CN104009778B - 用于非电流性连接的基本单元与非接触单元 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
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。
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。
根据本发明的第二方面，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；以及在认证通过第一数据链路与基本单元的非电流性连接之后通过第二数据链路发送及/或接收载荷数据。
在可选的实施方式中，非接触单元包括：耦合到认证控制器的第三数据链路，第三数据链路包括耦合到第四天线的近场通信电路；耦合到认证控制器的第四数据链路；耦合到射频电源的第五天线；其中所述非接触单元进一步可操作为：将射频电能传送到与非接触单元物理上接近的后续非接触单元；通过第三数据链路发送及/或接收认证数据，以在后续非接触单元物理上接近该非接触单元时认证与该后续非接触单元的非电流性连接；以及在认证了该非电流性连接之后通过第四数据链路元件在非接触单元与后续非接触单元之间传送/接收数据。
包括了第三与第四数据链路允许在基本单元与多个非接触单元之间形成菊花链。
根据可选的实施方式，非接触单元进一步包括耦合到数据接口的至少一传感器和存储元件。
根据可选的实施方式，非接触单元的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。
附图说明
以下将结合附图对于本发明的实施方式进行进一步描述：
图1为本发明一种实施方式的基本单元的示意图；
图2为本发明一种实施方式的非接触单元的示意图；
图3所示的是图1的基本单元与图2的非接触单元相耦合的示意图；
图4所示的是根据本发明另一实施方式的基本单元与非接触单元的示意图；
图5所示的是图4的实施方式中的认证流程的实施方式；
图6所示的是根据本发明另一实施方式的基本单元与非接触单元的示意图；
图7所示的是根据本发明另一实施方式的基本单元与非接触单元的示意图；
图8所示的是根据本发明另一实施方式的基本单元与非接触单元的示意图。
具体实施方式
图1显示了一个基本单元100。其中，基本单元认证控制器10连接到射频供电电路14。射频供电电路14的一个输出可连接到天线16。射频供电电路14的输入可连接到直流电源输入端18。数据接口20可连接到数据接口电路12。数据接口电路12的一个输出可连接到毫米波发射器22。数据接口电路12和毫米波发射器22可形成为一个基本单元数据链路。
图2所示的是非接触单元200的一种实施方式。非接触单元认证控制器30可连接到射频供电接收器34。射频供电接收器34的一端连接到天线36。非接触单元认证控制器30可连接到数据接口电路32。数据接口电路32的一端可连接到毫米波接收器40。非接触单元认证控制器30连接到数据接口电路32。非接触单元认证控制器30的一个输出可连接到非接触单元数据接口38。
图3所示的是图1中的基本单元100通过聚合物波导50与图2中的非接触单元200连接。基本单元认证控制器10可以以第一数据率通过由数据接口电路12和毫米波发射器22形成的基本单元数据链路发送认证数据。从数据接口20经过由数据接口电路12和毫米波发射器形成的数据链路可以接收到载荷数据，载荷数据具有大于认证数据率的第二数据率。可以通过天线16从射频供电电路14传送电能。电能可以通过直流电源输入端18供给基本单元。当非接触单元200在物理上接近基本单元100时，由射频供电源传送的电能可以在天线36处由射频供电接收器34接收。所接收到的射频电能可以用于为非接触单元200的其他电路供电。从基本单元100传送的认证数据可以由毫米波接收器40检测到，并由非接触单元的数据接口电路32接收。所述认证数据可以由非接触单元认证控制器30接收。非接触单元认证控制器30随后可以对基本单元100与非接触单元200之间的连接进行认证。非接触单元认证控制器30可以使非接触单元数据接口电路32将后续接收到的载荷数据耦合到非接触单元数据接口38。非接触单元数据接口38可以进一步地通过电流或非电流性连接而连接到后续电路。该数据链路和射频供电链路形成了基本单元和非接触单元之间的非电流性连接。在载荷数据传输之前的认证过程可以认为与有线连接中的插入等同。非接触单元的命名是指所述非电流电性耦合的非接触属性，从而非接触单元可以接触基本单元。
