用于非电流性连接的基本单元与非接触单元制造技术

本发明专利技术描述了一种在电子电路之间进行非电流性连接的装置。基本单元包括射频电源、数据链路和认证控制器。用于与基本单元通信的非接触单元包括射频供电接收器、数据链路和认证控制器。基本单元与非接触单元可以形成非电流性连接，用于替换传统的连接器，如USB总线线缆连接。

【技术实现步骤摘要】
用于非电流性连接的基本单元与非接触单元
[0001 ] 本专利技术涉及一种在两个或多个电路之间非电流性连接的装置。
技术介绍
电子系统中广泛运用电流性连接器。电流性连接的一个例子是:外围设备通过USB接线连接到主机。大多数情况下，主机通过USB接线为外围设备供电，在同一接线内同时进行双向的高速数据传输，在USB2.0中为供电和数据传数单独地分配了一对线缆。藉由接线的电流性连接形成一种欧姆性接触，从而当接线插入USB端口而形成连接时,可以实现在主机与外围设备之间的通信的高可靠性。然而，电流性连接器易于磨损而引致故障，例如对USB连接而言，无论是在消费电子还是专业系统中，重复地插拔USB线缆。此外，用于高速连接的连接器，比如HDMI和多管脚应用(如笔记本电脑的扩展坞)，将会显著增加系统的成本。消费电子系统应用电流性连接器时会出现可靠性的问题，例如SD存储卡在其插座插入和弹出的时候的机械力会导致其损坏。专业应用包括可重构核磁共振成像(MRI)扫描器和包括运动部件的系统，如圆片步进光刻机。在这些例子中，除了供电功能之外，还存在着大量的数据需要从MRI传感器/数字器和圆片阶段传送到中央处理单元或主机。在有限次操作过后，连接器容易脏污和/或损坏，从而增加设备的故障时间和设备拥有者的维护成本。物理连接器还会限制在工业生产线上的操作设计自由度，如在传送带系统中。
技术实现思路
本专利技术的诸多方面在权利要求中进行了定义。根据本专利技术的一个方面，定义了基本单元，用于非电流地耦合到非接触单元。基本单元包括耦合到射频供电电源的天线、至少一数据链路、耦合到至少一数据链路的认证控制器、以及数据接口，数据接口用于将数据源和数据接收器中的至少一个耦合到基本单元。数据接口耦合到至少一数据链路，其中基本单元可操作为:通过数据接口发送和/或接收载荷数据；无线地将射频电能由射频电源传送到与基本单元物理上接近的非接触单元；通过所述至少一数据链路发送及/或接收认证数据，以在非接触单元物理上接近基本单元时认证与非接触单元的非电流性连接；以及在认证与非接触单元的非电流性连接之后通过所述至少一数据链路发送及/或接收载荷数据。将传统的电流性连接替换为非电流性连接，提供了一种增加的鲁棒性水平。认证控制器提供了一种与利用电流性连接器实现的有线连接相等同水平的安全性，且保证了基本单元与非接触单元之间的连接仅在需要时形成。考虑到为了物理上接近的需要，基本单元需要距离非接触单元在I米以内。该天线的定义可视为包括了电感、线圈或其他可以磁性地或电磁地耦合的元件。载荷数据可视为包括了除用于认证连接以外的其他数据。射频的定义可以包括高于30千赫的频率。根据基本单元的可选的实施方式，认证控制器耦合到射频电源，认证控制器可操作为当非电流性连接认证失败时不传送射频电能。在认证失败时基本单元不传送电能，可以提升连接的安全性。根据可选的实施方式，认证控制器进一步包括看门狗计时器；基本单元可操作为定期地认证与非接触单元的非电流性连接，定期认证的时间由看门狗计时器确定，并可操作为在非电流性连接的再认证失败时不发送/接收载荷数据。定期地再认证连接进一步地提升了连接的安全性，而且提供了一种与电流性有线连接中拔除相等同的功能。根据可选的实施方式，基本单元可包括机械耦合元件和磁铁中的至少一个；基本单元与非电流地耦合于基本单元的非接触单元之间的位置在运行时相对地固定。基本单元的实施方式中可包括机械连接器或耦合元件，用于插入非接触单元的机械连接器，或反过来。