无线近场通讯系统技术方案

本发明专利技术提出了一个抗感应干扰的近距无线磁场通讯系统，通讯距离不超过1.5米。本系统包括至少一个发送器和接收器。本文中列出了几种典型的发送器设计包括使用主动控制螺线管和基于SOT的薄膜器件。本系统具备固有的高数据传输率和高数据安全性。本系统适合于搭建临时离网磁场通讯网络。另外，本系统为工业设备提供了新型的设备间通讯手段以取代数据电缆。本系统的实现形式可以是标准外设，也可制成嵌入式系统，以便不同设备间或同一系统模块间的通讯。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与近场通讯相关。具体着重于通讯距离小于1.5米的配对系统之间的高速无线通讯。本申请权项要求的优先利益基于申报于2014年8月16日的美国临时专利(申请号62/038208)，专利名称为“无线近场通讯系统”，在此一并列入以为参考。
技术介绍
当前基于公共移动电话网，WiFi网络，或个人云端存储技术的数据传输甚为方便，不过上述手段都有极大的数据泄露隐忧。由于数据传输速率，带宽，或模式的限制，基于射频的近场通讯设备之间很难建立起一个临时且安全的个人通讯网络以完成单一设备对多重设备之间(D2MD)或单点对多点之间(P2MP)的大量数据传输。尽管基于射频的蓝牙配对或WiFi直连设备支持高速传输，但是它们不支持D2MD和P2MP模式的数据传输，而较长的传播范围有损数据的安全性。因此，开发一种安全的能够实现D2MD和P2MP模式的大量数据近场传输系统就显得非常重要了。开发这样一套新型安全高速近场通讯系统具有广泛的工业应用前景，例如机器人的模块化设计以及个性化手机。工业自动化设备尤其是真空设备的设计和总体成本都将因使用此近场通讯系统而省却数据线缆得到极大的简化和降低。此新型安全近场通讯系统能够由无线磁场通讯(MFC)技术实现。MFC无线近场方法之一由G.Yi等人在美国专利US2008/0299904A1“无线通讯系统”当中提出。然而，此项专利中的设计存在下列问题：1)在配对系统中，靠近接收器的螺线管在接收信号时会由于楞次定律产生干扰磁场从而导致被接收信号的受损，而降低此种干扰非常困难。2)螺线管设计带来固有的高阻抗会导致数据传输速率受限。目前，最高演示速率接近4Gb/秒或4Gfc/秒(fc指流量改变)。在此项专利声明中，我们提出了若干种近场磁场通讯(NF-MFC)的解决方案，在实现大量数据安全传送的同时无上述问题之虞。
技术实现思路
此项专利技术披露了一种新型近场磁场通讯(NF-MFC)系统。该系统包括无线磁场通讯硬件子系统和支持软件包。该软件用于NF-MFC系统与上行设备间的通讯并具备过滤无用数据的功能。此软件系统在用户设备从云端下载或上传数据时起到了安全门的作用。此NF-MFC系统的核心是一个收发器(发送器和接收器)，其发送器由一个主动控制的含有高磁导率磁芯的螺线管或基于电子自旋轨道力矩的磁性元件组成，而接收器则由一个固态磁性传感器构成。它们都可由微制作技术制成于不同的基板。基板的选择之一是內置有收发器控制系统电路的硅片(SOC，系统芯片)。收发器的电子器件也能通过多晶片模组(SIP)整合进收发器内。通过发送器传播的磁场由数字编码实现模块化，有效信息通过解码电路系统实现信号拣选。固态磁性传感器可以是基于磁阻技术的传感器(如各向异性磁阻传感器AMR，巨磁阻传感器GMR，或隧道磁阻传感器TMR)，或者是霍尔传感器，或磁阻抗传感器。在任意特定时刻，在一对收发器间的通讯是单向的。拥有多对收发器系统可在同一时刻拥有双向通讯的能力。在普通硬盘上使用的与上述发送器中螺线管类似的磁写头已经演示具备高达4Gbit/秒的传输速率。而基于SOT模式磁性单元可被SOT效应在百亿分之一秒内翻转，因此SOT收发器的传输速率更高。SOT设计消除了电感效应，且能实现大量排列结构以放开对系统阵列的对齐要求，不过，SOT设计更适用于短距离(＜10厘米)通讯。另一方面，具有主动控制的螺线管适用更长的传输距离，其上限约为1.5米。如此短的传输距离确保的数据的安全性。基于此NF-MFC系统，一个临时的离网安全多点链接(TableNetwork或TableCloud)得以临时构建以供朋友间在私人或公共场所进行数据传送。此临时离网磁性网络可以在(StoneSkippingNetwork)技术的辅助下进一步延伸。在下文中所使用的“或”可以既可代表包含也可代表专属的意思。同样“范例”只可理解为一个例子而已，并非指针对某一目的的最好解决方案。另外，下面文中的示范只为清楚的说明我们的专利技术。稍微的改动而不偏离文中的专利技术思想仍然属于本专利技术范畴之内。附图说明图1A本技术专利技术应用于移动设备间通讯的一种具体形式，其中拟议中的产品为嵌入式组件。图1B本技术专利技术应用于独立通讯系统的一种具体形式，该装置可附加于智能手机，台式电脑的USB接口，或笔记本电脑的外部通讯接口。图1C通过本技术专利技术中StoneSkippingNetwork或SkippingStoneNetwork的概念用于设备间的数据传输可构建较长距离的离网通讯网络。图1D本技术专利技术应用于模块化设备或机器人领域内模块对模块(或模块间)通讯的一种具体形式。图1E拟议中的产品包含三对发送-接收器，可用于快速及双向即时数据传输，特别是用于模块内无线低能耗通讯。图2拟议中独立系统的关键组成结构。图3A公开专利US2008/0299904A1所述磁性通讯系统的已有技术。图3B公开专利US2008/0299904A1所述发送器设计的已有技术。图4A拟议中的发送器设计用于消除发送器间处于接听模式时的感应电流的一种具体形式。图4B用于同步通讯的主动控制螺线管设计的一种具体形式，含有无移动部件的开关。图5A一种基于自旋轨道磁矩(SOT)，或自旋轨道耦合，或自旋轨道作用，的发送器设计的具体形式。图5B一种基于自旋轨道磁矩(SOT)的发送器设计的具体形式。图6A一种大面积发送器设计---SOT组件的平面排列。图6B一种半球形均匀覆盖的多发送器设计的具体形式。图7A一种图5B所示发送器的排列形式，备有开关组件列装于可弯曲的基板。图7B列装于卷曲基板的发送器组合剖面图。图8一种图5A和5B所示具有不同磁场方向的发送器混合排列的具体形式---(A)俯视图；(B)A-A向剖面图。具体实施方式以下多项特定详细的描述目的在于提供对本专利技术提及的几种形式的透彻了解。目前，本专利技术所涉及技术方法尚未见其它公开发表的案例。具体实施方式在特定设计，应用和细节方面的描述能够让任何在本领域的技术人员制造和使用本专利技术。很明显，任何在本领域的技术人员在不脱离本专利技术精神和范围的前提下可以根据本专利技术中的普适原理对本专利技术进行各种修改。因此，本专利技术不旨限于示出的实施例子，而应根据此处公开的原理，特征和技术的一致性赋予最宽范围的涵盖。图1A所示实例为被专利提出的NF-MFC技术在移动设备间的应用，其中本专利技术中的NF-MFC系统为嵌入式设备。本实例中，两个有内置NF-MFC芯片的智能手机(1001和1002)可通过NF-MFC系统产生的磁场(1003和1004)进行通讯。图1B所示实例为拟议中的NF-MFC技术的一项应用。如图所示，一个独立的NF-MFC设备1012发射出磁场1013，通过该磁场，一个双向的通讯通道被建立起来。设备1012能够插接进母板的通讯端口，例如智能手机的通讯接口，台式电脑，移动电脑和智能电视的USB接口或电源接口，等等。这样，没有装配如图1A所示的内置NF-MFC芯片的母板设备1011也可以建立起通讯渠道。图1C展示了一种StoneSkippingNetwork或SkippingStoneNetwork的概念，利用本专利技术技术以实现较长距离离网通讯。设备1021可配置嵌入式NF-MFC通讯芯片或外置式独立NF-MFC设备，通过相邻设备间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线通讯系统，其特征是至少涵括：a.)一个能够向其周边空间发送加密磁场信息的发送器；b.)一个能够探测磁场的接收器；c.)控制或驱动上述发送器和接收器的电子系统。

