用于电感的驱动电路和具有驱动电路的有源发射装置的制作方法

本发明涉及一种用于电感、尤其是感应式天线的驱动电路和具有驱动电路的、尤其用于无钥匙进入和启动系统的有源发射装置。

背景技术：

无钥匙进入和启动系统、例如无钥匙启动进入（PASE）系统是自动的系统，无需主动地使用车钥匙的情况下解锁车辆并且通过仅仅操纵启动按钮启动车辆。这通过具有芯片的电子钥匙来实现，车辆驾驶员随身携带所述电子钥匙。周期性地由车辆通过至少一个位于车辆上的天线发射出在LF-频率（LF代表频率例如在20kHz与200kHz之间的“低频”）上的、编码的询问信号。所述系统因此在UHF-范围（UHF代表频率在例如为三位数的MHz范围内的“超高频”）内进入到接收模式中并且等待确认。如果配备有应答器的钥匙在有效范围内，则该钥匙接收LF信号，对该LF信号进行解码并且将该LF信号采用新编码作为UHF信号再次发射出。UHF信号在车辆内被解码。因为车辆熟悉这两个编码表，所以车辆能够将自身的原始发送与刚刚接收到的信号相比较并且在相一致时准许进入。如果在所定义的时间内没有正确的答复，则什么也不会发生并且系统再次切换到待命状态。发动机启动过程基本上对应于进入控制，在此仅要操纵发动机启动按钮。

作为用于发射LF信号的天线主要使用感应式天线，所述感应式天线例如实施为设有绕组的铁氧体磁芯（也作为磁性天线或者铁氧体天线而公知）。感应式天线的电感器在此通常与振荡电路中的电容器一起工作。这种振荡电路的能量消耗通常通过尽可能高的品质因数和准确的频率调谐保持较低，以便使得进入和启动系统的总电流消耗保持尽可能低。小的电流消耗例如单单因此是所期望的，因为否则在车辆的较长的停车时间的情况下车辆电池会迅速放电。然而高的品质因数限制了传输数据率，并且在高的品质因数情况下的准确的调谐需要一些开销。因此常见的布置通常并未在数据率、开销和能量消耗之间形成令人满意的折衷。

因此已知一些准谐振电路驱动器，利用所述准谐振电路驱动器，能够在数据率同时足够高的情况下实现高的品质因数（并且因此实现低的电流消耗）。但是这些驱动电路具有下述缺点：所述驱动电路没有遵守无线电许可规章。通过无线电许可规章应该保证：其他的无线电通讯服务、例如无线电广播（收音机和电视机）、移动式的无线电通讯服务（公安机关和安全服务）或者移动电话在其运行中不受损。所述准谐振驱动电路的另一缺点在于：没有遵守汽车制造商关于电磁兼容性（EMV）的规程。

技术实现要素：

本发明的任务在于，提供一种关于此得到改进的、用于电感的驱动电路。此外，应当提供一种改进的具有振荡电路的有源发射装置。

该任务通过根据权利要求1所述的用于电感的驱动电路和根据权利要求13所述的有源发射装置来解决。

根据本发明的用于电感器的驱动电路包括：两个串联连接的电容器；两个用于为由所述电容器形成的串联电路供给参考电压的输入路径；两个用于将电感器连接到由所述电容器形成的串联电路上的输出路径。此外，所述驱动电路还包括：可控的第一开关，所述第一开关连接在所述两个输入路径中的一个输入路径内；可控的第二开关，所述第二开关连接到所述两个输出路径中的一个输出路径；以及可控的第三开关，所述第三开关连接在所述两个输出路径中的另一个输出路径内。在所述两个电容器的共同的节点和所述电感器之间连接有电阻。电流测量装置被连接在所述两个输出路径中的一个输出路径内并且被构造为测量流过所述电感器的电流。在所述电流测量装置之后连接有开关控制装置，所述开关控制装置对流过所述电感器的电流进行评估，并且所述开关控制装置被构造为：首先在第二开关和第三开关断开的情况下闭合所述第一开关，以便以参考电压对包括所述电容器的串联电路充电，然后断开所述第一开关同时闭合所述第二开关和所述第三开关，以便通过所述电感器使所述电容器振荡式地放电，其中，当流过所述电感器的电流经历了一整个振荡周期或者多个振荡周期时，同时再次断开所述第二开关和所述第三开关。

