CN111357199A - 用于机动车辆的开启部件的认证读取器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于旨在安装在机动车辆的开启部件上的认证读取器（1B‑1），所述读取器（1B‑1）包括微控制器（10B）、至少一个发射器（20B）、至少一个匹配电路（30B‑1）和称为“主天线”（L4）的单个天线，主天线（L4）由其工作频率来表征。匹配电路（30B‑1）包括能够使所述匹配电路（30B‑1）在第一模式与第二模式之间切换的换向部件（M1），在第一模式中，匹配电路（30B‑1）使得能够将主天线（L4）匹配至其谐振频率低于该工作频率的认证装置的副天线，在第二模式中，匹配电路（30B‑1）使得能够将主天线（L4）匹配至其谐振频率高于该工作频率的认证装置的副天线。

Description

用于机动车辆的开启部件的认证读取器
技术领域
本发明涉及解锁机动车辆的开启部件（ouvrant）的领域，并且更具体地涉及旨在安装在机动车辆的开启部件中的认证读取器以及使用这样的读取器的认证方法。
背景技术
如今，已知将近场通信读取器安装在机动车辆的开启部件中，例如在门把手处，以便使得能够借助于装置对用户进行认证并解锁所述开启部件。
近场通信（CCP或NFC，前者是针对法语的“communication en champ proche”，并且后者是针对英语的“Near Field Communication”）是基于短距离范围且高频（例如13.56MHz）的无线通信技术，它使得能够在达几厘米（例如约5cm）的距离内在外围设备之间交换信息。
在实践中，当车辆的用户希望解锁其开启部件时，他首先将其认证装置置于读取器附近。然后，读取器检测到该装置的存在，然后对其进行认证，并在认证成功的情况下解锁车辆的开启部件中的一个或全部。
在一种已知的解决方案中，读取器包括称为“主天线”的天线，并且装置包括称为“副天线”的天线。读取器被配置成经由所述主天线周期性地发送电信号，该电信号采用持续时间较短（例如几十微秒）的脉冲的形式。该装置可以是无源或有源的。无源装置可以例如是卡或徽章（badge），而有源装置可以例如是智能电话或徽章。
当装置接近到距读取器足够近时（例如10cm以内），副天线的存在会改变主天线两端的电压。读取器检测到该改变，并由此推断出兼容装置在附近，然后通过获取并确认存储在装置的存储区中的标识符来对所述装置进行认证。
图1示意性地示出了认证读取器1A的一种已知的解决方案。在该解决方案中，认证读取器1A包括微控制器10A、发射器20A、匹配电路30A和主天线L3。微控制器10A控制发射器20A，使得它经由匹配电路30A激励主天线L3。匹配电路30A使得能够优化由发射器20A产生的电功率在主天线L3（源）与副天线（负载，未示出）之间的传输。
为此，匹配电路30A包括第一支路和第二支路，第一支路一方面通过第一输入端子E1连接到发射器20A，并且另一方面通过第一输出端子S1连接到主天线L3，第二支路一方面通过第二输入端子E2连接到发射器20A，并且另一方面通过第二输出端子S2连接到主天线L3。主天线L3连接在第一输出端子S1与第二输出端子S2之间。第一支路包括电感L1和电容C1。电容C2与电阻R1并联，连接在第一输出端子S1与地线M之间。电容C3连接在电感L1和电容C1的中间点与地线M之间。第二支路包括电感L2和电容C4。电容C5与电阻R2并联，连接在第二输出端子S2与地线M之间。电容C6连接在电感L2和电容C4的中间点与地线M之间。电感L1和电容C3形成第一“LC”型滤波器，并且电感L2和电容C6形成第二“LC”型滤波器。
例如：
L1=L2=220nH
C3=C6=1nF
C1=C4=128pF
C2=C5=47pF
R1=R2=5.1kΩ
L3=1.7µH。
然而，认证装置的性质可能会因其类型（无源徽章、有源智能电话等）而有很大不同，并且每个装置具备其副天线所特有的调整，尤其是其谐振频率、其品质因数以及其与主天线的耦合水平。因此，装置对主天线两端的电压的改变取决于所述装置的性质。特别是，某些认证装置会降低主天线两端的电压，而其他认证装置会提高该电压，这尤其取决于其谐振频率是低于还是高于主天线的工作频率。于是，难以设计一种读取器，使其与在显著不同的谐振频率下工作的各种各样的认证装置一起操作。
