CN202041996U

CN202041996U - 车载单元

Info

Publication number: CN202041996U
Application number: CN 201120082638
Authority: CN
Inventors: 陈育成; 李怀山; 向涛
Original assignee: Shenzhen Genvict Technology Co Ltd
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-03-25

Abstract

本实用新型公开了一种车载单元，包括发射电路端口、接收电路端口和唤醒电路端口，以及天线、收发控制电路、第一电阻、第一射频隔离器件、第一射频开关和第二射频开关，所述发射电路端口通过第一电阻与收发控制电路连接，以及通过第一射频开关与所述第一射频隔离器件的一端连接，所述第一射频隔离器件的一端与天线连接，另一端通过所述第二射频开关接地，以及分别与所述接收电路端口和唤醒电路端口连接。本实用新型提供了一种单天线的车载单元，使电路得到合理布局，器件和走线互相干扰减低；并且发射、接收、唤醒单元端口之间进行了有效地隔离，从而可以减少或者避免了发射、接收、唤醒单元端口之间的相互干扰，满足了产品电磁兼容技术要求。

Description

车载单元

技术领域

本实用新型涉及一种不停车收费系统，具体的说，涉及一种车载单元。

背景技术

不停车收费系统(Electronic Toll Collection，简称ETC)是目前世界上最先进的路桥收费方式。该系统是通过一般安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。其中，安装在车辆上的车载电子标签称为车载单元(On BoardUnit，简称OBU)，安装在收费站一侧的读写设备称为路侧单元(Road Side Unit，简称RSU)，ETC系统进行收费工作时，路侧单元识别车辆上的车载单元，计算通行费用，并自动从车辆用户的专用账户中扣除通行费。

ETC终端设备车载单元(OBU)和路侧单元(RSU)以微波专用短程通信协议进行数据交换，实现移动车载设备和路侧设备之间安全可靠的信息交换。车载单元(OBU)的无线技术平台主要包含无线接收、发射、唤醒和PLL(锁相环)频率源电路。现有的车载单元(OBU)一般采用如图1和图2示出的双天线方案。

如图1所示，背景技术一的车载单元(OBU)100，包括第一天线111、第二天线112、发射匹配电路121、接收匹配电路122、唤醒匹配电路123，以及RF信号处理单元130、串口140。其中，RF信号处理单元130包括发射电路131、接收电路132、唤醒电路133、PLL频率源电路134、控制电路135。控制电路135控制RF信号处理单元130的发射、接收、唤醒等工作，PPL频率源134提供给发射电路131、接收电路132工作所需的频率源。RF信号处理单元130可以通过串口140与外界进行信令交互。发射电路131和接收电路132，分别通过发射匹配电路121和接收匹配电路122，与第二天线112连接，即发射电路131和接收电路132共用第二天线112；唤醒电路133，通过唤醒匹配电路123，与第一天线111连接，即唤醒电路133单独使用第一天线111。

如图2所示，背景技术二的车载单元(OBU)200，包括第一天线211、第二天线212、发射匹配电路221、接收匹配电路222、唤醒匹配电路223，以及RF信号处理单元230、串口240。其中，RF信号处理单元230包括发射电路231、接收电路232、唤醒电路233、PLL频率源电路234、控制电路235。控制电路235控制RF信号处理单元230的发射、接收、唤醒等工作，PPL频率源234提供给发射电路231、接收电路232工作所需的频率源。RF信号处理单元230可以通过串口240与外界进行信令交互。接收电路232和唤醒电路233，分别通过接收匹配电路222和唤醒匹配电路223，与第一天线211连接，即接收电路232和唤醒电路233共用第一天线211；发射电路231，通过发射匹配电路221，与第二天线212连接，即发射电路231单独使用第二天线212。