根据本发明的驱动电路的优点是小的切换开销和调整开销、小的电流消耗和较小的干扰信号输出。此外利用根据本发明的驱动电路能够遵守无线电许可规章。

所述第一电容器和所述第二电容器可以相应地具有相同的电容。由此能够在切换过程期间使得电感器的连接端上的电位的总量基本上保持恒定，这降低了在切换时的辐射。

所述开关控制装置能够被构造为：检测所测量的电流的过零点并且在两个过零点或者两个过零点的整数的多倍之后断开所述第二开关和所述第三开关。过零点的检测是一种简单且有效的方式来确定振荡周期的结束。

所述开关控制装置能够具有用于调制信号的调制输入端并且被构造为根据所述调制信号来控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的切换循环，以有利地开拓多种使用可能性。

所述开关控制装置此外能够被构造为对于天线电流进行相移键控调制或者幅移键控调制或者频移键控调制。开关控制装置在调制时提供的有效品质因数为1，而谐振电路则以高的品质因数并且因此以十分节省能量的方式来运行。

至少所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关能够被实施为可控的半导体元件，由此即使在较高的切换频率下也能够以简单的方式并且以小的开销来执行切换过程。

所述电流测量装置能够被实施为欧姆电阻，由此能够以简单的方式并且以小的开销来对电流进行测量。

所述电流测量装置也能够被构造为对所述电容器的串联电路上的电压的导数进行评估，如果电流测量不理想或者不可行。

优选地，由所述电容器和所述电感器形成的谐振电路具有一谐振频率，所述谐振频率大于用于传输的载波频率。所述谐振频率例如可以比用于传输的载波频率大5％至30％。

可控的第四开关能够与所述电容器的串联电路并联，能够以下述方式控制所述第四开关：所述第四开关将所述电容器短路，停用所述驱动电路。于是有利地可以将所定义的电压加到电容器的串联电路上的，例如在停用状态下0V。

所述任务也还通过一种有源发射装置来解决，所述有源发射装置具有：感应式天线、第一电容器、与所述第一电容器串联的第二电容器和参考电压。此外，所述有源发射装置包括：两个输入路径，连接在所述参考电压和所述电容器的串联电路之间；和两个输出路径，连接在所述感应式天线和所述电容器的串联电路之间。可控的第一开关连接在所述两个输入路径中的一个输入路径内，可控的第二开关连接在所述两个输出路径中的一个输出路径内，并且可控的第三开关连接在所述两个输出路径中的另一个输出路径内。电阻连接在所述第一电容器与第二电容器的共同的节点和所述电感器之间。此外，电流测量装置被连接在所述两个输出路径中的一个输出路径内，并且测量流过所述感应式天线的电流。在所述电流测量装置之后连接有开关控制装置，所述开关控制装置对流过所述感应式天线的电流进行评估，并且该开关控制装置被构造为：首先在第二开关和第三开关断开的情况下闭合所述第一开关，以便以参考电压对由所述第一电容器和所述第二电容器构成的串联电路充电，然后断开所述第一开关同时闭合所述第二开关和所述第三开关，以便通过所述感应式天线使所述电容器振荡式地放电，其中，当流过所述天线的电流经历了一整个振荡周期或者多个振荡周期时，同时再次断开所述第二开关和所述第三开关。这种有源发射装置例如可以有利地使用在无钥匙进入和启动系统中、例如无钥匙启动进入（PASE）系统中。

