Antennen-Multiplexer, Treiberschaltung mit einem Schaltelement und aktive Sendeeinrichtung mit einem Schaltelement

Die Erfindung betrifft einen Multiplexer mit einem Schaltelement, insbesondere mit einen Schaltelement mit Feldef ^¬ fekttransistoren, eine Treiberschaltung mit einem Schaltelement und eine aktive Sendeeinrichtung mit einem Schaltelement, insbesondere in einem schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystem.

Schlüssellose Fahrzeug-Zugangs- und Startsysteme wie bei ^¬ spielsweise das Passive Start Entry (PÄSE) System sind auto- matische Systeme, um ein Fahrzeug ohne aktive Benutzung eines Autoschlüsseis zu entriegeln und durch das bloße Betätigen des Startknopfes zu starten. Ermöglicht wird das durch einen elektronischen Schlüssel mit Chip, den der Fahrzeuglenker mit sich führt. Periodisch wird von einer Basisstation im Fahrzeug über mindestens eine am Fahrzeug befindliche Antenne ein mittels einer ersten Codiertabelle codiertes Anfragesignal auf einer LF-Frequenz (LF steht für "Low Frequency" mit Frequenzen zwischen beispielsweise 20kHz und 200kHz) ausgesendet. Die Basisstation wechselt darauf in einen Empfangsmodus im UHF-Bereich (UHF steht für "Ultra High Frequency" mit Frequenzen beispielsweise im dreistelligen MHz-Bereich) und wartet auf Bestätigung. Ist ein mit einem Transponder ausgestatteter Schlüssel in Reichweite, empfängt dieser das LF-Signal, decodiert es und sendet es unter Verwendung einer zweiten Codiertabelle mit einer neuen Codierung als UHF-Signal wieder aus. Das UHF-Signal wird von der Ba ^¬ sisstation decodiert. Da die Basisstation beide Codiertabellen kennt, kann es die eigene ursprüngliche Aussendung mit dem gerade empfangenen Signal vergleichen und bei Übereinstimmung den Zugang gewähren. Gibt es innerhalb einer definierten Zeit keine korrekte Antwort, passiert nichts und die Basisstation schaltet wieder auf Standby. Der Motorstartvorgang entspricht im Wesentlichen dem der Zugangskontrolle, nur dass hier der Motorstartknopf zu betätigten ist.

Als Antenne zum Aussenden des LF-Signals findet überwiegend eine induktive Antenne Verwendung, die beispielsweise als ein mit einer Wicklung versehener Ferritkern (auch als Magnetantenne oder Ferritantenne bekannt) ausgeführt ist. Die Induktivität der induktiven Antenne wird dabei häufig zusammen mit einem Kon ^¬ densator in einem Schwingkreis betrieben. Eine Basisstation kann dabei auch mehr als eine Antenne aufweisen (und somit auch mehrere Schwingkreise) , beispielsweise um mehrere Bereiche um das Fahrzeug abzudecken. Die verschiedenen Antennen können, wie in der Druckschrift DE 198 35 155 AI beschrieben, mittels separater Treiber jeweils einzeln angesteuert werden. Da eine derartige Lösung jedoch einen erheblichen Schaltungsaufwand erfordert, sind Basisstationen mit nur einem Treiber für mehrere Antennen bekannt, wobei die einzelnen Antennen über einen Multiplexer angesteuert werden können. Aus der Druckschrift DE 10 2004 011 927 AI ist beispielsweise eine Sendevorrichtung bekannt, bei welcher ein Multiplexer auf der dem Treiber abgewandten Masseseite der Antennen angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, einen Multiplexer zwischen dem Treiber und den Antennen an- zuordnen, wie beispielsweise in der EP 0 741 221 Bl beschrieben.

