DE69930745T2

DE69930745T2 - Demodulatorschaltung unter Verwendung einer Abtast- und Halteschaltung

Info

Publication number: DE69930745T2
Application number: DE69930745T
Authority: DE
Inventors: Michel Burri; Christophe Landez
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2019-10-05
Also published as: EP1091484A1; EP1091484B1; US6407629B1; DE69930745D1; ATE322759T1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Abtast- und Halte-Demodulatorschaltungen und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf Abtast- und Halte-Demodulatorschaltungen zur Verwendung bei Kraftfahrzeug-Wegfahrsperrenanwendungen.
Hintergrund der Erfindung
Es ist wohlbekannt, dass Amplituden- und/oder Phasendemodulation unter Verwendung einer Abtast- und Halte-Schaltung einfach erreicht werden kann. Diese Technik erfordert jedoch genaue Kenntnis der Eingangssignal-Phasenverschiebung relativ zu einem Referenztaktgeber.
Viele Systemparameter können diese Phasenverschiebung beeinflussen, was die Verwendung festgelegter Näherungstechniken verhindert und tatsächliche Messungen erforderlich macht. Der gemessene Wert muss dann in eine geeignete Abtastzeit umgerechnet werden.
Bei Anwendungen wie etwa Kraftfahrzeugwegfahrsperren ist es bekannt, einen Abtast- und Halte-Demodulator in einer elektronischen Basisstations-Steuereinheit (ECU: electronic control unit) zur Positionierung in einem Kraftfahrzeug als eine in zwei Teile unterteilte Schaltung zu implementieren: ein Vorfeld-Empfänger und ein Berechner (typischerweise ein Mikrocontroller). Der Empfänger misst die Phase und sendet diese Messung über einen Bus an den Mikrocontroller. Der Mikrocontroller berechnet die entsprechende Abtastzeit und sendet sie an den Empfänger, um die Demodulation zu beginnen. Ein System dieser Art ist in der europäischen Patentschrift EP 0 745 747 beschrieben.
Diese bekannte Implementierung erfordert es entweder, dass es in dem Basisstationsmodul einen speziellen Mikrocontroller gibt oder dass es zwischen der Basisstation und einem entfernten Mikrocontroller (z.B. in der Haupt-ECU an anderer Stelle in dem Kraftfahrzeug) zusätzliche Schnittstellen und Drähte gibt.
Solch eine Implementierung leidet daher an erhöhten Kosten und/oder Komplexität.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Abtast- und Halte-Demodulatorschaltung zur Verfügung zu stellen, bei der die obigen Nachteile überwunden oder zumindest abgeschwächt werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Abtast- und Halte-Demodulatorschaltung, wie in Anspruch 1 beansprucht, zur Verfügung gestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Damit die vorliegende Erfindung besser verstanden werden kann, soll nun eine Abtast- und Halte-Demodulatorschaltung, die die vorliegende Erfindung verwendet, lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, welches einen Überblick über ein Kraftfahrzeug-Wegfahrsperrensystem zeigt;
2 ein schematisches Blockschaltungsdiagramm einer selbst handelnden Abtast- und Halte-Demodulatorschaltung zur Herstellung in einem einzelnen IC zur Verwendung in dem Basisstationsteil des Kraftfahrzeug-Wegfahrsperrensystems von 1 ist;
3 ein schematisches Blockschaltungsdiagramm eines in der Schaltung von 2 benutzten Controller-Blocks zur Erzeugung verschiedener Steuersignale ist; und
4 graphische Repräsentationen verschiedener Spannungswellenformen zeigt, die bei Verwendung der Schaltung von 2 auftreten.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird zuerst Bezug genommen auf 1. Ein Kraftfahrzeug-Wegfahrsperrensystem 100 umfasst ein Basisstationsteil 110, das ein RF-Sende-/Empfangsgerät aufweist und in einem Kraftfahrzeug 120 zur Steuerung (unter anderem) der Wegfahrsperre des Kraftfahrzeugs positioniert ist. Das Basisstations-Sende-/Empfangsgerät 110 sendet Energie 130 und Daten 140 an das und empfängt Daten 150 von dem RF-Sende-/Empfangsgerät eines Tags 160, der in einem Schlüssel 170 oder einer Karte 180 eingebettet sein könnte. Das Wegfahrsperrensystem 100 verwendet eine Trägerfrequenz von 125 kHz, auf der die Daten in bekannter Weise in codierter Form auf moduliert sind.
