专利名称：应答器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由振荡电路电容器和振荡电路线圈组成的应答器，该振荡电路线圈具有到基站的感应式耦合，用于进行感应式能量传输和/或数据传输。
例如在US 5,491,483中说明了这种用于感应式传输能量信号和/或数据信号的应答器。在那里设置了产生交变磁场的基站，通过该交变磁场来激励应答器的应答器振荡电路。所激励的应答器振荡电路馈给用于给应答器的储能器进行充电的装置，例如馈给电容器。对于紧随此后的或稍后跟随的从应答器向基站的能量传输或数据传输，借助用于振荡到其特定的固有频率上的激励装置来激励应答器振荡电路。从应答器的储能器中获取对此所必需的能量，用于尤其是抵偿应答器振荡电路的衰减损耗。
此外，在现有系统中，这样来控制从储能器中荻取能量，使得在发射时，应答器振荡电路的信号振幅或电压振幅在将近记录结束(Protokollende)时比在开始时显著更小的在单级应答器系统中，这由于高耦合而是较小的问题，因为信号振幅一般是很大的。可是在两级系统中，由于微小的信号振幅，这常常导致在将近记录结束或发射结束时的不期望得小的信噪比。在通过应答器进行发射的过程中的信噪比越小，在由接收机检测所发射的信号时的故障概率则越大。这在下面借助
图1和2来说明。
图1示出了一般公知的应答器(T)1的示意性方框电路图。用于感应式发射和接收能量信号和/或数据信号的公知的应答器(T)1具有应答器振荡电路(TSK)2，该应答器振荡电路(TSK)2通过激励装置(AV)3一方面感应式地与基站(BS)20相耦合，而另一方面与存储电容器(SK)13相耦合。在接收能量和/或数据时，以初始充电电压UC1给存储电容器(SK)13充电。在发射时使存储电容器(SK)13放电。在放电过程中，存储电容器(SK)13上的放电电压UCe下降。在发射开始t0时，放电电压UCe的数值相当于初始充电电压UC1的数值。
在发射时，如果应答器振荡电路(TSK)2的发射电压US-TSK小于激励装置(AV)3的发射电压额定值US SOLL，则借助放电过程从存储电容器(SK)13中将能量输送给应答器振荡电路(TSK)2。通过当前的放电电压UCe和由激励装置(AV)3固定地预定的参考电压Uref之间的差值来限定激励装置的发射电压额定值US-SOLL。
图2a示出了U-t曲线图，用于示出根据图1的应答器(T)1的发射过程中的发射电压US-TSK和放电电压UCe的时间分布。通过发射开始t0和发射结束tE之间的持续时间来限定发射持续时间tS。
在发射开始t0时，放电电压UCe的数值等于初始充电电压UC1的数值。存储电容器(SK)13的放电电压UCe在其时间分布上指数地下降。由放电电压UCe的曲线和参考电Uref的数值之间的差值给出发射电压额定值US-SOLL的曲线。如果发射电压实际值US-IST低于发射电压额定值US-SOLL，则激励装置(AV)3借助放电电流ICe来激励应答器振荡电路(TSK)2。借助放电电流ICe来激励应答器振荡电路(TSK)2的发射电压US-TSK大多被称为所谓的“拉扯(Zupfen)”。
由于放电电压UCe的指数衰减，从时刻tZ开始，发射电压实际值US-IST始终低于发射电压额定值US-SOLL，其中，时刻tZ表示以下时刻，即从该时刻开始，放电电压UCe小于或等于参考电压Uref。由此引起的后果是在时刻tZ和发射结束tE之间的持续的“拉扯”。如果在发射结束tE之前放电电压UCe达到了参考电压Uref，则在信噪比方面，发射电压US-TSK的包络H的振幅不再满足于发射。根据图2a，信噪比对于时刻tZ和发射结束tE之间的发射电压US TSK将是太小。
图2b示出了I-t曲线图，用于示出根据图1的应答器(T)1的发射过程中的放电电流ICe。在时刻t0、t1、t2等，生成了放电电流ICe的电流脉冲，该电流脉冲根据图1和图2a来激励应答器振荡电路(TSK)2。在时刻t0和tZ之间，“拉扯”或电流脉冲的间距变得越来越小，因为激励装置(AV)3的放电电压UCe和因此发射电压额定值US SOLL指数地下降。发射电压US-TSK的包络H因此指数地衰减(请参阅图2a、图2b)，即在发射开始t0时，有最多的信号能量或信号振幅可供使用。在发射持续时间tS期间，信号振幅或发射电压US-TSK的包络H总是继续衰减，信噪比因此变得越来越小。
