JP2010517455A - 受信回路、および共振回路のｑを変化させる方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、エントリー構成体の通信装置用の受信回路に関するものであり、この受信回路は磁気誘導を電流に変換するための受信コイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）とを含む共振回路（１）を備える。
前記受信回路（１０）はさらに第１の抵抗（Ｒ１）と、該第１の抵抗（Ｒ１）を前記共振回路（１）に接続および分離するように制御可能なスイッチ素子（３）とを有する。受信回路は、共振回路（１）の接続が第１の回路（７）から第２の回路（８）に変化する場合に、共振回路（１）を第１の抵抗と電気的に接続し、共振回路の接続が第２の回路（８）から第１の回路（７）に変化する場合に、第１の抵抗を共振回路から電気的に分離する。

Description

本発明は、無線ベースのエントリーコントロールシステムの移動送受信装置用の受信回路に関する。本発明はとりわけ、受信回路のＱをそれぞれの異なる使用に適合することに関連する。

現在のエントリー認証システムないしエントリーコントロールシステムには、電子的保安システムないしエントリー構成体がますます使用されている。これらの電子的保安システムないしエントリー構成体では、エントリー権限の認証がデータ通信によって行われる。このデータ通信は、通常は自動車のようなアクセス対象に配置された第１の通信装置と、エントリー権限のある人物が所有する第２の通信装置、例えば電子鍵との間で行われる。電子的保安システムでは、アクティブエントリー構成体とパッシブエントリー構成体とが区別される。

アクティブエントリー構成体では、第２の通信装置から識別コードが、例えば車両に配置された第１の通信装置に伝送される。この伝送は典型的には、携帯型識別発生器にある相応のキーを押すことにより行われる。伝送された識別コードが第２の通信装置で検査され、合格であればエントリー構成体の保安装置が解錠されるか、そうでなければ施錠される。識別発生器はその所有者により、例えば自分の自動車に乗り込むために意図的に操作されなければならないから、この電子的保安システムはアクティブエントリー構成体と称される。

図２に概略的に示すパッシブエントリー構成体では、自動車ＦＺの第１の通信装置ＫＥ１が規則的なインターバルで所定の電界強度の問い合わせ信号ＮＦＳを送信する。鍵のような識別発生器にある第２の通信装置ＫＥ２が第１の通信装置の作用領域内に存在すると、第１の通信装置の問い合わせ信号が受信され、これに基づき応答信号ＨＦＳを以て応答し、認証過程ないしプレ認証過程が開始される。認証はデータ通信の交換により行われる。データ通信ではとりわけ、認証コードＣＯが第２の通信装置から第１の通信装置へ伝送される。認証が成功すると、エントリー構成体により制御されて保安装置、例えば錠ＴＳが解錠され、自動的にまたは手動で開放することができる。識別発生器は前記例では、その所有者により意図的に操作されないから、この電子的アクセスシステムは上に説明した例とは反対にパッシブエントリー構成体と称される。パッシブエントリー構成体は有利にはいわゆるキーレス車両エントリーシステムに使用される。

通常、問い合わせ信号ＮＦＳは誘導性の周波数領域で、通常はｋＨｚ領域で動作する低周波送信器（ＮＦ送信器）によって送信され、第２の通信装置のＮＦ受信器により受信される。受信された問い合わせ信号はデコードされ、応答信号ＨＦＳへとさらに処理される。そして応答信号は第２の通信装置から小さい送信電力で、通常はＭＨｚ領域で動作する高周波送信器（ＨＦ送信器）を介して第１の通信装置のＨＦ送受信装置へ伝送される。

ＮＦ応答信号の送信はウェークアップと称される。第１の通信装置から送信された応答信号の磁界は急速に減衰するので、エントリー構成体の作用領域は典型的に１０ｍ以下の活動半径に制限されている。この活動半径は、一方ではＮＦ送信器の送信電力により、他方ではＮＦ受信器の感度により決定される。通常、第２の通信装置の電子回路は、再充電可能なエネルギ蓄積器、例えばアキュムレータにより電流が供給される。もちろんエネルギ蓄積器の蓄積容量は、第２の通信装置の寸法を小さくするために非常に小さい。

