CN101657843B - 接收电路的品质因数适配 - Google Patents

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Abstract

该发明涉及用于访问装置的通信单元的接收电路，该接收电路具有谐振电路(1)，其中包括用于将磁感应转换成电流的接收线圈(L)和电容(C)，接收电路(10)还具有构造用于可控地将第一电阻(R1)和谐振电路(1)连接和断开的开关元件(3)。当谐振电路(1)的线路布置从第一线路布置(7)转变到第二线路布置(8)时，接收电路引起谐振电路(1)与第一电阻(R1)的电气连接，以及当谐振电路(1)的线路布置从第二线路布置(8)转变到第一线路布置(7)时，接收电路引起第一电阻(R1)与谐振电路(1)的电气断开。

Description

接收电路的品质因数适配
该发明涉及用于基于无线电的访问控制系统的移动发送设备和接收设备的接收电路。该发明尤其涉及接收电路的品质因数(Guete)对于其不同的用途的可控的适配。
对于现代访问授权系统和访问控制系统，越来越多的电子安全系统和访问装置被使用，对于这些系统，经访问授权的人员的验证借助数据通信来实现，此数据通信发生在在大多情况下设置在访问对象(比如车辆)处的第一通信设备和经访问授权的人员拥有的第二通信设备之间进行，例如在电子钥匙中。在电子安全系统中，主动和被动访问装置不同。
在主动访问装置的情况下，从第二通信设备向例如设置在车辆中的第一通信设备传输标识码。通常该传输通过按移动标识信号发生器(Idenfikationsgeber)上相应的按键来引起。在第二通信设备中，该传输的标识码被检验，并且在成功的情况下，访问装置的安全设备可以被解锁或被锁定。因为标识信号发生器必须由其持有者有意识地启动，以便实现让他访问例如他的车辆成为可能，因此该电子访问系统被称为主动访问装置。
在被动访问装置的情况下，像它例如在图2中示意性示出的那样，车辆FZ的第一通信设备KEI以定期的间隔发送具有确定场强的询问信号NFS。第二通信设备KE2(它在标识信号发生器IG中比如是钥匙)位于第一通信设备的作用范围内，因此它接收第一通信设备的询问信号并且使用应答信号HFS对此应答，以便起动验证过程或者预验证过程。该验证通过数据电报(Datentelegramm)的交换实现，数据电报尤其是也从第二通信设备向第一通信设备传输验证码CO。如果验证成功完成，则由访问装置控制的安全设备(如门锁TS)被解锁，并且可自动或手动打开。由于标识信号发生器在前面提到的情况下不必要由其所有者有意识地启动，因此该电子访问系统与上面所提及的电子访问系统相反，称为被动访问装置。被动访问装置优选用于所谓的钥匙丢失车辆访问系统。
通常，询问信号NFS在感应的频率范围内借助于通常工作在千赫兹-范围内的低频发射机(NF-发射机)发送并且由第二通信设备的NF-接收机接收。接收到的询问信号被解码，并进一步处理以形成应答信号HFS，该应答信号HFS由第二通信设备以低发射功率通过在大多情况下在兆赫-范围内操作的高频发射机(HF-发射机)向第一通信设备的HF发射和接收设备传输。
NF-询问信号的发送被称为唤醒。第一通信设备发送的询问信号的迅速减少的磁场将访问装置的作用范围限制到一般不超过十米的功能半径。功能半径一方面由NF-发射机的发射功率决定，另一方面由NF-接收机的敏感度决定。通常情况下，第二通信设备的电路电子器件(Schaltungselektronik)由可充电能量储存器(如蓄电池)供电。为了实现第二通信设备的小尺寸，能量储存器的储存能力自然是非常低的。
因为低的自给自足的供电能力，第二通信设备的NF-接收机通常构造为能量消耗较低的接收机。NF-接收机具有用于接收NF-无线电信号的磁性部分的线圈，所谓的接收线圈。为优化NF-接收机的接收灵敏度，匹配的电容与接收线圈并联，由此形成并联谐振电路，使该并联谐振电路的谐振频率与第一通信设备的NF-发射频率相匹配。在谐振锐度的情况下达到的谐振电路的高的输出信号确保了接收机对于第一通信设备的NF-发射频率的高灵敏度。因此，以良好信噪比传输唤醒信号是可能的。
