CN100550670C - 无线数据通信设备和包括这种设备的通信系统 - Google Patents
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Abstract
被安装在诸如手表之类的便携式物体中的无线数据通信设备(1)。该设备包括一个产生高频信号(SH)的振荡器电路(6)，和连接到振荡器电路的一个信号处理单元(7)。产生高频信号的振荡器电路(14、15)的一部分的连接结构被安排来担当天线，用于通过由连接结构发射的寄生信号(SP)来发射数据。该处理单元取决于将被连接结构借助于寄生信号发射的数据来提供一个控制信号(CC)到振荡器电路。调幅或者调频能被用于通过寄生信号来发射数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线数据通信设备。该通信设备可以成为诸如手表这类便携式物体的一部分。该设备包括一个产生高频信号的振荡器电路和一个连接到振荡器电路的信号处理单元。
本发明还涉及一种用于在通信设备和电子仪器之间传送数据的短距离无线系统。
背景技术
″数据通信″是指信息或者数据的单向传输或者双向传输。
在短距离数据通信的情况下，包括该通信设备的便携式物体可以被放置在电子仪器上或者接近电子仪器。通常在一个短距离无线数据通信过程中发射的信号可以是射频信号、声信号、光信号或者其它信号。这些不同类型的信号组合也可以被设想。
在数据通信的技术领域内，在彼此接近的两个单元之间实现数据交换是巳知的，其中每个单元包括信号发射装置和接收装置，特别是射频类型的。由于这些发射装置通常不同于接收装置，所以这就需要使用很多电子元件。如果这些发射装置和接收装置必须适合于一个诸如手表之类的便携式物体时，这必然成为一个不利因素。另外，这种便携式物体通常是通过电池或者蓄电池供电的，那也占据了很大的空间。因为电池或者蓄电池容易太快放电，所以信号发射装置和接收装置的工作涉及很大的耗电量，那个可能是一个不利因素。
应当指出，即使信号接收装置与发射装置结合，该通信设备仍然不得不通过附加的电子元件被切换成数据信号接收模式或者数据信号发射模式。这构成除了可能相对高的耗电量之外的另一个不利因素。
DE专利号100 26 173公开了一个用于在一个基站和至少一个外部单元之间传送电信号的方案。电能通过一个变压器被传送，该变压器的初级绕组或者线圈被放置在基站中并且它的次级绕组或者线圈被放置在外部单元中。可以通过使用该变压器实现从基站到外部单元的数据通信。一个响应信号从外部单元通过用于耦合基站和外部单元的组件被发射到基站。这些感应类型的耦合元件不同于变压器的那些耦合元件。
这种方案的一个不利因素是：必须对外部单元提供用于数据传输的特定信号发射装置。这些发射装置不同于接收装置，其特别是通过次级变压器线圈被形成。因此，即使变压器能被用于给蓄电池充电和数据传输，外部单元发射装置的附加电子元件也可能占据相当多空间以及耗费太多电能。
发明内容
因此本发明的目的是提供一个无线数据通信设备，其克服了前述现有技术的不利因素并且特别是省掉了那些被用来实现该设备内部功能的附加元件。
因此本发明涉及一个无线数据通信设备，该设备包括一个产生高频信号的振荡器电路，和一个连接到该振荡器电路的信号处理单元，其特征在于：产生高频信号的振荡器电路的一部分的连接结构被安排担当用于通过由连接结构发射的寄生信号来发射数据的天线，并且处理单元提供至少一个控制信号到振荡器电路，上述控制信号取决于借助于寄生信号将要被发射的数据。
