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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Radiowellenübertragung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In den letzten Jahren wurden vielfältige elektronische Schlüsselsysteme wie beispielsweise ein Smart-Zugangssystem bei Fahrzeugen verwendet. Bei diesen Systemen führt eine im Fahrzeug montierte Vorrichtung eine Funkkommunikation mit einer tragbaren Vorrichtung (einem elektronischen Schlüssel) durch, der von einem Anwender mitgetragen wird, um die ID der tragbaren Vorrichtung zu verifizieren und um das Verriegeln/Entriegelnder Fahrzeugtüren im Ansprechen auf Befehle von der tragbaren Vorrichtung zu steuern.
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Die
JP 11-71948 A offenbart eine fahrzeugseitige Sendevorrichtung, die für solche elektronische Schlüsselsysteme geeignet ist. Diese Sendevorrichtung stellt in variabler Weise einen Bereich der Reichweite einer Funkwelle (Suchfunkwelle) ein, die beim Suchen für eine tragbare Vorrichtung gesendet wird. Diese Sendevorrichtung umfasst einen Oszillator zum Erzeugen einer festen Ausgangsgröße eines Sende-Trägerwellensignals, und einen Signalverstärker zum Umsetzen der Oszillator-Ausgangsgröße in eine Funkwelle, die von einer Antenne aus ausgegeben wird. Zum Einstellen des Ausgangspegels der Funkwelle oder Radiowelle, um in variabler Weise den Reichweitebereich der Funkwelle einzustellen, werden die folgenden zwei Verfahren vorgeschlagen: (A) Einstellen der Ausgangsgröße des Signalverstärkers durch einen variablen Widerstand, der an einer Ausgangsstufe des Signalverstärkers vorgesehen ist; und (B) Einstellen einer Verstärkung des Signalverstärkers.
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Gemäß irgendeinem der Verfahren (A) und (B) ist ein Verstärker mit großer Ausgangsleistung erforderlich, sodass dessen Ausgangsgröße dazu verwendet werden kann, um die Antenne zu treiben. Gemäß dem Verfahren (A) bewirkt der variable Widerstand einen schlechten Energiewirkungsgrad aufgrund von Energieverlusten, speziell auf der Niedrigenergieseite. Gemäß dem Verfahren (B) wird, da selbst eine kleine Schwankung in einem Eingangssignal verstärkt wird, die Amplitude der Funkwelle die von der Antenne gesendet wird, durch eine Betriebscharakteristik oder Temperaturcharakteristik des Signalverstärkers verändert, was zu einem unstabilen Betrieb führt.
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Die
EP 1 260 016 B1 offenbart ein Verfahren und eine Sendeschaltung zur Erzeugung eines Signals. Die Sendeschaltung umfasst einen Sendeverstärker, an dessen Eingang ein amplitudenmoduliertes Signal anliegt, welches aus der Versorgungsspannung erzeugt wird. Das von dem Sendeverstärker erzeugte Signal wird zu einer Antenne weitergeleitet, wobei ein Teil des Sendesignals als Rückkopplungssignal ausgekoppelt wird und nach einer weiteren Verarbeitung als Amplitudenmodulationssignal, d. h. als Stellgröße für den Versorgungsspannungseingang des Sendeverstärkers zur Verfügung steht, wodurch die Stabilität des Sendesignals aufrechterhalten wird.
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Aus der
DE 602 11 355 T2 sind ein Leser und ein Transponder in Gehäusen bekannt, wobei der Leser ein Signal erzeugt, welches von einer mit dem Leser verbundenen Antenne ausgesendet wird. Eine elektronische Schaltung erzeugt die Trägerwelle und moduliert diese mit der für den Transponder bestimmten Steuerinformation.
