具有充電電路的無源發射應答機及用於產生用於無源發射應答機的供應電壓的方法
2023-05-19 18:22:56 1
專利名稱：具有充電電路的無源發射應答機及用於產生用於無源發射應答機的供應電壓的方法
技術領域：
本發明涉及一種依據技術方案1的導言具有充電電路的無源發射應答機及一種依據技術方案11的導言用於產生用於無源發射應答機的供應電壓的方法。
背景技術：
EP 1 871 648 Al描述一種在125kHz的頻率範圍內以電感方式操作的LF發射應答機。LF發射應答機細分為電池支持的LF接收器，其具有用於沿三個空間方向接收的三個並聯諧振電路；及以被動方式操作的防盜鎖止器鑰匙電路，其共享所述三個並聯諧振電路中的一者且以此方式藉助基站來返回數據。尤其是所述防盜鎖止器鑰匙電路具有僅小的範圍且具有位置相依範圍的事實是有害的。所述接收器還需要大量電流。另外，從連結 "http://de. wikipedia. org/wiki/RFID"已知在無電池支持的情況下藉助吸收調製從基站的場接收必需能量的純無源發射應答機。鑑於此背景技術，本發明的目標是指示用來改善現有技術的一種裝置及一種方法。此目標通過一種具有技術方案1的特徵的具有充電電路的無源發射應答機及通過一種具有技術方案11的特徵的用於產生供應電壓的方法來解決。本發明的有利實施例為附屬技術方案的主題。
發明內容
依據本發明的第一標的物，揭示一種具有用於供應電壓電容器的充電電路的無源發射應答機，其包括第一併聯諧振電路，其具有第一線圈及第一諧振電路電容器，其中所述第一線圈及所述第一諧振電路電容器與第一節點互連；第一整流器，其與所述第一節點及所述供應電壓電容器互連；第二並聯諧振電路，其具有基本上以正交方式對準於所述第一線圈的第二線圈及第二諧振電路電容器，其中所述第二線圈及所述第二諧振電路電容器與第二節點互連，且其中提供有第二整流器，所述第二整流器與所述第二節點及所述供應電壓電容器互連，且所述第二整流器具有與所述第一整流器相同的正向方向。依據本發明的第二標的物，揭示一種用於產生用於無源發射應答機的供應電壓的方法，其中提供彼此並聯連接的兩個並聯諧振電路分支，所述兩個並聯諧振電路分支分別藉助整流器與供應電壓電容器連接，且藉助所述並聯諧振電路中的感應電壓將所述供應電壓電容器充電。如本發明所教示的所述裝置及所述方法的優點是，在不具有其自身的電池支持的電壓供應的無源發射應答機中，即使在接收電路的不利對準的情況下，也可實現用於所述發射應答機的操作的充足電壓供應。通過優選地藉助線圈來執行吸收，在基站的近場中基本上存在電感耦合或變壓器耦合。在低於5MHz的頻率範圍中使用此些耦合。與現有技術相比，通過相互將供應電壓電容器充電的彼此呈基本上正交關係的至少兩個並聯諧振電路的並聯連接，效率及因此範圍獨立於所述發射應答機的天線相對於從基站輻射的電磁場的對準。申請人的研究已展示，將所述並聯諧振電路的Q因子選擇為優選地高於5 (最優選地，高於10)是有利的。在較高Q因子的情況下，諧振電路電壓在諧振的情形下尤其強烈地增加， 且即使在所吸收電磁場的低場強度的情況下，也可將供應電壓電容器充分充電以給所述無源發射應答機供應能量。依據一開發方案，提供一種具有基本上以正交方式對準於所述第二線圈且基本上以正交方式對準於所述第一線圈的第三線圈及第三諧振電路電容器的第三並聯諧振電路， 其中所述第三線圈及所述第三諧振電路電容器與第三節點互連，且提供與所述第三節點及所述供應電壓電容器互連的第三整流器，且其中所述第三整流器具有與所述第一整流器相同的正向方向。藉助優選地彼此以正交方式對準的三個線圈，給出從所述發射應答機的任何空間位置中的電磁場的能量吸收，即，相對於所發射電磁場的方向，對所述無源發射應答機的能量供應現在事實上為全向的。在另一開發方案中，第一調製信號端子與所述第一節點互連且第二調製信號端子與防盜鎖止單元的所述第二節點互連。