-
Die
Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung, die dazu bestimmt
ist, eine Magnetfeld-Sendespule zu speisen, mit einem ersten Eingangsanschluss,
um eine Speisespannung zu empfangen, einem zweiten Eingangsanschluss,
um ein periodisches Steuersignal zu empfangen, und einem Ausgangsanschluss,
um eine Ausgangsspannung an die Anschlüsse der Sendespule anzulegen,
derart, dass das periodische Steuersignal in ein von der Spule ausgesendetes
periodisches Magnetfeld umgesetzt wird.
-
Eine
solche Schaltung ist insbesondere dazu bestimmt, eine Sendespule
zu speisen, die eine Antenne in einem so genannten "Freihand"-System für den Zugang
zu einem geschlossenen Raum bildet, wobei dieser Raum beispielsweise
ein Kraftfahrzeug sein kann. Ein solches System kann auch dazu dienen,
das Anlassen eines Fahrzeugs zu autorisieren oder zu untersagen.
Ein solches System umfasst im Allgemeinen eine Erkennungsvorrichtung
mit einer Antenne in Form einer Spule, die ein periodisches Magnetfeld
aussendet, um einen Datenaustausch mit einem zu authentisierenden
Identifizierungsorgan durchzuführen.
Für diese
Anwendung sind zwei nutzbare Merkmale dieses Magnetfeldes seine
Frequenz und sein Sendediagramm. Herkömmlicherweise empfängt die
Speiseschaltung der Sendespule ein Steuersignal mit einer gegebenen
Frequenz und legt an die Sendespule eine Spannung an, die die Frequenz
des Steuersignals hat und die als Amplitude die Amplitude der Spannung
der Batterie des Fahrzeugs hat.
-
In
einem beispielsweise mit einer 12-Volt-Batterie ausgerüsteten Fahrzeug
kann die Speisespannung der Batterie zwischen 10 und 16 Volt schwanken,
woraus sich dann, wenn sich diese Schwankungen direkt auf die Amplitude
der Ausgangsspannung, die an die Sendespule angelegt wird, auswirken,
entsprechende Schwankungen der Reichweite des Magnetfeldes ergeben.
Diese Schwankungen sind nachteilig, da die Authentisierung des Identifizierungsorgans
stets unter Standardbedingungen wie beispielsweise einem Abstandsmindeststandard
zwischen dem Benutzer und dem Fahrzeug durchgeführt werden können sollte.
-
Diesem
Problem kann begegnet werden, indem ein Spannungsregler in die Speiseschaltung
der Sendespule eingebaut wird, um ein Sendediagramm des Magnetfeldes
zu haben, dessen Form sich nicht in Abhängigkeit von den Schwankungen
der Speisespannung verändert.
Der Schwäche
dieser Lösung ist
die Erhöhung
der Herstellungskosten der Speiseschaltung.
-
Das
Ziel der Erfindung ist das Beseitigen dieser Nachteile.
-
Dazu
hat die Erfindung eine elektronische Schaltung zum Gegenstand, die
dazu bestimmt ist, eine Magnetfeld-Sendespule zu speisen, mit einem ersten
Eingangsanschluss, um eine Speisespannung zu empfangen, einem zweiten
Eingangsanschluss, um ein periodisches Steuersignal zu empfangen,
und einem Ausgangsanschluss, um eine Ausgangsspannung an die Anschlüsse der
Sendespule anzulegen, derart, dass das periodische Steuersignal
in ein von der Spule ausgesendetes periodisches Magnetfeld umgesetzt
wird, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgangsspannung
ein periodisches Signal ist, das eine Periode besitzt, die gleich
der Periode des Steuersignals ist, und ein Tastverhältnis besitzt, das
von der Speisespannung abhängt,
damit ein in der Spule fließender
Strom eine Spitzenstärke
hat, die einer Referenz-Spitzenstärke entspricht.
-
Bei
einer solchen Anordnung erzeugt die Speiseschaltung die Spitzenstärke des
in der Sendespule fließenden
Stroms so, dass sie stets gleich der Referenz-Spitzenstärke ist und somit die Reichweite
des von der Spule ausgesendeten Magnetfeldes nicht in Abhängigkeit
von den Änderungen
der von der Batterie gelieferten Speisespannung schwankt, und zwar
ohne einen Spannungsregler in die Speiseschaltung einbauen zu müssen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Schaltung
ist die Referenz-Spitzenstärke
einstellbar, was beispielsweise das Modifizieren der Reichweite
des von der Spule ausgesendeten Magnetfeldes erlaubt, um die physische
Lokalisierung eines zu authentisierenden Identifizierungsorgans
im Zuge eines Datenaustausches feiner zu bestimmen.
-
Die
Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, die als nicht
einschränkendes Beispiel
eine Ausführungsform
davon zeigt, beschrieben.
-
1 ist
eine Ansicht einer schematischen Gesamtheit, die eine Steuerschaltung
und eine Sendespule umfasst.
-
2A ist
eine graphische Darstellung des Stroms, der durch eine Sendespule
fließt,
wenn an diese eine konstante Spannung angelegt wird.
-
2B ist
eine graphische Darstellung des Stroms, der bei einem ersten Wert
der Speisespannung der erfindungsgemäßen Schaltung durch eine Sendespule
fließt.
-
2C ist
eine graphische Darstellung des Stroms, der bei einem zweiten Wert
der Speisespannung der erfindungsgemäßen Schaltung durch eine Sendespule
fließt.
-
2D ist
ein Graph, der die Möglichkeit des
Einstellens der Referenz-Spitzenstärke zeigt.
-
2D liefert
ein Beispiel für
die Modulation der Reichweite des Sendediagramms des Magnetfeldes.
-
1 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Speiseschaltung
CA, die mit einer Magnetfeld-Sendespule L verbunden ist. Diese Schaltung,
die mit einer Masse verbunden ist, umfasst einen ersten Eingangsanschluss 1,
der dazu bestimmt ist, eine Speisespannung Ubat zu empfangen, die
von der Batterie des Fahrzeug geliefert wird und die sich mit der
Zeit verändern
kann, einen zweiten Eingangsanschluss 2, der dazu bestimmt
ist, ein periodisches Rechteck-Steuersignal SC zu empfangen, und
einen dritten Eingangsanschluss 3, um eine Referenzspannung
Uref zu empfangen. Am Ausgang weist diese Speiseschaltung einen
Anschluss 4 auf, der dazu bestimmt ist, eine Ausgangsspannung
U an die Magnetfeld-Sendespule L anzulegen, die einerseits mit diesem
Anschluss 4 und andererseits mit der Masse verbunden ist.
Es soll angemerkt werden, dass die Referenzspannung Uref eine konstante Spannung
ist, die einem in der Sendespule L gewünschten Referenz-Spitzenstrom
Iref entspricht. Diese Speiseschaltung CA umfasst einen (nicht gezeigten)
MOS-Transistor, der zwischen den ersten Eingangsanschluss 1 und
den Ausgangsanschluss 4 geschaltet ist und durch eine für die erfindungsgemäße Speiseschaltung
interne Steuerspannung gesteuert wird. In dieser Weise beträgt die Spannung,
die an die Anschlüsse
der Sendespule L angelegt wird, Ubat, wenn der Transistor sperrt.
-
2A,
die eine allgemeine Figur ist, die dazu bestimmt ist, zu zeigen,
wie sich ein Ladestrom in einer Spule aufbaut, gibt eine Zeit-Stärke-Graphik wieder,
die eine erste Kurve I1 des Aufbaus eines Stroms in einer Widerstandsspule
R zeigt, die die Sendespule L sein könnte, an deren Anschlüssen zum
Zeitpunkt t = 0 eine erste konstante Speisespannung Ubat1 angelegt
wird. In ähnlicher
Weise zeigt eine zweite Kurve I2 den Aufbau des Stroms in der Spule
für eine
zweite konstante Speisespannung Ubat 2.
-
Allgemeiner
zeigt diese Graphik, dass die Grenzstärke des Stroms in der Spule
Ubat/R beträgt, falls
eine konstante Spannung mit dem Wert Ubat an die Anschlüsse der
Spule angelegt wird. Zum anderen ist ersichtlich, dass die Kurven
I1 und I2 des Aufbaus der Ströme
unterschiedliche Formen besitzen, so dass dann, wenn eine in der
Spule zu erreichende Referenz-Spitzenstärke wie beispielsweise Iref1,
die kleiner als Ubat1/R und als Ubat2/R ist, festgelegt wird, die
zum Erreichen dieser Stärke
erforderliche Zeit, je nachdem, ob die an die Anschlüsse der
Spule angelegte konstante Spannung Ubat1 oder Ubat 2 ist, einen
unterschiedlichen Wert Δton1, Δton2 hat. Quantitativ
ist die Zeit zum Erreichen einer Stärke Iref umso länger, je
schwächer
die angelegte Spannung Ubat ist.
-
2B gibt
eine Graphik wieder, die zeigt, wie ein Rechteck-Steuersignal SC
mit einer Frequenz f durch die erfindungsgemäße Speiseschaltung CA in eine
Steuerspannung Uc umgesetzt wird, um einen Strom I in der Sendespule
L zu erhalten, wobei dieser Strom in der Sendespule f als Frequenz und
die Referenz-Spitzenstärke Iref1
als Spitzenstärke
besitzt. Diese Steuerspannung Uc steuert den Durchschalte- oder
den Sperrzustand des MOS-Transistors in der Weise, dass er sperrt,
wenn Uc ungleich null ist, und andernfalls durchschaltet.
-
Wie
in dieser Graphik erkennbar ist, liegt dann, wenn die Schaltung
die ansteigende Flanke eines Rechtecks des Steuersignals empfängt, während einer
Zeit Δton1,
die der Dauer, die erforderlich ist, damit der Strom in der Sendespule
den Wert Iref1 erreicht, die Spannung Ubat1 an den Anschlüssen der
Sendespule L an, während
danach, während
eines Zeitintervalls Δtoff1,
die Spannung Ubat1 nicht mehr an den Anschlüssen der Sendespule anliegt,
so dass der Strom in dieser abnimmt. Somit wird ein periodisches
Steuersignal SC mit der Frequenz f in einen Strom I in der Sendespule
umgesetzt, dessen Frequenz f ist und dessen Spitzenstärke Iref1
beträgt.
-
In 2C,
die eine Graphik ist, die dieselben Signale wie jene von 2B für den Fall
zeigt, in dem die Speisespannung nicht mehr Ubat1, sondern Ubat2
beträgt,
wobei Ubat 2 < Ubat1,
ist erkennbar, dass die Zeit Δton2,
die erforderlich ist, damit der Strom in der Sendespule L den Wert
Iref1 erreicht, die Zeit Δton1,
die in 2B erscheint, übersteigt. Somit
ist die erfindungsgemäße Speiseschaltung
in der Lage, ein Steuersignal SC in einen Strom I in der Sendespule
L umzusetzen, der unabhängig
von Änderungen
der durch die Batterie des Fahrzeugs gelieferten Speisespannung
eine Spitzenstärke
mit dem Wert Iref1 besitzt.
-
Allgemeiner
gesagt wird das Rechteck-Steuersignal SC in eine periodische Steuerspannung
Uc mit rechteckigem Verlauf und einem Tastverhältnis r, das so angepasst ist,
dass die Dauer Δton,
für die
die Batteriespannung Ubat an die Anschlüsse der Sendespule angelegt
wird, der Dauer entspricht, die erforderlich ist, damit der Strom
in der Sendespule den Wert Iref erreicht. Somit wird das Tastverhältnis r,
das r = Δton/(Δton + Δtoff) beträgt, anhand
von Δton
berechnet, um die Bedingung Δton
+ Δtoff
= p zu berücksichtigen,
in der p die Periode des Steuersignals (p = 1/2πf) bezeichnet.
-
Die
Zeit Δton
wird in Abhängigkeit
von der Speisespannung Ubat, dem Widerstand R und der Induktivität L der
Sendespule sowie dem gewünschten
Spitzenstrom Iref in der Sendespule gebildet. Bei einer Sendespule
mit einer Induktivität
L und einem Widerstand R kann die Ladezeit Δton, die erforderlich ist, um unter
einer Speisespannung Ubat eine Stärke Iref zu erreichen, mit
der folgenden Beziehung näherungsweise
bestimmt werden: Δton = –(L/R)·ln(1 – (R·Iref/Ubat)), (*)wobei ln
die natürliche
Logarithmusfunktion ist.
-
In 2D,
die eine Graphik ist, die dieselben Signale wie jene der 2B und 2C für den Fall zeigt,
in dem die Speisespannung Ubat1 beträgt und der Referenzstrom nicht
mehr Iref1, sondern Iref2 beträgt,
wobei Iref2 < Iref1,
ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Speiseschaltung in der Lage
ist, ein Steuersignal in einen Strom in der Sendespule umzusetzen,
der eine Spitzenstärke
mit dem Wert Iref2 besitzt. Somit interpretiert die erfindungsgemäße Speiseschaltung
die Spannung Uref, um daraus den Referenz-Spitzenstrom abzuleiten,
um daraus das entsprechende Tastverhältnis r abzuleiten. Wie in
den durch die 2A, 2B und 2C beschriebenen
vorhergehenden Fällen
stellt die Speiseschaltung das Tastverhältnis der Steuerspannung Uc
so ein, dass der Spitzenstrom in der Sendespule den gewünschten
Wert hat.
