DE19634486A1 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer amplitudenmodulierten Schwingung - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer amplitudenmodulierten SchwingungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen
einer amplitudenmodulierten Schwingung, insbesondere für ein
Diebstahlschutzsystem eines Kraftfahrzeugs. Mit einer solchen
Schaltungsanordnung werden Daten- und Energiesignale ausge
sendet.
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung (US 5,287,112) werden
Energiesignale bei einer ersten Frequenz und Datensignale bei
einer zweiten Frequenz zu einem Transponder übertragen. Zur
Daten- und Energieübertragung weist die Schaltungsanordnung
einen Schwingkreis auf, durch dessen Spule ein hochfrequentes
Magnetfeld erzeugt wird. Der Schwingkreis muß allerdings für
beide Frequenzen ausgebildet sein, damit eine möglichst ef
fektive Übertragung stattfinden kann.
In einer mit der ersten Spule induktiv gekoppelten Spule ei
nes weiteren Schwingkreises in einem tragbaren Transponder
wird infolge des Magnetfeld eine hochfrequente Schwingung er
zeugt, aus der Energie und Daten des ersten Schwingkreises
zurückgewonnen werden. Damit die Daten- und Energieübertra
gung möglichst effektiv ist, wird die Güte des Schwingkreises
des Transponders durch aufwendiges Hinzuschalten eines Kon
densators und einer Spule verändert.
Das Problem der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung
zum Erzeugen einer amplitudenmodulierten Schwingung zu schaf
fen, die einfach aufgebaut ist und mit der möglichst effektiv
Daten und Energie übertragen werden können.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Pa
tentanspruch 1 gelöst. Dabei wird eine konstante Träger
schwingung durch einen Generator erzeugt und durch einen Mo
dulator in ihrer Amplitude moduliert. Beim Modulieren wird in
einem logische Zustand ein Dämpfungsglied RD zugeschaltet und
im anderen logischen Zustand nicht. Somit wird eine amplitu
denmodulierte Schwingung erzeugt, deren Amplitude im ersten
logischen Zustand abgeschwächt bzw. im zweiten logischen Zu
stand nicht abgeschwächt ist. Durch geeignete Wahl des Dämp
fungsglieds kann die abgestrahlte Energie in einem weiten Be
reich variiert und gut an den Anwendungsfall angepaßt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schal
tungsanordnung bei Verwendung in einem Diebstahl
schutzsystem für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2a und 2b Zeitverläufe von amplitudenmodulierten
Schwingungen und
Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
Bei einem Diebstahlschutzsystem oder einer Wegfahrsperre für
ein Kraftfahrzeug werden benutzerspezifische Codesignale von
einem Schlüssel 1 (Fig. 1) zu einem Schloß 2 im Kraftfahr
zeug übertragen. Bei korrektem Codesignal weist der Schlüssel
1 seine Berechtigung nach (Authentifikation), damit das Fahr
zeug geöffnet und gestartet werden kann. Damit das Schloß 2
bereit gemacht wird, das Codesignal zu empfangen, wird zu
nächst ein Anforderungssignal von dem Schloß 2 zu dem Schlüs
sel 1 gesendet.
In dem Schlüssel 1 wird daraufhin das Codesignal erzeugt und
zurück zu dem Schloß 2 übertragen. Da der Schlüssel 1 keine
eigene Stromversorgung in Form einer Batterie besitzt, wird
Energie in dem Anforderungssignal zu dem Schlüssel 1 übertra
gen, die ausreichend sein muß, um das Codesignal zurückzusen
den.
Für die Energieübertragung ist es wichtig, daß zumindest so
viel Energie zum Schlüssel 1 gelangt, wie für die Rücküber
tragung des Codesignals benötigt wird. Damit im Schloß 2
nicht zuviel Energie für das Anforderungssignal aufgewendet
werden muß, sollte die Übertragung möglichst effektiv verlau
fen.
Hierzu weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im
Schloß 2 einen Schwingkreis 3 auf, der aus einer Antenne 4 in
Form einer Spule und einem Kondensator 5 besteht. Dieser
Schwingkreis 3 wird von einem Generator 6, der mit einer
hochfrequenten Trägerschwingung 7 (Vgl. Fig. 3 und 4)
schwingt, zum Schwingen mit dergleichen Frequenz angeregt.
Die Trägerschwingung 7 wird von einem Modulator 8 moduliert
und dem Schwingkreis zugeführt. Der Generator 6 und der Modu
lator 8 werden von einer Spannungsquelle 9 mit Energie ver
sorgt.
