DE69630132T2

DE69630132T2 - Oszillator für Frequenzsprungmodulation

Info

Publication number: DE69630132T2
Application number: DE69630132T
Authority: DE
Inventors: John P. Westland Hill
Original assignee: Lear Automotive Dearborn Inc
Current assignee: Lear Automotive Dearborn Inc
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: DE69630132D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Fernsender und im Speziellen einen frequenzmodulierten, symmetrischen Schwingungserzeuger.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kompakte Hochfrequenzsender ("HF"-Sender) sind in Bezug auf Fernsignalkommunikationssysteme, vor allem bei ferngesteuerten, automatischen Garagentoren, elektronischen Soundsystemen, Fernsehgeräten und Videorecordern, weit verbreitet. In der Autoindustrie werden kompakte HF-Sender üblicherweise bei ferngesteuerten, schlüssellosen Zugangssystemen verwendet, um ferngesteuerten Zugang zu einem Fahrzeug zu erlangen und auch weitere Fahrzeugfunktionen bereitstellen zu können wie etwa Alarmanlagensysteme und das ferngesteuerte Öffnen des Kofferraums. Idealerweise sind handgroße Sender batteriebetrieben, energieeffizient und so ausgelegt, dass sie in ein kompaktes Gehäuse passen.
In einer bekannten Ausführung eines kompakten Fernsendesystems strahlt ein HF-Sender ein HF-Signal mit einer vorbestimmten, gemäß eines an/aus geschalteten Musters codierten Trägerfrequenz aus. Dieses ausgestrahlte Signal wird daraufhin von einem Fernempfänger empfangen. Wenn das Signal schließlich empfangen wurde, wird es – falls nötig – verarbeitet und anschließend als Steuersignal zur Steuerung einer Funktion oder einer Eigenschaft des Systems bereit gestellt.
Zur Zeit gebrauchen eine Mehrzahl von kompakten HF-Fernsendern einen einzigen Schwingungserzeugerentwurf zur Bereitstellung eines lokalen, schwingenden Signals. Wie in 1 veranschaulicht, wird eine herkömmliche Sendeschaltung 5 mit nur einem Schwingkreis ausgelegt, der üblicherweise als der Colpitts-Schwingkreis bezeichnet wird. Sendeschaltung 5 erzeugt ein lokales, schwingendes Signal, das von einem Antennenbauteil L₁ abgesendet wird. Aufgrund ihrer Einfachheit wurde Schaltung 5 zur be vorzugten Wahl bei der Suche nach Sendekomponenten für ferngesteuerte, schlüssellose Zugangssysteme bei Autos.
Mit Verweis auf die Details in 1 umfasst der Colpitts-Schwingkreis aus Schaltung 5 einen nach Colpitts konfigurierten Transistor Q₁ und einen Eingangsresonanzschwingungskreis. Der Schwingungskreis umfasst üblicherweise einen Resonator, wie etwa eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung 2, und ein Rückkopplungskondensatorenpaar C₁ und C₂. Außerdem enthält der Schwingungserzeuger zusätzlich eine Mehrzahl an Vorwiderständen, um die korrekte Arbeit des Transistors Q₁ zu erleichtern. Sendeschaltung 5 umfasst zudem einen Induktor L₁, der als Antennenbauteil die Abstrahlung des HF-Ausgangssignals bewirkt.
Strukturell betrachtet umfasst Transistor Q₁ eine Basis 4, einen Kollektor 6 und einen Emitter 8. Basisanschluss 4 ist mit dem akustischen Oberflächenwellen-Resonator 2 verbunden, und Kollektor 6 ist mit Induktor L₁ verbunden, während Emitter 8 durch einen Widerstand R₃ mit Erde verbunden ist. Zusätzlich ist Rückkopplungskondensator C₂ zwischen Kollektor 6 und Emitter 8 geschaltet. Außerdem ist ein dritter Kondensator C₃ zwischen Induktor L₁ und Erde geschaltet, um eine hohe Kapazität zu liefern und so einen konstanten Gleichspannungspegel beibehalten zu können.
Schaltung 5, und im Speziellen L₁ und C₃, ist mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, um eine Eingangsgleichvorspannung V_IN, üblicherweise 6V, zu erhalten. Sendeschaltung 5 empfängt außerdem ein Dateneingangssignal V_DATA zur Codierung des HF-Trägersignals. Wie hierin oben detailliert dargestellt, erzeugt Schaltung 5 über Induktor L₁ ein Strahlungsausgangssignal. Dadurch erzeugt Transistor Q₁, der als Verstärker arbeitet, zusammen mit dem Resonanzschwingungskreis ein Resonanzsignal, das als Schwingstromsignal I an Induktor L₁ geliefert wird. Die Leitung des Stromes I durch Induktor L₁ wiederum bewirkt die Abstrahlung des Strahlungsausgangssignals als elektromagnetisches Feld.
Der oben beschriebene Colpitts-Schwingungserzeuger eignet sich gut für HF-Signalsendeanwendungen eines ferngesteuerten, schlüssellosen Zugangssystems. Ein solcher Entwurf eines Schwingungserzeugers liefert jedoch nur eine begrenzte Menge an Ausgangsleistung. Die Alternative eines größeren Induktionswerts für den Strah lungsinduktor L₁ wird außerdem aufgrund der solchen Komponenten innewohnenden Begrenzungen keine entsprechende Erhöhung der Leistung mit sich bringen. Ähnliche Versuche zur Erhöhung der Ausgangsleistung durch die Optimierung der Komponentenwerte haben sich in Anbetracht der dadurch hervorgerufenen Anpassungsverluste als nutzlos erwiesen. Rail-to-rail Spannungsumschwünge in Transistor Q₁ neigen zudem dazu, die Menge des Stromflusses durch die Schaltung zu begrenzen, was im Gegenzug die verfügbare, durch eine gegebene Sendeschaltung realisierte Ausgangsleistung verringert.
Als Resultat aus der begrenzten Leistung, die bei kompakten Fernsendern, die Colpitts-Schwingungserzeuger verwenden, zur Verfügung steht, hat sich ein weiteres Problem für die Anwendung der kompakten Fernsendern ergeben. Kompakte Fernsender werden üblicherweise in der Hand gehalten und normalerweise in Richtung des Empfängers des Systems ausgerichtet. Dadurch wird von der Hand des Benutzers eine parasitäre Impedanz erzeugt. Diese zusätzliche Impedanz reduziert die Menge der in Richtung des Empfängers abgestrahlten Energie. In Bezug auf die begrenzte Leistung, die bei herkömmlichen Colpitts-Schwingungserzeugern zur Verfügung steht, ist das ein besonders wichtiger Gesichtspunkt.
Heutige kompakte Fernsender verwenden außerdem ein Frequenzumtastungs(„frequency shift key" – FSK)-Modulationsschema. Realisierungen dieser Entwürfe haben teure Komponenten wie PIN- oder Kapazitätsdioden eingeschlossen. In diesen Schaltungen ändert die PIN- oder Kapazitätsdiode ihre Kapazität als Reaktion auf eine Änderung der zugeführten Steuerspannung. Unglücklicherweise ändert sich diese Steuerspannung mit der Lebenszeit der Batterieversorgungsspannung. Daher driftet im Gegenzug die Mittenfrequenz des FSK-Schwingungserzeugers. Dieses Frequenzdrift-Phänomen ist beim Entwurf eines kompakten Fernsenders in Bezug auf die Langzeit-Effizienz äußerst unerwünscht.
In Anbetracht dieser Probleme bleibt der Wunsch bestehen nach einer Schaltung eines Schwingungserzeugers mit Frequenzumtastungsmodulation, der eine vorhersagbare Mittenfrequenz besitzt, die nicht für Driften anfällig ist. Es besteht zudem die Nachfrage nach einer Schwingungserzeugerschaltung mit Frequenzumtastungsmodulation, die kostengünstiger ist. Die Industrie benötigt außerdem eine Schwingungserzeugerschaltung mit Frequenzumtastungsmodulation, die weniger Energie aus der Stromversorgung zieht und daher eine längere Lebenszeit besitzt.
Die europäische Pantentanmeldung Nummer 0.626.772 beschreibt eine frühere Frequenzumtastungsmodulationsschaltung. In dieser Anordnung wird die ausgewählte Frequenz durch den Status einer PIN-Umschalt-Diode bestimmt, die zu einem reaktiven Element wie etwa einem Induktor parallel geschaltet ist. Ein hoher logischer Pegel eines Datenstroms auf einer Datenleitung veranlasst einen Transistor zu schalten, was sich in einer vorwärts vorgespannten, leitenden PIN-Diode niederschlägt. Wenn die PIN-Diode leitet, wird das reaktive Element umgangen und eine effektive, niedrige Impedanz entsteht einzig aus dem AOW-Wandler. Leitet die PIN-Diode nicht, so wird das reaktive Element nicht umgangen und das reaktive Element liefert zusammen mit dem AOW-Wandler einen Signalweg mit einer effektiv niedrigen Impedanz. Die natürliche Resonanzfrequenz der AOW wird als eine der beiden erzeugten Frequenzen verwendet, und die andere Frequenz wird durch die Kombination des AOW-Wandlers mit dem reaktiven Element erzeugt. Wie oben erwähnt ist die Verwendung einer PIN-Diode jedoch normalerweise unerwünscht.
Das US-Patent Nummer 5.532.654 beschreibt eine andere Frequenzumtastungsmodulationsschaltung, die einen AOW-Resonator mit anschließbaren Kondensatoren benutzt. Die Phase der Schwingungsfrequenz wird zwischen einer ersten und einer zweiten Frequenz hin- und hergeschaltet, wozu ein an/aus-Schalter verwendet wird, der einen oder eine Vielzahl von Kondensatoren parallel oder in Reihe zu dem AOW-Resonator schaltet. Im „an"-Fall wird der AOW-Resonator in Reihe mit den parallel verbundenen Kondensatoren geschaltet. Im „aus"-Fall wird nur ein Kondensator in Reihe mit dem AOW-Resonator geschaltet. Daher wird die Phase der Schwingung abhängig davon, ob ein oder mehrere Kondensatoren in Reihe mit dem AOW-Wandler geschaltet sind, zwischen einer ersten und einer zweiten Frequenz hin- und hergeschaltet.
WO 96/16473, das dem vorlegenden Antragsteller gehört, beschreibt weitere alternative Anordnungen, aus denen sich die vorliegende Erfindung entwickelt hat und die später in der folgenden Beschreibung besprochen werden.
In der Praxis haben sich bei den obigen Systemen Probleme und Begrenzungen gezeigt, und es ist wünschenswert, eine verbesserte Anordnung zu liefern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System bereitgestellt, wie in den begleitenden Ansprüchen beschrieben.
Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung der Grenzen des derzeitigen Stands der Technik.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Schwingungserzeugerschaltung mit Frequenzumtastungsmodulation, die eine vorhersagbare Mittenfrequenz besitzt, die nicht anfällig ist für Driften.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Schwingungserzeugerschaltung mit Frequenzumtastungsmodulation, die kostengünstiger ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Schwingungserzeugerschaltung mit Frequenzumtastungsmodulation, die weniger Energie aus der Stromversorgung zieht und daher eine längere Lebensdauer besitzt.
Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wird ein System zum selektiven Schwingen bei einer ersten oder einer zweiten Schwingungsfrequenz enthüllt. Das System umfasst einen Schwingungserzeuger zum Bereitstellen eines Schwingungsausgangs. Außerdem umfasst das System eine Umschaltvorrichtung zum Auswählen einer ersten oder einer zweiten Impedanz in Reaktion auf ein Auswählsignal mit einer Spannung. Jede der Impedanzen ist unabhängig von der Spannung des Auswählsignals derart unveränderlich, dass der Schwingungsausgang bei der ersten Schwingungsfrequenz schwingt, wenn die erste Impedanz bereitgestellt wird, und bei der zweiten Schwingungsfrequenz schwingt, wenn die zweite Impedanz bereitgestellt wird.
Diese und andere Vorteile und Gegenstände werden für den Fachmann ersichtlich werden, wenn die folgende, detaillierte Beschreibung zusammen mit den beigefügten Ansprüchen und den beigehefteten Zeichnungen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden, wenn die folgenden Beschreibungen nicht-eingrenzender Ausführungsformen mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen gelesen werden, von denen:
1 ein Schaltbild darstellt, das einen herkömmlichen, einzelnen Schwingungserzeuger des Colpitts-Typs und eine Sendeschaltung enthält;
2 ein Blockdiagramm eines symmetrischen Schwingungserzeuger- und Sendesystems darstellt;
3 eine erste Schaltungsrealisierung des symmetrischen Schwingungserzeuger- und Sendesystems darstellt;
4 eine zweite Schaltungsrealisierung des symmetrischen Schwingungserzeuger- und Sendesystems darstellt;
5 eine Schaltungsrealisierung eines Reihenresonanzschwingungskreises darstellt;
6 eine grafische Darstellung der Spannungswellenformen darstellt, die durch das symmetrische Schwingungserzeuger- und Sendesystem aus 2 erzielt werden;
7 ein Blockdiagramm eines bevorzugten symmetrischen Schwingungserzeuger- und Sendesystems darstellt;
8 eine erste Schaltungsrealisierung des Systems aus 7 darstellt;
9 eine zweite Schaltungsrealisierung des Systems aus 7 darstellt;
10 eine gepufferte Schwingungserzeuger- und Sendeschaltung darstellt;
11 ein Blockdiagramm eines Systems zum selektiven Schwingen bei einer ersten oder einer zweiten Schwingungsfrequenz darstellt;
12 eine erste Schaltungsrealisierung des Systems aus 11 darstellt;
13 die bevorzugte Schaltungsrealisierung des Systems aus 11 darstellt.
Es sollte betont werden, dass die Zeichnungen der vorliegenden Enthüllung nicht maßstabsgerecht, sondern vor allem schematische Darstellungen sind, und nicht die spezifischen Parameter oder die strukturellen Details der Erfindung darstellen sollen, die wiederum von Fachleuten durch die Untersuchung der hierin gegebenen Informationen bestimmt werden können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der folgenden Teil mit den Beschreibungen unter Hinweis auf die 1 bis 10 liefert Hintergrunddetails über Fernsendesysteme, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
Mit Verweis auf 2 wird ein symmetrisches Schwingungserzeugungs- und Sendesystem 2 erklärt. System 10 umfasst einen Resonator 18 zur Erzeugung eines Bezugssignals mit einer Resonanzfrequenz. Resonator 18 umfasst möglichst eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung, und die Resonanzfrequenz fällt möglichst in das Hochfrequenz(„HF")-Spektrum. Es sollte jedoch für den Fachmann klar sein, dass andere Komponenten, wie beispielsweise eine Volumenschallwellen-Vorrichtung, ebenso verwendet werden könnten, um die funktionalen Zwecke des Resonators zu realisieren.
System 10 umfasst zusätzlich einen ersten und einen zweiten Schwingungserzeuger, 12 und 15, wovon jeder zur Erzeugung eines Schwingungsausgangs in Reaktion auf die Resonanzfrequenz des Resonators 18 dient. Der erste Schwingungserzeuger 12 umfasst einen Verstärker 14 zur Verstärkung einer des vom Resonator 18 bereitgestellten Bezugssignals entsprechenden Eingabe und eine mit dem Verstärker 14 verbundene Resonanzschaltung 13 zur Erzeugung eines Schwingungssignals als Reaktion auf die Ausgabe von Verstärker 14. Demgemäß umfasst der zweite Schwingungserzeuger 15 einen Verstärker 16 zur Verstärkung einer des vom Resonator 18 bereitgestellten Bezugssignals entsprechenden Eingabe und eine mit dem Verstärker 16 verbundene Resonanzschaltung 17 zur Erzeugung eines Schwingungssignals als Reaktion auf die Ausgabe von Verstärker 16. Während beide Schwingungserzeuger möglichst identische funktionale Komponenten umfassen, sollte es für den Fachmann leicht zu erkennen sein, dass andersartige Schwingungserzeugerentwürfe ebenso realisiert werden können. Um eine symmetrische Auslegung zu erzielen, sind die Ausgänge der beiden Schwingungserzeuger 12 und 15 zueinander 180°-phasenverschoben, jedoch von gleicher Stärke.
System 10 umfasst zudem eine Antenne 11 zum Abstrahlen eines Ausgangssignals mit einer einzigen Frequenz. Das Ausgangssignal von Antenne 11 entspricht der Summe aus sowohl dem ersten als auch dem zweiten Schwingungsausgang. Das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal und dem ersten sowie dem zweiten Schwingungssignal kann am besten durch eine Beurteilung der Ausgangscharakteristik des Systems 10 verstanden werden. Da System 10 eine Ausgangsimpedanz umfasst, kann es mit Hilfe eines Spannungsteilermodells betrachtet werden. Das Modell umfasst außerdem eine erste Impedanz, die der Impedanz entspricht, die jeder Schwingungserzeuger gegen Erde sieht, sowie eine zweite Impedanz, die in Reihe mit der ersten Impedanz liegt. Die zweite Impedanz ist ein Modell für die Ausgangsimpedanz von System 10. In diesem Spannungsteilermodell repräsentiert das von Antenne 11 erzeugte Ausgangssignal die Spannung, die an der ersten Impedanz abfällt. Somit weicht das von Antenne 11 gesendete Ausgangssignal angesichts der symmetrischen Charakteristik von System 10 allein in der Amplitude von der Summe der Schwingungsausgänge ab, obwohl der Strom der selbe ist. Wie für den Fachmann ersichtlich sein wird, ist es allerdings denkbar, dass das Ausgangssignal mit Absicht beispielsweise in Frequenz oder Phase oder in deren Kombination von der Summe der Schwingungsausgänge unterscheidbar sein kann.
Antenne 11 umfasst vorzugsweise einen Induktor mit einem Gleichstrommittelpunkt. Dieser Gleichstrommittelpunkt teilt den Induktor in einen ersten und einen zweiten, gleichwertigen Induktor auf. Antenne 11 umfasst außerdem einen symmetrischen Wechselstrom-Schwingungspunkt, der an der Antenne 11 einen Punkt liefert, an dem beide Wechselspannungsstärken der Schwingungsausgänge des ersten 12 und des zweiten Schwingungserzeugers 15 im Wesentlichen gleich null sind. Angesichts der beiden Wechselstrom- und Gleichstrommittelpunkte wird ein „symmetrischer" Schwingungserzeuger realisiert.
Für den vorliegenden Entwurf eines symmetrischen Schwingungserzeugers sind keine strengen Toleranzen für die Resonanzschaltungen 13 und 17 notwendig. Dieser Vorteil wird durch den Gleichstrommittelpunkt und den Wechslestrommittelpunkt sowie durch die symmetrische Schaltung selbst erreicht.
Da Antenne 11 die beiden Schwingungsausgänge möglichst bei einer einzigen Primärfrequenz sendet, sind die Toleranzen für die Resonanzschaltungen 13 und 17 zudem weniger kritisch für die grundsätzliche Funktion von System 10.
In einer weiteren Anordnung umfasst Antenne 11 eine Primärwicklung eines am Mittelpunkt angebrachten Transformators zum Übertragen der Schwingungsausgänge von sowohl dem ersten 12 als auch dem zweiten Schwingungserzeuger 15 auf eine zweite Wicklung. Durch diese Anordnung könnte die zweite Wicklung eventuell durch das Abstrahlen der Schwingungsausgänge selbst als Antenne arbeiten. Dieser Ansatz wird jedoch bei niederfrequentigen Anwendungen bevorzugt. Um die Unterstützung auch für andere Frequenzen zu erreichen, sollte ein Ausgangsinduktor oder etwas Ähnliches in Verbindung mit einem Filter und einer passenden Schaltung benutzt werden, um so die Schwingungsausgänge abzustrahlen.
Mit Verweis auf 3 wird eine Schaltungsrealisierung 20 des symmetrischen Schwingungserzeuger- und Sendesystems aus 2 beschrieben. Das symmetrische Schwingungserzeuger- und Sendesystem umfasst einen ersten und einen zweiten Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger. Beide Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger sind zueinander symmetrisch und teilen sich einen gemeinsamen Schwingungskreis sowie das Schwingstromsignal I für die Ausgangsleistungseffizienz. Die hierin beschriebene Schaltung 20 ist speziell für ferngesteuerte, schlüssellose Zugangssysteme für Autos gut geeignet. Andere Anwendungen sind jedoch für den Fachmann leicht vorstellbar.
Gemäß einer detaillierteren Beschreibung umfasst Schaltung 20 eine symmetrische Schwingungserzeugeranordnung, die zwei Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger enthält, um ein lokales Schwingungssignal zu erzeugen. Der Schwingungserzeugerkreislauf beinhaltet einen ersten Transistor Q₂ und einen zweiten Transistor Q₃, die beide mit einer dazwischen geschalteten Resonatorvorrichtung 22 verbunden sind. Resonatorvorrichtung 22 dient als Eingangsreihenresonanzschwingungskreis zur Erzeugung und Stabilisierung des Schwingstromsignals I . Dadurch wird eine Resonanz-HF-Trägerfrequenz erzielt.
Sowohl der erste Q₂ als auch der zweite Transistor Q₃ umfassen möglichst einen Bipolar-Flächentransistor. Alternativen, wie etwa ein bipolarer Heteroübergangs-Transistor, sollten für den Fachmann jedoch ersichtlich sein. Gemäß der weiteren Ausführungsform sind beide Transistoren Q₂ und Q₃ bipolare Transistoren des MMBTH10-Typs.
Beide Transistoren Q₂ und Q₃ arbeiten als Verstärkerstufe, um eine Kreisverstärkung mit dem Faktor eins bereitzustellen und somit einen Betrieb im eingeschwungenen Zustand zu gewährleisten. Der erste Transistor Q₂ umfasst eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter (30, 32 beziehungsweise 34). Ebenso umfasst der zweite Transistor Q₃ eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter (36, 38 beziehungsweise 40). Beide Transistoren Q₂ und Q₃ sind als Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger mit einem abgestimmten LC-Schwingkreis und einer positiven Rückkopplung konfiguriert. Für den Fachmann sollte ersichtlich sein, dass mehrere andere Transistorschwingungserzeugeranordnungen in die obige Anordnung eingebaut werden könnten, um die selben funktionalen Zwecke zu erzielen.