在优选的实施方式中，射频供电电路14可以在距离基本单元2米的范围内向非接触单元提供足够的电能进行供电。在进一步的实施方式中，基本单元100可以包括毫米波接收器，而不包括毫米波发射器；而非接触单元200可以包括毫米波发射器，而不包括毫米波接收器40。在此情况下，非接触单元200从与其邻近的基本单元100接收电能，而非接触单元认证控制器30可以向基本单元100发送认证数据。基本单元100可以使能数据接口电路12与数据接口20之间的连接，以传输从非接触单元200所接收的载荷数据。在其他实施方式中，认证数据可以是从基本单元100或非接触单元200处周期性地重新发送。在其他实施方式中，如果基本单元100和非接触单元200之间被物理上安排成毫米波接收器能够检测到毫米波发射器发送的数据，则耦合于基本单元100和非接触单元200之间的聚合物波导也可以省略。在可选的实施方式中，可以通过将基本单元的至少一部分形成为插头并把非接触单元的至少一部分形成为相应的基座来实现上述省略，或反过来亦可。在可选的实施方式中，基本单元和非接触单元可以包括磁铁或铁磁材料，基本单元和非接触单元可以通过磁性耦合实现物理上的安排。
在其他可选的实施方式中，毫米波发射器可以由发光二极管(LED)或激光发射器取代，毫米波接收器可以由相应的光电检测器取代。在这种实施方式中，可以在基本单元和非接触单元之间形成光学链路。
图4示出了一种基本单元300。基本单元认证控制器50可以连接到射频供电电路54。射频供电电路54的输出可以连接到天线56。射频供电电路54的一个输入可以连接到直流电源端58。数据接口20可以连接到数据接口电路52。数据接口电路52的一个输出可以连接到毫米波收发器64。数据接口电路52和毫米波收发器64可以形成基本单元数据链路。基本单元认证控制器50连接到近场通信电路60。近场通信电路60连接到天线62。近场通信电路60和天线62可以形成基本单元NFC链路。
图4进一步示出非接触单元400的一种实施方式。非接触单元认证控制器70可连接到射频供电接收器74。射频供电接收器74的一端连接到天线76。非接触单元认证控制器70可连接到数据接口电路72。数据接口电路72的一端可连接到毫米波收发器84。数据接口电路72和毫米波收发器84可以形成非接触单元数据链路。非接触单元认证控制器70连接到数据接口电路72。非接触单元认证控制器70的一个输出可连接到非接触单元数据接口78。非接触单元认证控制器70连接到近场通信电路80。近场通信电路80连接到天线82。近场通信电路80和天线82可以形成非接触单元NFC链路。
实际操作中，基本单元认证控制器50可以使认证数据被通过基本单元NFC链路发送出去。当非接触单元与基本单元相邻近时，基本单元NFC链路可同时向非接触单元400的非接触单元NFC链路和非接触单元认证控制器70提供电能，在基本单元300和非接触单元400之间的连接认证成功后，可不使用射频供电。接收自数据接口20的载荷数据可以是通过基本单元数据链路传送的。通过基本单元数据链路接收自非接触单元400的载荷数据可以通过数据接口20传送到下一步的电路。电能可以自射频供电电路54通过天线56提供。电能可以通过直流电源端58供给基本单元。当非接触单元400在物理上接近基本单元300时，由射频供电源传送的电能可以在天线76处由射频供电接收器74接收。所接收到的射频电能可以用于为非接触单元400的其他电路供电。
由基本单元NFC链路传送的认证数据可以由非接触单元近场通信电路80检测到并接收。该认证数据可以由非接触单元认证控制器70接收。非接触单元认证控制器70随后可以对基本单元300与非接触单元400之间的连接进行认证。非接触单元认证控制器70可以使非接触单元数据接口电路72将后续接收到的载荷数据耦合到非接触单元数据接口78。非接触单元数据接口78可以进一步地通过电流或非电流性连接而连接到后续电路。
由非接触单元NFC链路传送的认证数据可以由基本单元近场通信电路60检测到并接收。该认证数据可以由基本单元认证控制器50接收。基本单元认证控制器50随后可以对基本单元300与非接触单元400之间的连接进行认证。基本单元认证控制器50可以使基本单元数据接口电路52将后续接收到的载荷数据耦合到基本单元数据接口20。基本单元数据接口20可以进一步地通过电流或非电流性连接而连接到后续电路。
由于所述认证是通过NFC链路进行的，该认证过程所用的电能和频率可以大大低于后续的载荷数据的传输。
该数据链路和射频供电链路形成了基本单元300和非接触单元400之间的非电流性连接。在载荷数据传输之前的认证过程可以认为是与通过传统的有线连接中的插入方式形成电流性连接相等同。
由于NFC链路只在小范围内工作，典型地小于50厘米，因此只有在基本单元300与非接触单元400物理上邻近时，连接才可以被建立。在基本单元的其他实施方式中，射频供电电路54可以与近场通信电路60共用天线或线圈。在非接触单元的其他实施方式中，射频供电接收器74可以与非接触单元近场通信电路80共用天线或线圈。基本单元近场通信电路60的其他实施方式中，还可以包括安全元件，该安全元件包括为认证所述连接所需的认证数据。非接触单元通信电路80的其他实施方式中还可以包括安全元件，该安全元件包括了为认证所述连接所需的认证数据。
在其他可选的实施方式中，基本单元和非接触单元中的毫米波收发器可以由光电收发器取代。