Durch den Schwingkreis 3 wird ein hochfrequentes Magnetfeld
erzeugt, durch das die modulierte Schwingung zu dem Schlüssel
1 übertragen wird. Der Schlüssel 1 weist ebenfalls einen
Schwingkreis 10 mit einer Spule 11 und einem Kondensator 12
auf, in dem infolge der empfangenen modulierten Schwingung
eine entsprechende Schwingung erregt wird. Eine Auswerteein
heit 14 in dem Schlüssel 1 entnimmt dieser Schwingung Ener
gie, durch die ein Energiespeicher 15, z. B. in Form eines
Kondensators oder eines wiederaufladbaren Akkumulators, auf
geladen wird.
Wenn der Energiespeicher 15 genügend aufgeladen ist, so wird
die Auswerteeinheit 14 wiederum aktiv, um ein Codesignal zu
erzeugen, das über den Schwingkreis 10 im Schlüssel 1 zurück
zu dem Schwingkreis 3 im Schloß 2 übertragen wird. Ein Demo
dulator 16 im Schloß 2 wertet die empfangene Schwingung aus
und steuert bei Übereinstimmung des empfangenen Codesignals
mit einem erwarteten Codesignal ein Sicherheitsaggregat 17
mit einem Freigabesignal an. Das Sicherheitsaggregat 17 kann
zum Beispiel eine Motorsteuerung sein, die bei Freigabe durch
den Demodulator 16 aktiviert wird, so daß das Kraftfahrzeug
gestartet werden kann.
Zum Übertragen von digitalen Signalen 18 (vgl. Fig. 3 und
4) in binärer Form (Werte 0 und 1 mit den Pegeln L und H)
wird die Trägerschwingung 7 amplitudenmoduliert (amplituden
modulierte Schwingung 19). Üblicherweise wird die Träger
schwingung 7 im Rhythmus des digitalen Signals eingeschaltet
und ausgeschaltet (Fig. 2a). Dann beträgt die Amplitude ûL =
0V im L-Pegel. Die Amplitude ûH im H-Pegel ist etwa gleich
der Amplitude der Trägerschwingung 7 (z. B. ûH = +5V). D.h.
nur während einer vorbestimmten Impulsdauer ist eine Schwin
gung vorhanden und in einer Impulspause nicht. Die Impulsdau
er kann dabei einem oder mehreren Bits des digitalen Signals
18 (entspricht der Hüllkurve von Fig. 2a) entsprechen.
Der Modulationsgrad in ist bekanntermaßen das Verhältnis der
Amplituden der Signalschwingungen zur Amplitude der unmodu
lierten Trägerschwingung 7:
wobei bei digitalen Signalen 18 ûH die größte Amplitude (H-
Pegel) und ûL die kleinste Amplitude (L-Pegel) ist.
Bei der amplitudenmodulierten Schwingung, wie sie in der
Fig. 2a dargestellt ist, beträgt der Modulationsgrad m etwa 1.
Bei einer solchen amplitudenmodulierten Schwingungen wird nur
im H-Pegel Energie übertragen.
Wird im Schlüssel 1 mehr Energie benötigt, so wird erfin
dungsgemäß auch im L-Pegel Energie zum Schlüssel 1 übertragen
(vgl. Fig. 2b). Dabei ist auch im L-Pegel eine Schwingungs
amplitude vorhanden, die sich jedoch von der Schwingungsam
plitude des H-Pegels unterscheidet. Bei einer solchen ampli
tudenmodulierten Schwingung 19 beträgt der Modulationsgrad m
wesentlich weniger als 1 (in Fig. 2b ist m etwa 0,35).
Die Amplitude im L-Pegel kann dabei je nach Energiebedarf an
gepaßt werden. Allerdings müssen sich die Schwingungsamplitu
den im L-Pegel und im H-Pegel deutlich unterscheiden, damit
das binäre Signal aus der amplitudenmodulierten Schwingung 19
demoduliert werden kann. Durch Ändern der Schwingungsamplitu
de im L-Pegel kann die Höhe der abgestrahlten Energie einfach
verändert werden, ohne daß die maximale Schwingungsamplitude
im H-Pegel verändert wird.
Eine solche amplitudenmodulierte Schwingung 19 wird erfin
dungsgemäß mit einer Schaltungsanordnung, wie sie prinzipiell
in der Fig. 3 dargestellt ist, erzeugt. Dabei wird die Trä
gerschwingung 7 einer Gegentakt-Verstärkerstufe 20, bestehend
aus zwei komplementären Transistoren T₁ und T₂ über deren Ba
sis-Vorwiderstände RB zugeführt. Der zweite Transistor T₂
verstärkt dabei nur die positive Halbwelle der Trägerschwin
gung 7 und der erste Transistor T₁ nur die negative Halbwel
le.
Am Ausgang der Gegentakt-Verstärkerstufe 20 (Verbindungspunkt
der beiden Transistoren T₁ und T₂ oder auch als Mittenan
schluß bezeichnet) liegt die Trägerschwingung 7 mit verstärk
ter Amplitude vor. Die Trägerschwingung 7 wird der Antenne 4
über ein Dämpfungsglied RD (hier als ohmscher Widerstand rea
lisiert) zugeführt, wodurch der Schwingkreis mit einer Fre
quenz gleich der Frequenz der Trägerschwingung 7 zum Schwin
gen angeregt wird.