这可以取代传统的电流性连接器。可选地，铁磁材料可以用于将基本单元与非接触单元磁性地固定，从而物理上对准以实现数据链路。示例地，所述对准可以是基本单元中的光发射器与非接触单元中的光检测器之间的对准。所需的对准可以是基本单元和非接触单元的天线或感性线圈之间的对准。在可选的实施方式中，所述至少一数据链路包括耦合到至少一个天线的第一数据链路元件，以及第二数据链路元件。第一数据链路元件和第二数据链路元件耦合到认证控制器。第一数据链路元件包括近场通信电路。基本单元可操作为:通过第一数据链路元件发送及/或接收认证数据，以在非接触单元物理上接近基本单元时认证与非接触单元的非电流性连接；以及在认证通过第一数据链路元件与非接触单元的非电流性连接之后通过第二数据链路元件在基本单元和非接触单元之间发送及/或接收载荷数据。在利用近场通信的实施方式中，认证控制器可耦合到射频电源，认证控制器可操作为在认证非电流性连接后传输射频电能。可以通过近场通信数据链路为认证所述连接提供足够的电能。在认证成功后，可以接入干线电源。这可以降低基本单元的功耗，并提升非电流性连接的安全性。在可选的部分实施方式中，数据链路可包括配置用于光学数据发送的激光器和用于接收数据的光检测器，或用于数据发送的毫米波发射器及用于接收数据的毫米波接收器。通过光学或毫米波进行的数据传输并不需要电流性连接。可以利用聚合物波导作为额外的通道来在基本单元与非接触单元的更长距离之间提供高数据率的数据通信，其数据率可高达数G比特每秒。对于这些实施方式而言，或许字面上理解来看似乎不是无线连接，但这种连接以及相应的数据传输并不依赖于电流性的连接。在可选的实施方式中，基本单元可包括耦合到射频供电电源的第一天线，耦合到第一数据链路的第二天线和耦合到第二数据链路的第三天线，其中第二数据链路配置用于射频发送及/或接收。第二数据链路可包括耦合到射频发射器和射频接收器中至少一个的第三天线。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于非电流性地耦合到基本单元的非接触单元。该非接触单元包括耦合到射频供电接收器的天线、至少一数据链路、耦合到至少一数据链路的认证控制器、以及数据接口。数据接口用于将数据源和数据接收器的至少一个耦合到非接触单元，所述数据接口耦合到至少一数据链路。其中非接触单元可操作为:通过数据接口发送及/或接收载荷数据；在基本单元物理上接近非接触单元时接收从基本单元提供的射频电能；转换所接收的射频电能来为非接触单元的电路供电；通过至少一数据链路发送及/或接收认证数据，以在基本单元物理上接近非接触单元时认证与基本单元的非电流性连接；以及在认证与基本单元的非电流性连接之后通过所述至少一数据链路发送及/或接收载荷数据。该非接触单元的技术特征与基本单元互补，并允许在两个或多个电路之间建立非电流性连接用于数据传输。根据可选的实施方式，认证控制器进一步包括看门狗计时器；看门狗计时器可操作为定期地再认证与基本单元的非电流性连接，定期再认证的时间由看门狗计时器确定，并可操作为在非电流性连接的再认证失败时不再发送/接收载荷数据。根据可选的实施方式，非接触单元包括机械耦合元件和磁铁中的至少一个；非接触单元与非电流地耦合于非接触单元的基本单元之间的位置在运行时相对地固定。根据可选的实施方式，至少一数据链路包括毫米波发射器、毫米波接收器、激光器和光检测器中的至少一个。