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EP 1 538036 A1 offenbart eine passive schlüssellose Zugangsvorrichtung, aufweisend einen in einem Fahrzeug montierten Sender-Empfänger und einen tragbaren Sender-Empfänger, der für die Betätigung von im Fahrzeug montierten Vorrichtungen eines Fahrzeugs ausgebildet ist, in dem der im Fahrzeug montierte Sender-Empfänger installiert ist, wobei der im Fahrzeug montierte Sender-Empfänger ein Niedrigfrequenz-Wecksignal an den tragbaren Sender-Empfänger sendet, der tragbare Sender-Empfänger ein Hochfrequenzbefehlssignal sendet, um die im Fahrzeug montierten Vorrichtungen als Antwort auf den Empfang des Wecksignals zu steuern, der im Fahrzeug montierte Sender-Empfänger das Befehlssignal empfangt, wobei der im Fahrzeug montierte Sender-Empfänger eine Taktgeberschaltung für das Ausgeben eines Taktsignals, eine Steuerschaltung für das Ausgeben eines Steuersignals, eine Modulationsschaltung für das Modulieren des Taktsignals mit dem Steuersignal, um ein Modulationssignal zu erzeugen, eine von dem Modulationssignal gesteuerte Sendeschaltung für das Liefern eines Niedrigfrequenzsignals an eine Niedrigfrequenzantenne, die eine LC-Resonanzschaltung bildet, und einen Schalt-FET mit einer Gate-Elektrode, an die das Steuersignal geliefert wird, aufweist, wobei die Sendeschaltung mittels einer Halbbrückenschaltung konfiguriert ist, die aus einem Paar von FETs mit einer gemeinsamen Gate-Elektrode gebildet ist, der das Modulationssignal zugeführt wird, und die Niedrigfrequenzantenne mit einem Ausgangsanschluss der Halbbrückenschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalt-FET mit der LC-Resonanzschaltung in Reihe geschaltet ist und ausgeschaltet wird, wenn die Obertragung des Niedrigfrequenzsignals gestoppt wird, wenn das Liefern des Steuersignals gestoppt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Senden einer Radiowelle oder Funkwelle zu schaffen, die bzw. welches dafür geeignet ist, um die Funkwellenausgangsgröße stabil zu halten, die von einer Antenne gesendet wird und dafür geeignet ist, um einen Reichweitebereich der Funkwelle variabel einzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt in einer fahrzeugseitigen Vorrichtung eine variable Leistungsschaltung eine Treiber-Ausgangsspannung von einer Batteriespannung, eine Modulationsschaltung modelliert ein Trägerwellensignal einer Trägerfrequenz durch ein Basisband-Signal mit einer Frequenz, die niedriger ist als diejenige des Basisbandsignals, um dadurch ein Schalt-Steuersignal zu erzeugen, und umfasst eine Schalter-Schaltung, die eine Anwendung oder ein Anlegen der Treiber-Ausgangsspannung an eine Antenne im Ansprechen auf das Schaltsignal ein- und ausschaltet. Die variable Leistungsschaltung stellt die Treiber-Ausgangsspannung ein, um einen Reichweitebereich einer Funkwelle variabel einzustellen, die von der Antenne ausgesendet wird, sodass die Funkwelle von einer tragbaren Vorrichtung, die in den Reichweitebereich eindringt, empfangen werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Blockschaltbild, welches ein Funk-Verriegelungs-/Entriegelungs-System eines Fahrzeugs mit Verwendung einer LF-Sendevorrichtung. gemäß der vorliegenden wiedergibt;
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2 ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform der LF-(NF)-Sendevorrichtung darstellt, die in 1 gezeigt ist;
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3 ein schematisches Diagramm, welches eine Modulationsschaltung wiedergibt, die in 2 dargestellt ist;
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4 ein Schaltungsdiagramm, welches eine Schalt-Schaltung und eine Treiberschaltung der LF-(NF)-Sendevorrichtung zeigt, die in 2 dargestellt ist;
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5 ein Schaltungsdiagramm, welches eine Ladungs-Pumpschaltung zeigt, die eine Gatespannungs-Booster-Schaltung bildet, die in 4 gezeigt ist;
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6 einen Zeitplan, der einen Betrieb der LF-Sendevorrichtung zeigt, die in 2 dargestellt;
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7A und 7B Pläne, welche die Betriebsweisen von MOSFETs in der Schalter-Schaltung zeigen, die in 4 dargestellt;
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8 ein Blockschaltbild, welches eine andere Ausführungsform der LF-(NF)-Sendevorrichtung wiedergibt, die in 1 gezeigt ist; und
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9 ein Zeitsteuerdiagramm, welches einen Betrieb der LF-Sendevorrichtung veranschaulicht, die in 8 wiedergegeben ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Um zunächst auf 1 einzugehen, so enthält ein Funk-Verriegelungs-/Entriegelungs-System 1 eine fahrzeugseitige Vorrichtung 100, die in einem Fahrzeug montiert ist, und eine tragbare Vorrichtung 200, die von einem Anwender mitgetragen wird. Die tragbare Vorrichtung 200 speichert einen Identifizierungscode (ID), der für jedes Fahrzeug spezifisch ist und führt eine Funkkommunikation mit der fahrzeugseitigen Vorrichtung 100 durch. Die fahrzeugseitige Vorrichtung 100 überprüft, ob die tragbare Vorrichtung 200, die spezifisch für das Fahrzeug ist, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches von dem Fahrzeug vorhanden ist, was mit Hilfe des ID-Codes erfolgt, und führt eine vorbestimmte Steuerung (zum Beispiel Tür-Verriegelung/Entriegelung, Immobilizer-Entriegelung und so weiter) basierend auf dem Prüfergebnis des ID-Codes durch. Die fahrzeugseitige Vorrichtung 100 enthält eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10, eine Niederfrequenz-(LF)-Sendevorrichtung 20, die mit der ECU 10 und einer LF-(NF)-Antenne 210 verbunden ist, und eine Funkfrequenz-(HF)-Empfängervorrichtung 30, die mit der ECU 10 und einer HF-Antenne 310 verbunden ist.
