專利名稱：用于發(fā)送和接收裝置的振幅鍵控的調制裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)送和接收裝置的振幅鍵控的調制裝置及 用于振幅鍵控的方法。
技術背景在一些系統(tǒng)中，在一個或多個基站或者閱讀設備與一個或多個所 謂應答器(Tmnspcmder)、電子數據載體之間無線或無接觸地傳輸數 據，這些系統(tǒng)被用作無接觸識別系統(tǒng)或所謂的RFID系統(tǒng)。在應答器 上也可集成傳感器，例如用于溫度測量的傳感器。這種應答器也被稱 為遙感器。應答器或其發(fā)送及接收裝置通常不具有用于向基站傳送數 據的有源發(fā)送器。這種非有源系統(tǒng)，當它們不具有本身的能量供給時 被稱為無源系統(tǒng)；當它們具有本身的能量供給，則被稱為半無源系統(tǒng)， 在這種系統(tǒng)中，對于在明顯大于1米的距離上與UHF (超高頻)或微 波相聯系的數據傳輸通常使用所謂的背向散射或反向散射耦合。為此 將從基站發(fā)射電磁波，這些電磁波由應答器的發(fā)送及接收裝置根據待 向基站傳輸的數據用一種調制方法調制及反射。這通常通過發(fā)送及接 收裝置的輸入阻抗的改變來產生，它引起與它連接的天線的反射特性 的變化。對此已公開了不同的方法。在例如被描述在EP 1 211 635 A2中的第一方法類型中，通過一個 基本上為歐姆電阻的負載的開與關來改變輸入阻抗的實數部分，由此
主要引起反射波的幅值改變或調幅。該調制方法被稱為振幅鍵控(ASK)。該歐姆電阻負載作為附加耗電器加載應答器的供給電壓， 由此使應答器與基站之間的最大可傳輸距離-尤其在無自己能源的 無源應答器上-顯著地減小。在第二方法類型中，通過發(fā)送和接收裝置的輸入部分中一個電容 器電容量的改變來影響輸入阻抗的虛數部分，由此主要引起反射波的 相位改變或相位調制。該調制方法被稱為移相鍵控(PSK)。這種方法 例如被描述在本申請人的在先德國專利申請10158442.3中。與ASK 相比，該調制方法實際上不影響工作電壓，由此可實現應答器的高效 率及使應答器與基站之間的最大傳輸距離增大。然而，當應答器與基 站之間的距離變小時，由應答器反射的功率下降。當距離非常小時可 出現這樣的情況基站不再能檢測到由應答器反射的相位調制信號。發(fā)明內容本發(fā)明所基于的技術問題是，提供一種方法， 一種所屬的發(fā)送和 接收裝置以及調制裝置，它們可實現譬如在基站與無源或半無源應答 器之間從相對小的距離直到相對大的距離的寬廣距離范圍中的可靠 數據傳輸。該任務通過以下技術方案解決，艮P，本發(fā)明提出了一種用于發(fā)送和接收裝置的振幅鍵控的調制裝置， 它根據待向基站傳輸的數據調制由基站發(fā)射的電磁波，及具有一個整 流器，它包括一個多級倍壓電路，其中該多級倍壓電路的一個級的 一個節(jié)點、尤其是一個輸出節(jié)點與一個開關裝置相連接，該開關裝置 根據一個控制信號使所述節(jié)點與一個參考電位相連接。本發(fā)明提出了一種用于振幅鍵控的方法，其中，干預一個倍壓電 路以進行振幅鍵控。本發(fā)明還提出了一種用于在基站與一個發(fā)送和接收裝置、尤其是 一個應答器的發(fā)送和接收裝置之間無線傳輸數據的方法，其中基站發(fā) 射電磁波及由該發(fā)送和接收裝置接收這些電磁波，及根據待向基站傳 送的數據用第一調制方法調制及反射這些電磁波，其中根據在該發(fā) 送和接收裝置上接收的電磁波的場強，對第一調制方法附加地或替代 它地用第二調制方法對所述電磁波進行調制及反射。