EP2010926A2 - Verfahren sowie schaltungsanordnung zur feldstärkebestimmung und integrierter schaltkreis - Google Patents

Verfahren sowie schaltungsanordnung zur feldstärkebestimmung und integrierter schaltkreis

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Publication number
EP2010926A2
EP2010926A2 EP07724550A EP07724550A EP2010926A2 EP 2010926 A2 EP2010926 A2 EP 2010926A2 EP 07724550 A EP07724550 A EP 07724550A EP 07724550 A EP07724550 A EP 07724550A EP 2010926 A2 EP2010926 A2 EP 2010926A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
reference input
circuit
output
field strength
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07724550A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Moser
Helmut Moser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atmel Germany GmbH
Original Assignee
Atmel Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atmel Germany GmbH filed Critical Atmel Germany GmbH
Publication of EP2010926A2 publication Critical patent/EP2010926A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R25/00—Fittings or systems for preventing or indicating unauthorised use or theft of vehicles
    • B60R25/20—Means to switch the anti-theft system on or off
    • B60R25/24—Means to switch the anti-theft system on or off using electronic identifiers containing a code not memorised by the user
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
    • G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
    • G01R29/0871—Complete apparatus or systems; circuits, e.g. receivers or amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/318—Received signal strength
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R2325/00—Indexing scheme relating to vehicle anti-theft devices
    • B60R2325/10—Communication protocols, communication systems of vehicle anti-theft devices
    • B60R2325/105—Radio frequency identification data [RFID]

Definitions

  • the invention relates to a method and a circuit arrangement for field strength determination and an integrated circuit.
  • remote keyless entry systems for motor vehicles unlocking of the motor vehicle is not carried out with a mechanical key, but with an electronic key medium or an electronic key, for example in the form of a molded part, are arranged on the actuators.
  • On or in the key medium one or more integrated circuits are arranged, which realize the function of the electronic key medium or the electronic key.
  • a so-called base station is arranged in the motor vehicle, which communicates wirelessly with the electronic key or exchanges data.
  • an associated operating element on the electronic key is actuated by a user, whereby a data transmission between the electronic key or its integrated circuits and the base station is initiated. If the information transmitted between the base station and the electronic key corresponds to an agreed protocol and has the expected content, the motor vehicle is unlocked with the aid of the base station.
  • the key medium For receiving the low-frequency carrier signal, the key medium comprises an antenna circuit with an antenna, for example in the form of a coil, the antenna circuit generating an output, for example a voltage, which is a function of the field strength and a function of characteristic parameters of the antenna circuit.
  • the output is used to determine the removal of the key medium from the base station or from one or more transmit antennas of the base station. If more than one transmission antenna are provided at different positions, for example in a front region and in a rear region of the motor vehicle, the position of the user or the user can also be determined on the basis of two determined distances to the respective antennas by so-called triangulation. the key medium are determined relative to the motor vehicle.
  • the distance between the antenna of the base station and the antenna of the antenna circuit of the key medium has been determined, it is subsequently checked whether the determined distance is within a permitted tolerance range. If this is the case, access to the motor vehicle is made possible by unlocking all or only certain locks. The unlocking only certain locks can be made dependent on which position with respect to the motor vehicle, the user is.
  • a distance is also determined in the key medium by means of a field strength measurement. Position determination performed. If the position determination indicates that the operator is at the position required to start the engine, the engine is started.
  • an output variable is generated for the distance measurement by the antenna circuit, for example an output signal.
  • the characteristic parameters of a respective antenna circuit form the tolerances, manufacturing variations and other specific properties of the components of the respective antenna circuit.
  • each antenna circuit has its specific, characteristic parameters, which in practice can differ greatly from one another, different antenna circuit voltages result in different output voltages of the antenna circuits in the case of different antenna circuits with the same field strength. If, for example, a non-characteristic table is stored in the respective key medium for the distance calculation, in which an assignment of output voltage to field strength is stored, this can lead to significant errors in the distance calculation.
  • a complex measurement of the key media or of the antenna circuits during a production process usually takes place.
  • a known reference field strength from the outside can be predetermined by a calibration station, which serves to generate a calibration variable on the respective key medium.
  • This method is very complex and only takes into account the parameter situation during the calibration process. A change in the characteristic parameters due to long-term influences, temperature and variable operating voltage can not be detected by the calibration or calibration during the manufacturing process, i. The distance measurement deteriorates accordingly in such long-term influences.
  • Another significant problem is that the antenna circuit or its antenna is more heavily attenuated in response to metallic objects in its environment, such as a keychain, resulting in its characteristic parameters also change significantly depending on the situation. These influences can not be detected by the calibration or calibration during the manufacturing process.
  • a method for measuring characteristic parameters of an antenna system for which purpose a reference input in the form of a carrier signal modulated with a symbol sequence is generated and the antenna system is supplied with the reference input quantity thus generated.
  • the invention has for its object to provide a method for determining the field strength of a carrier signal, a circuit arrangement for determining the field strength of a carrier signal and an integrated circuit for a key medium available that allow a precise, long-term stable field strength measurement, without a complex calibration during a To require a manufacturing process.
  • the invention achieves this object by a method for determining the field strength of a carrier signal according to claim 1, a circuit arrangement for determining the field strength of a carrier signal according to claim 11 and an integrated circuit according to claim 16.
  • the antenna circuit In the method for determining the field strength of a carrier signal on an antenna of an electronic circuit antenna circuit, the antenna circuit generates an output which is a function of the field strength and a function of characteristic parameters of the antenna circuit.
  • the characteristic parameters of a respective antenna circuit form the tolerances, manufacturing variations and other specific properties of the components of the respective antenna circuit.
  • the characteristic parameters are determined in the electronic key on the basis of a reference generated in the electronic key itself. measured during the measurement of the characteristic parameters, that is, the reference input is used during the measurement as an input to the antenna circuit. Subsequently, the characteristic parameters are stored.
  • a first, field-related output of the antenna circuit is measured, wherein in the measurement of the first output of the antenna circuit is not acted upon by the reference input.
  • the field strength is determined on the basis of the first output variable and the characteristic parameters, wherein in particular an influence of the characteristic parameters on the first output variable is compensated.
  • the measurement of the characteristic parameters can be cyclical, whereby a continuous calibration of the antenna circuit can take place.
  • the generation of the in-circuit reference input variable allows calibration even without a complicated calibration process during production. Since the calibration can be carried out continuously, a precise, long-term stable field strength measurement is possible, which also takes into account changing environmental conditions, for example metallic objects in the surroundings of the key medium or of the antenna circuit.
  • the reference input variable is generated in the form of a reference input voltage and / or a reference input current with a predetermined reference frequency and reference amplitudes
  • a second output variable is measured when the reference input variable is present and the characteristic parameters are determined from the second output variable.
  • the characteristic parameters may be identical to the second output variable or the second output variable may be a measure of the characteristic parameters.
  • the quotient of the first field-strength-related output variable and the second reference input-variable-related output variable is preferably formed.
  • the reference frequency is set equal to a frequency of the carrier signal. In this way, the characteristic parameters are determined by the reference variable at the relevant operating frequency.
  • the reference frequency is derived from a frequency of the carrier signal. In this way it can be ensured that the calibration by the reference input quantity also takes place at the actual operating frequency of the antenna circuit.
  • a distance between the antenna and a transmitting antenna of a transmitter of the carrier signal is determined from the determined field strength.