根據替代實施例，第三調製信號端子與所述第三節點互連。以此方式，優選地在振幅調製的範圍內，可藉助防盜鎖止單元從所述並聯諧振電路讀出在來自基站的載波上接收的經調製信號。此外，可藉助使相應諧振電路衰減的防盜鎖止單元來執行振幅調製。尤其在發射應答機與基站的電感耦合的情況下，以此方式可識別所述發射應答機的所發射信號並將其作為所述載波的調製來讀出。依據一開發方案，優選地，將所述並聯諧振電路的諧振頻率形成為介於20kHz到30MHz kHz [原文如此]的範圍內，優選地處於125kHz，最優選地處於13MHz。並且，優選地，將所述三個並聯諧振電路的諧振頻率形成為幾乎相同。優選地，將所述第一整流器及所述第二整流器以及所述第三整流器分別設計為個別整流器二極體。通過選擇所述整流器二極體的正向方向以使得所述電容器僅充電但不放電，實現了互連為所述並聯電路的所述並聯諧振電路之間的解耦。因此，所述供應電壓電容器從彼此並聯互連的三個並聯諧振電路(即，始終從其中感應電壓及/或半波高於充電電容器的實際電壓的並聯諧振電路)來充電。在另一開發方案中，提供開發一種維持到所述防盜鎖止單元的功能性連接的控制單元。優選地，應將所述控制單元理解為集成電路，所述集成電路優選地在於由並聯諧振電路及調製器單元形成的收發器中基本上執行模擬信號處理之後接管數位訊號處理。根據一個實施例，可切換衰減器並聯連接到每一併聯諧振電路中的諧振電路電容器。所述可切換衰減器與所述防盜鎖止單元連接且通過所述防盜鎖止單元額外地連接以增加個別並聯諧振電路的帶寬。為了改進對調製的檢測且因此改進數據速率，在優選地已調幅載波的發射或接收期間，帶寬上的增加及由此產生的諧振升壓的減小是特別有利的。在優選實施例中，將所述衰減器形成為可控開關(其優選地被設計為MOS電晶體) 與電阻器的串聯連接。在此實例中，從所述防盜鎖止單元觸發所述MOS電晶體的柵極。應容易地理解，在替代實施例中，儀由單MOS電晶體形成所述衰減器。在另一實施例中，優選地將與每一諧振電路電容器並聯的負載調製部件設計為來自可控開關與齊納(kner) 二極體的串聯連接。所述齊納二極體的一個優點是，低於擊穿電壓時幾乎無電流流動，且事實上獨立於所述電流而將高於所述擊穿電壓的所施加電壓箝位到所述擊穿電壓的值。以此方式，每一併聯衰減電路可隨負載調製而衰減到所述齊納二極體的所述擊穿電壓。
依據優選實施例，將每一併聯衰減電路的相應整流器設計為可控整流器單元。所述可控整流器單元的控制輸入與所述防盜鎖止單元互連。以此方式，可藉助所述防盜鎖止單元來控制對所述供應電壓電容器的充電。應注意，對所述發射應答機的能量供應僅藉助吸收調製而發生，且未給所述發射應答機提供任何電池支持的供應電壓。此情形的一個原因是如本發明所教示的所述發射應答機在汽車鑰匙的故障挽救被動進入系統(Passive Entry Go System)的設計的範圍內的有利示範性使用。由於不需要任何電池電壓的事實，即使在汽車鑰匙的電池電力不足的情況下，只要鑰匙在靠近汽車基站附近的範圍內且從基站的場吸收充足能量，便可在任何時間打開汽車。
下文參考圖式更詳細地解釋本發明。使用相同參考編號注釋類似組件。所圖解說明的實施例主要為示意性的，即，除非另有說明，否則距離以及橫向及垂直尺寸範圍並未按照比例且彼此不具有任何可導出的幾何關係。所述圖式展示圖1是如本發明所教示的作為在汽車鑰匙中具有電路布置的被動進入系統的一部分的無源發射應答機。圖2是如本發明所教示的電路布置的第一實施例。圖3是如本發明所教示的電路布置的另一實施例。