如果时刻tZ位于发射结束tE之前，则要发射的信号在tZ和tE之间的时间间隔中具有很小的信号能量。在现有的物理发射信道方面的太小的信号能量导致了在接收机中用于具体检测所发射的信号的微小的信噪比。
但是，如果时刻tZ位于信号持续时间tE结束之后，则未利用可供发射使用的整个能量。因而，在整个发射持续时间tS上，被减小的信号能量供发射电压US-TSK来使用，尽管存储电容器(SK)可能有能力提供更多的能量用于发射并因此用于提高信噪比。因此，没有最佳地利用由存储电容器必要时可供使用的能量。
在该背景下，本发明所基于的任务因而是提供用于按前序部分所述的应答器的被优化的能量供应。尤其是也应改善信噪比。
根据本发明，通过一种具有权利要求1所述的特征的应答器来解决该任务。可以单个或互相结合地采用的有利的构造方案和扩展方案是从属权利要求的主题。
按照本发明的应答器包括应答器振荡电路、用于进行能量供应的储能器(SK)以及激励装置。应答器振荡电路由振荡电路电容器和振荡电路线圈组成，该振荡电路线圈具有到基站的感应式耦合，用于进行感应式地能量传输和/或数据传输。储能器在发射时提供放电电流ICe。最终将激励装置(AV)这样布置在应答器振荡电路(TSK)和储能器(SK)之间，使得该激励装置(AV)产生可调整的参考电压Uref，该参考电压Uref在发射时这样来调节发射电压US-TSK，使得发射电压US-TSK的包络曲线H在发射持续时间tS上是恒定的，以致将恒定的放电电流ICe从储能器(SK)中馈给应答器振荡电路(TSK)，并且储能器(SK)的取决于参考电压Uref的放电电压UCe线性地下降直至发射结束tE时的参考电压Uref为止。
本发明因此基于以下的思路，即借助可调整的参考电压Uref这样来调节发射电压US-TSK，使得由储能器(SK)所提供的能量的消耗被优化。
本发明的优点在于，被优化的发射信号或发射电压US-TSK的被优化的包络曲线H从信号开始t0直至信号结束tK时为止具有恒定的振幅。因此，要发射的信号的信噪比是恒定的和可调节的。借助可调整的参考电压Uref，可以如此来调整在发射时所消耗的能量，以致该能量相当于被存储在储能器(SK)中的能量。因此优化了应答器(T)的能量平衡。被存储在储能器中的能量恒定地被发出给应答器振荡电路(TSK)，以致在发射结束时恰好还有足够的能量供发射电压US-TSK使用。
根据优选的扩展方案，激励装置(AV)具有调整装置，该调整装置根据初始充电电压UC1、根据物理电路参数和根据应答器(T)的发射持续时间来调节参考电压Uref，储能器以该初始充电电压UC1在接收能量和/或数据期间已被充电。因此有利地可以根据每个发射过程的当前参数来重新调整参考电压Uref，以致对于每个发射过程的要发射的信号可以优化能量消耗和信噪比。
根据其它的优选的改进方案，激励装置(AV)具有参考电压生成器，该参考电压生成器借助初始充电电压UC1、发射持续时间tS、和物理电路参数τ来计算出参考电压Uref。
根据其它的优选的扩展方案，激励装置(AV)具有充电电压传感器(Ladespannungsgeber)、发射持续时间传感器和电路参数传感器，该充电电压传感器测量初始充电电压UC1并将所测量的初始充电电压UC1传输给参考电压生成器，利用该发射持续时间传感器可调整发射持续时间，并且该发射持续时间传感器将发射持续时间传输给参考电压生成器，在该电路参数传感器中存储了应答器(T)的物理电路参数τ，并且该电路参数传感器将所存储的物理电路参数τ传输给参考电压生成器。有利地尽可能根据所有影响发射过程的参数来计算出参考电压Uref。
根据其它的优选的改进方案，储能器(SK)被构造为存储电容器(SK)。