  • the field strength is preferably additionally determined on a second antenna and on a third antenna of the antenna circuit, wherein the antennas are perpendicular to one another and a distance between the antennas and a transmitting antenna of a transmitter of the carrier signal is determined by superposition from the determined field strengths , By vectoring the field strengths calculated per antenna, it is possible to calculate the distance independently of an orientation of the antennas or the key medium with respect to the transmitting antenna.
  • the antenna and a transmitting antenna of a transmitter of the carrier signal are transformer-coupled.
  • inductive coupling reference is made to the textbook by Klaus Finkenzeller, RFID Handbook, 3rd ed., HANSER, 2002, see in particular chapter 3.2.1 "inductive coupling", pages 42 to 45.
  • a parallel resonant circuit or a series resonant circuit is formed by the antenna circuit.
  • the frequency of the carrier signal is in a range from 50 kHz to 150 kHz or in a range from 5 MHz to 25 MHz.
  • the circuit arrangement according to the invention for determining the field strength of a carrier signal has an antenna circuit with an antenna and an output terminal at which an output quantity in the form of an output voltage and / or an output current is present, which is a function of the field strength and a function of characteristic parameters of the antenna circuit is.
  • a reference input quantity generating unit is provided for generating a reference input quantity in the form of a reference input voltage and / or a reference input current with a known reference frequency and reference amplitude and a controllable switching unit coupled to the antenna circuit and the reference input variable generating unit, which supplies the antenna circuit with the reference input variable depending on the control state or the antenna circuit of FIG decoupled from the reference input quantity.
  • the circuit arrangement further comprises an evaluation unit, which is designed such that it evaluates an output variable when the reference input quantity is not applied and an output variable when the reference input quantity is applied to determine the field strength.
  • the evaluation unit may be, for example, a microcontroller with low power consumption.
  • the reference input quantity generating unit is an oscillator.
  • the oscillator may include, for example, a PLL, crystals, voltage controlled oscillators, etc.
  • the antenna circuit has an antenna coil and a capacitor, which together form a parallel resonant circuit.
  • the switching unit has a first switch, which is looped in between a terminal of the capacitor and a reference potential, in particular ground, and a second switch, which is looped in between the terminal of the capacitor and a terminal of the reference input quantity generating unit to which the reference input is pending.
  • the switches are driven so that the reference input serves as an input to the antenna circuit when the characteristic parameters are determined, and that the antenna circuit is decoupled from the reference input and the reference input when the field strength is measured.
  • the antenna circuit is designed for a transformer coupling with a transmitting antenna of a transmitter of the carrier signal.
  • the integrated circuit according to the invention for a key medium of a Passive E ntry and / or a Passive-Go system is designed for coupling with a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a passive entry / passive go system for automatic, distance-dependent unlocking and / or locking and keyless starting a motor vehicle
  • FIG. 2 is a detailed block diagram of a key medium and a base station of FIG. 1 and FIG
  • FIG. 3 is a detailed block diagram of an antenna circuit of an LF transmitter / receiver of FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a Passive Entry / Passive Go (PEG) system for automatic, distance-dependent unlocking and / or locking and for keyless starting of a motor vehicle 100.
  • PEG Passive Entry / Passive Go
  • the PEG system comprises a base station 110 which is arranged in the motor vehicle 100, and at least one card-shaped electronic key medium 200 assigned to the base station 110.
  • a user of the key medium 200 When a user of the key medium 200, not shown, actuates a door handle 120 of the motor vehicle 100, this is detected in the motor vehicle 100 and reported to the base station 110, for example via a motor vehicle bus system (not shown).
  • the base station 110 then sends a low frequency (LF) carrier signal at a frequency of 125kHz via an LF antenna of the base station 110 in the form of a coil 114 to the electronic key medium 200.
  • the key medium 200 transmits after receiving the LF carrier signal and a Distance determination based on a field strength of the LF carrier signal calculated in the key medium 200, a signal with unlocking information in a UHF frequency range to the base station 110 when the determined or calculated distance is in an allowable range.
  • LF low frequency
  • the UHF signal is received at a UHF antenna 115 of the base station 110, and when the information transmitted from the key medium 200 to the base station 110 is protocol compliant, the motor vehicle 100 is unlocked and the user can be seated, for example, on a driver's seat of the motor vehicle, not shown Take 100 seats.
  • the user presses a start button, whereupon in turn the low-frequency LF carrier signal is sent to the key medium 200.
  • a start release is sent to the base station 110 from the key medium 200, again via the UHF channel.
  • the UHF transmission is based on a so-called far field coupling and the LF transmission on an inductive or transformer coupling in the near field. If more than one antenna 114 is arranged at different positions of the motor vehicle 100, in addition to a distance measurement, a position measurement relative to the motor vehicle 100 can also be carried out by determining the respective antenna field strength, calculating the distance to the respective antenna from the field strength and subsequent triangulation.
  • FIG. 2 shows a detailed block diagram of the key medium 200 and the base station 110 of FIG. 1.
  • the base station 110 includes an LF transmitter / receiver 111 and the LF antenna 114 connected to the LF transmitter / receiver 111 in the form of a coil, a UHF transmitter / receiver 113, and the UHF connected to the UHF transmitter / receiver 113 Antenna 115 and a microprocessor 112 which is coupled to the LF transceiver 111 and the UHF transceiver 113 and exchanges bidirectionally with data to be transmitted and received.
  • the key medium 200 comprises an LF transmitter / receiver 201 for so-called 3D reception, to which antennas 202, 203 and 204 are connected in the form of coils.
  • the antenna coils or axes of symmetry in the winding direction of the antenna coils 202, 203 and 204 are each perpendicular to each other.
  • the field strengths calculated per antenna may be construed as components of a 3-dimensional field strength vector the magnitude of which depends on the distance of the key medium 200 from the transmitting antenna 114 of the base station 110 but which is independent of an orientation of the key medium 200 relative to the transmitting antenna 114 is.
  • the key medium 200 For UHF transmission, the key medium 200 comprises a UHF transmitter / receiver 207 and a UHF antenna 208 connected to the UHF transmitter / receiver 207.
  • the key medium 200 has a microprocessor 205 coupled to and communicating with the LF transceiver 201 and the UHF transceiver 207 and exchanging bidirectional data to be transmitted and received, and a battery 206 for powering .
  • the LF transmitter / receiver 201 additionally outputs a respective field strength signal associated with the antennas 202, 203 and 204 to the microprocessor 205.
  • LF data transmission takes place unidirectionally from the base station 110 to the key medium 200, in which case the unit 111 is merely a transmitter and the unit 201 is merely a receiver.
  • the UHF data transmission may be unidirectional from the key medium 200 to the base station 110, in which case the unit 207 is merely a transmitter and the unit 113 is merely a receiver.
  • both the LF data transmission and the UHF data transmission are bidirectional.
  • FIG. 3 shows a detailed block diagram of an antenna circuit 214 of the LF transceiver 201 of FIG. 2. For the sake of clarity, FIG. Visibility is shown in Fig. 3, only one antenna circuit, which is associated with the antenna 202. The antennas 203 and 204 are associated with respective antenna circuits, not shown.
  • the antenna circuit 214 comprises the antenna or antenna coil 202, a resistor 212 which images a copper parasitic resistance of the antenna coil 202, and a capacitor 213.
  • the antenna coil 202 and the capacitor 213 form a parallel resonant circuit.