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Die LF- bzw. NF-Sendevorrichtung 200 moduliert ein LF- bzw. NF-Trägerwellensignal mit einem Basisbandsignal, welches einen ID-Code des tragbaren Schlüssels und ähnliches enthält, und sendet periodisch eine Anfragewelle von der LF-Antenne 210 aus. Die Energie der Anfragewelle wird so bestimmt, dass die Anfragewelle einen vorbestimmten Bereich erreichen kann. Wenn die tragbare Vorrichtung 200 innerhalb dieses vorbestimmten Bereiches vorhanden ist, empfängt die tragbare Vorrichtung 200 die Anfragewelle und demoduliert das Basisbandsignal. Wenn das Demodulationsergebnis anzeigt, dass die Anfragewelle spezifisch für die tragbare Vorrichtung 200 selbst ist, sendet die tragbare Vorrichtung 200 automatisch als Antwort eine HF-Antwortwelle, die deren ID-Code enthält.
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Bei der fahrzeugseitigen Vorrichtung 100 empfängt die HF-Empfängervorrichtung 30 diese HF-Antwortwelle über die HF-Antenne 310 und demoduliert ein Basisbandsignal der HF-Antwortwelle, welches den ID-Code enthält. Die ECU 10 prüf, ob der ID-Code in der HF-Antwortwelle bzw. -Antwortsignal einem Haupt-ID-Code entspricht, der in einem Speicher 12 gespeichert ist. Wenn das Prüfergebnis anzeigt, dass beide ID-Codes einander entsprechen, steuert die ECU 10 die Betriebsweisen einer Türverriegelungsvorrichtung 40 und einer Immobilizer-Vorrichtung (60). Beispielsweise kann ein Anwender, der die tragbare Vorrichtung 200 mit sich trägt, einen Türgriff berühren, die ECU 10 empfängt dann ein Ausgangssignal von einem Berührungssensor 50, der an dem Türgriff vorgesehen sind und macht dieses Ausgangssignal gültig und zwar als Berührung durch einen autorisierten Anwender. Die ECU 10 gibt dann einen Befehl an die Türverriegelungsvorrichtung 40 aus, um die Tür zu verriegeln oder zu entriegeln.
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Die NF-Sendevorrichtung 20 ist an einer vorbestimmten Position in dem Fahrzeug fixiert, sodass sie die Anfragewelle für den Suchvorgang nach der tragbaren Vorrichtung senden kann. Die Ausgangsleistung der Anfragewelle definiert den vorbestimmten Suchbereich nach der tragbaren Vorrichtung 200.
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Wie in 2 gezeigt ist, enthält die NF-Sendevorrichtung 20 eine variable Leistungsschaltung 24, eine Schalter-Schaltung 25, eine Treiberschaltung 22 und eine Modulatorschaltung 11. Die variable Leistungsschaltung 24 empfängt elektrische Energie VB von einer im Fahrzeug montierten Batterie (nicht gezeigt) und schickt eine Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 zu der Antenne, um die NF-Antenne 210 anzutreiben. Die Schalter-Schaltung 25 ist zwischen der variablen Leistungsschaltung 24 und der NF-Antenne 210 vorgesehen, um die Richtung der Stromzufuhr zwischen zwei Richtungen X und Y umzuschalten. Die Richtung X verläuft von einem ersten Anschluss 210a zu einem zweiten Anschluss 210b, und die Richtung Y verläuft von dem zweiten Anschluss 210b zu dem ersten Anschluss 210a. Die Treiberschaltung 22 enthält eine Ladungs-Pumpschaltung 23 und sie treibt die Schalter-Schaltung 25 basierend auf einer Trägerwellenfrequenz der Such-Radiowelle an. Die Modulatorschaltung 11 moduliert die Schalt-Treiberausgangsgröße der Treiberschaltung in einer Ein-/Aus-Weise basierend auf einem digitalen Basisbandsignal mit einer Frequenz, die niedriger ist als die Trägerwellenfrequenz.
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Die variable Leistungsschaltung 24 dient dazu in variabler Weise einen Reichweitebereich der Such-Radiowelle einzustellen und sie enthält eine Spannungs-Wandlerschaltung 24a, eine Batteriespannung-Eingabeschaltung 24b und eine Befehl-Eingabeschaltung 24e. Die Befehl-Eingabeschaltung 24e gibt eine Bezugsspannung Vref als einen variablen Befehl, der eine Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 angibt, an die NF-Antenne 210 ab, welche auch an diese anzulegen ist. Die Spannungs-Wandlerschaltung 24a enthält einen Verstärker und einen Schalttransistor 24d und sie wandelt die Batteriespannung VB in die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 gemäß dem variablen Befehl um.
