JP4556192B2 - 送信装置の作動方法およびこの方法に従って作動する送信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両特に自動車のアクセスシステムの複数の長波アンテナを有する送信装置の作動方法に関する。さらに本発明は、この方法に従って作動する送信装置にも関する。
しばしばエントリシステムとも称されるこのようなアクセスシステムは、通常、車両のドアの自動的なアン・ロックだけでなくエンジン始動システムおよび/あるいは移動防止装置をも制御する上位のキー不要遠隔操作システムの一部である。このようなシステムは、例えば、車両用キーに内蔵されて車両の使用を許されている人物に携帯される送信あるいは送受信装置(トランスポンダ)および車両側の送受信装置(トランシーバ)から成り立っている。
車両へのアクセス権限の確認のため、携帯トランスポンダと車両側トランシーバとの間で、高周波(HF)および/あるいは低周波(LF)、すなわち短い波長、あるいは長い波長の搬送波信号によるセキュリティー・コードあるいはアクセス・データの交換が行われる。その際トランスポンダの位置は、車両内および車体に分散して配置された複数の長波アンテナを介して検出される。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第10108578号明細書に記載されている受動遠隔制御システムによれば、複数の長波アンテナは、車両側の制御システムによって順次に起動できる。このような長波による問合わせ信号に対し、トランスポンダは、公知のシステムにおいては、アクセス権限の確認用のセキュリティー・コード化されたHF信号で応答する。場合によっては、ドア取っ手を手で操作することにより、ドアを開けることができるように、車両側の制御システムが、車両のドアをアン・ロックする。
長波アンテナを順次起動させることにより、長波アンテナを駆動するため、車両バッテリが供給しなければならないエネルギーを少なく抑えることは可能ではあるか、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19835155号明細書から公知のキー不要アクセスシステムでは、送信アンテナが、通常独立したドライバによって駆動されるため、特にドライバ最終段への要求が高い場合、回路費用が多大になる。
従って本発明の課題は、車両アクセスシステムの送信装置の複数の長波送信アンテナの可能な限り損失の少ない駆動を可能にする、冒頭に記したような方法を提供することにある。更に本発明の課題は、この方法を実施するのに特に適した送信装置、特に自動車のドアの制御に用いる送信装置を提供することにある。
本発明によれば、独立請求項に記載されている特徴によって課題が解決される。方法の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
本発明の効果は、特に、全ての長波送信アンテナを共通に直接作動させるものの、個々の起動は多重化装置によって行うことで、寸法や取付場所を極力節約し、回路的にもユニットの配置的にも効牽よく、信願性の高い送信を実施できることにある。また長波送信アンテナを直接作動させることにより、非常に高い信頼性で位置の検知ができるだけでなく、トランスポンダに、特にインテリジェントな車両用キーに、非常に高い信頼性でエネルギーを送ることも可能になる。
更に、立上り時間が短く、最適化された飽和特性を持つ電力増幅器を使用することにより、非常に無駄なくアンテナを作動させることができる一方、増幅器出力端子にフィルタなどの付加的手段を講じることなく、電磁波放射を規制範囲内の値に抑制することも可能である。
また直列共振する送信コイルからなる長波送信アンテナを台形波電圧で直接作動させることにより、すなわち、複数の送信機を1台の中央制御装置で制御し、複数の送信アンテナを直接増幅器出力端子に接続することにより、回路が簡略化でき、コストを削減できる。
更に、迅速な電流遮断と増幅器の制御入力端子でのパルス幅変調による同期によってピーク値を制限することで、正弦波状の送信電流を制御すれば、増幅器の出力を非常に高いレベルで安定させることができる。すなわち、増幅器の最終段は、飽和状態で作動しているため、増幅器のドライバやドライバ・ステージにおける出力損失は極わずかである。
以下、本発明の実施例を図面をもとに詳しく説明する。すべての図において、互いに一致する部品は同じ符号をつけられている。