自給自足できる電流供給能力が小さいので、第２の通信装置のＮＦ受信器は一般的に低エネルギ消費型の受信器として構成されている。ＮＦ受信器は、ＮＦ無線信号の磁気成分を受信するためのコイル、いわゆる受信コイルを有する。ＮＦ受信器の受信感度を最適にするために、適切なコンデンサが受信コイルに並列に接続される。これにより並列共振回路が形成され、その共振周波数は第１の通信装置のＮＦ送信周波数に同調されている。共振上昇の際に達成される共振回路の高い出力信号が、第１の通信装置のＮＦ送信周波数に対する受信器の高い感度を保証する。これによりウェークアップ信号を、良好なＳ／Ｎ比で伝送することができる。

第１の通信装置と第２の通信装置とのさらなる通信は、通常、２つの通信装置間にあるそれぞれの距離に依存して経過する。２つの通信装置間の距離を検出するために、ウェークアップ信号の受信後、第１の通信装置から送信されたＮＦ送信信号の電界強度がＮＦ受信器の場所で測定される。これは、上記共振回路の出力電圧の測定によって行われる。この測定方法により達成される電界強度検出の精度は、構成部材公差と、とりわけ温度作用のような外部の影響による共振回路のＱおよび共振周波数の変化により実質的に決定される。とりわけＱが高いと、容量変化またはインダクタンス変化による共振周波数シフトの影響が甚大である。ＮＦ無線信号の磁気成分を受信するように構成された共振回路のインダクタンス特性は、温度に強く依存する。インダクタンスが空芯コイルとして構成されている場合、共振回路のＱは、コイルワイヤの固有抵抗の温度依存性が大きいので大きく変化する。フェライトコイルを使用する場合、フェライトコアの同様に大きな温度経過がこれに加わる。したがって環境条件に応じて、同じ受信電界強度の測定が異なる測定結果を引き起こすことがある。

それでも十分に信頼性のある測定を達成するために、通常は共振回路を、インダクタンスとキャパシタンスに並列に接続された抵抗により減衰する。これにより並列共振回路の共振曲線が平坦になり、キャパシタンスとインダクタンスの温度変化が共振回路の共振にさほど作用しなくなる。さらにこのことにより、共振回路の安定性を示すＱが比較的小さい値になり、これにより共振回路の出力電圧が安定する。しかしこのことの欠点は、減衰が共振上昇の減少も引起し、そのためウェークアップ信号を受信するための受信回路の感度も低下することである。

したがって現在は、信頼性のある測定公差と、必要最小限の感度との間で常に妥協が図られている。しかしこのことは、両方の動作モードのいずれに対しても最適からは異なることを意味する。

自給自足の電流供給が、バッテリが空になったために不可能になると、識別発生器のパッシブ機能も得られなくなる。この場合、車両装置の解放はトランスポンダ機能によって置換される。このために第２の通信装置は通常、そのために設けられたステーションに挿入され、このステーションを介して一方ではエントリーコントロールが処理され、他方では誘導性のＮＦ信号を介して第２の通信装置のエネルギ蓄積器が充電される。充電過程に続いて第１と第２の通信装置間で、識別と引き続く車両装置の解放のための通信を行うことができる。充電過程の効率を高めるためには、上記の共振回路が、ウェークアップ信号の受信の場合と同じように高いＱを有していなければならない。しかし現在の妥協的解決手段によりＱが低下し、このことはトランスポンダ機能を損なう。

したがって本発明の基礎とする課題は、無線ベースのエントリー構成体の第２の通信装置に対して、無線信号の受信と供給される電磁エネルギに対しては高い感度を有し、同時に受信電界強度の検出の際には小さな測定公差を有する受信回路を提供することである。

この課題は、本発明の独立請求項に記載されている特徴によって解決される。

本発明は、エントリー構成体の通信装置用の受信回路を有し、この受信回路は磁気誘導を電流に変換するための受信コイルとコンデンサとを含む共振回路を備える。受信回路はさらに第１の抵抗と、この第１の抵抗を共振回路と接続および分離するように構成されたスイッチ素子を有する。

