DE102018123248A1

DE102018123248A1 - Nahfeld-Initiator mit mindestens einem steuerbaren Abstimmelement

Info

Publication number: DE102018123248A1
Application number: DE102018123248.9A
Authority: DE
Inventors: Tobias Glückler
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Nahfeld-Initiator mit einem Initiator-Schaltkreis 1, einer Steuereinheit 2 und einer Antenne 3, wobei ein Abstimmelement 4 mit Hilfe eines hochfrequenztauglichen Schalters 5 mit der Antenne 3 verbunden oder von ihr getrennt werden kann, wobei die Antenne 3 erfindungsgemäß in einer ersten Betriebsart mit einer höheren Güte und in einer zweiten Betriebsart mit einer geringeren Güte betrieben wird, wobei die erste Betriebsart der Objekterkennung und die zweite Betriebsart der Datenübertragung dient und mit dem Umschalten der Betriebsart auch mindestens ein Abstimmelement 4 umgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nahfeld-Initiator mit mindestens einem steuerbaren Abstimmelement gemäß Patentanspruch 1.
Nahfeld-Initiatoren sind seit langem bekannt und werden zur Kommunikation, beispielsweise zur Übertragung von Messwerten, aber auch zur Objekterkennung bis hin zur Positionsbestimmung von Objekten eingesetzt.
Um deren Betrieb und die Bedienung zu erleichtern, werden hoch integrierte Schaltungen, wie die Initiator-Schaltkreise ST25R3914/5 von STMicroelectronics oder NCF3320 von NXP verwendet.
Diese Schaltkreise erlauben mehrere Betriebsarten, so dass eine mit ihnen verbundene Nahfeld-Antenne (RFID, NFC) auf unterschiedliche Art und Weise betrieben werden kann.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Antenne bei verschiedenen Betriebsarten unterschiedlich abzustimmen, wobei der Güte des Resonanzkreises eine entscheidende Rolle zukommt. Denn davon hängen sowohl die Grundverstimmung der Antenne für die Objekterkennung als auch die zur Signalübertragung wichtige Bandbreite der Übertragungsstrecke ab. Bei einem fest eingestellten Schwingkreis muss deshalb ein Kompromiss bei der Abstimmung der Antenne gefunden werden, wobei einer hohen Datenübertragungsrate stets die geringe Sensitivität der Objekterkennung gegenübersteht.
Die DE 10 2011 055 810 A1 beschreibt eine Nahfeldkommunikations-Leseeinrichtung, deren Bandbreite mit Hilfe von diversen Abstimmelementen an die jeweilige Datenrate angepasst wird, wobei es um die Bereitstellung einer ausreichenden Übertragungsbandbreite mit der erforderlichen Datenrate geht, ohne das Nyquist-Shannon-Kriterium zu verletzen.
Ein Wechsel zwischen Objekterkennung mit minimaler Bandbreite und Datenübertragung mit möglichst hoher Bandbreiten wird hier weder offenbart noch angeregt.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, die Antenne in Abhängigkeit von Ihrer Betriebsart mit mindestens einem Abstimmelement zu verbinden, um wahlweise eine hohe Güte und damit eine Objekterkennung mit hoher Empfindlichkeit (Reichweite), oder in einer zweiten Betriebsart eine Kommunikation mit geringer Güte, und damit großer Bandbreite und hoher Datenübertragungsrate zu erreichen.
Insbesondere soll der Nahfeld-Initiator in einem KFZ-Türgriff eingesetzt werden, wo in einer ersten Betriebsart die Annährung eines (metallischen) Objektes erkannt, die Betriebsart nach der Erkennung umgeschaltet wird und die Bandbreite entsprechend der Lehre der genannten Druckschrift eingestellt wird, um den Datenaustausch zwischen dem Tag eines Nutzers und dem Kraftfahrzeug zur Überprüfung der Zugangsberechtigung des Nutzers durchzuführen.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass jeder Modus (Betriebsart) optimiert betrieben werden kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Nahfeld-Initiator mit steuerbaren Abstimmelementen,
2 zeigt eine vorteilhaft ausgestaltete Antenne 3 mit Anzapfungen 6.