根据其它的优选的改进方案，激励装置(AV)具有第一差分装置(Differenzvorrichtung)，该第一差分装置从储能器的放电电压UCe和参考电压Uref中计算出发射电压额定值US-SOLL。
根据其它的优选的改进方案，激励装置(AV)具有发射电压测量装置，该发射电压测量装置测量了激励装置(AV)的当前的发射电压US，并且因此提供激励装置(AV)的发射电压实际值US-IST。
根据其它的优选的改进方案，激励装置(AV)具有第二差分装置，该第二差分装置从发射电压额定值US SOLL和发射电压实际值US IST中计算出额定值-实际值-差值SID。
根据其它的优选的改进方案，激励装置(AV)具有调节器和激励电路，其中，该调节器接收额定值-实际值-差值SID并且由此生成激励信号AS，并且如果额定值-实际值-差值SID大于零，则将该激励信号AS输送给激励电路，其中，在存在激励信号AS时，激励电路借助来自储能器的能量来激励应答器振荡电路(TSK)。
根据其它的优选的改进方案，激励电路具有受控的电流源，该电流源受激励信号AS控制地借助储能器的放电电流ICe来激励应答器振荡电路(TSK)。
根据其它的优选的扩展方案，通过应答器振荡电路(TSK)的振荡电路频率fSK、振荡电路电感LSK、和/或振荡电路品质QSK以及通过储能器(SK)的存储容量来构造物理电路参数。物理电路参数有利地包括所有涉及应答器(T)的参数，以致用于调节发射电压US-TSK的所计算的参考电Uref恰好相当于参考电压Uref，以致优化了应答器(T)的能耗。
本发明尤其适用于感应式发射和接收能量信号和/或数据信号。以下借助实施例以及附图来详细阐述本发明。
其中图1示意性地示出了一般公知的应答器的示意性方框电路图；图2a示意性地示出了U-t曲线图，用于示出根据图1的应答器的发射过程中的发射电压和放电电压的时间分布；图2b示意性地示出了I-t曲线图，用于示出根据图1的应答器的发射过程中的放电电流；图3示意性地示出了本发明应答器的示意性方框电路图；和图4示意性地示出了U-t曲线图，用于示出根据图3的应答器的发射过程中的发射电压和放电电压的时间分布。
在所有的附图中，相同的或功能相同的元件和信号(只要没有另加说明)配备有相同的参考符号。
图3示出了本发明应答器(T)1的示意性方框电路图。
应答器(T)1具有用于感应式地发射和接收能量信号和/或数据信号的应答器振荡电路(TSK)2。应答器振荡电路(TSK)2为此由振荡电路电容器(14)和振荡电路线圈(15)组成，该振荡电路线圈(15)具有到基站(20)的感应式耦合，用于进行感应式的能量传输和/或数据传输。在发射时，应答器振荡电路(TSK)2取决于发射电压US-TSK。
应答器(T)1还具有在发射时提供放电电流ICe的储能器13。储能器13优选地被构造为存储电容器(SK)。
此外，应答器1还具有被布置在应答器振荡电路(TSK)2和储能器(SK)13之间的激励装置(AV)3。激励装置(AV)3产生了可调整的参考电压Uref，该参考电压Uref在发射时这样来调节发射电压US TSK，使得发射电压US-TSK的包络曲线H在发射持续时间tS上是恒定的。能量供应(SK)13的恒定的放电电流ICe因此馈给应答器振荡电路(TSK)2，并且储能器(SK)13的取决于参考电压Uref的放电电压UCe线性地下降直至发射结束tE时的参考电压Uref为止。
在激励装置(AV)3中设置了调整装置4-7，该调整装置4-7根据初始充电电压UC1、根据物理电路参数τ和根据应答器(T)1的发射持续时间tS来调整参考电压Uref。初始充电电压UC1相当于储能器(SK)13以其在接收能量和/或数据期间已被充电的电压。通过应答器振荡电路(TSK)2的振荡电路频率fSK、振荡电路电感LSK和/或振荡电路品质QSK以及通过储能器(SK)13的存储容量CS来构造物理电路参数τ。
激励装置(AV)3具有借助初始充电电压UC1、发射持续时间tS和物理电路参数τ来计算出参考电压Uref的参考电压生成器7。