本発明はまた、この種の受信回路を備えるエントリー構成体用の通信装置を含む。

本発明はさらに、共振回路のＱを変化させる方法を含む。この方法は第１のステップで、共振回路の接続が第１の回路から第２の回路に変化する場合に、共振回路を第１の抵抗と電気的に接続し、第２のステップで共振回路の接続が第２の回路から第１の回路に変化する場合に、第１の抵抗を共振回路から電気的に分離する。

本発明により、共振回路のＱを、共振回路の接続の必要性に適合することができる。とりわけ、さらに処理すべき共振回路のＮＦ信号を高いＱで受信することができる。一方、共振回路のＮＦ信号の電界強度を測定する際には第１の抵抗によって、測定公差が小さいことを保証するために共振回路のＱが十分に低減される。

本発明は、その従属請求項の構成でさらに改善される。

受信回路の良好な感度を達成するために、受信コイルとコンデンサは有利には並列回路に配置される。これとは択一的に、受信コイルとコンデンサを直列回路に配置することもできる。この場合、これらの構成素子を複数使用する並列回路と直列回路の組合せを使用することもできる。

第１の抵抗を共振回路に電気接続するためにスイッチ素子は、共振回路と第１の抵抗を並列に接続するための切換状態を有する。択一的にまたは付加的に、スイッチ素子の第１の切換状態は共振回路と第１の抵抗を直列に接続するように構成することもできる。さらに共振回路と第１の抵抗との電気接続の分離は簡単に実現することができる。この分離はスイッチ素子が、共振回路と第１の抵抗との電気接続を分離するための切換状態を有することにより実現される。分離は「ユニポーラ」で、すなわち第１の抵抗と共振回路を電気接続するための線路の１つだけを分離することにより行うことができる。しかし「バイポーラ」で、第１の抵抗と共振回路を電気接続するための両方の線路を分離することにより行うこともできる。

さらなる処理に重要な信号またはエネルギ蓄積器の充電に重要な信号を受信する必要性にＱを正確に適合するために、共振回路は有利には別の抵抗を有する。この別の抵抗は受信コイルおよび／またはコンデンサに並列または直列に接続される。

本発明のさらなる特徴は、請求の範囲および図面と関連する本発明の実施例の以下の説明から明らかとなる。個々の特長は本発明の実施形態において、個別にまたは複数で実現することができる。本発明の複数の実施例の以下の説明では、添付図面が参照される。

本発明の実施例によるＱ制御を備えた受信回路の簡素化したブロック回路図である。 自動車用のエントリー構成体を示す。このエントリー構成体は主要な構成部材として、自動車側の第１の通信装置と、使用者の識別発生器側の第２の通信装置を有する。図１に示された受信回路は、例えば第２の通信装置でも実現することができる。

図１に示した受信回路１０はＮＦ送信周波数無線信号を受信する共振回路１と、後続の回路装置２を有する。共振回路は受信コイルＬと、これに並列に接続されたコンデンサＣを有する。受信コイルＬは、空芯コイルまたはフェライトコアを有するコイルとして構成することができる。受信コイルのコイルワイヤおよび場合によりフェライトコアに起因して共振回路のＱが温度経過するのを低減するために、抵抗Ｒ２を受信コイルＬとコンデンサＣに並列に接続することができる。抵抗Ｒ２の値は、共振回路の共振上昇が格段に変化しないような大きさに選択される。例えば１２５ｋＨｚで最適に受信するための高いＱを可能にするために、２ｍＨのインダクタンスを有する受信コイル、６８０ｐＦのキャパシタンスを有するコンデンサＣ、および８０ｋΩの抵抗Ｒ２を使用することができる。しかしもちろん、共振回路１の素子を別の値のものにし、他の共振周波数に対して構成することもできる。

後続の回路装置２に供給される共振回路の出力信号は、並列接続された素子Ｌ、Ｃおよび場合によりＲ２を介して印加される。後続の回路２は、第１の回路７と第２の回路８を有する。

第１の回路７は、受信されたＨＦ信号を通信技術的に処理するために必要なすべての回路素子を有する。受信回路を含む通信装置がさらにエネルギ蓄積器を充電するためのトランスポンダ機能を有しているならば、そのための切換回路も第１の回路７に含まれる。