Resonatorvorrichtung 22 ist zwischen den Basisanschlüssen 30 und 36 der Transistoren Q₂ und Q₃ angebracht und mit diesen über die Resonatorausgangsleitungen 42 beziehungsweise 44 verbunden. Resonator 22 wird mit einer Reihe von metallischen Fingern gezeigt, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind. Resonator 22 dientvorteilhaft dazu, die Schwingungen des Trägersignals zu stabilisieren. Resonatorvorrichtung 22 umfasst möglichst eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung in einem Reihenresonanzeingangsschwingungskreis. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist AOW-Resonator 22 jedoch ein von RF Monolithics, Incorporated hergestellter und verkaufter RO2073-AOW-Resonator.
Schaltung 20 umfasst des Weiteren ein Ausgangsschwingungskreispaar. Jeder Ausgangsschwingungskreis beinhaltet einen Kondensator und einen Induktor; der erste Eingangsschwingungskreis umfasst den ersten Induktor L₂ und der zweite Eingangsschwingungskreis umfasst den zweiten Induktor L₃. Die Induktoren L₂ und L₃ arbeiten jeweils als Abstrahlantennenbauteil zum Abstrahlen eines Ausgangssignals als Reaktion auf das üblicherweise geteilte Schwingstromsignal I . Der erstes Induktor L₂ ist zwischen Kollektoranschluss 32 von Transistor Q₂ und Netzknoten 28 geschaltet, während der zweite Induktor L₃ zwischen Kollektoranschluss 38 von Transistor Q₃ und Netzknoten 28 geschaltet ist. Demgemäß sind die Induktoren L₂ und L₃ zusammen als Reihenschaltung mit dem Netzknoten 28 verbunden. Eine Eingangsspannungsquelle 24 ist mit Netzknoten 28 verbunden und zwischen die Induktoren L₂ und L₃ geschaltet, um dort eine Eingangsgleichspannung V_IN anzulegen. Gemäß eines Beispiels der vorliegenden Erfindung ist das Eingangsspannungssignal V_IN ein +3 Volt Gleichspannungssignal. Das Anlegen der +3 Volt zwischen die Induktoren L₂ und L₃ spannt die Transistoren Q₂ und Q₃ vor, um so die notwendige Verstärkung zu realisieren. Die Induktoren L₂ und L₃ arbeiten jeweils als Antenne zum Senden und Abstrahlen eines elektromagnetischen Felds, das das dem schwingenden Signal mit der vorbestimmten Trägerfrequenz entspricht.
Schaltung 20 umfasst zudem einen Dateneingang 26, der über die entsprechenden Widerstände R₆ und R₇ mit den beiden Resonatorausgangsleitungen 42 und 44 verbunden ist. Dateneingang 26 ist so eingestellt, dass er ein an/aus-Dateneingangssignal V_DATA empfängt, das an beide Seiten des AOW-Resonators 22 angelegt wird. Jede der Resonatorausgangsleitungen 42 und 44 ist zudem über die entsprechenden Widerstände R₅ und R₈ mit Erde verbunden. Das Dateneingangssignal V_DATA codiert das Trägersignal nach einem Modulationsschema, um Informationen auf dem Trägersignal bereitzustellen. Das bevorzugte Modulationsschema ist die Frequenzumtastung („frequency shift key" – FSK), obwohl andere Schemata, wie unter anderem die Pulsweitenmodultion („PWM") und die Amplitudenmodulation („AM"), von jedem Fachmann leicht eingesetzt werden könnten. Die auf dem Trägersignal bereitgestellten Informationen können sowohl verschiedenste Systemoperationen, wie etwa einen Türverschlussaktivierungsme chanismus, als auch die an/aus-Operationen der Schaltung 20 steuern und/oder initiieren. Der Einsatz des Dateneingangssignals V_DATA kann durch manuelle Steuerung durch die Aktivierung eines Mechanismus, wie beispielsweise eines Druckknopfes, eines Schalters oder einer anderen Impulsaktivierungsvorrichtung, initiiert werden.
Der AOW-Resonator 22 liefert für einen Eingangsschwingungskreis das, was sich normalerweise von dem Pseudo-Colpitts-Paar geteilt wird. Induktor L₂ stellt zusammen mit den Kondensatoren C₄ und C₅ einen ersten Ausgangsschwingungskreis dar. Demgemäß erzeugt Induktor L₃ zusammen mit den Kondensatoren C₆ und C₇ einen zweiten Ausgangsschwingungskreis. Während der Reihenresonanzeingangsschwingungskreis die Schwingung des Resonanzsignals stabilisiert, stellen die Ausgangsschwingungskreise die Abstrahlung des HF-Ausgangssignals sicher. Die Kondensatoren C₄ und C₅ bilden zudem ein Spannungsteilernetzwerk sowie einen positiven Rückkopplungszweig zu Transistor Q₂. In der selben Weise erzeugen die Kondensatoren C₆ und C₇ einen Spannungsteiler und einen positiven Rückkopplungszweig zu Transistor Q₃. In den Kondensatoren C₄ bis C₇ und den Induktoren L₂ und L₃ wird Energie effizient gespeichert, um durch eine Verringerung der Menge an Energie, die sonst eventuell von jedem der Kreisläufe mit den Transistoren Q₂ und Q₃ benötigt werden würde, die Strahlungseffizienz zu erhöhen.
Mit Verweis auf 4 kann Schaltung 20 alternativ so ausgelegt werden, dass ein mit Mittelabgriff versehener Transformator 46 an Stelle der Induktoren L₂ und L₃ eingebaut wird. Zu diesem Zweck umfasst der mit Mittelabgriff versehene Transformator 46 eine primäre Wicklung mit einem ersten primären Wicklungsteil 48a und einem zweiten primären Wicklungsteil 48b. Die primären Wicklungsteile 48a und 48b besitzen möglichst die selbe Größe. Die Eingangsspannungsquelle 24 ist mit einem Mittelabgriff verbunden, der sich zwischen den primären Wicklungsteilen 48a und 48b befindet, um dort eine Versorgungsgleichspannung V_IN anzulegen.
Der mit Mittelabgriff versehene Transformator 46 umfasst außerdem eine sekundäre Wicklung 50, die an die primären Wicklungsteile 48a und 48b angrenzend angebracht ist. Transformator 46 ist so eingestellt, dass er eine erste magnetische Kopplung zwischen dem primären Wicklungsteil 48a und dem sekundären Wicklungsteil 50 und eine zweite magnetische Kopplung zwischen dem Teil 48b der primären Wicklung und der sekundären Wicklung 50 ausbildet. Die sekundäre Wicklung 50 ist im Gegensatz dazu an beiden Enden mit einem Filter- und Anpassungsnetzwerk 52 verbunden. Ein Ausgangsleitungspaar, das sich von dem Filter- und Anpassungsnetzwerk 52 erstreckt, ist mit einem Strahlungsinduktor L₄ verbunden, um von dort ein elektromagnetisches Ausgangsfeld abzustrahlen.
Gemäß der alternativen Anordnung aus 4 produzieren sowohl der erste Teil 48a als auch der zweite Teil 48b der primären Wicklung des mit Mittelabgriff versehenen Transformators 46 eine elektromagnetisches Feld als Reaktion auf das Schwingstromsignal I, das durch sie geleitet wird. Die elektromagnetischen Felder der beiden Teile 48a und 48b der primären Wicklung werden dabei auf die sekundäre Wicklung 50 des mit Mittelabgriff versehenen Transformators 46 übertragen und in diese induziert. Die Signale, die in die sekundäre Wicklung induziert werden, werden summiert. Das summierte Signal wird der Reihe nach gefiltert, um unerwünschtes Rauschen zu entfernen, und über das Filter- und Anpassungsnetzwerk 52 Impedanz-angepasst. Das gefilterte und Impedanz-angepasste Signal wird dann durch den Strahlungsinduktor L₄ geleitet, um ein einzelnes Ausgangsabstrahlungssignal zu senden. Die Verwendung des mit Mittelabgriff versehenen Transformators 46 bringt den Vorteil, dass die Gleichharmonischen aussortiert werden, und ermöglicht grundsätzlich eine verbesserte Steuerung des Sendens des einzelnen Ausgangsabstrahlungssignals.
Es sollte ersichtlich sein, dass der AOW-Resonator 22 ein Reihenresonanzschwingungskreis ist, der ebenso mit anderen, vergleichbaren Reihenresonanzfrequenzstabilisierungsvorrichtungen implementiert werden könnte. Als Alternative zu dem AOW-Resonator 22 könnte der Reihenresonanzschwingungskreis eine Volumenschallwellen-Vorrichtung, eine Kristallvorrichtung, einen Mikrostreifen oder andere Reihenresonanzstrukturen oder aber Vorrichtungen, die die gewünschte, stabilisierende Signalschwingung hervorrufen können, enthalten.
Mit besonderem Verweis auf 5 wird ein Reihenresonanzschwingungskreis 60 als Alternative zu dem AOW-Resonator aus den 2-4 beschrieben. Hier umfasst Reihenresonanzschwingungskreis 60 einen Widerstand R_m , einen Kondensator C_m und eine Induktor I_m . Alle diese Komponenten sind in Reihe geschaltet, um den Reihenresonanzschwingungskreis 60 zu erzeugen. Die Resonanzfrequenz des Schwingungskrei ses 60 ist grundsätzlich von der Größe des Induktors I_m und des Kondensators C_m abhängig.
Während des Betriebs empfängt Schaltung 20 durch die Eingangsspannungsquelle 24 ein Eingangsgleichspannungssignal V_IN. Die Dateneingabe V_DATA kann ebenfalls über die Dateneingabe 26 empfangen werden, um das Trägersignal nach einem vorbestimmten Modulationsschema zu codieren. Zu Beginn bildet Schaltung 20 ein Resonanzsignal aus, das initiiert wird und sich ausbildet zu einem Signal mit eingeschwungenem Energiepegel und Schwingungen bei einer bekannten Frequenz. Dadurch kreisen die Transistoren Q₂ und Q₃ zwischen dem Kollektoranschluss 38 und dem Emitteranschluss 40 als Reaktion auf Rauschen oder andere induzierte Signale und werden so das Signal bis der eingeschwungene Zustand erreicht ist aufbauen.
Während der Initialisierung liefert jede Verstärkerstufe eine Verstärkung von erheblich mehr als eins. Im eingeschwungenen Zustand ist die Verstärkung jeder der Verstärkerstufen ungefähr gleich oder aufgrund von jedweden Energieverlusten etwas größer als eins. Der Reihenresonanzschwingungskreis mit AOW-Resonator 22 sichert und behält die Stabilität der Signalschwingung innerhalb der Schaltung 20 bei. Das Schwingungssignal wird seinerseits von dem durch die Strahlungsantennenbauteile L₂ und L₃ fließenden Stromsignal I dargestellt. Zusätzlich erzeugen die über die Kondensatoren C₄ und C₅ sowie die Kondensatoren C₆ und C₇ bereitgestellten Rückkopplungszweige eine Phasenverzögerung, die die Schleifenzeit anpasst, um die gewünschte Frequenz zu realisieren.
