DE69526939T2

DE69526939T2 - Transponder

Info

Publication number: DE69526939T2
Application number: DE69526939T
Authority: DE
Inventors: Oscar Barraza; Francis B. Frazee; Guenther Froschermeier; Mark A. Hamlett; Dwaine S. Hurta; Claude A. Sharpe
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2015-09-30
Also published as: EP0766215A1; DE69526939D1; EP0766215B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Erkennungssysteme des Typs, der ein Abfragegerät und einen Transponder enthält, und insbesondere auf einen derartigen Transponder, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein System des obenerwähnten Typs ist aus EP-A-0 613 108 bekannt.
Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem automatischen Fahrzeugidentifizierungssystem (AVI-System) beschrieben, das Datencodes zwischen einem Abfragegerät und einem Transponder austauschen kann. Das AVI-Gebiet ist nur eine Umgebung, in der die hierin beschriebenen Konzepte der Erfindung angewendet werden können. Systeme, die Transponder ohne Batterien oder Transponder mit Batterien verwenden, können verwendet werden, um Objekte zu identifizieren oder zu lokalisieren, die Transponder tragen, wie z. B. Vieh, Gepäck oder andere Elemente. Ferner könnte ein Transponder Zustandsinformationen bereitstellen, die das Objekt betreffen, an dem er sich befindet, wie z. B. ein Transponder, der von einer Autotür getragen wird und anzeigt, ob diese Autotür offen ist.
Die in den obigen Erkennungssystemen verwendeten Transponder oder andere können von Batterien oder von drahtlosen Funksignalen (HF-Signalen) gespeist werden.
Was die AVI-Systeme betrifft, ist allgemein das Abfragegerät in einem Mauthäuschen einer gebührenpflichtigen Straße, einer Parkgarage oder einer anderen Einrichtung mit eingeschränktem Zugang vorgesehen. Das Abfragegerät (das Lesegerät) identifiziert die vorbeifahrenden Autos, indem es Funk-Abfragesignale an einen Transponder (ein Etikett) sendet, der/das normalerweise eine kleine, in sich geschlossene Einheit ist, die z. B. auf dem Armaturenbrett oder der Windschutzscheibe des Autos angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Auto (oder ein anderes Fahrzeug oder ein anderes Objekt) in einer schnellen und effizienten Weise identifiziert werden. Abhängig von der Verwendung des Systems kann ein dem Fahrer, Eigentümer oder einer anderen bezeichneten Person zugeordnetes Konto mit einer Zugangsgebühr belastet werden. Die Kompatibilitätsstandards für ein derartiges AVI-System sind im Abschnitt 21, Teil 2, Kapitel 16, Artikel 1-4 des California Code of Regulations dargelegt, der hierin als Caltrans specification oder Caltrans spec. bekannt ist.
In bezug auf die spezifische Ausführungsform, die mit dem Caltrans spec. kompatibel ist, besteht die minimale Rolle das Abfragegeräts darin: 1) einen Transponder anzusteuern oder zu aktivieren; 2) den Transponder nach spezifischen Informationen abzufragen; und 3) eine Quittungsnachricht für den Transponder bereitzustellen, nachdem eine gültige Antwort auf die Abfrage empfangen worden ist. Das direkte Mandat des Caltrans spec. deckt das elektronische Inkasso der Maut ab, das manchmal als ein Teil des "elektronischen Maut- und Verkehrsmanagements" ("Electronic Tolls and Traffic Management" - ETTM) beschrieben ist. Die AVI-Ausrüstung für das Mautinkasso wird typischerweise aus zwei funktionalen Elementen bestehen: den an den Fahrzeugen angebrachten Transpondern und den Abfragegeräten an festen Positionen.
Ein Standort zum Mautinkasso wird wenigstens aus einem Abfragegerät bestehen, das in der obenbeschriebenen Rolle arbeitet. Auf das Abfragen oder "Abrufen" des Transponders nach spezifischen Informationen, wie z. B. der Identifikation des Transponders (ID), wird das Abfragegerät (oder ein separater Computer) typischerweise die Transponder-ID mit einer Datenbank gültiger, nicht überzogener Konten vergleichen. Falls die Transponder-ID gültig und nicht überzogen ist, wird das Abfragegerät ein Signal an einen Tormechanismus oder einen Computer am Mautstandort, der einen derartigen Tormechanismus betätigt, senden, um dem Auto ein Passieren zu erlauben. Selbstverständlich sind andere Vollstreckungsmittel möglich, die eine geringere Unterbrechung des Verkehrs berücksichtigen, indem z. B. allen Autos ein Passieren erlaubt wird, während das Auto, das den Transponder trägt (oder das kriminelle Fahrzeug, das einen nicht betriebsfähigen Transponder oder überhaupt keinen Transponder trägt), mit anderen Mitteln identifiziert wird, wobei eine geeignete Vollstreckungsdienststelle benachrichtigt wird.
Das Abfragesignal und das Antwortsignal enthalten Datencodes. Caltrans spec. hat die Definitionen für die Datencodes dargelegt, die zwischen Abfragegerät und Transponder zu übertragen sind. Die im folgenden beschriebenen Datencodes sind aus der Caltrans speciflcation abgeleitet und lediglich beispielhaft, wobei nicht beabsichtigt ist, daß sie eine erschöpfende oder verbindliche Liste der Codes für ein allgemeines AVI-System sind.
(a) Der Dienststellencode: Dieses 16-Bit-Codefeld identifiziert die Dienststelle, die die Befugnis besitzt, die Transaktion auszuführen;
(b) Der Fehlerfassungscode: Der Fehlererfassungscode kann ein CRC-CCITT-16 mit einem erzeugenden Polynom von X¹&sup6; + X¹² + X&sup5; + 1 sein. Dies führt zu einem 16-Bit-Fehlererfassungscode, der mit jeder Datennachricht übertragen wird;
(c) Der Datenkopfcode: Der Datenkopf ist im allgemeinen das erste Feld in jeder Datennachricht entweder für Lesegerät- oder Transponderübertragungen, wobei er aus einem 8-Bit- und einem 4-Bit-Wort mit insgesamt 12 Bits besteht. Der Datenkopf liefert ein "selsyn"-Signal, das durch einen Empfänger innerhalb eines Transponders oder eines Abfragegerätes verwendet werden kann, um sich selbst mit den Daten zu synchronisieren (selsyn), die vom Abfragegerät bzw. Transponder empfangen werden. Ein beispielhaftes selsyn-Signal könnten die binären und hexadezimalen Werte: 10101010 bzw. AA sein.
(d) Der Datenkopf-Merkercode sorgt für einen eindeutigen 4-Bit-Merker, der durch einen Transponder- oder Abfragegerät-Decodierer als das Ende des Datenkopfes erkannt wird, wobei die Datennachricht folgt. Das beispielhafte Merkersignal besitzt die binären und hexadezimalen Werte: 1100 bzw. C;
(e) Die Abfragegerät-ID-Nummer: Dieses 32-Bit-Feld wird verwendet, um das Abfragegerät, das die Transaktion ausführt, eindeutig zu identifizieren;
(f) Der Transaktions-Datensatztyp-Code: Dieser 16-Bit-Code identifiziert eindeutig einen spezifischen Typ einer gültigen Transaktion zwischen einem Lesegerät und einem Transponder. Dieser Code definiert eindeutig die Transponder- Nachrichtenfelder und die zulässigen Funktionen. Beispielsweise können die hexadezimalen Zahlen 1 bis 7FFF für Transpondernachrichtenstrukturen reserviert sein, während 8000 bis FFFF für die Strukturen der Nachrichten vom Lesegerät zum Transponder reserviert sein können;
(g) Der Transaktionszustandscode: Er wird verwendet, um für den Transponder Zustandsinformationen bereitzustellen; und
(h) Die Transponder-ID-Nummer: Dieser 32-Bit-Code identifiziert eindeutig, welcher Transponder auf eine abrufende Anfrage antwortet oder welchem Transponder quittiert wird.
Weil die Transponder typischerweise ihre Betriebsleistung entweder von einer kleinen Batterie oder einem empfangenen HF-Signal ableiten, sind die Transponder normalerweise nicht aktiv. Das Abfragegerät wird einen HF-Triggerimpuls übertragen, um die Transponder in sich nähernden Autos oder anderen Objekten zu aktivieren (einzuschalten). Das Abfragegerät kann eine Anzahl von HF-Triggerimpulsen in regelmäßigen Intervallen übertragen, um alle sich nähernden Transponder zu wecken. Alternativ könnte das Abfragegerät einen HF-Triggerimpuls als Antwort auf einen externen Anreiz für das Abfragegerät senden, der anzeigt, daß sich ein Transponder nähert (z. B. Licht, Wärme oder magnetische Sensoren). Nach einer Zeitverzögerung wird dann das Lesegerät ein codiertes Signal übertragen, das als die Abrufnachricht oder Abfrage bezeichnet wird, das nach der Erfassung und Decodierung durch den Transponder dem Transponder Anfangsinformationen bereitstellen wird, was die Datenblöcke anbelangt, die der Transponder übertragen sollte.
In einer beschriebenen Ausführungsform sendet das Abfragegerät ein nicht moduliertes Dauerstrich-HF-Signal als ein Abfragesignal an den Transponder, während es auf das Antwortsignal des Transponders wartet. Durch die Analogie zu akustischen Signalen ist ein nicht moduliertes HF-Signal zu einem konstanten oder "reinen" Musikton ohne irgendeine Variation in der Amplitude oder Frequenz ähnlich. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß ein Signal als in der Amplitude "unmoduliert" betrachtet werden könnte, selbst wenn sich seine Frequenz ändert und umgekehrt. Das Antwortsignal des Transponders kommt in dieser Ausführungsform, wenn der Transponder das Dauerstrich-HF-Signal mit Informationen vom Transponder rückstreumoduliert. Der akustischen Analogie folgend ist die Rückstreumodulation ähnlich zu dem Phänomen, das erhalten wird, wenn in einen Ventilator gesungen und dem resultierenden Schall zugehört wird. Wenn eine Person singt, steuert sie typischerweise die Variationen oder Modulationen ihrer Stimme. Ähnlich kann ein HF-Sender im allgemeinen sein Signal modulieren. Wenn jedoch eine Person in einen Ventilator singt, werden die Blätter des Ventilators den Schall der Stimme unmittelbar zurück zu der Person reflektieren, wenn die Blätter unmittelbar vor ihrem Mund vorbeigehen. Folglich hört der Sänger einen in der Frequenz springenden Schall, der seiner Stimme überlagert ist. Dieser "in der Frequenz springende" Schall, den der Sänger hört, ist nichts weiter als die Variation der Amplitude der Reflexion des Schalls seiner Stimme. Ähnlich kann der Transponder (durch die Amplitude oder andere Mittel) das vom Abfragegerät empfangene Dauerstrich-HF-Signal modulieren, wobei diesem reflektierten Signal Modulationen überlagert sein werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist definiert, wie im beigefügten unabhängigen Anspruch 1 angegeben ist.
Es wird ein System offenbart, das beim Betrieb eines Transponders oder Etiketts Energie erhält, indem dafür gesorgt wird, daß der Transponder in mehreren Stufen freigegeben oder geweckt wird. Innerhalb des Transponders ist ein Sender/Empfänger oder Empfänger vorgesehen, der die Signale von einem Abfragegerät empfängt oder die Signale zu einem Abfragegerät sendet. Es ist außerdem ein Schwellendetektor vorgesehen, der den Leistungspegel der empfangenen HF- Energie mißt. Wenn die durch den Detektor empfangene HF-Energie einen vorgegebenen Pegel überschreitet, verwendet der Transponder dann einen Modulationsdetektor, der feststellt, ob er durch ein gültiges Abfragesignal von einem Abfragegerät geweckt worden ist oder ob die empfangene HF-Energie lediglich ein Störbündel aus HF-Energie von irgendeiner anderen Quelle ist. Wenn durch den Modulationsdetektor eine vorgegebene Modulation erfaßt wird, wird der Transponder vollständig in seinen normalen Betriebszustand aktiviert.
Demzufolge schafft die vorliegende Erfindung einen Transponder, der mit einem Abfragegerät kommuniziert, wobei der Transponder umfaßt: einen Sender/Empfänger, der so betreibbar ist, daß er ein Abfragesignal vom Abfragegerät empfängt, einen Schwellendetektor, der so betreibbar ist, daß er den Leistungspegel des empfangenen Abfragesignals mißt, den gemessenen Leistungspegel mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht und ein Schwellensignal erzeugt, das angibt, ob der gemessene Leistungspegel größer als der Schwellenwert ist, einen Modulationsdetektor zum Erfassen der Modulation des Abfragesignals und zum Bereitstellen eines das Vorhandensein einer Modulation angebenden Signals und eine Steuerschaltung, die bei Empfang des Schwellensignals und des das Vorhandensein einer Modulation angebenden Signals freigegeben wird, damit sie das Abfragesignal vom Sender/Empfänger empfängt und die Aktionen als Antwort auf Daten, die auf das Abfragesignal aufmoduliert sind, ausführt.
Dieses System und dieses Verfahren schützen ferner einen Transponder oder ein Etikett vor dem Freigeben oder Wecken durch Stör-HF-Energie. Es wird ein Modulationsdetektor geschaffen, der ein Modulationssignal erfaßt, das einer HF- Modulation von einem Abfragegerät überlagert ist. Vorzugsweise besitzt diese überlagerte Modulation eine niedrige Frequenz unterhalb derjenigen, die typischerweise als Störstrahlung (EMI) vorhanden ist, so daß es weniger wahrscheinlich ist, daß der Transponder durch ein unbeabsichtigtes HF-Signal irrtümlich aktiviert wird. Auf den Empfang einer HF-Abfrage, der die richtige Modulation überlagert ist, ist der Modulationsdetektor betreibbar, um die andere Schaltungsanordnung innerhalb des Transponders zu wecken, so daß der Transponder dann betreibbar ist, um mit dem Abfragegerät zu kommunizieren.
Die in Verbindung mit dieser Erfindung beschriebenen Prinzipien können sowohl auf Nicht-AVI-Systeme als auch auf AVI-Systeme angewendet werden. Die hierin beschriebenen Leistungssparprinzipien könnten z. B. mit den Erfindungen des gemeinsam übertragenen europäischen Patents Nr. 0301127 (TI-12797) und der als EP-A-0 613108 veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. 94102634.6 (TI-17529) verwendet werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist:
Fig. 1 ein Blockschaltplan einer Abfragegerät- und Transponder-Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine verallgemeinerte Seitenansicht einer typischen Installation eines Fahrzeugidentifizierungssystems (AVI-Systems) gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine verallgemeinerte Draufsicht auf drei benachbarte Fahrspuren, die das AVI-System nach Fig. 1 verwenden, wobei die Figur eine Darstellung der Taktfolge eines Triggerimpulses und eines Abfragesignals vom Abfragegerät zum Transponder enthält;
Fig. 4 ein Blockschaltplan der in den Systemen nach den Fig. 1-3 verwendbaren Transponder- und Abfragegerät-Anordnung;
Fig. 5 ein ausführlicherer Blockschaltplan des Transponders nach Fig. 4, der einen Modulationsdetektor, ein Hochpaßfilter und einen Weckblock darstellt;
Fig. 6 ein noch ausführlicherer Blockschaltplan der Elemente nach Fig. 5. der den Modulationsdetektor, das Hochpaßfilter und den Weckblock enthält;
Fig. 7 ein Impulsplan, der die Signale an den gekennzeichneten Knoten des Transponders zeigt, wie in den Fig. 5-6 gezeigt ist;
Fig. 8 ein Blockschaltplan, der die Verbindung verschiedener Funktionsblöcke der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) nach Fig. 5 zeigt;
Fig. 9 ein Blockschaltplan eines Empfangspufferblocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) nach Fig. 8 befindet, um das Signal "A" vom Modulationsdetektor zu empfangen;
Fig. 10 ein Blockschaltplan des Fahrbahnunterscheidungsblocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen ASIC nach Fig. 8 befindet;
Fig. 11 ein Blockschaltplan das Haupt-Controller-Blocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen ASIC nach Fig. 8 befindet;
Fig. 12 ein Blockschaltplan des Hauptspeicherblocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen ASIC nach Fig. 8 befindet;
Fig. 13 ein Blockschaltplan des Sendeblocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen ASIC nach Fig. 8 befindet;
Fig. 14 ein Blockschaltplan des externen Schnittstellenblocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen ASIC nach Fig. 8 befindet;
Fig. 15 ein Blockschaltplan des Summerblocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen ASIC nach Fig. 8 befindet;
Fig. 16 ein Blockschaltplan des Oszillatorblocks, der sich vorzugsweise innerhalb der digitalen ASIC nach Fig. 8 befindet;
Fig. 17 ein Blockschaltplan eines Abfragegerätes, das in den Transponder- und Abfragegerät-Anordnungen nach den Fig. 1-3 verwendbar ist, in denen das Abfragegerät ein Niederfrequenz-Modulationssignal senden kann, um den Transponder gemäß der vorliegenden Erfindung zu aktivieren;
Fig. 18 veranschaulicht die graphischen Darstellungen der Signalformen für zwei verschiedene Ausführungsformen der "Squitter"-Modulation, durch die die Niederfrequenz-Zeichengabe vom Abfragegerät nach den Fig. 1-4 auf ein HF- Abfragesignal überlagert werden kann; und
Fig. 19 ist ein Blockschaltplan eines Transponders, der außerdem einen HF-Schwellendetektor enthält.
Wenn nichts anderes angegeben ist, beziehen sich entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren auf entsprechende Teile.