第２の回路８は、ＮＦ信号の電界強度を表わす共振回路の出力信号を、受信コイルＬの箇所で測定するために必要なすべての回路素子を有する。共振回路１のＱが高い場合には測定公差も非常に大きくなるから、電界強度を十分に正確に検出するためには共振回路１を強く減衰しなければならない。このために図示の構成では、共振回路の出力端と並列に接続することのできる抵抗Ｒ１が用いられる。抵抗Ｒ１は共振回路１の素子に並列のアドミタンスを高め、共振回路の減衰に作用する。共振回路が減衰されると、振幅が低減され、並列共振回路１の共振曲線の幅が拡張される。

後続の回路装置２はさらに回路制御部５を有する。この回路制御部は、スイッチ素子３と４の切換状態を制御する。２つのスイッチ素子３と４の切換状態は、共振回路の出力端が第１の回路７と接続されているときに抵抗Ｒ１が共振回路から分離され、共振回路の出力端が第２の回路８と接続されているときに第１の抵抗が共振回路に接続されるように相互に整合されている。言い替えるとスイッチ素子３は、スイッチ素子４が並列共振回路を回路７と接続するとき、図示の開放状態、すなわち線路遮断切換状態にあり、スイッチ素子４が並列共振回路を電界強度測定のために設けられた回路８と接続するとき、回路制御部はスイッチ素子３を閉成状態、すなわち線路接続切換状態に制御する。

２つのスイッチ素子３と４の制御は回路制御部５によって、制御線路６を介して行われる。２つのスイッチ素子３と４の制御は同期して行うことも、非同期で行うこともできる。

図１では、スイッチ素子が単純なスイッチとして構成されている。抵抗Ｒ１の両方の端子を共振回路の出力端から分離するダブルスイッチとしての構成も可能であり、とりわけ片側が閉じた抵抗の寄生作用が懸念される場合にはそうすべきである。共振回路１の端子の一方は通常、受信回路のアース電位と接続されているから、図１にダブルスイッチとして構成されたスイッチ素子４は単純な切換スイッチとしても実現できる。この場合、共振回路１のアース電位は常に回路７と８のアース電位と接続され、切換スイッチ４は共振回路１の他方の端子を選択的に、回路７または回路８のアースに接続されていない入力端と接続する。

スイッチ素子３と４は基本的に電気機械的コンポーネントとして構成することができる。しかし応答時間を短くし、コンタクトチャタリングを回避したい場合には、スイッチ素子が電子コンポーネントの形態に、有利にはトランジスタを使用して構成するのが有利である。

図１は極端に簡素化して図示されており、本発明の理解に必要な素子だけが含まれていることを述べておく。受信回路の駆動またはその機能範囲の拡張に必要な別のコンポーネントを取り入れることは、分かりやすく図示するために省略した。それらのコンポーネントは存在しているものと仮定する。

受信されたＮＦ信号（ＮＦＳ、図２参照）の電界強度の測定は、エントリー構成体の２つの通信装置間の距離検出が必要な場合だけ行われる。通常、受信回路は基本状態にある。この基本状態では共振回路の出力端が、メッセージ通知のためと、場合により誘導性エネルギ伝達のトランスポンダ機能のために信号処理を行う第１の回路７と接続されている。これとは反対に、抵抗Ｒ１は共振回路１から電気的に分離されている。したがって共振回路１の減衰は非常に小さく、これによりメッセージ通知の際には高い信号Ｑが達成され、エネルギ伝達の際には高い効率が達成される。

測定状態では抵抗Ｒ１が共振回路１と接続され、共振回路の出力端は、受信電界強度測定のための回路を含む回路８と接続される。共振回路１を抵抗Ｒ１により付加的に減衰することにより、共振回路１のＱが低減され、これにより受信電界強度の測定精度が向上する。減衰が高められたときに出力信号の振幅が小さくなることは、比較的に高い増幅によって補償することができる。測定は一時的に短い時間だけ行われるから、増幅と結び付いた電流消費の増大は受信回路の全体エネルギ消費の増大にはほとんど至らない。これにより全体として、良好な受信品質、高いエネルギ伝達効率、電界強度検出における狭い測定公差を備えた低エネルギ消費型受信回路１０が実現される。