本發(fā)明還提出了一種發(fā)送和接收裝置，尤其是用于應答器，具有 第一調制裝置，它根據待向基站傳輸的數據調制由基站發(fā)射的電磁 波，其中設有一個第二調制裝置，該第二調制裝置根據在所述發(fā)送 和接收裝置上接收的場強可對第一調制裝置附加地或替代地啟動。在根據本發(fā)明的方法中，根據在發(fā)送和接收裝置上接收的電磁波 的場強，對第一調制方法附加地或替代它地使用第二調制方法。這可 實現發(fā)送和接收裝置在一個寬廣的距離范圍上可靠的工作，因為兩種 調制方法可如此地組合，以致對任何距離可調節(jié)足夠的調制功率。在上述方法的一個進一步構型中，當超過一個可調節(jié)的閾值場強 時使用或啟動第二調制方法。這種啟動提高了基站與發(fā)送和接收裝置 之間可達到的距離，因為在大距離及由此場強小時僅是一種調制方法 有效，該調制方法可設計成專門用于該距離范圍，并當閾值場強被超 過時同時可改善大場強情況下近區(qū)域中的工作可靠性，因為這里可提 供足夠的輻射功率，以使另一調制方法工作。在所述方法的一個進一步構型中，借助一個參考電壓和/或參考電 流來檢測閾值場強的超過。在此，附加調制方法的啟動可簡單地、例 如借助一個比較器實現。在本發(fā)明的一個進一步構型中，第一調制方法是移相鍵控和/或第 二調制方法是振幅鍵控。借助移相鍵控可實現基站與發(fā)送和接收裝置 之間的大距離及它在電路技術上可簡單地移置。振幅調制尤其在近區(qū) 域中體現為一種可靠的傳輸方法。
在所述方法的一個進一步構型中，根據接收的場強調節(jié)第二調制 方法的調制度。這可實現調制功率的最佳調節(jié)及由此避免不必要的電 流損耗。在所述方法一個進一步構型中，為了振幅鍵控改變一個調節(jié)器的 給定值。該調節(jié)器可以是任意的調節(jié)器類型，尤其是電壓或電流調節(jié) 器。在所述方法的一個進一步構型中，為了振幅鍵控改變一個限幅電路(Begrenzerschaltung)的工作點和/或對倍壓電路進行千預。這兩種 措施可簡單地實施及在電路技術上也可簡單地實現。當對倍壓電路進 行干預時可實現高效率，因為通常設置在整流器后面的平波電容器或 負載電容器不通過調制裝置加載。所述發(fā)送和接收裝置適于實施根據本發(fā)明的方法。為此它除第一 調制裝置外還設有第二調制裝置，根據接收的場強可對第一調制裝置 附加地或替代地啟動該第二調制裝置。在所述發(fā)送和接收裝置的一個進一步構型中，第二調制裝置被連 接在一個整流器的輸出側。由此可避免第二調制裝置的元件在高頻 范圍中的寄生特性對輸入側、即對天線輸入端產生影響。在所述發(fā)送和接收裝置的一個進一步構型中，第二調制裝置包括 一個調節(jié)器、尤其是一個電壓調節(jié)器及包括一個參考裝置、尤其是帶 有不同齊納電壓的齊納二極管，其中參考裝置用于調節(jié)器的給定值調 節(jié)。此外，借助調節(jié)器可調節(jié)振幅鍵控的作用。在所述發(fā)送和接收裝置的一個進一步構型中，第二調制裝置包 括具有多個二極管的限幅電路，這些二極管以導通方向串聯在供電 電壓與參考電位之間，及一個可控的開關裝置，它被連接在兩個二極 管的連接點與參考電位之間，及具有一個控制輸入端，該輸入端由一 個調制控制信號加載。這種開關裝置可簡單及成本合適地制造及可簡 單地與第一調制裝置組合。