  • At an output terminal N1 is an output large in the form of an output voltage UAF or UAI, which is a function of the field strength of the LF carrier signal and a function of characteristic parameters of the antenna circuit 214 in a normal operation.
  • the output voltage UAF or UAI serves as an analog input variable for an A / D converter (not shown) of the microprocessor 205 and is processed further in this digitized form.
  • a signal with a frequency f ⁇ is provided via a driver stage 209.
  • the signal is supplied to a series resonant circuit with the transmitting antenna coil 114, a resistor 210 and a capacitor 211.
  • a magnetic carrier field generated in the transmitting antenna coil 114 induces a voltage UQ in the antenna coil 202.
  • Equation (1) UQ denotes a voltage induced in the coil 202, ⁇ 0 is the angular frequency associated with the transmission frequency f ⁇ , k a coupling factor, L1 is an inductance of the antenna coil 114, L2 is an inductance of the antenna coil 202, and /, is a current through the transmitting antenna coil 114.
  • the voltage UQ induced in the antenna coil 202 produces the following output voltage UAF:
  • R2 denotes a resistance value of the resistor 212
  • C2 denotes a capacitance of the capacitor 213.
  • the antenna circuit 214 is charged with a reference input variable.
  • the reference input is generated in the form of a reference input voltage Ul by a reference input generating unit in the form of an oscillator 216, which is part of the LF transceiver 201 of FIG.
  • the frequency of the reference input voltage Ul is equal to the frequency f ⁇ of the carrier signal.
  • the amplitude of the reference input voltage U1 is precisely generated with a known value.
  • a switching unit 215 controlled by the microprocessor 205 with a first switch 218 and a second switch 219 is activated such that the switch 218 is opened and the switch 219 is closed.
  • the antenna circuit 214 This causes the antenna circuit 214 to be supplied with the reference input Ul as a simulated input voltage.
  • the switching unit 215 is part of the LF transceiver 201 of FIG. 2.
  • An output voltage UAF which is established at the output terminal N1 of the antenna circuit 214 can be calculated using the following equation:
  • Equation (6) applies to air coils as transmitting antenna 114 and receiving antenna 202. If no air coils are used, equation (6) can be adapted accordingly. For this, the coupling factor dependent on the distance x (by transformation of equation (1))
  • the field strength or the distance is determined as follows:
  • the switching unit 215 is controlled by the micro-processor 205 such that the antenna circuit 214 is supplied with the reference input quantity Ul.
  • the reference input value U1 can be permanently active or can only be activated for the measuring process. It should be known or ensured that the carrier signal is not active. Subsequently, the resulting output voltage UAI is measured and stored.
  • the switching unit 215 After storing the output voltage UAI generated by switching on the reference voltage source 216, the switching unit 215 is controlled by the microprocessor 205 such that the antenna circuit 214 is decoupled from the reference input quantity U L.
  • the now adjusting output voltage UAF is effected by the field of the carrier signal at the antenna coil 202.
  • the actual field strength i. that field strength at which an influence of the characteristic parameters is compensated is calculated by forming the ratio of UAF and UAI and multiplying by the known voltage Ul.
  • the respective field strengths, determined as described above, of the antennas 202, 203 and 204 are superimposed for calculating a total field strength which is independent of the orientation. From the total field strength calculated by conventional vector calculation, the distance is finally calculated using equation (6).
  • the measurement of the voltage UAI can be measured cyclically or triggered by specific events, whereby a change in the characteristic parameters of the antenna circuit, for example due to a temperature drift, is taken into account.
  • a current can be used instead of the reference input in the form of the voltage Ul.
  • switch 218 must remain closed in switching unit 215 during the measurement of the characteristic parameters, and a reference current source feeds its current into a connection node between resistor 212 and capacitor 213.
  • a reference current source feeds its current into a connection node between resistor 212 and capacitor 213.
  • further circuit parts may be provided.
  • an integrated circuit may be provided which is designed to be coupled to the antenna circuit 214. The integrated circuit can then take over, for example, the evaluation of the output voltage UAF or UAI instead of the microprocessor 205.
  • the complete evaluation of the output voltages UAI and UAF takes place in the integrated circuit, whereby the evaluation in the microprocessor 205 is simplified, as there no specific knowledge is required.
  • the switching unit 215 and the reference input generating unit 216 may also be part of the integrated circuit.
  • the embodiments shown enable a precise, long-term stable field strength or distance measurement, without requiring a complex calibration during a manufacturing process.

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Abstract

Eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals umfasst einen Antennenschaltkreis (214) mit einer Antenne (202) und einem Ausgangsanschluss (N1 ), an dem eine Ausgangsgröße in Form einer Ausgangsspannung (UAF) und/oder eines Ausgangsstroms ansteht, die eine Funktion der Feldstärke und eine Funktion von charakteristischen Parametern des Antennenschaltkreises (214) ist; eine Referenzeingangsgrößenerzeugungseinheit (216) zur Erzeugung einer Referenzeingangsgröße in Form einer Referenzeingangsspannung (Ul) und/oder eines Referenzeingangsstroms mit bekannter Referenzfrequenz und Referenzamplitude; eine mit dem Antennenschaltkreis (214) und der Referenzeingangsgrößenerzeugungseinheit (216) gekoppelte, ansteuerbare Umschalteinheit (215), welche den Antennenschaltkreis (214) ansteuerungszustandsabhängig mit der Referenzeingangsgröße (Ul) beaufschlagt oder den Antennenschaltkreis von der Referenzeingangsgröße (Ul) entkoppelt; und eine Auswerteeinheit, die derart ausgebildet ist, dass sie eine Ausgangsgröße (UAF) bei nicht angelegter Referenzeingangsgröße (Ul) und eine Ausgangsgröße (UAI) bei angelegter Referenzeingangsgröße (Ul) zur Bestimmung der FeIdstärke auswertet.

Description

Verfahren sowie Schaltungsanordnung zur Feldstärkebestimmunq und integrierter Schaltkreis
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Feldstärkebestimmung und einen integrierten Schaltkreis.
Bei so genannten Remote-Keyless-Entry-Systemen für Kraftfahrzeuge erfolgt eine Entriegelung des Kraftfahrzeugs nicht mit einem mechanischen Schlüssel, sondern mit einem elektronischen Schlüsselmedium bzw. einem elektronischen Schlüssel, beispielsweise in Gestalt eines Formteils, auf dem Betätigungselemente angeordnet sind. Auf bzw. in dem Schlüsselmedium sind ein oder mehrere integrierte Schaltkreise angeordnet, welche die Funktion des elektronischen Schlüsselmediums bzw. des elektronischen Schlüssels realisieren.
Als Gegenstück zu dem elektronischen Schlüssel ist in dem Kraftfahrzeug eine so genannte Basisstation angeordnet, die mit dem elektronischen Schlüssel drahtlos kommuniziert bzw. Daten austauscht.
Zur Entriegelung bzw. Verriegelung des Kraftfahrzeugs wird durch einen Benutzer ein zugehöriges Bedienelement auf dem elektronischen Schlüssel betätigt, wodurch eine Datenübertragung zwischen dem elektronischen Schlüssel bzw. dessen integrierten Schaltkreisen und der Basisstation initiiert wird. Wenn die zwischen der Basisstation und dem e- lektronischen Schlüssel übertragenen Informationen einem vereinbarten Protokoll entsprechen und den erwarteten Inhalt aufweisen, wird das Kraftfahrzeug mit Hilfe der Basisstation entriegelt.