Ausführliche Beschreibung

Fig. 1 zeigt einen Blockschaltplan eines AVI-Systems 10, in dem ein Abfragegerät 12 mit einem entfernten Transponder 14 kommuniziert, indem es ein Abfragesignal an den Transponder 14 überträgt, wobei als Antwort darauf das Abfragegerät 12 ein Antwortsignal, das einen für den Transponder eindeutigen Kennungscode (ID) enthält, zurück zum Abfragegerät 12 überträgt. In einem typischen AVI-System wird das Abfragegerät 12 diesen ID-Code zu einem Host-Computer (Host) 16 für die Belastung des Kontos des Fahrers übertragen. Das AVI-System 10 enthält vorzugsweise die Abfragegerät-Elektronik 20, um das Abfragegerät 12 zu steuern.
In den Fig. 2 und 3 befinden sich mehrere Fahrspuren 28 an einem Verkehrskontrollpunkt, wie z. B. einem Mautplatz 29. Jede Fahrspur 28 besitzt ein zugeordnetes Abfragegerät 12. Das Abfragegerät 12 hält die Kommunikation über eine HF-Datenverbindung mit den von den Fahrzeugen 26, die sich innerhalb der 12 zugeordneten Fahrbahn 28 des Abfragegerätes 12 bewegen, transportierten Transpondern 14 aufrecht. Die Abfragegeräte 12 können eindeutige interne elektrische Parameter besitzen, wie z. B. die Position der Fahrbahn des Abfragegerätes, die Abfragegerät-Steuerparameter und die Abfragegerät-Referenzfrequenz.
Die Rolle des Abfragegerätes 12 in dieser Anwendung umfaßt: einen Transponder 14 anzusteuern oder zu aktivieren, den Transponder 14 nach spezifischen Informationen abzurufen oder abzufragen und dem Transponder 14 zu quittieren, daß ein gültiger Datenaustausch stattgefunden hat. Wie in den Fig. 1-3 gezeigt ist, besitzt das Abfragegerät 12 eine Antenne 18, die vorzugsweise etwa 18 Fuß oberhalb der Erde angebracht ist. Vorzugsweise wird die Antenne 18 zirkulare Polarisation besitzen, es können aber Vorteile vorhanden sein, die die Verwendung anderer Möglichkeiten der Polarisation motivieren werden, die lineare und elliptische Polarisation enthalten. Die Abfragegerät-Elektronik 20 ist durch ein geeignetes Kabel, wie z. B. ein HF-Koaxialkabel 22, mit der Antenne 18 verbunden.
Das Abfragegerät 12 kommuniziert in einer drahtlosen Weise mit dem Transponder 14, indem es ein/aus-getastete modulierte Signale an den Transponder 14 sendet. Das Abfragegerät 12 sendet dann ein Dauerstrich-HF-Signal an den Transponder 14. Der Transponder 14 kann dem Abfragegerät 12 antworten, indem er das Dauerstrich-HF-Signal rückstreumoduliert, wie z. B. im US-Patent Nr. 4.739.328 an Koelle u. a. beschrieben ist. Die Einzelheiten der Kommunikation zwischen dem Abfragegerät 12 und dem Transponder 14 werden hierin weiter beschrieben. Die Funktion des optionalen Hosts 16 besteht darin, die Operationen des Abfragegerätes 12 und die Peripheriefunktionen des Mautplatzes zu steuern. Derartige Peripheriefunktionen könnten den Betrieb von Verkehrssteuertoren und anderer Fahrbahn-Erzwingungsausrüstung enthalten, wie z. B. Kameras und Ampeln. Noch andere Peripheriefunktionen könnten die Kommunikation zwischen den Abfragegeräten 12 und die Kommunikation mit einem (nicht gezeigten) zentralen Bürocomputer umfassen, der Kontostandinformationen aufrechterhalten könnte. Die Verbindung 24 zwischen dem Abfragegerät 12 und dem Host 16, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, kann eine Ethernet-, Token-Ring-, RS232-, RS422- oder eine andere Verbindung sein.
Das Abfragegerät 12 nach Fig. 1 ist in zwei Modulen untergebracht: dem Elektronikmodul 20 und der Antenne 18. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält das Elektronikmodul 20 einen Sender 52, einen Empfänger 54 und eine Steuerschaltung 56. Die Verbindung 22 zwischen der Antenne 18 und dem Elektronikmodul 20 besteht aus einer verlustarmen HF-Verbindung, die typischerweise ein Koaxialkabel ist, und einem Mehrleiterkabel, das die Leistung und Steuersignalinformationen liefern kann.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Installation eines typischen AVI-Systems 10. In dieser Figur bewegt sich ein Fahrzeug 26 auf einer Fahrbahn 28a-c für und nähert sich der Antenne 18. Auf oder in dem Fahrzeug 26 befindet sich ein Transponder 14. Vorzugsweise ist der Transponder 14 an der Frontscheibe des Fahrzeugs angebracht. In bestimmten Anwendungen, wie z. B. in ungewöhnlich großen Fahrzeugen, könnten andere Orte, wie z. B. die Stoßstange des Lastwagens, geeignet sein, um die Variation der Höhe des Transponder 14 zu verringern. Wie in der Figur gezeigt ist, nähert sich das den Transponder 14 transportierende Fahrzeug 26 dem Abfragegerät 18 am Mautplatz 29. Weitere Einzelheiten, die die Kommunikation zwischen dem Transponder 14 und dem Abfragegerät 12 betreffen, werden hierin erörtert. Die Komponenten des Abfragegeräts 12 und des Transponders 14 werden außerdem ausführlicher erörtert.
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines AVI-Systems 10, das drei Fahrbahnen 28a-c umfaßt. Die drei Fahrbahnen 28a-c dienen lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung; dieses System 10 könnte auf eine oder mehrere Fahrbahnen angewendet werden. Vorzugsweise ist im Abfragegerät 12 eine Schaltungsanordnung vorgesehen, um zu bestimmen, auf welcher der Fahrbahnen sich der Transponder 14 befindet. Die an Texas Instruments übertragene europäische Patentanmeldung Nr. 94102634.6 von Claude A. Sharpe schafft eine derartige Schaltung und ein derartiges Verfahren für die Fahrbahnunterscheidung.
Fig. 4 stellt einen Blockschaltplan der Hauptkomponenten des AVI-Systems 10 bereit. Zuerst wird ein Transponder 14 unter Bezugnahme auf Fig. 4 zusammen mit den Fig. 2 und 3 beschrieben. Das AVI-System 10 umfaßt vorzugsweise die Richtantennen 18, wobei jede Antenne 18 auf eine zugeordnete Fahrbahn 28a, 28b, 28c für Fahrzeuge fokussiert ist. Ein Fahrzeug 26 oder Fahrzeuge 26 kann/können sich auf jeder Fahrbahn 28a-c bewegen, wobei jedes Fahrzeug 26 einen oder mehrere Transponder 14 transportiert. Jeder Transponder 14 umfaßt vorzugsweise: eine Antenne 30, eine analoge oder analoge/digitale ASIC 32, eine digitale ASIC 34 und einen Modulationsreflektor 41. Die Antenne 30 und der Modulationsreflektor 41 können eine einzelne integrierte Antenne 31 bilden. Vorzugsweise sind die ASIC 32 und die ASIC 34 als eine einzelne ASIC integriert.
Unter weiterer Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 ist die Transponderantenne 30 betreibbar, um die HF-Übertragungen vom Abfragegerät 12 zu empfangen. Die analoge ASIC 32 setzt ein von der Transponderantenne 30 geliefertes Signal in eine Spannung um, die beim Überschreiten einer Schwelle den Transponder 14 aktiviert. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung tastet die analoge ASIC 32 die auf dem Signal von der Transponderantenne 30 vorhandene Hochfrequenzmodulation ab, wobei sie den Transponder 14 lediglich beim Vorhandensein dieser spezifischen Modulationsfrequenz aktivieren wird. In dieser Weise ist der Transponder relativ sicher davor, durch Stör-HF-Übertragungen geweckt zu werden, die nicht vom Abfragegerät 12 verursacht werden, sondern er wird nur aktiviert, wenn vom Abfragegerät 12 eine bestimmte Frequenz übertragen wird. Die Spannungsschwelle kann einstellbar sein.
Vorzugsweise antwortet Transponder 14 nur auf Abfragesignale von der Abfragegerät-Antenne 18a-c, die sich innerhalb der Fahrbahn 28a-c befindet, auf der sich das den Transponder 14 tragende Fahrzeug 26 bewegt. Um dieses gewünschte Ergebnis zu erreichen, vergleicht der Transponder 14 einen von der ersten Richtantenne 18a empfangenen ersten Feldstärkeimpuls 44a mit einem von der zweiten Richtantenne 18b empfangenen zweiten Feldstärkeimpuls 44b. Der Transponder 14 kann dann auf die Nachrichten vom geeigneten Abfragegerät 12 antworten (d. h. dem Abfragegerät, das der Fahrbahn 28a, 28b, 28c zugeordnet ist, auf der sich der Transponder 14 bewegt). Eine ähnliche Prozedur wird zwischen anderen Fahrbahnpaaren (z. B. 28a-28c, 28b-28c) wiederholt. Der Transponder 14 ist dann so betreibbar, daß er ein Abfragesignal, das in der bevorzugten Ausführungsform amplitudenmoduliert ist, vom geeigneten Abfragegerät 12 demoduliert. Der Transponder 14 ist dann so betreibbar, daß er an einem vom Abfragegerät 12 gesendeten Dauerstrichsignal die Rückstreumodulation ausführt, um über einen Modulationsreflektor 41 ein Antwortsignal zu erzeugen.
In Fig. 4 verarbeiten die analoge ASIC 32 und die digitale ASIC 34 typischerweise das vom Sender 52 empfangenen Abfragesignal und formulieren die notwendigen Antwortdaten. Dann stellt die digitale ASIC 34 den richtig formatierten Antwortdatenstrom einem Modulationsreflektor 41 bereit. Diese ASIC 34 könnte ein einfaches digitales System sein, das ein festes Format verwendet, oder ein vielseitigeres digitales Verarbeitungssystem, das eine Anzahl von Optionen enthalten kann. Es sind viele Optionen vorstellbar, die die ASIC 34 erreichen kann, Beispiele umfassen, sind aber nicht eingeschränkt auf: die Datenspeicherung, den Verlauf des Datenaustauschs und die Batteriekapazitätswarnung. Der Modulationsreflektor 41 wird moduliert, indem seine scheinbare Wellenlänge vorzugsweise zwischen einem Viertel und der Hälfte der Trägerwellenlänge (λ) geändert wird. Wenn die scheinbare Wellenlänge des Modulationsreflektors 41 1/2λ beträgt, sollte die Antenne 30 einen großen Teil der einfallenden Trägerenergie reflektieren. Wenn der Modulationsreflektor 41 eine scheinbare Länge von 1/4λ besitzt, wird er sehr wenig des einfallenden Trägers reflektieren. Wie in der Technik wohlbekannt ist, kann ein Umschalten der Antenne zwischen 1/2λ und 1/4λ erreicht werden, indem zwei 1/4λ-Abschnitte angeschlossen oder getrennt werden. Für die beschriebene Ausführungsform beträgt die Änderung im reflektierenden Querschnitt (RCS) vorzugsweise zwischen 45 cm² und 100 cm². Durch das Variieren des RCSs entsprechend dem spezifizierten Format werden die Daten vom Transponder 14 zum Abfragegerät 12 gesendet. Die Transponder 14 sind typischerweise in einer kleinen Baugruppe in Kreditkartengröße in sich geschlossen, die vollständig tragbar ist. Vorzugsweise ist eine interne Batterie vorgesehen, um die Betriebsleistung für den Transponder 14 abzugeben. Alternativ könnte der Transponder 14 seine Betriebsleistung direkt aus dem HF-Signal gewinnen. Obwohl der Modulationsreflektor 41 als ein von der Transponderantenne 30 separates Element beschrieben ist, ist es möglich, daß beide Elemente in einer einzelnen integrierten Antenne 31 integriert sind.
Da nun die Komponenten des Transponders 14 im allgemeinen beschrieben worden sind, wird in Fig. 5 mit weiterer Bezugnahme auf die Fig. 3-4 nun ein Abfragegerät 12 der bevorzugten Ausführungsform im allgemeinen beschrieben. Das Abfragegerät 12 befindet sich an einem spezifischen Punkt, an dem der Datenaustausch erwünscht ist, wie z. B. einen Mautplatz 29. Das AVI-System 10 kann einen gemeinsamen Referenzoszillator 50 enthalten, der an seinem Ausgang 51 eine Referenzträgerwelle für die Synchronisation der Abfragegeräte 12 erzeugt. Jedes Abfragegerät 12 besitzt eine Richtantenne 18 und einen Sender 52, der ein Triggersignal 42 mit ausreichender Feldstärke und/oder ausreichenden Modulationstyp in einer im voraus gewählten Entfernung sendet, um den an einem Fahrzeug 26 in der Fahrspur 28 für Fahrzeuge, die dem Abfragegerät zugeordnet ist, beförderten Transponder 14 anzusteuern oder zu aktivieren. Der Transponder 14 der bevorzugten Ausführungsform wird aktiviert, wenn eine Kleinleistungs-Weckschaltung 64 im empfangenen Signal eine im voraus gewählte Modulationsfrequenz erfaßt.
Wenn in Fig. 5 die Weckschaltung 64 das vorgeschriebene Modulationssignal empfängt, wird die Weckschaltung 64 dann Takte an die digitale ASIC 34 mit höherer Leistungsaufnahme anlegen. In dieser Weise wird Leistung erhalten, weil die Weckschaltung 64, die konstant nach Triggersignalen 42 (siehe Fig. 3) überwacht, viel weniger Leistung verbraucht als die digitale ASIC 34, die nur nach Erfassung eines Triggersignals 42 (siehe Fig. 3) aktiviert wird. Nach dem Übertragen des Triggersignals 42 (siehe Fig. 3) überträgt das Abfragegerät 12 eine Abfrage an den entfernten Transponder 14. Die Abfrage wird vorzugsweise unter Verwendung der Ein-Aus-Tastung übertragen. Nach dem Abschluß der Abfrage sendet der Sender 52 dann ein Dauerstrich-HF-Signal auf den Transponder 14, damit der Transponder 14 das Dauerstrich-HF-Signal rückstreumodulieren kann, um das Antwortsignal zu erzeugen. Das Abfragegerät 12 enthält ferner einen Empfänger 54 für den Empfang des Antwortsignals und für die Trennung des Antwortsignals von unmodulierten Störreflexionen. Der Sender 52 und der Empfänger 54 des Abfragegerätes arbeiten unter der Steuerung einer Steuerschnittstellenschaltung 56. Der Host 16 steuert mittels der Steuerschnittstellenschaltung 56 den Sender 52, um das Triggersignal 42 gefolgt vom Abfragesignal zu senden.
Um die richtige Fahrbahnunterscheidung für ein Szenario aus drei Fahrbahnen zu ermöglichen, senden das erste Abfragegerät 12a, das zweite Abfragegerät 12b und das dritte Abfragegerät 12c gleichzeitig erste, zweite bzw. dritte Abfragesignale. Während der ersten Fahrbahnunterscheidungsperiode 45 sendet das erste Abfragegerät 12a einen ersten Feldstärkeimpuls 44a, während das zweite oder das dritte Abfragegerät 12b, 12c keine HF-Energie senden. Während einer zweiten Fahrbahnunterscheidungsperiode 46 sendet das zweite Abfragegerät 12b einen zweiten Feldstärkeimpuls 44b, während das erste und das dritte Abfragegerät 12a, 12c keine HF-Energie senden. Während einer dritten Fahrbahnunterscheidungsperiode 47 sendet das dritte Abfragegerät 12c einen dritten Feldstärkeimpuls 44c, während das erste und das zweite Abfragegerät 12a, 12b keine HF-Energie senden. In dieser Weise kann ein Transponder 14, der sich in einem Fahrzeug 26 auf einer der jedem Abfragegerät 12a, 12b, 12c zugeordneten Fahrbahnen 28a, 28b, 28c bewegt, durch das Vergleichen der Amplitude der während der ersten, zweiten und dritten Feldstärkeperioden 45, 46, 47 empfangenen Impulse 44a, 44b, 44c bestimmen, in welcher der drei Fahrbahnen 28a-c er sich bewegt. Der Host 16 ist mittels der Steuerschnittstellenschaltung 56 noch weiter betreibbar, um den Sender 52 zu steuern, um nach der Abfrage das Dauerstrich-HF-Signal zu senden, und gleichzeitig den Empfänger 54 zu steuern, um das Antwortsignal zu empfangen. Dieser Ablauf kann auf irgendeine Anzahl von Fahrbahnen erweitert werden.
Die elektronischen Komponenten 20 des Abfragegeräts 12 werden nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 ausführlicher beschrieben. Die Elektronik 20 umfaßt einen Sender 52, der betreibbar ist, um für die Abfrage der Transponder 14 Signale an die Antenne 18 zu senden. Typischerweise empfängt der Sender 52 die Signale über die Host-Verbindung 24 vom Host 16. Während der Antwort des Transponders sendet der Sender 52 ein Dauerstrich-HF-Signal an den Transponder 14, der dann das Dauerstrich-HF-Signal mit den Antwortdaten rückstreumoduliert. Der Empfänger 54 erfaßt die reflektierte Energie, die durch den Transponder 14 rückstreumoduliert ist, wobei er das modulierte Signal von den unmodulierten Reflexionen trennt. Die Antenne 18, die hier in elektrischer Verbindung mit dem Sender 52 und dem Empfänger 54 gezeigt ist, ist eine Richtantenne 18 mit einer genau geformten Charakteristik, wobei sie verwendet wird, um die HF-Signale abzustrahlen und zu empfangen, die während des Datenaustauschs zwischen dem Abfragegerät 12 und dem Transponder 14 einen Abschnitt jeder Fahrbahn abdecken. In der beschriebenen Ausführungsform wird eine einzelne Antenne 18 sowohl für das Abfragesignal als auch das Antwortsignal verwendet. Die Antenne 18 ist typischerweise etwa 18 Fuß oberhalb der Fahrbahn angebracht, wobei sie vorzugsweise so positioniert ist, daß ungeachtet standortabhängiger Variationen eine konstante Verbindung zwischen dem Abfragegerät 12 und dem Transponder 14 gewährleistet ist. Außerdem ist die Steuerschaltung oder die Host-Schnittstelle 56 gezeigt, die verwendet wird, um mit dem Host 16 zu kommunizieren, der alle Abfragegeräte 12 an einem einzelnen Mautplatz steuern kann.
In Fig. 4 akzeptiert die Host-Schnittstelle 56 zwischen dem Abfragegerät 12 und dem Host 16 für bestimmte Schreib/Lese-Operationen Informationen vom Host 16 über die Host-Verbindung 24, wobei sie die Daten für die Übertragung zum Fahrzeug 26 mittels des Senders 52 formatiert. Vorzugsweise wird die Kommunikation mit dem Host 16 erst erfolgen, nachdem der Sender 52 eine vollständige Schreib/Lese-Transaktion mit einem Transponder 14 abgeschlossen hat. Die Host-Schnittstelle 56 decodiert außerdem mittels des Empfängers 54 die Antwortdaten vom Transponder 14, wobei sie diese Antwortdaten zum Host 16 liefert. Die Antenne 18 ist vorzugsweise wetterfest und so konstruiert, um über die in ihrer Umgebung erwarteten Temperaturextreme zu arbeiten.
In Fig. 4 wird angesichts von Fig. 3 für mehrere Fahrbahnen vorzugsweise für jede Fahrbahn ein Abfragegerät 12 vorgesehen. Alle Abfragegeräte 12 an einem Mautort 29 werden in der Frequenz, der Leistungsausgabe und der Antennencharakteristik koordiniert sein, um die Überlappung der Überdeckung und die Störung zwischen benachbarten Fahrbahnen zu minimieren. In jedem Abfragegerät 12 wird typischerweise eine andere Trägerfrequenz verwendet. Alternativ könnten benachbarte Abfragegeräte 12 verschiedene Trägerfrequenzen besitzen, um die Störung zwischen den benachbarten Abfragegeräten 12 zu minimieren, während nicht benachbarte Abfragegeräte die gleiche Trägerfrequenz verwenden könnten (d. h., wo die Abfragegeräte räumlich als Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5 und Nr. 6 angeordnet sind, könnten die Abfragegeräte Nr. 1, Nr. 3 und Nr. 5 eine Trägerfrequenz verwenden, während die Abfragegeräte Nr. 2, Nr. 4 und Nr. 6 eine andere Trägerfrequenz verwenden könnten). In allen Abfragegeräten 12 könnte eine gemeinsame Trägerfrequenz verwendet werden, wie z. B. in einem System, das die Fahrbahnunterscheidung zwischen den Transpondern 14 bereitstellt, wie in der ebenfalls übertragenen europäischen Patentanmeldung Nr. 94102634.6 von Sharpe beschrieben ist.
Der Empfänger 54 des Abfragegerätes 12 erfaßt das rückstreumodulierte Rücksignal vom Transponder 14. Die Amplitude und die Phase des Rücksignals werden vollständig von der Menge der Reflexionen abhängig sein, die von einer Anzahl von Quellen auftreten. Unerwünschte Quellen der Rücksendung enthalten das folgende: Fahrzeuge 26 in derselben Fahrspur wie das Abfragegerät 12, die strahlfüllende oder nicht strahlfüllende unmodulierte Rücksendungen erzeugen; Fahrzeuge 26 in benachbarten Fahrspuren 28a, 28b, 28c, die unmodulierte und rückstreumodulierte Rücksendungen erzeugen; feste Hindernisse mit unbekannter Zusammensetzung, die unmodulierte Rücksendungen erzeugen; und Streuverluste vom Empfänger 52 zum Empfänger 54 während der Übertragung des Dauerstrich- HF-Signals zum Transponder 14.
Typischerweise ist ein Abfragegerät 12 für jede Fahrbahn 28 vorgesehen, in der eine Datenverbindung zu ermöglichen ist. Außerdem sind mit Ausnahme der am Standort programmierbaren internen elektrischen Parameter, wie z. B. dem Ort der Fahrbahn, oder anderer gesteuerter Parameter alle Abfragegeräte 12 völlig gleich, wobei sie durch einen gemeinsamen Referenzoszillator 50 in der Zeit koordiniert werden.
Die Komponenten der analogen ASIC 32 und der digitalen ASIC 34 werden nun im folgenden ausführlicher beschrieben.