在双天线方案中，两根天线占用了车载单元(OBU)大量宝贵的PCB面积，每根天线需占用10平方厘米，这样导致电路布局拥挤，器件和走线互相干扰严重，发射频谱杂散多，不能满足产品电磁兼容技术要求。并且在工作时，车载单元(OBU)的无线发射、接收、唤醒单元之间互相干扰严重，导致不能进行正常使用，存在着一定技术缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种车载单元，在单天线布置节省PCB面积的基础上，还可以减少或者避免发射、接收、唤醒单元之间的相互干扰。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术方案：

这种车载单元，包括发射电路端口、接收电路端口和唤醒电路端口，以及天线、收发控制电路、第一电阻、第一射频隔离器件、第一射频开关和第二射频开关，所述发射电路端口通过第一电阻与收发控制电路连接，以及通过第一射频开关与所述第一射频隔离器件的一端连接，所述第一射频隔离器件的一端与天线连接，另一端通过所述第二射频开关接地，以及分别与所述接收电路端口和唤醒电路端口连接。

优选地，所述的车载单元，所述第一射频隔离器件为第一射频微带线。

优选地，所述的车载单元，所述第一射频微带线的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗30～60Ω。

优选地，所述的车载单元，还包括第二电阻、第一电容、第三二极管，第二电阻、第一电容并联形成RC并联电路，所述第一射频隔离器件另一端通过所述RC并联电路分别与接收电路端口和唤醒电路端口连接；所述第三二极管正极与所述RC并联电路与接收电路端口和唤醒电路端口连接的一端连接，负极接地。

优选地，所述的车载单元，还包括第二射频隔离器件和第三射频隔离器件，所述第二射频隔离器件连接在所述RC并联电路的一端与所述接收电路端口之间，所述第三射频隔离器件连接在所述RC并联电路的一端与所述唤醒电路端口之间。

优选地，所述的车载单元，所述第二射频隔离器件为第二射频微带线，所述第三射频隔离器件为第三射频微带线。

优选地，所述的车载单元，所述第二射频微带线和第三射频微带线的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗50～90Ω。

优选地，所述的车载单元，在包括发射电路端口、接收电路端口和唤醒电路端口，以及天线、收发控制电路、第一电阻、第一射频隔离器件、第一射频开关和第二射频开关的基础上，还包括第二射频隔离器件和第三射频隔离器件，所述第二射频隔离器件连接在所述第一射频隔离器件的另一端与所述接收电路端口之间，所述第三射频隔离器件连接在所述第一射频隔离器件的另一端与所述唤醒电路端口之间。

本实用新型的有益效果在于：采用单天线方案，腾出了一根天线的使用面积，使电路得到合理布局，器件和走线互相干扰减低，满足产品电磁兼容技术要求。并且通过设置射频隔离器件，将发射、接收、唤醒单元端口之间进行有效地隔离，从而减少或者避免了发射、接收、唤醒单元端口之间的相互干扰，满足了产品电磁兼容技术要求。

附图说明

图1为背景技术一的车载单元电路框图；

图2为背景技术二的车载单元电路框图；

图3为本实用新型实施例1的车载单元电路框图；

图4为本实用新型实施例2的车载单元电路框图；

图5为本实用新型实施例3的车载单元电路框图；

图6为本实用新型实施例4的车载单元电路框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

如图3所示，实施例1的车载单元(OBU)300，包括天线311、收发控制电路312、发射匹配电路321、接收匹配电路322、唤醒匹配电路323，以及RF信号处理单元330、串口340。其中，RF信号处理单元330包括发射电路331、接收电路332、唤醒电路333、PLL频率源电路334、控制电路335。控制电路335控制RF信号处理单元330的发射、接收、唤醒等工作，PPL频率源334提供给发射电路331、接收电路332工作所需的频率源。RF信号处理单元330可以通过串口340与外界进行信令交互。