因此，需要一种与各种各样的认证装置一起操作的读取器的简单有效的解决方案。
发明内容
本发明首先目的在于一种旨在安装在机动车辆的开启部件上的认证读取器，所述读取器包括微控制器、至少一个发射器、至少一个匹配电路和称为“主天线”的单个天线，所述主天线由其工作频率来表征。该读取器的特征在于，匹配电路包括能够使所述匹配电路在第一模式与第二模式之间切换的换向部件，在第一模式中，匹配电路使得能够将主天线匹配至其谐振频率低于该工作频率的认证装置的副天线，在第二模式中，匹配电路使得能够将主天线匹配至其谐振频率高于该工作频率的认证装置的副天线。
这样，本发明有利地使得读取器能够将其主天线既匹配至其谐振频率低于该工作频率的副天线又匹配至其谐振频率高于该工作频率的副天线，从而使得能够对各种各样的装置执行认证。
在第一实施例中，匹配电路包括：第一支路，其一方面通过第一输入端子连接到发射器，并且另一方面通过输出端子连接到主天线，并且第一支路包括第一电容，主天线另一方面连接到地线，匹配电路还包括第二电容，第二电容一方面连接到输出端子并且另一方面连接到地线；以及，第二支路，其一方面通过第二输入端子连接到发射器，并且另一方面在输出端子处连接到主天线，并且第二支路包括第一电容，匹配电路还包括第二电容，第二电容一方面连接到输出端子并且另一方面连接到地线，并且其中，换向部件采用与主天线并联连接的换向支路的形式，并且包括与开关串联连接的换向电容。
优选地，开关由微控制器或发射器来操控。
有利地，第一支路还包括连接在第一输入端子与第一电容之间的电感、以及连接在所述电感和第一电容的中间点与地线之间的第三电容。
再次有利地，第二支路还包括连接在第二输入端子与第一电容之间的电感、以及连接在所述电感和第一电容的中间点与地线之间的第三电容。
优选地，匹配电路还包括电阻，其在输出端子与地线之间与主天线并联连接。
在第二实施例中，换向部件包括第一开关和第二开关，并且其中，匹配电路包括一方面通过输入端子连接到发射器并且另一方面通过输出端子连接到主天线的支路，所述支路包括第一开关、第一电容和第二开关，第一开关连接到输入端子、并且能够在到第一电容的第一连接点与到地线的第二连接点之间换向，匹配电路包括第二电容和第三电容，第二开关一方面连接到输出端子、并且能够在位于第一电容和第二电容之间的中间点处的第一连接点与位于第二电容和第三电容之间的中间点处的第二连接点之间换向，第三电容另外连接到地线，主天线连接在输出端子与地线之间。
优选地，第一开关和第二开关由微控制器或发射器来操控。
有利地，支路还包括连接在输入端子与第一开关之间的电感、连接在第一开关的第一连接点与第二连接点之间的第四电容、以及连接在第一开关的第二连接点与地线之间的第五电容。
再次有利地，读取器还包括与主天线并联连接、在输出端子与地线之间的电阻。
本发明还涉及包括至少一个开启部件的机动车辆，所述开启部件包括如上所述的认证读取器。
本发明还涉及一种用于锁定或解锁机动车辆的至少一个开启部件的认证系统，所述系统包括至少一个认证装置和如上所述的机动车辆。
最后，本发明涉及一种用于通过安装在机动车辆的开启部件中的读取器来认证装置的方法，所述读取器包括微控制器、至少一个发射器、至少一个匹配电路和称为“主天线”的单个天线，所述主天线由其工作频率来表征，由所述读取器实施的所述方法的特征在于，其交替地包括以下步骤：通过匹配电路将主天线匹配至其谐振频率低于该工作频率的装置的副天线，以及通过匹配电路将主天线匹配至其谐振频率高于该工作频率的装置的副天线。
附图说明
在以下参考附图进行的描述期间，本发明的其他特征和优点将愈发显现，所述附图是以非限制性示例的名义给出的，并且其中，向相似的对象给予相同的附图标记。
图1示意性地示出了现有技术的读取器的一个实施例。
图2示意性地示出了根据本发明的系统的一个实施例。
图3示意性地示出了根据本发明的读取器的第一实施例。
图4示意性地示出了根据本发明的读取器的第二实施例。
图5示意性地示出了根据本发明的方法的一个实施例。