DER WECKBLOCK:

In Fig. 5 ist eine ausführlichere Darstellung der analogen ASIC 32 gezeigt. Das Abfragesignal wird in der analogen ASIC 32 von der Antenne 30 empfangen. Der Modulationsdetektor 70 wirkt so, daß er das Trägersignal vom empfangenen Abfragesignal entfernt und dieses zur Schaltungsanordnung 62 der ersten Stufe leitet. Die Schaltungsanordnung der ersten Stufe umfaßt ein Tiefpaßfilter 72, das die Hochfrequenzkomponenten des Signals vom Modulationsdetektor 70 entfernt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 72 wird weiter zu einem Schwellendetektor 68 übertragen, der das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 72 mit einer Referenzspannung vergleicht. Das Ausgangssignal des Schwellendetektors 68 wird folglich ein binäres Signal sein, das ein Eingangssignal din in die digitale ASIC 34 und in die Weckschaltungsanordnung 64 sein wird.
In Fig. 5 besitzen die hierin beschriebenen Konzepte der Erfindung hinsichtlich der Leistungsaufnahme signifikante Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Es ist von signifikanter Wichtigkeit, einen Transponder 14 zu konstruieren, der minimale Leistung verbraucht. Die Wichtigkeit eines leistungseffizienten Transponders 14 besteht, ob der Transponder 14 durch ein empfangenes HF-Signal gespeist wird oder ob der Transponder an einer Batterie arbeitet. Durch das Implementieren der hierin beschriebenen Konzepte der Erfindung wird sich der Transponder 14 normalerweise in einer Abtastbetriebsart mit einer Schlafbetriebsart mit 1/24-Tastgrad befinden, wobei er wenig Energie aus der Batterie oder der HF-Energiequelle zieht. Die einzige in dieser Tastgrad-Schlafbetriebsart verbrauchte Energie wird diejenige sein, die durch die Weckschaltung 64 benötigt wird.
In Fig. 5 ist ein Hochpaßfilter 74 am Ausgang des Detektors 70 vorgesehen, um jegliche niederfrequenten Störsignale herauszufiltern, wie z. B. von Zellulartelephonen oder anderen Quellen. Das hochpaßgefilterte Signal wird vom Filter 74 am Knoten "D" bereitgestellt. Das Filter 74 kann alternativ ein Bandpaßfilter sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das Filter 74 ein Tiefpaßfilter sein, wenn der Transponder durch ein moduliertes Niederfrequenzsignal (NF-Signal) aktiviert wird. Nach der Erfassung einer HF-Modulation der interessierenden Frequenz durch den Modulationsdetektor oder den Impulszähler 78 sendet die Weckschaltung 64 ein Freigabesignal "F" an das ODER-Gatter 97, das wiederum ein wake_up-Signal an die digitale ASIC 34 sendet, solange entweder "F" oder das Taktsignal aktiv ist, damit die digitale ASIC 34 in einen aktiven Zustand eintritt. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die erwartete Modulationsfrequenz die Hochgeschwindigkeitsmodulation von etwa 100 kHz bis 400 kHz sein. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Niederfrequenzsignal unter etwa 1000 Hz dem 915-MHz-Träger überlagert, wobei dieses das vom Impulszähler 78 erwartete Modulationssignal ist.
In Fig. 5 ist für die erste bevorzugte Ausführungsform der Impulszähler 78 vorzugsweise eine torgesteuerte 5-Bit-Zählerschaltung. Das Gatter ist auf eine spezifische Frequenz eingestellt, so daß ein Bereich gültiger Zählwerte erfaßt wird. Um weiter Leistung zu sparen, ist die Leistung der Weckschaltung 64 tast- grad-gesteuert. Es könnte z. B. alle 16 ms ein 2-ms-Fenster geöffnet werden (1/8 Tastgrad), wobei innerhalb des 2-ms-Fensters der Detektor für 62,5 us eingeschaltet und für 125 us ausgeschaltet sein könnte (1/3 Tastgrad). Dieses Beispiel der Tastgrad-Steuerung (1/8 · 1/3 = 1/24 Tastgrad) würde die Leistungsaufnahme effektiv auf 1/24 des ursprünglichen Wertes verringern.
In Fig. 6 ist die Weckschaltungsanordnung 60 noch ausführlicher gezeigt. Wenn Modulation erfaßt wird, wird die digitale ASIC 34 aktiviert, wobei der Impulszähler 78 durch ein "Aktivierungs"-Signal vom Haupt-Controller-Block 140 (siehe Fig. 11) der digitalen ASIC 34 aktiv gehalten wird. Falls das modulierte HF-Signal verschwindet, kann der Haupt-Controller-Block 140 durch das "Aktivierungs"-Signal das wake_up-Signal vom ODER-Gatter 97 aktiv halten, bis die Funktionen der digitalen ASIC 34 abgeschlossen sind. Der Haupt-Controller- Block 140 wird nun das Wecksignal vom ODER-Gatter 97 nicht sperren, bis alle anstehenden Funktionen abgeschlossen sind.
In Fig. 6 umfaßt der Detektor 70 vorzugsweise eine Diode 82, die das Signal von der Antenne 30 am Knoten "A" empfängt und gleichrichtet. Ein Parallelkondensator 84 und ein Parallelwiderstand 86 wirken, um ein Tiefpaßfilter mit einer bekannten Zeitkonstanten zu bilden, so daß die 300-kHz-Manchester-Modulation aus dem 915-MHz-Dauerstrich-HF-Signal extrahiert werden kann. Ein Hochpaßfiter 74 wirkt dahingehend, jegliche unerwünschte Niederfrequenzkomponenten herauszufiltern. Das Hochpaßfilter 74 umfaßt einen Reihenkondensator 88 und einen Parallelwiderstand 90. Es ist wichtig, zu verstehen, daß die Werte der Bauelemente des Detektors 70 und des Hochpaßfilters 74 abhängig von der Modulationsfrequenz gewählt werden, die erfaßt werden muß, um die digitale ASIC 34 durch das Freigabesignal "F" freizugeben (Fig. 4). Mit anderen Worten, das Hochpaßfilter 74 kann eine sehr niedrige Eckfrequenz besitzen, oder es kann völlig beseitigt werden, wenn die Weckschaltung 64 eine Modulationsfrequenz erwartet, die niedriger ist.
In Fig. 6 empfängt der torgesteuerte Komparator 92 am Knoten "E" die Taktsignale vom Impulsgenerator 76. Das Eingangssignal vom Impulsgenerator 76 dient dazu, die Spannungsimpulse von Knoten "D" torzusteuern. Falls das Eingangssignal vom Knoten "D" (das vom Hochpaßfilter 74 fließt) die richtige Modulationsfrequenz besitzt, dient folglich der torgesteuerte Signalspeicher 96 dazu, ein hohes Eingangssignal für das ODER-Gatter 97 bereitzustellen, das die logische ODER-Verknüpfung des "F"-Signals und eines Aktivierungssignals vom Haupt-Controller-Block 140 ausführt. Das "F"-Signal ist aktiviert, sobald der richtige Zählwert erreicht worden ist und bis die Abfallflanke des Tastimpulses vom Impulsgenerator 76 den torgesteuerten Signalspeicher 96 zurücksetzt. Der torgesteuerte Signalspeicher 96 dient dazu, ein hohes Eingangssignal in das ODER-Gatter 97 bereitzustellen. Abhängig vom Signal vom torgesteuerten Signalspeicher 96 oder einem "ext_assert"-Signal von einem externen Mikrocontroller stellt der Ausgang des ODER-Gatters 97 der digitalen ASIC 34 (siehe Fig. 5) ein "Weck"-Signal bereit.
In Fig. 7 ist ein Impulsplan für einen Modulationsdetektor der bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Das Signal am Knoten "D" ist äls ein 915-MHz-Dauerstrichsignal mit überlagerter 300-kbit/s-Manchester-II-Ein/Aus-Tastung (OOK). In dem Signal am Knoten "D" treten Bündel aus 300-kHz-Modulation auf, da das Hochpaßfilter das 915-MHz-Trägersignal aus dem Signal am Knoten "A" entfernt. Am Knoten "E" befindet sich der Ausgang des torgesteuerten Signalspeichers, der mit einem bestimmten Tastgrad vorliegt, wenn durch die Weckschaltung 64 Modulation erfaßt wird. Das Wecksignal ist das Ausgangssignal aus dem ODER-Gatter 97.
Fig. 8 veranschaulicht einen Überblick über die Funktionsblöcke 100, 108, 140, 148, 155, 172, 190, 214 innerhalb einer Ausführungsform der digitalen ASIC 34. Innerhalb der digitalen ASIC 34 empfängt ein Taktblock 214 ein wake_up-Signal von der analogen ASIC 32 und beginnt daraufhin, Taktsignale zu erzeugen, vorzugsweise bei 3,6 MHz, 1,2 MHz, 0,6 MHz und 0,3 MHz. Diese Taktsignale werden zu den obigen Funktionsblöcken übertragen, die wenigstens den Haupt- Controller-Block 140 enthalten. Der Taktblock 214 setzt vorzugsweise die Erzeugung der Taktsignale ungeachtet des Zustands des von der analogen ASIC 32 empfangenen wake_up-Signals fort, bis er ein clk_disable-Signal vom Haupt- Controller-Block 140 empfängt. Sobald der HF-Signalpegel entfernt ist und sich der Haupt-Controller-Block 140 in einem Ruhezustand befindet (d. h. der Haupt- Controller-Block 140 hat alle seine notwendigen Operationen abgeschlossen), wird er dies über das clk_disable-Signal dem Taktblock 214 melden, wobei 0,5 ms später der Taktblock 214 die Schwingung aller Takte sperren wird. Die digitale ASIC 34 wird deaktiviert bleiben, bis das nächste HF-Signal mit richtigem Pegel erfaßt wird und die analoge ASIC 32 ein weiteres wake_up-Signal sendet. Die Art der digitalen CMOS-Logik besteht darin, daß sie nur Leistung zieht, wenn sich Zustände ändern, oder in einem geringeren Grad, wenn sie einfach getaktet wird; deshalb wird die statische Stromentnahme der gesamten digitalen CMOS-Logik bei den Takten sehr klein sein (im Bereich von Nanoampere).
In Fig. 8 empfängt der Empfangspufferblock 100 ein datentragendes Signal din von der analogen ASIC 32. Der Empfangspufferblock 100 decodiert dieses Signal unabhängig vom Haupt-Controller-Block 140, wobei er betreibbar ist, um die empfangenen Daten zum Haupt-Controller-Block 140 oder zum Hauptspeicherblock 148 zu übertragen. Das decodierte Signal kann durch den Haupt-Controller- Block 140 ohne Pufferung über das Signal, die ankommenden Daten, empfangen werden. Alternativ kann das decodierte Signal im (nicht gezeigten, siehe Fig. 9) Empfangsregister 122 gespeichert und gepuffert werden, wobei durch den Haupt- Controller-Block 140, der ein Adressensignal radr_11 sendet, auf es zugegriffen werden kann. Die Datenausgabe rdat_11 des Empfangsregisters 122 (siehe Fig. 9) kann direkt durch den Haupt-Controller-Block 140 empfangen werden, oder sie kann durch den Hauptspeicherblock 148 empfangen werden, um in ihm gespeichert zu werden. Der Empfangspufferblock 100 schafft vorzugsweise außerdem ein incoming_msg-Signal, um den Haupt-Controller-Block 140 zu benachrichtigen, daß eine Abfrage empfangen wird. Außerdem kann der Empfangspufferblock 100 ein msg_valid-Signal für den Haupt-Controller-Block 140 bereitstellen, um ihn zu informieren, daß die Abfrage ohne empfangenen Fehler empfangen wurde. Der Empfangspufferblock 100 könnte außerdem ein Signal, manch_activity, für den Fahrbahnunterscheidungsblock 108 bereitstellen, um den Fahrbahnunterscheidungsblock 108 zu benachrichtigen, daß der Empfangspufferblock 100 das datentragende Signal din aktiv decodiert.
In Fig. 8 ist der Fahrbahnunterscheidungsblock 108 so betreibbar, daß er din und manch_activity empfängt und bestimmt, in welcher Fahrbahn 28 für Fahrzeuge (Fig. 3) sich das Fahrzeug 26 bewegt. Die Einzelheiten dieses Fahrbahnunterscheidungsblocks 108 sind im folgenden und in der europäischen Patentanmeldung Nr. 94102634.6 von Claude A. Sharpe, die an Texas Instruments übertragen wurde, ausführlich beschrieben. Der Fahrbahnunterscheidungsblock 108 kann auf die Bestimmung der Fahrbahn 28 für Fahrzeuge (Fig. 3), in der sich das Fahrzeug 26 (Fig. 2) bewegt, diese Informationen als das Signal lane_# an den Haupt-Controller-Block 140 übertragen.
Der in Fig. 8 gezeigte Hauptspeicherblock 148 ist so betreibbar, daß er die vom Empfangspufferblock 100 empfangenen Daten speichert, wie oben erwähnt ist. Ferner ist der Hauptspeicherblock 148 so betreibbar, um über den externen Schnittstellenblock 172 Daten von einem (nicht gezeigten) externen Mikrocontroller zu empfangen. Dieser Datenaustausch erfolgt über das Adressierungssignal radr_22 und über das Datensignal rdat_22. Der Hauptspeicherblock 148 kann außerdem über die Adressen- und Datensignale uC_adr bzw. uC_dat die vom (nicht gezeigten) externen Mikrocontroller gesendeten Daten empfangen. Der Hauptspeicherblock 148 kann durch den Haupt-Controller-Block 140 durch das Auswahlsignal freigegeben oder gesperrt werden. Der externe Schnittstellenblock 172 arbeitet als eine Schnittstelle zwischen dem Hauptspeicherblock 148 und einem (nicht gezeigten) externen Mikrocontroller. Der externe Schnittstellenblock 148 empfängt ein Freigabesignal vom Haupt-Controller-Block 140 und ein Taktsignal vom Taktblock 214. Vorzugsweise beträgt das Taktsignal 1,2 MHz. In dieser Ausführungsform kommuniziert der externe Schnittstellenblock 172 mit dem (nicht gezeigten) externen Mikrocontroller durch ein serial_clk-Signal, ein serial_I/O- Signal und eine Anzahl von Quittungsaustausch-Signalen (uC_rdy, R/W und ext_assert), die in der Beschreibung in bezug auf Fig. 14 ausführlicher beschrieben werden.
In Fig. 8 ist außerdem ein Sendeblock 155 gezeigt. Der Sendeblock 155 arbeitet unter der Steuerung des Haupt-Controller-Blocks 140, um die Daten in einem Antwortsignal zum (nicht gezeigten, siehe Fig. 1) Abfragegerät 14 zu übertragen, indem er die Daten vorzugsweise unter Verwendung des Rückstreu-Modulators 41 auf ein Dauerstrich-HF-Signal vom Abfragegerät 14 rückstreumoduliert. Der Sendeblock 155 empfängt über das Datensignal rdat_21 die Daten vom Hauptspeicherblock 148, wobei er den Hauptspeicherblock 148 unter Verwendung des Adressensignals radr_21 adressiert. Der Sendeblock 155 kommuniziert mit den Haupt-Controller-Block 140 unter Verwendung der Signale (xmit_data_select, start, xmit_complete und trans_count), die in der Beschreibung in bezug auf Fig. 14 ausführlicher beschrieben werden.
Ein in Fig. 8 gezeigter Summerblock 190 arbeitet, um über einen Summer 212 Anzeigetöne an eine Bedienungsperson zu übertragen. Der Summerblock 190 arbeitet unter der Steuerung des Haupt-Controller-Blocks 140. Der Haupt-Controller-Block 140 sendet die Steuersignale beep_time, beep_enable, beep_start an den Summerblock 190. Diese Steuersignale werden in der Beschreibung in bezug auf Fig. 15 ausführlicher beschrieben.
Auf den Abschluß einer erfolgreichen Transaktion, die eine Abfrage und eine Antwort umfaßt, in der keine Datenfehler aufgetreten sind, könnte in Fig. 8 der Transponder 14 z. B. in eine 10-Sekunden-Periode eintreten, während der er nicht auf weitere Abfragen antworten wird, die den gleichen Dienststellencode wie die gerade abgeschlossenen Transaktion besitzen. Während dieser Periode des Nichtantwortens empfangene Abfragen werden mit dem vorausgehenden Dienststellencode verglichen, wobei ihnen nicht geantwortet wird, falls der Dienststellencode der gleiche wie der vorausgehende Dienststellencode ist. Falls ein anderer gültiger Dienststellencode während der Periode des Nichtantwortens empfangen wird, kann der Transponder 14 auf die neue Abfrage antworten.