図1は、自動車アクセスシステムのドア制御部品などに使用される送信装置1をブロック図として概略的に示している。送信装置1は、ここでは中央増幅器2として構成されかつ図示されていない車両バッテリから作動電圧Uの供給を受ける増幅器を含んでいる。増幅器2の出力端子LFoutには、以下アンテナと称される複数の長波送信アンテナLF1...nが直接共通に接続されている。アンテナLF1...nは、1つの多重化装置又はマルチプレクサー4によって、特定の順番と時間に合わせて個々に起動される。なお、アンテナLFl1...nの後に接続されている多重化装置4は、アースGNDに接続されている。
多重化装置4の接地分岐6には、電流制御回路10の一部である電流測定用のシャント8が、接続されている。電流制御回路10は、過電流コンパレータの形の電流検知器12を含み、この検知器の一方の入力端子(ここでは(+)端子)に基準信号IRefが、もう一方の入力端子(ここでは(−)端子)に、アンテナLF1...nと多重化装置4を介して送信電流が入力される。
出力側で電流検知器12は、制御ロジック14の一方の入力端子Eと接続されており、もう一方の入力端子Eには、目的にかなった周波数125kHzの低周波タイミング信号LFclkが入力される。制御ロジック14の出力側は、増幅器2の制御入力端子Pinと接続されている。
送信装置1の作動の際、低周波トリガ信号LFCLKによって制御される増幅器2は、増幅器出力端子LFoutから、全てのアンテナLF1...nの作動に共通に用いられる台形波電圧を出力する。この際、アンテナLF1...nは、多重化装置4によって設定可能な順番に従って増幅器2と接続される。それにより、損失をわずかに抑えた作動が可能である。
起動されているアンテナLFを流れた送信電流ILFは、多重化装置4の接地側のシャント8によって検知され、以下過電流コンパレータと称される電流検知器12の(−)端子へ送られる。過電流コンパレータ12は、送信電流ILFと目標値IRefを比較する。目標値IRefを超えている場合、電流制御装置10が、送信電流ILFを、電流制御装置の目標値である規定可能な基準値IRefに制限する。このため、過電流コンパレータ12は、出力側で制御信号又はトリガ信号Sを発生し、この信号が、制御ロジック14を介して、増幅器2の入力端子へ送られ、最終段の出力が制御される。それにより、送信回路である送信装置1の精度が高ければ、送信電流ILFの実際値は、高い精度で目標値IRefに近似される。
図2に比較的詳細に示されている回路からも明らかなように、各長波送信アンテナLFは、送信コイルLとして構成されており、直列に接続されているコンデンサCによって直列共振するように設定されている。増幅器2から、矩形波電圧によって直接作動されるアンテナLFの後ろに接続されている多重化装置4は、目的にかなうようMOSFET技術で構成されている。
多重化装置4は、各アンテナLFを個別に起動できるように、各アンテナ接続端子AZ〜AZにそれぞれパワ・トランジスタ(MOSFET)を含んでおり、そのゲート側は、対応する制御信号Mによって制御される。すなわち、多重化装置4の活性状態にあるパワ・トランジスタのみに、対応するアンテナ接続端子AZに接続されているアンテナLFに増幅器2が発生する矩形波電圧に由来する(全)送信電流ILFが流れる。多重化装置4をSMART−MOSFET技術で構成すれば、アンテナ配線がシヨートしても回路全体には影響が及ばず、一般的なMOSFETを用いた場合は、非常に早い制御、例えば迅速なパルス幅変調が可能になる。
基本的には、複数のアンテナを同時に作動させることも可能ではあるが、この場合は、総電流のみが制御される。
制御ロジック14は、図2からも明らかなように、論理積素子又は論理積ゲート(ANDgate)16と、以下PWMラッチと称されるスイッチ機構18から構成されている。これは、目的にかなうようエッジ制御式のD型フリツプ・フロツプ(ラッチ・フリツプ・フロツプ)として構成されており、図3の信号ダイヤグラムからも明らかなように、タイミング信号LFclkの正のエッジでトリガされる。すなわち、PWMラッチは、操作信号又は制御信号SとタイミングLFclkとの同期、ならびに増幅器2の入力信号Pinのパルス幅変調(PWM)に役立つ。このように、迅速な電流遮断およびパルス幅変調−同期によって送信電流ILFのピーク値が制限されることにより、正弦波状の送信電流ILFが制御、すなわち送信出力が制御される。