Mit Verweis auf 6 wird eine grafische Darstellung der Spannungswellenformen beschrieben, die durch die oben beschriebene Anordnung erzielt werden. Hier strahlen beide Induktoren L₂ und L₃ aus Schaltung 20 aus 2 als Reaktion auf das gemeinsam benutzte Schwingstromsignal I ein getrenntes Signal durch getrennte elektromagnetische Felder aus, von denen beide die selbe Trägerfrequenz besitzen. Diese Strahlungsausgangssignale der Induktoren L₂ und L₃ und der komplett summierte Strahlungsausgang werden durch die in 6 dargestellten Wellenformen 66 illustriert. Das erste, von Induktor L₂ gesendete Strahlungsausgangssignal wird als Spannungswellenform 62 gezeigt, während das zweite, von Induktor L₃ gesendete Strahlungsausgangssignal als Spannungswellenform 64 dargestellt ist. Die Spannungswellenformen 62 und 64 sind gekennzeichnet durch die Tatsache, dass sie die selben Amplituden und eine 180°-Phasenverschiebung zueinander besitzen. Die abgestrahlten Strahlungssignale 62 und 64 werden in Bezug auf die Spannungserde 28 gemessen und zeigen daher die zuvor angemerkte Phasenverschiebung um 180°. Da beide Wellenformen 62 und 64 relativ zu Netzknoten 28 gemessen werden, resultiert die Summe der beiden Wellenformen 62 und 64 relativ zu dem gemeinsam benutzten Stromsignal I in einer Wellenform, die einem einzelnen Strahlungsausgangssignal 66 entspricht. Folglich kann Ausgangssignal 66 durch die Verwendung des symmetrischen Schwingungserzeugerpaars und des Ausgangschwinungskreises der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Das einzelne Strahlungsausgangssignal 66 aus einer Ausführungsform hat eine Frequenz von etwa 315 MHz. Zusätzlich sind beide Ausgänge von sowohl Induktor L₂ als auch Induktor L₃ des ersten und des zweiten Schwingungskreises symmetrische Signale, die symmetrisch sind relativ zu Netzknoten 28, der vorzugsweise auf +3 Volt Gleichspannung gesetzt wird. Im Gegensatz dazu könnten die getrennten Strahlungssignale, die von dem mit Mittelabgiff versehenen Transformator 46 aus einer anderen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, vor der Übertragung summiert und anschließend gefiltert und Impdanz-angepasst werden.
Mit Verweis auf 7 wird ein gepuffertes, symmetrisches Schwingungserzeuger- und Sendesystem 70 beschrieben. System 70 umfasst einen Resonator 72 zur Erzeugung eines Bezugssignals mit einer Resonanzfrequenz. Resonator 72 umfasst möglichst eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung, und die Resonanzfrequenz liegt möglichst im Hochfrequenz(„HF")-Spektrum. Für den Fachmann sollte jedoch ersichtlich sein, dass andere Komponenten, wie beispielsweise eine Volumenschallwellen-Vorrichtung ebenso eingebaut werden könnten, um die funktionalen Zwecke des Resonators zu realisieren.
System 70 umfasst zusätzlich einen ersten und einen zweiten Schwingungserzeuger, 74 und 76, von denen jeder zur Erzeugung eines Schwingungsausgangs als Reaktion auf die Resonanzfrequenz des Resonators 72 dient. Der erste Schwingungserzeuger 74 umfasst einen Verstärker 78 zum Verstärken einer Eingabe, die dem von Resonator 72 erzeugten Bezugssignal entspricht, und einen Resonanzschaltkreis 80, der mit dem Verstärker 78 verbunden ist, um ein Schwingungssignal als Reaktion auf die Ausgabe des Verstärkers 78 zu erzeugen. Entsprechend umfasst der zweite Schwingungserzeuger 76 einen Verstärker 82 zum Verstärken einer Eingabe, die dem von Resonator 72 erzeugten Bezugssignal entspricht, und einen Resonanzschaltkreis 84, der mit dem Verstärker 82 verbunden ist, um ein Schwingungssignal als Reaktion auf die Ausgabe des Verstärkers 82 zu erzeugen. Während beide Schwingungserzeuger möglichst die identischen funktionalen Komponenten umfassen, sollte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass andere Schwingungserzeugerentwürfe ebenso realisiert werden könnten, und weiterhin die Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt würden. Um eine symmetrische Anordnung zu liefern, sind die Ausgänge der beiden Schwingungserzeuger 74 und 76 zueinander um 180° phasenverschoben, aber dennoch von selber Größe.
Als Einrichtung zur beträchtlichen Minimierung der Effekte von parasitären Impedanzen, wie etwa solchen, die durch die Hand eines Benutzers beim Halten oder in die Hand Legen des kompakten, ferngesteuerten HF-Senders entstehen, umfasst das System 70 zudem einen ersten und einen zweiten Puffer, 86 und 88. Der erste und der zweite Puffer, 86 und 88, isolieren die Resonanzschaltkreise 80 beziehungsweise 84 prinzipiell von einer Antenne 100. Zu diesem Zweck umfasst der erste Puffer 86 einen Pufferverstärker 96, der ebenfalls mit dem Resonanzschaltkreis 93 verbunden ist. Resonanzschaltkreis 93 umfasst einen Reihen- oder Parallelresonanzkreis und ein Strahlungsbauteil 100. Durch diese Anordnung wird die Ausgangsimpedanz – vom Gleichstrommittelpunkt der Antenne 100 entlang beider von den Schwingungserzeugern 74 und 76 erzeugten Zweige betrachtet – beträchtlich vermindert, und der Strom wird erhöht. Diese Verminderung der Impedanz und die Erhöhung des Stroms durch die Stromverstärkung führen dazu, dass das Ausgangssignal, wie es von Antenne 100 abgestrahlt wird, einen höheren Prozentsatz des ersten und des zweiten Schwingungssignals enthält. Dadurch, dass das Ausgangssignal einen höheren Prozentsatz des ersten und des zweiten Schwingungssignals enthält, wird ein stärkeres Ausgangssignal und somit ein stärkerer Sender realisiert.
System 70 umfasst außerdem die Antenne 100 zum Abstrahlen eines Ausgangssignals mit einer einzigen Frequenz. Das Ausgangssignal von Antenne 100 entspricht der Summe von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Schwingungsausgang. Das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal und dem ersten sowie dem zweiten Schwingungssignal kann am besten verstanden werden, indem die Ausgangscharakteristik von System 70 betrachtet wird. Da System 70 eine Ausgangsimpedanz besitzt, kann es mit Hilfe eines Spannungsteilermodells betrachtet werden. Bei der Verwendung dieser Veranschaulichung stellen sowohl der erste als auch der zweite Schwingungsausgang einen Eingang in den Teiler dar. Das Modell umfasst zudem eine erste Impedanz, die der Impedanz entspricht, wie sie von jedem der Schwingungserzeuger gegen Erde gesehen wird, sowie auch eine zweite, mit der ersten Impedanz in Reihe geschaltete Impedanz. Die zweite Impedanz ist ein Modell für die Ausgangsimpedanz von System 70. In diesem Spannungsteilermodell entspricht das von Antenne 100 erzeugte Ausgangssignal der Spannung, die über der ersten Impedanz abfällt. Somit unterscheidet sich das Ausgangssignal, das von Antenne 100 des Systems 70 gesendet wird, in Anbetracht seiner symmetrischen Eigenschaften von der Summe der Schwingungsausgänge nur in der Amplitude. Wie für den Fachmann ersichtlich sein wird, ist es trotzdem denkbar, dass das Ausgangssignal beispielsweise in der Frequenz oder der Phase oder auch in einer Kombination der beiden von der Summe der Schwingungsausgänge unterscheidbar sein könnte.
Antenne 100 umfasst als Teil des Resonanzschaltkreises 93 vorzugsweise einen Induktor mit einem Gleichstrommittelpunkt. Dieser Gleichstrommittelpunkt teilt den Induktor in einen ersten und einen zweiten, äquivalenten Induktor auf. Von diesem Mittelpunkt aus wird durch jeden Schwingungserzeuger eine hohe Impedanz gegen Erde erzeugt. Antenne 100 umfasst außerdem einen symmetrischen Wechselstrom-Schwingungspunkt, der einen Punkt entlang der Antenne 100 liefert, wo beide Stärken der Schwingungsausgänge der ersten und des zweiten Schwingungserzeugers 74 und 76 prinzipiell gleich null sind. In Anbetracht dieser beiden Wechselstrom- und Gleichstrommittelpunkte wird ein „symmetrischer" Schwingungserzeuger realisiert.
Strenge Toleranzen für die Resonanzschaltkreise 80, 84 und 93 werden für den vorliegenden symmetrischen Schwingungserzeugerentwurf nicht benötigt. Dieser Vorteil wird sowohl durch die Gleichstrom- und Wechselstrommittelpunkte als auch durch die symmetrische Schaltung selbst erreicht. Da Antenne 100 beide Schwingungsausgänge zudem möglichst auf einer einzigen Primärfrequenz sendet, sind die Toleranzen, die mit den Resonanzschaltkreisen verbunden sind, weniger kritisch in Bezug auf die prinzipielle Arbeit von System 70.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Antenne 100 eine Primärwicklung eines mit Mittelabgriff versehenen Transformators zum Übertragen der Schwingungsausgänge von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Schwingungserzeuger, 74 und 76, auf eine Sekundärwicklung. Durch diese Anordnung kann die Sekundärwicklung die Schwingungsausgänge eventuell selbst abstrahlen. Als Alternative könnte zum Zwecke des Abstrahlens der Schwingungsausgänge ein Ausgangsinduktor oder etwas Ähnliches in Verbindung mit einem Filter und einer Anpassungsschaltung verwendet werden.
In noch einer weiteren Anordnung wird zudem eine Vorrichtung eingeschlossen, die die Ausgangsweite von sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ausgangssignal erhöht: bei der Verwendung des zuvor erwähnten Spannungsteilermodells erhöht diese Vorrichtung des Weiteren und direkter die Ausgangsleistung, um die Anfälligkeit des Systems 70 für oben beschriebene parasitäre Impedanzen zu verringern. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise einen Kondensator – obwohl auch andere Impedanzen benutzt werden können -, der eine größeren Teil des Spannungswertebereichs, der mit den Verstärkern 78 und 82 verbunden ist, an die Verstärker 90 beziehungsweise 96 anlegt.
Mit Verweis auf 8 wird eine Schahlungsrealisierung 110 des gepufferten, symmetrischen Schwingungserzeuger- und Sendesystems aus 7 erläutert. Die gepufferte, symmetrische Schwingungserzeuger- und Sendeschaltung 110 umfasst einen ersten und einen zweiten Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger. Beide Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger sind zueinander symmetrisch und teilen sich einen gemeinsamen Schwingungskreis sowie das Schwingstromsignal I für die Ausgangsleistungseffizienz. Die hierin beschriebene Schaltung 110 ist besonders gut anwendbar bei ferngesteuerten, schlüssellosen Zugangssystemen bei Autos. Andere Anwendungen sind für den Fachmann jedoch leicht ersichtlich.
Gemäß einer detaillierteren Beschreibung umfasst Schaltung 110 eine symmetrische Schwinungserzeugeranordnung, die zwei Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeugerschaltungen zur Erzeugung eures lokalen Schwingungssignals beinhaltet. Der Schwingungskreis beinhaltet einen ersten Transistor Q₄ und einen zweiten Transistor Q₅, die beide mit einer dazwischen liegenden Resonatorvorrichtung 112 verbunden sind. Resonatorvorrichtung 112 arbeitet als Reihenresonanzschwingungs kreis zur Erzeugung und Stabilisierung des Schwingstromsignals I. Dadurch wird eine HF-Resonanzträgertrequenz erreicht.
Sowohl der erste als auch der zweite Transistor, Q₄ und Q₅, umfassen möglichst einen Bipolar-Flächentransistor. Alternativen, wie etwa ein bipolarer Heteroübergangs-Transistor, sollten für den Fachmann jedoch ersichtlich sein. Gemäß einer weiteren Anordnung sind die Transistoren Q₄ und Q₅ beide Transistoren des MMBTH10-Typs.