本発明の詳細を、並列回路に構成された受信回路を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるものではないことを述べておく。受信コイルとコンデンサが直列回路に構成された受信回路、または１つまたは複数の受信コイルと１つまたは複数のコンデンサおよび抵抗による直列回路／並列回路の組合せを備える受信回路も可能である。

すでに上に述べたように、受信回路１０は例えば第２の通信装置ＫＥ２に組み込むことができる。このようにして従来技術に対して改善された、車両ＦＺ用のエントリー構成体が実現される。

１ 共振回路
２ 後続の回路装置
３ スイッチ素子
４ 切換スイッチ装置
５ 回路制御部
６ 制御線路
７ 信号処理／充電装置
８ 測定装置
１０ 受信回路
Ｌ 受信コイル
Ｃ コンデンサ
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗
ＩＧ 識別発生器
ＦＺ 自動車
ＨＦＳ 高周波信号
ＮＦＳ 低周波信号
ＣＯ 認証コード
ＫＥ１ 車両側（第１の）通信装置
ＫＥ２ 識別発生器側（第２の）通信装置
ＴＳ ドア錠／保安装置

Claims (11)

1. エントリー構成体の通信装置用の受信回路であって
   該受信回路は、磁気誘導を電流に変換するための受信コイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）とを含む共振回路を備える形式の受信回路において、
   前記受信回路（１０）はさらに第１の抵抗（Ｒ１）と、該第１の抵抗（Ｒ１）を前記共振回路（１）に接続および分離するように制御可能なスイッチ素子（３）とを有する、ことを特徴とする受信回路。
2. 請求項１記載の受信回路において、
   前記受信コイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）は並列回路に配置されている、ことを特徴とする受信回路。
3. 請求項１または２記載の受信回路において、
   前記受信コイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）は直列に接続されて配置されている、ことを特徴とする受信回路。
4. 請求項１から３までのいずれか一項記載の受信回路において、
   前記スイッチ素子（３）は、共振回路（１）と第１の抵抗（Ｒ１）を並列に接続する第１の切換状態を有する、ことを特徴とする受信回路。
5. 請求項１から３でのいずれか一項記載の受信回路において、
   前記スイッチ素子（３）は、共振回路（１）と第１の抵抗（Ｒ１）を直列に接続する第１の切換状態を有する、ことを特徴とする受信回路。
6. 請求項１から５までのいずれか一項記載の受信回路において、
   前記スイッチ素子（４）は、共振回路（１）と第１の抵抗（Ｒ１）との電気接続を分離する第２の切換状態を有する、ことを特徴とする受信回路。
7. 請求項１から６までのいずれか一項記載の受信回路において、
   前記共振回路（１）は別の抵抗（Ｒ２）を有し、該別の抵抗は受信コイル（Ｌ）および／またはコンデンサ（Ｃ）に並列または直列に接続されている、ことを特徴とする受信回路。
8. 請求項１から７までのいずれか一項記載の受信回路（１０）を備えるエントリー構成体用の通信装置。
9. 少なくとも１つの問い合わせ信号（ＮＦＳ）を誘導性周波数領域で送信する第１の通信装置（ＫＥ１）と、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の受信回路（１０）を備え、誘導性周波数領域の問い合わせ信号を受信し、さらに処理する第２の通信装置（ＫＥ２）とを有するエントリー構成体。
10. 共振回路のＱを変化させる方法であって、
    第１のステップで、共振回路（１）の接続が第１の回路（７）から第２の回路（８）に変化する場合に、共振回路（１）を第１の抵抗と電気的に接続し、
    第２のステップで共振回路の接続が第２の回路（８）から第１の回路（７）に変化する場合に、第１の抵抗を共振回路から電気的に分離する方法。
11. 請求項１０記載の方法において、
    共振回路（１）と第１の抵抗（Ｒ１）との電気接続および電気分離は、電気接続のための２つの線路の一方でだけ行われる、ことを特徴とする方法。

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