【技术特征摘要】
1.本专利所提出权利要求如下：一种无线通讯系统，其特征是至少涵括：a.)一个能够向其周边空间发送加密磁场信息的发送器；b.)一个能够探测磁场的接收器；c.)控制或驱动上述发送器和接收器的电子系统。2.根据权利要求1中所述的无线通讯系统，其特征是还涵括一套软件系统至少让用户选择通过系统发送的文件。3.根据权利要求1中所述的接收器，其特征是涵括一个基于霍尔效应的传感器、或磁阻抗传感器、或各向异性(AMR)磁阻传感器、或巨磁阻(GMR)传感器、或隧道磁阻(TMR)传感器。4.根据权利要求1中所述的发送器，其特征是涵括至少一个主动连接控制的螺线管以与系统的工作状态同步即当系统处于发送模式时开通螺线管；当系统处于接收模式时关闭螺线管。5.根据权利要求4中所述的主动连接控制的螺线管，其特征是至少涵括一个线圈，该线圈的每一圈螺旋接驳一个由集中控制断通的开关。6.根据权利要求5中所述的集中控制断通的开关，其特征是一个带有移动部件的机械开关。7.根据权利要求6中所述带有移动部件的机械开关，其特征是一个可以采用晶片加工工艺大批量生产的微机电器件。8.根据权利要求5中所述的集中控制断通的开关，其特征是具有共栅极的一个场效应晶体管(FET)或高电子迁移率晶体管(HEMT)。9.根据权利要求5中所述的集中控制断通的开关，其特征是一个点触型二极管。10.根据权利要求1中所述发送器，其特征是涵括一个或一系列夹在一个绝缘材料层和一个重金属层之间，其磁化方向可由于自旋轨道极矩(SOT)效应，随两层间的足够大的交流电以翻转的，被定型的磁性元件。11.根据权利要求10中所述的重金属层，其特征是其材料选自铂Pt，钨W(β-W)，钽Ta(β...

【专利技术属性】
技术研发人员：易舸，王晋文，万渡江，李少平，
申请(专利权)人：王晋文，易舸，万渡江，李少平，
类型：发明
国别省市：上海;31