专利名称：具有充电电路的无源发射应答机及用于产生用于无源发射应答机的供应电压的方法
技术领域：
本发明涉及一种依据技术方案1的导言具有充电电路的无源发射应答机及一种依据技术方案11的导言用于产生用于无源发射应答机的供应电压的方法。
背景技术：
EP 1 871 648 Al描述一种在125kHz的频率范围内以电感方式操作的LF发射应答机。LF发射应答机细分为电池支持的LF接收器，其具有用于沿三个空间方向接收的三个并联谐振电路；及以被动方式操作的防盗锁止器钥匙电路，其共享所述三个并联谐振电路中的一者且以此方式借助基站来返回数据。尤其是所述防盗锁止器钥匙电路具有仅小的范围且具有位置相依范围的事实是有害的。所述接收器还需要大量电流。另外，从链接 "http://de. wikipedia. org/wiki/RFID"已知在无电池支持的情况下借助吸收调制从基站的场接收必需能量的纯无源发射应答机。鉴于此背景技术，本发明的目标是指示用来改善现有技术的一种装置及一种方法。此目标通过一种具有技术方案1的特征的具有充电电路的无源发射应答机及通过一种具有技术方案11的特征的用于产生供应电压的方法来解决。本发明的有利实施例为附属技术方案的主题。
发明内容
依据本发明的第一标的物，揭示一种具有用于供应电压电容器的充电电路的无源发射应答机，其包括第一并联谐振电路，其具有第一线圈及第一谐振电路电容器，其中所述第一线圈及所述第一谐振电路电容器与第一节点互连；第一整流器，其与所述第一节点及所述供应电压电容器互连；第二并联谐振电路，其具有基本上以正交方式对准于所述第一线圈的第二线圈及第二谐振电路电容器，其中所述第二线圈及所述第二谐振电路电容器与第二节点互连，且其中提供有第二整流器，所述第二整流器与所述第二节点及所述供应电压电容器互连，且所述第二整流器具有与所述第一整流器相同的正向方向。依据本发明的第二标的物，揭示一种用于产生用于无源发射应答机的供应电压的方法，其中提供彼此并联连接的两个并联谐振电路分支，所述两个并联谐振电路分支分别借助整流器与供应电压电容器连接，且借助所述并联谐振电路中的感应电压将所述供应电压电容器充电。如本发明所教示的所述装置及所述方法的优点是，在不具有其自身的电池支持的电压供应的无源发射应答机中，即使在接收电路的不利对准的情况下，也可实现用于所述发射应答机的操作的充足电压供应。通过优选地借助线圈来执行吸收，在基站的近场中基本上存在电感耦合或变压器耦合。在低于5MHz的频率范围中使用此些耦合。与现有技术相比，通过相互将供应电压电容器充电的彼此呈基本上正交关系的至少两个并联谐振电路的并联连接，效率及因此范围独立于所述发射应答机的天线相对于从基站辐射的电磁场的对准。申请人的研究已展示，将所述并联谐振电路的Q因子选择为优选地高于5 (最优选地，高于10)是有利的。在较高Q因子的情况下，谐振电路电压在谐振的情形下尤其强烈地增加， 且即使在所吸收电磁场的低场强度的情况下，也可将供应电压电容器充分充电以给所述无源发射应答机供应能量。依据一开发方案，提供一种具有基本上以正交方式对准于所述第二线圈且基本上以正交方式对准于所述第一线圈的第三线圈及第三谐振电路电容器的第三并联谐振电路， 其中所述第三线圈及所述第三谐振电路电容器与第三节点互连，且提供与所述第三节点及所述供应电压电容器互连的第三整流器，且其中所述第三整流器具有与所述第一整流器相同的正向方向。借助优选地彼此以正交方式对准的三个线圈，给出从所述发射应答机的任何空间位置中的电磁场的能量吸收，即，相对于所发射电磁场的方向，对所述无源发射应答机的能量供应现在事实上为全向的。在另一开发方案中，第一调制信号端子与所述第一节点互连且第二调制信号端子与防盗锁止单元的所述第二节点互连。根据替代实施例，第三调制信号端子与所述第三节点互连。