Die Variante nach Ansprach 3 zeichnet sich durch eine gute Eignung zur Übertragung von Sensordaten aus. Der feste Phasenbezug der einzelnen Signale zueinander ermöglicht eine besonders einfache Demodulation.

Bei der Variante gemäß Ansprach 4 gestaltet sich die Demodulation be¬ sonders einfach. Zur Rückgewinnung des Datensignals kommt eine einfa- che Abtastung des aufbereiteten Zwischenfrequenzsignals zum Einsatz. Ansonsten für die Demodulation üblicherweise benötigte Einheiten, wie ein PLL-Schaltkreis, sind nicht erforderlich.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 können mittels der einstellbaren Zeitverzögerung Signal-Laufzeiten berücksichtigt und ausgeglichen wer¬ den. Das Demodulations-Verfahren lässt sich damit besonders effizient und fehlerananfällig betreiben.

Die Variante gemäß Ansprach 6 führt zu einem im Wesentlichen rechteck- förmigen Signalverlauf des aufbereiteten Zwischenfrequenzsignals, sodass ein Bitwechsel auf Grand der sehr steilen Flanken in der nachfolgenden Kontrolleinheit besonders leicht erkannt werden kann. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art so anzugeben, dass sie kostengünstig realisiert wer¬ den kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung entsprechend den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsge¬ mäßen Einrichtung ergeben sich aus den von Anspruch 7 abhängigen An¬ sprüchen. Die erfindungsgemäße Einrichtung und ihre Ausgestaltungen bieten im Wesentlichen die gleichen Vorteile, die bereits im Zusarnmen- hang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dessen Varianten be¬ schrieben worden sind.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführangsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Äusführungsbeispiel einer Einrichtung zur Sensor¬ daten-Übertragung und zur Demodulation eines empfangenen Eingangssignals,

Fig. 2 Zeitdiagramme von im ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 auftretenden Signalen,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Sensor- daten-Übertragung und zur Demodulation eines empfangenen Eingangssignals, und

Fig. 4 Zeitdiagramme von im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 auftretenden Signalen. Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 4 mit denselben Be¬ zugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 1 zur Daten¬ übertragung und Demodulation in Form eines Sensor-Transponder- Systems gezeigt. Die Einrichtung 1 ist zur batterielosen Druckabfrage in einem in Fig. 1 nicht dargestellten Reifen eines Kraftfahrzeuges bestimmt. Die Einrichtung 1 umfasst ein Steuergerät 2 und ein Radmodul 3, zwischen denen drahtlose Verbindungen 4 und 5 bestehen.

Das Steuergerät 2 enthält als wesentliche Komponente eine Kontrollein¬ heit 6, die an einem Ausgang für ein niederfrequentes (= LF) Signal mittels einer Signalaufbereitungseinheit 7 und einem Treiber 8 an eine LF-S ende- antenne 9 angeschlossen ist. Außerdem enthält das Steuergerät 2 eine HF(= Hochfrequenz)-Empfangsantenne 10, die mittels eines Eingangsver¬ stärkers 11, eines Mischers 12 und einer Signalaufbereitungseinheit 13 an einem Abtasteingang 14 sowie an einen Weckeingang 15 der Kontrollein¬ heit 6 angeschlossen ist. Außerdem ist die Kontrolleinheit 6 mit einem ex- ternen Taktgenerator 16 verbunden.

Die Kontrolleinheit 6 ist im Beispiel als Mikro-Prozessor ausgebildet. Alternativ ist jedoch auch eine Ausgestaltung als Mikro-Controller oder auch als Computer denkbar. Die Kontrolleinheit 6 beinhaltet mehrere Un- terbaugruppen oder Funktionseinheiten, von denen einige in der Darstel¬ lung von Fig. 1 gezeigt sind. Eine interne Clock-Emheit 17 ist ebenso wie ein Entkoppler 18 und auch ein Frequenz-Teiler 19 mit dem Eingang der Kontrolleinheit 6 verbunden, an den der externe Taktgenerator 16 ange¬ schlossen ist. Mit einem zweiten Anschluss ist der Frequenz-Teiler 19 so- wohl an ein Verzögerungsglied 20 als auch an den niederfrequenten Aus¬ gang herangeführt, der mit der Signalaufbereitungseinheit 7 verbunden ist. Der Entkoppler 18 ist an einen Ausgang der Kontrolleinheit 6 geführt, der mittels einer Verbindungsleitung 18a an einen Vergleichseingang 20a des Mischers 12 angeschlossen ist.