このため、過電流コンパレータ12から出力されて、多重化装置4のアース分岐6において測定される送信電流ILFと目標値又は基準値IRefとの比較によって形成される操作信号又は制御信号Sは、PWMラッチ18の制御に使われる。
図3に示されているごとく、この際、過電流コンパレータ12は作動せず、PWMラッチ18は、送信電流ILFの最大値が設定されている基準値IRefを超えない限り、tで示されている期間にわたって、セット状態(QLatch=high)を維持する。従って、入力タイミングLFclk(50%duty cycle)は、増幅器2の入力端子Pinにかかり、その最終段は、最大出力を制御する。
一方、送信電流ILFが、基準値IRefが定める最大値又はピーク値を超えた場合、過電流コンパレータ12が作動し、期間tに例示されているごとく、発生された制御信号SがPWMラッチ18をリセット(QLatch=low)する。増幅器2の入力端子Pinのパルス幅は、入力タイミングとして使われるタイミング信号LFclkとANDゲート16によってリンクされることにより、送信電流ILFの最大値又はピーク値が、基準値又は目標値IRofに少なくとも近似的に一致するように、変調される。このようにショートから守られていることにより、送信装置1は、ドア制御システムにおけるだけではなく、アクセスシステムの他にエンジン始動制御および/あるいは車両移動防止装置をも備えた中央制御システムにおいても使用することが可能である。
増幅器2は、ENABLE入力端子Eeblを介して停止することができるため、送信装置1が静止状態にある時の電流消費は、無視できるほど少ない。
図4に示されているごとく、増幅器2は、ソースフォロワ、すなわちドレーン接続されたMOS電界効果トランジスタ(MOSFET)装備の電力増幅器として構成することができる。増幅器2のこのような構成により、すなわち共通のドライバ最終段を全てのアン
Figure 0004556192
波出力電圧又は台形波出力電圧の立上り時間が制限される。電磁波放射従って電磁的両立性(EMV)は抑えられる。電磁波放射の抑制あるいはEMVのそれ以上の限定は、出力電圧(LFout)のエッジの目的にかなう形成により、好ましくは台形波あるいは矩形波出力電圧(LFout)により行われる。
そのため、制御回路10の制御ロジック14から電力増幅器2の入力端子Pinへ送られる入力信号PWMinは、バッファーB1と、抵抗R2およびトランジスタT1、抵抗R3およびトランジスタT2からなる2つのベース回路を介して、基準電流に変換される。これらの基準電流は、カレントミラーSS1およびSS2によって、それぞれ最高ポテンシャルあるいは最低ポテンシャル(+VH=U+5V)、(−VH=−5V)にミラーされる。増幅器2のそれぞれの電源端子+VHと−VHに接続されているカレントミラーSS1とSS2は、電流制御式の電源であり、入力側から送られてきた電流をコンデンサC1に伝える。
(ミラーされた)基準電流は、コンデンサC1を、ダイオードD1とトランジスタT3あるいはダイオードD2とトランジスタT4からなるカスコード段を介して、コンデンサC1を充電する。なおコンデンサC1におけるポテンシャルは、+VHと−VHに近い値の間で切り替わる。この際、コンデンサC1における充電電圧の立上り速度は、抵抗R2,R3およびコンデンサC1の容量によって設定される。トランジスタT5,T6およびタイオードD3,D4および抵抗R4,R5,R6からなるネットワークにより、コンデンサC1における電圧勾配を、供給電圧+VHと−VHの間で更に緩やかにできる(edge shaping)。
図示されているごとく、トランジスタT7〜T1Oを抵抗R7〜R10と接続することで、電流増幅器が構成され、これがコンデンサC1の電圧を取り出し、最終段T15とT16を制御する。ここでトランジスタT11とT12および抵抗R11が、切換可能な電源を構成し、この電源の出力電流は、カレントミラーSS3およびSS4によって最高ポテンシャルあるいは最低ポテンシャル、+VHあるいは−VHにミラーされ、タイオードD5とトランジスタT13あるいはダイオードD6とトランジスタT14によって構成されるカスコード段によって取り出される。カスコード付カレントミラー(SS1,D2,T4;SS2,D1,T3;SS3,D6,T14;SS4,D5,T13)は、増幅器2の各ドライバ段T7〜T10およびT15,T16において高い出力抵抗および大幅な増幅を可能にするという長所を有している。
