[發明專利]用于非電流性連接的基本單元與非接觸單元

有效

• 申請號: 201410050947.3
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN104009778A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 西塞羅·西爾韋拉·沃謝;拉夫·洛德韋克·揚·羅弗斯
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H04B5/00
• 分類號: H04B5/00;H04B10/114
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 楊靜

技術領域

本發明涉及一種在兩個或多個電路之間非電流性連接的裝置。

背景技術

電子系統中廣泛運用電流性連接器。電流性連接的一個例子是：外圍設備通過USB接線連接到主機。大多數情況下，主機通過USB接線為外圍設備供電，在同一接線內同時進行雙向的高速數據傳輸，在USB2.0中為供電和數據傳數單獨地分配了一對線纜。藉由接線的電流性連接形成一種歐姆性接觸，從而當接線插入USB端口而形成連接時，可以實現在主機與外圍設備之間的通信的高可靠性。

然而，電流性連接器易于磨損而引致故障，例如對USB連接而言，無論是在消費電子還是專業系統中，重復地插拔USB線纜。此外，用于高速連接的連接器，比如HDMI和多管腳應用(如筆記本電腦的擴展塢)，將會顯著增加系統的成本。

消費電子系統應用電流性連接器時會出現可靠性的問題，例如SD存儲卡在其插座插入和彈出的時候的機械力會導致其損壞。

專業應用包括可重構核磁共振成像(MRI)掃描器和包括運動部件的系統，如圓片步進光刻機。在這些例子中，除了供電功能之外，還存在著大量的數據需要從MRI傳感器/數字器和圓片階段傳送到中央處理單元或主機。在有限次操作過后，連接器容易臟污和/或損壞，從而增加設備的故障時間和設備擁有者的維護成本。

物理連接器還會限制在工業生產線上的操作設計自由度，如在傳送帶系統中。

發明內容

本發明的諸多方面在權利要求中進行了定義。根據本發明的一個方面，定義了基本單元，用于非電流地耦合到非接觸單元。基本單元包括耦合到射頻供電電源的天線、至少一數據鏈路、耦合到至少一數據鏈路的認證控制器、以及數據接口，數據接口用于將數據源和數據接收器中的至少一個耦合到基本單元。數據接口耦合到至少一數據鏈路，其中基本單元可操作為：通過數據接口發送和/或接收載荷數據；無線地將射頻電能由射頻電源傳送到與基本單元物理上接近的非接觸單元；通過所述至少一數據鏈路發送及/或接收認證數據，以在非接觸單元物理上接近基本單元時認證與非接觸單元的非電流性連接；以及在認證與非接觸單元的非電流性連接之后通過所述至少一數據鏈路發送及/或接收載荷數據。

將傳統的電流性連接替換為非電流性連接，提供了一種增加的魯棒性水平。認證控制器提供了一種與利用電流性連接器實現的有線連接相等同水平的安全性，且保證了基本單元與非接觸單元之間的連接僅在需要時形成。考慮到為了物理上接近的需要，基本單元需要距離非接觸單元在1米以內。

該天線的定義可視為包括了電感、線圈或其他可以磁性地或電磁地耦合的元件。載荷數據可視為包括了除用于認證連接以外的其他數據。射頻的定義可以包括高于30千赫的頻率。

根據基本單元的可選的實施方式，認證控制器耦合到射頻電源，認證控制器可操作為當非電流性連接認證失敗時不傳送射頻電能。

在認證失敗時基本單元不傳送電能，可以提升連接的安全性。

根據可選的實施方式，認證控制器進一步包括看門狗計時器；基本單元可操作為定期地認證與非接觸單元的非電流性連接，定期認證的時間由看門狗計時器確定，并可操作為在非電流性連接的再認證失敗時不發送/接收載荷數據。

定期地再認證連接進一步地提升了連接的安全性，而且提供了一種與電流性有線連接中拔除相等同的功能。

根據可選的實施方式，基本單元可包括機械耦合元件和磁鐵中的至少一個；基本單元與非電流地耦合于基本單元的非接觸單元之間的位置在運行時相對地固定。

基本單元的實施方式中可包括機械連接器或耦合元件，用于插入非接觸單元的機械連接器，或反過來。這可以取代傳統的電流性連接器。可選地，鐵磁材料可以用于將基本單元與非接觸單元磁性地固定，從而物理上對準以實現數據鏈路。示例地，所述對準可以是基本單元中的光發射器與非接觸單元中的光檢測器之間的對準。所需的對準可以是基本單元和非接觸單元的天線或感性線圈之間的對準。

在可選的實施方式中，所述至少一數據鏈路包括耦合到至少一個天線的第一數據鏈路元件，以及第二數據鏈路元件。第一數據鏈路元件和第二數據鏈路元件耦合到認證控制器。第一數據鏈路元件包括近場通信電路。基本單元可操作為：通過第一數據鏈路元件發送及/或接收認證數據，以在非接觸單元物理上接近基本單元時認證與非接觸單元的非電流性連接；以及在認證通過第一數據鏈路元件與非接觸單元的非電流性連接之后通過第二數據鏈路元件在基本單元和非接觸單元之間發送及/或接收載荷數據。