发射电路331与发射匹配电路321的一端连接，接收电路332与接收匹配电路322的一端连接，唤醒电路333与唤醒匹配电路323的一端连接。发射匹配电路321的另一端，即图示C点，一方面通过第一电阻R31与收发控制电路312连接，另一方面通过第一射频开关D31与第一射频微带线TL31的一端，即图示B点连接。在此将点C处称为发射电路端口。

第一射频微带线TL31的一端，即B点，经图示A点与天线311连接；第一射频微带线TL31的另一端，即图示D点，一方面经第二射频开关D32接地，另一方面，经图示E点，分别连接接收匹配电路322的另一端，即图示F点，在此将点F处称为接收电路端口，以及唤醒匹配电路323的另一端，即图示G点，在此将点G处称为唤醒电路端口。

图3所示实施例1的工作原理是：

当车载单元(OBU)300处于发射工作时，通过收发控制电路312将收发控制信号置为高电平，第一射频开关D31和第二射频开关D32通过直流，第一射频开关D31和第二射频开关D32均处于导通状态，内阻接近0Ω，射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，只有微弱的小部分能量能经点B传到点D和E处，较好地解决了收、发隔离问题。

点B和点D通过第一射频微带线TL31连接，第一射频微带线TL31的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗30～60Ω，由于射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，这样第一射频微带线TL31相当于一根一端接地的短路线，这一等价短路线的另一端阻抗很大(相对于50Ω)，这样从发射电路331输出的信号经点C和第一射频开关D31，大部分能量只能经点B传递到点A，通过天线311发射到天空去，射频信号在点B处不会被衰减，无线发射功率相对于现有技术大幅提高。

然而，在实施例1中，在发射时，虽然点B处的信号只有微弱信号能被传到点D，但还需要对点D处信号进一步衰减，否则这个强度的信号还是会回传到接收和唤醒端口，回传的信号会对发射进行干扰，也会导致发射占有带宽扩大恶化，发射邻道功率超过标准，不能满足产品技术应用要求。

实施例2

如图4所示，实施例2的车载单元(OBU)400，包括天线411、收发控制电路412、发射匹配电路421、接收匹配电路422、唤醒匹配电路423，以及RF信号处理单元430、串口440。其中，RF信号处理单元430包括发射电路431、接收电路432、唤醒电路433、PLL频率源电路434、控制电路435。控制电路435控制RF信号处理单元430的发射、接收、唤醒等工作，PPL频率源434提供给发射电路431、接收电路432工作所需的频率源。RF信号处理单元430可以通过串口440与外界进行信令交互。

发射电路431与发射匹配电路421的一端连接，接收电路432与接收匹配电路422的一端连接，唤醒电路433与唤醒匹配电路423的一端连接。发射匹配电路421的另一端，即图示C点，一方面通过第一电阻R41与收发控制电路412连接，另一方面通过第一射频开关D41与第一射频微带线TL41的一端，即图示B点连接。在此将点C处称为发射电路端口。

第一射频微带线TL41的一端，即B点，经图示A点与天线411连接；第一射频微带线TL41的另一端，即图示D点，一方面经第二射频开关D42接地，另一方面，经图示E点，分别连接接收匹配电路422的另一端，即图示F点，在此将点F处称为接收电路端口，以及唤醒匹配电路423的另一端，即图示G点，在此将点G处称为唤醒电路端口。

图4所示实施例2的工作原理是：

当车载单元(OBU)400处于发射工作时，通过收发控制电路412将收发控制信号置为高电平，第一射频开关D41和第二射频开关D42通过直流，第一射频开关D41和第二射频开关D42均处于导通状态，内阻接近0Ω，射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，只有微弱的小部分能量能经点B传到点D和E处，较好地解决了收、发隔离问题。

点B和点D通过第一射频微带线TL41连接，第一射频微带线TL41的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗30～60Ω，由于射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，这样第一射频微带线TL41相当于一根一端接地的短路线，这一等价短路线的另一端阻抗很大(相对于50Ω)，这样从发射电路431输出的信号经点C和第一射频开关D41，大部分能量只能经点B传递到点A，通过天线411发射到天空去，射频信号在点B处不会被衰减，无线发射功率相比于现有技术大幅提高。