Das Verzögerungsglied 20 ist an einen Ausgang der Kontrolleinheit 6 an¬ geschlossen. Zwischen diesem Ausgang und einem Abtasttakteingang 21 der Kontrolleinheit 6 ist eine elektrische Verbindung vorgesehen. Der Ab- tasttakteingang 21 führt im Inneren zur einer Abtasttakteinheit 22, die an ein auf den Abtasteingang 14 wirkendes Abtastglied 23 angeschlossen ist.

Das Radmodul 3 beinhaltet eine LF-Empfangsantenne 24, eine Steuer- und Kontrolleinheit 25, einen Sensor 26 sowie eine HF-Sendeantenne 27. Die Steuer- und Kontrolleinheit 25 ist das zentrale Element, an das alle anderen genannten Komponenten des Radmoduls 3 angeschlossen sind.

Ln Folgenden wird die Funktionsweise der Einrichtung 1 beschrieben.

Aus einem vom externen Taktgenerator 16 zur Verfügung gestellten Takt¬ signal T mit der Frequenz fθ wird im Frequenz-Teiler 19 ein niederfre¬ quentes Signal der Frequenz f 1 erzeugt und über die Signalaufbereitungs¬ einheit 7 und den Treiber 8 als Sendesignal Sl der LF-Sendeantenne 9 zu¬ geführt. Die Frequenz fθ beträgt 13,4975 MHz und die Frequenz f 1 124,977 kHz. Der Frequenz-Teiler 19 hat im Ausführungsbeispiel einen Teilungsfaktor von 108.

Das Sendesignal Sl wird abgestrahlt und gelangt über die drahtlose Ver¬ bindung 4 zur LF-Empfangsantenne 24, von der es als Empfangssignal E2 empfangen wird. Die Steuer- und Kontrolleinheit 25 gewinnt aus dem Empfangssignal E2 zum einen die für den Betrieb des Radmoduls 3 benö¬ tigte Energie und leitet zum anderen mittels Frequenzvervielf achung mit einem Faktor von 108,5 eine deutlich höhere Frequenz f2 mit einem Wert von 13,56 MHz ab. Der Sensor 26 erfasst den im Reifen aktuell herrschen¬ den Druck. Dieser wird mit weiteren Daten als Datensignal D in der Steu¬ er- und Kontrolleinheit 25 auf ein Trägersignal zu einem Sendesignal S2 aufmoduliert. Die Datenrate des Datensignals D wird ebenfalls aus der empfangenen Frequenz fl abgeleitet. Sie beträgt beispielsweise 31,25 kBaud. Als Modulationsverfahren kommt ein PSK(=Phase Shift Keying)- Verfahren zum Einsatz. Grundsätzlich wäre jedoch ebenfalls ein ASK(=Amplitude Shift Keying)-Verfahren oder ein anderes Modulations¬ verfahren möglich. Da sowohl die Frequenz f2 als auch die Datenrate des Datensignals D aus der Frequenz f 1 des Empfangssignals E2 abgeleitet sind, liegt die Dateninformation im Sendesignal S2 insbesondere auch pha¬ senstarr zur Frequenz fθ des Taktgenerators 16 vor.

Das Sendesignal S2 wird von der HF-Sendeantenne 27 über die drahtlose Verbindung 5 zur HF-Empfangsantenne 10 übertragen und dort als Em- pfangssignal El empfangen. Das Empfangs signal El stellt ein Eingangs¬ signal einer Demodulations-Untereinheit des Steuergeräts 2 dar. Es wird über den Eingangsverstärker 11 in den Mischer 12 eingespeist, in dem eine Mischung mit einem Vergleichs signal V zu einem Zwischenfrequenzsignal ZFl erfolgt. Das Vergleichssignal V wird aus dem zur Takt- Versorgung der Kontrolleinheit 6 vorgesehenen Taktsignal T abgeleitet. Insbesondere ist es im Wesentlichen gleich dem Taktsignal T, das über den als Treiber oder als Pufferschaltung ausgebildeten Entkoppler 18 durch die Kontroll¬ einheit 6 geschleift ist und am Vergleichseingang 20a des Mischers 12 an¬ steht. Der Entkoppler 18 verhindert unerwünschte Rückkopplungen auf den Taktgenerator 16. Das Vergleichssignal V hat die gleiche Frequenz fθ wie das Taktsignal T, also 13,4975 MHz. Ein gesonderter Lokaloszillator, der ansonsten an den Vergleichseingang 20a des Mischers 12 anzuschließen wäre, wird also nicht benötigt. Dadurch ergibt sich eine kostengünstige Realisierung der Demodulations-Untereinheit.