Es wird nun auch Bezug genommen auf 2. Der Basisstationsteil 110 enthält eine Abtast- und Halte-Demodulatorschaltung 200. Die Abtast- und Halte-Demodulatorschaltung 200 weist eine Induktionsspule 202 auf, die in Reihe mit einem Kondensator 204 geschaltet ist, um einen Schwingkreis zu bilden. Ein Punkt zwischen der Spule 202 und dem Kondensator 204 ist mit einer Widerstandskette 206, 208 verbunden. Ein Punkt zwischen den Widerständen 206, 208 ist mit einem Anschluss RD verbunden, der mit der Basiselektrode eines bipolaren npn-Transistors 210 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 210 ist mit einem Versorgungsspannungsanschluss VDD verbunden und seine Emitter-Elektrode ist mit dem Eingang eines Abtastschalters 212 verbunden, der unter der Steuerung eines Abtastsignals SAMPLE von dem Steuerungsblock 214 (3, weiter unten beschrieben) steht. Die Emitter-Elektrode des Transistors 210 ist auch über eine Stromquelle 216 mit Masse verbunden.
Der Ausgang des Abtastschalters 212 ist mit dem invertierenden Eingang eines Puffer-Differenzverstärkers 218 verbunden, dessen Ausgang mit seinem nicht-invertierenden Eingang verbunden ist. Der Ausgang des Abtastschalters 212 ist auch über einen Kondensator 220 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Puffer-Verstärkers 218 ist auch mit dem Eingang eines Abtast-Schalters 222 verbunden, der unter der Steuerung eines Abtastsignals SAMPLE2 von dem Steuerblock 214 (3, weiter unten beschrieben) steht. Der Ausgang des Abtastschalters 222 ist mit dem invertierenden Eingang eines Puffer-Differenzverstärkers 224 verbunden, dessen Ausgang mit seinem nicht-invertierenden Eingang verbunden ist. Der Ausgang des Abtastschalters 222 ist auch über einen Kondensator 226 mit Masse verbunden.
Der Ausgang des Puffer-Verstärkers 224 ist auch (über einen Widerstand 228) mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Komparator-Differenzverstärkers 230 verbunden. Der Ausgang des Puffer-Verstärkers 224 ist auch (über einen Widerstand 232) mit dem invertierenden Eingang des Komparator-Verstärkers 230 verbunden. Der Ausgang des Komparator-Verstärkers 230 ist auch mit dem "D"-Eingang eines Latch 234 verbunden. Der "C" Eingang des Latch 234 ist angeschlossen, um ein Latch-Signal LATCH von dem Steuerblock 214 (3, weiter unten beschrieben) zu empfangen, und sein "Q"-Ausgang erzeugt ein Ausgangssignal OUT, welches die demodulierte Ausgabe der Schaltung ist. Der Ausgang des Komparator-Verstärkers 230 ist auch mit einem Eingang eines AND-Gatters 236 mit zwei Eingängen verbunden, dessen anderer Eingang angeschlossen ist, um ein PRESET-Eingangssignal zu empfangen. Der Ausgang des AND-Gatters 236 ist angeschlossen, um einen Schalter 238 zu steuern, der ange schlossen ist, um eine Stromquelle 240 zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss VDD und dem invertierenden Eingang des Komparator-Verstärkers 230 anzuschließen. Der invertierende Eingang des Komparator-Verstärkers 230 ist auch mit je einem Knoten CEXT verbunden, der über einen Kondensator 242 mit Masse verbunden ist. Ein Kraftfahrzeug-Massenknoten AGND ist ebenfalls mit Masse verbunden.
Der Steuerungsblock 214 (3, weiter unten beschrieben) liefert ein 125 kHz Referenzfrequenzsignal REF_FREQUENCY, welches über einen Verstärker 248 an einen Anschluss RD' angelegt wird. Der Anschluss RD' ist mit der Induktionsspule 202 verbunden.
Die Basiselektrode des Transistors 210 ist auch mit dem nicht-invertierenden Eingang des Komparator-Verstärkers 250 verbunden, dessen invertierender Eingang mit Masse verbunden ist. Der Ausgang des Komparator-Verstärkers 250 liefert ein Nulldurchgangssignal ZERO_CROSSING an den Steuerungsblock 214 (3, weiter unten beschrieben).
Man wird verstehen, dass in der Praxis alle diese Komponenten (mit Ausnahme der Induktionsspule 202, des Kondensators 204, der Widerstände 206 und 208 und des Kondensators 242) in einem einzigen integrierten Schaltkreis 244 ausgebildet sind. Die Komponenten 202, 204, 206, 208 und 242 werden als externe Komponenten bereitgestellt, die an den Anschlüssen RD', RD und CEXT an den integrierten Schaltkreis angeschlossen sind.
Es wird nun auch Bezug genommen auf 4. Bei Verwendung der Schaltung der Abtast- und Halte-Demodulatorschaltung 200 von 2 wird ein amplitudenmoduliertes Signal V_RD (4A), welches an dem Schwingkreis 202, 204 empfangen wird, verwendet, um ein ZERO_CROSSING Signal (4B) zu erzeugen und wird von dem Transistor 210 gleichgerichtet, um ein gleichgerichtetes Signal V_A (4C) zu erzeugen. Das gleichgerichtete Signal wird abgetastet und von dem Schalter 212 und dem Kondensator 220 gehalten. Dieses abgetastete und gehaltene Signal wird dann weiter abgetastet und von dem Schalter 222 und dem Kondensator 226 gehalten, um ein Signal V_B (4D) zu erzeugen, welches an den Komparator 230 angelegt wird. Der Komparator 230 vergleicht das abgetastete und gehaltene Signal V_B mit der Spannung V_CEXT (4D), welches auf dem Kondensator 242 gehalten wird, und das Ergebnis des Vergleichs erzeugt ein Pulssignal, das repräsentativ für die Modulationsinformation in dem empfangenen Signal (4A) ist. Das Ausgangssignal aus dem Komparator 230 wird von dem Latch 234 geschaltet, um das demodulierte Schaltungsausgangssignal V_OUT (4D) zu erzeugen.
Es wird nun auch Bezug genommen auf 3. Der Steuerungsblock 214 weist ein 23-Bit-Schieberegister 252 auf, welches ein 125 kHz Signal an seinem "D"-Eingang empfängt. Das Schieberegister 252 ist mit 4 MHz getaktet. Der "Bit 0"-Ausgang des Schieberegisters ist angeschlossen, um ein 125 kHz REF_FREQUENCY-Signal an eine Treiberschaltung (nicht dargestellt) zu liefern. Sechzehn Bits der Schieberegister-Ausgänge von "Bit 7" bis "Bit 22" sind mit einem 16-Bit-Multiplexer 254 verbunden. Der "Bit 7"-Ausgang des Schieberegisters ist auch mit einem Eingang eines GR-Gatters 256 verbunden, von dem ein weiterer Eingang angeschlossen ist, um das ZERO_CROSSING-Signal von dem Verstärker 250 von 2 zu empfangen. Das OR-Gatter 256 weist einen Ausgang auf, der mit einem Eingang eines AND-Gatters 258 verbunden ist, von dem ein weiterer Eingang angeschlos sen ist, um ein 8 MHz Taktsignal zu empfangen. Der Ausgang des AND-Gatters 258 ist mit dem Taktgebereingang eines 4-Bit-Aufwärts-/Abwärts-Zählers 260 verbunden. Der "Bit 7"-Ausgang des Schieberegisters 252 ist auch mit einem Eingang eines AND-Gatters 262 verbunden, von dem ein weiterer Eingang angeschlossen ist, um das ZERO_CROSSING-Signal von dem Verstärker 250 von 2 invertiert zu empfangen. Das AND-Gatter 262 weist einen Ausgang auf, der mit dem "UP"-Eingang des Zählers 260 verbunden ist. Der "Bit 7"-Ausgang des Schieberegisters 252 ist auch invertiert mit einem Eingang eines AND-Gatters 264 verbunden, von dem ein weiterer Eingang angeschlossen ist, um das ZERO_CROSSING-Signal von dem Verstärker 250 von 2 zu empfangen. Der Ausgang des AND-Gatters 264 ist mit dem "DOWN"-Eingang des Zählers 260 verbunden. Die 4-Bit-Ausgabe des Zählers 260 wird an den Multiplexer 254 angelegt. Der Ausgang des Multiplexers 254 ist mit einem Pulsgenerator 266 verbunden, der die Ausgangs-Steuersignale SAMPLE, SAMPLE2 und LATCH erzeugt.