Bei so genannten Passive-Entry-/Passive-Go-Systemen oder Passive- Entry-Go(PEG)-Systemen ist eine Betätigung des Schlüssels zur Verriegelung bzw. Entriegelung des Kraftfahrzeugs nicht mehr notwendig. Der Benutzer des Kraftfahrzeugs muss lediglich ein elektronisches Schlüsselmedium mit sich führen, beispielsweise in Form einer Karte. Wenn der Benutzer einen Türgriff des Kraftfahrzeugs betätigt, wird dies im Kraftfahrzeug detektiert und an die Basisstation gemeldet. Die Basisstation sendet daraufhin ein niederfrequentes Trägersignal, beispiels- weise mit einer Frequenz von 125kHz, an das elektronische Schlüsselmedium. Zusätzlich können durch das niederfrequente Trägersignal auch Daten zu dem elektronischen Schlüsselmedium übertragen werden.
Zum Empfangen des niederfrequenten Trägersignals weist das Schlüsselmedium einen Antennenschaltkreis mit einer Antenne auf, beispielsweise in Form einer Spule, wobei der Antennenschaltkreis eine Ausgangsgröße, beispielsweise eine Spannung, erzeugt, die eine Funktion der Feldstärke und eine Funktion von charakteristischen Parametern des Antennenschaltkreises ist.
Eine beispielhafte Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Feldstärkeinformation bzw. zur Bestimmung der Feldstärke ist in der deutschen Patentanmeldung DE 101 59 551 A1 derselben Anmelderin beschrie- ben.
Die Ausgangsgröße wird zur Bestimmung der Entfernung des Schlüsselmediums von der Basisstation bzw. von einer oder mehreren Sendeantennen der Basisstation verwendet. Wenn mehr als eine Sendeanten- ne an unterschiedlichen Positionen, beispielsweise in einem vorderen Bereich und in einem hinteren Bereich, des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, kann auf Basis von zwei ermittelten Entfernungen zu den jeweiligen Antennen durch eine so genannte Triangulation auch die Position des Benutzers bzw. des Schlüsselmediums relativ zum Kraftfahrzeug bestimmt werden.
Zur Bestimmung der Feldstärke unabhängig von einer Ausrichtung bzw. Lage des Schlüsselmediums bezüglich der Sendeantenne der Basissta- tion sind Vorrichtungen bekannt, bei denen drei jeweils zueinander senkrecht stehende Antennenspulen vorgesehen sind. Die jeweiligen Feldstärken der Antennenspulen werden zur Berechnung einer resultierenden Feldstärke vektoriell überlagert.
Wenn der Abstand zwischen der Antenne der Basisstation und der Antenne des Antennenschaltkreises des Schlüsselmediums ermittelt wurde, wird nachfolgend überprüft, ob der ermittelte Abstand innerhalb eines erlaubten Toleranzbereichs liegt. Ist dies der Fall, wird der Zutritt zum Kraftfahrzeug durch Entriegeln aller oder nur bestimmter Schlösser ermöglicht. Die Entriegelung nur bestimmter Schlösser kann davon abhängig gemacht werden, an welcher Position bezüglich des Kraftfahrzeugs sich der Benutzer befindet.
Wenn der Benutzer nachfolgend in das Kraftfahrzeug einsteigt und einen Startknopf zum Anlasen des Motors betätigt, wird in dem Schlüsselmedium ebenfalls anhand einer Feldstärkemessung eine Abstandsbzw. Positionsbestimmung durchgeführt. Wenn die Positionsbestimmung ergibt, dass sich der Bediener an der zum Starten des Motors er- forderlichen Position befindet, wird der Motor gestartet.
Neben der Zutrittssteuerung und dem Motorstart gibt es noch zahlreiche weitere Anwendungsszenarien, bei denen eine Abstandsmessung durchgeführt wird, beispielsweise dann, wenn der Bediener aus dem Kraftfahrzeug aussteigt und sich von diesem entfernt.
Aus dem oben Ausgeführten wird deutlich, dass an die Abstands- bzw. Positionsmessung auf Basis der Feldstärkebestimmung des Trägersignals in dem Schlüsselmedium hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden.
Wie oben ausgeführt, wird zur Abstandsmessung durch den Antennenschaltkreis eine Ausgangsgröße erzeugt, beispielsweise eine Aus- - A -
gangsspannung, die eine Funktion der Feldstärke und eine Funktion der charakteristischen Parameter des Antennenschaltkreises ist. Die charakteristischen Parameter eines jeweiligen Antennenschaltkreises bilden die Toleranzen, Fertigungsstreuungen und weitere spezifische Eigen- Schäften der Bauelemente des jeweiligen Antennenschaltkreises ab.
Da jeder Antennenschaltkreis seine spezifischen, charakteristischen Parameter aufweist, die in der Praxis stark voneinander abweichen können, ergeben sich bei unterschiedlichen Antennenschaltkreisen bei iden- tischer Feldstärke unterschiedliche Ausgangsspannungen der Antennenschaltkreise. Wenn zur Entfernungsberechnung beispielsweise eine nicht charakteristische Tabelle in dem jeweiligen Schlüsselmedium hinterlegt ist, in der eine Zuordnung von Ausgangsspannung zu Feldstärke abgespeichert ist, kann dies zu deutlichen Fehlern bei der Entfernungs- berechnung führen.
Um diesem Problem Rechnung zu tragen, erfolgt üblicherweise ein aufwändiges Einmessen der Schlüsselmedien bzw. der Antennenschaltkreise während eines Herstellungsprozesses. Hierzu kann beispielswei- se von einer Einmessstation eine bekannte Referenzfeldstärke von außen vorgegeben werden, die zur Erzeugung einer Kalibriergröße auf dem jeweiligen Schlüsselmedium dient. Dieses Verfahren ist sehr aufwändig und berücksichtigt lediglich die Parametersituation während des Einmessvorgangs. Eine Veränderung der charakteristischen Parameter durch Langzeiteinflüsse, Temperatur und veränderliche Betriebsspannung kann durch das Einmessen bzw. Kalibrieren während des Herstellungsprozesses nicht erfasst werden, d.h. die Entfernungsmessung verschlechtert sich bei derartigen Langzeiteinflüssen entsprechend.
Ein weiteres wesentliches Problem besteht darin, dass der Antennenschaltkreis bzw. seine Antenne in Abhängigkeit von metallischen Gegenständen in seiner Umgebung, beispielsweise einem Schlüsselbund, stärker bedämpft wird, wodurch sich seine charakteristischen Parameter ebenfalls situationsbedingt wesentlich verändern. Auch diese Einflüsse können durch das Einmessen bzw. Kalibrieren während des Herstellungsprozesses nicht erfasst werden.
Aus der GB 2 307 050 A ist ein Verfahren zum Messen von charakteristischen Parametern eines Antennensystems bekannt, wobei hierzu eine Referenzeingangsgröße in Form eines mit einer Symbolfolge modulierten Trägersignals erzeugt wird und das Antennensystem mit der derart erzeugten Referenzeingangsgröße beaufschlagt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals, eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals und einen integrierten Schaltkreis für ein Schlüsselmedium zur Verfügung zu stellen, die eine präzise, langzeitstabile Feldstärkemessung ermöglichen, ohne ein aufwändiges Kalibrieren während eines Herstellungsprozesses zu erfordern.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals nach Anspruch 1 , eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals nach Anspruch 11 und einen integrierten Schaltkreis nach Anspruch 16.