第一和第二通信设备之间的进一步的通信通常依赖于这两个通信设备之间的各距离来进行。为确定两个设备之间的距离，接收唤醒信号之后，由第一通信设备发出的NF-信号的场强在NF-接收机的位置被测量。这是通过测量上述的谐振电路的输出电压来进行的。使用此种测量方法得到的场强确定的准确度基本上由品质因数变化和谐振电路的谐振频率通过元件公差(Bauteiletoleranz)，尤其是外部影响(如温度影响)确定。尤其是在高品质因数的情况下，由于电容变化或电感变化所引起的谐振频移的影响是主导性的。构造用于接收NF-无线电信号的磁性部分的振荡电路的电感的特征是高度依赖于温度的。如果该电感构造为空心线圈，则振荡电路或谐振电路的品质因数通过线圈导线的特定电阻对温度的高度依赖性被改变。在使用铁氧体磁芯线圈时，还对此增加了铁氧体磁芯的同样强的温度变化过程。根据环境条件，同一个接收场强的测量可能由此导致不同的测量结果。
为了得到充分可靠的测量，通常例如使用与电感和电容并联的电阻来衰减振荡电路。因此并联振荡电路的谐振曲线变平，从而电容或者电感的温度变化较不强烈地作用于振荡电路的谐振。此外，振荡电路品质因数稳定到较低的值，从而实现谐振电路更稳定的输出电压。然而这里的缺点是，衰减也会引起谐振锐度的降低，从而引起用于接收唤醒信号的接收电路的灵敏度下降。
目前，总是在仍然允许的测量公差和所需要的最小的灵敏度之间寻找折衷，但该折衷对两种操作模式中的每一个意味着偏离最优。
如果因为耗尽的电池，自给自足的供电不再可能，则标识信号发生器的被动功能也不再提供。在这种情况下，车辆设备的开锁通过发射机应答器功能来取代。对此，第二通信设备在大多数情况下引入到为此而设置的站中，通过该站一方面进行访问控制，另一方面，通过感应的NF-信号对第二通信设备的能量储存器充电。紧接着充电过程可以在第一通信设备和第二通信设备之间进行用于识别和随后的车辆设备的开锁的通信。为了得到充电过程的高效率，上述的谐振电路(比如在接收唤醒信号时)必须具有高的品质因数。与目前实际的折衷解决方案伴随的品质因数降低导致了对发射机应答器功能的损害。
因此，该发明基于以下目的，即提供用于基于无线电的访问装置的第二通信设备的接收电路，该接收电路拥有对于接收无线电信号和电磁供应的能量的高灵敏度并且在确定接收场强时同时具有小的测量公差。
该目的是根据本发明的独立权利要求实现的。
本发明包括用于访问装置的通信设备的接收电路，该接收电路带有包含接收线圈和电容的谐振电路，该接收线圈用于将磁感应转换成电流，其中，该接收电路还具有第一电阻和构造用于可控地将第一电阻与谐振电路连接和断开的开关元件。
该发明还包括带有这样的接收电路的、用于访问装置的通信设备。
该发明还包括一种用于改变谐振电路品质因数的方法，该方法具有用于当该谐振电路的线路布置(Beschaltung)从第一线路布置改变到第二线路布置时将谐振电路与第一电阻电气连接的第一步骤，该方法还具有用于当谐振电路的线路布置从第二线路布置改变到第一线路布置时将第一电阻从谐振电路电气断开的第二步骤。
在此上下文中，需要指出的是，为了列举特征在说明书和权利要求书中使用的措辞“包括”、“具有”、“含有”、“包含”和“带有”以及它们的语法变型一般都解释为对特征(如方法步骤、设备、范围，大小和类似物)的非穷尽列举，该列举绝不排除存在其他的或额外的特征或其他的或额外功能的组合。
该发明使谐振电路的品质因数适配其线路布置的需求成为可能。尤其是对于接收要进一步处理的NF-信号，谐振电路应该以高品质因数来操作，同时在测量NF-信号场强时，使用第一电阻如此衰减该谐振电路，即，使得其品质因数充分地被降低，以便保证低的测量公差。
该发明在其从属权利要求中进一步改型。
为了实现接收电路的良好的灵敏度，接收线圈和电容优选以并联电路设置。另外备选地，接收线圈和电容也可以串联电路设置，其中尤其在使用更多个元件的情况下也可以使用并联电路和串联电路的组合。
为了将第一电阻电气连接到谐振电路上，开关元件有利地具有用于以并联电路将谐振电路与第一电阻连接的第一开关状态。备选地或者附加地，开关元件的第一开关状态也可以构造用于以串联电路将谐振电路与第一电阻连接。此外，谐振电路和第一电阻之间的电气连接的断开可以简单地实现，其中开关元件具有用于将谐振电路和第一电阻之间的电气连接断开的第二开关状态。这种断开可以“单极地”，即通过仅断开构造用于将第一电阻和谐振电路电气连接的线路(Leitungen)之一进行，但也可以是“双极地”，即通过断开构造用于将第一电阻和谐振电路电气连接的两个线路。
为了使该品质因数与接收为了进一步处理而确定的信号或为了对能量储存器充电而确定的信号的需求精确适配，谐振电路有利地包含另外的电阻，该另外的电阻与接收线圈和/或与电容并联或串联地连接。