Beide Transistoren, Q₄ und Q₅, arbeiten zum Betrieb im eingeschwungenen Zustand als Verstärkerstufe, um eine Kreisverstärkung mit dem Verstärkungsfaktor eins bereit zu stellen. Der erste Transistor Q₄ umfasst eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter, 120, 122 beziehungsweise 124. Dementsprechend umfasst der zweite Transistor Q₅ eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter, 126, 128 beziehungsweise 130. Die beiden Transistoren Q₄ und Q₅ sind als Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger mit einem abgestimmten LC-Schwingkreis und positiver Rückkopplung konfiguriert. Für den Fachmann sollte ersichtlich sein, das verschiedenste andere Transistorschwingungserzeugerentwürfe in obiger Anordnung eingesetzt werden können, um die selben funktionalen Zwecke zu erreichen.
Resonatorvorrichtung 112 ist mit Hilfe der Ausgangsleitungen 132 beziehungsweise 134 zwischen die Basisanschlüsse 120 und 126 der Transistoren Q₄ und Q₅ geschaltet. Resonator 112 wird mit einer Reihe von metallischen Fingern gezeigt, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind. Resonator 112 arbeitet vorteilhaft dazu, die Schwingungen des Trägersignals zu stabilisieren. Resonatorvorrichtung 112 umfasst möglichst eine akustische Oberflächernwellen(„AOW")-Vorrichtung für einen Reihenresonanzschwingungskreis. Gemäß eines spezifischen Beispiels ist AOW-Resonator 112 jedoch ein von RF Monolithics, Incorporated, hergestellter und verkaufter RO2073-AOW-Resonator.
Schaltung 110 umfasst des Weiteren ein Ausgangsschwingungskreispaar, das in Verbindung mit den Transistoren Q₄ und Q₅ einen ersten und einen zweiten Schwingungserzeuger bilden. Jeder der Ausgangsschwingungskreise beinhaltet einen Kondensator und einen Induktor, der erste Eingangsschwingungskreis umfasst den ersten Induktor L₅ und der zweite Eingangsschwingungskreis umfasst den zweiten Induktor L₆. Der erste Induktor L₅ ist zwischen den Kollektoranchluss 122 von Transistor Q₂ und Netzknoten 118 geschaltet, während der zweite Induktor L₅ zwischen den Kollektoranschluss 128 von Transistor Q₅ und Netzknoten 118 geschaltet ist. Entsprechend sind die Induktoren L₅ und L₆ zusammen als Reihenschaltung mit Netzknoten 118 verbunden. Eine Eingangsspannungsquelle 114 ist zwischen die Induktoren L₅ und L₆ geschaltet und mit Netzknoten 118 verbunden, um dort eine Eingangsgleichspannung V_IN anzulegen. Gemäß eines Beispiels ist das Eingangsspannungssignal V_IN ein +3 Volt Gleichspannungssignal. Das Anlegen der +3 Volt zwischen die Induktoren L₄ und L₅ spannt die Transistoren Q₄ und Q₅ vor, um so die notwendige Verstärkung zu realisieren.
Schaltung 110 umfasst zudem eine Datenleitung 116, die durch die Widerstände R₁₂ beziehungsweise R₁₃ mit beiden Resonatorausgangsleitungen 132 und 134 verbunden ist. Dateneingang 116 ist so ausgelegt, dass er ein an/aus-Dateneingangssignal V_DATA empfängt, das an beiden Seiten des AOW-Resonators angelegt wird. Jede der Resonatorausgangsleitungen 132 und 134 ist zudem über die Widerstände R₁₁ beziehungsweise R₁₄ mit Erde verbunden. Das Dateneingangssignal V_DATA codiert das Trägersignal nach einem Modulationsschema, um so Informationen auf dem Trägersignal bereitzustellen. Das bevorzugte Modulationsformat ist die Frequenzumtastung („frequency shift key" – FSK), wenngleich ein Fachmann andere Schemata, wie unter anderem die Pulsweitenmodulation („PWM") und die Amplitudenmodulation („AM"), ebenfalls leicht einsetzen könnte. Die mit dem Trägersignal gelieferten Informationen könnten verschiedenste Systemoperationen steuern und/oder initiieren, wie etwa einen Türverschlussaktivierungsmechanismus oder aber die an/aus-Operationen von Schaltung 110. Die Bereitstellung des Dateneingangssignals V_DATA könnte durch manuelle Steuerung mit Hilfe eines Aktivierungsmechanismus wie beispielsweise einem Druckknopf, einem Schalter oder einer anderen Impulsaktivierungsvorrichtung eingeleitet werden.
AOW-Resonator 112 stellt einen Eingangsschwingungskreis bereit, der sich normalerweise von dem symmetrischen Schwingungserzeugerpaar geteilt wird. Induktor L₅ bildet in Verbindung mit den Kondensatoren C₈ und C₉ einen ersten Ausgangsschwingungskreis. Entsprechend erzeugt Induktor L₆ in Verbindung mit den Kondensatoren C₁₀ und C₁₁ einen zweiten Ausgangsschwingungskreis. Während der Reihenresonanzeingangsschwingungskreis die Schwingung des Resonanzsignals stabilisiert, bewerkstelligen die Ausgangsschwingungskreise das Abstrahlen des HF-Ausgangssignals. Die Kondensa toren C₈ und C₉ bilden zudem ein Spannungsteilernetzwerk und liefern einen positiven Rückkopplungszweig zu Transistor Q₄. Auf die selbe Art erzeugen die Kondensatoren C₁₀ und C₁₁ einen Spannungsteiler und einen positiven Rückkopplungszweig zu Transistor Q₅. In den Kondensatoren C₈ bis C₁₁ und den Induktoren L₅ und L₆ wird Energie effizient gespeichert, um die Strahlungseffizienz der Antenne zu erhöhen und somit die Menge an Energie, die sonst für jeden der Transistorenschaltkreise mit den Transistoren Q₄ und Q₅ benötigt würde, zu reduzieren.
Antenne 100 aus 7 ist durch Induktor L₇ realisiert, um ein elektromagnetisches Feld, das dem gepufferten Schwingungssignal mit der vorbestimmten Trägerfrequenz entspricht, zu senden und abzustrahlen. In weiteren Ausführungsformen kann der Induktor L₇ zusätzlich zwei Induktoren enthalten, die miteinander in Reihe geschaltet sind und einen Mittelpunkt mit einer gemeinsamen Gleichstromzufuhr oder auch einen Mittelpunkt ohne einer gemeinsamen Gleichstromzufuhr besitzen und einen Widerstand umfassen, der nebenan stehend zwischen den beiden Induktoren zur Erde verläuft.
Schaltung 110 stellt außerdem Einrichtungen zur deutlichen Minimierung der Effekte parasitärer Impedanzen bereit. Um diesen Aspekt der Erfindung zu realisieren, umfasst Schaltung 110 des Weiteren einen dritten Transistor Q₆ und einen vierten Transistor Q₇, die in 7 als erster und zweiter Puffer, 86 und 88, bezeichnet werden. Der dritte und der vierte Transistor, Q₆ und Q₇, umfassen möglichst einen Bipolar-Flächentransistor. Es gibt jedoch Alternativen wie den bipolaren Heteroübergangs-Transistor, die für den Fachmann ersichtlich sein sollten. Gemäß eines spezifischen Beispiels sind die Transistoren Q₆ und Q₇ Transistoren des MMEBTH10-Typs.
Beide Transistoren Q₆ und Q₇ arbeiten jeweils als Puffer zur Pufferung des ersten und des zweiten Schwingungsausgangssignals, das von ihren entsprechenden Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeugern erzeugt wird. Transistor Q₆ ist sowohl mit einem ersten ergänzenden Schwingungskreis als auch mit dem Ausgangsresonanzschwingungskreis, der Transistor Q₄ enthält, verbunden, während Transistor Q₇ sowohl mit einem zweiten ergänzenden Schwingungskreis als auch mit dem Ausgangsresonanzschwingungskreis, der Transistor Q₅ enthält, verbunden ist. Der erste und der zweite ergänzende Schwingungskreis, die in 7 als Resonanzschaltkreis 93 bezeichnet werden, verringern funktionsgemäß die Ausgangsimpedanz der Schaltung 110. Dadurch enthält das von Antenne L₇ letztlich abgestrahlte Ausgangssignal einen höheren Prozentsatz des ersten und des zweiten Ausgangssignals.
Transistor Q₆ umfasst eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter, 136, 138 beziehungsweise 140, während Transistor Q₇ eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter, 142, 144 beziehungsweise 146 umfasst. Die Basis 136 von Transistor Q₆ ist zwischen den beiden Kondensatoren C₈ und C₉ mit dem Netzknoten verbunden, an dem Emitter 124 von Transistor Q₄ auch mit Widerstand R₁₀ verbunden ist, während Kollektor 138 mit Netzknoten 118 verbunden ist. Emitter 140 ist zudem mit dem ersten ergänzenden Resonanzschwingungskreis verbunden. Der erste ergänzende Resonanzschwingungskreis umfasst Kondensator C₁₂ und Widerstand R₁₆, die beide geerdet sind, sowie einen ersten Anschluss von Induktor I₇, der mit dem zweiten ergänzenden Resonanzschwingungskreis verbunden ist. Entsprechend ist die Basis von Transistor Q₇ zwischen den beiden Kondensatoren C₁₀ und C₁₁ mit dem Netzknoten verbunden, an dem Emitter 130 von Transistor Q₅ auch mit Widerstand R₁₅ verbunden ist, während Kollektor 144 mit Netzknoten 118 verbunden ist. Emitter 146 ist zudem mit dem zweiten ergänzenden Resonanzschwingungskreis verbunden. Der zweite ergänzende Resonanzschwingungskreis umfasst Kondensator C₁₃ und Widerstand R₁₇, die beide geerdet sind, sowie einen zweiten Anschluss von Induktor I₇, der mit dem ersten ergänzenden Resonanzschwingungskreis verbunden ist. Für den Fachmann sollte ersichtlich sein, dass verschiedenste andere Transistorpufferentwürfe in obige Anordnung eingesetzt werden könnten, um die gleichen funktionellen Zwecke zu erfüllen.
Mit Verweis auf 9 wird eine zweite Schaltungsrealisierung des gepufferten, symmetrischen Schwingungserzeuger- und Sendesystems aus 7 erläutert. Schaltung 150 aus 8 kann zudem so konfiguriert werden, dass sie eine Vorrichtung zur Erhöhung des Ausgangswertebereichs von jedem der Schwingungsausgänge des ersten und des zweiten Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeugers beinhaltet. Diese Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine erste und eine zweite Spannungsteilerschaltung für den ersten beziehungsweise den zweiten Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger.