当车载单元(OBU)400处于接收或者唤醒工作时，收发控制信号被置为低电平，第一射频开关D41和第二射频开关D42没有通过直流，第一射频开关D41和第二射频开关D42均处于截止状态，内阻很大，达到KΩ以上；从天线411接收信号，只能从点A经过点B，再经过到点D和点E，接收信号在点E处被分成两路，分别注入接收电路端口F和唤醒电路端口G，即分别通过接收匹配电路422传递到接收电路432，以及通过唤醒匹配电路423传递到唤醒电路433。

实施例2在实施例1的基础上，在点D和点E之间增加了并联连接的第二电阻R42和第一电容C41，即在点D和点E之间增加了RC并联电路；还增加第三二极管D43，第三二极管D43的正极连接点E，负极接地。通过器件R42、C41、D43的设置，可使射频信号得到进一步衰减，解决实施例1的微弱信号仍回传到接收和唤醒端口的问题。其中，调节第二电阻R42和第一电阻R41的阻值，可设定第一射频开关D41和第二射频开关D42各自的导通电流，而第一电容C41是隔直流通射频信号电容。

实施例3

如图5所示，实施例3的车载单元(OBU)500，包括天线511、收发控制电路512、发射匹配电路521、接收匹配电路522、唤醒匹配电路523，以及RF信号处理单元530、串口540。其中，RF信号处理单元530包括发射电路531、接收电路532、唤醒电路533、PLL频率源电路534、控制电路535。控制电路535控制RF信号处理单元530的发射、接收、唤醒等工作，PPL频率源534提供给发射电路531、接收电路532工作所需的频率源。RF信号处理单元530可以通过串口540与外界进行信令交互。

发射电路531与发射匹配电路521的一端连接，接收电路532与接收匹配电路522的一端连接，唤醒电路533与唤醒匹配电路523的一端连接。发射匹配电路521的另一端，即图示C点，一方面通过第一电阻R51与收发控制电路512连接，另一方面通过第一射频开关D51与第一射频微带线TL51的一端，即图示B点连接。在此将点C处称为发射电路端口。

第一射频微带线TL51的一端，即B点，经图示A点与天线511连接；第一射频微带线TL51的另一端，即图示D点，一方面经第二射频开关D52接地，另一方面，经图示E点，分别连接接收匹配电路522的另一端，即图示F点，在此将点F处称为接收电路端口，以及唤醒匹配电路523的另一端，即图示G点，在此将点G处称为唤醒电路端口。

图5所示实施例3的工作原理是：

当车载单元(OBU)500处于发射工作时，通过收发控制电路512将收发控制信号置为高电平，第一射频开关D51和第二射频开关D52通过直流，第一射频开关D51和第二射频开关D52均处于导通状态，内阻接近0Ω，射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，只有微弱的小部分能量能经点B传到点D和E处，较好地解决了收、发隔离问题。

点B和点D通过第一射频微带线TL51连接，第一射频微带线TL51的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗30～60Ω，由于射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，这样第一射频微带线TL51相当于一根一端接地的短路线，这一等价短路线的另一端阻抗很大(相对于50Ω)，这样从发射电路531输出的信号经点C和第一射频开关D51，大部分能量只能经点B传递到点A，通过天线511发射到天空去，射频信号在点B处不会被衰减，无线发射功率相比现有技术大幅提高。

实施例3在实施例1的基础上，在点E和点F之间增加第二射频微带线TL52；在点E和点G之间增加了第三射频微带线TL53。第二射频微带线TL52和第三射频微带线TL53的参数第二射频微带线和第三射频微带线的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗50～90Ω。第二射频微带线TL52和第三射频微带线TL53起到功分器的作用，射频信号在点E一分为二，分配到接收支路和唤醒支路，射频信号的反射波被第二射频微带线TL52和第三射频微带线TL53大幅衰减。