激励装置(AV)3具有充电电压传感器4，该充电电压传感器4测量了在接收能量信号和/或数据信号时的初始充电电压UC1，并且将所测量的初始充电电UC1传输给参考电压生成器7。激励装置(AV)3还具有发射持续时间传感器5，利用该发射持续时间传感器5可以调整发射持续时间tS，并且该发射持续时间传感器5将发射持续时间tS传输给参考电压生成器7。激励装置(AV)3还具有电路参数传感器6，在该电路参数传感器6中存储了应答器1的物理电路参数τ，并且该电路参数传感器6将所存储的物理电路参数τ传输给参考电压生成器7。
激励装置(AV)3的第一差分装置8从储能器(SK)13的放电电压UCe和参考电压Uref中计算出发射电压额定值US-SOLLUS SOLL＝UCe-Uref激励装置(AV)3具有发射电压测量装置9，该发射电压测量装置9测量了激励装置(AV)3的当前的发射电压US，并且因此提供了激励装置(AV)3的发射电压实际值US-IST。
激励装置3的第二差分装置10从激励装置(AV)3的发射电压额定值US-SOLL和激励装置(AV)3的发射电压实际值US-IST中计算出额定值-实际值-差值SIDSID＝US-SOLL-US-IST此外，激励装置(AV)3还具有调节器11和激励电路12，其中，调节器11接收额定值-实际值-差值SID并由此生成激励信号AS，并且如果额定值-实际值-差值SID大于零，则将激励信号AS输送给激励电路12。在存在激励信号AS时，激励电路12借助来自储能器(SK)13的能量优选地利用放电电流ICe来激励应答器振荡电路(TSK)2。
激励电路12优选地具有受控的电流源，该电流源受激励信号AS控制地借助储能器(SK)13的放电电流ICe来激励应答器振荡电路(TSK)2。
图4示出了电压-时间(U-t)曲线图，用于示出根据图3的本发明的应答器(T)1的发射过程中的发射电压US-TSK和放电电压UCe的时间分布。
横坐标表示时间轴t，其中，发射持续时间tS在发射开始t0时开始并在发射结束tS时结束。
放电电压UCe在发射开始t0时相当于储能器(SK)13以其已被充电的初始充电电压UC1。
如上面已经阐述的那样，放电电压UCe从初始充电电压UC1出发并根据参考电压Uref、时间t和物理电路参数τ线性下降。如下得出了放电电压UCeUCe(t)=UC1-Urefτt]]>其中，对于物理电路参数τ适用τ＝4π*fSK*LSK*QSK*CS在发射持续时间tS期间，放电电压UCe线性地下降。通过放电电压UCe和参考电压Uref的差值给出的发射电压额定值US-SOLL类似于放电电压UCe线性下降。
在发射结束tE时，根据本发明的能量平衡，放电电压UCe相当于参考电压Uref[UCe(t＝tE)-Uref＝0]。激励装置(AV)3借助该条件计算出最佳的参考电压Uref，并且如下来调整该参考电压UrefUref=UC11+tBι]]>发射电压US-TSK现在有利地在UCe-Uref和UCe+Uref之间振荡，因为根据本发明将发射电压US-TSK调节到所调整的参考电压Uref上。发射电压US-TSK的包络曲线H因此在整个发射持续时间tS上是恒定的。
尽管以上借助优选的实施例已阐述本发明，但是本发明不限于此，而是以多种多样的方式和方法是可修改的。
应答器振荡电路(TSK)例如可以具有其它容量，以致可以在不同的振荡电路频率之间转换(频移键控FSK(Frequency ShiftKeying))。第一和第二差分装置还可被构造为唯一的差分装置。此外，用于发射和接收能量信号和/或数据信号的应答器振荡电路(TSK)还可以与中间电路(环形天线)感应式地相耦合。
本发明具有以下优点，即被优化的发射信号或被优化的发射电压的包络曲线从信号开始至信号结束具有恒定的振幅。因此，信噪比对于要发射的信号是恒定的和可调节的。借助参考电压可以如此来调整在发射时所消耗的能量，以致在从t0至tE的整个记录时间上可以均匀地获取可使用的能量。
本发明因此尤其适用于感应式发射和接收能量信号和/或数据信号。
权利要求