取り出された対称な電流は、ダイオードD7,D8と抵抗R12,R13から構成されるネットワークを流れ、増幅器2の最終段を作動させるオフセット電圧を発生する。すなわち、最終段は、ソースフォロワ構成のMOS電界効果トランジスタT17とT18によって形成されるので、これらのゲートがオフセット電圧によって作動される。このようにネットワークD7,R12,D8,R13に一定に電流を流すことで、ゲート電圧オフセット全体も一定となり、電流増幅器T7〜T10,R7〜R10の抵抗R12とR13の中間電圧を、制御しさえすればよい。
抵抗R12とR13を温度依存性の抵抗を備えたネットワークに、特に負の温度係数を示すNTC抵抗に置き換えた場合、MOSFET’sT17とT18で構成される出力段又は最終段内のクロスフローが、広い温度範囲においてほぼ一定となるように、オフセットに影響を与えることが可能である。一方、このような特性は、基準電流を温度に依存して制御することでも得られる。このため、抵抗R11を温度依存性の抵抗に置き襖えるか、トランジスタT11のベース電圧を外部制御手段で変調することができる。
オフセット電圧は、トランジスタT15とT16から構成されるエミッタフォロワを介して、最終段トランジスタT17とT18を直接制御する。出力トランジスタT17とT18のゲートが、両方向にダイナミックに移動できるように、抵抗R14とコンデンサC2からなるネットワークを設ける。このネットワークR14とC2の代わりに、最終段トランジスタT17とT18を制御する相補動作形フォロワを用いることもできる。ダイオードD9とD12から構成されたクランピングネットワークによって、増幅器出力部LFoutで万が一ショートがあったとしても、出力トランジスタT17とT18の許容された最大ゲート・ソース電圧を越えないようにし、これらトランジスタを保護している。
抵抗R15とR16に接続されている演算増幅器OPV1およびOPV2により、最終段トランジスタT17およびT18の各出力パスの電流が測定され、診断用に監視されている。ここで測定された電流値と送信電流ILFを適切に結合することで、両方の出力トランジスタT17とT18から構成される最終段を、出力端子LFoutのショートや過負荷の場合熱破損から、また最終段T17、T18間の過剰なクロス電流から守ることができる。
電力増幅器2を作動解除する5V−ENABLE入力端子は、トランジスタT1を含むベース回路とトランジスタT5を含むネットワークの電源およびトランジスタT1を含む切換可能な電源を遮断する。電力増幅器2が作動解除状態(ENABLE=low)の時、電源は遮断され、従って最終段トランジスタT17およびT18は、高抵抗状態になっている。
出力又は最終段トランジスタT17とT18での電流測定によって発生される診断信号HSdiag又はLSdiagは、出力端子LFoutのショートや過負荷および/あるいは過剰なクロス電流から電力増幅器2を守る図示されていない制御手段へ送られる。
立上り時間か短く、特に有利な飽和特性を持つこのような電力増幅器2を使用することにより、出力端子LFoutにフィルタなどの付加的手段を講じることなく、電磁波放射を信頼できる値に抑制することが可能である。スイッチング・エッジを対称とすることで、電圧増幅器2の矩形波又は台形波出力電圧の立上り速度を、送信電流制御10の特性に悪影響を与えることなく、大幅に減少することが可能である。このようにスイッチング・エッジを能動的に操作することで送信増幅器1従って送信装置1の電磁波放射を最低限に抑えることができる。
たった1つの電力増幅器2で複数の長波送信アンテナLF1...nを共通に作動させることにより、総合的な無駄を排除しつつ増幅器性能を非常に効率のよいものにできる。特にスイッチング・エッジを能動的に操作することで、すなわち立上り時間を制限し、電力増幅器2の矩形波又は台形波出力電圧をエッジ・シェーピングすることで、フィルタなどの付加的手段を講じることなく車両内でも使用可能である。その際電磁波放射は、非常に低く抑えられる。
送信コイルが並列共振あるいは直列共振で作動する送信装置を長波域の正弦波で作動させるのと比較し、矩形波又は台形波出力電圧による作動方法は、回路が簡素であること、電力増幅器2の出力最終段T17,T18における出力損失が少ないことなどの観点から非常に有利である。