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Die NF-Antenne 210 besteht aus einer Resonanzantenne, die eine Antennenspule 211 und einen Kondensator 212 enthält, der so angekoppelt ist, um einen Reihenresonanzkreis zu bilden. Die Treiberschaltung 22 treibt schaltend die Schalter-Schaltung 25 in Einklang mit der Trägerwellenfrequenz, die einer Resonanzfrequenz der NF-Antenne 210 entspricht. Obwohl die NF-Antenne 210 direkt in einer Impuls-Wellenform (Ein/Aus) angetrieben wird, erzeugt sie eine Trägerwelle in einer Resonanz-Sinuswellenform. Als Ergebnis können höhere harmonische Komponenten, die in der Impuls-Wellenform enthalten sind und die Störsignale und eine elektromagnetische Interferenz (EMI) bewirken, effektiv reduziert werden. Da ferner eine Resonanz-Schaltungskonfiguration realisiert ist, die Windungslänge der Antennenwicklung 211 sehr viel kürzer als eine gesendete Wellenlänge und ist darin effektiv die Antennengröße zu reduzieren. Als ein Beispiel wird die Bandbreite der Sendewelle auf ein NF-Band eingestellt, welches von 50 kHz bis 500 kHz einer langen Welle reicht. Ferner ist das NF-Band insofern vorteilhaft als die tragbare Vorrichtung 200 nicht auf die Such-Radiowelle anspricht, wenn der Anwender (die tragbare Vorrichtung) von dem vorbestimmten Bereich entfernt ist. Es ist auch insofern vorteilhaft, als die tragbare Vorrichtung 200 auf die Such-Radiowelle immer dann antwortet, wenn sie von dem Anwender getragen wird oder mitgeführt wird, da die Such-Radiowelle sich einfach ausbreiten kann.
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Die Schalter-Schaltung 25 ist aus einer H-Brückenschaltung aus vier (erster bis vierter) Schalttransistoren 251 bis 254 gebildet und ist an die NF-Antenne 210 über Impedanz-Anpassungswiderstände 261 und 262 angeschlossen. Die erste Schalttransistor 251 ist zwischen der variablen Leistungsschaltung 24 und dem Antennenanschluss 210a vorgesehen. Der zweite Schalttransistor 252 ist zwischen der variablen Leistungsschaltung 24 und dem Antennenanschluss 210b vorgesehen. Der dritte Schalttransistor 253 ist zwischen dem Antennenanschluss 210a und Erde oder Masse vorgesehen. Der vierte Schalttransistor 254 ist zwischen dem Antennenanschluss 210b und Masse oder Erde vorgesehen. Die Antenne 210 wird mit elektrischer Energie in der ersten Richtung X versorgt, wenn der erste und der vierte Schalttransistor 251 und 254 eingeschaltet sind und wenn der zweite und der dritte Schalttransistor 252 und 253 ausgeschaltet sind. Die Antenne 210 wird mit elektrischer Energie in der zweiten Richtung Y versorgt, wenn der erste und der vierte Schalttransistor 251 und 254 ausgeschaltet sind und wenn der zweite und der dritte Schalttransistor 252 und 253 eingeschaltet sind. Die Schalter-Schaltung ist auch in 4 gezeigt.
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Wie in 3 dargestellt ist, enthält die Modulatorschaltung 11 eine Trägerwellensignalschaltung 11a, eine Modulationsschaltung 11b und eine Logik-Schaltung 21. Die Trägerwellensignalschaltung 11a enthält eine Bezugs-Oszillatorschaltung 111 und eine Frequenzteilerschaltung 112 und erzeugt ein impulsförmig gestaltetes Trägerwellensignal entsprechend der Trägerwellenfrequenz und zwar durch Teilen der Frequenz eines Bezugstaktsignals der Bezugs-Oszillatorschaltung 111 vermittels der Teilerschaltung 112. Die Modulationsschaltung 11b, die aus einem UND-Gatter bestehen kann, unterzieht das Trägerwellensignal der Trägerwellensignalschaltung 11a und das impulsförmig gestaltete digitale Basisbandsignal mit einer niedrigen Frequenz einer logischen UND-Verknüpfung oder Operation und erzeugt ein moduliertes Wellensignal. Das digitale Basisbandsignal besitzt eine EIN-Periode PA und eine AUS-Periode PB, die in Einklang mit den zu sendenden Daten variieren. Das modulierte Wellensignal besitzt eine Vielzahl an Impulsen in der Periode PA, jedoch keine Impulse in der Periode PB. Die Modulationsschaltung 11b kann durch einen Schalttransistor (zum Beispiel FET) gebildet sein, der in dem Ausgangspfad des Trägerwellensignals vorgesehen ist.
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Die Logik-Schaltung 21 enthält ein Invertier-Gatter 21i, welches das modulierte Wellensignal empfängt und welches vier Eingangs-Treibersignale 1N1H, 1N2H, 1N1L und 1N2L, um die Schalttransistoren 251, 252, 253 und 254 jeweils anzutreiben. Es werden somit die Eingangs-Treibersignale als Schalt-Steuersignale verwendet. Spezifischer gesagt, wenn das modulierte Wellensignal sich auf einem hohen Pegel (H) während der Periode PA befindet, sind die Schalttransistoren 251 und 254 eingeschaltet und zwar durch die Eingangs-Treibersignale 1N1H und 1N2L, um die Antenne 210 in der Richtung X zu erregen. Wenn das modulierte Wellensignal sich auf einem niedrigen Pegel (L) während der Periode PA befindet, werden die Schalttransistoren 252 und 253 durch die Eingangs-Treibersignale 1N2H und 1N1L eingeschaltet, um die Antenne 210 in der Richtung Y zu erregen. Während der Periode PB sind alle Schalttransistoren 251 bis 254 ausgeschaltet.