Gemäß einer detaillierteren Beschreibung sind beide Transistoren, Q₄ und Q₅, durch eine erste und eine zweite modifizierte Resonanzschaltung, die Spannungsteilerschaltungen darstellen, jeweils mit den Transistoren Q₆ beziehungsweise Q₇ verbunden. Was Transistor Q₄ betrifft, so ist Kollektor 122 mit Kondensator C₈ verbunden, während Emitter 124 mit den Kondensatoren C₉ und C₁₄ sowie Widerstand R₁₀ verbunden ist. Kondensator C₈ ist zudem an einem Eingangsknoten von Transistor Q₆ mit Kondensator C₁₄ verbunden. Entsprechend ist Kollektor 128 von Transistor Q₅ mit Kondensator C₁₀ verbunden. Emitter 130 ist mit den Kondensatoren C₁₁ und C₁₅ sowie Widerstand R₁₅ Verbunden. Kondensator C₁₀ ist zudem an einem Eingangsknoten von Transistor Q₇ mit Kondensator C₁₅ verbunden. Die Basen 136 und 142 der Transistoren Q₆ und Q₇ werden zu dem Zeitpunkt, da sich die Kondensatoren C₈ und C₁₄ beziehungsweise C₁₀ und C₁₅ verbinden, von den Transistoren Q₄ und Q₅ gespeist, um einen größeren Spannungsschwung zu erzeugen.
Außerdem wird zwischen V_DATA und der modifizierten Resonanzschaltung ein Widerstandnetzwerk bereitgestellt, das im Folgenden beschrieben wird. Was Transistor Q₆ betrifft, so ist Widerstand R₁₉ mit dem Eingangsknoten der Basis 136 von Transistor Q₆ verbunden, während Widerstand R₁₈ den Eingangsknoten der Basis 136 mit der Erde verbindet. Als solcher ist Widerstand R₁₆ zu den Kondensatoren C₁₄ und C₉ parallel geschaltet. Entsprechend ist Widerstand R₂₀ mit dem Eingangsknoten der Basis 142 von Transistor Q₇ verbunden, und Widerstand R₂₁ verbindet diesen Eingangsknoten der Basis 142 derart mit Erde, dass Widerstand R₂₁ parallel zu den Kondensatoren C₁₅ und C₁₁ liegt. Dadurch wird der Ausgangswertebereich, der über die Widerstände R₁₈ und R₂₂ erzeugt wird, grundlegend vergrößert. Diese Vergrößerung kann in Anbetracht des hinzu gefügten Spannungsteilers der Wiederpositionierung der Basen 136 und 142 mit den Kollektor-Erde-Spannungen der Transistoren Q₄ beziehungsweise Q₅ und deren entsprechenden Wertebereichen zugeschrieben werden. In einer spezifischen Anordnung, die bestimmte Werte für die obigen Kondensator- und Widerstandskomponenten benutzt, wird der Spannungswertebereich um 100 Prozent erhöht.
Mit Verweis auf 10 wird eine weitere, andere Ausführungsform, die eine gepufferte Schwingungserzeuger- und Sendeschaltung 160 darstellt, erläutert. Schaltung 160 umfasst drei funktionelle Stufen: einen Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger 162, einen Puffer 164 und eine Ausgangssystem 166. Die hierin beschriebene Schaltung 160 eignet sich besonders für ferngesteuerte, schlüssellose Zugangssysteme bei Autos. Andere Anwendungen sind für den Fachmann jedoch leicht vorhersehbar.
Gemäß einer detaillierteren Beschreibung umfasst Schwingungserzeuger 162 einen nach Colpitts konfigurierten Transistor Q₁₀ und einen Eingangsresonanzschwingüngskreis. Der Schwingungskreis umfasst üblicherweise einen Resonator, wie etwa eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung 172, ein Rückkopplungskondesatorenpaar, C₁₆ und C₁₇, einen Induktor L₈ sowie einen Kondensator C₁₉ zur Bereitstellung einer großen Kapazität, um so eine konstante Gleichspannung zu halten. Der Schwingungserzeuger beinhaltet zudem auch eine Anzahl an Vorspannwiderständen zur Erleichterung der richtigen Arbeitsweise des Transistors C₁₀. Transistor C₁₀ liefert funktionsgemäß einen Verstärker mit Kreisverstärkungsfaktor eins, um eine Arbeit im eingeschwungenen Zustand zu ermöglichen.
Strukturell betrachtet umfasst Transistor C₂₀ eine Basis 176, einen Kollektor 178 und einen Emitter 180. Basisanschluss 176 ist mit dem akustischen Oberflächenwellen-Resonator 172 verbunden, und Kollektor 178 ist mit Induktor L₈ verbunden, während Emitter 180 durch den Widerstand R₂₄ mit Erde verbunden ist. Zusätzlich ist Rückkopplungskondensator C₁₆ zwischen Emitter 180 und Erde geschaltet, und liegt als solcher parallel zu Widerstand R₂₄, während Rückkopplungskondensator C₁₇ zwischen Kollektor 178 und Emitter 180 geschaltet ist. Korndensator C₁₉ ist zwischen Erde und V_IN geschaltet.
Transistor Q₁₀ ist über einen Induktor L₈ mit einer Gleichspannungsquelle 170 verbunden, um eine Eingangsgleichvorspannung V_IN, typischerweise 6V, zu empfangen. Schwingungserzeuger 162 empfängt mit Hilfe eines Widerstandsnetzwerks, das eine Spannungsteilerschaltung bildet, zum Codieren des HF-Trägersignals auch ein Dateneingangssignal V_DATA 168. Dateneingang 168 wird so ausgelegt, dass er ein an/aus-Dateneingangssignal V_DATA empfangen kann, das an AOW-Resonator 172 angelegt wird. Das Dateneingangssignal V_DATA codiert das Trägersignal nach einem Modulationsschema, um Informationen auf dem Trätgersignal bereitzustellen. Das bevorzugte Modulationsformat ist die Frequenzumtastung („frequency shift key" – FSK), obwohl von einem Fachmann leicht auch andere Schemata wie unter anderem die Pulsweitenmodulation („PWM") oder die Amplitudenmodulation („AM") eingesetzt werden können. Die auf dem Trägersignal bereitgestellte Information kann verschiedenste Systemoperationen steuern und/oder initiieren, wie etwa einen Türverschlussaktivierungsmechanismus oder auch die an/aus-Operationen von Schaltung 160. Das Anlegen des Datenein gangssignals V_DATA kann durch manuelle Steuerung mit Hilfe eines Aktivierungsmechanismus, wie beispielsweise eines Druckknopfs, eines Schalters oder einer anderen Impulsaktivierungsvorrichtung, initiiert werden. Bei dieser Anordnung erzeugt Transistor Q₁₀, der als Verstärker wirkt, zusammen mit dem Resonanzschwingungskreis ein Schwingungsausgangssignal.
Die Transistoren Q₁₀ und Q₁₁ umfassen möglichst jeweils einen Bipolar-Flächentransistor. Alternativen wie etwa ein bipolarer Heferoübergangs-Transisto sollten für den Fachmann jedoch ersichtlich sein. Gemäß einer spezifischen Ausführung sind die Transistoren Q₂ und Q₃ bipolare Transistoren des MMBTH10-Typs.
Resonatorvorrichtung 172 liegt zwischen der Basis 176 von Transistor Q₁₀ und Erde. Resonator 172 arbeitet vorteilhaft zur Stabilisierung des Trägersignals. Resonatorvorrichtung 172 umfasst möglichst eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung in einem Reihenresonanzschwingungskreis. Gemäß eines spezifischen Beispiels ist AOW-Resonator 172 jedoch ein von RF Monolithics, Incorporated, hergestellter und verkaufter RO2073-AOW-Resonator.
Puffer 164 minimiert funktionsgemäß die Auswirkungen von parasitären Impedanzen, die durch verschiedenste hierin beschriebene Effekte erzeugt werden. Um diesen Vorteil zu realisieren, umfasst Puffer 164 einen Transistor Q₁₁ sowie einen Pufferresonanzschwingungskreis bestehend aus Induktor L₉ und Kondensator C₁₈. Transistor Q₁₁ umfasst eine Basis 184, einen Kollektor 186 und einen Emitter 182. Puffer 164 ist mit dem Schwingungserzeuger 162 an zwei Netzknoten verbunden. Zuerst empfängt Puffer 164 an Kollektor 186 eine Eingangsgleichvorspannung V_IN von der Gleichspannungsquelle 170, durch die auch L₈ von Schwingungserzeuger 162 vorgespannt wird. Puffer 164 ist zudem an Emitter 180 von Transistor Q₁₀ und Basis 184 von Transistor Q₁₁ mit Schwingungserzeuger 162 verbunden.
Ausgangsstufe 166 ist zum Zweck des Übertragens des Schwingungssignals mit Puffer 164 verbunden. Der Ausgang von Puffer 164, der einen Schwingungsausgang bei der Resonanzfrequenz besitzt, wird zu Stufe 166 übertragen. Stufe 166 umfasst zusätzlich eine Vorrichtung 174 zum Anpassen der Ausgangsimpedanz der Schaltung. Schließlich umfasst Ausgangsstufe 166 eine Antenne in Form eines Induktors L₁₀ zum Abstrahlen des resultierenden Schwingungssignals.
Es sollte angemerkt werden, dass die Schwingungserzeuger- und Sendeschaltungen besonders zur Verwendung bei ferngesteuerten, schlüssellosen Zugangssystemen innerhalb eines kompakten Gehäuses angebracht und vorteilhaft so ausgebildet werden können, dass sie Steuersignale senden. Für eine solche Anwendung könnte der Benutzer die V_DATA-Eingabe manuell aktivieren, um das Trägersignal mit der ausgewählten Information zu codieren. Das Trägersignal und die Modulationsinformation werden anschließend mit Hilfe von Ausgangsschwüngungsskreisen von den Sendeschaltungen abgestrahlt. Ein Empfänger, der üblicherweise innerhalb eines Fahrzeugs angebracht ist, würde das abgestrahlte Signal empfangen, die Modulationsinformation decodieren und die ausgewählte Operation, wie beispielsweise das Auf- oder Abschließen der Fahrzeugtür oder das Aktivieren oder Deaktivieren des Alarmsystems, initiieren und/oder ausführen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen erzielen diese Schaltungen vorteilhaft eine erhöhte Ausgangsleistung und halten dabei einen effizienten Leistungsverbrauch ein.
Außerdem sollte es ersichtlich sein, dass verschieden große Komponenten, die modifiziert werden können, benutzt werden können. Ein Beispiel sind die Induktoren L₈ und L₉, die beide eine Induktivität von jeweils ungefähr 40 nH besitzen. Die Kondensatoren C₁₇ und C₁₈ könnten jeweils eins Kapazität von ungefähr 4,7 pF besitzen, während Kondensator C₁₆ eine Kapazität von etwa 22 pF hat. Widerstand R₂₂ könnte einen Widerstandswert von etwa 6,8 kΩ haben, während Widerstand R₂₄ einen Wert von etwa 180 kΩ hat.
Nun werden mit speziellem Verweis auf die 11 bis 13 spezifische, beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Mit Verweis auf 11 wird ein Blockdiagramm eines Systems 200 zur selektiven Schwingung bei einer ersten oder einer zweiten Frequenz erklärt. System 200 umfasst einen Schwingungserzeuger 220 zur Erzeugung eines Schwingungsausgangs bei f₁ oder f₂ und eine Antenne 225 zum Senden des Schwingungsausgangs. Schwingungserzeuger 220 umfasst im Allgemeinen einen Resonator (nicht dargestellt), wie etwa einen AOW- oder einen Volumenschallwellen-Resonator, zur Erzeugung eines Bezugssignals und einen Verstärker (nicht dargestellt) zum Verstärken des Bezugssignals sowie einen Resonanzkreis (nicht dargestellt), der einen Induktor und einen Kondensator enthält, zur Erzeugung des Schwingungsausgangs als Reaktion auf den das Bezugssignal verstärkenden Verstärker. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist Schwingungserzeuger 220 eine Colpitts-Schwingungserzeugerschaltung. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Schwingungserzeuger 220 eine symmetrische Schwingungserzeugeranordnung.