通过增加第二射频微带线TL52和第三射频微带线TL53，车载单元(OBU)500的接收、唤醒电路端口得到很好隔离，射频输入、输出阻抗得到匹配，接收、唤醒单元之间互相干扰的问题得以减少。实施例3在实施例1的基础上，进一步改善了车载单元(OBU)500的唤醒和接收灵敏度，满足了产品电磁兼容技术要求。

实施例4

如图6所示，实施例4的车载单元(OBU)600，包括天线611、收发控制电路612、发射匹配电路621、接收匹配电路622、唤醒匹配电路623，以及RF信号处理单元630、串口640。其中，RF信号处理单元630包括发射电路631、接收电路632、唤醒电路633、PLL频率源电路634、控制电路635。控制电路635控制RF信号处理单元630的发射、接收、唤醒等工作，PPL频率源634提供给发射电路631、接收电路632工作所需的频率源。RF信号处理单元630可以通过串口640与外界进行信令交互。

发射电路631与发射匹配电路621的一端连接，接收电路632与接收匹配电路622的一端连接，唤醒电路633与唤醒匹配电路623的一端连接。发射匹配电路621的另一端，即图示C点，一方面通过第一电阻R61与收发控制电路612连接，另一方面通过第一射频开关D61与第一射频微带线TL61的一端，即图示B点连接。在此将点C处称为发射电路端口。

第一射频微带线TL61的一端，即B点，经图示A点与天线611连接；第一射频微带线TL61的另一端，即图示D点，一方面经第二射频开关D62接地，另一方面，经图示E点，分别连接接收匹配电路622的另一端，即图示F点，在此将点F处称为接收电路端口，以及唤醒匹配电路623的另一端，即图示G点，在此将点G处称为唤醒电路端口。

图6所示实施例4的工作原理是：

当车载单元(OBU)600处于发射工作时，通过收发控制电路612将收发控制信号置为高电平，第一射频开关D61和第二射频开关D62通过直流，第一射频开关D61和第二射频开关D62均处于导通状态，内阻接近0Ω，射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，只有微弱的小部分能量能经点B传到点D和E处，较好地解决了收、发隔离问题。

点B和点D通过第一射频微带线TL61连接，第一射频微带线TL61的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗30～60Ω，由于射频信号在点D处近似射频接地，射频对地短路，这样第一射频微带线TL61相当于一根一端接地的短路线，这一等价短路线的另一端阻抗很大(相对于50Ω)，这样从发射电路631输出的信号经点C和第一射频开关D61，大部分能量只能经点B传递到点A，通过天线611发射到天空去，射频信号在点B处不会被衰减，无线发射功率相比现有技术大幅提高。

实施例4在实施例1的基础上，在点D和点E之间增加了并联连接的第二电阻R62和第一电容C61，即在点D和点E之间增加了RC并联电路；还增加第三二极管D63，第三二极管D63的正极连接点E，负极接地。通过器件R62、C61、D63的设置，可使射频信号得到进一步衰减，解决实施例1的微弱信号仍回传到接收和唤醒端口的问题。其中，调节第二电阻R62和第一电阻R61的阻值，可设定第一射频开关D61和第二射频开关D62各自的导通电流，而第一电容C61是隔直流通射频信号电容。

同时，在点E和点F之间增加第二射频微带线TL62；在点E和点G之间增加了第三射频微带线TL63。第二射频微带线TL62和第三射频微带线TL63的参数第二射频微带线和第三射频微带线的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗50～90Ω。第二射频微带线TL62和第三射频微带线TL63起到功分器的作用，射频信号在点E一分为二，分配到接收支路和唤醒支路，射频信号的反射波被第二射频微带线TL62和第三射频微带线TL63大幅衰减。