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Wie in 4 gezeigt ist, empfängt die Schalter-Schaltung 25 die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 von der variablen Leistungsschaltung 24 als eine Sende-Treiberspannung der NF-Atenne 210. Jeder Schalttransistor 251, 252, 253, 254 kann aus einem N-Kanal-MOSFET bestehen und besitzt einen Drain-Anschluss, der mit der variablen Leistungsschaltung 24 verbunden ist, und einen Source-Anschluss, der mit Masse oder Erde oder einer Erdungsseite verbunden ist. Die Treiberschaltung 22 ist mit den Gate-Anschlüssen der Schalttransistoren 251 bis 254 verbunden, um die Schaltungen zu treiben, inklusive einer Ladungs-Pumpschaltung (Gate-Booster-Schaltung) 23, um eine Boost-Treiberspannung VEH, die höher ist als die Batteriespannung VB, dem Gate-Anschluss des MOSFET 251, 252, 253 oder 254 zuzuführen, der eingeschaltet werden soll, um die Antenne 210 zu erregen.
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Jeder MOSFET besteht aus einem Enhancement-Typ, der einen kleinen EIN-Widerstand und eine hohe Gate-Eingangsimpedanz besitzt, sodass die Schalter-Schaltung 25 weniger elektrische Energie verbraucht. Es sei hier angenommen, dass eine Source-Spannung, eine Gate-Spannung und eine Schwellenwert-Gate-Source-Spannung zum Einschalten eines MOSFET wie folgt ist Vcc2 bzw. VG bzw. Vk (circa 2,5 V). Im Falle eines P-Kanaltypen wird der MOSFET eingeschaltet, wenn die Gate-Spannung VG niedriger wird als die Source-Spannung Vcc2 und zwar um mehr als Vk, das heißt also Vcc2 – VG ≥ Vk. Im Falle eines N-Kanaltypen wird der MOSFET eingeschaltet, wenn die Gate-Spannung Vg höher wird als Source-Spannung Vcc2 und zwar um mehr als Vk, das heißt VG – Vcc2 ≥ Vk.
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Die Treiberspannung VX (entsprechend zu Vcc1), die geschaltet werden soll, ist im Allgemeinen sehr viel höher als die Signal-Stromversorgungsspannung Vcc2 (zum Beispiel +5 V und entsprechend zu VG). Indem man in diesem Fall P-Kanal-MOSFETs für die hochliegende Seite (Leistungsschaltungsseite 24) und N-Kanal-MOSFETs für die niedrige Seite (Erdungsseite) verwendet, wird es möglich die Signal-Stromversorgungsspannung Vcc2 als Gate-Spannung zu verwenden, um die Schalter-Schaltung 25 zu treiben. Es kann jedoch in einem Fall unmöglich sein, bei dem die Sende-Treiberspannung VX, die geschaltet werden soll, variabel ist, um in variabler Weise den Reichweitebereich der Radiowelle einzustellen. Das heißt im Falle des P-Kanal-MOSFET auf der hochliegenden Seite, wenn die Sende-Treiberspannung VX für einen kleinen Bereich eingestellt ist, muss die Spannung VG negativ eingestellt werden, um den Ausdruck Vcc2 – VG ≥ VK zu befriedigen, um den MOSFET auf der spannungsmäßig hochliegenden Seite einzuschalten. Diese negative Spannung erfordert eine Negativ-Leistungsschaltung.
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Um die Schalter-Schaltung 25 ohne eine Negativ-Leistungsschaltung anzutreiben, werden bei allen Schalttransistoren 251 bis 254 N-Kanal-MOSFETs verwendet. Um den N-Kanal-MOSFET anzutreiben ist es erforderlich die Gate-Spannung VG anzulegen, die höher ist als die Sende-Treiberspannung VX (Source-Spannung Vcc2) und zwar um die Schwellenwertspannung Vk. Die Gate-Spannung VG wird durch die Ladungs-Pumpschaltung 23 zugeführt, welche die Boost-Gate-Treiberspannung VEH zuführt. Somit können alle MOSFETs ohne eine Negativ-Leistungsschaltung ungeachtet einem Einstellwert der Sende-Treiberspannung VX angetrieben werden. Somit kann eine unterste Grenzspannung Vxmin der Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 so eingestellt werden, dass sie niedriger ist als die Gate-Treiberspannung VEH und der Bereich der Variation der Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 kann in bemerkenswerter Weise auf einer niedrigen Spannungsseite erweitert werden. Wenn beispielsweise die Spannung Vk bei 2,5 V liegt, kann die unterste Grenze von Vxmin zwischen 1,5 V und 2,5 V eingestellt werden. Als ein Beispiel kann die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 variabel in Inkrementen oder Dekrementen von 0,3 V zwischen der untersten Grenze Vxmin von 1,7 V und einer obersten Grenze Vxmax von 6,8 V eingestellt werden.