以此方式，优选地在振幅调制的范围内，可借助防盗锁止单元从所述并联谐振电路读出在来自基站的载波上接收的经调制信号。此外，可借助使相应谐振电路衰减的防盗锁止单元来执行振幅调制。尤其在发射应答机与基站的电感耦合的情况下，以此方式可识别所述发射应答机的所发射信号并将其作为所述载波的调制来读出。依据一开发方案，优选地，将所述并联谐振电路的谐振频率形成为介于20kHz到30MHz kHz [原文如此]的范围内，优选地处于125kHz，最优选地处于13MHz。并且，优选地，将所述三个并联谐振电路的谐振频率形成为几乎相同。优选地，将所述第一整流器及所述第二整流器以及所述第三整流器分别设计为个别整流器二极管。通过选择所述整流器二极管的正向方向以使得所述电容器仅充电但不放电，实现了互连为所述并联电路的所述并联谐振电路之间的解耦。因此，所述供应电压电容器从彼此并联互连的三个并联谐振电路(即，始终从其中感应电压及/或半波高于充电电容器的实际电压的并联谐振电路)来充电。在另一开发方案中，提供开发一种维持到所述防盗锁止单元的功能性连接的控制单元。优选地，应将所述控制单元理解为集成电路，所述集成电路优选地在于由并联谐振电路及调制器单元形成的收发器中基本上执行模拟信号处理之后接管数字信号处理。根据一个实施例，可切换衰减器并联连接到每一并联谐振电路中的谐振电路电容器。所述可切换衰减器与所述防盗锁止单元连接且通过所述防盗锁止单元额外地连接以增加个别并联谐振电路的带宽。为了改进对调制的检测且因此改进数据速率，在优选地已调幅载波的发射或接收期间，带宽上的增加及由此产生的谐振升压的减小是特别有利的。在优选实施例中，将所述衰减器形成为可控开关(其优选地被设计为MOS晶体管) 与电阻器的串联连接。在此实例中，从所述防盗锁止单元触发所述MOS晶体管的栅极。应容易地理解，在替代实施例中，仪由单MOS晶体管形成所述衰减器。在另一实施例中，优选地将与每一谐振电路电容器并联的负载调制部件设计为来自可控开关与齐纳(kner) 二极管的串联连接。所述齐纳二极管的一个优点是，低于击穿电压时几乎无电流流动，且事实上独立于所述电流而将高于所述击穿电压的所施加电压箝位到所述击穿电压的值。以此方式，每一并联衰减电路可随负载调制而衰减到所述齐纳二极管的所述击穿电压。
依据优选实施例，将每一并联衰减电路的相应整流器设计为可控整流器单元。所述可控整流器单元的控制输入与所述防盗锁止单元互连。以此方式，可借助所述防盗锁止单元来控制对所述供应电压电容器的充电。应注意，对所述发射应答机的能量供应仅借助吸收调制而发生，且未给所述发射应答机提供任何电池支持的供应电压。此情形的一个原因是如本发明所教示的所述发射应答机在汽车钥匙的故障挽救被动进入系统(Passive Entry Go System)的设计的范围内的有利示范性使用。由于不需要任何电池电压的事实，即使在汽车钥匙的电池电力不足的情况下，只要钥匙在靠近汽车基站附近的范围内且从基站的场吸收充足能量，便可在任何时间打开汽车。
下文参考图式更详细地解释本发明。使用相同参考编号注释类似组件。所图解说明的实施例主要为示意性的，即，除非另有说明，否则距离以及横向及垂直尺寸范围并未按照比例且彼此不具有任何可导出的几何关系。所述图式展示图1是如本发明所教示的作为在汽车钥匙中具有电路布置的被动进入系统的一部分的无源发射应答机。图2是如本发明所教示的电路布置的第一实施例。图3是如本发明所教示的电路布置的另一实施例。