具體實施例方式圖1中的圖解說明描繪使用如本發明所教示的無源應答機TR作為汽車鑰匙SL中的PES被動進入系統的一部分發射應答機。汽車鑰匙SL位於汽車A的基站的場中。發射應答機TR以電感方式耦合(即，藉助線圈)到汽車內的一個或多個基站的電磁場。TR發射應答機相對於汽車的潛在空間位置包含笛卡爾坐標系統的三個空間方向。圖2中的圖片展示如本發明所教示的作為PES被動進入系統的一部分的TR發射應答機的電路布置的第一實施例，根據所述實施例，第一併聯衰減電路具有第一線圈 SPx ；第一諧振電路電容器Cx，其與第一線圈Sb並聯連接；衰減器DGx，其與第一諧振電路電容器Cx並聯連接，包括來自具有控制輸入的第一開關與第一電阻器Rx的串聯連接。 第一線圈SPx、第一諧振電路電容器Cx及第一開關與第一節點Kl互連。此外，防盜鎖止單元IM的第一連接MSl及第一整流器二極體Dx的陽極與第一節點Kl互連。第一整流器二極體Dx的陰極進一步與供應電壓電容器CL連接，供應電壓電容器CL與參考電位互連。 此外，第一線圈SPx、第一諧振電路電容器Cx及第一電阻器Rx也與所述參考電位互連。另外，第一開關的控制輸入與防盜鎖止單元IM的第一柵極端子MDl互連。此夕卜，防盜鎖止單元IM與控制單元ST互連。第二並聯衰減電路具有第二線圈SPy ；第二諧振電路電容器Cy，其與第二線圈 SPy並聯連接；衰減器DGy，其與第二諧振電路電容器Cy並聯連接，包括來自具有控制輸入的第二開關Sy與第二電阻器Ry的串聯連接。第二線圈SPy、第二諧振電路電容器Cy及第二開關Sy與第二節點K2互連。此外，防盜鎖止單元IM的第二連接MS2及第二整流器二極體Dy的陽極與第二節點K2互連。第二整流器二極體Dy的陰極進一步與供應電壓電容器 CL連接，供應電壓電容器CL與參考電位互連。此外，第二線圈SPy、第二諧振電路電容器Cy 及第二電阻器Ry也與所述參考電位互連。另外，第二開關Sy的控制輸入與所述防盜鎖止單元的第二柵極端子MD2互連。第三並聯衰減電路具有第三線圈SPz ；第三諧振電路電容器Cz，其與第三線圈 SPz並聯連接；衰減器DGz，其與第三諧振電路電容器Cz並聯連接，包括來自具有控制輸入的第三開關&與第三電阻器Rz的串聯連接。第三線圈SPz、第三諧振電路電容器Cz及第三開關&與第三節點K3互連。此外，防盜鎖止單元IM的第三連接MS3及第三整流器二極體Dz的陽極與第三節點K3互連。第三整流器二極體Dz的陰極進一步與供應電壓電容器CL連接，供應電壓電容器 CL與參考電位互連。此外，第三線圈SPz、第三諧振電路電容器Cz及第三電阻器Rz也與所述參考電位互連。另外，第三開關&的控制輸入與防盜鎖止單元IM的第三柵極端子MD3 互連。依據本發明，提供總共三個並聯衰減電路(X空間方向的第一併聯衰減電路、Y空間方向的第二並聯衰減電路及Z空間方向的第三並聯衰減電路)，其中至少相應並聯衰減電路的線圈沿相關聯的空間方向X、Y或Z對準。經由整流器二極體Dx、Dy及Dz藉助所有三個並聯衰減電路而將供應電壓電容器CL充電。因此，在於所有三個線圈中均感應電壓的情況下，恰好始終是相應諧振電路的感應半波的一部分(與兩個其它並聯衰減電路的半波部分相比，所述一部分表示諧振電路中的最高電壓)將供應電壓電容器CL充電。優選地，將並聯諧振電路的Q因子形成為高於10以便即使電感為低也同樣形成儘可能高的諧振電路電壓及因此儘可能高的供應電壓。隨著Q因子增加，用於來往於基站的防盜鎖止單元數據傳送的帶寬下降，因為載波上的經調製信號的分離及準備變得困難。為了增加用於數據傳送的帶寬，優選地至少在所述並聯衰減電路中的一者中(優選地，在所有並聯衰減電路中) 通過防盜鎖止單元藉助控制器額外連接一衰減器是有利的。圖3圖解說明作為PES被動進入系統的一部分的發射應答機TR的另一電路布置。 在下文中，僅提及圖2中所描述實施例的範圍內的差別。因此，第一併聯衰減電路具有與第一諧振電路電容器Cx並聯連接的負載調製元件Mx。有利地，第一負載調製元件Mx由齊納二極體與可控開關[未展示]的串聯連接組成。