本发明的其它特征从下文中对根据本发明实施例的描述结合权利要求书以及附图得到。在根据本发明的实施方式中，这些单个的特征能够单独地实现或者以多个特征的组合实现。在下面对该发明的几个实施例的描述中将参照附图。此处：
图1显示了大大简化的接收电路方框图，带有根据该发明的实施例的品质因数控制；
图2示出了用于车辆的访问装置，该访问装置包括作为主要组成部分的、在车辆侧的第一通信设备以及在用户的标识信号发生器侧的第二通信设备，其中在图1显示的接收电路例如也可在第二通信设备中实现。
在图1中所示的接收电路10具有构造用于接收NF-无线电信号的谐振电路1和随后的电路装置2。该谐振电路包括接收线圈L和与之并联的电容C。接收线圈L可实施为空心线圈或带有铁氧体磁芯的线圈。为降低通过线圈导线和可能的接收线圈的铁氧体磁芯导致的谐振电路1的品质因数的温度变化过程，电阻R2与接收线圈L和电容C并联。该电阻R2的值如此选择，使得谐振电路的谐振锐度没有明显变化。例如，为了实现在125千赫上最优的高品质因数接收，可以实施电感为2mH的接收线圈L、电容量为680pF的电容C和80千欧姆的电阻R2。然而，很明显，该谐振电路1的元件也能够使用不同的值实施并且也可对于其他的谐振频率实施。
输送到随后的电路装置2的谐振电路的输出信号位于并联的组件L、C和可能的R2上。随后的电路2具有第一线路布置7和第二线路布置8。
第一线路布置7包含为了对接收的NF-信号进行信息技术处理所必需的所有电路组件。如果包含了接收电路的通信设备还具有用于对能量储存器充电的发射机应答器功能，则在第一线路布置7中还包含为此而包含的电路。
第二线路布置8包括为了测量表示在接收线圈L的位置处的NF-信号的场强的谐振电路的输出信号所必需的所有电路组件。因为在谐振电路1的高品质因数的情况下，测量公差过高，而不能使足够准确地确定场强成为可能，因此谐振电路1必须被更大程度地衰减。在所示装置中可与谐振电路的输出端并联的电阻R1可用于此。该电阻R1提高了与谐振电路1的组件并联的电导，并且引起其衰减，该衰减导致幅度减小以及并联振荡电路1的谐振曲线的宽度加宽。
随后的电路装置2还具有线路布置控制器(Beschaltungssteuerung)5，它控制开关元件3和4的开关状态。这两个开关元件3和4的开关状态如此相互进行协调，使得当谐振电路的输出端与第一线路布置7连接时，电阻R1从谐振电路断开，而当谐振电路的输出端和第二线路布置8连接时电阻R1连接到谐振电路。换句话说，当开关元件4将并联振荡电路与线路布置7连接时，所示的图中的开关元件3处于打开，即，线路中断的开关状态，在开关元件4将并联振荡电路与为了测量场强而设的线路布置8连接时，该线路布置控制器将开关元件3调节到闭合的、即线路连接的开关状态。
两个开关元件3和4的控制通过线路布置控制器5经由控制线路6以及经由多个控制线路6进行。在此，两个开关元件3和4的控制可以同步也可以异步进行。
在图1中，开关元件实施为单路开关(einfacher Schalter)。作为用于将电阻R1和谐振电路的输出端的两个连接端断开的双路开关的实施也是可能的，尤其是当担心一侧连接的电阻的寄生效应时。因为谐振电路1的连接端中的一个一般和接收电路的地电位相连，在图1中实施为双路转换开关的开关元件4也可以作为单路转换开关实现，其中谐振电路1的地电位总是和线路布置7的地电位和线路布置8的地电位相连，以及转换开关4将谐振电路1的另一连接端可选地与线路布置7或者线路布置8的不是接地的输入端相连。
开关元件3和4在原则上可以作为电子机械组件来实施；但是由于短的响应时间以及为了避免接触颤动，它们方便地以电子组件的形式、优选地在使用晶体管的情况下构造。
应当指出的是，在高度简化的图1的图示中仅包含了那些为了理解发明所必需的组件。结合对于接收电路的操作或功能范围的扩展所必需的其它组件，为了清晰表示而被省略。然而，这些组件理解为是存在的。
接收的NF-信号(NFS，参照图2)的场强的测量仅当访问装置的两个通信设备之间的距离的确定必需时才进行。另外，接收电路处于基本状态，在这种状态下谐振电路的输出端与第一线路布置7，即用于信息传输目的的信号处理和必要时用于感应的能量传递的发射机应答器功能连接。在基本状态，电阻R1与谐振电路1是电气断开的，因此实现了振荡电路1的非常低的衰减并由此实现信息传输时的高信号质量以及能量传输时的高效率。
