УСТРОЙСТВО СВЯЗИ МЕЖДУ ОТВЕТЧИКОМ-ИДЕНТИФИКАТОРОМ И БАЗОВОЙ СТАНЦИЕЙ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR COMMUNICATION BETWEEN IDENTIFIER-TRANSPONDER AND BASE STATION OF MOTOR VEHICLE

Настоящее изобретение относится к связи между ответчиком-идентификатором и базовой станцией, называемой также кольцом, установленной на автотранспортном средстве.
В частности, объектом изобретения является устройство, позволяющее передавать сигналы между ответчиком-идентификатором и бортовым компьютером автотранспортного средства для аутентификации идентификатора.
Как правило, такое устройство связи интегрировано в базовую станцию, которая за счет магнитной связи сообщается с идентификатором для разрешения или запрета запуска автотранспортного средства путем обработки сигналов, поступивших от идентификатора.
На фиг.1 показана общая архитектура известного устройства связи, обозначенного общей цифровой позицией 1, которое сообщается при помощи магнитной связи с ответчиком-идентификатором 2.
На этой фиг.1 ответчик-идентификатор моделирован в виде схемы RL, образованной путем соединения двух параллельно подключенных резисторов RL и RC и катушки индуктивности LC, подключенной параллельно к двум резисторам RL и RC. Выключатель 1 позволяет изменять общую нагрузку идентификатора, селективно соединяя резистор RL параллельно с резистором RC.
Что касается устройства 1 связи, в примере выполнения, показанном на фиг.1, оно в основном содержит колебательный контур, образованный путем соединения последовательно установленных резистора RA, катушки индуктивности LA и конденсатора CA, и генератор 3 прямоугольных колебаний, выдающий два переменных напряжения, а именно: первое переменное напряжение TD1 и второе переменное напряжение TD2, противоположное по фазе относительно TD1.
sin
Как известно, присутствие ответчика-идентификатора 2 вызывает изменение полного сопротивления нагрузки колебательного контура и модулирование амплитуды сигнала на контактах катушки индуктивности LA. С учетом очень низкого коэффициента связи между базовой станцией L, в которой установлены катушка индуктивности LA и конденсатор CA, и катушкой LC идентификатора, колебание амплитуды составляет порядка 0,5% синусоидального сигнала V, генерируемого колебательным контуром.
Демодулятор 5 обеспечивает демодуляцию сигнала, поступившего от колебательного контура, чтобы выделить информацию, поступившую от ответчика-идентификатора 2, с целью убедиться, что код ответчика-идентификатора соответствует коду идентификатора, которому разрешено произвести запуск автомобиля.
Демодулятор представляет собой, например, высокочувствительный компаратор, выполненный с возможностью детектирования колебания амплитуды порядка 5 мВ на сигнале, составляющем от 3 до 5 вольт.
max
Чтобы адаптировать уровень синусоидального сигнала, поступающего из колебательного контура, к уровню сигнала демодулятора, делительный мост, образованный последовательным соединением двух резисторов R1 и R2, снимает напряжение в точке L/C между катушкой индуктивности LA и конденсатором CA колебательного контура и ослабляет этот сигнал на величину соотношения К (K=R2/(R1+R2)) для обеспечения совместимости с диапазоном входного напряжения V в точке RD демодулятора 5.
Демодулятор 5 содержит, например, компаратор 6, неинвертирующий контакт которого принимает сигнал от делительного моста и инвертирующий контакт которого принимает среднее значение модулированного сигнала, полученного при помощи фильтра, образованного соединением резистора RF и конденсатора CF.
Благодаря такой конструкции компаратор меняет состояние по ритму модуляции.
Однако внутренний резистор RF фильтра обычно имеет значение сопротивления порядка 100 кОм. Учитывая слабое изменение амплитуды сигнала на неинвертирующем контакте компаратора 6, составляющее порядка десятка мВ, любое сопротивление утечки, вызываемое наличием конденсатора CF, например, по причине влажности или загрязнения на печатной схеме, используемой для реализации контура, может привести к смещению порога сравнения сигнала RD. Кроме того, любой перепад напряжения на уровне пикового генератора в составе генератора прямоугольных колебаний распространяется через колебательный контур и делительный мост на вход схемы демодуляции. Таким образом, этот шум добавляется к модулированному сигналу, что приводит к потере чувствительности устройства связи.