所述可控開關的控制輸入與防盜鎖止單元 IM的第一調製柵極端子IMX互連。所述齊納二極體的一個優點是，低於擊穿電壓幾乎無電流流動，且事實上獨立於所述電流而將高於所述擊穿電壓的所施加電壓箝位到所述擊穿電壓的值。以此方式，每一併聯諧振電路可隨負載調製而衰減到所述齊納二極體的擊穿電壓。第二並聯諧振電路進一步具有與第二諧振電路電容器Cy並聯連接的負載調製元件My。有利地，第二負載調製元件My由齊納二極體與可控開關的串聯連接組成。所述可控開關的控制輸入與防盜鎖止單元IM的第二調製柵極端子IMY互連。此外，第三並聯諧振電路具有與第三諧振電路電容器Cz並聯連接的負載調製元件Mz。有利地，第三負載調製元件Mz由齊納二極體與可控開關的串聯連接組成。所述可控開關的控制輸入與防盜鎖止單元IM的第三調製柵極端子IMZ互連。所述第一併聯諧振電路及所述第二並聯諧振電路以及所述第三並聯諧振電路分別與LF接收器單元LFR的輸入互連。LF接收器單元LFR藉助線SA而與防盜鎖止單元IM互連。 LF接收器單元LFR進一步與微處理器支持的控制單元STM互連。控制單元STM與具有HF天線A的UHF發射器單元RFT互連且藉助線DA而與防盜鎖止單元IM互連。總之， 控制單元STM、LF接收器單元LFR及UHF發射器單元RFT經設計為控制單元ST的一部分。 與發射應答機TR相比，控制單元STM、LF接收器單元LFR及UHF發射器單元RFT與電池VB 互連。此外，供應電壓電容器CL與控制單元STM互連。應注意，當前將高於IOOMHz的頻率指定為UHF。 如果藉助吸收調製來產生充足供應電壓，則控制單元SVM可藉助能量來供應且以此方式減少從電池VB取走的能量。由於個別並聯諧振電路既與防盜鎖止單元IM互連又與 LF接收器單元LFR互連的事實，所述並聯諧振電路既可用於接收用於LF接收器單元LFR的數據又可用於來自防盜鎖止單元IM的數據的接收及發射。對用於防盜鎖止單元IM或用於 LF接收器單元LFR的所述並聯諧振電路的控制(即，順序利用)藉助線SA來執行。當接收用於LF接收器單元LFR的數據時，衰減器DGx、DGy、DGz藉助防盜鎖止單元IM額外地連接以增加帶寬。此使得有可能增加數據速率。藉助衰減器DGx、DGy、DGz，優選地介於10到 20之間的範圍內的Q因子優選地減少到低於10的範圍。
權利要求
1.一種具有用於供應電壓電容器(CL)的充電電路的無源發射應答機(TR)，其包括，第一併聯諧振電路(X)，其具有第一線圈(SPx)及第一諧振電路電容器(Cx)，其中所述第一線圈(SPx)及所述第一諧振電路電容器(Cx)與第一節點(Kl)互連，第一整流器，其與所述第一節點(Kl)及所述供應電壓電容器(CL)互連，第二並聯諧振電路，其具有基本上以正交方式對準於所述第一線圈(SPx)的第二線圈 (SPy)及第二諧振電路電容器(Cy)，其中所述第二線圈及所述第二諧振電路電容器(Cy)與第二節點(K2)互連，所述無源發射應答機(TR)的特徵在於提供有第二整流器，其與所述第二節點(以)及所述供應電壓電容器(CL)互連，且所述第二整流器具有與所述第一整流器相同的正向方向。
2.根據權利要求1所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於提供有第三並聯諧振電路，所述第三並聯諧振電路具有基本上以正交方式對準於所述第二線圈且基本上以正交方式對準於所述第一線圈(SPx)的第三線圈(SPz)及第三諧振電路電容器(Cz)，其中所述第三線圈(SPz)及所述第三諧振電路電容器(Cz)與第三節點(D)互連，且提供有第三整流器，所述第三整流器與所述第三節點(D)及所述供應電壓電容器(CL)互連，且所述第三整流器具有與所述第一整流器相同的正向方向。