System 200 umfasst zudem eine Schaltvorrichtung 205. Schaltvorrichtung 205 stellt als Reaktion auf das Auswählsignal 210 einen Schwingungserzeuger 220 mit einer ersten (Z₁) oder einer zweiten (Z₂) Impedanz 215 bereit. Als Ergebnis dieser Konfiguration schwingt der Schwingungsausgang von System 200 bei einer ersten Frequenz f₁, wenn Schwingungserzeuger 200 die erste Impedanz (Z₁) bereitgestellt wird, während der Schwingungsausgang von System 200 bei einer zweiten Frequenz f₂ schwingt, wenn Schwingungserzeuger 200 die zweite Impedanz (Z₂) bereitgestellt wird.
Schaltvorrichtung 205 schaltet zwischen der ersten (Z₁) und der zweiten Impedanz 215 mit Hilfe des Spannungspegels von Auswählsignal 210 um. Als solches wird die erste Impedanz (Z₁) aktiviert, wenn Auswählsignal 210 auf einem ersten Spannungspegel liegt, während die zweite Impedanz (Z₂) aktiviert wird, wenn das Auswählsignal 210 auf einem zweiten Spannungspegel liegt. Außerdem haben beide Impedanzen, sowohl die erste (Z₁) als auch die zweite (Z₂), im Gegensatz zur üblichen Praxis feste, vom Spannungspegel des Auswählsignals 210 unabhängige Impedanzwerte. Somit stellt die vorliegende Erfindung sowohl eine erste als auch eine zweite Impedanz bereit, die beide nicht für Driften anfällig sind.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Schaltvorrichtung 205 einen Bipolar-Flächentransistor. Als Ergebnis schaltet Schaltvorrichtung 205 als Reaktion auf Auswählsignal 210 zwischen einem Sättigungsarbeitsbereich und einem an/aus-Arbeitsbereich um. Um ungewollte Reflexionen zu eliminieren, die erzeugt werden, wenn der Transistor während des Übergangs zwischen Sättigungsbereich und aus-Bereich in einen aktiven Bereich fällt, wird noch ein Filter (nicht dargestellt) eingebaut.
Mit Verweis auf 12 wird eine erste Schaltungsrealisierung 230 des Systems 200 aus 11 erklärt. Die erste Schaltungsrealisierung 230 umfasst einen Schwingungserzeuger 235 und einen Modulator 240 Schwingungserzeuger 230 umfasst einen Colpitts-Schwingungserzeuger. Für den Fachmann sollte klar sein, dass Schwingungserzeuger 230 durch andere Schwingungserzeugergestaltungen realisiert werden könnte.
Colpitts-Schwingungserzeuger 235 umfasst einen Transistor Q₁₃ und einen Eingangsresonanzschwingungskreis. Der Schwingungskreis umfasst im Allgemeinen einen Resonator, wie etwa eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung 245, und ein Rückkopplungskondensatorenpaar C₂₂ und C₂₃. Schwingungserzeuger 235 beinhaltet außerdem zur Erleichterung der korrekten Arbeitsweise von Transistor Q₁₃ auch eine Anzahl an Vorspannwiderständen. Die erste Schaltungsrealisierung 230 umfasst zusätzlich einen Induktor L₂₁, der als Antennenbauteil zum Abstrahlen des resultierenden Schwingungsausgangssignals funktioniert.
Transistor Q₁₃ umfasst strukturell betrachtet eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter. Der Basisanschluss ist mit dem akustischen Oberflächenwellen-Resonator 245 verbunden, und der Kollektor ist mit Induktor L₁₂ verbunden, während der Emitter über einen Widerstand R₃₁ mit Erde verbunden ist. Rückkopplungskondensator C₂₃ liegt zusätzlich zwischen Emitter und Erde und somit parallel zu Widerstand R₃₁. Rückkopplungskondensator C₂₂ liegt zwischen dem Kollektor und dem Emitter. Ein dritter Kondensator C₂₄ liegt zudem zwischen Induktor L₁₁ und Erde, um eine hohe Kapazität bereitzustellen und so eine konstante Gleichspannung beizubehalten.
Die erste Schaltungsrealisierung 230 ist – und im Besonderen L₁₃ und C₂₄- mit einer Gleichspannungsquelle verbunden, um eine Eingangsgleichvorspannung V_IN, üblicherweise 6V, zu empfangen. Schaltung 230 empfängt zur Codierung des HF-Trägersignals zudem mit Hilfe einer Schaltvorrichtung oder eines Modulators 240 eine Dateneingangs-Signal V_DATA Wie hierin oben detailliert beschrieben erzeugt Schaltung 230 über Induktor L₁₁ ein Strahlungsausgangssignal. Dadurch erzeugt der als Verstärker wirkende Transistor Q₁₃ in Verbindung mit dem Resonanzschwingungskreis eine Resonanzsignal, das Induktor L₁₁ als ein Schwingstromsignal bereitgestellt wird. Die Leitung des Schwingstromsignals durch Induktor L₁₃ wiederum veranlasst das Strahlungsausgangssignal dazu, als elektromagnetisches Feld übertragen zu werden.
Modulator 240 stellt als Antwort auf Dateneingangsspannungssignal V_FM-DATA eine erste oder eine zweite Impedanz bereit. Beide Impedanzen, sowohl die erste als auch die zweite, sind fest und unabhängig vom Spannungspegel des Dateneingangsspannungssignals V_FM-DATA, so dass der durch Induktor L₁₃ laufende, Schwingstromausgang eine erste Schwingungsfrequenz hat, wenn die erste Impedanz aktiv ist, und ein zweite Schwingungsfrequenz, wenn die zweite Impedanz aktiv ist.
Modulator 240 wird durch eine Transistorschaltung realisiert, die einen Transistor Q₁₂ umfasst. Transistor Q₁₂ wird möglichst mit Hilfe eines Bipolar-Flächentransistors realisiert, obwohl auch ein Feldeffekttransistor verwendet werden könnte: Transistor Q₁₂ umfasst eine Basis, die über einen Eingangswiderstand R₂₆ mit dem Dateneingangsspannungssignal V_FM-DATA verbunden ist, einen Kollektor, der mit einem Netzknoten zwischen einem Widerstand R₂₈ und dem Transistor C₂₃ verbunden ist, und einen Emitter, der mit Erde verbunden ist. Der Netzknoten zwischen Widerstand R₂₈ und Transistor C₂₃ stellt eine feste Impedanz vom Kollektor von Transistor Q₁₂ bereit. Durch diese Gestaltung wechselt Modulator 240 zwischen der festen Impedanz allein (während Q₁₂ im aus-Arbeitsbereich ist) und der festen Impedlanz in Verbindung mit der Impedanz, die sich durch Transistor Q₁₂ ergibt, wenn sich dieser im Sättigungsarbeitsbereich befindet, hin und her.
Modulator 240 umfasst zusätzlich ein Filter 250. Filter 250 wird hinzugefügt, um ungewollte Reflexionen zu entfernen, die sich ergeben, wenn sich Transistor Q₁₂ in einem aktiven Arbeitsbereich befindet. Filter 250 umfasst einen Widerstand R₂₇ und einen mit Erde verbundenen Transistor C₂₀. Abhängig vom Spannungspegel des Dateneingangsspannungssignals V_FM-DATA arbeitet Transistor Q₁₂ entweder im aus- oder im Sättigungsbereich. Eine Änderung des Spannungspegels des Dateneingangsspannungssignals V_FM-DATA von hoch auf niedrig oder von niedrig auf hoch veranlasst Transistor Q₁₂ jedoch dazu, vom aus- in den Sättigungsbereich überzugehen oder umgekehrt. Während dieses Übergangs beginnt Transistor Q₁₂für eine bestimmte Zeit im linearen, aktiven Arbeitsbereich zu arbeiten. Dies führt zu eventuell beschädigenden Reflexionen in Schaltung 230, die durch den Einbau von Filter 250 einfach minimiert werden.
Mit Verweis auf 13 wird die bevorzugte Schaltungsrealisierung 255 des Systems 200 aus 11 dargestellt. Hier umfasst Schaltung 255 einen symmetrischen Schwingungserzeuger 260 und eine Modulator 265. Der symmetrische Schwingungserzeuger 260 umfasst einen ersten und einen zweiten Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger. Beide Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger sind zueinander symmetrisch und teilen sich für die Ausgangsleistungseffizienz einen gemeinsamen Schwingungskreis und ein Schwingstromsignal.
Gemäß einer detaillierteren Beschreibung beinhaltet der Schwingungserzeuger 260 zum Herstellen eines lokalen Schwingungssignals zwei Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeugerschaltungen. Der Schwingkreis beinhaltet einen ersten Transistor Q₁₄ und einen zweiten Transistor Q₁₈, die beide jeweils mit einer dazwischen liegenden Resonatorvorrichtung 270 verbunden sind. Resonatorvorrichtung 270 arbeitet als Reihenresonanzschwingungskreis zur Erzeugung und Stabilisierung des schwingenden Stromsignals, das die Induktoren L₁₂ und L₁₃ antreibt. Dadurch wird eine HF-Resonanzträgertrequenz erreicht.
Sowohl der erste als auch der zweite Transistor, Q₁₄ und Q₁₅, umfassen jeweils möglichst einen Bipolar-Flächentransistor. Alternativen wie ein bipolarer Heteroübergangs-Transistor sollten für den Fachmann jedoch leicht ersichtlich sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind beide Transistoren Q₁₄ und Q₁₈ bipolare Transistoren des MMBTH10-Typs.
Beide Transistoren, Q₁₄ und Q₁₈, arbeiten jeweils als Verstärkerstufe mit einem Verstärker mit Kreisverstärkungsfaktor eins zur Sicherung der Arbeit im eingeschwungenen Zustand. Beide Transistoren, Q₁₄ und Q₁₈, umfassen eine Basis, einen Kollektor sowie einen Emitter und sind als Pseudo-Colpitts-Schwingungserzeuger mit einem abgestimmten LC-Schaltkreis und einer positiven Rückkopplung konfiguriert. Für den Fachmann sollte ersichtlich sein, dass verschiedenste andere Transistor-Schwingungserzeuger-Gestaltungen in die obige Anordnung eingesetzt werden könnten, um die selben funktionalen Zwecke zu erfüllen.
Resonatorvorrichtung 270 ist mit den Basen der Transistoren Q₁₄ und Q₁₈ verbunden. Außerdem sind die Widerstände R₃₄ beiziehungsweise R₄₀ an den Netzknoten zwischen den Basen der beiden Transistoren Q₁₄ und Q₁₈ und Resonator 270 angeschlossen und laufen zur Erde, um die Arbeit der Transistoren Q₁₄ beziehungsweise Q₁₈ weiter zu erleichtern. Resonator 270 arbeitet vorteilhaft zur Stabilisierung der Schwingungen des Trägersignals. Resonatorvorrichtung 270 umfasst möglichst eine akustische Oberflächenwellen(„AOW")-Vorrichtung für einen Reihenresonanzschwingungskreis. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist Resonator 270 jedoch ein von RF Monolithics, Incorporated, hergestellter und verkaufter RO2073-AOW-Resonator.