В связи с вышеизложенным задачей настоящего изобретения является устранение недостатков традиционных устройств связи, которые обеспечивают связь между ответчиком-идентификатором и бортовым компьютером автотранспортного средства.
Таким образом, объектом изобретения является устройство связи между ответчиком-идентификатором и бортовым компьютером автотранспортного средства, содержащее колебательный контур с полным сопротивлением, меняющимся под действием ответчика-идентификатора, на которое подают два переменных напряжения, противоположные по фазе, и схему демодуляции, обеспечивающую демодуляцию сигнала, поступающего из колебательного контура.
Согласно общему отличительному признаку устройства связи оно содержит средства исключения из сигнала, поступающего из колебательного контура, составляющей, соответствующей первому переменному напряжению из указанных переменных напряжений.
Согласно другому отличительному признаку изобретения средства исключения указанной составляющей содержат средства для добавления к указанному сигналу, поступающему из колебательного контура, второго переменного напряжения, соответствующего другому напряжению питания.
Например, средства добавления к указанному сигналу, поступающему из колебательного контура, указанного другого переменного напряжения содержат резистор, соединенный между одним из контактов колебательного контура, на который подают указанное второе напряжение, и схемой демодуляции.
Согласно еще одному отличительному признаку изобретения устройство содержит средства фильтрования, выполненные с возможностью исключения постоянной составляющей, появляющейся при добавлении указанного переменного напряжения.
Например, средства фильтрования содержат конденсатор, последовательно соединенный между колебательным контуром и схемой демодуляции.
В варианте выполнения устройство может дополнительно содержать вторые средства фильтрования для фильтрования шумов добавления.
Например, эти средства фильтрования содержат конденсатор, расположенный между входом схемы демодуляции и массой.
В еще одном варианте выполнения колебательный контур содержит резистор, катушку индуктивности и последовательно соединенный конденсатор, при этом устройство связи может дополнительно содержать третьи средства фильтрования для фильтрования напряжения, подаваемого на катушку индуктивности.
Например, третьи средства фильтрования содержат конденсаторы фильтрования, один из которых соединен между массой и контактом катушки индуктивности, принимающим соответствующее переменное напряжение, а другой соединен между массой и контактом конденсатора колебательного контура, принимающим соответствующее переменное напряжение.
Кроме того, устройство может содержать резистор ограничения нагрузки, последовательно соединенный на общем узле между схемой демодуляции и вторыми средствами фильтрования.
Другие задачи, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера выполнения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 (уже упоминалась) - общая архитектура блока ответчика-идентификатора/устройства связи из предшествующего уровня техники.
фиг.2 - изменение в зависимости от времени сигнала, поступающего в демодулятор устройства, показанного на фиг.1.
фиг.3 - первый вариант выполнения устройства связи в соответствии с настоящим изобретением.
фиг.4 - другой вариант выполнения устройства связи в соответствии с настоящим изобретением.
фиг.5 - изменение в зависимости от времени сигнала, поступающего в демодулятор устройства, показанного на фиг.4.
фиг.6 - еще один вариант выполнения устройства связи в соответствии с настоящим изобретением.
фиг.7 - четвертый пример выполнения устройства связи в соответствии с настоящим изобретением.
фиг.8 и 9 - осциллограммы, показывающие изменение в зависимости от времени сигнала, поступающего в демодулятор, после добавления резистора на одном из контактов колебательного контура, с одной стороны, и добавления переключателя между этим резистором и демодулятором, с другой стороны.
Как показано на фиг.2, сигнал RD, поступающий в демодулятор 5, имеет общую синусоидальную форму, но содержит неравномерности в виде смещения D, вызванного переменным напряжением TD2.