DER EMPFANGSPUFFER-BLOCK:

In Fig. 9 werden die Komponenten des Empfangspufferblocks 100 der digitalen ASIC 34 beschrieben. Der Empfängerblock 100 umfaßt einen Manchester- Decodierer 102, einen CRC-CCITT-Rechner 106 und einen Zustands-Controller 110. Der Empfängerblock 100 decodiert die Übertragungen vom Abfragegerät 12, bestimmt, in welcher Fahrbahn sich der Transponder 14 befindet und berechnet den CRC der ankommenden Nachricht. Der Manchester-Decodierer 102 empfängt das datentragende Signal din von der analogen ASIC 32. Der Manchester-Decodierer 102 umfaßt einen digitalen Phasenregelkreis bei 3,6 MHz, um die Synchronisation des Manchester-Decodierers mit din zu ermöglichen. Der Manchester- Decodierer 102 stellt an seinem Ausgang einen empfangenen seriellen Datenstrom SRDT und ein Taktsignal SRCK bereit, die aus dem datentragenden Signal din abgeleitet sind. Der Manchester-Decodierer 102 stellt außerdem ein manch_activity-Signal an den Fahrbahnunterscheidungsblock 108 (siehe Fig. 8) bereit. Der Zweck des manch_activity-Signals wird später in bezug auf Fig. 10 beschrieben.
In Fig. 9 wird der serielle Datenstrom SRDT in einen CRC-Generator 106 gespeist. Der CRC der ankommenden Nachricht wird unter Verwendung des CCITT-Polynoms (X¹&sup6; + x¹² + x&sup5; + 1) berechnet. Der Empfangs-Controller 110 bestimmt, welche Datenbits im CRC berechnet werden (die Zusatzbits werden nicht als Teil des CRC berechnet), wobei er den CRC-Generator 106 aktiviert, um die Berechnung des CRCs zu beginnen, nachdem alle Zusatzbits empfangen worden sind. Ein Bytezähler 114 ist vorgesehen, um den seriellen Datenstrom zu empfangen und die Anzahl der empfangenen Bytes zu zählen. Die Anzahl der Bytes kann gezählt werden, indem der Bytezähler 114 mit jedem achten Impuls des seriellen Datentakts inkrementiert und der Zählwert zum Haupt-Controller- Block 140 (siehe Fig. 8) übertragen wird. Es ist ein 8-Bit-Halterregister 116 vorgesehen, um die Bytes zu halten, wie sie vom Seriell-Parallel-Schieberegister 112 übertragen werden.
Es ist ein Daten-Komparator 120 vorgesehen, deshalb kann der Empfangs- Controller 110 die Daten aus dem Seriellen-Parallel-Schieberegister mit den in einem SRAM 118 gespeicherten Daten vergleichen. In dieser Weise könnte z. B. durch den Empfangs-Controller 110 über das Seriell-Parallel-Schieberegister 112 die Transponder-Kennung im SRAM 118 gespeichert und mit einem aus den seriellen Daten SRDT ermittelten ID-Code verglichen werden. Folglich arbeitet der Empfangspufferblock 100 unabhängig vom Haupt-Controller 104. Der Empfangs- Controller 110 tastet die empfangenen Manchester-codierten Daten auf der manch_activity-Leitung vom Manchester-Decodierer 102 ab. Der Empfangs- Controller 110 ist ferner betreibbar, um unter Verwendung der Steuerleitungen crc_bypass und crc_clear den CRC-Generator 106 zu umgehen oder den CRC- Generator 106 zurückzusetzen. Auf das Abtasten des Anfangs des Empfangs der Manchester-codierten Signale setzt der Controller 110 vorzugsweise den CRC- Generator 106 zurück, wobei er das Byte-Zählregister 114 zurücksetzt. Der Controller 110 kann das Empfangsregister 122 steuern, um die Daten aus dem 8-Bit- Halteregister 116 zu speichern.

DER FAHRBAHNUNTERSCHEIDUNGSBLOCK:

In Fig. 10 enthält der Fahrbahnunterscheidungsblock 108 einen Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124, der zu drei spezifischen Zeitpunkten abtastet, nachdem die Abfrage des Transponders 14 durch den das Abfragegerät 12 eingeleitet ist (siehe Fig. 3). Der Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124 speichert die Spannungsabtastwerte vom Knoten "B" der analogen ASIC 32 (siehe die Fig. 5, 8) in den Kondensatoren 126a, 126b, 126c, deren Spannungen die Eingangssignale in einen Spannungs-Komparator/Decodierer 130 werden. Der Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124 tastet den Knoten "B" während der Abtastperioden 45, 46, 47 (siehe Fig. 3) ab, um die Feldstärkeimpulse 44a-c abzutasten (siehe Fig. 3). Die Schalter 132a, 134b, 132c verbinden jeweils die Kondensatoren 126a, 126b, 126c mit der Eingangspannung des Knotens "B" (siehe die Fig. 5, 8). Das Ausgangssignal des Komparators 130 wird eine spezifische Zeit später (nach dem Einschwingen) abgetastet, um zu bestimmen, welches Signal stärker war, und deshalb, in welcher Fahrbahn 28a, 28b, 28c sich der Transponder 14 befindet.
In Fig. 10 ist der Fahrbahnunterscheidungsblock 108 vorzugsweise unabhängig betreibbar, um die Feldstärkeimpulse ohne die Notwendigkeit für die Überwachung vom Haupt-Controller-Block 104 (siehe Fig. 8) oder von anderen Controllern abzutasten. Der Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124 empfängt das manch_activity-Signal vom Empfangspufferblock 100 (siehe Fig. 8). Auf die Erfassung der Manchester-codierten Signale (manch_activity = hoch) startet der Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124 einen Langzeitgeber 138, um den Abschluß der ankommenden Abfrage zu erwarten (siehe Fig. 3). Nachdem der Langzeiggeber 138 seinen Zyklus abgeschlossen hat, beginnt der Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124 die Spannung am Knoten "B" nach den Feldstärkeimpulsen 44a-c (siehe Fig. 3) zu überwachen. Ein Kurzzeitgeber 137 stellt eine 3,3-ms-Abtasttaktung zwischen den Impulsen bereit. Unter Verwendung dieser 3,3-ms-Taktung ist der Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124 richtig mit den Abtastperioden 45, 46, 47 (siehe Fig. 3) synchronisiert. Es sollte selbstverständlich sein, daß die obenbeschriebenen Taktperioden lediglich beispielhaft sind, wobei abhängig von den Parametern der Systemkonstruktion, wie z. B. der Anzahl der Fahrbahnen, zwischen den unterschieden wird, und der Länge der Abfrage- und Taktimpulse, andere Perioden verwendet werden können.

DER HAUPT-CONTROLLER- UND KOMPARATOR-BLOCK:

In Fig. 11 steuert der Haupt-Controller-Block 140 die gesamten Aktionen der digitalen ASIC 34. Der Haupt-Controller 104 wird durch das "Weck"-Signal von der analogen ASIC 32 (siehe Fig. 8) geweckt. Der Haupt-Controller 104 trifft dann anhand des Inhalts der ankommenden Nachricht und der aktuellen Transaktionsfolge Entscheidungen. Der Komparator 142 nimmt die ankommenden Nachrichten aus dem Empfangspuffer 122, verifiziert unter Verwendung des berechneten CRCs die Gültigkeit der empfangenen Nachricht und führt die Vergleiche an den Informationen der ankommenden Nachricht aus. Der Haupt-Controller 104 führt die geeignete Befehlsfolge aus.
In Fig. 11 wird ein Datensatztypcode (16 Bits) der ankommenden Abfrage verwendet, um die Reihenfolge und den Typ der ausgeführten Vergleiche zu bestimmen. Dieser Code definiert eindeutig die Transponder-Nachrichtenfehler und die zulässigen Funktionen. Beispielhaft können die hexadezimalen Zahlen 1 bis 7FFF für die Transpondernachrichtenstrukturen reserviert sein, während 8000 bis FFFF für die Strukturen der Nachrichten vom Abfragegerät zum Transponder reserviert sein können. Nachdem die Abfrage unter Verwendung ihres CRCs auf Datenfehler überprüft worden ist, wird der Datensatztypcode untersucht, wobei die Komparator-Schaltung 142 die Merker in Übereinstimmung mit dem Datensatztypcode setzt. Der Haupt-Controller 104 wirkt auf die von der Komparator- Schaltung 142 erzeugten Merker, wobei er die geeigneten Aktionen unternimmt, um den Dateninhalte der Abfrage zu analysieren, die Daten für die Antworten des Transponders 14 zu erzeugen und dem (nicht gezeigten) optionalen externen Mikrocontroller zu melden oder um ASIC-Wartungsfunktionen auszuführen (die im folgenden unter der Überschrift "DIE WARTUNGSBETRIEBSART UND DIE WARTUNGSNACHRICHTEN" erörtert sind). Der Haupt-Controller 104 wirkt außerdem, um den Hauptspeicherblock 148 (siehe Fig. 8) mit Informationen zu laden, indem er für den Hauptspeicherblock 148 Adressen bereitstellt, bei denen die Daten zu speichern sind. Typischerweise würde die Quelle dieser Daten die empfangene Abfrage oder der (nicht gezeigte) externe Mikrocontroller sein.
In Fig. 11 ist der Transaktionszähler 146 ein 8-Bit-Zähler, der am Ende einer Quittungsnachricht vom Abfragegerät 12 (siehe Fig. 1) inkrementiert wird, wenn die Transaktion erfolgreich abgeschlossen wurde (z. B. das Abfragegerät 12 hat vom Transponder 14 einen gültigen ID-Code empfangen). Der Transaktionszähler 146 wird innerhalb des Adressenraums des Speicherblocks A adressiert, obwohl er Teil des Haupt-Controllers 104 ist. Der Transaktionszähler 146 stellt eine umlaufende 8-Bit-Zahl bereit, die verwendet werden kann, um erfolgreiche Mauttransaktionen und Wartungsoperationen für Buchhaltungszwecke zu verfolgen (ganz wie eine "Prüfziffer" persönliche Banktransaktionen verfolgt). Der Wert des Transaktionszählers wird nicht normal programmiert, er kann aber auf Null zurückgesetzt werden, indem die ASIC über den externen Rücksetz-Anschlußstift oder durch ein anderes Verfahren zurückgesetzt wird.
Wie in Fig. 11 ersichtlich ist, wirkt der Haupt-Controller 104 außer zum Ausführen der Funktionen, die mit dem Empfang und der Verarbeitung von Abfragenachrichten im Zusammenhang stehen, ein wenig wie ein Nervenzentrum für den Transponder 14. Viele der Steuersignale werden vom Haupt-Controller 104 zu den anderen Funktionsblöcken 100, 108, 140, 148, 155, 172, 190, 214 und von diesen zum Haupt-Controller 104 geleitet. Der Haupt-Controller 104 empfängt seinen Takt vom beispielhaften 3,6-MHz-Takt vom Taktblock 214. Der Tacktblock 214 fährt vorzugsweise mit der Erzeugung der Taktsignale fort, ungeachtet des Zustandes des von der analogen ASIC 32 empfangenen wake_up- Signals, bis er das clk_disable-Signal vom Haupt-Controller 104 empfängt.
In Fig. 11 kann der Haupt-Controller 104 die Daten vom Empfangsbufferblock 100 entweder ohne die oder mit der Pufferung über das Signal incoming_data empfangen. Alternativ kann das decodierte Signal im (nicht gezeigten, siehe Fig. 9) Empfangsregister 122 gespeichert und gepuffert werden, wobei durch den Haupt-Controller-Block 140, der ein Adressensignal radr_11 sendet, auf sie zugegriffen werden kann. Der Haupt-Controller ist 104 außerdem betreibbar, um die Daten durch das Senden des Adressensignals wadr_21 und durch das Freigegeben des Hauptspeicherblocks 148 durch das "Auswahl"-Signal im Hauptspeicherblock 148 zu speichern. Sobald der Hauptspeicherblock 148 auf diese Weise ausgewählt ist, wird er betreibbar sein, um die Daten durch das Signal rdat_11 direkt vom Empfangspufferblock 100 zu empfangen. Der Empfangspufferblock 100 stellt außerdem vorzugsweise ein incoming_msg-Signal bereit, um den Haupt-Controller-Block 140 zu benachrichtigen, daß eine Abfrage empfangen wird. Der Empfangspufferblock 100 kann ein msg_valid-Signal für den Haupt-Controller-Block 40 bereitstellen, um ihn zu informieren, daß die Abfrage ohne empfangenen Fehler empfangen wurde.
In Fig. 11 empfängt der Haupt-Controller 104 ein Signal lane_# vom Fahrbahnenunterscheidungsblock 108, um zu bestimmen, in welcher Fahrbahn 28 für Fahrzeuge (Fig. 3) sich das den Transponder tragende Fahrzeug 26 bewegt (siehe Fig. 2). Der Sendeblock 155 arbeitet unter der Steuerung des Haupt-Controller- Blocks 140, um die Daten in einem Antwortsignal zum (nicht gezeigten, siehe Fig. 1) Abfragegerät 14 zu übertragen, indem er unter Verwendung des Rückstreu-Modulators 41 die Daten auf ein Dauerstrich-HF-Signal vom Abfragegerät 14 rückstreumoduliert. Der Sendeblock 155 empfängt die Daten vom Hauptspeicherblock 148 über das Datensignal rdat_21, wobei er den Hauptspeicherblock 148 unter Verwendung des Adressensignals radr_21 adressiert. Der Sendeblock 155 kommuniziert unter Verwendung der Signale (smit_data_select, start, xmit_complete und trans_count), die in der Beschreibung in bezug auf Fig. 14 ausführlicher beschrieben sind, mit dem Haupt-Controller-Block 140. Der Haupt- Controller 104 steuert den Summerblock durch die Steuersignale beep_type, beep_enable und beep_start. Diese Steuersignale sind in der Beschreibung in bezug auf Fig. 15 ausführlicher beschrieben.