當超過一個限壓電路的限壓值時才進行振 幅鍵控及借助開關裝置與調制控制信號同步地通過限幅電路的工作 點的改變起作用。在所述發(fā)送和接收裝置的一個進一步構型中，第二調制裝置包 括二極管的一個串聯電路，這些二極管以導通方向串聯在供電電壓 與參考電位之間， 一個可控開關裝置，它被連接在供電電壓與參考電 位之間，及一個邏輯門。該適當連接的邏輯門用于根據場強來觸發(fā)開 關裝置。由此可保證在可調節(jié)場強以下，即在小輻射功率時不進行 振幅鍵控。在所述發(fā)送和接收裝置的一個進一步構型中，開關裝置被連接在 一個倍壓電路的一個級的節(jié)點與參考電位之間。這里也是從一個可調 節(jié)的閾值場強開始通過對倍壓電路的干預來實現振幅鍵控。在所述發(fā)送和接收裝置的一個進一步構型中，應答器是無源的或 半無源的。根據本發(fā)明的至少兩個可分開啟動的調制裝置的組合對于 無源應答器尤其有利，因為在基站附近區(qū)域中輻射功率足夠的情況下 保證了高的調制功率，及在遠程區(qū)域中輻射功率小的情況下僅可使用 節(jié)能的調制方案。在所述用于振幅鍵控的調制裝置中，多級倍壓電路一個級的一個 節(jié)點與一個開關裝置相連接，該開關裝置根據一個控制信號使該節(jié)點 與一個參考電位相連接。這可實現高效的振幅鍵控，其中調制裝置的 元件在高頻范圍中的寄生特性對輸入側不產生影響。同時， 一個可能 有的、用于濾平倍壓電路輸出電壓所使用的電容器僅很少地受到與調 制相關的開關過程的負載。


在附圖中示出本發(fā)明的有利實施形式及將在下面描述。附圖表
圖l:根據本發(fā)明的第一個發(fā)送和接收裝置的概要電路圖，其中 借助一個電壓調節(jié)器實現振幅鍵控，圖2:根據本發(fā)明的第二個發(fā)送和接收裝置的概要電路圖，其中 借助一個其工作點可調節(jié)的限幅電路實現振幅鍵控，圖3:根據本發(fā)明的第三個發(fā)送和接收裝置的概要電路圖，其中 使用產生用于釋放振幅鍵控的參考電壓的二極管支路，圖4:根據本發(fā)明的第四個發(fā)送和接收裝置的概要電路圖，其中 為了振幅鍵控在一個整流器內結合了一個多級的倍壓電路，及圖5:根據圖4的、具有調制干預的倍壓電路的概要電路圖。
具體實施方式
圖l表示用于與一個未示出的基站雙向通信的一個無源或半無源 應答器的發(fā)送和接收裝置，基站可以是一個任意的、與應答器通信的 單元。第一調制裝置M1用于執(zhí)行移相鍵控形式的第一調制方法。它 包括 一個第一電容器C1， 一個可電壓控制的、MOS可變電抗器形式的第二電容器C2， 一個第三電容器C3及一個用于控制電容器C2 的控制單元SE。 一個用于執(zhí)行第二調制方法的、振幅鍵控形式的第二 調制裝置M2包括一個電壓調節(jié)器SR，該電壓調節(jié)器具有兩個帶有不 同齊納電壓的齊納二極管Dl及D2形式的參考元件。此外設有一個整 流器GL，它的內部可由多級構成。 一個容性負載CL及一個歐姆電阻 負載RL代表該應答器的后繼電路部分的相應負載元件，該后繼電路 部分不是本發(fā)明所感興趣的及未詳細示出，其中容性負載CL用于對 整流器GL的輸出電壓平波。 一個未示出的天線與輸入插口 EB及參 考電位GND相連接。 一個調制控制信號MCS用于對控制單元SE及 電壓調節(jié)器SR進行控制。基站發(fā)射電磁波、例如UHF范圍中的電磁波，這些電磁波將被 天線接收。電磁波功率的一部分用于應答器的供電及另一部分被根據