Иначе говоря, сигнал RD, поступающий в демодулятор, содержит на каждом периоде фазу P1, во время которой сигнал RD образован полезной составляющей C1, и фазу P2, во время которой сигнал RD образован суммой полезного сигнала C1 и смещением D, вызываемым вторым переменным напряжением TD2.
Таким образом, сигнал, подаваемый на вход компаратора демодулятора, содержит составляющую возмущения, которой нельзя пренебрегать.
Далее со ссылками на фиг.3 следует описание первого примера выполнения устройства связи в соответствии с настоящим изобретением, позволяющим исключить составляющую возмущения из сигнала, поступающего из колебательного контура на демодулятор.
На этой фиг.3 элементы, идентичные с элементами на фиг.1, обозначены одинаковыми позициями.
Таким образом, на фигуре показано устройство 1 связи, которое сообщается при помощи магнитной связи с ответчиком-идентификатором.
Как известно, идентификатор 2 содержит схему RL, образованную соединением резистора нагрузки RC, катушки индуктивности нагрузки LC и резистора RL модуляции, селективно соединяемого параллельно с резистором нагрузки RC при помощи выключателя 1.
Что касается устройства 1 связи, то оно, как и в известных решениях, тоже содержит колебательный контур, образованный соединением резистора RA, катушки индуктивности LA, магнитно соединенной с катушкой индуктивности LC ответчика-идентификатора 2, и конденсатора CA, при этом катушка индуктивности LA и конденсатор CA интегрированы, например, в рулевую колонку автомобиля, на котором установлено устройство связи для приема сигналов от идентификатора 2.
Устройство дополнительно содержит генератор 3 прямоугольных колебаний, выдающий переменные сигналы TD1 и TD2 амплитуды по 5 вольт, противоположные по фазе, поступающие соответственно на два контакта колебательного контура. Таким образом, первый сигнал TD1 подается на резистор RA, тогда как другой сигнал TD2 подается на конденсатор CA колебательного контура.
Делительный мост, образованный последовательным соединением резисторов R1 и R2, обеспечивает отбор синусоидального сигнала, присутствующего в узле L/C между катушкой индуктивности LA и конденсатором CA, для понижения напряжения, подаваемого на демодулятор 5 и, в частности, на компаратор 6.
Как и в известных технических решениях, компаратор 6 обеспечивает сравнение между сигналом RD, поступающим из общего узла между резисторами R1 и R2, и средним значением модулированного сигнала, получаемого, например, при помощи фильтра, образованного соединением резистора RF и конденсатора фильтрования CF.
sup
Чтобы исключить основную часть составляющей возмущения, образованной переменным напряжением TD2, подаваемым на один из контактов колебательного контура, устройство, показанное на фиг.1, содержит резистор R, соединенный одним из своих контактов с другим контактом колебательного контура и другим своим контактом с общим узлом между резисторами R1 и R2 делительного моста.
sup
Иначе говоря, поскольку первое переменное напряжение TD1 и второе переменное напряжение TD2 имеют разность фаз в 180°, чтобы устранить составляющую возмущения, которая соответствует второму переменному напряжению TD2, используют резистор R, чтобы добавить в сигнал, подаваемый на демодулятор 5, первое переменное напряжение TD1.
sup
Для этого резистор R имеет то же значение сопротивления, что и резистор R1 делительного моста.
max
За счет уменьшения амплитуды в общем узле RD1 между резисторами R1 и R2 делительного моста сопротивление резистора R2 повышается таким образом, чтобы получить во входной точке RD демодулятора напряжение, равное напряжению V первоначального монтажа.
Достигаемое таким образом повышение чувствительности схемы связано с ослаблением делительного моста на значение соотношения К', меньшее соотношения К первоначального монтажа.
1
Как показывает осциллограмма на фиг.8, согласно примеру выполнения, показанному на фиг.3, сигнал в точке RD1 является синусоидальным сигналом, наложенным на постоянное напряжение, равное (TD1+TD2/2), с амплитудой C+D.
sup
Однако добавление резистора R создает постоянную составляющую в точке RD1.
sup
sup
Как показано на осциллограмме на фиг.9, чтобы исключить эту постоянную составляющую, между резистором R и демодулятором RD устанавливают конденсатор C, как показано на фиг.4.
max
Как и в предыдущем случае, за счет уменьшения амплитуды в точке RD1 значение сопротивления R2 делительного моста увеличивается таким образом, чтобы получить в точке RD напряжение, равное максимальному напряжению V первоначального монтажа.