Das Zwischenfrequenzsignal ZFl durchläuft in der Signalaufbereitungs¬ einheit 13 zunächst ein schmalbandiges Frequenzfilter, beispielsweise ei¬ nen Tiefpass- oder einen Bandpass-Filter. Danach kann mittels einer ge- eigneten Schaltung eine Amplitudenbegrenzung und eine Konvertierung in ein Rechtecksignal erfolgen. Hierbei ist der Einsatz eines Schmitt-Triggers möglich. Am Ausgang der Signalaufbereitunseinheit 13 steht dann ein auf¬ bereitetes Zwischenfrequenzsignal ZF2 mit im Wesentlichen rechteckför- migem Signalverlauf und einer Hauptfrequenz f3 an. Die Frequenz f3 hat im Beispiel den Wert 62,5 kHz.

Sobald das Zwischenfrequenzsignal ZF2 auf Grund eines anstehenden Empfangssignals El einen vom Ruhepegel verschiedenen Wert annimmt, wird die Kontrolleinheit 6 durch einen entsprechenden Signalpegel am Weckeingang 15 aufgeweckt. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines üb¬ lichen Interrupts.

Das Zwischenfrequenzsignal ZF2 steht auch am Abtasteingang 14 an, der als SPI(=Serial Peripheral Interface)-Eingang ausgebildet ist. Dieser be- wirkt, dass nur zu bestimmten Zeitpunkten, die von der im Beispiel als SPI-Clock ausgebildeten Abtasttakteinheit 22 vorgegeben werden, die Sig¬ nalpegel des anstehenden Zwischenfrequenzsignals ZF2 als Eingangssignal in die Kontrolleinheit 6 gelangen. Am Abtasteingang 14 findet also eine Abtastung statt, die in der Darstellung gemäß Fig. 1 durch das Abtastglied 23 und die Abtasttakteiiiheit 22 symbolisiert wird. In Verbindung mit dem Mischer 12 und der Signalaufbereitungseinheit 13 führt diese Abtastung zur einer Synchrondemodulation. Das demodulierte Datensignal D ent¬ spricht entweder direkt dem von dem Abtastglied 23 gelieferten diskreten Eingangssignal oder kann auf einfache Weise und mit rein digitalen Kom¬ binationsoperationen aus dem diskreten Eingangs signal erzeugt werden.

Stellvertretend für mehrere denkbare Ausführungsformen wird in Fig. 2 eine mögliche Wirkungsweise an Hand von Zeitdiagrammen verdeutlicht. Das oben dargestellte Datensignal D entspricht einer Bitfolge von „1", „0", „0" und „1". Das zugehörige aufbereitete Zwischenfrequenzsignal ZF2 ist in der Mitte dargestellt. Zur Abtastung dient ein darunter wiedergegebenes Abtastsignal Al, das von der Abtasttakteinheit 22 zur Verfügung gestellt wird. Das Abtastsignal Al hat in diesem Fall die gleiche Frequenz f 1 wie das Sendesignal S 1. Beide Signale sind aus dem Ausgangssignal des Fre¬ quenz-Teilers 19 abgeleitet, also letztendlich aus dem Taktsignal T des Taktgenerators 16. Die Abtastung des Zwischenfrequenzsignals ZF2 er¬ folgt jeweils bei einer fallenden Flanke des Abtastsignals Al. Dadurch er¬ geben sich diskrete Abtastwerte mit logischen Pegeln, die in Fig. 2 im Zwi- schenfrequenzsignal ZF2 mit Kreisen markiert sind. Einem Nutzsignalbit sind bei dieser Wahl der Frequenzen fθ, fl, f2, f3 und der Datenbitrate des Datensignals D vier Abtastwerte zugeordnet. Einem Nutzsignalbit mit dem logischen Wert „1" entspricht die abgetastete Pegelfolge „1 0 1 0" und ei¬ nem Nutzsignalbit mit dem logischen Wert „0" die abgetastete Pegelfolge „0 1 0 1".

Um eine möglichst reibungslose Abtastung zu gewährleisten, kann ein aus dem Ausgangssignal des Frequenz-Teilers 19 abgezweigtes Abtastsignal A mittels des Verzögerungsglieds 20 um eine einstellbare Zeitspanne verzö- gert werden. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung an die Laufzeiten der Signale Sl, E2, S2, El, ZFl und ZF2. Die Verzögerungszeit kann von der Kontrolleinheit 6 nach den Vorgaben einer vorab durchgeführten Lauf¬ zeitmessung eingestellt werden. Alternativ kann die erforderliche Verzöge- rungszeit jedoch auch zu Beginn des Betriebs eigenständig von der Kon¬ trolleinheit 6 bestimmt werden, beispielsweise mittels einiger vorab gesen¬ deter Synchronisationsbits, die bei jedem Flankenwechsel des Zwischen- frequenzsignals ZF2 eine Zeitmessung auslösen. Diese Variante ist insbe¬ sondere dann von Vorteil, wenn kein geschlossener Signalkreis wie bei der Einrichtung 1 vorliegt, sondern nur ein unidirektionales Teilsystem mit einem Signalpfad vom Sensor 26 zur Kontrolleinheit 6. Nach beispielswei¬ se drei Messungen zu Synchronisationsbits kann durch Mittelwertbildung die erf orderliche Zeitverzögerung für die Abtasttakteinheit 22 ermittelt und eingestellt werden.