Bei Betrieb der Demodulatorschaltung 200 empfängt der Steuerungsblock 214 von 3 das ZERO_CROSSING-Signal von dem Verstärker 250 und erzeugt an seinem Ausgang die Signale SAMPLE, SAMPLE2 und LATCH, die die Schaltung steuern. Die erste Ausgabe ("Bit 0") des Schieberegisters 252 liefert das 125 kHz Referenzsignal REF_FREQUENCY.
Im idealen Fall ist das Eingangssignal (empfangen von dem Tag 160 mittels des Schwingkreises 202, 204) um 90° phasenverschoben, im Vergleich zu dem Referenzfrequenzsignal. Daher korrespondiert Idealerweise das ZERO_CROSSING-Signal mit dem neunten Ausgang ("Bit 8") des Schieberegisters 252. In anderen Fällen kann der Nulldurchgang variieren und kommt entweder früher oder später als die "Bit 8"- Ausgabe. Zur Anpassung an diese mögliche Varianz gibt der Aufwärts-/Abwärts-Zähler 260 (der bei einer Zählerfrequenz von 8 MHz arbeitet) seiner Phasendifferenz einen vorzeichenbehafteten Wert mit einer Genauigkeit von +/– 125 ns.
Es kann demonstriert werden, dass die beste Abtastzeit zwei Mal die Verzögerung zwischen Nulldurchgang und der "Bit 8"-Ausgabe des Schieberegisters 252 ist. Das Signal SAMPLE kann daher von dem 23-Bit-Schieberegister 252 erzeugt werden, welches mit der Hälfte der Frequenz des Zählers 260 getaktet ist, d.h. 8 MHz/2=4 MHz. In der Praxis werden jedoch die folgenden Verzögerungen berücksichtigt:

• die Nulldurchgangs-Komparatorverzögerung td1 (typischerweise 50 ns);
• die Synchronisierungsverzögerung td2 zwischen dem Nulldurchgang und einem Synchronisierungssignal (das Signal ZERO_CROSSING muss resynchronisiert werden, um Metastabilitätsprobleme zu vermeiden), was dazu führt, dass td2 im Bereich zwischen 62,5 ns und 187,5 ns liegt;
• eine 8 MHz-Taktperiode zwischen dem Synchronisierungssignal und dem Taktsignal des Zählers 260, was eine Verzögerung td3 von 125 ns erzeugt.

Dies führt zu einer Gesamtverzögerung td im Bereich von 237,5 ns bis 362,5 ns. Daher muss, um diese Verzögerung zu gestatten, das Synchronisierungssignal mit der "Bit 9"-Ausgabe des Schieberegisters 252 statt mit dessen "Bit 8"-Ausgabe verglichen werden.