图6示意性地示出了图4的读取器的第一操作模式。
图7示意性地示出了图4的读取器的第二操作模式。
具体实施方式
图2示意性地示出了根据本发明的近场通信认证系统0。
在该示例中，系统0包括第一认证装置2-1（例如，近场通信无源徽章）和第二认证装置2-2（例如，近场通信有源智能电话）。系统0还包括认证读取器1B-1、1B-2，其安装在机动车辆（未示出）的开启部件中，例如安装在车门或后备箱中，尤其是在车门把手中。
参考图3和图4，读取器1B-1、1B-2包括微控制器10B、发射器20B、匹配电路30B-1、30B-2和称为“主天线”（L4）的单个天线，主天线L4由其工作频率来表征，例如13.56MHz。应当注意，微控制器10B和发射器20B可以是不同的物理实体，或者可以由同一物理实体来实施。
匹配电路30B-1、30B-2包括能够使所述匹配电路30B-1、30B-2在第一模式与第二模式之间切换的换向部件，在第一模式中，匹配电路30B-1、30B-2使得能够将主天线L4匹配至其谐振频率低于该工作频率的认证装置2-1、2-2的副天线，在第二模式中，匹配电路30B-1、30B-2使得能够将主天线L4匹配至其谐振频率高于该工作频率的认证装置2-1、2-2的副天线。
图3和图4示意性地示出了根据本发明的认证读取器1B-1、1B-2的两个实施例。
首先，在图3所示的第一实施例中，匹配电路30B-1包括第一支路B1和第二支路B2。第一支路B1一方面通过第一输入端子E11连接到发射器20B，并且另一方面通过输出端子S11连接到主天线L4。第二支路B2一方面通过第二输入端子E21连接到发射器20B，并且另一方面在输出端子S11处连接到主天线L4。主天线L4连接在输出端子S11与地线M之间。
第一支路B1首先包括电感L5，电感L5一方面连接到第一输入端子E11并且另一方面连接到第一电容C7，第一电容C7另一方面连接到输出端子S11。第二电容C8连接在输出端子S11与地线M之间。第三电容C9连接在电感L5和第一电容C7的中间点与地线M之间。电感L5和第三电容C9（可选）有利地构成LC滤波器，其使得能够拒绝低频和高频信号。
第二支路B2首先包括电感L6，电感L6一方面连接到第二输入端子E21并且另一方面连接到第一电容C10，第一电容C10另一方面连接到输出端子S11。第二电容C11连接在输出端子S11与地线M之间。第三电容C12连接在电感L6和第一电容C10的中间点与地线M之间。电感L6和第三电容C12（可选）有利地构成LC滤波器，其使得能够拒绝低频和高频信号。
在该示例中，匹配电路30B-1还包括电阻R3，电阻R3连接在输出端子S11与地线M之间，也就是说，与主天线L4并联连接。该电阻R3使得能够调节主天线L4的品质因数。
在该第一实施例中，换向部件采用换向支路的形式，该换向支路与主天线L4（并且因此还与电阻R3）并联连接，并且包括与双位置（开和合）开关M1串联连接的换向电容C13。在该示例中，开关M1是MOSFET类型的晶体管，但是可以使用任何其他类型的合适的开关。微控制器10B或发射器20B之一被配置成周期性地（例如每200ms）操控开关M1。
匹配电路30B-1的各组件、尤其是电容C7、C8、C10和C11的值被选择成使得：当开关M1处于一个位置中时，主天线L4与其谐振频率低于工作频率的副天线匹配，并且当开关M1处于其另一位置中时，主天线L4与其谐振频率高于主天线L4的工作频率的副天线匹配（例如，当输入端子E11活动时，开关M1闭合）。
例如：
L4=1µH
L5=220nH
L6=1.5µH
C7=36pF
C8=9pF
C9=100pF
C10=22pF
C11=76pF
C12=100pF
C13=12pF
R3=2kΩ。
在图4所示的第二实施例中，换向部件包括例如MOSFET晶体管类型的第一双位置开关I1和第二双位置开关I2。
第一开关I1能够在第一连接点P1与第二连接点P2之间换向。
类似地，第二开关I2能够在第一连接点P3与第二连接点P4之间换向。
微控制器10B或发射器20B之一被配置成同时且周期性地（例如每200ms）操控第一开关I1和第二开关I2。