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Die Ladungs-Pumpschaltung 23 liegt die Gate-Treiberspannung VEH, die um 2,5 V höher liegt als die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 der variablen Leistungsschaltung 24, an die Gate-Anschlüsse der N-Kanal-MOSFETs an, um diese einzuschalten, sodass die MOSFETs in stabiler Weise die jeweiligen Schaltoperationen durchführen. Die Gate-Treiberspannung VEH kann in variabler Weise in Einklang mit der Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 eingestellt werden oder kann auf einen fixierten Pegel eingestellt werden. In diesem Fall muss der fixierte Pegel (Gate-Treiberspannung VEH) höher liegen als die oberste Grenze Vxmax und zwar um mehr als die Schwellenwertspannung Vk selbst wenn die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 auf die oberste Grenzspannung Vxmax eingestellt ist. Beispielsweise kann Vxmax 6,8 V betragen und VEH kann zwischen 10 V und 25 V liegen (zum Beispiel 20 V). Diese Spannung VEH muss niedriger liegen als die Haltespannung eines Gates eines MOSFETs, der verwendet wird.
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Die Ladungs-Pumpschaltung 23 kann durch einen Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer von Booster-Typ ersetzt werden. Die Ladungs-Pumpschaltung 23 ist jedoch ausreichend, da ein MOSFET eine hohe Gate-Eingangsimpedanz besitzt und keinen so hohen Ausgangsstrom erfordert. Die Ladungs-Pumpschaltung 23 benötigt lediglich Dioden, Kondensatoren, Schalttransistoren und ähnliches und ist in ihrem Aufbau einfach und mit niedrigen Kosten verbunden. Ferner kann diese auch in einfacher Weise in einem C-MOS-Monolith-IC mit der Schalter-Schaltung 25, der Treiberschaltung 26 und der Logik-Schaltung 21 integriert werden.
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Spezifischer gesagt enthält gemäß der Darstellung in 5 die Ladungs-Pumpschaltung 23 Kondensatoren 101 und 102 für eine Spannungsmultiplikation, ferner Dioden 103 und 104, um einen Rückfluss des Stromes zu verhindern, Schalttransistoren 105 und 106 und ein Inverter-Gatter 107. Ein Satz (erster Satz) aus Kondensator 101 und Diode 103 und ein anderer Satz (zweiter Satz) aus Kondensator 102 und Diode 104 sind abwechselnd in Reihe geschaltet. Solche Schaltungselemente sind so verbunden, dass die Spannung Vcc2 in Entsprechung zu der Zahl der Stufen des ersten und des zweiten Satzes multipliziert wird und zwar indem in komplementärer Weise die Transistoren 105 und 106 im Ansprechen auf ein Taktsignal CLK eingeschaltet und ausgeschaltet werden.
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Um erneut auf 4 einzugehen, so enthält die Treiberschaltung 22 erste und zweite Eingangs-Treibertransistoren 221 und 222, zu denen Eingangs-Signalpegel 1N1H und 1N2H mit entgegengesetzten Werten (H oder L) angelegt werden. Die Eingangsspannung zu den Transistoren 221 und 222 wird niedriger eingestellt als die Gate-Treiberspannung VEH. Jeder Transistor 221 und 222 enthält einen EIN-Treiber-Transistor 231 und einen AUS-Treiber-Transistor 232. Die Transistoren 231 sind zwischen der Ladungs-Pumpschaltung 23 und den Schalttransistoren 251 und 252 angeordnet. Wenn die Transistoren 231 im Ansprechen auf die jeweiligen Eingangs-Treibersignale 1N1H und 1N2H eingeschaltet werden, wird die Gate-Treiberspannung VEH jeweils an die Schalttransistoren 251 und 252 angelegt. Die Transistoren 232 sind zwischen den Gate-Anschlüssen der Schalttransistoren 251 und 252 und Masse oder Erde angeordnet.
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Wenn die Transistoren 232 im Ansprechen auf die jeweiligen Eingangs-Treibersignale 1N1H und 1N2H eingeschaltet werden, wird die Gate-Treiberspannung VEH verkürzt bzw. kurzgeschlossen und wird nicht an die jeweiligen Schalttransistoren 251 und 252 angelegt. Indem man somit den EIN-Treibertransistor und den AUS-Treibertransistor in der Treiberschaltung 22 für jeden Schalttransistor der Schalter-Schaltung 25 vorsieht, kann der Schalttransistor ohne Fehler zwischen EIN und AUS umgeschaltet werden.
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Die Signalspannung der Logik-Schaltung 21 besteht aus einer stabilisierten Spannung Vcc2 (zum Beispiel 5 V), die niedriger ist als die Batteriespannung VB und die Ladungs-Pumpschaltung 23 boostet diese stabilisierte Spannung Vcc2 auf die Gate-Treiberspannung VEH. Als Ergebnis kann die Gate-Treiberspannung VEH stabil relativ zu der stabilisierten Spannung Vcc2 als eine Bezugsgröße erzeugt werden. Speziell die Ladungs-Pumpschaltung 23, die aus einer Spannngs-Multiplikationsschaltung aus einer Kombination von Dioden und Kondensatoren besteht, die Gate-Treiberspannung VEH als ein ganzzahliges Vielfaches der stabilisierten Spannung erzeugen.