Bei dem Verfahren zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals an einer Antenne eines Antennenschaltkreises eines elektronischen Schlüssels erzeugt der Antennenschaltkreis eine Ausgangsgröße, die eine Funktion der Feldstärke und eine Funktion von charakteristischen Parametern des Antennenschaltkreises ist. Die charakteristischen Parameter eines jeweiligen Antennenschaltkreises bilden die Toleranzen, Fertigungsstreuungen und weitere spezifische Eigenschaften der Bauelemente des jeweiligen Antennenschaltkreises ab. Erfindungsgemäß werden in dem elektronischen Schlüssel die charakteristischen Parameter anhand einer in dem elektronischen Schlüssel selbst erzeugten Refe- renzeingangsgröße gemessen, wobei der Antennenschaltkreis während der Messung der charakteristischen Parameter mit der Referenzeingangsgröße beaufschlagt wird, d.h. die Referenzeingangsgröße dient während der Messung als Eingangsgröße des Antennenschaltkreises. Anschließend werden die charakteristischen Parameter abgespeichert. Nachfolgend wird eine erste, feldbedingte Ausgangsgröße des Antennenschaltkreises gemessen, wobei bei der Messung der ersten Ausgangsgröße der Antennenschaltkreis nicht mit der Referenzeingangsgröße beaufschlagt wird. Die Feldstärke wird anhand der ersten Aus- gangsgröße und der charakteristischen Parameter bestimmt, wobei insbesondere ein Einfluss der charakteristischen Parameter auf die erste Ausgangsgröße kompensiert wird. Das Messen der charakteristischen Parameter kann zyklisch erfolgen, wodurch eine fortlaufende Kalibrierung des Antennenschaltkreises erfolgen kann. Das Erzeugen der schaltkreisinternen Referenzeingangsgröße ermöglicht eine Kalibrierung auch ohne einen aufwändigen Einmessvorgang bei der Herstellung. Da die Kalibrierung fortlaufend erfolgen kann, ist eine präzise, langzeitstabi- Ie Feldstärkemessung möglich, die auch veränderte Umgebungsbedingungen, beispielsweise metallische Gegenstände in der Umgebung des Schlüsselmediums bzw. des Antennenschaltkreises, berücksichtigt.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Referenzeingangsgröße in Form einer Referenzeingangsspannung und/oder eines Referenzeingangsstroms mit vorgegebener Referenzfrequenz und Referenzamplitu- de erzeugt, eine zweite Ausgangsgröße bei anliegender Referenzeingangsgröße gemessen und die charakteristischen Parameter aus der zweiten Ausgangsgröße ermittelt. Die charakteristischen Parameter können identisch mit der zweiten Ausgangsgröße sein oder die zweite Ausgangsgröße kann ein Maß für die charakteristischen Parameter sein. Bevorzugt wird zur Bestimmung der Feldstärke der Quotient aus der ersten, feldstärkebedingten Ausgangsgröße und der zweiten, referenzein- gangsgrößenbedingten Ausgangsgröße gebildet. In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Referenzfrequenz gleich einer Frequenz des Trägersignals eingestellt. Auf diese Weise werden die charakteristischen Parameter durch die Referenzgröße bei der maßgeblichen Betriebsfrequenz ermittelt.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Referenzfrequenz aus einer Frequenz des Trägersignals abgeleitet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Kalibrierung durch die Referenzeingangsgröße auch bei der tatsächlichen Betriebsfrequenz des Antennenschalt- kreises stattfindet.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird aus der bestimmten Feldstärke ein Abstand zwischen der Antenne und einer Sendeantenne eines Senders des Trägersignals ermittelt. Bevorzugt wird im Kontext der Abstandsermittlung die Feldstärke zusätzlich an einer zweiten Antenne und an einer dritten Antenne des Antennenschaltkreises bestimmt, wobei die Antennen jeweils zueinander senkrecht stehen und aus den bestimmten Feldstärken durch Überlagerung ein Abstand zwischen den Antennen und einer Sendeantenne eines Senders des Trägersignals ermittelt wird. Durch vektorielle Überlagerung der pro Antenne berechneten Feldstärken ist es möglich, den Abstand unabhängig von einer Ausrichtung der Antennen bzw. des Schlüsselmediums bezüglich der Sendeantenne zu berechnen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Antenne und eine Sendeantenne eines Senders des Trägersignals transformatorisch gekoppelt. Zur transformatorischen bzw. induktiven Kopplung sei auf das Lehrbuch von Klaus Finkenzeller, RFID-Handbuch, 3. Aufl., HANSER, 2002, siehe insbesondere Kapitel 3.2.1 "induktive Kopplung", Seiten 42 bis 45, verwiesen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird durch den Antennenschaltkreis ein Parallelschwingkreis oder ein Serienschwingkreis gebildet. In einer Weiterbildung des Verfahrens liegt die Frequenz des Trägersignals in einem Bereich von 50KHz bis 150KHz oder in einem Bereich von 5MHz bis 25MHz.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals weist einen Antennenschaltkreis mit einer Antenne und einem Ausgangsanschluss auf, an dem eine Ausgangsgröße in Form einer Ausgangsspannung und/oder eines Aus- gangsstroms ansteht, die eine Funktion der Feldstärke und eine Funktion von charakteristischen Parametern des Antennenschaltkreises ist. Erfindungsgemäß ist eine Referenzeingangsgrößenerzeugungseinheit zur Erzeugung einer Referenzeingangsgröße in Form einer Referenzeingangsspannung und/oder eines Referenzeingangsstroms mit be- kannter Referenzfrequenz und Referenzamplitude und eine mit dem Antennenschaltkreis und der Referenzeingangsgrößenerzeugungseinheit gekoppelte, ansteuerbare Umschalteinheit vorgesehen, welche den Antennenschaltkreis ansteuerungszustandsabhängig mit der Referenzeingangsgröße beaufschlagt oder den Antennenschaltkreis von der Refe- renzeingangsgröße entkoppelt.
Die Schaltungsanordnung umfasst ferner eine Auswerteeinheit, die derart ausgebildet ist, dass sie eine Ausgangsgröße bei nicht angelegter Referenzeingangsgröße und eine Ausgangsgröße bei angelegter Refe- renzeingangsgröße zur Bestimmung der Feldstärke auswertet. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise ein MikroController mit geringem Strombedarf sein.
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung ist die Referenzein- gangsgrößenerzeugungseinheit ein Oszillator. Der Oszillator kann beispielsweise eine PLL, Quarze, spannungsgesteuerte Oszillatoren usw. umfassen. In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung weist der Antennenschaltkreis eine Antennenspule und einen Kondensator auf, die zusammen einen Parallelschwingkreis bilden.
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung weist die Umschalteinheit einen ersten Schalter auf, der zwischen einen Anschluss des Kondensators und ein Bezugspotential, insbesondere Masse, eingeschleift ist, und einen zweiten Schalter auf, der zwischen den Anschluss des Kondensators und einen Anschluss der Referenzeingangsgrößenerzeu- gungseinheit eingeschleift ist, an dem die Referenzeingangsgröße ansteht. Die Schalter werden derart angesteuert, dass die Referenzeingangsgröße als eine Eingangsgröße des Antennenschaltkreises dient, wenn die charakteristischen Parameter bestimmt werden, und dass der Antennenschaltkreis von der Referenzeingangsgröße bzw. der Refe- renzeingangsgrößenerzeugungseinheit entkoppelt ist, wenn die Feldstärke gemessen wird.
In einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung ist der Antennenschaltkreis für eine transformatorische Kopplung mit einer Sendantenne eines Senders des Trägersignals ausgebildet.
Der erfindungsgemäße integrierte Schaltkreis für ein Schlüsselmedium eines Passive- E ntry- und/oder eines Passive-Go-Systems ist zur Kopplung mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigen schematisch:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Passive-Entry-/Passive-Go-Systems zur automatischen, entfernungsabhängigen Entriegelung und/oder Verriegelung und zum schlüssellosen Starten eines Kraftfahrzeugs, Fig. 2 ein detailliertes Blockschaltbild eines Schlüsselmediums und einer Basisstation von Fig. 1 und
Fig. 3 ein detailliertes Blockschaltbild eines Antennenschaltkreises ei- nes LF-Senders/Empfängers von Fig. 2.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Passive-Entry-/Passive-Go(PEG)- Systems zur automatischen, entfernungsabhängigen Entriegelung und/oder Verriegelung und zum schlüssellosen Starten eines Kraftfahr- zeugs 100.
Das PEG-System umfasst eine Basisstation 110, die in dem Kraftfahrzeug 100 angeordnet ist, und mindestens ein der Basisstation 110 zugeordnetes, kartenförmiges elektronisches Schlüsselmedium 200.
Wenn ein nicht gezeigter Benutzer des Schlüsselmediums 200 einen Türgriff 120 des Kraftfahrzeugs 100 betätigt, wird dies im Kraftfahrzeug 100 detektiert und an die Basisstation 110, beispielsweise über ein nicht gezeigtes Kraftfahrzeugbussystem, gemeldet. Die Basisstation 110 sen- det daraufhin ein niederfrequentes (LF) Trägersignal mit einer Frequenz von 125kHz über eine LF-Antenne der Basisstation 110 in Form einer Spule 114 an das elektronische Schlüsselmedium 200. Das Schlüsselmedium 200 sendet nach dem Empfangen des LF-Trägersignals und einer Entfernungsbestimmung anhand einer in dem Schlüsselmedium 200 berechneten Feldstärke des LF-Trägersignals ein Signal mit Entriegelungsinformationen in einem UHF-Frequenzbereich an die Basisstation 110, wenn die bestimmte bzw. berechnete Entfernung in einem zulässigen Bereich liegt. Das UHF-Signal wird an einer UHF-Antenne 115 der Basisstation 110 empfangen und wenn die von dem Schlüsselmedi- um 200 an die Basisstation 110 übermittelten Informationen protokollkonform sind, wird das Kraftfahrzeug 100 entriegelt und der Benutzer kann beispielsweise auf einem nicht gezeigten Fahrersitz des Kraftfahrzeugs 100 Platz nehmen. Zum Starten des Kraftfahrzeugs 100 drückt der Benutzer einen Startknopf, woraufhin wiederum das niederfrequente LF-Trägersignal an das Schlüsselmedium 200 gesendet wird. Nach einer erneuten Abstands- bzw. Positionsberechnung in dem Schlüsselmedium 200, bei der überprüft wird, ob sich der Benutzer auf einem nicht gezeigten Fahrersitz befindet, wird von dem Schlüsselmedium 200, wiederum über den UHF- Kanal, eine Startfreigabe an die Basisstation 110 gesendet.
Die UHF-Übertragung basiert auf einer so genannten Fernfeldkopplung und die LF-Übertragung auf einer induktiven bzw. transformatorischen Kopplung im Nahfeld. Wenn mehr als eine Antenne 114 an unterschiedlichen Positionen des Kraftfahrzeugs 100 angeordnet ist, kann neben einer Abstandsmessung auch eine Positionsmessung relativ zum Kraft- fahrzeug 100 durch Bestimmung der jeweiligen Antennenfeldstärke, Berechnen des Abstands zu der jeweiligen Antenne aus der Feldstärke und anschließende Triangulation durchgeführt werden.
Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Schlüsselmediums 200 und der Basisstation 110 von Fig. 1.
Das Basisstation 110 umfasst einen LF-Sender/Empfänger 111 und die an den LF-Sender/Empfänger 111 angeschlossene LF-Antenne 114 in Form einer Spule, einen UHF-Sender/Empfänger 113 und die an den UHF-Sender/Empfänger 113 angeschlossene UHF-Antenne 115 und einen Mikroprozessor 112, der mit dem LF-Sender/Empfänger 111 und dem UHF-Sender/Empfänger 113 gekoppelt ist und mit diesen bidirektional zu sendende und empfangene Daten austauscht.
Das Schlüsselmedium 200 umfasst einen LF-Sender/Empfänger 201 für einen so genannten 3D-Empfang, an den Antennen 202, 203 und 204 in Form von Spulen angeschlossen sind. Die Antennenspulen bzw. Symmetrieachsen in Wicklungsrichtung der Antennenspulen 202, 203 und 204 stehen jeweils senkrecht zueinander. Die pro Antenne berechneten Feldstärken können als Komponenten eines 3-dimensionalen Feldstärke-Vektors aufgefasst werden, dessen Betrag einen von der Entfernung des Schlüsselmediums 200 von der Sendeantenne 114 der Basisstation 110 abhängigen Wert aufweist, der jedoch unabhängig von einer Ausrichtung des Schlüsselmediums 200 bezüglich der Sendeantenne 114 ist.
Zur UHF-Übertragung weist das Schlüsselmedium 200 einen UHF- Sender/Empfänger 207 und eine an den UHF-Sender/Empfänger 207 angeschlossene UHF-Antenne 208 auf.
Weiterhin weist das Schlüsselmedium 200 einen Mikroprozessor 205, der mit dem LF-Sender/Empfänger 201 und dem UHF- Sender/Empfänger 207 gekoppelt ist und mit diesen bidirektional zu sendende und empfangene Daten austauscht, und eine Batterie bzw. einen Akkumulator 206 zur Energieversorgung auf. Der LF- Sender/Empfänger 201 gibt zusätzlich ein jeweiliges den Antennen 202, 203 und 204 zugehöriges Feldstärkesignal an den Mikroprozessor 205 aus.
Im einfachsten Fall erfolgt eine LF-Datenübertragung unidirektional von der Basisstation 110 zu dem Schlüsselmedium 200, wobei für diesen Fall die Einheit 111 lediglich ein Sender und die Einheit 201 lediglich ein Empfänger ist. Entsprechend kann die UHF-Datenübertragung unidirektional von dem Schlüsselmedium 200 zu der Basisstation 110 erfolgen, wobei für diesen Fall die Einheit 207 lediglich ein Sender und die Einheit 113 lediglich ein Empfänger ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt sowohl die LF-Datenübertragung als auch die UHF- Datenübertragung bidirektional.
Fig. 3 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild eines Antennenschaltkreises 214 des LF-Sender/Empfängers 201 von Fig. 2. Aus Gründen der Über- sichtlichkeit ist in Fig. 3 nur derjenige Antennenschaltkreis gezeigt, welcher der Antenne 202 zugeordnet ist. Den Antennen 203 und 204 sind entsprechende, nicht gezeigte Antennenschaltkreise zugeordnet.