具体实施例方式图1中的图解说明描绘使用如本发明所教示的无源应答机TR作为汽车钥匙SL中的PES被动进入系统的一部分发射应答机。汽车钥匙SL位于汽车A的基站的场中。发射应答机TR以电感方式耦合(即，借助线圈)到汽车内的一个或多个基站的电磁场。TR发射应答机相对于汽车的潜在空间位置包含笛卡尔坐标系统的三个空间方向。图2中的图片展示如本发明所教示的作为PES被动进入系统的一部分的TR发射应答机的电路布置的第一实施例，根据所述实施例，第一并联衰减电路具有第一线圈 SPx ；第一谐振电路电容器Cx，其与第一线圈Sb并联连接；衰减器DGx，其与第一谐振电路电容器Cx并联连接，包括来自具有控制输入的第一开关与第一电阻器Rx的串联连接。 第一线圈SPx、第一谐振电路电容器Cx及第一开关与第一节点Kl互连。此外，防盗锁止单元IM的第一连接MSl及第一整流器二极管Dx的阳极与第一节点Kl互连。第一整流器二极管Dx的阴极进一步与供应电压电容器CL连接，供应电压电容器CL与参考电位互连。 此外，第一线圈SPx、第一谐振电路电容器Cx及第一电阻器Rx也与所述参考电位互连。另外，第一开关的控制输入与防盗锁止单元IM的第一栅极端子MDl互连。此夕卜，防盗锁止单元IM与控制单元ST互连。第二并联衰减电路具有第二线圈SPy ；第二谐振电路电容器Cy，其与第二线圈 SPy并联连接；衰减器DGy，其与第二谐振电路电容器Cy并联连接，包括来自具有控制输入的第二开关Sy与第二电阻器Ry的串联连接。第二线圈SPy、第二谐振电路电容器Cy及第二开关Sy与第二节点K2互连。此外，防盗锁止单元IM的第二连接MS2及第二整流器二极管Dy的阳极与第二节点K2互连。第二整流器二极管Dy的阴极进一步与供应电压电容器 CL连接，供应电压电容器CL与参考电位互连。此外，第二线圈SPy、第二谐振电路电容器Cy 及第二电阻器Ry也与所述参考电位互连。另外，第二开关Sy的控制输入与所述防盗锁止单元的第二栅极端子MD2互连。第三并联衰减电路具有第三线圈SPz ；第三谐振电路电容器Cz，其与第三线圈 SPz并联连接；衰减器DGz，其与第三谐振电路电容器Cz并联连接，包括来自具有控制输入的第三开关&与第三电阻器Rz的串联连接。第三线圈SPz、第三谐振电路电容器Cz及第三开关&与第三节点K3互连。此外，防盗锁止单元IM的第三连接MS3及第三整流器二极管Dz的阳极与第三节点K3互连。第三整流器二极管Dz的阴极进一步与供应电压电容器CL连接，供应电压电容器 CL与参考电位互连。此外，第三线圈SPz、第三谐振电路电容器Cz及第三电阻器Rz也与所述参考电位互连。另外，第三开关&的控制输入与防盗锁止单元IM的第三栅极端子MD3 互连。依据本发明，提供总共三个并联衰减电路(X空间方向的第一并联衰减电路、Y空间方向的第二并联衰减电路及Z空间方向的第三并联衰减电路)，其中至少相应并联衰减电路的线圈沿相关联的空间方向X、Y或Z对准。经由整流器二极管Dx、Dy及Dz借助所有三个并联衰减电路而将供应电压电容器CL充电。因此，在于所有三个线圈中均感应电压的情况下，恰好始终是相应谐振电路的感应半波的一部分(与两个其它并联衰减电路的半波部分相比，所述一部分表示谐振电路中的最高电压)将供应电压电容器CL充电。优选地，将并联谐振电路的Q因子形成为高于10以便即使电感为低也同样形成尽可能高的谐振电路电压及因此尽可能高的供应电压。随着Q因子增加，用于来往于基站的防盗锁止单元数据传送的带宽下降，因为载波上的经调制信号的分离及准备变得困难。为了增加用于数据传送的带宽，优选地至少在所述并联衰减电路中的一者中(优选地，在所有并联衰减电路中) 通过防盗锁止单元借助控制器额外连接一衰减器是有利的。图3图解说明作为PES被动进入系统的一部分的发射应答机TR的另一电路布置。 在下文中，仅提及图2中所描述实施例的范围内的差别。因此，第一并联衰减电路具有与第一谐振电路电容器Cx并联连接的负载调制元件Mx。有利地，第一负载调制元件Mx由齐纳二极管与可控开关[未展示]的串联连接组成。所述可控开关的控制输入与防盗锁止单元 IM的第一调制栅极端子IMX互连。