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Die Treiberschaltung 22 enthält ferner einen dritten und vierten Eingangs-Treibertransistor 223 und 224, an die Eingangs-Signalpegel 1N1L und 1N2L mit entgegengesetzten Werten (H oder L) angelegt werden. Die Eingangsspannung zu dem Transistor 223 und 224 ist niedriger eingestellt als die Gate-Treiberspannung VEH. Jeder der Transistoren 223 und 224 enthält einen EIN-Treibertransistor 231 und einen AUS-Treibertransistor 232. Die Transistoren 231 sind zwischen der Batterieschaltung der Spannung VB und den Schalttransistoren 253 und 254 angeordnet. Wenn die Transistoren 231 im Ansprechen auf die jeweiligen Eingangs-Treibersignale 1N1L und 1N2L eingeschaltet werden, wird die Batteriespannung VB an die Schalttransistoren 253 und 254 jeweils angelegt. Die Transistoren 232 sind zwischen den Gate-Anschlüssen der Schalttransistoren 253 und 254 und Masse oder Erde angeordnet. Wenn die Transistoren 232 im Ansprechen auf die jeweiligen Eingangs-Treibersignale 1N1L und 1N2L eingeschaltet werden, wird die Batteriespannung VB verkürzt bzw. kurzgeschlossen und wird nicht an die Schalttransistoren 253 und 254 jeweils angelegt.
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Indem man somit den EIN-Treibertransistor und den AUS-Treibertransistor in der Treiberschaltung 22 für jeden Schalttransistor der Schalter-Schaltung 25 vorsieht, kann der Schalttransistor zwischen EIN und AUS ohne einen Fehler umgeschaltet werden. Mit Hilfe des dritten und des vierten Transistors 223 und 224 können die Schalttransistoren 253 und 254 durch die Spannung Vcc2 angetrieben werden, die niedriger ist als die Gate-Treiberspannung VEH. Die Gate-Treiberspannung, welche die EIN-Treibertransistoren 231 des dritten und des vierten Transistors 223 und 224 steuern, kann durch Teilen der Gate-Treiberspannung VEH erzeugt werden. Da jedoch jeder N-Kanal-MOSFET des dritten und des vierten Schalttransistors 253 und 254 an dessen Source-Anschluss geerdet ist, wenn er eingeschaltet wird, ist es möglich denselben durch die Batteriespannung VB zu treiben. In diesem Fall wird die Verdrahtung in der Treiberschaltung 22 vereinfacht.
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Bei dieser Ausführungsform sind der EIN-Treibertransistor 231 und der AUS-Treibertransistor 232 untereinander an den jeweiligen Basisanschlüssen verbunden und es handelt sich dabei um einen PNP-Bipolartransistor und einen NPN-Bipolartransistor. Ferner sind die Kollektoranschlüsse der Transistoren 231 und 232 miteinander über einen Stromdetektionswiderstand 260 verbunden. Der Transistor 232 wird auch dazu verwendet, um die Gates der Schalttransistoren 251 bis 254 vor übermäßigen Strömen zu schützen.
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Die variable Leistungsschaltung enthält eine Verstärkerschaltung 24a, die differenziell die Batteriespannung VB verstärkt, sodass eine Differenz zwischen der Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 und der Bezugsspannung Vref reduziert wird. In der Verstärkerschaltung 24a empfängt der Transistor 24d, der aus einem Bipolar-Typ bestehen kann, die Batteriespannung VB an seinem Emitter und erzeugt die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 an seinem Kollektor. Der Verstärker 24c legt seine Differenz-Ausgangsspannung Vamp an die Basis des Transistors 24 an, um eine Rückkopplungssteuerung oder Regelung der Verstärkungsoperation des Transistors 24d zu erreichen. Somit wird die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 in Entsprechung zu der Bezugsspannung Vref erzeugt. Der Transistor 24d kann aus einem FET bestehen. Der Verstärker 24c braucht nicht aus einem großen Leistungstyp bestehen, da es lediglich erforderlich ist, da es lediglich erforderlich ist, das Eingangssignal (den Basisstrom) des Transistors 24d zu steuern.
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Als nächstes wird die Betriebsweise der NF-Sendevorrichtung 20 beschrieben.
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In der variablen Leistungsschaltung 24, die in den 2 und 4 gezeigt ist, wird die Bezugsspannung Vref variabel eingestellt, um die Ausgangsleistung der Radiowelle festzulegen, die von der NF-Antenne 210 ausgesendet wird, das heißt den Suchbereich für die tragbare Vorrichtung 200. Die Batteriespannung VB wird, verstärkt und wird rückkopplungsmäßig auf die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 geregelt, die der Befehls-Ausgangsleistung entspricht, welche durch die Bezugsspannung Vref angezeigt wird.