DER SPEICHERBLOCK

Der in Fig. 12 gezeigte Hauptspeicher 150 besitzt die Speicherblöcke A, B, C, D und M. Vorzugsweise ist jeder der beispielhaften fünf Blöcke des Speichers für die Übertragung zum Abfragegerät 12 durch den Sendeblock 155 (siehe Fig. 8) verfügbar. Der Speicher 150 ist vorzugsweise ein Mehrfachanschluß-SRAM, der gleichzeitige Schreib- und Leseoperation erlaubt. Vorzugsweise ist der Speicher 150 ein SRAM mit einer Kapazität von 80 Bytes, der Speicher 150 könnte jedoch ein nichtflüchtiger Speicher (z. B. EEPROM, ROM) sein. Außerdem könnten Speicher mit mehr oder weniger als 80 Bytes in einem AVI-System oder anderen Systemen gemäß dieser Erfindung implementiert sein.
In Fig. 12 erlauben die Auswahlmultiplexer 152, 154 das Schreiben in den Speicher vom Haupt-Controller 104 und vom (nicht gezeigten) externen Mikrocontroller durch den externen Schnittstellenblock 172. Durch die Abfragenachricht kann das Abfragegerät 12 vom Transponder 14 eine 16-Byte-Datenübertragung des Speicherblocks A, B, C, D oder M anfordern. Als eine Alternative könnte die Abfragenachricht den Transponder 14 anweisen, ein längeres Datenbündel zu senden, wie z. B. eine 32-Byte-Datenübertragung. Eine 32-Byte-Datenübertragung könnte z. B. aufeinanderfolgende Übertragungen der Speicherblöcke A und B oder der Speicherblöcke A und C oder der Speicherblöcke A und D oder der Speicherblöcke A und M umfassen.
Die Grundfunktion jedes der Speicherblöcke (A, B, C, D, M) könnte z. B. sein:
Speicherblock A: grundlegende Abrechnungsinformationen;
Speicherblock B: Gesetzesvollzug-Informationen;
Speicherblock C: Informationsspeicher mit offenem Eintrag über den gebührenpflichtigen Weg;
Speicherblock D: Sendepuffer für die Ausgangsdaten des Mikroprozessors;
Speicherblock M: Wartungs- und Steuerfunktionen.
Zwei spezielle Register sind Teil des Adressenraums des Speicherblocks A: der (nicht gezeigte, siehe Fig. 11) Transaktionszähler 146 und das FLAGS-Register. Obwohl der Transaktionszähler 146 infolge seiner logischen Beziehung zum Haupt-Controller-Block 140 Teil des Adressierungsraums des Hauptspeichers ist, ist er in Fig. 11 und ihrer Beschreibung enthalten. Das zweite spezielle Register im Speicherblock A ist das FLAGS-Register. Dieses 8-Bit-Register zeigt dem Abfragegerät 12 die Fähigkeiten des Transponders 14 an, wobei bestimmte Bits durch ein Betriebszentrum programmiert sind. Die einzelnen Bits des FLAGS- Registers sind definiert als:
Die Bits 0 und 2 sind Informationsbits für das Lesegerät und werden durch das Betriebszentrum gesetzt. Die Bits 1 und 3 spiegeln eine freigegebene oder gesperrte ASIC-Schaltungsanordnung wieder, wobei sie durch das Betriebszentrum gesetzt werden. Das Bit 4 wird durch das Abfragegerät 12 gesetzt, es kann aber durch ein Betriebszentrum zurückgesetzt werden. Die Bits 7 und 6 sind die höherwertigen Bits vom Meßgerät für den Batterieverbrauch.
Eine beispielhafte Struktur des Speicherblocks A ist:

Byte-Nr. Funktion

1 Konto-ID-Byte 1, MSB
2 Konto-ID-Byte 2
3 Konto-ID-Byte 3
4 Konto-ID-Byte 4
5 Konto-ID-Byte 5
6 Konto-ID-Byte 6, LSB
7 Kontostand-Byte 1 (falls es kein uc gibt sind diese 0), MSB
8 Kontostand-Byte 2 (falls es kein uc gibt sind diese 0), LSB
9 (spezifiziert)
10 (spezifiziert)
11 (spezifiziert)
12 (spezifiziert)
13 (spezifiziert)
14 (spezifiziert)
15 FLAGS-Register
16 Transaktionsnummernregister
Die Struktur des Speicherblocks B kann eine "freie Form" aufweisen oder nicht so streng spezifiziert sein, wie es der Speicherblock A ist. Die Inhalte des Speicherblocks B (16 Bytes) können durch die Mautdienststelle oder eine andere berechtigte Entität am Betriebszentrum geschrieben werden, sie können aber durch das Lesegerät 12 gelesen werden. Der Speicherblock B kann z. B. Informationen des Nur-Lese-Typs enthalten (Gesetzesvollzug-Informationen, die Kraftfahrzeug-Zulassungsnummer, den Code der Transaktionsdienststelle usw.).
Die Struktur des Speicherblocks C kann ebenfalls eine "freie Form" besitzen. Der Zweck dieses Blocks besteht darin, Informationen (wie z. B. die Informationen über den Eintrag für den gebührenpflichtigen Weg) von einem Lesegerät zu einem anderen Abfragegerät 12 weiterzuleiten. Ein erstes Abfragegerät 12 kann z. B. die Informationen im Transponder 14 speichern, indem es die Daten sendet, die der Haupt-Controller-Block 140 (siehe Fig. 8) durch das Senden der geeigneten Adressierungsinformationen im Hauptspeicherblock C speichern kann. Ein weiteres nachfolgendes Abfragegerät 12 kann dann durch das Senden eines geeigneten Transaktions-Datensatztype-Codes (wie z. B. den Typ 3A, der im folgenden unter der Überschrift "Transaktions-Datensatztyp-Codes" beschrieben ist) die Inhalte des Speicherblocks C lesen. Durch diese Verfahren kann die Kommunikation zwischen verschiedenen Abfragegeräten 12 bewirkt werden.
Es ist beabsichtigt, daß der Speicherblock D durch den Haupt-Controller 104 als Sendepuffer (16 Bytes) für die Informationen von einem (nicht gezeigten) optionalen externen Mikrocontroller zu einem Abfragegerät 12 oder einem Betriebszentrum verwendet wird. Es ist hauptsächlich beabsichtigt, daß die Inhalte des Speicherblocks D (16 Bytes) durch den (nicht gezeigten) externen Mikrocontroller geladen werden. Falls ein (nicht gezeigter) externer Mikrocontroller im AVI-System 10 nicht vorhanden ist, kann der Block D in "freier Form" als andere 16 Bytes von Informationen verwendet werden, die durch das Betriebszentrum oder das Abfragegerät 12 geladen und durch ein Betriebszentrum oder ein Lesegerät 12 gelesen werden können. Als eine Alternative zum Speichern der Mikrocontroller-Zugriffsfunktionen könnte der Block D als ein zusätzlicher Speicher in den normalen Operationen verwendet werden, selbst wenn ein Mikrocontroller vorhanden ist.
Die Funktionen des Wartungsblockregisters:

Byte-Nr. Funktion

1 Dienststellencode, MSB
2 Dienststellencode, LSB
3 CONFIGURATION-Register
4 Konfigurationswort für die analoge ASIC, MSB
5 Konfigurationswort für die analoge ASIC
6 Konfigurationswort für die analoge ASIC, LSB
7
8
9
10
11
12 Byte 1 des Maßes des Batterieverbrauchs - LSB
13 Byte 2 des Maßes des Batterieverbrauchs
14 Byte 3 des Maßes des Batterieverbrauchs
15 Byte 4 des Maßes des Batterieverbrauchs
16 Byte 5 des Maßes des Batterieverbrauchs - MSB

DER SENDERBLOCK:

In Fig. 13 enthält der Senderblock 155 einen Multiplexer 156, ein Byteregister 158, eine Verschlüsselungsschaltung 160, einen CRC-Generator 162, einen Datenkopf-Generator 164, einen FSK-Modulator 166 und einen Controller 168. Der zu übertragende serielle Datenstrom wird durch die Verschlüsselungseinrichtung 160 verschlüsselt, durch den CRC-Generator 162 geleitet und über den FSK-Modulator 166 übertragen. Die Senderblock-Steuerschaltungsanordnung 168 wird freigegeben, sobald dies durch den Haupt-Controller-Block befohlen wird. Der Sender-Controller 168 überträgt dann das "selsyn"-Signal, das durch den Empfänger 54 im Abfragegerät 12 verwendet werden kann, um sich selbst mit der Antwort des Transponders 12 zu synchronisieren (selsyn). Ein beispielhaftes selsyn- Signal könnten die binären und hexadezimalen Werte: 10101010 bzw. AA sein. Nach dem Abschluß der Synchronisation mit dem Empfänger 54 des Abfragegerätes meldet der Sender-Controller 168 dann dem Haupt-Controller 104, daß die Daten des geeigneten Speicherblocks bei 300 kHz einzutakten sind. Wenn der Haupt-Controller 104 das Ende der Daten meldet, taktet die CRC-Schaltung 162 den CRC aus. Nach dem Abschluß der Übertragung der CRC-Bits tritt der Senderblock 155 in den Ruhezustand ein und meldet dem Haupt-Controller 104, den Sendertaktblock 214 für die niedrigste Leistungsaufnahme zu sperren.
Die Verschlüsselungsschaltung 160 verwendet mehrere Schlüssel. Die Verschlüsselungsfunktion kann im Betriebszentrum aktiviert werden. Der CRC-Generator 162 berechnet unter Verwendung des CCITT-Polynoms (x¹&sup6; + x¹² + x&sup5; + 1) den CRC. Die Dateneingabe in den CRC-Generator 162 ist der verschlüsselte Datenstrom. Der CRC-Wert wird immer als nicht verschlüsselte Informationen übertragen.

DER SCHNITTSTELLEN-CONTROLLER-BLOCK:

Fig. 14 zeigt eine externe Controller-Schnittstellenschaltung 172. Die Schnittstellenschaltung 172 schafft Flexibilität in der Konstruktion des Transponders 14 und erlaubt zusätzliche Aufrüstungen des Systems mit minimalen Aufwand. Die Schnittstellenschaltung 172 erlaubt, daß ein (nicht gezeigter) externer Mikrocontroller mit dem Transponder 14 kommuniziert. Der Schnittstellen-Controller 174 kann durch den Haupt-Controller 104 durch das "Freigabe"-Signal zwischen den zwei Funktionsblöcken (siehe Fig. 8) aktiviert werden. Wenn der Schnittstellen- Controller 174 durch den externen Mikrocontroller geweckt wird, tastet er ab, daß das "ext_assert"-Signal aktiv ist, wobei er die Kommunikation mit dem externen Mikrocontroller fortsetzen wird. Die Schnittstellenschaltung 172 überwindet die Probleme beim Konstruieren des Transponders 14 für die zukünftige Kompatibilität mit einer unbekannten externen Schaltungsanordnung, die unbekannte zukünftige Schnittstellenanforderungen besitzt. Um der nicht spezifizierten externen Schaltungsanordnung oder dem nicht spezifizierten externen Mikrocontroller den Zugriff auf den Transponderspeicher 150 bei einer Taktrate ihrer eigenen Wahl zu erlauben, ist ein Pufferspeicher vorgesehen, der ein 8-Bit-Schieberegister 186 und ein 138-Bit-Schieberegister (146-Bit-Schieberegister) 184 umfaßt.
Der Schnittstellen-Controller 174 bildet das Herz der Schnittstellenschaltung 172. In einer Schreibbetriebsart kommuniziert der Transponder 14 mit dem externen Mikrocontroller. Der Schnittstellen-Controller 174 empfängt über die Steuerleitung uC_MSG die Nachrichten vom Haupt-Controller 104, wobei er den externen Mikrocontroller mit dem Signal uC_RDY wecken wird. Die Daten werden aus dem Hauptspeicher 150 in das 8-Bit-Schieberegister 186 geladen. Sobald ein Byte parallel in das 8-Bit-Schieberegister 186 geladen ist, werden dann die 8 Bits durch den Multiplexer 180 seriell in das 138-Bit-Schieberegister zirkuliert. Die Funktion des Multiplexers 180 besteht darin, zu erlauben, daß die Daten aus dem 8-Bit-Schieberegister 186 in das 138-Bit-Schieberegister 184 getaktet werden, oder zu erlauben, daß sie vom externen Mikrocontroller über den seriellen E/A- Puffer 178 eingetaktet werden. Wie in Fig. 14 ersichtlich ist, gehen die Daten vom seriellen E/A-Puffer 178 durch den Multiplexer 180, wenn das "circulate"-Signal tief aktiviert ist. Wenn das "circulate"-Signal hoch aktiviert ist, gehen die Daten vom seriellen Ausgang des 8-Bit-Schieberegister 186 durch den Multiplexer 180. Folglich können die Daten in Gruppen von 8 in das 8-Bit-Schieberegister 186 geladen und nacheinander in das 138-Bit-Schieberegister 184 zirkuliert werden, bis die Nachricht vollständig geladen ist. Sobald die Nachricht vollständig geladen ist, wird das "circulate"-Signal tief aktiviert. Alternativ kann der Schnittstellen-Controller 174 durch den externen Mikrocontroller aktiviert werden, indem das "ext_assert"-Signal angehoben wird, ob das externe HF-Feld den Transponder 14 aktiviert hat oder nicht. In beiden Fällen sendet der Schnittstellen-Controller 174 eine 7-Bit-Adresse RADR_22 an den Hauptspeicherblock 148, so daß die Daten über RDAT_22 in das oder aus dem 8-Bit-Register 186 geladen werden können.
Einer der Vorteile durch eine Schnittstellenschaltung, die zwischen den Haupt- Controller 104 und einen externen Mikrocontroller geschaltet ist, besteht darin, daß durch die Pufferung und durch die Konstruktion der Taktung für das 146-Bit- Register 186, 184 der externen Mikrocontroller frei ist, sein eigenes serielles Taktsignal zum Multiplexer 182 zu senden, um die Daten in das oder aus dem 146-Bit-Register 186, 184 zu takten. Wie in der Figur gezeigt ist, steuert der Schnittstellen-Controller 174 den Multiplexer 182, damit er entweder diesen seriellen Takt vom externen Mikrocontroller weiterleitet oder damit er seinen eigenen Takt zum 146-Bit-Register 186, 184 leitet. Folglich existiert die Flexibilität, um die Daten bei irgendeiner praktischen Taktrate des externen Mikrocontrollers in das Register zu laden oder sie aus dem Register zu entladen.
Der serielle E/A-Puffer 178 kann den Datenfluß in beiden Richtungen freigeben, die Richtung hängt von seiner einzelnen Steuerleitung DIR vom Schnittstellen- Controller 174 ab. Ferner kann nicht nur der externe Mikrocontroller den Transponder 14 durch die "ext_assert"-Leitung wecken, der Schnittstellen-Controller 174 kann den externen Mikrocontroller durch Zeichengabe über den uc_rdy-Signalausgang wecken. Eine Bitzählerschaltung 176 überwacht den ankommenden Datenstrom und dient dazu, den Schnittstellen-Controller 174 auf den Beginn der Daten im umlaufenden Schieberegister 184 zu orientieren. Die Funktion des Schnittstellen-Controllers 174 besteht darin, 16 Bytes der Daten aus dem/in den optionalen externen Mikrocontroller zu lesen bzw. zu schreiben und die analoge ASIC 32 seriell zu programmieren (zu konfigurieren).
Der Schnittstellen-Controller 174 ist zur direkten Kommunikation mit dem Hauptspeicher 150 durch die Busse uC_CMSG und durch die Busse RADR_22[0:6] (Adressen), DATA[0:7] (Daten) und uC_ADR[0:7] in der Lage.
Zuerst wird ein Drei-Bit-Befehlswort in das 8-Bit-Register 186 geladen. Das Drei- Bit-Befehlswort informiert den externen Mikrocontroller über die Art der folgenden Nachricht. Die folgenden Bytes der Informationen werden mit einem Byte zu einem Zeitpunkt geladen und dann herausgeschoben und durch den Multiplexer 180 in das 138-Bit-Schieberegister zirkuliert. Nachdem die folgende Nachricht vollständig geladen worden ist, werden die Schieberegister 184, 186 getaktet, bis die ursprünglichen zwei Bits sich abermals am Anfang des 8-Bit-Registers 186 befinden. Zu diesem Zeitpunkt kann die clk_select-Leitung aktiviert werden, so daß der serielle Takt vom externen Prozessor verwendet werden kann, um die Daten aus den Schieberegistern 184, 186 zu takten. Die Steuerleitung in den seriellen E/A-Puffer 178 wird aktiviert, um die Ausgabe der Daten zu erlauben, wobei uc_rdy aktiviert wird, um den externen Mikrocontroller zu wecken.
In einer ersten Betriebsart hat der externe Mikrocontroller das R_/W-Signal nach dem Wecken auf tief gesetzt. Dann wird der externe Mikrocontroller die ersten drei Bit seriell verschieben, um die Art der folgenden Nachricht zu bestimmen. Nachdem der externe Mikrocontroller so viele Bits wie erforderlich aus der Drei- Bit-Nachricht vom Transponder 14 eingetaktet hat, setzt der Mikrocontroller sein R_/W-Signal auf hoch, um anzuzeigen, daß er das Empfangen der Daten abgeschlossen hat. Nachdem der Schnittstellenprozessor festgestellt hat, daß das R_/W-Signal auf hoch aktiviert ist, setzt er den seriellen E/A-Puffer 178 in die Eingabebetriebsart, aktiviert das circulate-Signal auf tief, so daß die Daten abermals in einer zirkularen Weise in die Schieberegister 184, 186 geladen werden können, wobei das Taktsignal abermals für den Schnittstellen-Controller 174 gesetzt wird, damit er abermals die Steuerung des Ladens und Entladens der Schieberegister 184, 186 übernehmen kann.
Wenn der externe Mikrocontroller Daten zur digitalen ASIC 34 senden muß, kann er in einer anderen Betriebsart den Schnittstellen-Controller 174 durch das "ext_assert"-Signal wecken. Wie vorher setzt der Schnittstellen-Controller 174 den Taktmultiplexer 182, um den seriellen Takt vom externen Mikrocontroller weiterzuleiten. In dieser Betriebsart ist R_/W hoch aktiviert. Der externe Mikrocontroller wird dann die Daten seriell direkt in das 138-Bit-Schieberegister 184 schieben, wobei er fortfahren wird, bis er die notwendigen Daten gesendet hat und bis die Daten 146-mal verschoben worden sind, um das erste Bit der Nachricht in das 8-Bit-Schieberegister 186 zu laden. Der Schnittstellen-Controller 174 kann dann abermals die Steuerung des Taktes übernehmen, indem er die clk-Auswahl- Leitung zum Taktauswahlmultiplexer 182 tief aktiviert. Dann können die Daten aus dem 8-Bit-Schieberegister 186 in den Block D des Hauptspeichers 150 geladen werden. Die Daten werden mit einem Byte zu einem Zeitpunkt extrahiert, wobei danach der Takt achtmal wechselt, um ein neues Byte aus dem 138-Bit- Register 184 in das 8-Bit-Register 186 seriell zu schieben. Das Entladen und Verschieben wird fortgesetzt, bis die ganze Nachricht in den Hauptspeicher 150 übertragen worden ist.

DIE ASIC-BEFEHLSSTRUKTUR UND DAS ASIC-PROTOKOLL:

Die ASIC 34 der bevorzugten Ausführungsform verwendet die CALTRANS- Spezifikation für ihr Kommunikationsprotokoll. Die CALTRANS-Spezifikation ist für viele Aspekte des Nachrichteninhalts spezifisch, wobei die ASIC-Befehlsstruktur mit den CALTRANS-Anforderungen übereinstimmt.
Das Abfragegerät 12 steuert den Transponder 14 durch die Verwendung von 4 Bytes: dem Datensatztyp (2 Bytes) und dem Zustandscode (2 Bytes). Der Datensatztyp wird als die ersten 2 Bytes nach dem Datenkopf in den POLL- und ACKNOWLEDGE-Nachrichten gesendet, wobei der Zustandscode nur als ein Teil der ACKNOWLEDGE-Nachricht enthalten ist.
Der Datensatztyp und der Zustandscode besitzen verschiedene Wirkungen auf die ASIC 34, abhängig davon, ob der Transponder 14 eine Einheit nur mit ASIC ist oder ob der Transponder 14 eine ASIC 34 und einen externen Mikrocontroller besitzt. Fig. 14 im Zusammenhang mit der Beschreibung hierin veranschaulicht die ASIC-Schnittstellenschaltungsanordnung, um eine Schnittstelle mit einem externen Mikrocontroller zu bilden.
Die Verwendung des CCITT-CRC-Polynoms und die "Integritätskontrollen" an den Datensatztypen und der Nachrichtenstruktur sichern, daß die richtigen Mauttransaktionen ohne Fehler auftreten werden. Sollte die ASIC einem unbekannten Datensatztyp oder einer unbekannten Nachricht begegnen, wird sie die Informationen ignorieren, wobei keine Aktion unternommen wird.

Die Struktur des Datensatztyps (alle Nachrichten):

Der Datensatztyp besteht aus den ersten zwei Bytes, die dem Datenkopf in jeder POLL- und ACKNOWLEDGE-Nachricht folgen. Er kann als eine Funktion an sich wirken, oder es können über die Verwendung des Zustandscodes (in der ACKNOWLEDGE-Nachricht) zusätzliche Befehle gesendet werden. Die Grundfunktion des Datensatztyps besteht darin, dem Empfänger (dem Transponder oder dem Abfragegerät) mitzuteilen, wie die Felder in der Nachricht zu decodieren sind, die er gerade empfangen hat, und an die ASIC eine Anweisung zum Ausführen zu liefern.
Die CALTRANS-Spezifikation erfordert, daß der Codebereich des Datensatztyps von 0x0001 bis 0x7FFF für die Nachrichten vom Transponder zum Lesegerät reserviert ist, während der Codebereich des Datensatztyps von 0x8000 bis 0xFFFF für die Nachrichten vom Lesegerät zum Transponder reserviert ist.

Die Transaktions-Datensatztyps-Codes:

Die ASIC versteht die und wirkt auf die folgenden Datensatztypen (in Verbindung mit einem gültigen Dienststellencode):
(Sollte die Fahrbahnbestimmung auf dem Transponder 14 über die FLAGS- Register gesperrt sein, kann das Fahrbahnbit im Datensatztyp ignoriert werden, wobei der Transponder 14 ungeachtet seiner Fahrbahnposition auf eine POLL- Nachricht antworten wird.)
0x8000 Typ-1-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, den Speicherblock A in der nächsten RESPONSE-Nachricht (irgendeine Fahrbahn) zu senden.
0x8001 Typ-2-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und B in der nächsten RESPONSE-Nachricht (irgendeine Fahrbahn) zu senden.
0x8002 Typ-3-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und C in der nächsten RESPONSE-Nachricht (irgendeine Fahrbahn) zu senden.
0x8003 Typ-4-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und D in der nächsten RESPONSE-Nachricht (irgendeine Fahrbahn) zu senden.
0x8010 Typ-1A-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, den Speicherblock A in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn A zu senden.
0x8011 Typ-2A-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und B in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn A zu senden.
0x8012 Typ-3A-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und C in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn A zu senden.
0x8013 Typ-4A-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und D in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn A zu senden.
0x8020 Typ-1B-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, den Speicherblock A in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn B zu senden.
0x8021 Typ-2B-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und B in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn B zu senden.
0x8022 Typ-3B-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und C in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn B zu senden.
0x8023 Typ-4B-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und D in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn B zu senden.
0x8030 Typ-1C-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, den Speicherblock A in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn C zu senden.
0x8031 Typ-2C-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und B in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn C zu senden.
0x8032 Typ-3C-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und C in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn C zu senden.
0x8033 Typ-4C-POLL-Nachricht - der Transponder 14 wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und D in der nächsten RESPONSE-Nachricht für die Fahrbahn C zu senden.
Die folgenden Datensatztypen sind für die RESPONSE-Nachricht definiert:

0x0001 RESPONSE des Transaktionstyps 1

Der Transponder 14 antwortet mit dem Speicherblock A (16 Bytes).

0x0002 RESPONSE des Transaktionstyps 2

Der Transponder 14 antwortet mit den Speicherblöcken A und B (32 Bytes).

0x0003 RESPONSE des Transaktionstyps 3

Der Transponder 14 antwortet mit den Speicherblöcken A und C (32 Bytes).

0x0004 RESPONSE des Transaktionstyps 4

Der Transponder 14 antwortet mit den Speicherblöcken A und D (32 Bytes).
Die folgenden Datensatztypen sind für die ACKNOWLEDGE-Nachricht definiert:
0xC000 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 1 - (Transaktion erfolgreich). Der Transaktionszähler 146 wird inkrementiert, wobei der Transponder 14 in eine Zehn-Sekunden-"Ruhe"-Periode eintritt. Es wird eine Mikrocontroller-Nachricht erzeugt. Der Summer wird 3 kurze hohe Töne piepsen.
0xC001 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 2 - (Transaktion unerledigt). Der Transponder 14 wird auf die nächste geeignete POLL- Nachricht antworten. Der Zustandscode kann weitere Anweisungen enthalten. Es wird eine Mikrocontroller-Nachricht erzeugt. Dies ist im wesentlichen ein "Keine-Aktion"-Code.
0xC002 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 3 - (offener Eintrag - lade den Block C). Die 16 Bytes nach dem Zustandscode werden in den Speicherblock C geschrieben. Der Transponder 14 tritt in eine Zehn-Sekunden-"Ruhe"-Periode ein. Der Zustandscode und die 16 Bytes nach dem Zustandscode werden in eine Mikrocontroller- Nachricht formatiert (falls ein Mikrocontroller vorhanden ist). Der Summer wird 1 kurzen hohen Ton piepsen.
0xC003 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 4 - (lade den Block D). Die 16 Bytes nach dem Zustandscode werden in den Speicherblock D geschrieben. Der Transponder 14 tritt in eine Zehn-Sekunden-"Ruhe"-Periode ein. Der Summer wird 1 kurzen hohen Ton piepsen.
0xC004 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 5 - (lasse die Transaktion abprellen). Das Abfragegerät 12 hat das FLAGS-Register gelesen, wobei festgestellt wurde, daß durch eine vorausgehende Transaktionsfolge des Abfragegeräts 12 das Prellbit gesetzt wurde.
Der Transaktionszähler 146 wird nicht inkrementiert. Der Transponder 14 tritt in eine Zehn-Sekunden-"Ruhe"-Periode ein. Es wird eine Mikrocontroller-Nachricht erzeugt. (Diese könnte verwendet werden, um einen abgeprallten Transponder 14 zum Schweigen zu bringen, anstatt einen Datensatztyp des Transaktionstyps 1 zu verwenden). Der Summer wird 2 lange tief Töne piepsen.
0xC005 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 6 - (lade den Block C). Die 16 Bytes nach dem Zustandscode werden in den Speicherblock C geschrieben. Der Transponder 14 wird auf die nächste POLL-Nachricht antworten. Der Zustandscode und die 16 Bytes nach dem Zustandscode werden in eine Mikrocontroller-Nachricht formatiert.
0xC006 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 7 - (lade den Block D). Die 16 Bytes nach dem Zustandscode werden in den Speicherblock D geschrieben. Der Transponder 14 wird auf die nächste POLL-Nachricht antworten.
0xC007 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 8 - (Mikrocontroller-Nachricht). Der Zustandscode und die 16 Bytes nach dem Zustandscode werden in eine Mikrocontroller-Nachricht formatiert. Der Transponder 14 tritt in eine Zehn-Sekunden-"Ruhe"-Periode ein. (Diese könnte verwendet werden, um die EEPROM-Verlaufsdatei zu laden.) Der Summer wird 3 kurze hohe Töne piepsen.
0xC008 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 9 - (Einschalten des Transponders 14). Die ACKNOWLEDGE-Nachricht enthält die Kontonummer des vorausgehend zum Schweigen gebrachten Transponders 14, wobei der Transponder 14 nun aktiv wird und auf die nächste POLL-Nachricht antworten wird.
0xC009 ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 10 - (der Transponder 14 wurde zum Schweigen gebracht). Es wird keine Transaktion stattfinden. Obwohl der Transponder 14 antwortet, ist er kein richtiges Konto für diesen gebührenpflichtigen Weg. Der Transponder 14 tritt in eine Zehn-Sekunden-"Ruhe"-Periode ein. Es wird eine Mikrocontroller-Nachricht erzeugt. Der Summer wird 1 langen tiefen Ton piepsen.
0xC00A ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 11- (der Transponder 14 wurde zum Schweigen gebracht). Es wird keine Transaktion stattfinden. Der Transponder 14 tritt in eine Zehn-Sekunden- "Ruhe"-Periode ein. Es wird keine Mikrocontroller-Nachricht erzeugt.
0xC00F ACKNOWLEDGE-Nachricht des Transaktionstyps 16 - (lasse den Transponder abprellen). Das Prellbit wird im FLAGS-Register gesetzt, wobei der Transaktionszähler 146 inkrementiert wird. Es wird eine Mikrocontroller-Nachricht erzeugt. Der Transponder 14 wird das Antworten auf eine POLL-Anfrage mit einem Dienststellen- oder Wartungscode fortsetzen, aber das Abfragegerät 12 wird unmittelbar erkennen, daß das Benutzerkonto ein Problem hat, wobei der Transponder 14 eine Fahrt zum Betriebszentrum nötig haben wird. Der Summer wird 2 lange tiefe Töne piepsen.

Die Struktur des Zustandscodes von der ACKNOWLEDGE-Nachricht:

Der 16-Bit-Zustandscode von der ACKNOWLEDGE-Nachricht ist mit speziellen Feldern codiert. Die ersten drei Bits (MSB) sind codiert als:
000 keine Operation
001 (reserviert)
010 (reserviert)
011 (reserviert)
100 vermindert den Kontostand (uc).
Dann beschreiben die nächsten 13 Bits eine vorzeichenlose ganze Zahl, um die der aktuelle Kontostand zu vermindern ist.
101 Mikrocontroller-Funktion w/o Daten (uc). Dann beschreiben die nächsten 13 Bits eine auszuführende Mikrocontroller-Funktion.
110 Mikrocontroller-Funktionen mit Daten (uc). Dann beschreiben die nächsten 13 Bits die Anzahl der Datenbytes, die folgen (als n plus eins mal zwei), d. h., 000 = zwei Datenbytes folgen, 001 = vier Datenbytes folgen, 111 = sechzehn Datenbytes folgen.
111 (reserviert)

Die Dienststellencodes:

Der Dienststellencode stellt die zwei nach dem Datensatztyps in der POLL- Nachricht übertragenen Bytes dar, wobei er aus dem MSB-Byte und dem LSB- Byte besteht. Die ASIC 34 wird die Fähigkeit besitzen, für diese Vergleiche zwei Bytes des benutzerdefinierten Dienststellencodes zu speichern.
Damit ein Transponder 14 unmittelbar auf ein Abfragegerät 12 antwortet, muß eine von zwei Bedingungen erfüllt sein.
1) die MSB- und LSB-Bytes des ankommenden Dienststellencodes müssen mit dem benutzerdefinierten Dienststellencode übereinstimmen oder
2) das MSB-Byte des ankommenden Dienststellencodes muß mit dem benutzerdefinierten MSB-Dienststellencode übereinstimmen, wobei das LSB-Byte mit dem intern definierten "Gruppen"-Antwortcode 0xFF übereinstimmen muß.
Als ein Beispiel könnte der benutzerdefmierte Dienststellencode in der ASIC 0x5061 sein, wobei der Gruppen-Antwortcode 0xFF ist. In diesem Fall würde der ankommende Dienststellencode entweder 0x5061 oder 0x50FF lauten müssen, damit die ASIC unmittelbar antwortet. Irgendein anderer ankommender Dienststellencode wird nicht bewirken, daß die ASIC unmittelbar antwortet. Falls diese Bedingungen nicht erfüllt sind, wird eine Mikrocontroller-Nachricht erzeugt. Der Mikrocontroller wird dann seine interne Liste gültiger Dienststellencodes überprüfen und den benutzerdefinierten Dienststellencode der ASIC 34 in den des ankommenden Dienststellencodes (falls der geeignet ist) modifizieren. Nach der Modifikation der Register für den benutzerdefinierten Dienststellencode und der Register für den Kontostand des Transponders 14 würde der Transponder 14 auf das Abfragegerät 12 antworten können. Es wird angenommen, daß die Kennung der ausgebenden Dienststelle in die Kontonummer des Transponders 14 programmiert ist. Es wird die Verantwortlichkeit eines Fahrbahn-Controllers oder des Abfragegerätes 12 sein, die wahre Gültigkeit des Transponder-Kontos für die gegebene Situation zu verifizieren und die richtige Transaktion auszuführen.

Die bevorzugten Nachrichtenstrukturen:

Die WAKEUP-Struktur:

Länge: 10 Bits
Folge: wakeup_modulation (zehn Manchester-codierte len)

Die POLL-Struktur:

Länge: 10,5 Bytes
Folge: Datenkopf (1,5 Bytes)
record_type (2 Bytes)
agency_code (2 Bytes)
Zeit (2 Bytes)
encode_key (1 Byte)
CRC (2 Bytes)

Die RESPONSE-Struktur:

Länge: 21,5 Bytes oder 37,5 Bytes
Folge: Datenkopf (1,5 Bytes)
record_type (2 Bytes)
memory_block_A (16 Bytes)
additional_data (16 Bytes), optional CRC (2 Bytes)

Die ACKNOWLEDGE-Struktur

Länge: 19,5 Bytes oder 35,5 Bytes
Folge: Datenkopf (1,5 Bytes)
record_type (2 Bytes)
transponder_ID (6 Bytes)
reader_ID (6 Bytes)
status_code (2 Bytes)
additional_data (16 Bytes), optional CRC (2 Bytes)
Die ASIC 34 erwartet typischerweise, daß die Transaktion im gleichen Zyklus abzuschließen ist (d. h. während der gleichen WAKEUP-POLL-ACKNOW- LEDGE-Folge). Wenn jedoch die "Ruhe"-Periode des Dienststellencodes der POLL-Nachricht noch in Kraft ist, wird die ASIC für ein mögliches Einschalten auf die ACKNOWLEDGE-Nachricht für eine spezielle ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 9 hören, die ihre Kontonummer enthält. Ein Beispiel der Lesegerät-ASIC-Nachrichtentaktung (Jedes Manchester-codierte Bit ist 3 333 us breit).
Die obenbeschriebene Taktung ist lediglich beispielhaft. Durch diese Beschreibung sind andere Taktprotokolle, -prozeduren und -techniken eingeschlossen. Es werden sowohl verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen als auch andere Ausführungsformen der Erfindung für die Fachleute auf dem Gebiet nach Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich sein. Es ist deshalb beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

DIE SPEZIELLEN FUNKTIONEN:

Das Hochfahr-Rücksetzen. Die digitale ASIC 34 enthält eine Hochfahr-Rücksetzschaltung, um die Schaltung nach der Verbindung mit einer Batterie richtig zu initialisieren. Es ist außerdem ein externer Rücksetz-Anschlußstift vorgesehen, um zu erlauben, daß während Wartungsoperationen/der Überprüfung ein manuelles Rücksetzen ausgelöst wird. Der externer Rücksetz-Anschlußstift kann geerdet werden, um ein Rücksetzen auszulösen, wobei dies bewirken wird, daß die digitale ASIC 34 alle vorausgehend programmierten Daten verliert und alle Zähler und Register löscht.
Das Maß des Batterieverbrauchs: Der Batterieverbrauch für die Einschaltstufen 2 und 3 wird durch eine spezielle Umsetzungs/Berechnungs-Schaltung in der digitalen ASIC 34 gemessen. Der Batterieverbrauch durch diese zwei Stufen wird in einem speziellen Register gezählt, dessen zwei höherwertigen Bits als Teil des FLAGS-Registers enthalten sind. Der Zustand der zwei (MSB) Bits zeigt an:
00: < 174 mAh verwendet,
01: 174 mAh < -> 348 mAh verwendet,
10 : 348 mAh < -> 522 mAh verwendet,
11: > 522 mAh verwendet.
Die Summerausgabe: Die digitale ASIC 34 der bevorzugten Ausführungsform besitzt die Fähigkeit, einen piezoelektrischen Umsetzer anzusteuern, um die Erzeugung hörbarer Töne als Antwort auf bestimmte Transponderfunktionen zu erlauben. Ein hoher Piepser (1172 Hz) könnte eine erfolgreiche Funktion anzeigen. Ein tiefer Ton (586 Hz) könnte im allgemeinen eine nicht erfolgreiche Funktion anzeigen. Ein langer Ton ist etwa 3/4 Sekunde (872 ms) lang, während ein kurzer Piepser etwa 1/4 Sekunde (218 ms) lang ist, wobei beide einen Abstand von etwa 1/2 Sekunde (436 ms) aufweisen.

Beispiel-Audionachrichten

Situation Ton

erfolgreiche Transaktion 3 kurze hohe Piepser
erfolgreiches Datenladen 1 kurzer hoher Piepser
schlechter Kontozustand 2 lange tiefe Töne
Nichtübereinstimmung gebührenpflichtiger Weg/Konto 1 langer tiefer Ton

DIE WARTUNGSBETRIEBSART UND DIE WARTUNGSNACHRICHTEN:

Es ist eine Wartungsbetriebsart vorgesehen, in der die Mautdienststelle oder eine andere berechtigte Entität Benutzerinformationen im Speicher des Transponders fest speichern kann. Diese Informationen umfassen: den Typ der Verschlüsselung; ob Verschlüsselung verwendet wird; ob die Fahrbahnunterscheidung implementiert ist; die verwendeten FSK-Frequenzen; die Transitinformationen über die Nutzlast, wie z. B. das Gewicht, der Wert oder die Giftigkeit; ob am Transponder 14 ein Mikroprozessor angebracht ist; die Benutzerkontonummer; der Betrag des im Transponder 14 gespeicherten Geldes. Der Transponder wird nicht aktiviert, bis eine berechtigte Personen durch das Senden eines Zugriffscodes in einer Programmierstation den Transponder in die Wartungsbetriebsart setzt. Der Transponder 14 kann ein Wartungsbetriebsart-Quittungssignal für das Abfragegerät 12 bereitstellen, das Wartungsbetriebsart-Quittungssignal bestätigt dem Abfragegerät, daß sich der Transponder in der Wartungsbetriebsart befindet. Die Dienststelle programmiert dann den Transponder mit den Benutzerinformationen. Eine Änderung des Dienststellencodes oder der Ablauf des 10-Sekunden-Zeitgebers wird bewirken, daß die Wartungsbetriebsart beendet wird.
Die folgenden Funktionen sind nur gültig, wenn die Wartungsbetriebsart in Kraft ist. In der Wartungsbetriebsart ist der Fahrbahnunterscheidungs-Controller 124 gesperrt. Die für das Prüfen der ASIC in der Wartungsbetriebsart verwendeten speziellen Nachrichtenformate enthalten:

DIE POLL-NACHRICHTEN:

Die Wartungs-POLL-Nachricht des Typs 1

Der Transponder wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und B in der nächsten RESPONSE-Nachricht zu senden.

Die Wartungs-POLL-Nachricht des Typs 2

Der Transponder wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und C in der nächsten RESPONSE-Nachricht zu senden.

Die Wartungs-POLL-Nachricht des Typs 3

Der Transponder wird aufgefordert, die Speicherblöcke A und D in der nächsten RESPONSE-Nachricht zu senden.

Die Wartungs-POLL-Nachricht des Typs 4

Der Transponder wird aufgefordert, den Speicherblock A in der nächsten RESPONSE-Nachricht zu senden.

Die Wartungs-POLL-Nachricht des Typs 5

Der Transponder wird aufgefordert, den Speicherblock A und den Wartungsblock zu senden.

Die Wartungs-POLL-Nachricht des Typs 6

Der Takt für das Maß des Batterieverbrauchs wird getrennt, die Register werden mit Prüfdaten geladen, die Register werden durch einen Takt inkrementiert und die Registerwerte werden in die RESPONSE-Nachricht ausgelesen. Die ursprünglichen Inhalte müssen gesichert werden, ein neuer Wert muß berechnet werden und der neue Wert muß in den Registern für den Batterieverbrauch gespeichert werden, bevor der Transponder zurück in Betrieb gesetzt wird. Der Transponder wird mit einer RESPONSE-Nachricht des Typs 2 antworten.

Die Wartungs-POLL-Nachricht des Typs 7

Der Transponder wird aufgefordert, die vollständigen Inhalte des RECEIVE- Puffers zu senden. Dieses spezielle POLL-Nachrichtenformat wird verwendet, um den RESPONSE-Puffer direkt mit den Prüfdaten zu laden. Der Transponder wird mit einer RESPONSE-Nachricht des Typs 6 antworten, die unverschlüsselt sein wird.

DIE RESPONSE-NACHRICHTEN:

Die Wartungs-RESPONSE-Nachricht des Typs 5

Der Transponder antwortet mit dem Speicherblock A und dem Wartungsblock.

Die Wartungs-RESPONSE-Nachricht des Typs 6

Der Transponder antwortet mit dem Speicherblock A und den Inhalten des RECEIVE-Puffers. Diese Nachricht ist unverschlüsselt, wobei sie nicht die Kontonummer des Etiketts enthält. Das Abfragegerät wird die Kontonummer des Etiketts von einer vorausgehenden POLL/RESPONSE-Folge gespeichert haben, wobei es für diese Antwort die Kontonummer in der entsprechenden ACK-Nachricht verwenden wird.

DIE ACKNOWLEDGE-NACHRICHTEN:

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 1

Es werden keine Operationen ausgeführt. Der Zustandscode wird ignoriert.

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 2

Die Nachricht nach dem Zustandscode ist in den Speicherblock D zu laden. Der Zustandscode wird ignoriert.

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 3

Die Nachricht nach dem Zustandscode ist in den Speicherblock C zu laden. Der Zustandscode wird ignoriert.

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 4

Die Nachricht nach dem Zustandscode ist in den Speicherblock B zu laden. Der Zustandscode wird ignoriert.

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 5

Die Nachricht nach dem Zustandscode ist in den Speicherblock A zu laden. Der Zustandscode wird ignoriert.

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 6

Diese Nachricht zeigt an, daß die Nachricht nach dem Zustandscode in die Wartungsregister zu laden ist. Der Zustandscode wird ignoriert.

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 7

Diese Nachricht zeigt an, daß der Zustandscode und die Nachricht nach dem Zustandscode in den Mikrocontroller zu schreiben sind. Der Zustandscode zeigt die Art der Anweisung an.

Die Wartungs-ACKNOWLEDGE-Nachricht des Typs 8

Das Prellbit wird zurückgesetzt. Es wird keine andere Operationen ausgeführt. Der Zustandscode wird ignoriert.

DAS NIEDERFREQUENZMODULIERTE ABFRAGEGERAT

In Fig. 18 ist eine weitere Ausführungsform des Abfragegeräts gezeigt. Diese Konfiguration kann verwendet werden, um die Leistungsaufnahme des Transponders durch die Verwendung einer Niederfrequenzmodulation zu verringern, die den normalen HF-Abfragen überlagert ist. Durch die Verwendung dieser Niederfrequenzmodulation ist es möglich, die Felddetektor- oder Weckschaltung 64 zu konstruieren, daß sie anstatt für die normale Modulationsfrequenz der Kommunikation für eine sehr niedrige Modulationsfrequenz, wie z. B. 90 Hz, empfindlich ist. Das Abfragegerät 12 überlagert diese Niederfrequenzmodulation konzeptionell durch einen Überlagerungsempfänger oder Mischer 222, wie in Fig. 18 gezeigt ist. Die tatsächliche Überlagerung dieser Niederfrequenzmodulation könnte unter Verwendung der Nachbearbeitung des HF-Abfragesignals erfolgen, wie z. B. des Mischers 222, wie in Fig. 18 gezeigt ist. Alternativ könnte die Überlagerung in die Erzeugung des HF-Abfragesignals integriert sein, wie z. B. durch die Verwendung einer Technik die als "Squitter"-Modulation bezeichnet wird. Dies ist eine Technik, mit der erreicht werden kann, daß ein Signal mit einer hohen Datenrate Niederfrequenzkomponenten für die Zwecke der Signalabtastung enthält. Die Datenübertragungen werden folglich in Bündeln gesendet, die eine Bündelrate besitzen, die gleich dem zu erfassenden Niederfrequenzsignal ist. Um z. B. eine 100-Hz Niederfrequenzkomponente (100-Hz-NF-Komponente) zu erreichen, können die Daten für 5 ms gesendet werden, wobei dann für weitere 5 ms in einem bekannten Zustand (hoch oder tief) verblieben wird. Dann würden weitere Daten für weitere 5 ms gesendet, gefolgt durch weitere 5 ms "ohne Daten". Ein derartiges Muster wird kontinuierlich wiederholt, wobei eine Spektrallinie bei 100 Hz erzeugt wird, die durch ein einfaches Tiefpaßfilter 74 erfaßt werden kann, daß die 100 Hz durchläßt und die Signale mit höheren Frequenzen unterdrückt. Diese Squitter-Modulationstechnik würde vorzugsweise durch die Software implementiert werden, die im Host 16, im Sender 52 oder in der Schnittstellenschaltung 56 speicherresident ist. Anstatt der obenbeschriebenen Rechteckwellen- Torsteuerungsfunktion sind alternative Übertragungsformate möglich. Die Rechteckwellen-Torsteuerungsfunktion besitzt Perioden mit "Übertragung", die sich mit Perioden "ohne Übertragung" abwechseln (so daß die Übertragungsrate zwischen 0% und 100% des Maximums moduliert wird). Die Länge der Periode "ohne Übertragung" von Daten kann in linearer Weise von einer minimalen Periode zu einer maximalen Periode vergrößert werden. Diese würde eine dreieckige Modulation der Datenrate sein, in der sich die Bündelrate in der Zeit von einer niedrigen (höheren) Rate, wie z. B. 100 Hz, wie vorausgehend beschrieben ist, zu einer höheren (niedrigeren) Rate, wie z. B. 300 Hz, ändern würde. Eine derartige Modulation würde für einen Empfänger zusätzliche Mittel schaffen, um ein Abfragesignal zu erkennen und Störquellen auszuschließen. Andere sekundäre Modulations-Signalformen, wie z. B. eine Sinuswelle, könnten in dieser Anwendung verwendet werden. Die Motivationen für die Verwendung einer NF-Modulation als das Felderfassungssignal enthalten, wie vorausgehend erwähnt ist, Einsparungen in der Leistungsaufnahme. Um eine empfindliche Felddetektor- oder Weckschaltung 64 zu bauen, müssen nach der Erfassung Verstärkungen des empfangenen Signals auftreten. Falls die Verstärkung am erfaßten Gleichstrom-Pegel erfolgt, wird keine Immunität gegen Störungen von externen Quellen geschaffen, wie z. B. Zellulartelephonen, Blitzen, elektrischen Zäunen und anderen Quellen. Die Erfassung einer Hochgeschwindigkeits-Modulationsfrequenz zieht eine größere Menge von Leistung als ansonsten erforderlich sein könnte. Die Leistungsaufnahme des Verstärkers ist nahezu linear mit der Frequenz, deshalb ist es wichtig, die Frequenz, die der Verstärker erfaßt, soweit wie möglich zu verringern.