根据本发明的通信设备的一个优点存在于这个事实中：即，不需要为上述设备提供用于数据传输的特定发射装置。这些发射装置由振荡器电路一部分的连接结构形成，其提供高频信号。高频信号的供给自动地经由该连接结构、并且特别是通过导电通路和被连接的电子元件的一个电路来产生寄生信号。这个连接结构担当寄生信号的发射天线。这样，该寄生信号可用于发射短距离数据。一个电子仪器的接收装置可收到由设备的振荡器电路的连接结构在一般不超过几厘米的距离上发射的寄生信号。
有利地，该通信设备包括射频信号接收装置和变频装置。这些变频装置包括一个振荡器电路，该振荡器电路进而包括连接到一个基准振荡器单元的频率合成器。该合成器包括一个提供高频信号的后面跟着一个放大器的压控振荡器、一个分频器和一个鉴相器。因此在射频信号接收机的情况下，通过振荡器电路的高频信号的供给是必需的。
利用被处理单元提供到振荡器电路的至少一个控制信号，则通过对寄生信号调幅或者调频来发送数据成为可能。寄生信号的调幅由控制信号通过连接或者断开提供高频信号的一部分电路的至少一个元件来实现。这个寄生信号调幅使得一个二进制数据序列被发射。优选地，由至少一个控制信号通过改变一个或两个分频器的分割因数来实现该寄生信号调频。
因此，本发明还涉及到通信设备和电子仪器之间的短距离无线数据通信系统，该仪器包括寄生信号接收装置和连接到接收装置的信号处理装置，以便当所述设备被接近该仪器放置的时候从由该设备发射的寄生信号中提取数据。
该无线数据通信设备的目的、优点和特征以及包括上述设备的通信系统将在下面连同附图的本发明实施例的说明中清楚地显示。
附图说明
图1a以及1b示意性地显示根据本发明的数据通信设备的两个替换实施例，其由一个射频信号接收机构成，
图2示意性地显示包括诸如蓄电池充电器设备和便携式物体这类电子仪器的通信系统的元件，通信设备被安排在该通信系统中，和
图3a和3b显示通信系统的俯视图和侧视图，该通信系统包括一个充电器设备和具有本发明数据通信设备的一个手表。
具体实施方式
在以下说明中，本领域技术人员公知的无线数据通信设备或者系统的所有电子元件都不会被详细说明。
图1a和1b显示数据通信设备1的两个不同实施例。只是在数据通过由振荡器电路的连接结构所产生的寄生信号被发射的方法中，这两个实施例彼此不同。在第一实施例中，数据通过调幅寄生信号而被发射，而在第二实施例中，数据通过调频寄生信号而被发射。这个通信设备优选地由一个射频信号接收机1形成，该接收机被安装在一个诸如手表之类的便携式物体中。
这个通信设备1包括射频信号接收装置2、射频信号变频装置3、和从变频装置接收中间信号SI的一个信号处理单元7。接收装置由图1a和1b中的一个接收天线2来表示。应当指出，被接收的射频信号然后在接收装置中被滤波和放大。
变频装置3被用于降低将在处理单元7中被处理的信号频率。这些变频装置包括至少两个用于实现该射频信号的两倍或者三倍变频的混频电路4和5。为了实现双变频，第一高频信号SH和第二高频信号从一个振荡器电路6被分别提供到混频电路4和5。这个提供高频信号的振荡器电路部分14、15的连接结构被使用为在下文中被解释的数据载波寄生信号发射天线。这个连接结构包括振荡器电路一部分的电子元件和把电子元件彼此连接并且连接到混频电路4的导电通路。
第一混频电路4接收射频信号和第一高频信号SH，以便把第一被转换信号SR提供到第二混频电路5。根据公式FSR＝|IFRF-FSH|，第一被转换信号的频率(FSR)等于第一高频信号的频率(FSH)减去射频信号的频率(FRF)的结果的绝对值。第二混频电路5接收第一被转换的信号SR和比第一高频信号低的频率的第二高频信号。这个第二混频电路5首先提供第二被转换的信号。第二被转换的信号的频率等于从第一被转换的信号SR的频率中减去第二高频信号的频率的结果。在第二混频电路中，第二被转换的信号被抽样并被量化以便把中间信号SI提供给处理单元。
通信设备的振荡器电路6包括一个频率合成器和一个振荡器单元。该频率合成器包括在一个锁相回路中的一个后面跟着放大器15的压控振荡器14，其提供第一高频信号SH；用于由压控振荡器提供的信号的第一分频器16；和一个鉴相器13。鉴相器13把将第一分频器16提供的信号的频率与振荡器单元提供的基准信号的频率进行比较。为了提供这些基准信号，振荡器单元由石英晶体11或者SAW(表面声波)振荡器10形成，后面跟着第二分频器12。作为一个在鉴相器13中执行的比较的功能，鉴相器13的输出电压控制VCO(压控振荡器)14。压控振荡器这样产生出其频率取决于鉴相器13的输出电压的高频信号。
基准SAW振荡器10可以产生其频带从5到50MHz，优选地从17到18MHz的信号。基准分频器12的分割因数可以等于4，以便产生其频率优选地是在4.25和4.5MHz之间的基准信号。第一高频信号SH的频率可包括在100MHz和5GHz之间。优选地，当射频信号例如处于大约1.57GHz频率的时候，第一高频信号的频率可能大约是1.5GHz。因此，通过两个混合器的两个变频操作就可以在变频装置3中被执行。中间信号SI具有约为400kHz的频率以使它们能在处理单元7中被处理。
由于第一高频信号的频率可能比1GHz高，所以寄生信号SP通过操作在此高频上的元件的连接结构被自动发射。这样，通过调幅或者调频第一高频信号，通过上述寄生信号发射数据是可能的。寄生信号的主频率近似等于第一高频信号的频率。
如果通信设备是一个GPS类型的射频信号接收机，则信号处理单元7包括被提供至少一个相关信道的一个相关级、一个微处理器和存储装置，这些未被示出。在该相关级中，这些中间信号SI在例如熟知的伪随机码控制回路和载波控制回路中被处理。被微处理器从相关级中提取的数据例如可以被存储在存储器装置中，并且被用于任何计算操作。
该通信设备还能够接收CDMA(码分多址)类型的射频信号。因此，信号处理单元7不得不被安排用于提取包含在射频信号中的数据。
信号处理单元7通过变频装置3的振荡器电路6提供的时钟信号CLK被定时。这些时钟信号CLK可能由频率大约是4.5MHz的第一时钟信号和频率大约是250kHz的第二时钟信号组成。第一时钟信号基本上被用于相关级中，而第二时钟信号被用于相关级和微处理器中。
只要来自射频信号的数据已经通过信号处理单元7被处理，那么一个对这些射频信号已经被恰当地接收的确认信号就可以通过寄生信号SP被发射。为此，一个取决于将要被发射的数据的控制信号由信号处理单元7提供给振荡器电路6。
在图1a中，控制信号CC优选地被应用于产生第一高频信号SH的振荡器电路一部分的放大器15。形成连接结构一部分的放大器通过控制信号CC被连接或者被断开连接，该控制信号CC作为通过寄生信号SP发射的数据的一个函数。从而，寄生信号被调幅以便经由这种调制发射一个二进制数据序列。当寄生信号的振幅最大时，二进制序列的一个二进制单元具有一个为1的值，而当寄生信号的振幅接近0时，二进制序列的一个二进制单元具有一个为0的值。这个通过与放大器15连接或者断开连接的调幅被称作一个OOK(开关键控)调制。
因为压控振荡器启动时间通常较慢，所以通过寄生信号发射的数据流可能相对较慢。二进制序列流可能大约为1bit/10ms。因此，取决于将要被发射的数据量，通过调幅而借助于寄生信号的数据发射可能是相对长的。
为了发射被调幅的数据，还可以设想作用于振荡器电路6的几个电子元件的电源。例如：可以设想控制信号允许与第一分频器16、鉴相器13、压控振荡器14或者这些元件的组合连接或者断开连接。