待向基站傳輸的數據調制及反射。在輸入插口 EB與參考電位GND之 間的輸入部分上施加的交變電壓信號借助整流器GL整流及輸送到電 壓調節(jié)器SR。在電壓調節(jié)器SR的輸出端上連接著容性及歐姆電阻負 載CL及RL。第一調制裝置Ml的電容器Cl， C2及C3串聯地連接在輸入插 口 EB與參考電位GND之間。電壓可控的電容器C2的兩個端子各與 控制單元SE的一個輸出端相連接。控制單元SE被加載控制信號MCS 及將一個與控制信號MSC相關的控制電壓輸出到電容器C2上。電容 器C2的電容量將根據控制電壓被調節(jié)。因此，控制信號MCS的變化 將引起輸入插口 EB與參考電位GND之間的發(fā)送和接收裝置輸入阻抗 的改變，其中基本上僅是輸入阻抗的虛數部分被影響。該阻抗變化導 致了天線反射特性的變化及由此導致由天線反射的電磁波的相位變 化或相位調制。控制信號MCS的變化曲線代表一個待傳輸的數據序 列或位串。電容器Cl和C3起到使加在電容器C2上的控制電壓相對 天線的反射特性的DC去耦合的作用，因為控制信號MCS的頻率小 于電磁波的頻率。第一調制裝置M1是有效的并與接收的電磁波場強無關，條件是 對于應答器的工作總能提供足夠功率。第二調制裝置M2從超過由齊 納二極管Dl或D2的齊納電壓確定的閾值場強開始才投入調制。有利 地，這樣地確定齊納電壓的值在基站附近區(qū)域中高場強的情況下， 移相鍵控的調制功率的下降將通過用于振幅鍵控的第二調制裝置的 調制功率至少被補償。由此引起的、在附近區(qū)域中歐姆電阻負載的損 耗功率的上升是不重要的，因為對于應答器的供電提供了足夠的輻射 功率。調制控制信號MCS用于在電壓調節(jié)器SR中在作為分別被激活 用于電壓給定值預給定的元件的齊納二極管Dl與D2之間轉換，即在
齊納二極管Dl及D2上降落的電壓被電壓調節(jié)器SR用作給定值的預 給定。當整流器GL上的輸出電壓大于齊納二極管Dl及D2上的兩個 齊納電壓時，它們分別在激活時導通，因此所述給定值及由此電壓調 節(jié)器SR的輸出電壓在相應的齊納電壓之間變換。由于該輸出電壓變 化及所連接的負載RL及CL，基本上輸入阻抗的實數部分改變，由此 引起反射波的振幅鍵控。兩種調制方法是有效的及彼此重疊。
當低于一個閾值場強和低于由此產生的整流器GL后面的閾值電 壓時，相反地兩個齊納二極管Dl及D2中任何一個不導通。在它們上 存在的電壓在激活時對于這兩個齊納二極管D1及D2來說約等于整流 器GL輸出端上存在的電壓。因此給定值及由此電壓調節(jié)器SR的輸 出電壓與調制控制信號MCS無關地約等于整流器GL的輸出電壓。將 不發(fā)生振幅鍵控。
在整流器GL的輸出電壓位于大于具有小齊納電壓的二極管的齊 納電壓但小于具有大齊納電壓的二極管的齊納電壓的中間電壓區(qū)域 中，所述給定值及由此電壓調節(jié)器SR的輸出電壓將在小齊納電壓與 整流器GL的輸出電壓之間變換。這將引起具有降低的調制度的振幅 鍵控。
圖2表示第二個發(fā)送和接收裝置，其中借助限幅電路進行振幅鍵 控，該限幅電路的工作點被調節(jié)。這里所示的裝置與圖1中所示裝置 的區(qū)別僅在于用于振幅鍵控的第二調制裝置M2的實施形式，這里第 二調制裝置被稱為M2A。該第二調制裝置M2A包括二極管D3至D6， 它們作為串聯電路在導通方向上連接在供電電壓、即整流器GL的輸 出端與接地參考電位GND之間，及包括一個MOS晶體管T1，該晶 體管用其漏極-源極通道的一個端子和二極管D5與二極管D6之間的 連接點Nl相連接，及用其漏極-源極通道的另一個端子連接到GND 上。晶體管T1的控制輸入端由調制控制信號MCS加載。