EINE ALTERNATIVE WECKFUNKTION:

Nun werden unter Bezugnahme auf Fig. 19 ein alternatives Weckverfahren und eine alternative Weckstruktur beschrieben. Der Transponder der alternativen bevorzugten Ausführungsform wird eine mehrstufige Weckfunktion besitzen, bei der ein Schwellendetektor 62 mit kleiner Leistungsstufe 1 warten wird, daß die empfangene Feldstärke größer als 500 mV/m² ist. Auf den Empfang einer Feldstärke, die diese Schwelle übersteigt, wird der Schwellendetektor 62 der Stufe 1 die Weckschaltung 64 der Stufe 2 freigeben, um sie zu wecken und das empfangene Signal nach einer im voraus ausgewählten Modulation zu überwachen. Falls die Weckschaltung 64 der Stufe 2 das vorgeschriebene Modulationssignal empfängt, wird die Weckschaltung 64 dann über den Schalter 98 die digitale ASIC 34 einschalten. In dieser Weise wird minimale Leistung verbraucht, weil der Schwellendetektor 62 der Stufe 1 nur eine kleine Leistungsmenge verbraucht, obwohl er sich immer im angetriebenen Zustand befindet. Die Weckschaltung 64 verbraucht eine ein wenig größere Leistungsmenge, sie ist aber im Prinzip eine Kleinleistungsvorrichtung. Die Weckschaltung 64 ist ferner die einzige Komponente, die während der normalerweise kleinen Zeitdauer freigegeben ist, während der die empfangene Leistung größer als die Schwelle ist. Schließlich wird nur dann Leistung an die digitale ASIC 34 mit hoher Leistungsaufnahme angelegt, wenn sowohl die Schwellenbedingung als auch die Modulationsbedingung erfüllt sind. Das Abfragegerät 12 sendet dann ein Abfragesignal an den entfernten Transponder 14, wobei das Abfragesignal vorzugsweise unter Verwendung der Ein/Aus-Tastung übertragen wird. Nach dem Abschluß des Abfragesignals überträgt der Sender 52 dann ein Dauerstrich-HF-Signal auf den Transponder 14, deshalb kann der Transponder 14 das Dauerstrich-HF-Signal rückstreumodulieren, um das Antwortsignal zu erzeugen. Nun wird das Abfragegerät 12 beschrieben. Das Abfragegerät 12 befindet sich an einem Ort für den Datenaustausch, wie z. B. einer Brücke, einem Mautplatz oder einem bezeichneten Punkt von Interesse. Das System enthält einen gemeinsamen Referenzoszillator 50, der an seinem Ausgang Sl eine Referenzträgerwelle für die Synchronisation der Abfragegeräte 12 erzeugt. Jedes Abfragegerät 12 besitzt eine Richtantenne 18 und einen Sender 52, der ein Triggersignal 42 mit ausreichender Feldstärke und/oder ausreichendem Modulationstyp in einem im voraus gewählten Abstand überträgt, um den Transponder 14 auszulösen oder zu aktivieren, der in einem Fahrzeug der 26 in der dem Abfragegerät zugeordneten Fahrbahn 28a, 28b, 28c für Fahrzeuge transportiert wird. Das Abfragegerät 12 enthält ferner einen Empfänger 54 für den Empfang des Antwortsignals und für die Trennung das Antwortsignals von unmodulierten Störreflexionen. Der Sender 52 und der Empfänger 54 des Abfragegerätes arbeiten unter der Steuerung einer Steuerschnittstellenschaltung 56. Der Host 16 steuert mittels der Steuerschnittstellenschaltung 56 den Sender 52, um das Triggersignal 42 gefolgt vom Abfragesignal zu senden.

DER WECKBLOCK:

In Fig. 19 ist eine ausführlichere Darstellung der Weckschaltungsanordnung 60 mit mehreren Zuständen gezeigt. Die Schaltungsanordnung 62 der ersten Stufe und die Weckschaltungsanordnung 64 der zweiten Stufe sind vorzugsweise in der analogen ASIC 32 implementiert. Die hierin beschriebenen Konzepte der Erfindung besitzen hinsichtlich der Leistungsaufnahme signifikante Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Es ist von signifikanter Wichtigkeit, ein Mautetikett oder einen Transponder 14 zu konstruieren, der eine außergewöhnlich lange Batterielebensdauer besitzt. Durch das Implementieren der hierin beschriebenen Konzepte der Erfindung wird sich der Transponder 14 normalerweise in einer Schlafbetriebsart oder einem STATE 1 befinden und wenig Energie aus der Batterie 66 ziehen. Die einzige in diesem ersten Zustand verbrauchte Energie wird diejenige sein, die von der Schaltungsanordnung 62 der ersten Stufe benötigt wird. Die Schaltungsanordnung 62 der ersten Stufe umfaßt normalerweise einen Gleichstrom-Schwellen-Komparator 68, der das Signal über den Detektor 70 von der Antenne 30 empfängt. Zuerst ist der Detektor 70 betreibbar, um am Knoten "A" ein 300-kbit/s-Manchester-II-Signal zu extrahieren, das auf ein 915-MHz-Dauerstrichsignal moduliert worden ist. Weil die Schaltungsanordnung 62 der ersten Stufe nur einen bestimmten Pegel der HF-Energie erfassen muß, ist zwischen dem Detektor 70 und dem Komparator 68 ein Tiefpaßfilter 72 vorgesehen. Das Tiefpaßfilter 72 gibt am Knoten "B" ein Gleichstrom-Pegelsignal aus, das sich auf den durchschnittlichen empfangenen Spannungspegel am Knoten "A" bezieht. Weil sich der Gleichstrom-Schwellen-Komparator 68 im Prinzip in einem statischen Zustand befindet, ist die dadurch verbraucht Leistung sehr niedrig. Wenn das Gleichstrom-Pegelsignal am Knoten "B" eine im voraus bestimmte Spannungsschwelle überschreitet, gibt der Komparator 68 durch sein Ausgangssignal am Knoten "C" die Weckschaltung 64 frei, um das empfangene Signal nach der Anwesenheit der 300-kbit/s-Modulation zu überwachen, wobei der Transponder 14 folglich in den STATE 2 eintritt.
In Fig. 19 ist am Ausgang des Detektors 70 ein Hochpaßfilter 74 vorgesehen, um irgendwelche niederfrequenten Störsignale herauszufinden, wie z. B. die von Zellulartelephonen oder anderen Quellen. Das hochpaßgefilterte Signal wird vom Filter 74 am Knoten "D" bereitgestellt. Das Filter 74 kann alternativ ein Bandpaßfilter sein. Auf die Erfassung eines HF-Feldes mit ausreichender Stärke gibt der Komparator 68 den Oszillator oder Impulsgenerator 76 und einen Modulationsdetektor 78 frei, der vorzugsweise ein Impulszähler ist. Um die minimale Leistungsaufnahme aufrechtzuerhalten, liefert die Weckschaltungsanordnung 60 nur nach der Erfassung einer ausreichenden HF-Signalenergie und einer ausreichenden Modulation bei einer im voraus bestimmten Frequenz Leistung zur digitalen ASIC 34, um in den STATE 3 einzutreten. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die erwartete Modulationsfrequenz die Hochgeschwindigkeitsmodulation von 248 kHz oder mehr sein. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Niederfrequenzsignal von etwa 90 Hz dem 915-MHz-Träger überlagert.
In Fig. 19 wird das demodulierte Signal vom Detektor 70 des Transponders ein Eingangssignal des analogen Spannungskomparators 68, das als der Signalpegelmerker bezeichnet wird. Der Schwellenpegel wird durch einen (nicht gezeigten) 3-Bit-DAC bestimmt. Ein Impulsgenerator 76, vorzugsweise ein Quarzoszillator, RC-Oszillator oder Keramikresonator, wird freigegeben, wobei ein Impulszähler 78 mit einem Zählwert geladen wird, der einer im voraus bestimmten Dauer entspricht. Jeder Impuls des HF-Signalpegels, der die Spannung am Knoten "B" über die Schwelle erhöht, bewirkt, daß der Impulszähler 78 erneut gestartet wird, wobei der Impulsgenerator 76 aktiv gehalten wird, bis die im voraus bestimmte Dauer abgelaufen ist. Die im voraus bestimmte Dauer des Impulszählers wird anhand der Zeit zwischen den HF-Abfrageimpulsen vom Abfragegerät 12 gewählt. Ein Abfragegerät kann z. B. HF-Abfrageimpulse alle 2 ms senden, wobei die kurzen Abwesenheiten des Signals, die auf irgendeine Ein-Aus-Tastung (OOK) des Trägers zurückzuführen sind, oder andere kurze Abwesenheiten innerhalb der Nachricht typischerweise viel kleiner als 2 ms sein werden. Folglich wird die im voraus bestimmte Dauer ein wenig kleiner als 2 ms aber größer als die Abwesenheiten innerhalb der Nachricht sein, um die digitale ASIC 34 für eine vollständige Nachricht vom Abfragegerät freigegeben zu halten.
Wie erwähnt aktiviert der Signalpegelmerker vom Komparator 68 die Weckschaltungsanordnung 64. Für die erste bevorzugte Ausführungsform ist der Impulszähler 78 vorzugsweise eine torgesteuerte 4-Bit-Zählerschaltung. Das Gate ist auf 62,5 us gesetzt, was bedeutet, daß der 4-Bit-Zähler überläuft, wenn eine Modulation mit 248 kHz oder größer vorhanden ist. Um weiter Leistung zu sparen, ist die Leistung der Weckschaltung 64 tastgrad-gesteuert. Alle 16 ms wird ein 2 ms-Fenster geöffnet (1/8 Tastgrad), wobei innerhalb des 2 ms-Fensters der Detektor für 62,5 us eingeschaltet und für 125 us ausgeschaltet ist (1/3 Tastgrad). Diese Tastgrad-Steuerung (1/8 · 1/3 = 1/24 Tastgrad) verringert die Leistungsaufnahme effektiv auf 1/24 ihres ursprünglichen Wertes.
Wenn in Fig. 19 keine Modulation erfaßt wird und das HF-Signal unter die Schwellenspannung fällt, wird der Weckblock 60 automatisch eine kurze Zeit später ausgeschaltet. Wenn keine Weckmodulation erfaßt wird und das HF-Signal über der Schwelle verbleibt, wird die Weckschaltung 64 vorzugsweise fortfahren, Leistung zu verbrauchen. Wenn Modulation erfaßt wird, wird die Mehrheit der digitalen ASIC 34 aktiviert, wobei der Impulszähler 78 durch ein Signal vom Haupt-Controller-Block 80 (siehe Fig. 11) der digitalen ASIC 34 aktiv gehalten wird. Falls das HF-Signal verschwindet, kann der Haupt-Controller-Block 80 den Impulsgenerator 76 aktiv halten, bis die Funktionen der digitalen ASIC 34 abgeschlossen sind. Der Haupt-Controller 80 wird den Impulsgenerator 76 nicht anhalten, bis alle unerledigten Funktionen abgeschlossen sind. Der Impulsgenerator 76 wird vorzugsweise eine kurze Zeit später anhalten, nachdem der Haupt-Controller 80 ein Ausschalten gemeldet hat. Vorzugsweise wird der Transponder 14 nun in einen STATE 4 eintreten, in dem die ganze Schaltungsanordnung für eine feste Zeitperiode im Prinzip untätig ist, so daß der Transponder 14 nicht durch dieselbe Modulation abermals aktiviert wird. Nach dieser festen Zeitperiode tritt der Transponder 14 abermals in den STATE 1 ein, so daß er Abfragesignale von anderen Abfragegeräten 12 empfangen kann.
Zusätzliche vorstellbare Fähigkeiten enthalten einen EEPROM-Speicher, die LCD-Ansteuerfähigkeit mit Tastenwahl, die serielle Kommunikation und einen piezoelektrischen Summertreiber, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Die einzige Tabelle im folgenden umfaßt die in dieser Patentanmeldung verwendeten Begriffe, einschließlich einiger alternativer und bevorzugter Begriffe. Es können andere Begriffe verwendet werden, die nicht in der einzigen Tabelle aufgelistet sind. Tabelle
Oben sind einige bevorzugten Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden. Es ist selbstverständlich, daß der Umfang der Erfindung außerdem Ausführungsformen enthält, die sich von den beschriebenen unterscheiden, sich aber noch innerhalb des Umfangs der Ansprüche befinden.
Die Anzeigevorrichtungen können z. B. Katodenstrahlröhren oder andere rasterabgetastete Vorrichtungen, Flüssigkristallanzeigen oder Plasmaanzeigen sein. "Mikrocomputer" wird in einigen Zusammenhängen verwendet, um anzuzeigen, daß ein Mikrocomputer einen Speicher erfordert, während ein "Mikroprozessor" keinen Speicher erfordert. Die Verwendung hierin ist so, daß diese Begriffe außerdem synonym sein können und sich auf äquivalente Dinge beziehen können. Die Begriffe "Controller", "Verarbeitungsschaltungsanordnung" und "Steuerschaltungsanordnung" umfassen ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), PAL (programmierbare Feldlogik), PLAs (programmierbare Logikanordnungen), Decodierer, Speicher, nicht auf Software gestützte Prozessoren oder andere Schaltungsanordnungen oder digitale Computer einschließlich Mikroprozessoren und Mikrocomputer mit irgendeiner Architektur oder Kombinationen daraus. Die Speichervorrichtungen enthaltenen SRAM (statischen Schreib- Lese-Speicher) DRAM (dynamischen Schreib-Lese-Speicher), pseudostatischen RAM, Signalspeicher, EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher), EPROM (löschbarer programmierbarer Festwertspeicher), Register oder irgendeine andere in der Technik bekannte Speichervorrichtung. Die Einbeziehungswörter sind beim Betrachten des Umfangs der Erfindung als nicht erschöpfend zu interpretieren.
Sowohl die Frequenzumtastungs-Modulation (FSK-Modulation) als auch die Impulspausenmodulation, die Amplitudentastung (ASK), die Quadraturmodulation (QAM), die Vierphasenumtastung (QPSK) oder irgendeine andere Modulation sind als ein mögliches Datenmodulationsschema vorstellbar. Die verschiedenen Typen des Multiplexierens, wie z. B. Zeit- oder Frequenzmodulation, könnten ausgeführt werden, um Kreuzsignalstörung zu vermeiden. Die Modulationen könnten durch Rückstreumodulation, durch aktive Modulation des Trägers oder durch ein anderes Verfahren ausgeführt werden. Um die hierin beschriebenen Schaltungen zu implementieren, könnten diskrete Bauelemente oder vollständig integrierte Schaltungen sowohl in Silicium (Si), Galliumarsenid (GaAs) oder anderen Familien elektronischer Materialien als auch in optikgestützten oder anderen technologiegestützten Formen und Ausführungsformen verwendet werden. Es sollte selbstverständlich sein, daß verschiedene Ausführungsformen der Erfindung Hardware, Software oder mikrocodierte Firmware verwenden können oder in Hardware, Software oder mikrocodierter Firmware verkörpert sein können.
Die Implementierung ist in diskreten Bauelementen oder vollständig integrierten Schaltungen sowohl in Silicium, Galliumarsenid oder anderen Familien elektronischer Materialien als auch in optikgestützten oder anderen technologiegestützten Formen und Ausführungsformen vorstellbar. Es sollte selbstverständlich sein, daß verschiedene Ausführungsformen der Erfindung Hardware, Software oder mikrocodierte Firmware verwenden können oder in Hardware, Software oder mikrocodierter Firmware verkörpert sein können.
Diese Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben worden, es ist jedoch nicht beabsichtigt, daß diese Beschreibung in einem einschränkenden Sinn ausgelegt wird. Es werden sowohl verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen als auch andere Ausführungsformen der Erfindung für den Fachmann auf dem Gebiet bei Bezugnahme auf die Beschreibung offensichtlich sein. Es ist deshalb beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche alle derartigen Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

1. Transponder (14), der mit einem Abfragegerät (12) kommuniziert, wobei der Transponder (14) umfaßt:

einen Sender/Empfänger (30), der so betreibbar ist, daß er ein Abfragesignal vom Abfragegerät (12) empfängt;

einen Schwellendetektor (68), der so betreibbar ist, daß er den Leistungspegel des empfangenen Abfragesignals mißt und den gemessenen Leistungspegel mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht; und

eine Steuerschaltung (34) zum Ausführen von Aktionen als Antwort auf Daten, die auf das Abfragesignal aufmoduliert sind; dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (14) ferner umfaßt:

einen Modulationsdetektor (78) zum Erfassen der Modulation des Abfragesignals und zum Bereitstellen eines das Vorhandensein einer Modulation angebenden Signals; daß

der Schwellendetektor (68) ferner so betreibbar ist, daß er ein Schwellensignal erzeugt, das angibt, ob der gemessene Leistungspegel größer als der Schwellenwert ist; und daß

die Steuerschaltung (34) bei Empfang des Schwellensignals und des das Vorhandensein einer Modulation angebenden Signals freigegeben wird, damit sie das Abfragesignal vom Sender/Empfänger (30) empfängt und die Aktionen als Antwort auf Daten, die auf das Abfragesignal aufmoduliert sind, ausführt.

2. Transponder nach Anspruch 1, wobei der Modulationsdetektor (78) bei Empfang des Schwellensignals freigegeben wird.

9. Transponder nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Abfragesignal ein Hochfrequenzsignal ist.