-
Die
erfindungsgemäße Speiseschaltung könnte beispielsweise
einen Mikrocontroller umfassen, der den Wert Δton in Abhängigkeit von der Beziehung
(*) oder einem dieser angenäherten
Ausdruck berechnen und beispielsweise das Durchschalten und das
Sperren eines zwischen den Eingangsanschluss 1 und den
Ausgangsanschluss 4 geschalteten MOS-Transistors zu steuern.
Der Mikrocontroller könnte
auch den Wert von Δton
in einer Datentabelle, die er enthält, wählen. Somit würde der MOS-Transistor,
wenn die Steuerspannung Uc ungleich null ist, während der Dauer Δton sperren,
damit der Strom I in der Spule L den Wert des Spitzenstroms Iref
erreicht, und danach während
der Dauer Δtoff
durchschalten, damit der Strom in der Sendespule abnimmt, bis die
Steuerspannung Uc erneut ungleich null ist. Im Allgemeinen wird
eine Bestimmung der Speisespannung Ubat der Batterie des Fahrzeugs
durchgeführt,
um den Wert Δton
zu berechnen, wobei derselbe Wert anschließend während der gesamten Dauer eines
Datenaus tausches zwischen der Erkennungsvorrichtung und dem Identifizierungsorgan
verwendet wird.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
könnte der
Wert Δton
durch eine besondere elektronische Schaltung erzeugt werden.
-
Zur
Form des dem Strom in der Sendespule entsprechenden Signals sei
angemerkt, dass dieses unter Berücksichtigung
der den verwendeten elektronischen Komponenten eigentümlichen
Merkmale die Form eines Dreiecksignals mit einem Verlauf, der jenem,
der in den 2A, 2B, 2C und 2D angegeben
ist, nahe kommt, annehmen könnte.
-
Das
Aussenden seitens der Erkennungsvorrichtung, deren Ziel allgemein
das Übertragen
eines Bitzuges in Richtung eines Identifizierungsorgans ist, könnte beispielsweise
gemäß den Frequenzen
125 kHz und 133 kHz verwirklicht sein. In diesem Fall ist beispielsweise
vereinbart, dass das Aussenden eines 125-kHz-Signals während 1
ms dem Aussenden eines Bits mit der Wertigkeit 1 entspricht und
das Aussenden eines 133-kHz-Signals während 1 ms dem Aussenden eines
Bits mit der Wertigkeit 0 entspricht, wodurch das Identifizierungsorgan
den von der Erkennungsvorrichtung ausgesendeten Bitzug wiederherstellen
kann, indem es das empfangene Signal analysiert. In dieser Weise
sendet die Erkennungsvorrichtung, um den Bitzug 1011 zu senden, während 1
ms bei 125 kHz, dann während
1 ms bei 133 kHz und dann während
2 ms bei 125 kHz.
-
3,
die eine Abbildung des Diagramms des von einer Sendespule ausgesendeten
Magnetfeldes ist, umfasst eine Sendespule L und Sendediagramme D1
und D2, die beispielsweise den Referenz-Spitzenstärken Iref1
und Iref2 entsprechen. Tatsächlich
ist das Strahlungsdiagramm eines von einer Sendespule ausgesendeten
Magnetfeldes zum Strom, der durch die Spule fließt, proportional. Somit ist
auch die Reichweite des gesendeten Feldes zum Wert Iref der gewählten Referenz-Spitzenstärke proportional.
Schließlich
können
unter Berücksichtigung der
Tatsache, dass die Magnetfeld-Sendespule im Allgemeinen in der Nähe der metallischen
Karosserie des Fahrzeugs angeordnet ist, kapazitive Effekte, die zwi schen
der Sendespule und dem Blech eintreten, Anlass zum Aussenden eines
elektrischen Feldes mit derselben Frequenz wie das ausgesendete
Magnetfeld geben, so dass das ausgesendete Feld dann ein elektromagnetisches
Feld ist.
-
Die
Erfindung ist nicht ausschließlich
den oben beschriebenen Ausführungen
vorbehalten, sondern könnte
auch auf jeden Bereich angewendet werden, in dem eine Sendespule
gespeist werden soll, um ein Magnetfeld gemäß einem Diagramm, das unabhängig von
Schwankungen der Speisespannung stabil bleibt, auszusenden.