1.应答器(1)，其具有-由振荡电路电容器(14)和振荡电路线圈(15)组成的应答器振荡电路(2)，该振荡电路线圈(15)具有到基站(20)的感应式耦合，用于进行感应式的能量传输和/或数据传输；-在发射时提供放电电流ICe的储能器(13)；和-具有被布置在所述应答器振荡电路(2)和所述储能器(13)之间的和产生可调整的参考电压Uref的激励装置(3)，该激励装置(3)在发射时这样来调节发射电压US-TSK，使得所述发射电压US-TSK的包络曲线H在发射持续时间tS上是恒定的，以致来自所述储能器(13)的恒定的放电电流ICe馈给所述应答器振荡电路(2)，并且所述储能器(13)的取决于所述参考电压Uref的放电电压UCe线性地下降直至发射结束tE时的参考电压Uref为止。
2.按权利要求1所述的应答器，其特征在于，所述激励装置(3)具有调整装置(4-7)，该调整装置(4-7)根据所述储能器(13)以其在接收能量和/或数据期间已被充电的初始充电电压UC1、根据物理电路参数τ、和根据所述应答器(1)的发射持续时间tS来调整所述参考电压Uref。
3.按权利要求1或2所述的应答器，其特征在于，所述激励装置(3)具有参考电压生成器(7)，该参考电压生成器(7)借助充电电压UC1、发射持续时间tS、和物理电路参数τ来计算出所述参考电压Uref。
4.按权利要求1至3之一所述的应答器，其特征在于，所述激励装置(3)具有测量初始充电电压UC1和将所测量的初始充电电压UC1传输给参考电压生成器(7)的充电电压传感器(4)、以其可调整发射持续时间tS和将该发射持续时间tS传输给参考电压生成器(7)的发射持续时间传感器(5)和在其中存储了所述应答器(1)的物理电路参数τ和将所存储的物理电路参数τ传输给参考电压生成器(7)的电路参数传感器(6)。
5.按以上权利要求之一所述的应答器，其特征在于，所述储能器(13)被构造为存储电容器(13)。
6.按以上权利要求之一所述的应答器，其特征在于，所述激励装置(3)具有第一差分装置(8)，该第一差分装置(8)从所述储能器(13)的放电电压UCe和参考电压Uref中计算出发射电压额定值US-SOLL。
7.按以上权利要求之一所述的应答器，其特征在于，所述激励装置(3)具有测量当前的发射电压US和因此提供发射电压实际值US-IST的发射电压测量装置(9)。
8.按以上权利要求之一所述的应答器，其特征在于，所述激励装置(3)具有第二差分装置(10)，该第二差分装置(10)从所述发射电压额定值US-SOLL和发射电压实际值US-IST中计算出额定值-实际值-差值SID。
9.按以上权利要求之一所述的应答器，其特征在于，所述激励装置(3)具有调节器(11)和激励电路(12)，其中，所述调节器(11)接收所述额定值-实际值-差值SID并从中生成了激励信号AS，并且如果所述额定值-实际值-差值SID大于零，则将所述激励信号AS输送给所述激励电路(12)，其中，在存在激励信号AS时，所述激励电路(12)借助来自储能器(13)的能量来激励所述应答器振荡电路(2)。
10.按以上权利要求之一所述的应答器，其特征在于，所述激励电路(12)具有受控的电流源，该电流源受所述激励信号AS控制地借助于所述储能器(13)的放电电流ICe来激励所述应答器振荡电路(2)。
11.按以上权利要求之一所述的应答器，其特征在于，通过所述应答器振荡电路(2)的振荡电路频率fSK、振荡电路电感LSK和/或振荡电路品质QSK以及通过所述储能器(13)的存储容量CS来构造所述物理电路参数τ。
全文摘要
本发明涉及一种应答器，该应答器包括应答器振荡电路(2)、用于进行能量供应的储能器(SK)以及激励装置(3)。应答器振荡电路(2)由振荡电路电容器(14)和振荡电路线圈(15)组成，该振荡电路线圈(15)具有到基站(20)的感应式耦合，用于进行感应式的能量传输和/或数据传输。储能器(13)在发射时提供放电电流I
文档编号G06K19/07GK1942885SQ200580011845
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月18日 优先权日2004年4月19日
发明者P·特本, H·齐默 申请人:西门子公司