Der Antennenschaltkreis 214 umfasst die Antenne bzw. die Antennenspule 202, einen Widerstand 212, der einen parasitären Kupferwiderstand der Antennenspule 202 abbildet, und einen Kondensator 213. Die Antennenspule 202 und der Kondensator 213 bilden einen Parallelschwingkreis. An einem Ausgangsanschluss N1 steht eine Ausgangs- große in Form einer Ausgangsspannung UAF oder UAI an, die in einem Normalbetrieb eine Funktion der Feldstärke des LF-Trägersignals und eine Funktion von charakteristischen Parametern des Antennenschaltkreises 214 ist. Die Ausgangsspannung UAF bzw. UAI dient als analoge Eingangsgröße für einen nicht gezeigten A/D-Wandler des Mikroprozes- sors 205 und wird in diesem digitalisiert weiter verarbeitet.
Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Anordnung detailliert beschrieben. In einer Sendeeinheit 217 der Basisstation 110, die nur ausschnittsweise dargestellt ist, wird über eine Treiberstufe 209 ein Signal mit einer Frequenz fθ bereitgestellt. Das Signal wird einem Reihenschwingkreis mit der Sendeantennenspule 114, einem Widerstand 210 und einem Kondensator 211 zugeführt. Durch ein in der Sendeantennenspule 114 erzeugtes magnetisches Trägerfeld wird in der Antennenspule 202 eine Spannung UQ induziert. Die nachfolgenden Formeln beschreiben mathematisch die Kopplung zwischen den Antennenspulen 114 und 202. Sie entstammen dem Lehrbuch Klaus Finkenzeller, RFID- Handbuch, 3. Aufl., HANSER, 2002, siehe insbesondere Seite 72, 73 und 77.
UQ = ωo * k^jL\ * L2 * iι (1 )
In Gleichung (1 ) bezeichnet UQ eine in der Spule 202 induzierte Spannung, ω0 ist die der Sendefrequenz fθ zugeordnete Kreisfrequenz, k ist ein Kopplungsfaktor, L1 ist eine Induktivität der Antennenspule 114, L2 ist eine Induktivität der Antennenspule 202 und /, ist ein Strom durch die sendende Antennenspule 114.
Die in der Antennenspule 202 induzierte Spannung UQ erzeugt folgende Ausgangsspannung UAF:
UAF = UQ
(2)
Λl(ω0 *R2*C2)2 +(l - ω0 2 *L2*C2γ
Die Gleichung (2) enthält gegenüber der Formel in Finkenzeller die vereinfachende Annahme, dass ein RL = oo, wodurch ein Term mit RL im Nenner entfällt. R2 bezeichnet einen Widerstandswert des Widerstandes 212 und C2 bezeichnet eine Kapazität des Kondensators 213.
Aus Gleichung (2) ergibt sich unmittelbar, dass die durch das Feld des Trägersignals bewirkte Ausgangsspannung UAF vom Wert R2 des Widerstands 212, der Induktivität L2 der Empfangsspule 202 und der Kapazität C2 des Kondensators 213 bestimmt wird. Diese Werte bilden folglich die charakteristischen Parameter des Antennenschaltkreises 214.
Zur Bestimmung der charakteristischen Parameter bzw. eines Maßes für die charakteristischen Parameter oder einer Kenngröße für die charakteristischen Parameter, welche deren ausgangsspannungsrelevanten Ei- genschaften abbildet, wird der Antennenschaltkreis 214 mit einer Referenzeingangsgröße beaufschlagt. Die Referenzeingangsgröße wird in Form einer Referenzeingangsspannung Ul durch eine Referenzein- gangsgrößenerzeugungseinheit in Form eines Oszillators 216 erzeugt, der Teil des LF-Sender/Empfängers 201 von Fig. 2 ist. Die Frequenz der Referenzeingangsspannung Ul ist gleich der Frequenz fθ des Trägersignals. Die Amplitude der Referenzeingangsspannung Ul wird mit einem vorbekannten Wert präzise erzeugt. Zur Messung der charakteristischen Parameter wird eine durch den Mikroprozessor 205 angesteuerte Umschalteinheit 215 mit einem ersten Schalter 218 und einem zweiten Schalter 219 derart angesteuert, dass der Schalter 218 geöffnet und der Schalter 219 geschlossen wird. Dies bewirkt, dass der Antennenschaltkreis 214 mit der Referenzeingangsgröße Ul als simulierte Eingangsspannung beaufschlagt wird. Das durch die Sendeeinheit 217 erzeugte Signal ist während der Messung der charakteristischen Parameter abgeschaltet, d.h. UQ=O. Die Umschalteinheit 215 ist Teil des LF-Sender/Empfängers 201 von Fig. 2.
Eine sich am Ausgangsanschluss N1 des Antennenschaltkreises 214 einstellende Ausgangsspannung UAF kann anhand folgender Gleichung berechnet werden:
UAF = UI = (3)
Λj(ω0 *Rl * C2)2 + (l - ωQ 2 *Ll * C2)2
Wenn ein Quotient aus der ersten Ausgangsgröße UAF und der zweiten Ausgangsgröße UAI gebildet wird, ergibt sich folgende Gleichung:
UQ
UAF = Λ/K * Rl * C2f + (1 - ωQ 2 * L2* C2)2 = UQ UAI ~ UI ~ UI { '
■yj(ω0 * R2 * C2)2 + (1 - ω 2 * Ll * Cl)2
Wird Gleichung (4) nach UQ aufgelöst ergibt sich:
UAF
UQ = UI* (5) UAI
Anhand der berechneten Spannung UQ kann mit der nachfolgenden Gleichung (6) ein Abstand x der Sendeantenne bzw. der Sendespule 114 von der Empfangsantenne bzw. Empfangsspule 202 berechnet werden:
wobei rLi ein Radius der Sendeantennenspule 114 und rL2 ein Radius der Empfangsantennenspule 202 ist. Gleichung (6) gilt für Luftspulen als Sendeantenne 114 und Empfangsantenne 202. Wenn keine Luftspulen verwendet werden, kann Gleichung (6) entsprechend angepasst wer- den. Hierzu ist der von der Entfernung x abhängige Kopplungsfaktor (durch Umformen von Gleichung (1 ))
in Gleichung (6) durch einen für einen verwendeten Spulentyp gültigen Kopplungsfaktor zu ersetzen. Hierzu sei wiederum beispielsweise auf Finkenzeller, siehe insbesondere Seite 108, oder das Datenbuch: ATMEL, data book 2001 , ICs for wireless control Systems, Seite 326 ff. verwiesen.
Zusammenfassend wird die Feldstärke bzw. der Abstand folgendermaßen bestimmt:
In einem ersten Schritt wird die Umschalteinheit 215 durch den Mikro- Prozessor 205 derart angesteuert, dass der Antennenschaltkreis 214 mit der Referenzeingangsgröße Ul beaufschlagt wird. Die Referenzeingangsgröße Ul kann dauernd aktiv sein oder nur für den Messvorgang aktiviert werden. Hierbei sollte bekannt sein oder sichergestellt werden, dass das Trägersignal nicht aktiv ist. Anschließend wird die sich einstellende Ausgangsspannung UAI gemessen und abgespeichert.
Nach dem Abspeichern der durch Anschalten der Referenzspannungs- quelle 216 erzeugten Ausgangsspannung UAI wird die Umschalteinheit 215 durch den Mikroprozessor 205 derart angesteuert, dass der Antennenschaltkreis 214 von der Referenzeingangsgröße Ul entkoppelt wird. Die sich nun einstellende Ausgangsspannung UAF wird durch das Feld des Trägersignals an der Antennenspule 202 bewirkt.