Der verwendete Multiplexer kann in einer MOSFET-Technologie ausgeführt sein, das heißt, dass der Multiplexer MOSFETs aufweist, welche über ein Steuersignal an ihrem Gate-Anschluss leitend geschaltet werden können und entsprechend dem Steu ^¬ ersignal eine jeweils zugeordnete Antenne aktivieren oder deaktivieren . Ein Problem ist dabei jedoch, dass sich der Widerstand der verwendeten Transistoren mit einer Änderung der Temperatur verändert. Dies wirkt sich negativ auf die Güte des jeweiligen Antennenschwingkreises und auf die Stärke des von der jeweiligen Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Feldes aus.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein diesbezüglich verbessertes Schaltelement eines Antennen-Multiplexers bereitzustellen. Weiterhin sollen eine verbesserte Treiberschaltung mit einem Schaltelement und eine verbesserte aktive Sendeeinrichtung mit einem Schaltelement bereitgestellt werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Antennen-Multiplexer gemäß Anspruch 1, eine Treiberschaltung gemäß Anspruch 10, bezie- hungsweise eine aktive Sendeeinrichtung gemäß Anspruch 11.

Der erfindungsgemäße Antennen-Multiplexer (im weiteren kurz Multiplexer) weist ein Schaltelement auf mit einem ersten Transistor und einem zweiten Transistor, die jeweils einen ersten Lastanschluss , einen zweiten Lastanschluss und einen Steuer- anschluss aufweisen, wobei der erste Lastanschluss des ersten Transistors mit dem ersten Lastanschluss des zweiten Transistors verbunden ist und der erste Transistor an seinem zweiten Lastanschluss eine erste Spannung empfängt. Das Schaltelement weist weiterhin eine Potentialerzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, in einem aktivierten Zustand an einem Aus- gangsanschluss ein Potential bereitzustellen, sowie eine Kontrolleinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das von der Potentialerzeugungseinheit erzeugte Potential zu empfangen, eine Steuerspannung am ersten Transistor und am zweiten

Transistor bereitzustellen und die Steuerspannung in Abhängigkeit von einer Temperatur in dem Schaltelement zu verändern, wobei die Steuerspannung stets größer ist als eine Spannung die der Summe aus der ersten Spannung und einer Schwellspannung des ersten Transistors, abzüglich einer Spannung am Steueranschluss des ersten Transistors entspricht.

Auf diese Weise kann eine Veränderung des Widerstandes zwischen den ersten Lastanschlüssen und den zweiten Lastanschlüssen der Transistoren über der Temperatur erheblich verringert werden. So bleibt die Güte eines mit dem Schaltelement verbundenen An ^¬ tennenschwingkreises und damit auch die Stärke eines von der Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Feldes im Wesent- liehen konstant.

Die Kontrolleinheit kann dazu ausgebildet sein, die Steuer ^¬ spannung zu erhöhen, wenn sich die Temperatur im Schaltelement erhöht und zu verringern, wenn sich die Temperatur im

Schaltelement verringert.

Die Kontrolleinheit kann dabei wenigstens eine Diode aufweisen, die bei niedrigeren Temperaturen eine größere Diffusionsspannung aufweist als bei höheren Temperaturen. So kann die Kontroll- einheit auf einfache Art und Weise ohne großen Schaltungsaufwand implementiert werden.

Der erste Transistor und der zweite Transistor können als MOSFET, insbesondere als n-Kanal MOSFETs ausgebildet sein, wobei jeweils der erste Lastanschluss ein Source-Anschluss , der zweite

Lastanschluss ein Drain-Anschluss und der Steueranschluss ein Gate-Anschluss und die Steuerspannung eine Gate-Spannung ist.

Die Temperatur im Schaltelement kann eine Temperatur im ersten oder zweiten Transistor oder in beiden Transistoren sein.

Die Potentialerzeugungseinheit kann eine Ladungspumpe oder eine Bootstrap-Schaltung aufweisen, um eine ausreichend hohe

Steuerspannung bereitstellen zu können. Die Potentialerzeugungseinheit kann dazu ausgebildet sein, ein Steuersignal zu empfangen und ein Potential bereitzustellen, wenn das Steuersignal anliegt oder einen vorgegebenen Pegel aufweist. Eine Steuerspannung, welche ein Durchschalten der Transistoren und dadurch die Aktivierung einer nachfolgenden Antenne ermöglicht, wird somit nur bereitgestellt, wenn dies auch tatsächlich erwünscht ist.