在测量状态，电阻R1与振荡电路1连接，其输出端与线路布置8连接，该线路布置包含用于测量接收场强的电路。通过使用电阻R1对谐振电路1进行额外的衰减，振荡电路1的品质因数降低，从而提高接收场强的测量准确性。衰减提高时输出信号的变小的幅度可以通过高度放大来补偿。由于测量只会偶尔并在很短的时间内进行，因此与放大相关联的提高的电流消耗不会导致接收电路的总能量消耗显著增加，因而总体上实现接收质量好的、能量传输效率高的并且在场强确定时较少测量公差的能量消耗少的接收电路10。
尽管该发明的详细描述是在参考以并联电路构造的接收电路的情况下进行的，但应指出，该发明并非限制于此，而是还包含带有接收线圈和电容的串联电路的接收电路以及还包含一个或多个接收线圈与一个或者多个电容和电阻的混合串/并联电路。
像上面已经提及的，接收电路10例如能在第二通信设备KE2中安装。通过这种方式，能够由此实现相比现有技术改善的、用于车辆FZ的访问装置。
参考标记列表
1谐振电路
2随后的电路装置
3开关元件
4转换开关设备
5线路布置控制器
6控制线路
7信号处理/充电设备
8测量设备
10接收电路
L接收线圈
C电容
R1第一电阻
R2第二电阻
IG标识信号发生器
FZ车辆
HFS高频信号
NFS低频信号
CO验证码
KE1车辆侧(第一)通信设备
KE2标识信号发生器侧(第二)通信设备
TS门锁/安全设备

Claims (9)

1.一种用于访问装置的通信设备的接收电路，其具有
-谐振电路(1)，所述谐振电路(1)包含用于将磁感应转换成电流的接收线圈(L)和电容(C)，
-第一线路布置(7)，所述第一线路布置(7)被构造用于对通过所述谐振电路(1)接收到的信号进行信息技术处理并且用于对能量储存器进行充电，
-第二线路布置(8)，所述第二线路布置(8)被构造用于测量在接收线圈(L)那个地方上的接收场强，
-第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)以通过可控的开关元件(3)能与谐振电路(1)相连的方式被设置，
-可控的转换设备(4)，所述可控的转换设备(4)将谐振电路(1)与第一线路布置(7)或者第二线路布置(8)选择性地相连，以及
-线路布置控制器(5)，所述线路布置控制器(5)被构造来控制可控的开关元件(3)和转换设备(4)以使得如果第二线路布置(8)与谐振电路(1)相连则第一电阻(R1)与谐振电路(1)相连。
2.根据权利要求1的接收电路，其特征在于，以并联电路设置接收线圈(L)和电容(C)。
3.根据权利要求1或者2的接收电路，其特征在于，串联地设置接收线圈(L)和电容(C)。
4.根据权利要求1或2的接收电路，其特征在于，所述开关元件(3)具有用于以并联电路将所述谐振电路(1)和第一电阻(R1)连接的第一开关状态。
5.根据权利要求1或2的接收电路，其特征在于，所述谐振电路(1)包含另一电阻(R2)，所述另一电阻(R2)并联或者串联地连接到所述接收线圈(L)和/或连接到所述电容(C)。
6.一种用于访问装置的通信设备，所述通信设备带有根据前述权利要求中的任一项所述的接收电路(10)。
7.一种访问装置，具有以下特征：
-用于在感应的频率范围内发送至少一个询问信号(NFS)的第一通信设备(KEl)；
-带有根据权利要求1到5中任一项所述的接收电路(10)的第二通信设备(KE2)，用于接收和处理感应的频率范围内的询问信号。
8.一种用于改变谐振电路的品质因数的方法，其具有
-第一步骤，所述第一步骤用于当所述谐振电路(1)的线路布置从第一线路布置(7)改变到第二线路布置(8)时电气连接所述谐振电路(1)与第一电阻(R1)，其中所述第一线路布置(7)被构造用于对通过所述谐振电路(1)接收到的信号进行信息技术处理并且用于对能量储存器进行充电，所述第二线路布置(8)被构造用于测量在接收线圈(L)那个地方上的接收场强，以及具有
-第二步骤，所述第二步骤用于当所述谐振电路(1)的线路布置从第二线路布置(8)改变到第一线路布置(7)时电气断开第一电阻(R1)和所述谐振电路(1)。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述谐振电路(1)和第一电阻(R1)的电气连接和电气断开仅仅在构造用于所述谐振电路(1)和所述第一电阻(R1)的电气连接的线路之一上进行。
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