附图说明

接下来借助于在附图中示出的实施例来对本发明进行详细阐述。附图示出：

图1示出了在一个应用中用作用于LF信号的有源发射装置用于电感的驱动电路的电路图；

图2示出了驱动电路的电容器上的电压关于开关的控制信号和调制信号的曲线图；

图3示出了在相对于载波频率的不同谐振频率的情况下天线上的电压的曲线图；

图4示出了与图3的电压曲线相对应的、流过天线的电流的曲线图；

图5示出了在一个应用中用作用于LF信号的有源发射装置的示例性的用于电感的驱动电路的电路图；

图6示出了在使用根据本发明的驱动电路时，在相对于载波频率的不同谐振频率的情况下天线上的电压的曲线；

图7示出了与图6的电压曲线相对应的、天线连接端的电压的总量的曲线；并且

图8示出了在常规的方波操作和使用根据本发明的驱动电路所产生的谐波的比较图。

具体实施方式

图1示出了在一个应用中用作有源发射装置的用于电感的驱动电路，该电感在当前的情况下通过感应式天线1、例如铁氧体天线给出。感应式天线1作为替代可以如在图1中所示出的那样，通过由纯感应部分2和欧姆部分3形成的电串联电路来描述。感应式天线1在此具有第一天线连接端X1和第二天线连接端X2。电容器4一方面与用于供给参考地M的参考电压Ur的两个输入路径相连接，并且与用于连接感应式天线1的两个输出路径相连接。在此，在两个输入路径的上面的输入路径中连接了可控的第一开关5，其中该第一开关可替代地也可以连接在两个输入路径的下面的输入路径中。

与开关5串联地连接了欧姆电阻6，该欧姆电阻用于在输入路径中限制电流。替代欧姆电阻6也可以使用电流源或者其他类型的电流注入器或者电流限制器。在两个输出路径的上面的输出路径中连接了可控的第二开关7，并且在两个输出路径的下面的输出路径中连接了欧姆电阻8，该欧姆电阻用作用于对流过感应式天线1的电流Ia进行测量的测量电阻，即用作电流测量装置。替代地，开关7和电阻8也可以布置在相同的输入路径中或者相应的输入路径可以彼此互换。为了进行电流测量，替代地也可以评估电容器4上的电压的导数。

此外，驱动电路包括开关控制装置9，该开关控制装置对电阻8上的、与流过电阻8的电流Ia并且因此与流过天线1的电流成比例的电压进行截取，并评估，例如确定电流Ia的过零点。在第二开关7断开时，在开关控制装置9的控制下通过控制信号S1闭合第一开关5，以便将电容器4充电到参考电压Ur。接下来断开第一开关5并且通过控制信号S2闭合第二开关7，以便通过感应式天线1以振荡的方式、即以执行至少一个完整的振荡的方式使电容器4放电，其中只有当流过感应式天线1的电流Ia经历了一个完整的振荡周期（或者多个振荡周期）时，才再次断开第二开关7。开关控制装置9还具有用于调制信号MOD的调制输入端，下面还要对所述调制信号进行详细探讨。

可选地，还可以必要时与串联的二极管11、电容器4一起直接并联或者—如所示出的那样—通过电阻6并联连接一可控的第三开关10，通过控制信号S3以下述方式控制所述第三开关：第三开关使电容器4短路、即放电，停用驱动电路。

在图2中示出了对于二进制相移键控调制（BPSK调制）的情况，基于控制信号S1、S2和S3，电容器4上的电压Uc关于时间t的曲线。在开始时，在时刻T0开始对电容器4进行首次充电例如从0V充电到参考电压Ur，并且与之相对应地，电容器4上的电压Uc（在当前的情况下指数式地）从例如0V增大到参考电压Ur。在时刻T1的情况下实现了完全充电。为了在运行条件下即使有小的偏差时也保证完全充电，比时刻T1稍晚地、即在时刻T2在为了充电而闭合的第一开关5（开关7断开）与为了振荡式地放电而闭合的第二开关7（开关5断开）之间进行切换。

因此，在时刻T2开始电容器4的振荡放电的阶段。与之相对应地，现在电容器4上的电压Uc再次（在当前的情况下余弦形地）减小，首先达到零并且然后根据由电容器4和天线1形成的谐振电路的行为在时刻T3达到与品质因数有关的振幅的负的最大值，以便然后在时刻T4再次近乎增大到与品质因数有关的振幅的正的相对的最大值。虽然所述正的最大值或多或少地近似等于所述参考电压Ur，但是其在所有情况下都小于该参考电压。在振荡放电阶段期间，天线1发射电磁的信号。然后在时刻T4开始再充电阶段，其中在时刻T5达到完全充电。但是又出于上面已经列举的原因，在稍微晚些的时刻T6进行从充电到振荡放电的切换。随后包括在时刻T7达到负的最大值在内直至时刻T8又进行振荡的放电阶段。

随后以时刻T8开始重新进行再充电阶段，其中在时刻T9实现了完全充电。但是，随后进行了一个较长的等待时间直至时刻T11，由于BPSK调制180°的相位移动导致了所述等待时间。为了进行比较在图2中也还绘出了时刻T10，该时刻指出了时刻T10和T11之间的最小的等待时间。自时刻T11起，又进行振荡的放电直至时刻T13，其中在时刻T12具有负的最大值。随后还进行了再充电直至时刻T14，但是由于驱动电路停用在时刻T14借助于开关10最终放电到大约0V（二极管11上的二极管电压），使得所述再充电中断。

根据开关5、7和10的切换行为，控制信号S1在每个充电阶段期间（在时刻T0至T1、T4至T6、T8至T11、T13至T14）在电平H上，并且控制信号S2初始在电平L上。在相应接下来的放电阶段（在时刻T2至T4、T6至T8、T11至T13），控制信号S1转到电平L中并且控制信号S2转到电平H中。控制信号S3直至在时刻T14的最终放电都在电平L上，随后在电平H上。为了更清楚起见，在按照图2的实施例中原则上电平H表示开关闭合（导通）并且电平L表示开关断开（不导通）。但是，取决于单个或者所有实际所使用的开关的类型及其特定的信号切换情况，会得到与之不同的实际的操控信号。

同样在图2中示出了引起电容器4上的电压Uc的、在图2中示出的曲线的调制信号MOD。调制信号MOD直至时刻T2为电平H，然后直至时刻T3为电平L,在时刻T3为电平H，然后直至时刻T4为电平L，从时刻T4直至时刻T6为电平H，从时刻T6直至时刻T8为电平L，例外是在时刻T7为电平H，从时刻T8直至时刻T11为电平H并且从时刻T11直至时刻T13为电平L，例外是在时刻T13电平为H。因此基本上，调制信号MOD在电容器4的充电阶段中并且在电容器4上的电压Uc出现负的最大值时为电平H，而在其他情况下为电平L。

图3示出了在两种不同的谐振频率F1和F2的情况下在时间t内天线1上的电压Ua的曲线，其中谐振频率F1超过所期望的载波频率5%，并且谐振频率F2超过所期望的载波频率20%。图4示出了对于两种谐振频率F1和F2而言在时间t内分别与之相对应的电流曲线Ia，如其例如在电阻8处所示出的那样。如所料想的那样，相应的电压和电流之间的相位移动为大约90°。

在天线1切换到上面所描述的准谐振模式之前，天线1是无电流的（Ia = 0A）。天线电流Ia因此不发生变化并且天线连接端X1、X2这两者处于相同的电位（例如地电位）上。天线电压Ua因此初始为0V。如果随后天线1切换到准谐振模式，则在第二天线连接端X2上的电位不发生变化，而第一天线连接端X1上的电位以下述方式发生变化：天线电压Ua等于电容器4上的电压Uc（Ua = Uc）。寄生电容的反向充电在此情况下并不起重要作用。由于在天线1的进一步运行中的损耗降低了最大的电压Ua，从而在断开之前不久天线电压Ua就稍微低于电压Uc。在断开准谐振模式之后，天线电压Ua又突然返回到0V，因为天线电流Ia又返回到0A并且不再变化。

