專利名稱：在智能設(shè)備之間建立數(shù)據(jù)連接的通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄茉O(shè)備之間自動地建立數(shù)據(jù)連接的通信元件的使用，數(shù)據(jù)連接的建立通過兩個(gè)智能設(shè)備的接近而被觸發(fā)。在智能設(shè)備之間自動地建立數(shù)據(jù)連接的概念可以從以“近場通信”(NFC，NearField Communication)為名稱的說明書ECMA/TC32/TG19/2003/12中得到認(rèn)識。該概念的目的是使智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)連接的建立盡可能的簡單。該概念規(guī)定當(dāng)兩個(gè)智能設(shè)備以典型地小于0.2米的距離聚集時(shí)自動地建立數(shù)據(jù)連接，所述的兩個(gè)智能設(shè)備都被設(shè)計(jì)來執(zhí)行NFC協(xié)議。在搜索模式中其中一個(gè)智能設(shè)備，發(fā)起者發(fā)送搜索查詢，該搜索查詢被另一個(gè)智能設(shè)備，目標(biāo)應(yīng)答。在立即跟隨的數(shù)據(jù)交換中，兩個(gè)智能設(shè)備約定數(shù)據(jù)傳輸模式，此后根據(jù)該數(shù)據(jù)傳輸模式被涉及的智能設(shè)備的數(shù)據(jù)處理部件之間的數(shù)據(jù)交換被實(shí)現(xiàn)。
背景技術(shù)：
對另一智能設(shè)備是否位于NFC協(xié)議的響應(yīng)范圍之內(nèi)的檢測在搜索模式中通過循環(huán)地發(fā)射搜索查詢來被完成。所規(guī)定的搜索查詢的參數(shù)是13.56MHz的發(fā)射頻率和最小1.5A/m一直到最大7.5A/m的磁場強(qiáng)度。所規(guī)定的最小磁場強(qiáng)度導(dǎo)致了準(zhǔn)備執(zhí)行NFC協(xié)議的智能設(shè)備的相對高的固定功耗。對于電源受限的設(shè)備，特別是對于電池工作的設(shè)備，這導(dǎo)致了可能的使用壽命的減少。為減少這個(gè)不良影響，可以給智能設(shè)備裝備以由用戶起動來啟動NFC單元搜索模式的切換設(shè)備。盡管如此，這種可能性至少部分地抵消了NFC概念針對的操作的特別簡易性的目標(biāo)，因?yàn)橹辽偾袚Q功能必須被獨(dú)立地起動。
標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693描述了讀取設(shè)備嘗試與另一個(gè)智能設(shè)備(非接觸芯片卡/RFID發(fā)送應(yīng)答器)產(chǎn)生數(shù)據(jù)連接的方法。為此目的，讀取設(shè)備周期性地以高場強(qiáng)(例如，根據(jù)ISO/IEC14443的1.5-7.5A/m)發(fā)射搜索信號-REQUEST-直到智能設(shè)備進(jìn)入讀取設(shè)備的響應(yīng)范圍內(nèi)。
德國專利申請DE 10206676公布了一種以發(fā)送應(yīng)答器來起動的切換裝置，該切換裝置可以在無切換處理被觸發(fā)時(shí)幾乎無能耗地被操作。為此目的，將被切換的設(shè)備具有一個(gè)線圈，該線圈是振蕩電路的一部分，該振蕩電路在檢測模式下作為充分無負(fù)載的純振蕩電路而被操作。振蕩電路的已調(diào)諧諧振頻率通過頻率觀測器來監(jiān)控。當(dāng)發(fā)送應(yīng)答器連同發(fā)送應(yīng)答器線圈被帶來接近檢測線圈時(shí)，振蕩電路的諧振頻率發(fā)生改變。這個(gè)改變由頻率觀測器檢測到，頻率觀測器于是產(chǎn)生一個(gè)切換信號，該切換信號接通將被切換的設(shè)備。這個(gè)建議的解決方案聚焦于從檢測模式到數(shù)據(jù)傳輸模式的直接改變，例如在依靠主要作為切換組件而工作的線圈對智能設(shè)備的直接單級接通。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的問題是為被設(shè)計(jì)用于自動建立數(shù)據(jù)連接的智能設(shè)備規(guī)定一種通信裝置，這種通信裝置具有最小的能耗但沒有使用簡易性的限制。
這個(gè)問題由一種具有主要權(quán)利要求的特征的裝置解決。這個(gè)發(fā)明性的通信裝置具有一個(gè)通信元件連同一個(gè)用于發(fā)射搜索信號的線圈，借此搜索信號模式僅當(dāng)依靠同一線圈建立的傳輸振蕩器中的特性改變依靠測量器件而被檢測到時(shí)才開始。因?yàn)閭鬏斦袷幤骱蜏y量器件可以幾乎無能耗地被操作，必須僅當(dāng)更遠(yuǎn)的智能設(shè)備可能位于線圈的響應(yīng)范圍之內(nèi)時(shí)，用于檢測相應(yīng)的智能設(shè)備存在的搜索信號的輸出才被實(shí)現(xiàn)。通信裝置的能量需求可以因此顯著地減小。這個(gè)發(fā)明性的解決方案因此也特別適合電源受限智能設(shè)備，例如電池工作設(shè)備。特別有利的是裝備了發(fā)明性的通信裝置的智能設(shè)備可以就像永久地發(fā)射搜索查詢的設(shè)備一樣地被操作。不需要由用戶進(jìn)行特殊的操作。有利地，在對更遠(yuǎn)的智能設(shè)備存在的檢測之后，使用發(fā)明性的通信裝置在數(shù)據(jù)連接建立的實(shí)現(xiàn)中也不需要任何的干預(yù)。
在一個(gè)有利的發(fā)展中，規(guī)定為執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸在通信元件被接通后，歐姆電阻器被切換到振蕩電路從而增加傳輸振蕩器的帶寬同時(shí)減小品質(zhì)因數(shù)。
在通信裝置的一個(gè)進(jìn)一步的有利的發(fā)展中，規(guī)定在通信元件被接通后，以通過連接合適的元件來改變諧振頻率的方式來影響振蕩電路。這又確保了另一設(shè)計(jì)用于以相同方式自動建立數(shù)據(jù)連接的智能設(shè)備不被搜索模式干擾。
在發(fā)明性的通信裝置的一個(gè)進(jìn)一步的有利的實(shí)施例中，規(guī)定僅僅周期性地使測量器件生效。這容許通信裝置的能耗進(jìn)一步被減少。為實(shí)現(xiàn)這種周期性的生效，通信裝置適宜地具有時(shí)間控制器，而測量結(jié)果通過與從之前測量獲得的平均值的比較而得到評價(jià)。
測量器件最好具有兩個(gè)產(chǎn)生振蕩信號的振蕩器器件，一個(gè)這種振蕩器器件被與線圈耦合。更進(jìn)一步地，測量器件可具有根據(jù)上述振蕩信號或源自其中的信號之間的相位關(guān)系為切換裝置產(chǎn)生控制信號的電路元件。這容許以較小的工作量獲得對傳輸振蕩器非常精確的監(jiān)控，并且以這種方式對在線圈響應(yīng)范圍內(nèi)更遠(yuǎn)的設(shè)備的存在將更可靠地被確定。


結(jié)合參考附圖本發(fā)明的實(shí)施例將在下面被更詳細(xì)地解釋，其中圖1顯示設(shè)計(jì)用于自動地建立數(shù)據(jù)連接的智能設(shè)備的構(gòu)造和裝配，圖2顯示通信裝置的簡單化的等效電路圖，圖3顯示通信裝置的操作的流程圖，圖4顯示擁有時(shí)間控制器的通信裝置的操作的流程圖，圖5顯示依靠PLL(Phase-Locked Loop，鎖相環(huán)路)電路的測量單元的電路實(shí)現(xiàn)的第一實(shí)施例，圖6顯示在另一設(shè)備接近時(shí)在測量單元內(nèi)部的多個(gè)信號圖案，圖7顯示依靠PLL電路的測量單元的電路實(shí)現(xiàn)的第二實(shí)施例，和圖8顯示來自圖5或圖7的功能模塊、電壓微分器和閾值開關(guān)的電路實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示在不同的實(shí)施例中的智能設(shè)備10、20、30。全部被設(shè)計(jì)來實(shí)施與智能設(shè)備10、20、30中的另一個(gè)通過線圈13、23、33的數(shù)據(jù)交換。所有被涉及的智能設(shè)備10、20、30在下文中簡記作設(shè)備，它們具有基本相同的結(jié)構(gòu)并由數(shù)據(jù)處理部件11、21、31和通信裝置1、2、3組成。
數(shù)據(jù)處理部件11、21、31實(shí)現(xiàn)了設(shè)備10、20、30智能，并且由為執(zhí)行數(shù)據(jù)處理操作的中央處理器單元組成。此外數(shù)據(jù)處理部件11、21、31充分地確定了設(shè)備10、20、30的外部形式。如圖1顯示，設(shè)備10、20、30可以具有例如便攜式計(jì)算機(jī)11或者移動電話21的形式或者連同芯片31在RFID發(fā)送應(yīng)答器中被實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成在例如非接觸芯片卡30中。對設(shè)計(jì)的可能形式的列舉在這里并不是最終的。除了那些已顯示的之外，設(shè)備10、20、30同樣可以被實(shí)現(xiàn)在例如裝備以電子元件的日常使用的物品中，例如手表，或者衣服例如夾克衫，而且也可在檢票或門禁系統(tǒng)中組成固定安裝讀取設(shè)備。
在每種情況中，通信裝置1、2、3包含通信元件12、22；連接到通信元件12、22的線圈13、23、33；連接到線圈13、23、33的測量器件14、24；以及連接到數(shù)據(jù)處理部件11、21，通信元件12、22和測量器件14、24上的切換裝置15、25。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，通信裝置1、2、3通常與數(shù)據(jù)處理部件11、21一起被構(gòu)成為一個(gè)結(jié)構(gòu)的單元，并如此被安置于例如便攜式計(jì)算機(jī)11、移動電話21的機(jī)殼內(nèi)，或者被集成到芯片卡30的芯片31中。
通信元件12、22的功能是確定在線圈13、23、33的響應(yīng)范圍內(nèi)另一設(shè)備10、20、30的存在。通信元件12、22具有執(zhí)行軟件程序例程的裝置，并可作為獨(dú)立的組件而被構(gòu)成。當(dāng)另一設(shè)備10、20、30已經(jīng)被檢測到，通信元件12、22進(jìn)一步自動地向那里建立數(shù)據(jù)連結(jié)并為隨后特別的數(shù)據(jù)處理部件11、21、31之間的數(shù)據(jù)交換產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸模式。在特別適宜的實(shí)施例中，通信元件12、22被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行如已述出版物ECMA/TC32-TG19/2003/12所描述的NFC協(xié)議，或是如標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15699和ISO/IEC 18000-3所描述的非接觸傳輸協(xié)議。
線圈13、23、33是通常的設(shè)計(jì)并以本領(lǐng)域已知的方式工作來執(zhí)行與相應(yīng)設(shè)備10、20、30的非接觸數(shù)據(jù)交換。通常，它是設(shè)備10、20、30的一個(gè)集成的部分，如所示的作為芯片卡30的實(shí)現(xiàn)。在通信裝置1、2、3內(nèi)線圈13、23、33是具有已規(guī)定的特有諧振頻率的傳輸振蕩器50的一部分，該諧振頻率可取決于設(shè)備10、20、30的工作狀態(tài)。
測量器件14、24被連接到線圈13、23、33并檢測以線圈13、23、33構(gòu)成的傳輸振蕩器50的特性。它可以具體地為已述德國專利申請DE 10206676所述的類型。
切換裝置15、25工作于接通和切斷通信元件12、22和測量器件14、24。接通和切斷部件12、22或14、24的其中之一或兩者可以間接地通過數(shù)據(jù)處理部件11、21來完成。切換裝置15、25進(jìn)一步工作于連接和斷開測量器件14、24的單獨(dú)元件。此外，切換裝置15、25可被用作切換設(shè)備10、20、30的其他部件(未顯示)。
圖2顯示設(shè)備10、20、30的簡化的等效電路圖。數(shù)據(jù)處理部件11、22以及因此地設(shè)備10、20的外部特征在這里通過可由用戶操作的用于接通和切斷設(shè)備10、20主電源41的通/斷開關(guān)40來得到表現(xiàn)。具體地，主電源41可以是電池或蓄電池。具體地固定安裝的讀取設(shè)備也可使用市電電壓作為主電源41。開關(guān)40的存在決定于設(shè)備的形式；在特定的實(shí)施例中，例如上面芯片卡30的實(shí)現(xiàn)，開關(guān)40可以被省略。通過適應(yīng)于設(shè)計(jì)的等效動作機(jī)制，設(shè)備30于是既可以常通又可以被接通。
切換設(shè)備15、25包含兩個(gè)依靠起動器43可驅(qū)動的開關(guān)42、44和可選的時(shí)間控制器45。起動器43和時(shí)間控制器45被連接到主電源41上。第一開關(guān)42被放置在主電源41和通信元件12、22之間，第二開關(guān)44被放置在主電源41和測量器件14、24之間。第二開關(guān)44通過時(shí)間控制器45而被起動，時(shí)間控制器45為此目的被連接到起動器43上并從那里接收切換信號。第一開關(guān)42不僅可被用于接通和切斷通信元件12、22還可被用于接通和切斷特別設(shè)備10更多的部件(未顯示)，如連接146所示。切換裝置15、25的所有部件可作為電路或者也可以軟件程序的形式被分離地實(shí)現(xiàn)。此外，起動器43和時(shí)間控制器45適宜地具有一定的智能并被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行軟件程序例程。
測量器件14、24的主要因素是依靠切換裝置15、25的開關(guān)44可接通和切斷的測量單元46。測量單元46進(jìn)一步被連接到切換裝置15、25的起動器43上，也通過開關(guān)47連接到線圈13、23上。開關(guān)47被起動器43起動。它因此將線圈13、23或者連接到測量單元46上或者連接到通信元件12、22上。此外，線圈13、23被連接到通信元件12、22上。如同切換裝置15、25一樣，測量器件14、24的部件可作為電路或者也可以軟件程序的形式被分離地實(shí)現(xiàn)。同樣地，測量單元46適宜地具備一定的智能并被設(shè)計(jì)用于執(zhí)行軟件程序例程。在關(guān)于電源特別受限的設(shè)備的實(shí)施例中，例如上述芯片卡30的實(shí)現(xiàn)，測量器件可以被省略。于是設(shè)備30可被其它設(shè)備10、20檢測到，但它本身不能檢測其它設(shè)備10、20、30。
與線圈1 3、2 3并聯(lián)布置的是電容器4 8，它與線圈1 3、2 3一起構(gòu)成傳輸振蕩器50。傳輸振蕩器50通過開關(guān)47被連接到通信元件12或測量單元46。此外電容器51和電阻器52可相對于傳輸振蕩器50在開關(guān)47的后面與傳輸振蕩器50并聯(lián)布置。元件51、52兩者都通過開關(guān)47被切換到傳輸振蕩器50。電容器51導(dǎo)致傳輸振蕩器50諧振頻率的改變，電阻器52增加了帶寬而且同時(shí)地減小振蕩電路的品質(zhì)因數(shù)。所提及的無源元件47、49、51、52可以作為分離的部件也可以以具有對應(yīng)外部效應(yīng)的組件的形式來實(shí)現(xiàn)。
在特別適合具有充足電源的設(shè)備10、20的有益的變形中，測量單元46被構(gòu)成為在預(yù)定的頻率域上連續(xù)掃描測量頻率的掃頻儀。預(yù)定的頻率域包括至少一個(gè)另一設(shè)備10、20、30被調(diào)諧到的頻率。
圖3圖解了設(shè)備10、20、30的第一可能工作模式。依照圖2反映的等效電路圖，電容器51和電阻器52來影響傳輸振蕩器50是可選的。
步驟100，操作由設(shè)備10、20、30被接通而開始，例如依靠起始主電源41的開關(guān)40。上述的接通也接通了起動器43。然后后者調(diào)整開關(guān)47以致線圈13、23、33通過開關(guān)47而被連接到通信元件12、22。與此同時(shí)，開關(guān)47的調(diào)整導(dǎo)致步驟102，電阻器52被切換到傳輸振蕩器50；步驟104，如果存在電容器51，電容器51被切換到傳輸振蕩器50。
電阻器52的連接導(dǎo)致了傳輸振蕩器50品質(zhì)因數(shù)Q的惡化，但與此同時(shí)導(dǎo)致了在傳輸振蕩器50中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目捎脦払的增加，因?yàn)檫m用于品質(zhì)因數(shù)Q與帶寬B之間的關(guān)系，B≈1/Q。
電容器51的連接減小了傳輸振蕩器50的諧振頻率并將它調(diào)整到一個(gè)適合于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏旑l率，例如13.56MHz。這個(gè)改變使隨后的數(shù)據(jù)傳輸和通信裝置1、2、3的操作對位于附近且工作于檢測模式的同種設(shè)備10、20、30的磁場干擾不敏感，例如處于更高的諧振頻率。
此外，步驟106，起動器43接通通信元件12、22。通信元件12、22從而進(jìn)入搜索模式并周期性地通過線圈13、23、33發(fā)射搜索信號來接收可能位于線圈13、23、33響應(yīng)范圍之內(nèi)的另一設(shè)備10、20、30的響應(yīng)。
如果另一設(shè)備10、20、30位于線圈13、23、33的響應(yīng)范圍之內(nèi)，它通過返回響應(yīng)來對搜索信號做出反應(yīng)，于是通信元件12、22將通信裝置1、2、3置于數(shù)據(jù)傳輸模式。為此目的，步驟108，它與應(yīng)答設(shè)備10、20、30的數(shù)據(jù)處理部件11、21、31使用合適的協(xié)議建立數(shù)據(jù)連接，例如上面提及的協(xié)議(NFC、14443、......)。
在數(shù)據(jù)連接建立后，步驟110，數(shù)據(jù)處理部件11、21、31通過線圈13、23、33以已知的方式與存在的設(shè)備10、20、30相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理部件11、21、31實(shí)施數(shù)據(jù)交換。
步驟114，起動器43等待直到涉及的設(shè)備10、20、30的數(shù)據(jù)處理部件11、21、31之間的數(shù)據(jù)交換完成。對數(shù)據(jù)交換完成的檢測可通過對來自數(shù)據(jù)處理部件11或通信元件12的相應(yīng)信號的接收或者也可通過在起動器43自身周期性的執(zhí)行檢察步驟而被實(shí)現(xiàn)。通信元件12、22可不依賴于開關(guān)42而被連接到時(shí)間控制器45和起動器43。
當(dāng)數(shù)據(jù)交換完成時(shí)，起動器43將通信設(shè)備1、2、3置于檢測模式。
為此目的，步驟116，起動器43通過改變開關(guān)42將通信元件12、22與主電源41分離。
進(jìn)一步，起動器43起動開關(guān)47并將測量單元46連接到傳輸振蕩器50。進(jìn)一步地，步驟120、122，開關(guān)的起動導(dǎo)致電阻器52和可選的電容器51再次被從傳輸振蕩器50上斷開。電阻器52的移去導(dǎo)致了傳輸振蕩器50內(nèi)無載的品質(zhì)因數(shù)Q0，在理想情況它只由線圈13、23、33的電感量和振蕩電路電容器48以及線圈13、23、33的輸入阻抗來決定。根據(jù)改良的品質(zhì)因數(shù)Q0，檢測范圍增加，在檢測范圍內(nèi)檢測模式中設(shè)備10、20、30的存在被檢測。
電容器51可能的切斷容許振蕩電路50的頻率并且因此測量單元46的測量頻率可選的被增加并被設(shè)置在例如13.56到17MHz的范圍。這具有的結(jié)果是測量單元46不被位于近處并處于通信模式(例如發(fā)射模式)的其它智能設(shè)備影響或是不被其強(qiáng)烈影響。因?yàn)槠渌x取設(shè)備的信號可另被誤解為智能設(shè)備的接近，所獲得的對其它讀取設(shè)備信號的檢測的減少是有利的。同樣地，任何其它位于附近處于數(shù)據(jù)傳輸模式的設(shè)備10、20、30因此在檢測模式的操作期間不被干擾。
進(jìn)一步地，步驟124，起動器43為產(chǎn)生檢測模式通過起動開關(guān)44來接通測量單元46。
然后，測量單元46監(jiān)控傳輸振蕩器50的特性。例如，當(dāng)傳輸振蕩器50被操作于諧振時(shí)，它監(jiān)控傳輸振蕩器50調(diào)諧的頻率。步驟132，如果在這種狀態(tài)中另一設(shè)備10、20、30的線圈13、23、33被帶入線圈13、23、33的檢測范圍，這導(dǎo)致傳輸振蕩器50諧振頻率的改變，這個(gè)改變被測量單元46檢測到?；蛘?，評價(jià)/測量被操作于諧振的傳輸振蕩器50的阻抗也是可能的。
當(dāng)測量單元46已檢測到被觀測的振蕩電路特性的改變時(shí)，它向起動器43發(fā)送相應(yīng)的控制信號，于是起動器43再次執(zhí)行步驟102ff.并初始化搜索或數(shù)據(jù)傳輸模式。
如果測量器件46容許對振蕩電路頻率的掃描，振蕩電路特性的監(jiān)控在全部被掃描的頻率域上被實(shí)現(xiàn)。被掃描的頻率域包括至少一種可以與其建立數(shù)據(jù)連接的設(shè)備的諧振頻率。如果這種設(shè)備30的諧振頻率是例如13.56MHz，掃描范圍可以是例如13到18MHz之間。如果振蕩電路特性的改變發(fā)生于任何處于被掃描頻率域之內(nèi)的頻率，為了執(zhí)行步驟102ff測量單元46向起動器43發(fā)送控制信號。
圖4顯示對根據(jù)圖2裝配的通信裝置的操作的變形。這個(gè)操作變形可被設(shè)計(jì)為備選方案或者也可為圖3圖示的操作模式的補(bǔ)充。圖4顯示的操作變體假定設(shè)備10、20、30具有如圖2所示的時(shí)間控制器45。
步驟100，操作再次由設(shè)備10、20被接通而開始，例如依靠開關(guān)40接通主電源41。
通信裝置1、2、3于是第一次進(jìn)入搜索模式。為此目的，步驟202，起動器43接通通信元件12、22；步驟204，通信元件12、22隨后通過周期性地輸出搜索信號來檢查另一設(shè)備10、20、30是否位于線圈13、23、33的響應(yīng)范圍之內(nèi)。
如果步驟204中搜索信號的輸出其后跟隨著來自存在的另一設(shè)備10、20、30的響應(yīng)，步驟208，通信裝置1、2、3在與另一設(shè)備10、20、30的數(shù)據(jù)連接的建立之后改變?yōu)閿?shù)據(jù)傳輸模式，并與檢測到的設(shè)備10、20、30實(shí)施數(shù)據(jù)交換。
如果搜索信號其后沒有響應(yīng)跟隨，步驟206，起動器43再次切斷通信元件12、22。
進(jìn)一步地，步驟210，起動器43啟動時(shí)間控制器45，時(shí)間控制器45于是通過因此驅(qū)動開關(guān)44在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)周期性地接通和切斷操作中接通測量單元46。步驟212，測量單元46于是執(zhí)行對被監(jiān)控振蕩電路特性的測量并存儲測量值。步驟214，測量值的平均值隨后從迄今全部被確定的和被存儲的測量值中形成。
步驟216，比較在步驟212中獲得的測量值和被確定的測量值的平均值。如果測量值與平均值相當(dāng)，沒有其它設(shè)備10、20、30位于傳輸振蕩器50的監(jiān)測范圍之內(nèi)。步驟218，測量單元46于是不執(zhí)行下一步的功能并通過時(shí)間控制器45的動作而被切斷。步驟220，測量單元46隨后保持切斷，同時(shí)時(shí)間控制器45等待預(yù)定的切斷時(shí)間的終止。切斷時(shí)間適宜地被選擇大于測量單元46執(zhí)行測量的接通時(shí)間。
步驟222，在等待周期期間設(shè)備10、20可總體上被切斷，例如通過起動開關(guān)40。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，步驟224，工作時(shí)序結(jié)束。
如果預(yù)定的切斷時(shí)間終止而設(shè)備沒有總體上被切斷，時(shí)間控制器45再次通過起動開關(guān)44接通測量單元46并重復(fù)步驟210ff。
步驟226，如果在步驟216中的檢查到已得到的測量值與確定的測量值的平均值不相當(dāng)，另一設(shè)備10、20、30位于振蕩電路50的監(jiān)測范圍之內(nèi)。測量單元46于是向起動器43發(fā)送相應(yīng)的控制信號，于是起動器43將通信裝置1、2、3置于搜索模式。為此目的，步驟228，它通過起動開關(guān)44來切斷測量單元46，并在步驟230通過起動開關(guān)42接通通信元件12、22。
步驟208，通信元件12、22于是產(chǎn)生所述的數(shù)據(jù)傳輸模式，在其中所涉及設(shè)備的數(shù)據(jù)處理部件11、21之間的數(shù)據(jù)交換被實(shí)現(xiàn)。
圖5顯示依靠PLL電路的測量單元46的電路實(shí)現(xiàn)的第一實(shí)施例。PLL表示“鎖相環(huán)路”且意思是具有某一頻率的信號相對于一個(gè)具有參考頻率的信號而被精確地設(shè)置以至于信號之間的相位關(guān)系永久地保持。測量單元46的第一實(shí)施例具有產(chǎn)生頻率f1的信號并將其輸送到第一分頻器61的第一振蕩器60，分頻器61可以被構(gòu)成為整數(shù)或二進(jìn)制分頻器并以分頻因子N執(zhí)行分頻。虛線表示線圈13、23被連接到第一振蕩器60。這個(gè)連接可以以圖2顯示的方式通過開關(guān)47和共地點(diǎn)被實(shí)現(xiàn)。精確的實(shí)現(xiàn)依靠所使用的振蕩器的電路設(shè)計(jì)和通信元件12、22(發(fā)射機(jī)末級)的電路設(shè)計(jì)。因此，振蕩器電路是已知的，例如Colpitts(考畢茲電路)，在其中線圈13、23的一個(gè)接線可被接地(在交變電壓一側(cè))。在這種情況下，開關(guān)47可被實(shí)現(xiàn)以使僅僅一個(gè)線圈的接線必須被轉(zhuǎn)接到測量單元46，例如圖2所示。
在振蕩器電路60的另一實(shí)施例中，也可要求線圈的第二接線不被連接到地而被連接到電源電壓(例如Colpitts電路變形)。在這種情況下，第二開關(guān)47b(未顯示)可能是必需的。
同樣地，振蕩器電路是已知的，其中線圈的兩個(gè)接線必須被連接到振蕩器電路60。在這種情況下，為線圈13、23在測量單元46和通信元件12、22之間轉(zhuǎn)接，附加的開關(guān)47b(未顯示)也是需要的。
圖2顯示的為接通和切斷測量單元46的測量單元46到開關(guān)44的連接同樣地沒有在圖5中顯示，因?yàn)闉榱嗣魑鷾y量單元46的分離部件的電源在圖5中被省略。
測量單元46進(jìn)一步具有輸送頻率f2的信號到第二分頻器63的第二振蕩器62，第二分頻器63以分頻因子M執(zhí)行分頻。第二分頻器63根據(jù)第一分頻器61而被構(gòu)成并且輸出端一側(cè)被連接到相位比較器64的輸入端。相位比較器64另一個(gè)輸入端已經(jīng)連接到第一分頻器61的輸出端那里。相位比較器64之后跟隨著低通濾波器65，低通濾波器65輸送電壓U到第二振蕩器62的輸入端和電壓微分器66的輸入端這兩者。電壓微分器66的輸出端被連接到閾值開關(guān)67的輸入端，閾值開關(guān)67在其輸出端為圖2中顯示的起動器43提供切換電壓Us。測量單元46的部件60、61、62、63、64和65構(gòu)成改進(jìn)的PLL電路，其操作將在下文連同更多的部件66和67更仔細(xì)地被解釋。
第一振蕩器60被構(gòu)成為LC振蕩器，線圈13、23被用作為頻率固定電感器L。通過適當(dāng)?shù)挠?jì)算頻率固定電容器C第一振蕩器60被調(diào)整以至于當(dāng)其它設(shè)備10、20、30不存在時(shí)它以檢測模式中使用的傳輸頻率開始振蕩?？蛇x地，電容器51可被用來使用更到的頻率。第一分頻器61使用分頻因子N對第一振蕩器60產(chǎn)生的信號的頻率f1分頻，從而產(chǎn)生具有頻率f1/N的信號。因?yàn)榉诸l有利的但不是必需的，第一分頻器61也可被省略或具有分頻因子N＝1。
第二振蕩器62被構(gòu)成為壓控振蕩器，所以第二振蕩器62產(chǎn)生的信號的頻率f2依賴于被送入的電壓U。具有頻率f2的信號通過第二分頻器63被轉(zhuǎn)換成具有頻率f2/M的信號。類似第一分頻器61，第二分頻器63也可被省略或具有分頻因子M＝1。由分頻器61和63輸出的信號被供給相位比較器64，相位比較器將他們相互比較并輸出與相移相關(guān)的信號到低通濾波器65。低通濾波器65抑制高頻信號分量所以由低通濾波器65輸出的電壓U作為控制電壓適合于第二振蕩器62。通過PLL的控制特性，第二振蕩器62的頻率f2自動地被調(diào)整以至于獲得數(shù)值f2＝f1*M/N并且兩個(gè)振蕩器60和62鎖相耦合。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，規(guī)定第一分頻器61的分頻因子N＞1，并規(guī)定第二分頻器63的分頻因子M＝1。這導(dǎo)致第二振蕩器62被操作于比第一振蕩器60更低的頻率并因此不可能通過它自身的信號干擾設(shè)備10、20、30的操作。例如，對N＝2，第二振蕩器62可被操作于6.78MHz的頻率f2。如果分頻器61和63的分頻因子N和M互相具有非整數(shù)關(guān)系也是特別有利的，例如M/N＝5/6。這容許第二振蕩器62的頻率f2被選擇以至于不用擔(dān)心由于第二頻率f2的任何諧波和第二振蕩器62進(jìn)入線圈13、23的寄生輻射的具有特別負(fù)面影響的同頻串?dāng)_。這里比值M/N被選擇大于還是小于一是沒有關(guān)系的。
當(dāng)測量單元46處于調(diào)整過的模式，例如兩個(gè)分頻器61和63的信號之間具有鎖相協(xié)議，對于由低通濾波器65輸出的電壓U，一個(gè)常數(shù)值產(chǎn)生。當(dāng)另一設(shè)備10、20、30接近線圈13、23時(shí)，另一設(shè)備10、20、30的感應(yīng)耦合阻抗的影響導(dǎo)致了第一振蕩器60的相位和可選的頻率的改變并因此導(dǎo)致了相位比較器64的兩個(gè)輸入信號之間的相移。這導(dǎo)致了由低通濾波器65輸出電壓U的改變并因此導(dǎo)致了由第二振蕩器62產(chǎn)生的信號的頻率f2和相位的改變，直到由兩個(gè)振蕩器60和62產(chǎn)生的信號再次鎖相耦合。以這種方式執(zhí)行的第二振蕩器62的頻率f2的重調(diào)和相關(guān)的另一設(shè)備10、20、30的存在的檢測將參考圖6被更詳細(xì)地解釋。
圖6顯示在另一設(shè)備10、20、30接近時(shí)測量單元46內(nèi)部的多個(gè)信號圖案。對全部信號圖案，在每一種情況中時(shí)間t以相同比例被繪制于橫坐標(biāo)上，使得容許信號圖案的直接比較。圖6中上部的圖表顯示由低通濾波器65輸出的電壓U的時(shí)間行為，例如電壓U被繪制于縱坐標(biāo)。在中部的圖表中電壓的瞬時(shí)變化dU/dt被繪制于縱坐標(biāo)，它由電壓微分器66確定并被輸出到閾值開關(guān)67。在下部的圖表中由閾值開關(guān)67產(chǎn)生的切換電壓Us被繪制于縱坐標(biāo)。
設(shè)計(jì)功能模塊66、67的一種可能情況在圖8中顯示。
低通濾波器在這里由R4、R5和C2構(gòu)成，借此偏移電壓U的平均值以大的時(shí)間常數(shù)(例如1s)產(chǎn)生在放大器V1的(-)輸入端。同樣地，偏移電壓U通過R1、R2、R3產(chǎn)生在放大器V1的(+)輸入端。
當(dāng)例如電壓U在線圈13、23、33接近而迅速地下降時(shí)，(+)輸入端的電壓即刻下降到(-)輸入端的電壓以下，于是產(chǎn)生切換信號Us直到(-)輸入端的電壓已調(diào)節(jié)到新的(平均)值。
電壓U在線圈13、23、33接近時(shí)可上升或者也可下降。確切的行為取決于所使用的電路(圖5、圖7)和它實(shí)際的實(shí)現(xiàn)。
在時(shí)間t＝t1時(shí)另一設(shè)備的接近導(dǎo)致了低通濾波器65迄今的恒定電壓的上述改變。這在圖6中上部的圖表中以電壓U的一個(gè)突增來表示，電壓U隨后保持在更高的電平。因?yàn)殡妷篣改變的數(shù)值可以相對地小，電壓U自身不能被用于驅(qū)動閾值開關(guān)67，但是更適合于它的瞬時(shí)變化dU/dt。如中部的圖表所示，電壓的瞬時(shí)變化dU/dt在時(shí)間t＝t1之后立即有一個(gè)顯著的極大值，它適合于進(jìn)一步的處理。這個(gè)極大值超過了閾值開關(guān)67的響應(yīng)閾值，響應(yīng)閾值以水平虛線顯示。這具有的結(jié)果是閾值開關(guān)67響應(yīng)并產(chǎn)生下部圖表中顯示的方波脈沖。由于電壓U上升的梯度有限以及閾值開關(guān)67進(jìn)行信號處理所需要的時(shí)間，切換電壓Us方波脈沖開始于時(shí)間t＝t1之后的極小的時(shí)間延遲。為進(jìn)一步的處理，方波脈沖由測量單元46輸出到起動器43。
圖7顯示依靠PLL電路的測量單元46的電路實(shí)現(xiàn)的第二實(shí)施例。其結(jié)構(gòu)大體上與第一實(shí)施例相當(dāng)。盡管如此，不同于測量單元46的第一實(shí)施例，第二振蕩器62不是作為壓控振蕩器而是作為固定頻率石英振蕩器而被實(shí)現(xiàn)。第一振蕩器60現(xiàn)在作為壓控LC振蕩器被實(shí)現(xiàn)。頻率f1的調(diào)整在這里通過壓敏電容而實(shí)現(xiàn)，壓敏電容與線圈13、23一起確定第一振蕩器60的頻率f1。由于振蕩器60和62的不同形式測量單元46的分離部件的線路被改變以實(shí)現(xiàn)低通濾波器65的輸出端被連接到第一振蕩器60的輸入端。第二振蕩器62不接收輸入信號。改變的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致測量單元的第二實(shí)施例的下列操作。
使用類似已描述的第一實(shí)施例的控制機(jī)制，第一振蕩器60的頻率f1被調(diào)整到常數(shù)值，該值由第二振蕩器62的頻率f2和分頻器61和63的分頻因子N和M而被確定。通過因此選擇的頻率f2以及分頻因子N和M，操作第一振蕩器60不變地處于與檢測模式中使用的發(fā)射頻率相對應(yīng)的頻率f1是特別可能的。在另一設(shè)備10、20、30接近時(shí)，第一振蕩器60的頻率f1不因感應(yīng)耦合阻抗而改變。然而，當(dāng)另一設(shè)備10、20、30接近時(shí)，可檢測的改變發(fā)生在電壓U上，因?yàn)榈谝徽袷幤?0借助于電壓U而被重調(diào)，因此補(bǔ)償了第一振蕩器60的失諧。根據(jù)電壓U對于起動器43的驅(qū)動信號以下述的方式被產(chǎn)生。
依照圖2，測量單元46和通信元件12、22作為獨(dú)立的電路部件而被實(shí)現(xiàn)。因此所需的在測量單元46與通信元件12、22之間接通線圈13、23的開關(guān)47必須為高電壓和性能而設(shè)計(jì)。由于諧振中電壓過沖，很高的RF電壓，有時(shí)甚至在幾百V的范圍，可發(fā)生在線圈13、23上。所需的大信號穩(wěn)定信號切換在某些情況下只可以用精巧而昂貴的電路而實(shí)現(xiàn)，取決于發(fā)射功率。在本發(fā)明的變體中，因此規(guī)定通信元件的末級通過對工作點(diǎn)、放大倍數(shù)和輸出信號反饋的適當(dāng)切換也被用作為第一振蕩器60或第二振蕩器62，末級最好被構(gòu)成為晶體管電路。這樣的末級已經(jīng)趨向于根據(jù)相應(yīng)的反饋來振蕩。
測量單元46具有高響應(yīng)度，因?yàn)樯踔翗O小的相位改變也能被檢測到。根據(jù)相應(yīng)的測量單元46和線圈13、23的計(jì)算，甚至直到幾米的大距離內(nèi)其它設(shè)備10、20、30可被檢測到。這使得，例如，將測量單元46用于銷售商品的防盜成為可能。在這種情況下，規(guī)定使用由閾值開關(guān)67產(chǎn)生的切換電壓Us來觸發(fā)報(bào)警信號。銷售商品可備以例如RF標(biāo)簽，RF標(biāo)簽具有不含芯片的振蕩電路并典型地被設(shè)計(jì)使用8.2MHz的頻率域。同樣地，聲磁標(biāo)簽也可被使用，典型的頻率域于是低于60kHz。
通信元件與相應(yīng)的同類通信元件自動地建立數(shù)據(jù)連接，當(dāng)保持著只有當(dāng)這樣的相應(yīng)通信元件的存在已被確定時(shí)才接通通信元件的基本思想時(shí)，上述的概念容許很多的實(shí)施例。因此，智能設(shè)備10、20、30的結(jié)構(gòu)可以脫離這里描述的同時(shí)具有完全相同的功能。首先，所述的部件可被其它相應(yīng)動作的部件或電路所替代。并且，智能設(shè)備和通信元件的分解，描述中選擇的切換裝置、測量器件和數(shù)據(jù)處理部件，是任意的且可以被不同地完成而不影響功能。具體地，起動器43、時(shí)間控制器45和測量單元46的功能可以完全地或部分地以設(shè)備10、20、30的中央處理器中的軟件形式來實(shí)現(xiàn)。適當(dāng)?shù)?，上述發(fā)明的簡化的實(shí)現(xiàn)也是可能的。例如，在搜索模式中傳輸振蕩器50中諧振頻率的改變和因此規(guī)定電容器51的必要性可以被省略。
權(quán)利要求
1.一種為在智能設(shè)備之間建立數(shù)據(jù)連接的通信裝置，包括作為執(zhí)行非接觸數(shù)據(jù)交換的傳輸振蕩器(50)的一部分的線圈(13、23、33)，通信元件(12、22)，其連接到智能設(shè)備(10、20、30)的線圈(13、23、33)和數(shù)據(jù)處理部件(11、21)，并通過線圈(13、23、33)發(fā)射搜索信號來接收來自另一智能設(shè)備(10、20、30)的響應(yīng)，測量器件(14、24)，用于監(jiān)控傳輸振蕩器(50)的特性，當(dāng)確定被監(jiān)控特性的改變時(shí)輸出控制信號，以及切換裝置(15、25)，其連接到測量器件(14、24)和通信元件(12、22)并當(dāng)接收到來自測量器件(14、24)的控制信號時(shí)接通通信元件(12、22)。
2.如權(quán)利要求1的通信裝置，其特征在于組件(52)通過開關(guān)(47)可切換到傳輸振蕩器(50)，所述組件導(dǎo)致振蕩電路(50)帶寬的增加。
3.如權(quán)利要求2的通信裝置，其特征在于組件(52)是電阻元件。
4.如權(quán)利要求1的通信裝置，其特征在于組件(51)通過開關(guān)(47)可切換到傳輸振蕩器(50)，所述組件導(dǎo)致傳輸振蕩器(50)諧振頻率的改變。
5.如權(quán)利要求4的通信裝置，其特征在于組件(51)導(dǎo)致諧振頻率的減小。
6.如權(quán)利要求4的通信裝置，其特征在于組件(51)包含電容器。
7.如權(quán)利要求1的通信裝置，其特征在于測量器件(14)的測量頻率在預(yù)定的頻率域內(nèi)是可掃描的。
8.如權(quán)利要求1的通信裝置，其特征在于切換裝置(15、25)具有用于周期性地接通和切斷測量器件(14、24)的時(shí)間控制器(45)。
9.如權(quán)利要求8的通信裝置，其特征在于時(shí)間控制器(45)保持測量器件(14、24)的接通狀態(tài)短于切斷狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求8的通信裝置，其特征在于測量器件(14、24)存儲在周期性的接通階段獲得的測量值。
11.如權(quán)利要求8的通信裝置，其特征在于當(dāng)測量值偏離之前接通階段存儲的測量值的平均值時(shí)測量器件(14、24)向切換裝置(15、25)發(fā)射控制信號。
12.如權(quán)利要求8的通信裝置，其特征在于當(dāng)智能設(shè)備(10、20、30)被接通時(shí)通信元件(12、22)初始地接通而測量器件(14、24)切斷。
13.如權(quán)利要求1的通信裝置，其特征在于測量器件(14、24)具有至少臨時(shí)地與線圈(13、23、33)耦合用于產(chǎn)生第一振蕩信號的第一振蕩器器件(60)和用于產(chǎn)生第二振蕩信號的第二振蕩器器件(62)。
14.如權(quán)利要求13的通信裝置，其特征在于測量器件(14、24)具有電路元件(64、65、66、67)，所述電路元件(64、65、66、67)用于根據(jù)第一和第二振蕩信號或源自其中的信號為切換裝置(15、25)產(chǎn)生控制信號。
15.一種用于接通被設(shè)計(jì)來使用線圈(13、23、33)的通信元件的方法，所述線圈(13、23、33)是傳輸振蕩器(50)的一部分，用于與同樣具有通信元件(12、22)和線圈(13、23、33)的智能設(shè)備(10、20、30)自動地建立數(shù)據(jù)連接，所述方法包括下列步驟依靠測量器件(14、24)監(jiān)控傳輸振蕩器(50)的參數(shù)，在被監(jiān)控特性的改變發(fā)生時(shí)產(chǎn)生控制信號，因控制信號由切換裝置(15、25)接通通信元件(12、22)。
16.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于測量單元(46)的測量頻率在對特性的監(jiān)控期間在給定的頻率域內(nèi)被掃描。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種為在兩個(gè)智能設(shè)備(10、20、30)之間自動地建立數(shù)據(jù)連接的通信裝置。所述裝置包含作為傳輸振蕩器(50)的一部分用于執(zhí)行非接觸數(shù)據(jù)交換的線圈(13、23、33)、被連接到線圈(13、23、33)和智能設(shè)備(10、20、30)的數(shù)據(jù)處理組件(11、21)并通過線圈(13、23、33)發(fā)射搜索信號來接收來自另一個(gè)智能設(shè)備(10、20、30)的響應(yīng)的通信元件(12、22)、用于監(jiān)控傳輸振蕩器(50)的特性且當(dāng)確定被監(jiān)控特性的變化時(shí)輸出控制信號的測量裝置(14、24)、以及被連接到測量裝置(14、24)和通信元件(12、22)并當(dāng)接收到來自測量裝置(14、24)的控制信號時(shí)接通通信元件(12、22)的切換裝置(15，25)。
文檔編號G06K7/00GK1849756SQ200480025914
公開日2006年10月18日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
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