這里第二調制裝置M2A也是從超過整流器GL的輸出端上的閾 值電壓開始才投入調制。當輸出電壓低于二極管D3至D6導通電壓的 總和，二極管支路不導通，因此對晶體管T1加載調制控制信號MCS 將不產生作用。當輸出電壓大于所述導通電壓的總和時，在晶體管T1 導通的情況下將使二極管D6旁路，這將引起輸出電壓約減小二極管 D6的導通電壓值。 一個交變的調制控制信號MCS則起到在整流器 GL輸出側上電壓交替地改變，改變量為二極管D6的導通電壓值。如 根據圖l所述的，這將導致輸入阻抗實數部分的變化，由此引起反射 信號振幅鍵控。在該工作范圍中兩種調制方法是有效的及彼此重疊。
圖3表示第三個發(fā)送和接收裝置，其中使用了用于產生一個參考 電壓的二極管支路，該參考電壓用于允許振幅鍵控。這里所示的裝置 與以上所述裝置的區(qū)別僅在于用于振幅鍵控的第二調制裝置M2的實 施形式，這里第二調制裝置被稱為M2B。該第二調制裝置M2B包括 二極管D7至D10，它們如圖2地連接；還包括一個M0S晶體管T2， 該晶體管用其漏極-源極通道的一個端子和供電電壓相連接，及用其漏 極-源極通道的另一個端子連接到GND上；及包括一個與門Gl。該 與門Gl的第一輸入端由調制控制信號MCS加載及其第二輸入端和二 極管D8與二極管D9之間的連接點N2相連接。晶體管T2的控制輸 入端和該與門Gl的輸出端相連接。
在節(jié)點N2上出現的參考電壓用作振幅鍵控的允許信號。當整流 器GL的輸出電壓不足以使二極管支路導通時，在與該節(jié)點N2相連 接的與門Gl的輸入端上出現邏輯"O"。因此，與門Gl的輸出端為處 于"O"上，即晶體管T2被阻斷。第二調制裝置M2B保持無效，盡 管它受到調制控制信號MCS的控制。僅從整流器GL的輸出端上有足 夠大的電壓電平時起-它僅在相應高的場強時得到-才發(fā)生允許、 即調制啟動。
當對于啟動具有足夠的電壓電平時，與門Gl的輸出信號相應于 調制控制信號MCS，由此晶體管T2與調制控制信號MCS同步地引 起整流器GL的輸出端上的負載調制。該負載調制造成振幅鍵控。
圖4表示圖3中所示電路裝置的變型，其中振幅鍵控由一個特征 化設計的、根據本發(fā)明的調制電路起作用，在該調制電路中整流器 GL包括一個多級的倍壓電路，其中將通過一個開關裝置來干預。這 里該用于振幅鍵控的調制裝置被稱為M2C。與圖3的區(qū)別在于，作為 該開關裝置工作的晶體管T2用其漏極-源極通道連接在整流器GL內 倍壓電路的一個級與地之間。
圖5表示具有調制干預的倍壓電路的電路圖。該倍壓電路示范地 由三級S1至S3組成，它們串聯地設置在倍壓電路的輸入端與輸出端 之間，其中例如可根據所需的輸出電壓連接任意數目的這種級。輸入 電壓UE被連接在一個輸入極A1與一個參考電位、通常為地或GND 之間。輸出電壓UA可從輸出極A2取出。前一級的輸出端總是與后
一級的輸入端相連接。
第一級S1包括兩個電容器C21及C22和兩個二極管D21及D22。 電容器C21的一個端子與輸入極Al相連接，另一端子與二極管D21 的陰極并且與二極管D22的陽極相連接。二極管D21的陽極及電容器 C22的一個端子與所述參考電位相連接。電容器C22的另一端子與二 極管D22的陰極相互連接并與所述參考電位一起構成第一級Sl的輸 出端。