Die Figur zeigt einen schematisch dargestellten, auf die erfindungswesentlichen Bauteile reduzierten Nahfeldinitiator mit einem oben erwähnten Nahfeldinitiator-Schaltkreise 1, einem steuernden Mikrocontroller 2, einer Antenne 3 und einem Abstimmelement 4 mit mindestens einem hochfrequenztauglichen Schalter 5. Die Anordnung kann symmetrisch mit mindestens zwei Schaltern 5, wie dargestellt, aber auch unsymmetrisch mit lediglich einem Schalter 5 am heißen Ende der Antenne 3 ausgeführt sein.
Zur Objekterkennung wird der zur Antenne 3 gehörende Schwingkreis derart betrieben, dass er auf einfache Art und Weise verstimmt werden kann. Hierbei werden der Antennenstrom und dessen Phasenlage ausgewertet. So wird erreicht, dass bereits kleine Laständerungen der Antenne 3 erkannt werden, wodurch die Sensitivität bei der Objekterkennung vergrößert wird. Das wird begünstigt, wenn der von der Antenne 3, den Abstimmelementen 4 und dem gezeigten Anpassungsnetzwerk gebildete Schwingkreis eine hohe Güte aufweist.
Im Gegensatz dazu sollte die Güte der Antenne 3 für eine Kommunikation mit einer hohen Datenübertragungsrate reduziert werden, was vorzugsweise mit einem hier nicht gezeigten ohmschen Abstimmelement 4, einem Parallelwiderstand, aber auch durch Verstimmung der Antenne 3 erreicht wird, wobei mehrere Schalter 5 für unterschiedliche Anwendungen denkbar sind. Die Steuerung der Schalter 5 übernimmt vorzugsweise der dargestellte Mikrocontroller 2, der natürlich auch den Nahfeld-Initiator 3 und insbesondere dessen Modus (Betriebsart) steuert. Die Schalter können sowohl zum Abgleich bei in der Nähe befindlichen metallischen Karosserieteilen dienen, als auch für den hier beanspruchten optimierten Betrieb der verschiedenen Modi des Nahfeld-Initiators.
Die Abstimmelemente 4 können erfindungsgemäß auch als RLC-Netzwerke mit mehreren hochfrequenztauglichen Schaltern 5 ausgeführt sein.
Eine weitere Möglichkeit der Anpassung der Güte des Schwingkreises besteht außerdem darin, zusätzlich einen Teil der Windungen der Spule, die den Schwingkreis für die Antenne 3 bildet, hinzu- oder wegzuschalten.
Zu diesem Zweck sind die in 2 gezeigten Anzapfungen 6 an der Antenne 3 vorzusehen, und diese mit einem Schalter 5 zu verbinden, wobei jeder hochfrequenztaugliche Schalter, insbesondere ein Feldeffekttransistor geeignet ist, der von einer Steuereinheit 2 gesteuert werden kann.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Initiator-Schaltkreis 1 die zum Betrieb eines NFC Systems notwendigen Sendesignale erzeugt und die Empfangssignale auswertet.
Die Steuereinheit 2 konfiguriert den Initiator-Schaltkreis 1 und ändert dessen Betriebsmodus. Je nach Betriebsmodus dient der Initiator-Schwingkreis 1 der Objekterkennung oder einer Datenübertragung. Die hochfrequenztauglichen Schalter 5 können sowohl vom Initiator-Schaltkreis 1 als auch von der Steuereinheit 2 angesteuert werden.
Bezugszeichenliste

1: Initiator-Schaltkreis
2: Steuereinheit (µC)
3: Antenne
4: Abstimmelement, vorzugsweise eine Kapazität, aber auch ein RLC-Netzwerk
5: Hochfrequenztauglicher Schalter
6: Anzapfung an der Antenne 3

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011055810 A1 [0006]

Claims

Nahfeld-Initiator mit einem Initiator-Schaltkreis (1), einer Steuereinheit (2) und einer als Schwingkreis ausgeführten Antenne (3), wobei ein Abstimmelement (4) mit Hilfe eines hochfrequenztauglichen Schalters (5) mit der Antenne (3) verbunden oder von ihr getrennt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) in einer ersten Betriebsart mit einer höheren Güte und in einer zweiten Betriebsart mit einer geringeren Güte betrieben wird, wobei die erste Betriebsart der Objekterkennung und die zweite Betriebsart der Datenübertragung dient und mit dem Umschalten der Betriebsart auch mindestens ein Abstimmelement (4) umgeschaltet wird.
Nahfeld-Initiator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstimmelement (4) ein Netzwerk aus Kapazitäten, Induktivitäten und / oder Widerständen aufweist.
Nahfeld-Initiator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schalter (5) symmetrisch zur Gerätemasse angeordnet ist.
Nahfeld-Initiator gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schalter (5) asymmetrisch zur Gerätemasse angeordnet ist.
Nahfeld-Initiator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Schaltzustände mit unterschiedlich angeordneten und dimensionierten Abstimmelementen (4) realisierbar sind.
Nahfeld-Initiator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne 3 eine Anzapfung 6 aufweist, die zu ihrer teilweisen Überbrückung geeignet ist.