Die tatsächliche Feldstärke, d.h. diejenige Feldstärke, bei der ein Ein- fluss der charakteristischen Parameter kompensiert ist, wird durch Bilden des Verhältnisses von UAF und UAI und Multiplizieren mit der bekannten Spannung Ul berechnet.
Zur endgültigen Abstandsmessung werden die jeweiligen, wie oben beschrieben ermittelten Feldstärken der Antennen 202, 203 und 204 zur Berechnung einer Gesamtfeldstärke, die unabhängig von der Ausrichtung ist, überlagert. Aus der durch herkömmliche Vektorrechnung be- rechneten Gesamtfeldstärke wird schließlich der Abstand anhand der Gleichung (6) berechnet.
Die Messung der Spannung UAI kann zyklisch oder durch bestimmte Ereignisse getriggert gemessen werden, wodurch eine Veränderung der charakteristischen Parameter des Antennenschaltkreises, beispielsweise aufgrund einer Temperaturdrift, berücksichtigt wird.
Es versteht sich, dass anstatt der Referenzeingangsgröße in Form der Spannung Ul auch ein Strom verwendet werden kann. Hierzu muss in der Umschalteinheit 215 während der Messung der charakteristischen Parameter der Schalter 218 geschlossen bleiben und eine Referenzstromquelle speist ihren Strom an einem Verbindungsknoten zwischen dem Widerstand 212 und dem Kondensator 213 ein. In dem LF-Sender/Empfänger 201 von Fig. 2 können neben dem Antennenschaltkreis 214 noch weitere Schaltungsteile vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein integrierter Schaltkreis vorgesehen sein, der zur Kopplung mit dem Antennenschaltkreis 214 ausgebildet ist. Der integrierte Schaltkreis kann dann beispielsweise die Auswertung der Ausgangsspannung UAF bzw. UAI anstatt des Mikroprozessors 205 übernehmen. In anderen Worten erfolgt die vollständige Auswertung der Ausgangsspannungen UAI und UAF in dem integrierten Schaltkreis, wodurch die Auswertung in dem Mikroprozessor 205 vereinfacht wird, da dort kein spezifisches Wissen mehr erforderlich ist. Weiterhin können die Umschalteinheit 215 und die Referenzeingangsgrößenerzeugungs- einheit 216 ebenfalls Teil des integrierten Schaltkreises sein.
Die gezeigten Ausführungsformen ermöglichen eine präzise, langzeit- stabile Feldstärke- bzw. Abstandsmessung, ohne dass ein aufwändiges Kalibrieren während eines Herstellungsprozesses erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals an einer Antenne (202) eines Antennenschaltkreises (214) eines e- lektronischen Schlüssels (200), wobei der Antennenschaltkreis (214) eine Ausgangsgröße erzeugt, die eine Funktion der Feldstärke und eine Funktion von charakteristischen Parametern des Antennenschaltkreises (214) ist, gekennzeichnet durch die in dem elektronischen Schlüssel (200) ausgeführten Schritte:
Erzeugen einer Referenzeingangsgröße (Ul)1 Beaufschlagen des Antennenschaltkreises (214) mit der Referenzeingangsgröße (Ul),
Messen der charakteristischen Parameter, während der Antennenschaltkreis mit der Referenzeingangsgröße (Ul) beaufschlagt wird,
Abspeichern der charakteristischen Parameter, Messen einer ersten Ausgangsgröße (UAF) des Antennenschaltkreises (214), während der Antennenschaltkreis nicht mit der Referenzeingangsgröße (Ul) beaufschlagt wird, und Bestimmen der Feldstärke anhand der ersten Ausgangsgröße (UAF) und der charakteristischen Parameter.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzeingangsgröße in Form einer Referenzeingangsspannung (Ul) und/oder eines Referenzeingangsstroms mit vorgegebener Referenzfrequenz und Referenzamplitude erzeugt wird, eine zweite Ausgangsgröße (UAI) bei anliegender Referenzeingangsgröße (Ul) gemessen wird und die charakteristischen Parameter aus der zweiten Ausgangsgröße (UAI) ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Feldstärke der Quotient aus der ersten Ausgangsgröße (UAF) und der zweiten Ausgangsgröße (UAI) gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzfrequenz gleich einer Frequenz (fθ) des Trägersignals eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzfrequenz aus einer Frequenz (fθ) des Trägersignals abgeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der bestimmten Feldstärke ein Abstand zwischen der Antenne (202) und einer Sendeantenne (114) eines Senders des Trägersignals ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldstärke an einer zweiten Antenne (203) und an einer dritten Antenne (204) bestimmt wird, wobei die Antennen (202, 203, 204) jeweils zueinander senkrecht stehen und aus den bestimmten Feldstärken ein Abstand zwischen den Antennen (202, 203, 204) und einer Sendeantenne (114) eines Senders des Trägersignals ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (202) und eine Sendeantenne (114) eines Senders des Trägersignals transformatorisch gekoppelt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Antennenschaltkreis (214) ein Parallelschwingkreis oder einen Serienschwingkreis gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz (fθ) des Trägersignals in einem Bereich von 50KHz bis 150KHz oder in einem Bereich von 5MHz bis 25MHz liegt.
11. Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Feldstärke eines Trägersignals mit einem Antennenschaltkreis (214) mit einer Antenne (202) und einem Ausgangsanschluss (N1), an dem eine Ausgangsgröße in Form einer Ausgangsspannung (UAF) und/oder eines Ausgangsstroms ansteht, die eine Funktion der Feldstärke und eine Funktion von charakteristischen Parametern des Antennenschaltkreises (214) ist, gekennzeichnet durch eine Referenzeingangsgrößenerzeugungseinheit (216) zur Erzeugung einer Referenzeingangsgröße in Form einer Referenzeingangsspannung (Ul) und/oder eines Referenzeingangsstroms mit bekannter Referenzfrequenz und Referenzamplitude, eine mit dem Antennenschaltkreis (214) und der Referenz- eingangsgrößenerzeugungseinheit (216) gekoppelte, ansteuerbare Umschalteinheit (215), welche den Antennenschaltkreis (214) ansteuerungszustandsabhängig mit der Referenzeingangsgröße (Ul) beaufschlagt oder den Antennenschaltkreis von der Referenzeingangsgröße (Ul) entkoppelt, und eine Auswerteeinheit (205), die derart ausgebildet ist, dass sie eine Ausgangsgröße (UAF) bei nicht angelegter Refe- renzeingangsgröße (Ul) und eine Ausgangsgröße (UAI) bei angelegter Referenzeingangsgröße (Ul) zur Bestimmung der Feldstärke auswertet.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzeingangsgrößenerzeugungseinheit ein Oszillator (216) ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenschaltkreis (214) eine Antennenspule (202) und einen Kondensator (213) aufweist, die zusammen einen Parallelschwingkreis bilden.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinheit einen ersten Schalter (218) aufweist, der zwischen einen Anschluss des Kondensators (213) und ein Bezugspotential eingeschleift ist, und einen zweiten Schalter (219) aufweist, der zwischen den Anschluss des Kondensators (213) und einen Anschluss der Referenzeingangsgrößenerzeu- gungseinheit (216) eingeschleift ist, an dem die Referenzeingangsgröße (Ul) ansteht.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenschaltkreis für eine transformatorische Kopplung mit einer Sendantenne (114) eines Senders des Trägersignals ausgebildet ist.
16. Integrierter Schaltkreis für ein Schlüsselmedium eines Passive- Entry- und/oder eines Passive-Go-Systems, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis zur Kopplung mit einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15 ausgebildet ist.
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