Schaltung 255 umfasst zudem ein Ausgangschwingungskreispaar. Jeder der Ausgangsschwingungskreise beinhaltet einen Kondensator und eine Induktor; der erste Eingangschwingungskreis umfasst einen ersten Induktor L₁₂, und der zweite Eingangsschwingungskreis umfasst einen zweiten Induktor L₁₃. Beide Induktoren, L₁₂ und L₁₃, wirken jeweils als Antennenabstrahlbauteile zum Abstrahlen eines Ausgangssignals als Reaktion auf das Schwingstromsignal, das durch die beiden Induktoren fließt. Der erste Induktor L₁₂ liegt zwischen dem Kollektor von Transistor Q₁₄ und einem Netzknoten, der Widerstand R₃₃, einen ersten Modulatorwidertand R₃₈ und das Eingangsspannungssignal V_IN umfasst. Entsprechend liegt Induktor L₁₃ zwischen dem Kollektor von Transistor Q₁₈ und dem selben Netzknoten, der auch Widerstand R₃₉, einen zweiten Modulatorwiderstand R₃₅ und das Eingangsspannungssignal V_IN umfasst. Demgemäß sind die Induktoren L₁₂ und L₁₃ zusammen mit diesem Knoten als Reihenschaltung verknüpft.
Eine Eingangsspannungsquelle wird mit den Netzknoten verbunden, um dort das Gleichspannungsseingangssignal V_IN anzulegen. In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist das Gleichspannungsseingangssignal V_IN ein +3 Volt Gleichspannungssignal. Durch das Anlegen der +3 Volt zwischen die Induktoren L₁₂ und L₁₃ werden die Transistoren Q₁₄ und Q₁₈ vorgespannt und so die notwendige Verstärkung realisiert. Beide Induktoren L₁₂ und L₁₃ wirken jeweils als Antenne zum Senden und Abstrahlen eines elektromagnetischen Feldes, das dem Schwingungssignal mit der vorbestimmten Trägerfrequenz entspricht.
Modulator 265 stellt als Reaktion auf eine FM-Dateneingabe funktionsgemäß eine erste oder eine zweite Impedanz bereit. Zu diesem Zweck umfasst Modulator 265 einen FM-Dateneingang, der sowohl durch einen Eingangswiderstand R₃₆ mit den Ausgangsleitungen von Resonator 270 als auch mit einer gespiegelten Transistorschaltung verbun den ist. Der FM-Dateneingang ist so eingestellt, dass er ein an/aus-Dateneingangssignal V_FM-DATA empfängt, das über die gespiegelte Transistorschaltung an beide Seiten des AOW-Resonators 270 angelegt wird. Das FM-Dateneingangssignal V_FM-DATA kodiert das Trägersignal nach einem Modualtionsschema; um Informationen auf dem Trägersignal bereitzustellen. Das bevorzugte Modulationsformat ist die Frequenzumtastung („frequency shift key" FSK), obwohl andere Schemata, wie unter anderem die Pulsweitenmodulation („PWM"), von jedem Fachmann leicht eingesetzt werden könnten.
Die gespiegelte Transistorschaltung von Modulator 265 umfasst ein Transistorenpaar, Q₁₅ und Q₁₆. Die Basen jeder der beidem Transistoren Q₁₅ und Q₁₆ sind an den Netzknoten angeschlossen, der den FM-Dateneingangswiderstand R₃₆ und ein Filter 275 verbindet. Um als Reaktion auf den Spannungspegel von V_FM-DATA zwischen einer ersten und einer zweiten Impedanz hin- und herzuschalten, umfasst der Modulator ein Widerstand-Kondesator-Zweigpaar. Der erste Ast von jedem der Zweige des Paars umfasst jeweils einen Widerstand, R₃₅ beziehungsweise R₃₈, die an den Netzknoten angeschlossen sind, an den das Dateneingangssignal V_IN angelegt wird, Induktoren L₁₂ und L₁₃ sowie Widerstände R₃₃ und R₃₉. Der zweite Ast von jedem der Zweige umfasst einen Kondensator, C₂₇ und C₂₉, die mit den Ausgängen von Resonafor 270 verbunden sind. Zwischen jedem der Äste von jedem der Zweige liegt ein Kollektorknoten, an den jeweils der Kollektor eines entsprechenden Transistors, Q₁₅ und Q₁₆, angeschlossen ist. Die Emitter der beiden Transistoren Q₁₅ und Q₁₆ sind des Weiteren mit Erde verbunden.
Filter 275 wird eingebaut, um ungewollte Reflexionen zu entfernen, die entstehen, wenn die Transistoren Q₁₅ und Q₁₆ in einem aktivern Bereich arbeiten. Filter 275 umfasst einen Widerstand R₃₇ und einen Kondensator C₂₈, die mit Erde verbunden sind. Abhängig vom Spannungspegel des Dateneingangssignals V_FM-DATA arbeiten die Transistoren Q₁₅ und Q₁₆ entweder im aus- oder im Sättigungbereich. Ein Änderung des Spannungspegels des Dateneingangssignals V_FM-DATA von hoch auf niedrig oder von niedrig auf hoch veranlasst die Transistoren Q₁₅ und Q₁₆ jedoch dazu, vom aus- in den Sättigungsbereich überzugehen oder umgekehrt. Während dieses Übergangs beginnen die Transistoren Q₁₅ und Q₁₆ für eine gewisse Zeit im linearen, aktiven Arbeitsbereich zu arbeiten. Dies führt zu eventuell beschädigenden Reflexionen in Schaltung 255, die durch den Einbau von Filter 275 einfach minimiert werden. Der AOW-Resonator 270 stellt einen Eingangschwingungskreis bereit, den sich das Pseudo-Colpitts-Paar üblicherweise teilt. Induktor L₁₂ bildet zusammen mit den Kondensatoren C₂₅ und C₂₆ einen ersten Ausgangsschwingungskreis. Entsprechend bildet Induktor L₁₃ zusammen mit den Kondensatoren C₃₀ und C₃₁ einen zweiten Ausgangsschwingungskreis. Während der Eingangsreihenschwingungskreis die Schwingung des Resonanzsignals stabilisiert, bewerkstelligen die Ausgangsschwingungskreise das Abstrahlen des HF-Ausgangssignals. Die Kondensatoren C₂₅ und C₂₆ bilden außerdem ein Spannungsteilemetzwerk und liefern einen positiven Rückkopplungspfad zu Transistor Q₁₄. Entsprechend erzeugen die Kondensatoren C₃₀ und C₃₁ einen Spannungsteiler und einen positiven Rückkopplungspfad zu Transistor Q₁₈. In den Kondensatoren C₂₅, C₂₆, C₃₀, C₃₁ und den Induktoren L₁₂ und L₁₃ wird Energie effizient gespeichert, um die Abstrahlungseffizienz zu erhöhen, indem die Menge an Energie reduziert wird, die sonst für jeden der Schaltkreise mit den Transistoren Q₁₄ und Q₁₈ benötigt werden würde.
Während die bestimmte Erfindung mit Verweis auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung in einem veranschaulichenden Sinn aufgefasst werden. Es ist klar, dass, obwohl die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, verschiedenste Veränderungen in den veranschaulichenden Ausführungsformen sowie zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung für den Fachmann mit Verweis auf diese Beschreibung ersichtlich sind.

Claims

System (230) zum selektiven Schwingen bei einer ersten oder einen zweiten Schwingungsfrequenz, wobei das System (230) umfasst: einen Schwingungserzeuger (235) zum Bereitstellen eines Schwingungsausgangs (211); und eine Umschaltvorrichtung (140) zum Auswählen einer ersten (Z₁) oder einer zweiten (Z₂) Impedanz in Reaktion auf ein Auswählsignal (V_FM-DATA) mit einer Spannung, wobei jede der Impedanzen unabhängig von der Spannung des Auswählsignals (V_FM-DATA) unveränderlich ist und der Schwingungsausgang bei der ersten Schwingungsfrequenz (f₁) schwingt, wenn die erste Impedanz bereitgestellt wird, und bei der zweiten Schwingungsfrequenz (f₂) schwingt, wenn die zweite Impedanz bereitgestellt wird, wobei die Umschaltvorrichtung einen Transistor (Q₁₂) umfasst, der in eine Sättigungs-Betriebsart gebracht wird, wenn das Auswählsignal (V_FM-DATA) auf einer ersten Spannung ist, und in eine Aus-Betriebsart gebracht wird, wenn das Auswählsignal (V_FM-DATA auf einer zweiten Spannung ist; dadurch gekennzeichnet, dass das System (230) des Weiteren ein Filter (250) zum Entfernen unerwünschter Reflexionen umfasst, die erzeugt werden, wenn der Transistor (Q₁₂) in eine Aktiv-Betriebsart gebracht wird, wobei das Filter einen Widerstand (R₂₇) und einen Kondensator (C₂₀) umfasst, die zwischen einen Basis-Eingang zu dem Transistor (Q₁₂) und Erde geschaltet sind.
System (230) nach Anspruch 1, wobei der Schwingungserzeuger (235) umfasst: einen Resonator (245) zu Erzeugen eines Bezugssignals; einen Verstärker (Q₁₃) zum Verstärken eines Bezugssignals; und einen Resonanzkreis, der den Schwingungsausgang in Reaktion darauf erzeugt, dass der Verstärker das Bezugssignal verstärkt.
System (230), wobei der Resonator (245) eine Oberflächen-Schallwellen(surface acoustic wave – SAW)-Vorrichtung umfasst.
System (230) nach Anspruch 2, wobei der Resonanzkreis einen Kondensator und einen Induktor umfasst.
System (230) nach Anspruch 2, wobei der Verstärker wenigstens einen Bipolar-Flächentransistor oder einen Feldaffekttransistor umfasst.
System (230) nach Anspruch 1, wobei der Schwingungserzeuger einen symmetrischen Colpitts-Schwingkreis umfasst.
System (230) nach Anspruch 1, wobei das Auswählsignal (V_FM-DATA) Frequenzmodulationsträger darstellt, so dass die Umschaltvorrichtung (245) als ein Modulator wirkt.
System nach Anspruch 7, wobei der Modulator wenigstens Frequenzumtastungs (frequency shift key – FSK)-Modulation oder Frequenzmodulation (frequency modulation – FM) verwendet.
System nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Antenne zum Senden des Schwingungsausgangs umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Impedanz eine Kapazität von ungefähr 6 pF und einen Widerstand von ungefähr 100 Ω umfasst und die zweite Impedanz eine Kapazität von ungefähr 10 pF und einen Widerstand von ungefähr 10000 Ω umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die zweite Impedanz nur eine unveränderliche Impedanz umfasst, wenn sich der Transistor (Q₁₂) in einer Aus-Betriebsart befin det, und die erste Impedanz die unveränderliche Impedanz in Kombination mit der Impedanz umfasst, die dadurch erzeugt wird, dass sich der Transistor (Q₁₂) in einer Sättigungs-Betriebsart befindet.
System nach Anspruch 11, wobei eine Basis des Transistors (Q₁₂) mit dem Auswählsignal (V_FM-DATA) gekoppelt ist und ein Kollektor des Transistors (Q₁₂) zwischen einen Knoten eines Widerstandes (R₂₈) und eines Kondensators (C₂₁) gekoppelt ist und der Knoten des Widerstandes (R₂₈) und des Kondensators (C₂₁) die unveränderliche Impedanz bereitstellt.