Um nun eine amplitudenmodulierte Schwingung 19 mit Amplituden
ûH < ûL < 0V zu erzeugen, ist ein Schalter 21 vorgesehen, der
parallel zu dem Dämpfungsglied RD angeordnet ist. Der Schal
ter 21 wird im Rhythmus des digitalen Signals 18 ein- und
ausgeschaltet. Somit gelangt die Trägerschwingung 7 mit unge
änderter Amplitude im geschlossenen Zustand des Schalters 21
zu der Antenne 4. Ist der Schalter 21 dagegen geöffnet, so
wird die Trägerschwingung 7 durch das Dämpfungsglied RD abge
schwächt und gelangt dann zur Antenne 4. Somit entsteht also
die amplitudenmodulierte Schwingung 19, bei der im L-Pegel
eine Amplitude ûL < 0V vorhanden ist, so daß auch im L-Pegel
Energie übertragen wird.
Das Dämpfungsglied RD kann als ohmscher Widerstand realisiert
sein oder als funktionell gleichwertiges Bauelement, durch
das die Amplitude der Trägerschwingung 7 verkleinert wird,
wenn das Dämpfungsglied RD aktiv ist, d. h. wenn die Träger
schwingung 7 über das Dämpfungsglied RD geführt wird.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dargestellt. Elemente
gleicher Funktion sind dabei mit denselben Bezugszeichen ver
sehen wie in der Fig. 3.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zur
ersten Gegentakt-Verstärkerstufe 20 mit den Transistoren T₁
und T₂ eine zweite Gegentakt-Verstärkerstufe 22 mit Transi
storen T₃ und T₄ mit dazugehörigen weiteren Basisvorwider
ständen RB verwendet. Die Trägerschwingung 7 wird über den
Schalter 21 abwechselnd den beiden Gegentakt-Verstärkerstufen
20 bzw. 22 zugeführt, wobei der Ausgang der ersten Gegentakt-
Verstärkerstufe 20 über das Dämpfungsglied RD und der Ausgang
der zweiten Gegentakt-Verstärkerstufe 22 unmittelbar mit dem
Schwingkreis 3 mit der Antenne 4 verbunden ist.
Der Schalter 21 wird im Rhythmus des digitalen Signals 18
zwischen den beiden Gegentakt-Verstärkerstufen 20 und 22 hin-
und hergeschaltet. Das digitale Signal 18 wird seinerseits
über den Modulator 8 zugeführt. Somit entsteht eine amplitu
denmodulierte Schwingung 19, deren Schwingungsamplituden so
wohl im L-Pegel als auch im H-Pegel größer als 0V sind. Daher
wird in beiden Pegeln Energie übertragen.
Wenn eine der Gegentakt-Verstärkerstufen 20 oder 22 gerade
nicht aktiv ist, so befinden sich ihre Transistoren T₁, T₂
bzw. T₃, T₄ in einem sogenannten Tri-State-Zustand, das heißt
einem offenen Zustand. Hierzu dienen bekanntermaßen Dioden D
und Kondensatoren C, die - wie in Fig. 4 dargestellt - an
die Basen der Transistoren T₁, T₂, T₃ und T₄, sowie zwischen
den Widerständen RB und +5V bzw. Masse angeschlossen sind. In
einem solchen Fall wirkt sich die Gegentakt-Verstärkerstufe
20 oder 22 im Tri-State-Zustand nicht auf die Verstärkung der
jeweils anderen Gegentakt-Verstärkerstufe 22 bzw. 20 aus.
Zwischen den Basen der Transistoren T₁ bis T₄ und den jewei
ligen Mittenanschlüssen können - nicht dargestellte - Schott
ky-Dioden angeordnet sein, damit die Transistoren T₁ bis T₄
schneller schalten. Zusätzlich kann auch eine - ebenfalls
nicht dargestellte - dritte und weitere Gegentakt-Verstärker
stufen mit ihrem Ausgang unmittelbar mit der Antenne 4 ver
bunden sein. Der dritten Gegentakt-Verstärkerstufe wird dann
ebenfalls die Trägerschwingung 7 zugeführt. Durch diese zu
sätzliche Gegentakt-Verstärkerstufe wird die amplitudenmodu
lierte Schwingung 19 sowohl im L-Pegel als auch im H-Pegel
noch zusätzlich verstärkt. Damit kann die gesamte übertragene
Energie weiter erhöht werden.