在图1b中，至少一个作为要被发射的数据的函数的控制信号CF被优选地施加到第一和第二分频器16和12上，以便作用于分割因数。分割因数修改所造成的影响将改变第一高频信号的频率。因此，实现用于数据发射的寄生信号的调频是可能的。这个用于借助于寄生信号的数据发射的调频被称作FSK(频移键控)调制。因为在这种情况下，压控振荡器14没有被断开连接，所以将要被发射的数据流可能比在调幅情况下的数据流大。
当然，借助于寄生信号的数据发射只可以在一个短距离上发生。一个寄生信号接收仪器离一个便携式物体不能远于几个厘米，该便携式物体包括接收寄生信号的通信设备。
图2显示一个无线数据通信系统的电子元件。在这个例子中，该系统包括一个电子仪器30和一个装备有根据本发明的通信设备的手表20。电子仪器30构成手表20的支撑。电子仪器30因此包括一个用于容纳手表的壳体50。这个壳体50优选地适合于手表的外部尺寸以便把手表放置在用于数据通信的仪器30的壳体的一个确定的位置中。
手表20特别地包括数据通信设备1，在这种情况下该设备是具有一个天线2的射频信号接收机。该手表还包括一个计时电路23、控制键21、一个用于时间或者用于接收或者发射数据的显示器22、一个可充电电池或者蓄电池24和一个有一个次级线圈26的充电器25。控制键允许在计时电路上的特别是用于设置时间和日期的以及允许在射频信号接收机上的特别是用于接通上述接收机的行动。充电器25使电池或者蓄电池能协同电子仪器30的一个充电器而被再充电。当在电池或者蓄电池中检测到的电压电平不再足够确保手表所有的功能都能正常运转时，充电器25是可操作的。
电子仪器还被使用作为便携式物体的电池或者蓄电池的充电设备，它基本上包括一个射频模块32，其用于经由天线31借助于射频信号发射数据，一个接收模块35，其用于经由天线34接收寄生信号SP，一个有初级线圈37的支撑仪器的主充电器36，和信号处理装置33，其被连接到该仪器的所有电子元件。通过天线31发射的射频信号被手表20的射频信号接收机的天线2接收。
充电器25和36，和它们的线圈26和37一起构成一个充电模块，其中，线圈37形成变压器的初级线圈，而线圈26形成上述变压器的次级线圈。当手表的电池或者蓄电池的电压电平不再足够时，一个电池或者蓄电池充电的操作被执行。涉及电池或者蓄电池充电结束的数据可以借助于寄生信号被发射。电池或者蓄电池充电的结束还可以通过一个电发光二极管在仪器上被指示。涉及射频信号数据的正确接收的数据也可以借助于寄生信号被发射。
应当指出，电池或者蓄电池充电模块可以不依赖手表的通信设备和电子仪器之间的数据通信。无需在手表的通信设备接通的情况下，就可以执行电池或者蓄电池充电操作。
信号处理装置33可以存储由接收模块35接收到的数据或者把借助于射频信号将要被发射的数据提供给射频模块32。其它数据还可以通过接线电缆40与连接到该仪器的另一个单元交换。该电子仪器例如可以被直接连接到一个计算站。
图3a和3b显示数据通信系统的俯视图和侧视图，该系统包括电子支撑仪器30和手表20。手表20可放置于支撑仪器的壳体50中的一个作为每个单元的信号接收发射装置的位置的函数而被确定的位置。如关于接收寄生信号的图3b中所示，手表只能够移开离仪器的接收模块最大距离为r。这个距离大约是几个厘米。
电子仪器30能够通过电缆40连接到一个电源插头或者连接到一个对于数据通信没有被显示的计算站。
在不背离由权利要求定义的本发明范围的情况下，根据以上给出的说明，所述通信设备和通信系统的多种变体能够被本领域普通技术人员理解。通过改变第一或者第二分频器的分割因数能够实现调频。由电子仪器发射的数据信号可以是声信号、光信号或者其它类型的信号。该通信设备的变频装置可只包括一个混频电路和一个振荡器电路。
Claims (11)
1.用于一个便携式物体的无线数据通信设备，该设备包括一个产生高频信号的振荡器电路，和一个连接到该振荡器电路的信号处理单元，其特征在于：产生高频信号的振荡器电路的一部分的连接结构被安排担当用于通过由连接结构发射的寄生信号
发射数据的天线，并且处理单元提供至少一个控制信号到振荡器电路，上述控制信号取决于借助于寄生信号将要被发射的数据。
2.根据权利要求1的通信设备，其特征在于：处理单元提供一个控制信号到产生高频信号的振荡器电路的部分，以便控制振荡器电路的上述部分的至少一个电子元件接通或者断开，从而实现寄生信号的调幅，上述调制取决于由连接结构发射的数据。
3.根据权利要求1的通信设备，其特征在于：处理单元提供一个控制信号到振荡器电路以便实现寄生信号的调频，该寄生信号的频率基于高频信号的频率，上述调制取决于将由连接结构发射的数据。
4.根据权利要求1的通信设备，其特征在于：它包括射频信号接收装置，和射频信号变频装置，其中，振荡器电路产生用于变频的高频信号，处理单元接收来自变频装置的频率转换的中间信号以便提取被接收到的数据。
5.根据权利要求1的通信设备，其特征在于：振荡器电路包括连接到基准振荡器单元的频率合成器，上述合成器包括在一个锁相回路中的提供高频信号的后面跟着放大器的压控振荡器，用于由压控振荡器提供的信号的分频器，和用于比较由分频器提供的信号频率和由基准振荡器单元提供的基准信号频率的鉴相器，鉴相器的输出端被连接到压控振荡器，并且处理单元提供的控制信号控制用于通过寄生信号的调幅来发射数据的放大器的接通或者断开。
6.根据权利要求1的通信设备，其特征在于：振荡器电路包括连接到基准振荡器单元的频率合成器，上述合成器包括在一个锁相回路中的提供高频信号的后面跟着放大器的压控振荡器，用于由压控振荡器提供的信号的分频器，和用于比较由分频器提供的信号的频率和由基准振荡器单元提供的基准信号频率的鉴相器，鉴相器的输出端被连接到压控振荡器，并且处理单元提供控制信号到分频器以便改变用于通过寄生信号的调频来发射数据的分频器的分割因数。
7.在根据前面任何一个权利要求的通信设备和电子仪器之间的短距离无线数据通信系统，其特征在于：该仪器包括寄生信号接收装置和连接到接收装置的信号处理装置，以便当所述设备被接近该仪器放置的时候从由该设备发射的寄生信号中提取数据。
8.根据权利要求7的通信系统，其中，通信设备形成诸如手表之类的便携式物体的一部分，其特征在于：电子仪器包括一个用于容纳便携式物体的壳体以使得该仪器构成便携式物体的支撑。
9.根据权利要求8的通信系统，其特征在于：电子仪器和便携式物体包括用于便携式物体的电池或者蓄电池的感应式充电装置，该充电装置包括一个变压器，形成该变压器的初级绕组的第一线圈被安排在所述仪器中，形成该变压器的次级绕组的第二线圈被安排在所述便携式物体中。
10.根据权利要求9的通信系统，其特征在于：所述设备被安排用于借助于寄生信号把与便携式物体的电池或者蓄电池充电操作结束有关的数据发射到所述仪器。
11.根据权利要求7的通信系统，其特征在于：该电子仪器包括射频发射装置，用于发射数据到所述设备，该设备包括射频信号接收装置，并且该设备的处理单元提供一个控制信号给该设备的振荡器电路，用于通过寄生信号发射对射频信号中接收到的数据的确认。
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