所述齐纳二极管的一个优点是，低于击穿电压几乎无电流流动，且事实上独立于所述电流而将高于所述击穿电压的所施加电压箝位到所述击穿电压的值。以此方式，每一并联谐振电路可随负载调制而衰减到所述齐纳二极管的击穿电压。第二并联谐振电路进一步具有与第二谐振电路电容器Cy并联连接的负载调制元件My。有利地，第二负载调制元件My由齐纳二极管与可控开关的串联连接组成。所述可控开关的控制输入与防盗锁止单元IM的第二调制栅极端子IMY互连。此外，第三并联谐振电路具有与第三谐振电路电容器Cz并联连接的负载调制元件Mz。有利地，第三负载调制元件Mz由齐纳二极管与可控开关的串联连接组成。所述可控开关的控制输入与防盗锁止单元IM的第三调制栅极端子IMZ互连。所述第一并联谐振电路及所述第二并联谐振电路以及所述第三并联谐振电路分别与LF接收器单元LFR的输入互连。LF接收器单元LFR借助线SA而与防盗锁止单元IM互连。 LF接收器单元LFR进一步与微处理器支持的控制单元STM互连。控制单元STM与具有HF天线A的UHF发射器单元RFT互连且借助线DA而与防盗锁止单元IM互连。总之， 控制单元STM、LF接收器单元LFR及UHF发射器单元RFT经设计为控制单元ST的一部分。 与发射应答机TR相比，控制单元STM、LF接收器单元LFR及UHF发射器单元RFT与电池VB 互连。此外，供应电压电容器CL与控制单元STM互连。应注意，当前将高于IOOMHz的频率指定为UHF。 如果借助吸收调制来产生充足供应电压，则控制单元SVM可借助能量来供应且以此方式减少从电池VB取走的能量。由于个别并联谐振电路既与防盗锁止单元IM互连又与 LF接收器单元LFR互连的事实，所述并联谐振电路既可用于接收用于LF接收器单元LFR的数据又可用于来自防盗锁止单元IM的数据的接收及发射。对用于防盗锁止单元IM或用于 LF接收器单元LFR的所述并联谐振电路的控制(即，顺序利用)借助线SA来执行。当接收用于LF接收器单元LFR的数据时，衰减器DGx、DGy、DGz借助防盗锁止单元IM额外地连接以增加带宽。此使得有可能增加数据速率。借助衰减器DGx、DGy、DGz，优选地介于10到 20之间的范围内的Q因子优选地减少到低于10的范围。
权利要求
1.一种具有用于供应电压电容器(CL)的充电电路的无源发射应答机(TR)，其包括，第一并联谐振电路(X)，其具有第一线圈(SPx)及第一谐振电路电容器(Cx)，其中所述第一线圈(SPx)及所述第一谐振电路电容器(Cx)与第一节点(Kl)互连，第一整流器，其与所述第一节点(Kl)及所述供应电压电容器(CL)互连，第二并联谐振电路，其具有基本上以正交方式对准于所述第一线圈(SPx)的第二线圈 (SPy)及第二谐振电路电容器(Cy)，其中所述第二线圈及所述第二谐振电路电容器(Cy)与第二节点(K2)互连，所述无源发射应答机(TR)的特征在于提供有第二整流器，其与所述第二节点(以)及所述供应电压电容器(CL)互连，且所述第二整流器具有与所述第一整流器相同的正向方向。
2.根据权利要求1所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于提供有第三并联谐振电路，所述第三并联谐振电路具有基本上以正交方式对准于所述第二线圈且基本上以正交方式对准于所述第一线圈(SPx)的第三线圈(SPz)及第三谐振电路电容器(Cz)，其中所述第三线圈(SPz)及所述第三谐振电路电容器(Cz)与第三节点(D)互连，且提供有第三整流器，所述第三整流器与所述第三节点(D)及所述供应电压电容器(CL)互连，且所述第三整流器具有与所述第一整流器相同的正向方向。