Durch geeignete Wahl des Dämpfungsfaktors oder Widerstandwer
tes des Dämpfungsglieds RD kann die abgestrahlte Energie va
riiert und an den Energiebedarf im Schlüssel 1 angepaßt wer
den. Bei größerer Dämpfung wird weniger Energie und bei klei
nerer Dämpfung wird mehr Energie übertragen.
Die Transistoren T₁ und T₃ können vom Typ BC327 und die Tran
sistoren T₂ und T₄ vom komplementären Typ BC337 sein. Für die
Erfindung ist es jedoch unwesentlich, mit welchen Transisto
ren die Gegentakt-Verstärkerstufe realisiert ist. Wesentlich
ist, daß zum einen die Trägerschwingung 7 verstärkt und zum
anderen eine einfache Möglichkeit geschaffen wird, ein ampli
tudenmoduliertes Signal 19 zu erzeugen, das in beiden logi
schen Zuständen Energie überträgt.
Die Funktion des Schalters 21 kann auch durch einen inte
grierten Schaltkreis des Modulators 8 übernommen werden. Im
Modulator 8 kann das digitale Signal 18 beispielsweise in ei
nem Festwertspeicher abgespeichert sein.
Unter dem Begriff "Schlüssel 1" ist eine tragbare elektroni
sche Einheit zu verstehen, die Signale empfangen sowie Code
signale erzeugen und aussenden kann. Solche Schlüssel 1 kön
nen auch als Transponder bezeichnet werden. Die elektronische
Einheit kann auf einem herkömmlichen mechanischen Schlüssel
1, einer scheckkartengroßen Karte oder funktionell gleichwer
tigen Vorrichtungen angeordnet sein. Bei einer elektronischen
Wegfahrsperre ist die elektronische Einheit üblicherweise im
Griff des Zündschlüssels angeordnet.
Unter dem Begriff "Schloß 2" ist eine elektronische Einheit
im Kraftfahrzeug zu verstehen, die Signale aussenden und emp
fangen kann. Die empfangen Signale werden mit erwarteten
Sollsignalen verglichen. Bei Übereinstimmung wird ein Freiga
besignal erzeugt, wodurch ein Aggregat ver- oder entriegelt
wird. Bei einer Wegfahrsperre ist das Aggregat ein Motorsteu
ergerät, Zündsteuergerät, Kraftstoffpumpe oder funktionelle
gleichwertige Geräte, die ein Benutzen des Kraftfahrzeugs nur
bei Berechtigung zulassen. Die elektronische Einheit "Schloß
2" ist dabei üblicherweise am oder in der Nähe des Zünd
schlosses angeordnet.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer amplitudenmodulier
ten Schwingung, insbesondere für ein Diebstahlschutzsystem
eines Kraftfahrzeugs, mit
- - einer hochfrequenten Erregereinrichtung (6), die eine Trä gerschwingung (7) bei einer konstanten Erregerfrequenz er zeugt,
- - einem Modulator (8), der aus der Trägerschwingung (7) mit Hilfe eines digitalen Signals (18) eine amplitudenmodulier te Schwingung (19) erzeugt, und
- - einer Sendeantenne (4), die Teil eines Schwingkreises (3) ist, dem die amplitudenmodulierte Schwingung (19) zugeführt wird, um diese auszusenden,
- - wobei der Modulator (8) ein Dämpfungsglied (RD) aufweist, das abhängig vom logischen Zustand (L, H) der amplitudenmo dulierten Schwingung (19) zugeschaltet wird, wobei die Amplitude der Trägerschwingung (7) im ersten logischen Zu stand (H) nicht gedämpft und im zweiten logischen Zustand (L) durch das Dämpfungsglied (RD) gedämpft wird, wodurch Energie in beiden logischen Zuständen der amplitudenmodu lierten Schwingung (19) übertragen wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Modulator (8) eine Gegentakt-Verstärkerstufe
(20) aufweist, der die Trägerschwingung (7) zugeführt wird,
und einen Schalter (21) parallel zu dem Dämpfungsglied (RD)
im Takte des digitalen Signals (18) ein- und ausschaltet, so
daß die Trägerschwingung (7) in dem ersten logischen Zustand
(H) ungedämpft und in dem zweiten logischen Zustand (L) ge
dämpft der Sendeantenne (4) als amplitudenmodulierte Schwin
gung (19) zugeführt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Modulator (8) eine zweite Gegentakt-Verstärker
stufe (22) aufweist, wobei die Tragerschwingung (7) in dem
zweiten logischen Zustand (L) über die erste Gegentakt-
Verstärkerstufe (20) und das Dämpfungsglied (RD) und in dem
ersten logischen Zustand (H) über die zweite Gegentakt-
Verstärkerstufe (22) unmittelbar der Sendeantenne (4) zuge
führt wird.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (RD) ein
ohmscher Widerstand ist, dessen Widerstandswert die Dämpfung
im zweiten logischen Zustand (L) festlegt.
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