3.根據權利要求1或2所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於第一調製信號端子 (MSl)與所述第一節點(Kl)互連，且防盜鎖止單元(IM)的第二調製信號端子(MS2)與所述第二節點(K2)互連。
4.根據權利要求2所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於防盜鎖止單元(IM)的第三調製信號端子(MS； )與所述第三節點(D)互連。
5.根據權利要求1或2所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於所述並聯諧振電路中的每一者具有介於20kHz到13MHz的範圍內的諧振頻率。
6.根據權利要求1或2所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於所述第一整流器及所述第二整流器以及所述第三整流器分別被設計為個別整流器二極體(Dx、Dy、Dz)。
7.根據權利要求3所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於控制單元(ST)維持與所述防盜鎖止單元(IM)的功能性連接。
8.根據權利要求1或2所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於在每一併聯諧振電路中，與所述諧振電路電容器(Cx、Cy、Cz)並聯地提供有可切換衰減器(Dx、Dy、Dz)。
9.根據權利要求8所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於所述衰減器(DG)是由來自可控開關(Sx、Sy、Sz)與電阻器(Rx、Ry、Rz)的串聯連接形成。
10.根據權利要求1或2所述的無源發射應答機(TR)，其特徵在於在每一併聯諧振電路中，與所述相應諧振電路電容器(Cx、Cy、Cz)並聯地提供有可切換負載調製元件(Mx、My、 Mz)。
11.一種用於產生用於根據權利要求1到10中任一權利要求所述的無源發射應答機 (TR)的供應電壓的方法，其特徵在於提供彼此並聯連接的兩個諧振電路分支，所述兩個諧振電路分支分別藉助所述整流器與供應電壓電容器(CL)連接；且藉助所述並聯諧振電路中的感應電壓將所述供應電壓電容器(CL)充電。
12.根據權利要求11所述的用於產生用於無源發射應答機(TR)的供應電壓(Vcc)的 方法，其特徵在於從彼此並聯連接的三個並聯諧振電路將所述供應電壓電容器(CL)充電。
13.根據權利要求11或權利要求12所述的用於產生用於無源發射應答機(TR)的供應電壓(Vcc)的方法，其特徵在於通過防盜鎖止單元(IM)額外地連接衰減器(Dx、Dy、Dz)以增加所述並聯諧振電路的帶寬。
全文摘要
本申請案涉及具有充電電路的無源發射應答機及用於產生用於無源發射應答機的供應電壓的方法。具有用於供應電壓電容器的充電電路的無源發射應答機包括第一併聯諧振電路，其具有第一線圈及第一諧振電路電容器，其中所述第一線圈及所述第一諧振電路電容器與第一節點互連；第一整流器，其與所述第一節點及所述供應電壓電容器互連；第二並聯諧振電路，其具有基本上以正交方式對準於所述第一線圈的第二線圈及第二諧振電路電容器，其中所述第二線圈及所述第二諧振電路電容器與第二節點互連，且其中提供有第二整流器，所述第二整流器與所述第二節點及所述供應電壓電容器互連，且所述第二整流器具有與所述第一整流器相同的正向方向。
文檔編號H02J17/00GK102545395SQ20111044361
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月20日 優先權日2010年12月27日
發明者沃納·齊格勒 申請人:愛特梅爾公司