匹配电路30B-2一方面在输入端子E12处连接到发射器20B，并且另一方面在输出端子S12处连接到主天线L4。
匹配电路30B-2首先包括电感L7，电感L7一方面连接到输入端子E12，并且另一方面连接到第一开关I1。
第一开关I1的第一连接点P1连接到第一电容C16，第一电容C16另一方面连接到第二开关I2的第一连接点P3。
匹配电路30B-2包括第二电容C17和第三电容C18。第二电容C17一方面在第二开关I2的第一连接点P3处连接到第一电容C16，并且另一方面在第二开关I2的第二连接点P4处连接到第三电容C18，第三电容C18另外连接到地线M。
匹配电路30B-2还包括第四电容C19和第五电容C20，第四电容C19连接在第一开关I1的第一连接点P1和第二连接点P2之间，第五电容C20连接在第一开关I1的第二连接点P2与地线M之间。
电感L7、第四电容C19和第五电容C20（它们都是可选的）有利地构成LC滤波器，其使得能够拒绝低频和高频信号。
在该示例中，匹配电路30B-2还包括电阻R4，电阻R4连接在输出端子S12与地线M之间，也就是说，与主天线L4并联连接。该电阻R4使得能够拒绝低频和高频信号。
匹配电路30B-2的各组件、尤其是电容C16、C17和C18的值被选择成使得：当第一开关I1和第二开关I2处于第一配置中时，主天线L4与其谐振频率低于工作频率的副天线匹配，并且当第一开关I1和第二开关I2处于第二配置中时，主天线L4与其谐振频率高于主天线L4的工作频率的副天线匹配，如下面将描述的那样。
例如：
C19与C20串联的电容具有等效电容180pF
C16与C17串联的电容具有等效电容74pF
C18=258pF
C20=1nF
C19与C16串联的电容具有等效电容234pF
C17与C18串联的电容具有等效电容153pF
R4=3.3KΩ
L4=0.78µH
L7=220nH。
现在将参考图5至图7在其实施方式中描述本发明。
首先参考图5，本发明的实施方式包括微控制器10B操控发射器20B，使得其在匹配电路30B-1、30B-2中产生至少一个电流，从而使得主天线L4能够交替地：在步骤E1中将第一电信号发射给认证装置2-1、2-2的副天线，在此期间，匹配电路30B-1、30B-2在第一模式中操作；以及，在步骤E2中将第二电信号发射给认证装置2-1、2-2的副天线，在此期间，匹配电路30B-1、30B-2在第二模式中操作，第一模式和第二模式由换向部件的位置来限定。
在与读取器1B-1的第一实施例（参见图3）有关的第一实施方式中，微控制器10B或发射器20B操控开关M1以使其交替地断开或闭合，使得匹配电路30B-1使得能够将主天线L4交替地匹配至两种类型的副天线，如前文解释的那样。
在与读取器1B-2的第二实施例（参见图4）有关的第二实施方式中，微控制器10B或发射器20B同时且周期性地操控第一开关I1和第二开关I2，使得匹配电路30B-2交替地在第一模式中或在第二模式中操作。
参考图6，图6示出了读取器1B-2的第二实施例的电路的操作，第一模式由第一开关I1的其中电感L7连接到第一电容C16的位置、以及由第二开关I2的其中第二电容C17和第三电容C18的中间点P1（即对应于第二开关I2的第二连接点P4）连接到输出端子S12的位置来限定。
在这种情况下，如图6所示，匹配电路30B-2包括：
- LC滤波器，其由电感L7和一个支路构成，在该支路中，第四电容C19和第五电容C20串联并连接到地线M，
- 第一电容C16和第二电容C17，其一方面（经由第一开关I1和点P1）串联连接到电感L7，并且另一方面（经由第二开关I2和点P4）串联连接到输出端子S12，
- 第三电容C18、电阻R4和主天线L4，它们三个都并联连接在输出端子S12与地线M之间。
参考图7，第二模式由第一开关I1的其中电感L7连接到第四电容C19与第五电容C20之间的中间点P2的位置、以及由第二开关I2的其中第一电容C16与第二电容C17的中间点（即对应于第二开关I2的第二连接点P3）连接到输出端子S12的位置来限定。
在这种情况下，如图7所示，匹配电路30B-2包括：
• 由电感L7和第五电容C20构成的LC滤波器，