Повышение чувствительности схемы тоже связано с ослаблением делительного моста, который имеет соотношение ослабления K''<К'<К.
1
sup
Таким образом, резисторы R и R адаптируют таким образом, чтобы получить максимальную чувствительность.
Как показано на фиг.5, сигнал RD, получаемый в результате исключения из сигнала, поступающего из колебательного контура, составляющей TD2, в основном имеет синусоидальную форму.
На уровне пиковых значений сигнала RD присутствуют пики напряжения P. Эти пики напряжения, очень короткие по времени, соответствуют сдвигу фазы между сигналами TD1 и TD2.
Как показано на фиг.6, эти пики напряжения убирают, вставляя конденсатор фильтрования Cp между входом демодулятора 5 и массой или, иначе говоря, между неинвертирующим контактом компаратора 6 и массой.
max
Как и в предыдущем случае, за счет уменьшения амплитуды в точке RD1, достигаемого присутствием конденсатора Cp, значение сопротивления R2 увеличивается таким образом, чтобы получить в точке RD напряжение, равное напряжению V первоначального монтажа.
Повышение чувствительности схемы связано с ослаблением делительного моста на коэффициент ослабления K'''<K''<K'<K.
sup
sup
sup
Таким образом, понятно, что в описанных выше различных вариантах выполнения повышения чувствительности схемы достигают путем устранения составляющей, появляющейся по причине второго переменного напряжения TD2. Этого устранения добиваются, добавляя к сигналу, поступающему в демодулятор, первое переменное напряжение TD1 и используя резистор R. Например, значение сопротивления этого резистора примерно равно 46 кОм. Это добавление устраняет скачки напряжения, которые имели место в известных схемах. Однако оно добавляет постоянную составляющую порядка 2,5 вольт. Эту составляющую можно устранить, используя конденсатор C, последовательно соединенный с блоком из резисторов R1 и R.
sup
Значение емкости конденсатора C должно быть достаточно высоким, чтобы иметь низкое полное сопротивление при 125 кГц, и достаточно низким, чтобы он мог заряжаться до цикла предварительной зарядки конденсатора схемы получения среднего значения модулированного сигнала, что, как правило, происходит в рассматриваемом примере применения через 256 мкс после переключения сигналов TD1 и TD2.
sup
Например, сопротивление резистора R равно 22 кОм, сопротивление резистора R2 равно 33 кОм, а емкость конденсатора равна 1 нФ.
sup
sup
Отмечается, что добавление резистора R и конденсатора C позволяет получить увеличение глубины модуляции на 40% по сравнению с первоначальным монтажом и ослабление в 3 раза шума питания генератора прямоугольных колебаний.
Согласно еще одному варианту выполнения, показанному на фиг.7, переменные напряжения TD1 и TD2, подаваемые в колебательный контур, фильтруют, используя конденсаторы CF1 и CF2 фильтрования.
В частности, как показано на фиг.7, первый конденсатор CF1 соединяют между массой и общим узлом между катушкой индуктивности LA и резистором колебательного контура.
Второй конденсатор CF2 подсоединяют аналогично. Действительно, его подключают между массой с одной стороны и конденсатором СА с другой стороны.
Первый конденсатор фильтрования CF1 заряжается и разряжается через резистор RA колебательного контура, что дает пиковый ток порядка 50 мА.
Что же касается конденсатора CF2, то он заряжается и разряжается через конденсатор CA. Ток ограничен значением, составляющим от 200 до 400 микроампер. Этот пик тока незначительной длительности порядка нескольких десятков наносекунд вызывает шум питания. Как было указано, для устранения этого паразитного шума с конденсатором CA последовательно соединяют резистор RA2. В этом случае первоначальное значение сопротивления резистора RA делится на две равные части между резисторами RA1 и RA2.