Die erste Spannung kann eine trapezförmige, eine rechteckförmige oder eine sinusförmige Spannung sein.

Eine Treiberschaltung für eine Induktivität weist eine Trei ^¬ berstufe auf, die dazu ausgebildet ist, eine erste Spannung bereitzustellen. Die Treiberschaltung weist weiterhin einen Multiplexer (insbesondere einen wie vorangehend beschriebenen Antennen-Multiplexer) mit wenigstens zwei Schaltelementen auf, wobei die Schaltelemente jeweils einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweisen, die jeweils einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss und einen Steuer- anschluss aufweisen, wobei der erste Lastanschluss des ersten Transistors mit dem ersten Lastanschluss des zweiten Transistors verbunden ist und der erste Transistor an seinem zweiten Lastanschluss die erste Spannung empfängt. Die Schaltelemente weisen weiterhin jeweils eine Potentialerzeugungseinheit, die dazu ausgebildet ist, in einem aktivierten Zustand an einem Ausgangsanschluss ein Potential bereitzustellen, sowie eine Kontrolleinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das von der Potentialerzeugungseinheit erzeugte Potential zu empfangen, eine Steuerspannung am ersten Transistor und am zweiten

Transistor bereitzustellen, und die Steuerspannung in Abhängigkeit von einer Temperatur in dem Schaltelement zu verändern, wobei die Steuerspannung stets größer ist als eine Spannung die der Summe aus der ersten Spannung und einer Schwellspannung des ersten Transistors, abzüglich einer Spannung am Steueranschluss des ersten Transistors entspricht.

Eine Aktive Sendeeinrichtung weist wenigstens zwei induktive Antennen, eine Treiberstufe, die dazu ausgebildet ist, eine erste Spannung bereitzustellen, und einen Multiplexer mit wenigstens zwei Schaltelementen auf, wobei die Schaltelemente jeweils einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweisen, die jeweils einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss und einen Steueranschluss aufweisen, wobei der erste Lastan ^¬ schluss des ersten Transistors mit dem ersten Lastanschluss des zweiten Transistors verbunden ist und der erste Transistor an seinem zweiten Lastanschluss die erste Spannung empfängt. Die Schaltelemente weisen weiterhin jeweils eine Potentialerzeu- gungseinheit , die dazu ausgebildet ist, in einem aktivierten Zustand an einem Ausgangsanschluss ein Potential bereitzu ^¬ stellen, sowie eine Kontrolleinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das von der Potentialerzeugungseinheit erzeugte Potential zu empfangen, eine Steuerspannung am ersten Transistor und am zweiten Transistor bereitzustellen und die Steuerspannung in Abhängigkeit von einer Temperatur in dem Schaltelement zu verändern, wobei die Steuerspannung stets größer ist als eine Spannung die der Summe aus der ersten Spannung und einer Schwellspannung des ersten Transistors, abzüglich einer Spannung am Steueranschluss des ersten Transistors entspricht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 in einem Schaltbild eine Treiberschaltung für eine

Induktivität bei einer Anwendung als aktive Sende ^¬ einrichtung für LF-Signale, Figur 2 in einem Schaltbild ein Schaltelement mit einer ersten Schaltung zur Temperaturkompensation,

Figur 3 in einem Schaltbild ein Schaltelement mit einer

weiteren Schaltung zur Temperaturkompensation.