3.根据权利要求1或2所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于第一调制信号端子 (MSl)与所述第一节点(Kl)互连，且防盗锁止单元(IM)的第二调制信号端子(MS2)与所述第二节点(K2)互连。
4.根据权利要求2所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于防盗锁止单元(IM)的第三调制信号端子(MS； )与所述第三节点(D)互连。
5.根据权利要求1或2所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于所述并联谐振电路中的每一者具有介于20kHz到13MHz的范围内的谐振频率。
6.根据权利要求1或2所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于所述第一整流器及所述第二整流器以及所述第三整流器分别被设计为个别整流器二极管(Dx、Dy、Dz)。
7.根据权利要求3所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于控制单元(ST)维持与所述防盗锁止单元(IM)的功能性连接。
8.根据权利要求1或2所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于在每一并联谐振电路中，与所述谐振电路电容器(Cx、Cy、Cz)并联地提供有可切换衰减器(Dx、Dy、Dz)。
9.根据权利要求8所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于所述衰减器(DG)是由来自可控开关(Sx、Sy、Sz)与电阻器(Rx、Ry、Rz)的串联连接形成。
10.根据权利要求1或2所述的无源发射应答机(TR)，其特征在于在每一并联谐振电路中，与所述相应谐振电路电容器(Cx、Cy、Cz)并联地提供有可切换负载调制元件(Mx、My、 Mz)。
11.一种用于产生用于根据权利要求1到10中任一权利要求所述的无源发射应答机 (TR)的供应电压的方法，其特征在于提供彼此并联连接的两个谐振电路分支，所述两个谐振电路分支分别借助所述整流器与供应电压电容器(CL)连接；且借助所述并联谐振电路中的感应电压将所述供应电压电容器(CL)充电。
12.根据权利要求11所述的用于产生用于无源发射应答机(TR)的供应电压(Vcc)的 方法，其特征在于从彼此并联连接的三个并联谐振电路将所述供应电压电容器(CL)充电。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的用于产生用于无源发射应答机(TR)的供应电压(Vcc)的方法，其特征在于通过防盗锁止单元(IM)额外地连接衰减器(Dx、Dy、Dz)以增加所述并联谐振电路的带宽。
全文摘要
本申请案涉及具有充电电路的无源发射应答机及用于产生用于无源发射应答机的供应电压的方法。具有用于供应电压电容器的充电电路的无源发射应答机包括第一并联谐振电路，其具有第一线圈及第一谐振电路电容器，其中所述第一线圈及所述第一谐振电路电容器与第一节点互连；第一整流器，其与所述第一节点及所述供应电压电容器互连；第二并联谐振电路，其具有基本上以正交方式对准于所述第一线圈的第二线圈及第二谐振电路电容器，其中所述第二线圈及所述第二谐振电路电容器与第二节点互连，且其中提供有第二整流器，所述第二整流器与所述第二节点及所述供应电压电容器互连，且所述第二整流器具有与所述第一整流器相同的正向方向。
文档编号H02J17/00GK102545395SQ20111044361
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月20日 优先权日2010年12月27日
发明者沃纳·齐格勒 申请人:爱特梅尔公司