通过增加第二射频微带线TL62和第三射频微带线TL63，车载单元(OBU)600的接收、唤醒电路端口得到很好隔离，射频输入、输出阻抗得到匹配，接收、唤醒单元之间互相干扰的问题得以减少。实施例4在实施例1的基础上，进一步改善了车载单元(OBU)600的唤醒和接收灵敏度，满足了产品电磁兼容技术要求。

需要理解的是，在上述实施例中，第一射频微带线、第二射频微带线和第三射频微带线主要用来实现射频隔离，类似的，其他形式的射频隔离器件也是适用的。即，上述实施例中的第一射频微带线、第二射频微带线和第三射频微带线，仅是作为第一射频隔离器件、第二射频隔离器件和第三射频隔离器件的一种具体实现形式，第一射频隔离器件、第二射频隔离器件和第三射频隔离器件，同样可以是其他形式的射频隔离器件，例如集成射频开关管。当然，由于射频微带线的静态功耗在2μA以下，相对于使用其他形式的射频隔离器件的方案而言，上述以射频微带线作为射频隔离器件的具体实现形式的实施例在功耗方面具有更好的优势。

相对于现有技术的双天线方案，本实用新型只用一根天线，腾出了一根天线的使用面积，使电路得到合理布局，器件和走线互相干扰减低。进一步的，本实用新型采用专用电路设计，提高了发射、接收、唤醒端口之间的隔离度，减低了无线发射、接收、唤醒和PLL频率源之间的相互干扰，无线发射功率、发射占有带宽、唤醒灵敏度、接收灵敏度等指标均优于现有技术，满足了产品电磁兼容技术要求。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种车载单元，其特征在于，包括发射电路端口、接收电路端口和唤醒电路端口，以及天线、收发控制电路、第一电阻、第一射频隔离器件、第一射频开关和第二射频开关，所述发射电路端口通过第一电阻与收发控制电路连接，以及通过第一射频开关与所述第一射频隔离器件的一端连接，所述第一射频隔离器件的一端与天线连接，另一端通过所述第二射频开关接地，以及分别与所述接收电路端口和唤醒电路端口连接。

2.如权利要求1所述的车载单元，其特征在于，所述第一射频隔离器件为第一射频微带线。

3.如权利要求2所述的车载单元，其特征在于，所述第一射频微带线的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗30～60Ω。

4.如权利要求1-3任一所述的车载单元，其特征在于，还包括第二电阻、第一电容、第三二极管，第二电阻、第一电容并联形成RC并联电路，所述第一射频隔离器件另一端通过所述RC并联电路分别与接收电路端口和唤醒电路端口连接；所述第三二极管正极与所述RC并联电路与接收电路端口和唤醒电路端口连接的一端连接，负极接地。

5.如权利要求4所述的车载单元，其特征在于，还包括第二射频隔离器件和第三射频隔离器件，所述第二射频隔离器件连接在所述RC并联电路的一端与所述接收电路端口之间，所述第三射频隔离器件连接在所述RC并联电路的一端与所述唤醒电路端口之间。

6.如权利要求5所述的车载单元，其特征在于，所述第二射频隔离器件为第二射频微带线，所述第三射频隔离器件为第三射频微带线。

7.如权利要求6所述的车载单元，其特征在于，所述第二射频微带线和第三射频微带线的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗50～90Ω。

8.如权利要求1-3任一所述的车载单元，其特征在于，还包括第二射频隔离器件和第三射频隔离器件，所述第二射频隔离器件连接在所述第一射频隔离器件的另一端与所述接收电路端口之间，所述第三射频隔离器件连接在所述第一射频隔离器件的另一端与所述唤醒电路端口之间。

9.如权利要求8所述的车载单元，其特征在于，所述第二射频隔离器件为第二射频微带线，所述第三射频隔离器件为第三射频微带线。

10.如权利要求9所述的车载单元，其特征在于，所述第二射频微带线和第三射频微带线的参数为电长度1/5λ～1/3λ，特性阻抗50～90Ω。