第一天线连接端X1上的电位在接通和断开准谐振模式时发生变化，而第二天线连接端X2上的电位却总是保持相同。于是天线电压Ua在接通和断开准谐振模式时分别具有一个电压突变，如在图3中可看到的那样。这些电压突变会导致天线1内以及天线连接端X1、X2和天线导线内的不期望的高的辐射。

借助于根据图5的驱动电路能够减小所述辐射。驱动电路在此基于在图1中示出的驱动电路。但是与电容器4串联连接了第二电容器12。如果第一电容器4和第二电容器12相应地具有相同的电容，则在每个电容器4、12上具有电压Uc/2。

欧姆电阻13连接在第二天线连接端X2和第一与第二电容器4、12的共同的节点之间。此外，在第二天线连接端X2和电阻8之间连接了可控的第四开关14。能够借助于由开关控制装置9提供的控制信号S4断开或闭合可控的第四开关14。控制信号S4在此基本上对应于控制信号S2。也就是说，可控的第四开关14基本上同时随着可控的第二开关7断开或闭合。但是在这两个控制信号S2、S4之间可能有较小的偏差。

在当前的实施例中作为可控的开关5、7、10和14使用场效应晶体管、尤其是MOS-场效应晶体管（MOS是术语金属氧化物半导体“metal oxide semiconductor”的简称），其中可控的开关5是p沟道型的MOS-场效应晶体管，而可控的开关7、10和14则是n沟道型的。除了所指明的MOS-场效应晶体管之外（任何导通类型），还可以使用所有其他类型的合适的可控的开关、尤其是可控的半导体开关，当然也可以结合相应的驱动器、自举电路、电荷泵或类似物。

如果第二开关7和第四开关14闭合，则准谐振振荡参照图2如上面所介绍的那样进行。于是在断开天线1之前，在天线1上有电压Ua，该电压由于损耗稍微低于电容器4、12上的电压Uc。如上面已经介绍过的那样，天线1在断开之后又无电流（Ia = 0）。因为在断开天线1之后断开了第二开关7和第四开关14，所以由于电阻13使得在第一天线连接端X1上的电位由Uc改变为Uc/2。此外，在第二天线连接端X2上的电位也由地电位改变为Uc/2。在图6中示出了所合成的天线电压Ua关于时间的曲线。

于是天线连接端X1、X2上的电位的总和Ux在驱动电路中的切换过程期间没有明显变化。例如会由于操控信号S2、S4的微小的偏差产生微小的变化，这种偏差通常是不可避免的。在图7中示出了电位的总和Ux关于时间的曲线。因为天线连接端X1、X2上的电位的总和在切换过程中不发生（明显）变化，所以通过切换过程引起的辐射很大程度上减小为零。

在图8中以谐波的振幅A关于频率f示意性地示出了在通过天线1辐射的信号的频谱内所得到的谐波，其中对于这两种情况而言都以具有相同振幅（未示出）的基本振荡为出发点。如可以看到的那样，当前的方法相比于已知的使用矩形波信号的方法在由谐波贡献的能量方面明显更有利，也就是说，产生了更小的干扰能量并且由此在电磁兼容性（EMV）方面更加有利。

根据本发明的驱动电路以及根据本发明的有源发射装置的优点是：EMV辐射相对非常低，并且遵守了无线电许可规章。

附图标记列表：

1 感应式天线

2 感应部分

3 欧姆部分

4 第一电容器

5 可控的开关

6 欧姆电阻

7 可控的开关

8 电流测量装置

9 开关控制装置

10 可控的开关

11 二极管

12 第二电容器

13 欧姆电阻

14 可控的开关

Ur 参考电压

Uc 电容器上的电压

Ua 天线电压

Ux 天线连接端的电位的总和

Ia 天线电流

X1 第一天线连接端

X2 第二天线连接端

S1 控制信号

S2 控制信号

S3 控制信号

S4 控制信号

MOD 调制信号

F1 第一谐振频率

F2 第二谐振频率