根据可选的实施方式，至少一数据链路包括第一数据链路与第二数据链路，第一数据链路和第二数据链路耦合到认证控制器，其中第一数据链路包括耦合到近场通信电路的第二天线，非接触单元可操作为:通过第一数据链路发送及/或接收认证数据，以在基本单元物理上接近非接触单元时认证与基本单元的非电流性连接；以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非电流性地耦合到非接触单元的基本单元(100)，其特征在于，所述基本单元包括：耦合到射频电源(14)的第一天线(16)；至少一数据链路(12、22)；耦合到所述至少一数据链路的认证控制器(10)；以及数据接口(20)，用于将数据源和数据接收器中的至少一个耦合到基本单元，所述数据接口耦合到所述至少一数据链路；其中所述基本单元操作为：通过所述数据接口发送和/或接收载荷数据，无线地将射频电能由射频电源传送到与基本单元物理上接近的非接触单元，仅在非接触单元物理上接近基本单元时通过所述至少一数据链路发送和/或接收认证数据，以认证与非接触单元的非电流性连接，以及在认证与非接触单元的非电流性连接之后，通过所述至少一数据链路发送和/或接收载荷数据。

【技术特征摘要】
2013.02.21 EP 13156226.61.一种用于非电流性地耦合到非接触单元的基本单元(100)，其特征在于，所述基本单元包括: 耦合到射频电源(14)的第一天线(16)； 至少一数据链路(12、22)； 耦合到所述至少一数据链路的认证控制器(10);以及 数据接口(20)，用于将数据源和数据接收器中的至少一个耦合到基本单元，所述数据接口耦合到所述至少一数据链路； 其中所述基本单元操作为: 通过所述数据接口发送和/或接收载荷数据， 无线地将射频电能由射频电源传送到与基本单元物理上接近的非接触单元， 仅在非接触单元物理上接近基本单元时通过所述至少一数据链路发送和/或接收认证数据，以认证与非接触单元的非电流性连接，以及 在认证与非接触单元的非电流性连接之后，通过所述至少一数据链路发送和/或接收载荷数据。2.如权利要求1所述的基本单元，其特征在于，认证控制器耦合到射频电源，认证控制器操作为响应于失败的非电流性连接认证而不传送射频电能。3.如在前任意一项权利要求所述的基本单元，其特征在于，认证控制器进一步包括看门狗计时器(816);基本单元操作为定期地再认证与非接触单元的非电流性连接，所述定期再认证的时间由看门狗计时器(816)确定，并操作为在非电流性连接的再认证失败时不再发送和/或接收载荷数据。4.如在前任意一项权利要求所述的基本单元，其特征在于，进一步包括机械稱合元件和磁铁中的至少一个；基本单元与非电流性地耦合于基本单元的非接触单元之间的相对位置在运行时固定。5.如在前任意一项权利要求所述的基本单元，其特征在于，所述至少一数据链路包括毫米波发射器、毫米波接收器、激光器和光检测器中的至少一个。6.如在前任意一项权利要求所述的基本单元，其特征在于，所述至少一数据链路包括第一数据链路和第二数据链路(52、64)，第一数据链路和第二数据链路耦合到认证控制器(50)，其中第一数据链路包括耦合到第二天线的近场通信电路(60)，基本单元操作为: 仅在非接触单元物理上接近基本单元时通过第一数据链路发送和/或接收认证数据，以认证与非接触单元的非电流性连接，以及 在通过第一数据链路认证与非接触单元的非电流性连接之后，通过第二数据链路发送和/或接收载荷数据。7.如权利要求6所述的基本单元，其特征在于，认证控制器耦合到射频电源，认证控制器操作为在认证了所述非电流性连接后传送射频电能。8.如权利要求5或6所述的基本单元，其特征在于，第二数据链路包括第三天线(90)，第三天线(90)耦合到射频发射器和射频接收器中的至少一个。9.一种用于非电流性地耦合到基本单元的非接触单元(200)，其特征在于，该非接触单元(200)包括: 耦合到射频供电接收器(34)的第一天线(36)；至少一数据链路(32、40);以及 耦合到所述至少一数据链路的认证控...

【专利技术属性】
技术研发人员：西塞罗·西尔韦拉·沃谢，拉夫·洛德韦克·扬·罗弗斯，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL