專利名稱:無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備和包括這種設(shè)備的通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備。該通信設(shè)備可以成為諸如手表這類便攜式物體的一部分。該設(shè)備包括一個產(chǎn)生高頻信號的振蕩器電路和一個連接到振蕩器電路的信號處理單元。
本發(fā)明還涉及一種用于在通信設(shè)備和電子儀器之間傳送數(shù)據(jù)的短距離無線系統(tǒng)。
″數(shù)據(jù)通信″是指信息或者數(shù)據(jù)的單向傳輸或者雙向傳輸。
在短距離數(shù)據(jù)通信的情況下,包括該通信設(shè)備的便攜式物體可以被放置在電子儀器上或者接近電子儀器。通常在一個短距離無線數(shù)據(jù)通信過程中發(fā)射的信號可以是射頻信號、聲信號、光信號或者其它信號。這些不同類型的信號組合也可以被設(shè)想。
在數(shù)據(jù)通信的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi),在彼此接近的兩個單元之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換是巳知的,其中每個單元包括信號發(fā)射裝置和接收裝置,特別是射頻類型的。由于這些發(fā)射裝置通常不同于接收裝置,所以這就需要使用很多電子元件。如果這些發(fā)射裝置和接收裝置必須適合于一個諸如手表之類的便攜式物體時,這必然成為一個不利因素。另外,這種便攜式物體通常是通過電池或者蓄電池供電的,那也占據(jù)了很大的空間。因為電池或者蓄電池容易太快放電,所以信號發(fā)射裝置和接收裝置的工作涉及很大的耗電量,那個可能是一個不利因素。
應(yīng)當指出,即使信號接收裝置與發(fā)射裝置結(jié)合,該通信設(shè)備仍然不得不通過附加的電子元件被切換成數(shù)據(jù)信號接收模式或者數(shù)據(jù)信號發(fā)射模式。這構(gòu)成除了可能相對高的耗電量之外的另一個不利因素。
DE專利號100 26 173公開了一個用于在一個基站和至少一個外部單元之間傳送電信號的方案。電能通過一個變壓器被傳送,該變壓器的初級繞組或者線圈被放置在基站中并且它的次級繞組或者線圈被放置在外部單元中??梢酝ㄟ^使用該變壓器實現(xiàn)從基站到外部單元的數(shù)據(jù)通信。一個響應(yīng)信號從外部單元通過用于耦合基站和外部單元的組件被發(fā)射到基站。這些感應(yīng)類型的耦合元件不同于變壓器的那些耦合元件。
這種方案的一個不利因素是必須對外部單元提供用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶囟ㄐ盘柊l(fā)射裝置。這些發(fā)射裝置不同于接收裝置,其特別是通過次級變壓器線圈被形成。因此,即使變壓器能被用于給蓄電池充電和數(shù)據(jù)傳輸,外部單元發(fā)射裝置的附加電子元件也可能占據(jù)相當多空間以及耗費太多電能。
因此本發(fā)明的目的是提供一個無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備,其克服了前述現(xiàn)有技術(shù)的不利因素并且特別是省掉了那些被用來實現(xiàn)該設(shè)備內(nèi)部功能的附加元件。
因此本發(fā)明涉及一個無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備,其包括了在權(quán)利要求1中提到的特征。
根據(jù)本發(fā)明的通信設(shè)備的一個優(yōu)點存在于這個事實中即,不需要為上述設(shè)備提供用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶囟òl(fā)射裝置。這些發(fā)射裝置由振蕩器電路一部分的連接結(jié)構(gòu)形成,其提供高頻信號。高頻信號的供給自動地經(jīng)由該連接結(jié)構(gòu)、并且特別是通過導(dǎo)電通路和被連接的電子元件的一個電路來產(chǎn)生寄生信號。這個連接結(jié)構(gòu)擔(dān)當寄生信號的發(fā)射天線。這樣,該寄生信號可用于發(fā)射短距離數(shù)據(jù)。一個電子儀器的接收裝置可收到由設(shè)備的振蕩器電路的連接結(jié)構(gòu)在一般不超過幾厘米的距離上發(fā)射的寄生信號。
有利地,該通信設(shè)備包括射頻信號接收裝置和變頻裝置。這些變頻裝置包括一個振蕩器電路,該振蕩器電路進而包括連接到一個基準振蕩器單元的頻率合成器。該合成器包括一個提供高頻信號的后面跟著一個放大器的壓控振蕩器、一個分頻器和一個鑒相器。因此在射頻信號接收機的情況下,通過振蕩器電路的高頻信號的供給是必需的。
利用被處理單元提供到振蕩器電路的至少一個控制信號,則通過對寄生信號調(diào)幅或者調(diào)頻來發(fā)送數(shù)據(jù)成為可能。寄生信號的調(diào)幅由控制信號通過連接或者斷開提供高頻信號的一部分電路的至少一個元件來實現(xiàn)。這個寄生信號調(diào)幅使得一個二進制數(shù)據(jù)序列被發(fā)射。優(yōu)選地,由至少一個控制信號通過改變一個或兩個分頻器的分割因數(shù)來實現(xiàn)該寄生信號調(diào)頻。
因此,本發(fā)明還涉及到一個無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其包括在權(quán)利要求7中提到的特征。
該無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備的目的、優(yōu)點和特征以及包括上述設(shè)備的通信系統(tǒng)將在下面連同附圖的本發(fā)明實施例的說明中清楚地顯示。
圖1a以及1b示意性地顯示根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)通信設(shè)備的兩個替換實施例,其由一個射頻信號接收機構(gòu)成,圖2示意性地顯示包括諸如蓄電池充電器設(shè)備和便攜式物體這類電子儀器的通信系統(tǒng)的元件,通信設(shè)備被安排在該通信系統(tǒng)中,和圖3a和3b顯示通信系統(tǒng)的俯視圖和側(cè)視圖,該通信系統(tǒng)包括一個充電器設(shè)備和具有本發(fā)明數(shù)據(jù)通信設(shè)備的一個手表。
在以下說明中,本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備或者系統(tǒng)的所有電子元件都不會被詳細說明。
圖1a和1b顯示數(shù)據(jù)通信設(shè)備1的兩個不同實施例。只是在數(shù)據(jù)通過由振蕩器電路的連接結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的寄生信號被發(fā)射的方法中,這兩個實施例彼此不同。在第一實施例中,數(shù)據(jù)通過調(diào)幅寄生信號而被發(fā)射,而在第二實施例中,數(shù)據(jù)通過調(diào)頻寄生信號而被發(fā)射。這個通信設(shè)備優(yōu)選地由一個射頻信號接收機1形成,該接收機被安裝在一個諸如手表之類的便攜式物體中。
這個通信設(shè)備1包括射頻信號接收裝置2、射頻信號變頻裝置3、和從變頻裝置接收中間信號SI的一個信號處理單元7。接收裝置由圖1a和1b中的一個接收天線2來表示。應(yīng)當指出,被接收的射頻信號然后在接收裝置中被濾波和放大。
變頻裝置3被用于降低將在處理單元7中被處理的信號頻率。這些變頻裝置包括至少兩個用于實現(xiàn)該射頻信號的兩倍或者三倍變頻的混頻電路4和5。為了實現(xiàn)雙變頻,第一高頻信號SH和第二高頻信號從一個振蕩器電路6被分別提供到混頻電路4和5。這個提供高頻信號的振蕩器電路部分14、15的連接結(jié)構(gòu)被使用為在下文中被解釋的數(shù)據(jù)載波寄生信號發(fā)射天線。這個連接結(jié)構(gòu)包括振蕩器電路一部分的電子元件和把電子元件彼此連接并且連接到混頻電路4的導(dǎo)電通路。
第一混頻電路4接收射頻信號和第一高頻信號SH,以便把第一被轉(zhuǎn)換信號SR提供到第二混頻電路5。根據(jù)公式FSR=|IFRF-FSH|,第一被轉(zhuǎn)換信號的頻率(FSR)等于第一高頻信號的頻率(FSH)減去射頻信號的頻率(FRF)的結(jié)果的絕對值。第二混頻電路5接收第一被轉(zhuǎn)換的信號SR和比第一高頻信號低的頻率的第二高頻信號。這個第二混頻電路5首先提供第二被轉(zhuǎn)換的信號。第二被轉(zhuǎn)換的信號的頻率等于從第一被轉(zhuǎn)換的信號SR的頻率中減去第二高頻信號的頻率的結(jié)果。在第二混頻電路中,第二被轉(zhuǎn)換的信號被抽樣并被量化以便把中間信號SR提供給處理單元。
通信設(shè)備的振蕩器電路6包括一個頻率合成器和一個振蕩器單元。該頻率合成器包括在一個鎖相回路中的一個后面跟著放大器15的壓控振蕩器14,其提供第一高頻信號SH;用于由壓控振蕩器提供的信號的第一分頻器16;和一個鑒相器13。鑒相器13把將第一分頻器16提供的信號的頻率與振蕩器單元提供的基準信號的頻率進行比較。為了提供這些基準信號,振蕩器單元由石英晶體11或者SAW(表面聲波)振蕩器10形成,后面跟著第二分頻器12。作為一個在鑒相器13中執(zhí)行的比較的功能,鑒相器13的輸出電壓控制VCO(壓控振蕩器)14。壓控振蕩器這樣產(chǎn)生出其頻率取決于鑒相器13的輸出電壓的高頻信號。
基準SAW振蕩器10可以產(chǎn)生其頻帶從5到50MHz,優(yōu)選地從17到18MHz的信號?;鶞史诸l器12的分割因數(shù)可以等于4,以便產(chǎn)生其頻率優(yōu)選地是在4.25和4.5MHz之間的基準信號。第一高頻信號SH的頻率可包括在100MHz和5GHz之間。優(yōu)選地,當射頻信號例如處于大約1.57GHz頻率的時候,第一高頻信號的頻率可能大約是1.5GHz。因此,通過兩個混合器的兩個變頻操作就可以在變頻裝置3中被執(zhí)行。中間信號SI具有約為400kHz的頻率以使它們能在處理單元7中被處理。
由于第一高頻信號的頻率可能比1GHz高,所以寄生信號SP通過操作在此高頻上的元件的連接結(jié)構(gòu)被自動發(fā)射。這樣,通過調(diào)幅或者調(diào)頻第一高頻信號,通過上述寄生信號發(fā)射數(shù)據(jù)是可能的。寄生信號的主頻率近似等于第一高頻信號的頻率。
如果通信設(shè)備是一個GPS類型的射頻信號接收機,則信號處理單元7包括被提供至少一個相關(guān)信道的一個相關(guān)級、一個微處理器和存儲裝置,這些未被示出。在該相關(guān)級中,這些中間信號SI在例如熟知的偽隨機碼控制回路和載波控制回路中被處理。被微處理器從相關(guān)級中提取的數(shù)據(jù)例如可以被存儲在存儲器裝置中,并且被用于任何計算操作。
該通信設(shè)備還能夠接收CDMA(碼分多址)類型的射頻信號。因此,信號處理單元7不得不被安排用于提取包含在射頻信號中的數(shù)據(jù)。
信號處理單元7通過變頻裝置3的振蕩器電路6提供的時鐘信號CLK被定時。這些時鐘信號CLK可能由頻率大約是4.5MHz的第一時鐘信號和頻率大約是250kHz的第二時鐘信號組成。第一時鐘信號基本上被用于相關(guān)級中,而第二時鐘信號被用于相關(guān)級和微處理器中。
只要來自射頻信號的數(shù)據(jù)已經(jīng)通過信號處理單元7被處理,那么一個對這些射頻信號已經(jīng)被恰當?shù)亟邮盏拇_認信號就可以通過寄生信號SP被發(fā)射。為此,一個取決于將要被發(fā)射的數(shù)據(jù)的控制信號由信號處理單元7提供給振蕩器電路6。
在圖1a中,控制信號CC優(yōu)選地被應(yīng)用于產(chǎn)生第一高頻信號SH的振蕩器電路一部分的放大器15。形成連接結(jié)構(gòu)一部分的放大器通過控制信號CC被連接或者被斷開連接,該控制信號CC作為通過寄生信號SP發(fā)射的數(shù)據(jù)的一個函數(shù)。從而,寄生信號被調(diào)幅以便經(jīng)由這種調(diào)制發(fā)射一個二進制數(shù)據(jù)序列。當寄生信號的振幅最大時,二進制序列的一個二進制單元具有一個為1的值,而當寄生信號的振幅接近0時,二進制序列的一個二進制單元具有一個為0的值。這個通過與放大器15連接或者斷開連接的調(diào)幅被稱作一個OOK(開關(guān)鍵控)調(diào)制。
因為壓控振蕩器啟動時間通常較慢,所以通過寄生信號發(fā)射的數(shù)據(jù)流可能相對較慢。二進制序列流可能大約為1bit/10ms。因此,取決于將要被發(fā)射的數(shù)據(jù)量,通過調(diào)幅而借助于寄生信號的數(shù)據(jù)發(fā)射可能是相對長的。
為了發(fā)射被調(diào)幅的數(shù)據(jù),還可以設(shè)想作用于振蕩器電路6的幾個電子元件的電源。例如可以設(shè)想控制信號允許與第一分頻器16、鑒相器13、壓控振蕩器14或者這些元件的組合連接或者斷開連接。
在圖1b中,至少一個作為要被發(fā)射的數(shù)據(jù)的函數(shù)的控制信號CF被優(yōu)選地施加到第一和第二分頻器16和12上,以便作用于分割因數(shù)。分割因數(shù)修改所造成的影響將改變第一高頻信號的頻率。因此,實現(xiàn)用于數(shù)據(jù)發(fā)射的寄生信號的調(diào)頻是可能的。這個用于借助于寄生信號的數(shù)據(jù)發(fā)射的調(diào)頻被稱作FSK(頻移鍵控)調(diào)制。因為在這種情況下,壓控振蕩器14沒有被斷開連接,所以將要被發(fā)射的數(shù)據(jù)流可能比在調(diào)幅情況下的數(shù)據(jù)流大。
當然,借助于寄生信號的數(shù)據(jù)發(fā)射只可以在一個短距離上發(fā)生。一個寄生信號接收儀器離一個便攜式物體不能遠于幾個厘米,該便攜式物體包括接收寄生信號的通信設(shè)備。
圖2顯示一個無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的電子元件。在這個例子中,該系統(tǒng)包括一個電子儀器30和一個裝備有根據(jù)本發(fā)明的通信設(shè)備的手表20。電子儀器30構(gòu)成手表20的支撐。電子儀器30因此包括一個用于容納手表的殼體50。這個殼體50優(yōu)選地適合于手表的外部尺寸以便把手表放置在用于數(shù)據(jù)通信的儀器30的殼體的一個確定的位置中。
手表20特別地包括數(shù)據(jù)通信設(shè)備1,在這種情況下該設(shè)備是具有一個天線2的射頻信號接收機。該手表還包括一個計時電路23、控制鍵21、一個用于時間或者用于接收或者發(fā)射數(shù)據(jù)的顯示器22、一個可充電電池或者蓄電池24和一個有一個次級線圈26的充電器25??刂奇I允許在計時電路上的特別是用于設(shè)置時間和日期的以及允許在射頻信號接收機上的特別是用于接通上述接收機的行動。充電器25使電池或者蓄電池能協(xié)同電子儀器30的一個充電器而被再充電。當在電池或者蓄電池中檢測到的電壓電平不再足夠確保手表所有的功能都能正常運轉(zhuǎn)時,充電器25是可操作的。
電子儀器還被使用作為便攜式物體的電池或者蓄電池的充電設(shè)備,它基本上包括一個射頻模塊32,其用于經(jīng)由天線31借助于射頻信號發(fā)射數(shù)據(jù),一個接收模塊35,其用于經(jīng)由天線34接收寄生信號SP,一個有初級線圈37的支撐儀器的主充電器36,和信號處理裝置33,其被連接到該儀器的所有電子元件。通過天線31發(fā)射的射頻信號被手表20的射頻信號接收機的天線2接收。
充電器25和36,和它們的線圈26和37一起構(gòu)成一個充電模塊,其中,線圈37形成變壓器的初級線圈,而線圈26形成上述變壓器的次級線圈。當手表的電池或者蓄電池的電壓電平不再足夠時,一個電池或者蓄電池充電的操作被執(zhí)行。涉及電池或者蓄電池充電結(jié)束的數(shù)據(jù)可以借助于寄生信號被發(fā)射。電池或者蓄電池充電的結(jié)束還可以通過一個電發(fā)光二極管在儀器上被指示。涉及射頻信號數(shù)據(jù)的正確接收的數(shù)據(jù)也可以借助于寄生信號被發(fā)射。
應(yīng)當指出,電池或者蓄電池充電模塊可以不依賴手表的通信設(shè)備和電子儀器之間的數(shù)據(jù)通信。無需在手表的通信設(shè)備接通的情況下,就可以執(zhí)行電池或者蓄電池充電操作。
信號處理裝置33可以存儲由接收模塊35接收到的數(shù)據(jù)或者把借助于射頻信號將要被發(fā)射的數(shù)據(jù)提供給射頻模塊32。其它數(shù)據(jù)還可以通過接線電纜40與連接到該儀器的另一個單元交換。該電子儀器例如可以被直接連接到一個計算站。
圖3a和3b顯示數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的俯視圖和側(cè)視圖,該系統(tǒng)包括電子支撐儀器30和手表20。手表20可放置于支撐儀器的殼體50中的一個作為每個單元的信號接收發(fā)射裝置的位置的函數(shù)而被確定的位置。如關(guān)于接收寄生信號的圖3b中所示,手表只能夠移開離儀器的接收模塊最大距離為r。這個距離大約是幾個厘米。
電子儀器30能夠通過電纜40連接到一個電源插頭或者連接到一個對于數(shù)據(jù)通信沒有被顯示的計算站。
在不背離由權(quán)利要求定義的本發(fā)明范圍的情況下,根據(jù)以上給出的說明,所述通信設(shè)備和通信系統(tǒng)的多種變體能夠被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解。通過改變第一或者第二分頻器的分割因數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)頻。由電子儀器發(fā)射的數(shù)據(jù)信號可以是聲信號、光信號或者其它類型的信號。該通信設(shè)備的變頻裝置可只包括一個混頻電路和一個振蕩器電路。
權(quán)利要求
1.特別用于一個便攜式物體(20)的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備(1),該設(shè)備包括一個產(chǎn)生高頻信號(SH)的振蕩器電路(6),和一個連接到該振蕩器電路的信號處理單元(7),其特征在于產(chǎn)生高頻信號的振蕩器電路(14,15)的一部分的連接結(jié)構(gòu)被安排擔(dān)當用于通過由連接結(jié)構(gòu)發(fā)射的寄生信號(SP)來發(fā)射數(shù)據(jù)的天線,并且處理單元提供至少一個控制信號(CC,CF)到振蕩器電路,上述控制信號取決于借助于寄生信號將要被發(fā)射的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的通信設(shè)備,其特征在于處理單元提供一個控制信號(CC)到產(chǎn)生高頻信號的振蕩器電路的部分,以便控制振蕩器電路的上述部分的至少一個電子元件接通或者斷開,從而實現(xiàn)寄生信號(SP)的調(diào)幅,上述調(diào)制取決于由連接結(jié)構(gòu)發(fā)射的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的通信設(shè)備,其特征在于處理單元提供一個控制信號(CF)到振蕩器電路以便實現(xiàn)寄生信號(SP)的調(diào)頻,該寄生信號的頻率基于高頻信號的頻率,上述調(diào)制取決于將由連接結(jié)構(gòu)發(fā)射的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的通信設(shè)備,其特征在于它包括射頻信號接收裝置(2),和射頻信號變頻裝置(3),其中,振蕩器電路產(chǎn)生用于變頻的高頻信號(SH),處理單元接收來自變頻裝置的頻率轉(zhuǎn)換的中間信號(SI)以便提取被接收到的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的通信設(shè)備,其特征在于振蕩器電路包括連接到基準振蕩器單元(10、11、12)的頻率合成器(13到16),上述合成器包括在一個鎖相回路中的提供高頻信號的后面跟著放大器(15)的壓控振蕩器(14),用于由壓控振蕩器提供的信號的分頻器(16),和用于比較由分頻器提供的信號頻率和由基準振蕩器單元提供的基準信號頻率的鑒相器(13),鑒相器的輸出端被連接到壓控振蕩器,并且處理單元提供的控制信號(CC)控制用于通過寄生信號(SP)的調(diào)幅來發(fā)射數(shù)據(jù)的放大器(15)的接通或者斷開。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到4任何一個的通信設(shè)備,其特征在于振蕩器電路包括連接到基準振蕩器單元(10、11、12)的頻率合成器(13到16),上述合成器包括在一個鎖相回路中的提供高頻信號的后面跟著放大器(15)的壓控振蕩器(14),用于由壓控振蕩器提供的信號的分頻器(16),和用于比較由分頻器提供的信號的頻率和由基準振蕩器單元提供的基準信號頻率的鑒相器(13),鑒相器的輸出端被連接到壓控振蕩器,并且處理單元提供控制信號(CF)到分頻器(16)以便改變用于通過寄生信號的調(diào)頻來發(fā)射數(shù)據(jù)的分頻器的分割因數(shù)。
7.在根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的通信設(shè)備和電子儀器(30)之間的短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),其特征在于該儀器包括寄生信號接收裝置(34,35)和連接到接收裝置的信號處理裝置(33),以便當所述設(shè)備被接近該儀器放置的時候從由該設(shè)備發(fā)射的寄生信號中提取數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的通信系統(tǒng),其中,通信設(shè)備形成諸如手表之類的便攜式物體的一部分,其特征在于電子儀器包括一個用于容納便攜式物體的殼體以使得該儀器構(gòu)成便攜式物體的支撐。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的通信系統(tǒng),其特征在于支撐儀器(30)和便攜式物體(20)包括用于便攜式物體的電池或者蓄電池(24)的感應(yīng)式充電裝置(25、26、36、37),該充電裝置包括一個變壓器,形成該變壓器的初級繞組的第一線圈(37)被安排在所述儀器中,形成該變壓器的次級繞組的第二線圈(26)被安排在所述便攜式物體中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的通信系統(tǒng),其特征在于所述設(shè)備被安排用于借助于寄生信號把與便攜式物體的電池或者蓄電池充電操作結(jié)束有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)射到所述儀器。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的通信系統(tǒng),其特征在于該電子儀器包括射頻發(fā)射裝置(31、32),用于發(fā)射數(shù)據(jù)到所述設(shè)備,該設(shè)備包括射頻信號接收裝置(2),并且該設(shè)備的處理單元(11)提供一個控制信號(CC,CF)給該設(shè)備的振蕩器電路,用于通過寄生信號(SP)發(fā)射對射頻信號中接收到的數(shù)據(jù)的確認。
全文摘要
被安裝在諸如手表之類的便攜式物體中的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備(1)。該設(shè)備包括一個產(chǎn)生高頻信號(S
文檔編號G04G5/00GK1501594SQ20031012315
公開日2004年6月2日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者Y·厄施, Y 厄施 申請人:阿蘇拉布股份有限公司