第二級S2包括兩個電容器C23及C24和兩個二極管D23及D24。 二極管D23的陽極與第一級S1的輸出極相連接。二極管D23及D24 以導通方向串聯在第二級S2的輸入極與輸出極之間。電容器C24連 接在所述輸出極與所述參考電位之間。第一級Sl與第二級S2還附加 地通過電容器C23耦合，該電容器的一個端子與輸入極Al相連接及
其另一端子與二極管D23的陰極及與二極管D24的陽極相連接。
第三級S3包括兩個電容器C25及C26和兩個二極管D25及D26。
它以與第二級S2相同的方式構成。
為了振幅鍵控，第二級S2的輸出端與一個開關裝置SM、例如圖
4中的晶體管T2相連接。該開關裝置SM與一個控制信號、如圖4中
調制控制信號MCS同步地將所述輸出端與一個參考電位、如地連接，
這起到改變反射波的幅值的作用。
在多級整流器的一個級中的這種調制干預與一個連接在整流器
后面的負載相比具有其優(yōu)點，即容性負載CL通過開關控制過程不被
附加地負載。
也可使用德隆/格萊納赫(Delon/Greinacher)電路中的級和/或維 拉特(Villard)電路中的級來代替所示的級Sl至S3，其中一個級的 輸出端將與開關裝置SM相連接。
如從以上對一些示范實施例的描述中可明顯看到的，本發(fā)明提供 一種方法及所屬的電路裝置，它可實現在基站與無源應答器之間從相 對小的距離直到相對大的距離的寬廣距離范圍中的可靠數據傳輸。該 電路裝置可簡單地集成在應答器的設計方案中。
權利要求
1.用于發(fā)送和接收裝置的振幅鍵控的調制裝置(M2C)，該調制裝置根據待向基站傳輸的數據調制由基站發(fā)射的電磁波，及具有一個整流器(GL)，它包括一個多級倍壓電路，其特征在于該多級倍壓電路的一個級(S2)的一個節(jié)點(N3)與一個開關裝置(T2，SM)相連接，該開關裝置根據一個控制信號(MCS)使所述節(jié)點(N3)與一個參考電位相連接。
2. 根據權利要求1的調制裝置，其特征在于所述節(jié)點是該多級 倍壓電路的所述級(S2)的輸出節(jié)點(N3)。
3. 根據權利要求1或2的調制裝置，其特征在于設有-二極管(D7， D8， D9， D10)的一個串聯電路，這些二極管以 導通方向連接在供電電壓與參考電位之間，- 一個可控開關裝置(T2)，它被連接在該多級倍壓電路的所述級 (S2)的節(jié)點(N3)與所述參考電位之間，及- 一個邏輯門(Gl)，它的一個輸出端與開關裝置(T2)的一個 控制輸入端相連接，它的一個輸入端與兩個二極管(D8， D9)的連接 點(N2)相連接及另一輸入端被加載調制控制信號(MCS)。
4. 根據權利要求3的調制裝置，其特征在于該邏輯門是一個與 門(Gl)。
5. 根據權利要求1或2的調制裝置，其特征在于所述調制裝置 是一無源或半無源的應答器的發(fā)送和接收裝置的一部分。
6. 用于振幅鍵控的方法，其特征在于干預一個倍壓電路以進行 振幅鍵控。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)送和接收裝置的振幅鍵控的調制裝置，該調制裝置根據待向基站傳輸的數據調制由基站發(fā)射的電磁波，及具有一個整流器，它包括一個多級倍壓電路，其中該多級倍壓電路的一個級的一個節(jié)點與一個開關裝置相連接，該開關裝置根據一個控制信號使所述節(jié)點與一個參考電位相連接。
文檔編號H04B1/59GK101165703SQ20071019287
公開日2008年4月23日 申請日期2004年1月12日 優(yōu)先權日2003年1月10日
發(fā)明者烏爾里?！じダ锏吕锟? 梅爾廷·菲舍爾 申請人:Atmel德國有限公司