Da die Abtastphase mit der abfallenden Flanke des Signals SAMPLE, das 500 ns lang ist, korrespondiert, wird eine Verdopplung der Phasenverschiebungsverzögerung erreicht, wie in der folgenden Tabelle gezeigt:
Obgleich nur die Erzeugung des Signals SAMPLE oben beschrieben wurde, wird man verstehen, dass die anderen Ausgaben SAMPLE2 (welches dieselbe Pulsbreite aufweist wie das Signal SAMPLE) und LATCH feste Verzögerungen relativ zu dem Signal SAMPLE haben und daher basierend auf dem Timing des oben beschriebenen Signals SAMPLE leicht zu erzeugen sind. Man wird verstehen, dass die oben beschriebene Abtast- und Halte-Schaltung 200 selbst synchron ist und eine Einzel-IC-Lösung zur Verfügung stellt, was es erlaubt; Amplituden- und Phasendemodulation mit einer einzigen Abtast- und Halte-Schaltung durchzuführen, die in dem Basisstationsmodul eines Kraftfahrzeug-Wegfahrsperrensystems verwendet werden kann, ohne dass ein spezieller Mikrocontroller in dem Basisstationsmodul erforderlich wäre oder ohne dass zusätzliche Schnittstellen oder Drähte zwischen dem Basisstationsmodul und einer elektronischen Hauptsteuereinheit an anderer Stelle in dem Kraftfahrzeug erforderlich wären.

Claims

Demodulatorschaltung zur Wiederherstellung von Modulationsinformation aus einem empfangenen, modulierten Trägersignal (V_RD), wobei die Schaltung umfasst: Abtast- und Halte-Mittel (212, 220; 222, 226) zum Abtasten des empfangenen Signals um die darin enthaltenen Modulationsinformation wiederherzustellen, und Steuerungsmittel (214), die mit den Abtast- und Halte-Mitteln (212, 220; 222, 226) gekoppelt sind, um den Betrieb zu steuern dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmittel (214) Schieberegistermittel (252) zum Empfangen eines Signals mit derselben Frequenz wie die Trägerfrequenz des empfangenen, modulierten Trägersignals (V_RD) sowie Pulserzeugungsmittel (254–266), die auf Signale an Ausgängen der Schieberegistermittel (252) und auf ein aus dem empfangenen, modulierten Trägersignal (V_RD) abgeleitetes Signal (ZERO_CROSSING) mit derselben Frequenz wie die Trägerfrequenz des empfangenen, modulierten Trägersignals ansprechen, um Signale (SAMPLE, SAMPLE2, LATCH) zum Steuern des Betriebs der Abtast- und Halte-Mittel (212, 220; 222, 226) zur erzeugen, umfassen.
Demodulatorschaltung wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Pulserzeugungsmittel (254–166) umfassen: Zählermittel (260), die angeschlossen sind, um eine Ausgabe aus den Schieberegistermitteln (252) zu empfangen, und die auf eine Phasendifferenz zwischen der Ausgabe aus den Schieberegistermitteln und dem empfangenen, modulierten Trägersignal (V_RD) ansprechen; Multiplexermittel (254), die angeschlossen sind, um Ausgaben aus den Schieberegistermitteln (252) zu empfangen, und die auf die Zählermittel (260) ansprechen; und Signalformungsmittel (266), die angeschlossen sind, um eine Ausgabe aus den Multiplexermitteln (254) zu empfangen, um Signale zum Steuern des Betriebs der Abtast- und Halte-Mittel (212, 220; 222, 226) zu erzeugen.
Demodulatorschaltung wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die Signalformungsmittel Pulserzeugungsmittel (266) umfassen.
Demodulatorschaltung wie in Anspruch 2 oder 3 beansprucht, wobei die Schieberegistermittel (252) ein 23-Bit-Schieberegister umfassen, die Zählermittel (260) einen 4-Bit-Aufwärts-/Abwärtszähler umfassen und die Multiplexermittel (254) einen 16-Bit-Multiplexer umfassen.
Demodulatorschaltung wie in einem der vorangehenden Ansprüche beansprucht, wobei die Schaltung in einem einzigen integrierten Schaltkreis ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugwegfahrsperreneinheit, enthaltend eine Demodulatorschaltung wie in einem der vorangehenden Ansprüche beansprucht.