Figur 1 zeigt eine Treiberschaltung für mehrere Induktivitäten, die im vorliegenden Fall durch induktive Antennen 11, 12, 13, die beispielsweise Ferritantennen (bewickelte Ferritkerne) sein können, gegeben sind, bei einer Anwendung als aktive Sendeeinrichtung. Die Treiberschaltung und die induktiven Antennen können Bestandteil eines schlüssellosen Fahrzeug-Zugangs- und Startsystems sein. Die induktiven Antennen 11, 12, 13 können ersatzweise wie in der Figur 1 dargestellt durch eine elektrische Reihenschaltung aus einem rein induktiven Anteil 21, 22, 23 und einem ohmschen Anteil 31, 32, 33 beschrieben werden. Eine Kapazität 41, 42, 43 ist jeweils zwischen die induktive Antenne 11, 12, 13 und einen Anschluss für ein Bezugspotential M ge ^¬ schaltet .

Ein ohmscher Widerstand 51, 52, 53 ist jeweils zwischen die induktiven Antennen 11, 12, 13 und einen Multiplexer 60 geschaltet. Durch den Widerstand 51, 52, 53, die induktiven Antennen 11, 12, 13 sowie die Kapazität 41, 42, 43 eines Zweiges wird jeweils ein Schwingkreis ausgebildet. Der Multiplexer 60 weist eine Anzahl an Schaltelementen 71, 72, 73 auf, wobei die Anzahl der Schaltelemente 71, 72, 73 der Anzahl der induktiven Antennen 11, 12, 13 entspricht. Jedes der Schaltelemente 71, 72, 73 ist dabei einer induktiven Antenne 11, 12, 13 zugeordnet und ist dazu ausgebildet, die jeweilige Antenne 11, 12, 13 zu aktivieren (Schaltelement 71, 72, 73 geschlossen) oder zu deaktivieren (Schaltelement 71, 72, 73 geöffnet). Hierfür empfängt jedes der Schaltelemente 71, 72, 73 ein Steuersignal S21, S22, S23. Ein Schaltelement 71, 72, 73 kann beispielsweise geschlossen werden, wenn das entsprechende Steuersignal S21, S22, S23 anliegt oder einen bestimmten Pegel aufweist. Eine Betriebsspannung Ur des Multiplexers 60 kann durch eine

Fahrzeugbatterie bereitgestellt werden (z.B. direkt, oder indirekt über einen Spannungsregler) .

Die Betriebsspannung Ur kann weiterhin (direkt, oder indirekt über einen Spannungsregler) einer Treiberstufe 80 bereitgestellt werden. Die Treiberstufe 80 kann einen Verstärker aufweisen, dem an einem Eingang ein Steuersignal S10 bereitgestellt wird. Der effektive Verstärkungsfaktor der Treiberstufe 80 hängt dabei von der Höhe der Betriebsspannung Ur ab. Die eingangsseitig mit dem Steuersignal S10 angesteuerte Treiberstufe 80 erzeugt beim Betrieb der Treiberschaltung ausgangsseitig eine Spannung Ul, welche zur Ansteuerung der Antennen 11, 12, 13 herangezogen wird, wenn das entsprechende Schaltelement 71, 72, 73 geschlossen ist. Die Spannung Ul kann beispielsweise trapez-, sinus- oder rechteckförmig sein. Ein Schaltelement 71, 72, 73 (des Multiplexers 60) kann zwei Transistoren aufweisen, die als MOSFETs ausgebildet sein können. Dies ist in Figur 2 beispielhaft anhand eines Schaltelements 71 dargestellt. Das Schaltelement 71 weist einen ersten MOSFET 711 und einen zweiten MOSFET 712 auf. Die in Figur 2 gezeigten MOSFETs sind dabei n-Kanal MOSFETs. MOSFET steht für Metal-Oxide-

Semiconductor Field-Effect Transistor (deutsch: Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor) . Ein MOSFET ist ein aktives Bauteil mit drei Anschlüssen. Dies sind ein Steueranschluss (Gate-Anschluss ) G, ein erster Lastanschluss ( Source-Anschluss ) S und ein zweiter Lastanschluss (Drain-Anschluss) D. Ein MOSFET wirkt wie ein spannungsgesteuerter Widerstand, das heißt, dass über eine Steuerspannung (Gate-Spannung) Ugs ein Widerstand zwischen Drain-Anschluss D und Source-Anschluss S und somit ein Strom durch den Transistor verändert werden kann. Dieser Wi- „

derstand ist temperaturabhängig. Bei kleinen Widerständen resultiert dabei nur eine geringe Erhöhung des Widerstandes bei einer Erhöhung der Temperatur. Bei großen Widerständen jedoch wirkt sich eine Temperaturerhöhung merklich auf den Widerstand aus. In einem Temperaturbereich von -40° bis +105° C kann der Widerstand dabei um einen Faktor 3 variieren. Dies wirkt sich negativ auf die Güte des nachfolgenden Schwingkreises aus.

Die beiden MOSFETs 711, 712 sind mit ihren Source-Anschlüssen S miteinander verbunden. Mit seinem Drain-Anschluss D ist der erste MOSFET 711 mit der Treiberstufe 80 (in Figur 2 nicht dargestellt) verbunden. Der zweite MOSFET 712 ist mit seinem Drain-Anschluss D mit dem Schwingkreis (in Figur 2 nicht dargestellt) verbunden. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass in einem ge ^¬ sperrten Zustand der MOSFETs 711, 712 keine leitfähige Verbindung zwischen den beiden Drain-Anschlüssen D vorliegt. Die MOSFETs 711, 712 weisen jeweils eine parasitäre Diode zwischen ihrem Drain- und Source-Anschluss D, S auf. Diese Dioden sind bei der vorliegenden Anordnung antiseriell geschaltet und verhindern so eine leitfähige Verbindung im deaktivierten Zustand.

Um das Schaltelement 71 leitend zu schalten um den Schwingkreis zu aktivieren, ist eine Gate-Spannung Ugs erforderlich, die um eine Schwellspannung Uth des ersten MOSFETs 711 größer ist, als die durch die Treiberstufe 80 erzeugte Spannung Ul abzüglich einer Spannung Ug des ersten MOSFETs 711 (Ugs > (Ul + Uth - Ug) , wobei die Spannung Ug eine Spannung am Gate-Anschluss G des ersten MOSFETs 711 bezogen auf ein Massepotential ist. Die Schwell ^¬ spannung Uth eines MOSFETs (oft auch als Einsatzspannung be- zeichnet) liegt im Allgemeinen zwischen IV und 3V, kann jedoch auch größer oder keiner sein. Ist vorliegend die Gate-Spannung Ugs kleiner als eine Spannung, die der Summe aus der durch die Treiberstufe 80 erzeugten Spannung Ul und der Schwellspannung Uth des ersten MOSFETs 711, abzüglich der Spannung Ug des ersten MOSFETs entspricht (also wenn gilt Ugs < (Ul + Uth - Ug) , können die MOSFETs 711, 712 nicht leiten. Zum Erzeugen einer ausreichend hohen Gate-Spannung Ugs sind eine Potentialerzeugungseinheit 713 und eine Kontrolleinheit 714 vorgesehen. Der Potentialerzeu- gungseinheit 713 wird ebenfalls die Betriebsspannung Ur be ^¬ reitgestellt. An einem Eingang empfängt die Potentialerzeu ^¬ gungseinheit 713 das Steuersignal S21. Wenn das Steuersignal S21 anliegt oder wenn es einen vorgegebenen Pegel aufweist, stellt die Potentialerzeugungseinheit 713 an ihrem Ausgang ein Po- tential bereit.

Die Potentialerzeugungseinheit 713 kann eine Ladungspumpe (engl. Charge pump) oder eine Bootstrap-Schaltung aufweisen. Um eine Gate-Spannungen Ugs zu erzeugen, die an eine aktuelle Temperatur der MOSFETs 711, 712 angepasst ist, empfängt die Kontrolleinheit 714 an einem Eingang das von der Potentialerzeugungseinheit 713 bereitgestellte Potential. Die Kontrolleinheit 714 ist weiterhin mit dem Anschluss für das Bezugspotential M verbunden. Mit einem ersten Ausgang ist die Kontrolleinheit 714 mit den Ga- te-Anschlüssen G der MOSFETs 711, 712 verbunden. Mit einem zweiten Ausgang ist die Kontrolleinheit 714 mit einem gemeinsamen Schaltungsknoten der Source-Anschlüsse S verbunden. Die

Kontrolleinheit 714 kann somit an ihren Ausgängen eine Ga ^¬ te-Spannung Ugs für die MOSFETs 711, 712 bereitstellen.

Die Kontrolleinheit 714 ist dazu ausgebildet, die Gate-Spannung Ugs an eine Temperatur im Schaltelement 71 anzupassen. So kann die Gate-Spannung Ugs bei niedrigeren Temperaturen kleiner sein als bei größeren Temperaturen. Bei niedrigeren Temperaturen kann somit der Widerstand zwischen Drain D und Source S erhöht werden, während die MOSFETs bei höheren Temperaturen ihren optimal erreichbaren Widerstand aufweisen. Die Temperatur im Schaltelement 71 kann die Temperatur in den Transistoren 711, 712 sein. Die Kontrolleinheit 714 kann zum Ändern der Gate-Spannung Ugs beispielsweise wenigstens eine Diode 715 aufweisen, wie in Figur 3 dargestellt. Die wenigstens eine Diode 715 weist bei nied ^¬ rigeren Temperaturen eine größere Diffusionsspannung auf als bei hohen Temperaturen, so dass sich die bereitgestellte Ga ^¬ te-Spannung Ugs mit der Temperatur verändert. Die Diffusi ^¬ onsspannung ist eine Potentialdifferenz über eine Raumladungszone, die der Diffusion von Ladungsträgern entgegenwirkt. Eine Halbleiterdiode weist einen p-n-Übergang auf. An der Grenze zwischen dem n-dotierten und dem p-dotierten Halbleiter kommt es aufgrund des Konzentrationsgradienten zur Diffusion von Ladungsträgern. Das heißt, freie Elektronen aus dem n-Gebiet wandern in das p-Gebiet. Analog dazu wandern Löcher (Defekt ^¬ elektronen) vom p-Gebiet in das n-Gebiet. Dabei kommt es unter anderem zur Rekombination von Elektronen und Löchern . Durch diese Ladungsträgerbewegung (Diffusionsstrom) bildet sich zwischen diesen Raumladungen im Inneren des Halbleiterkristalls ein elektrisches Gegenfeld aus, das der weiteren Diffusion von beweglichen Ladungsträgern entgegenwirkt, da es einen entge- gengesetzten Driftstrom erzeugt. Die durch das elektrische

Gegenfeld erzeugte elektrische Spannung wird als Diffusions ^¬ spannung bezeichnet.

Die Verwendung wenigstens einer Diode 715 ist jedoch lediglich ein Beispiel. Es ist auch möglich, die Gate-Spannung Ugs auf andere Art und Weise an eine Temperatur im Schaltelement 71 anzupassen .

Insgesamt kann durch das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Schaltelement die Veränderung des Widerstandes zwischen Drain D und Source S über der Temperatur erheblich verringert werden. Bezugs zeichenliste

11 induktive Antenne

12 induktive Antenne

13 induktive Antenne

21 induktiver Anteil

22 induktiver Anteil

23 induktiver Anteil

31 ohmscher Anteil

32 ohmscher Anteil

33 ohmscher Anteil

41 Kapazität

42 Kapazität

43 Kapazität

51 ohmscher Widerstand

52 ohmscher Widerstand

53 ohmscher Widerstand

60 Multiplexer

71 Schaltelernent

72 Schaltelernent

73 Schaltelernent

80 Treiberstufe

711 erster Transistor

712 zweiter Transistor

713 Potentialerzeugungseinheit

714 Kontrolleinheit

715 Diode

G Gate-Anschluss

D Drain-Anschluss

S Source-Anschluss

Ur Betriebsspannung

Ul erste Spannung

Ugs Gate-Spannung

S10 Steuersignal Steuersignal Steuersignal Steuersignal Bezugspotenti