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In der Modulatorschaltung 11, die in 3 gezeigt ist, wird das digitale Basisbandsignal der Perioden PA und PB entsprechend Anfragedaten, die gesendet werden sollen, in Impulsform erzeugt. Durch dieses Basisbandsignal wird das Trägerwellensignal EIN/AUS-moduliert, um das modulierte Wellensignal zu erzeugen. Basierend auf diesem modulierten Wellensignal werden die vier Eingangs-Treibersignale 1N1H bis 1N2L für die Schalttransistoren 251 bis 254 gemäß der Darstellung in 6 erzeugt. Als ein Ergebnis wird ein Satz der Schalttransistoren 251 und 254 und der andere Satz der Schalttransistoren 252 und 253 eingeschaltet und ausgeschaltet, sodass abwechselnd die Potenziale auf Hoch (Hi) und Niedrig (Lo) an den Antennenanschlüssen 210a und 210b geändert werden. Somit fließt ein wechselnder Strom i in der Sinus-Wellenform mit einer Größe entsprechend der Spannung Vcc1 in der NF-Antenne 210, die im Ansprechen darauf die Such-Radiowelle aussendet. Die NF-Antenne 210 sendet keine Such-Radiowelle aus, wenn alle Schalttransistoren 251 bis 254 ausgeschaltet sind. Es werden somit digitale Daten gesendet und zwar durch abwechselndes Durchführen eines Sendevorgangs und eines Nicht-Sendevorgangs der Such-Radiowelle von der NF-Antenne 210 aus, wie dies durch die EIN-Modulationsperiode PA und durch die AUS-Modulationsperiode PB des digitalen Basisbandsignals festgelegt wird.
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Wie in 7A gezeigt ist, empfangen die Schalttransistoren 251 und 253 auf der hohen Seite die Gate-Spannung von der Ladungs-Pumpschaltung 23 an ihren jeweiligen Gate-Anschlüssen. Wenn diese Spannung VEH zu VEF wird, werden die Schalttransistoren 251 und 253 eingeschaltet, sodass die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 an die jeweiligen Source-Anschlüsse angelegt wird. Wie in 7B gezeigt ist, empfangen die Schalttransistoren 252 und 254 auf der niedrigen Seite die Gate-Spannung von der Batterie an den jeweiligen Gate-Anschlüssen. Wenn diese Spannung zu VB wird, werden die Schalttransistoren 252 und 254 eingeschaltet, sodass die jeweiligen Source-Anschlüsse geerdet werden.
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Die oben erläuterte Ausführungsform kann auf verschiedene Weise modifiziert werden.
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Obwohl beispielsweise die geboostete Gate-Spannung VEH der Ladungs-Pumpschaltung 23, die fixiert ist, an die Gate-Anschlüsse der Schalttransistoren 251 und 252 angelegt wird, und zwar ungeachtet der Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 der variablen Leistungsschaltung 24, kann auch eine kombinierte Spannung (zum Beispiel Vcc1 + VEH) an die Gate-Anschlüsse der Schalttransistoren 251 und 252 angelegt werden. In diesem Fall ist die Gate-Spannung ebenfalls mit der Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 variabel.
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Obwohl die Schalter-Schaltung 25 als H-Brückenschaltung gemäß der Darstellung in den 2 und 4 konfiguriert ist, sodass die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 der NF-Antenne 210 kontinuierlich zugeführt wird oder an dieser angelegt wird, jedoch in entgegengesetzten Richtungen X und Y und zwar abwechselnd, kann die Schalter-Schaltung 25 auch gemäß der Darstellung in 8 konstruiert sein, indem lediglich zwei Schalttransistoren 251 und 252 verwendet werden. Gemäß dieser abgewandelten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 an die NF-Antenne 210 lediglich in einer Richtung X angelegt, jedoch wird das Anlegen derselben unterbrochen. Spezifischer gesagt ist die Schalter-Schaltung 25 als Halb-Brückenschaltung aus den Schalttransistoren 251 und 252 konstruiert. Der Schalttransistor 251 ist zwischen der variablen Leistungsschaltung 24 und dem Antennenanschluss 210 vorgesehen, und der Schalttransistor 252 ist zwischen den Antennenanschlüssen 210a und 210b vorgesehen. Obwohl der Anschluss 210 mit der Schalter-Schaltung 25 über den Widerstand 261 verbunden ist, kann der Anschluss 210 direkt mit Masse oder Erde verbunden sein. Wie in 9 gezeigt ist, wird die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 an den Anschluss 210a der NF-Antenne 210 lediglich dann angelegt, wenn die Schalttransistoren 251 und 252 jeweils ein- und ausgeschaltet werden. Aufgrund der Resonanzcharakteristik der Antenne 210 fließt jedoch der Strom i in entgegengesetzten Richtungen X und Y und zwar abwechselnd in Synchronisation mit den Schaltoperationen. Die Amplitude des Stromes beträgt angenähert die Hälfte von derjenigen bei der Ausführungsform gemäß 2 solange die Treiber-Ausgangsspannung Vcc1 die gleiche ist.
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Die Sendevorrichtung kann auf vielfältige Fernsteuersysteme, die von einem schlüssellosen Zugangssystem für ein Fahrzeug verschieden sind, angewendet werden.
