[发明专利]用于非电流性连接的基本单元与非接触单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种在两个或多个电路之间非电流性连接的装置。

背景技术

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。

发明内容

本发明的诸多方面在权利要求中进行了定义。根据本发明的一个方面，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1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。