Ein besonderer Vorteil der Einrichtung 1 besteht darin, dass sämtliche Fre¬ quenzen aus dem Taktsignal T des externen Taktgenerators 16 abgeleitet werden. Dadurch entfällt zum einen die Notwendigkeit weiterer Taktgene¬ ratoren und zum anderen haben die verschiedenen Signale jeweils einen festen Phasenbezug zueinander. Dadurch wird das beschriebene, sehr ein¬ fache und preiswert zu realisierende Synchrondemodulationsverfahren, das ohne die ansonsten für eine Demodulation üblichen Baugruppen aus¬ kommt, ermöglicht. Auf Grund der hard- und softwaretechnischen Einbin¬ dung der Kontrolleinheit 6 in das Demodulationsverfahren ergibt sich eine Kosteneinsparung.

Das Demodulationsverfahren und die Einrichtung 1 sind außerdem in ei¬ nem sehr großen Frequenzintervall einzusetzen. Die verwendeten Frequen¬ zen fθ, f 1, f2 und f3 können ebenso wie die Datenbitrate in einem weiten Bereich variiert werden. Die Frequenz fθ sollte lediglich so gewählt wer¬ den, dass sie innerhalb des für die Kontrolleinheit 6 spezifizierten Fre¬ quenzbereiches Hegt. Außerdem sind die Frequenzen so zu wählen, dass die Bedingung fθ=f2±f3 erfüllt ist. Die Einhaltung dieser Bedingungen ist aber problemlos möglich. Ansonsten besteht weitgehende Wahlfreiheit für die verwendeten Frequenzen. Auch hinsichtlich des verwendeten Modula¬ tionsverfahrens besteht eine hohe Flexibilität.

Weiterhin ist die Einrichtung 1 auch zur bidirektionalen Datenübertragung geeignet. Das Sendesignal Sl kann nämlich außer zur Energieübertragung auch zur Datenübertragung vom Steuergerät 2 zum Radmodul 3 eingesetzt werden. Dazu wird einem Trägersignal der Frequenz f 1 in der Kontrollein¬ heit 6 ein entsprechendes Datensignal aufmoduliert. Die Detektion erfolgt in der Kontrolleinheit 25 des Radmoduls 3.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 28 zur Da¬ tenübertragung und Demodulation dargestellt. Die Einrichtung 28 unter¬ scheidet sich nur in wenigen Aspekten von der Einrichtung 1 gemäß Fig. 1. Ein Steuergerät 29 enthält eine geringfügig anders aufgebaute Kontrollein- heit 30. Ein erster Unterschied besteht darin, dass das Verzögerungsglied 20 nicht an einen Ausgang der Kontrolleinheit geführt ist, sondern intern mittels eines weiteren optionalen Frequenz-Teilers 31 an die Abtasttaktein¬ heit 22 angeschlossen ist. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 bewirkt der Frequenz-Teiler 31 eine Halbierung der Frequenz fl des Abtastsignals A, sodass dem Abtastglied 23 von der Abtasttakteinheit 22 ein Abtastsignal A2 mit einer Frequenz f4 von 62,5 kHz zugeführt wird.

Damit ergeben sich die Abtastverhältnisse, die in den Zeitdiagrammen ge¬ mäß Fig. 4 dargestellt sind. Pro Nutzsignalbit erhält man dann zwei Ab- tastwerte, die in Fig. 4 wieder durch Kreise gekennzeichnet sind. Ein Nutz¬ signalbit mit dem logischen Wert „1" wird dann durch die abgetastete Pe¬ gelfolge „1 1" und ein Nutzsignalbit mit dem logischen Wert „0" durch die abgetastete Pegelfolge „0 0" symbolisiert.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Taktsignal T nicht durch die Kontrolleinheit 30 geschleift ist. Stattdessen ist eine externe Verbin- dungsleitung 32 zwischen dem Taktgenerator 16 und dem Mischer 12 vor¬ gesehen. Bei Bedarf kann die externe Verbindungsleitung 32 auch mit ei- nem Entkoppler oder einer Pufferschaltung ausgerüstet sein.

Die beschriebenen Unterschiede zwischen den Einrichtungen 1 und 28 tan¬ gieren nicht die prinzipiellen Wirkungsweisen und die genannten Vorteile.