• 第四电容C19和第一电容C16，其一方面（经由第一开关I1和点P2）串联连接到电感L7，并且另一方面（经由第二开关I2和点P3）串联连接到输出端子S12，
• 一个支路（包括串联连接的第二电容C17和第三电容C18）、电阻R4和主天线L4，它们三个都并联连接在输出端子S12与地线M之间。
有利地，交替地使用两种模式使得能够将主天线L4交替地匹配至以比主天线L4的工作频率更低的谐振频率操作的装置2-1、2-2的副天线、以及匹配至以比主天线L4的工作频率更高的谐振频率操作的装置2-1、2-2的副天线。第一模式与第二模式之间的切换频率被选择成使得能够快速地检测装置2-1、2-2的一种类型或另一种类型（例如每秒可进行几次切换）。

Claims (7)

1.旨在安装在机动车辆的开启部件上的认证读取器（1B-1、1B-2），所述读取器（1B-1、1B-2）包括微控制器（10B）、至少一个发射器（20B）、至少一个匹配电路（30B-1、30B-2）和称为“主天线”（L4）的单个天线，所述主天线（L4）由其工作频率来表征，匹配电路（30B-1、30B-2）包括能够使所述匹配电路（30B-1、30B-2）在第一模式与第二模式之间切换的换向部件（M1；I1、I2），在第一模式中，匹配电路（30B-1、30B-2）使得能够将主天线（L4）匹配至其谐振频率低于该工作频率的认证装置（2-1、2-2）的副天线，在第二模式中，匹配电路（30B-1、30B-2）使得能够将主天线（L4）匹配至其谐振频率高于该工作频率的认证装置（2-1、2-2）的副天线，所述读取器（1B-1）的特征在于，匹配电路（30B-1）包括：
• 第一支路（B1），其一方面通过第一输入端子（E11）连接到发射器（20B），并且另一方面通过输出端子（S11）连接到主天线（L4），并且第一支路（B1）包括第一电容（C7），主天线（L4）另一方面连接到地线（M），匹配电路（30B-1）还包括第二电容（C8），第二电容（C8）一方面连接到输出端子（S11）并且另一方面连接到地线（M），
• 第二支路（B2），其一方面通过第二输入端子（E21）连接到发射器（20B），并且另一方面在输出端子（S11）处连接到主天线（L4），并且第二支路（B2）包括第一电容（C10），匹配电路（30B-1）还包括第二电容（C11），第二电容（C11）一方面连接到输出端子（S11）并且另一方面连接到地线（M），
并且其中，换向部件采用与主天线（L4）并联连接的换向支路的形式，并且包括与开关（M1）串联连接的换向电容（C13）。
2.根据前一权利要求所述的认证读取器（1B-1），其特征在于，开关（M1）由微控制器（10B）或发射器（20B）来操控。
3.根据权利要求1或2中的一项所述的认证读取器（1B-1），其特征在于，第一支路（B1）还包括连接在第一输入端子（E11）与第一电容（C7）之间的电感（L5）、以及连接在所述电感（L5）和第一电容（C7）的中间点与地线（M）之间的第三电容（C9）。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的认证读取器（1B-1），其特征在于，第二支路（B2）还包括连接在第二输入端子（E21）与第一电容（C10）之间的电感（L6）、以及连接在所述电感（L6）和第一电容（C10）的中间点与地线（M）之间的第三电容（C12）。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的认证读取器（1B-1），其特征在于，匹配电路（30B-1）还包括电阻（R3），其在输出端子（S11）与地线（M）之间与主天线（L4）并联连接。
6.机动车辆，其特征在于，其包括至少一个开启部件，所述开启部件包括根据前述权利要求中的任一项所述的认证读取器（1B）。
7.用于锁定或解锁机动车辆的至少一个开启部件的认证系统（0），所述系统（0）的特征在于，其包括至少一个认证装置（2-1、2-2）和根据前一权利要求所述的机动车辆。
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