送信出力の複雑な制御や、各送信段又は送信分岐のために各出力最終段の使用は必要でない。その理由は、電力増幅器2の最終段T17,T18が飽和状態で作動し、最終段ドライバT15,T16での損失がわずかだからである。また送信電流ILFは、パルス幅変調によって制御できるため、回路費用が減少される。アンテナLF1...nが、電力増幅器2の出力端子LFoutに直接接続されるので、複数の送信器を1つの中央制御装置で制御できる。特に出力多重化装置4か採用されているので、制御は費用が減少される。
1つの増幅器と複数のアンテナからなる送信装置の回路をブロック図として概略的に示す。 図1のブロック図の回路を比較的詳細に示す。 送信装置の電流制御の機能を信号ダイヤグラムとして表す。 送信装置の増幅器回路の原理を示す。
符号の説明
1 送信装置
2 増幅器
4 多重化装置
6 接地分岐
8 シャント
10 電流制御回路
12 電流検知器/コンパレータ
14 制御ロジック
16 ANDゲート
18 スイッチ機構/PWMラッチ
AZ アンテナ分岐
B バッファ
C コンデンサ
D ダイオード
入力端子
ebl ENABLE入力端子
HSdiag 診断信号
LF 送信アンテナ
LSdiag 診断信号
LF 送信電流/実際値
Ref 基準電流/目標値
送信コイル
LF 送信アンテナ
LFout 出力端子
LFclk タイミング信号
制御信号
in 制御入力端子
R 抵抗
トリガ信号
SS カレントミラー
T トランジスタ/MOSFET
作動電圧
VH 供給電圧/ポテンシャル

Claims (6)

  1. 多数の長波送信アンテナ(LF 1...n )を持つアクセスシステムの送信装置(1)の作動方法であって、これらの長波送信アンテナ(LF 1...n )が共通に増幅器(2)の出力端子(LFout)に接続され、かつ多重化装置(4)を介して個々に起動され、それによりそれぞれ起動されるアンテナ(LF )を経て送信電流(I LF )が導かれるものにおいて、送信電流(I LF )が制御されて、
    送信電流(I LF )の実際値が検出されて目標値(I Ref )と比較され、
    かつ送信電流(I LF )の実際値が目標値(I Ref )を超えた場合、増幅器(2)の入力信号(PWM in )が変化され、それにより送信電流(I LF )の実際値が目標値(I Ref )に近づけられるようにし、
    入力信号(PWM in )の変化がパルス幅変調によって行われることを特徴とする方法。
  2. 増幅器(2)によって、長波送信アンテナ(LF 1...n )を駆動する矩形波あるいは台形波出力電圧(LF out )を発生することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 複数の長波送信アンテナ(LF 1...n )と、各長波送信アンテナ(LF )を個別に起動する多重化装置(4)と、全ての長波送信アンテナ(LF 1...n )が共通に接続されている出力端子(LFout)を持つ増幅器(2)とを備えた、アクセスシステム用送信装置(1)において、送信電流(I LF )の実際値を検出する装置(8)と、増幅器(2)の入力信号(PWM in )のパルス幅変調を行う制御ユニット(10,12,14)を有し、送信電流(I LF )の実際値が目標値(I Ref )を超えた際制御ユニットが、送信電流(I LF )の実際値を変化して目標値(I Ref )に近づけることを特徴とする、送信装置。
  4. 制御ユニットが、増幅器(2)と多重化装置(4)との間に接続されて送信電流(I LF )を制限する電流制御装置(10)を備えていることを特徴とする、請求項3記載の送信装置。
  5. 増幅器(2)の制御入力端子(P in )に出力側を接続されている電流制御装置(10)の制御ロジック(14)が、タイミング信号(LF clk )用の第1入力端子(E )と制御信号(S )用の第2入力端子(E )を有していることを特徴とする、請求項4記載の送信装置。
  6. 制御ロジック(14)が、タイミング信号(LF clk )用の第1入力端子および第2入力端子を備えた論理ゲート(16)を含み、スイッチ機構(18)を介してコンパレータ(12)が出力側を制御ロジック(14)の論理ゲート(16)と接続され、スイッチ機構(18)として、増幅器(2)の制御入力端子信号(P in )のパルス幅変調用の制御されるラッチ・フリップ・フロップが設けられていることを特徴とする、請求項5記載の送信装置。
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