图5所示的是基本单元300与非接触单元400之间的认证流程的一个示例。在步骤110中，非接触单元400从在范围内的基本单元300处经由NFC链路为认证控制器70接收电能。在步骤112中，一旦认证控制器70上电，非接触单元400即可以通过NFC链路发送认证数据。在步骤114，基本单元300经由NFC链路接收所述认证数据。步骤116，基本单元300可检查所述认证数据是否有效。步骤120，若基本单元认证控制器50确定所述认证数据无效，则通过NFC示意非接触单元400该无效连接。步骤122，认证流程结束，不建立连接。若在步骤116中确定认证数据是有效的，则执行步骤118，基本单元300可经由NFC链路向非接触单元400传送认证数据。步骤124，非接触单元400检查由基本单元300所接收到的认证数据是否有效。步骤126，若所述认证数据无效，则非接触单元通过NFC链路示意基本单元300该无效连接。步骤128，认证流程结束，不建立连接。若在步骤124中，非接触单元400接收到的认证数据无效，则在步骤130中，基本单元300使射频电能发送到非接触单元400。步骤132，非接触单元上电。步骤134，基本单元300使能高数据率的毫米波收发器64。步骤136，非接触单元400使能高数据率的毫米波收发器84。步骤138，认证流程结束，在基本单元300和非接触单元400之间建立起非电流性连接。
图6示出了一种基本单元500。基本单元认证控制器50可以连接到射频供电电路54。射频供电电路54的输出可以连接到天线56。射频供电电路54的一个输入可以连接到直流电源端58。数据接口20可以连接到射频应答器电路92。射频应答器电路92的一个输出可以连接到天线90。射频应答器电路92和天线90可以形成高速射频数据链路。基本单元认证控制器50连接到近场通信电路60。近场通信电路60连接到天线62。近场通信电路60和天线62可以形成基本单元NFC链路。
图6进一步示出非接触单元600的一种实施方式。非接触单元认证控制器70可连接到射频供电接收器74。射频供电接收器74的一端连接到天线76。非接触单元认证控制器70可连接到射频应答器电路94。射频应答器电路94的一端可连接到射频应答器天线96。射频应答器电路94和射频应答器天线96可以形成非接触单元数据链路。非接触单元认证控制器70连接到射频应答器电路94。非接触单元认证控制器70的一个输出可连接到射频应答器电路94。非接触单元认证控制器70连接到近场通信电路80。近场通信电路80连接到天线82。近场通信电路80和天线82可以形成非接触单元NFC链路。
实际操作中，基本单元认证控制器50可以使认证数据被通过基本单元NFC链路发送出去。当非接触单元与基本单元相邻近时，基本单元NFC链路可同时向非接触单元600的非接触单元NFC链路和非接触单元认证控制器70提供电能，在基本单元500和非接触单元600之间的连接认证成功后，可不使用射频供电。接收自数据接口20的载荷数据可以是通过基本单元数据链路传送的。通过基本单元数据链路接收自非接触单元600的载荷数据可以通过数据接口20传送到下一步的电路。电能可以自射频供电电路54通过天线56提供。电能可以通过直流电源端58供给基本单元。当非接触单元600在物理上接近基本单元500时，由射频供电源传送的电能可以通过天线76处由射频供电接收器74接收。所接收到的射频电能可以用于为非接触单元600的其他电路供电。
由基本单元NFC链路传送的认证数据可以由非接触单元近场通信电路80检测到并接收。该认证数据可以由非接触单元认证控制器70接收。非接触单元认证控制器70随后可以对基本单元500与非接触单元600之间的连接进行认证。非接触单元认证控制器70可以使射频应答器电路94将后续接收到的载荷数据耦合到非接触单元数据接口78。非接触单元数据接口78可以进一步地通过电流或非电流性连接而连接到后续电路。
由非接触单元NFC链路传送的认证数据可以由基本单元近场通信电路60检测到并接收。该认证数据可以由基本单元认证控制器50接收。基本单元认证控制器50随后可以对基本单元500与非接触单元600之间的连接进行认证。基本单元认证控制器50可以使射频应答器电路92将后续接收到的载荷数据耦合到基本单元数据接口20。基本单元数据接口20可以进一步地通过电流或非电流性连接而连接到后续电路。
由于所述认证是通过NFC链路进行的，该认证过程所用的电能和频率可以大大低于后续的载荷数据的传输。典型地，NFC链路的数据传输速率可以是400k比特每秒。
基本单元数据链路和非接触单元数据链路的数据传输速率可高达40G比特每秒。利用USB传输时，基本单元数据链路和非接触单元数据链路的数据传输速率约在5G比特每秒的量级。在某些应用场景下，传输速度可以是约在数百兆比特每秒量级。
如图7所示，一种实施方式的非接触单元700包括非接触单元认证控制器70。非接触单元认证控制器70可连接到射频供电接收器74。射频供电接收器74的一端连接到天线76。非接触单元认证控制器70可连接到射频应答器电路94。射频应答器电路94的一端可连接到射频应答器天线96。射频应答器电路94和射频应答器天线96可以形成非接触单元数据链路。非接触单元认证控制器70连接到近场通信电路80。近场通信电路80连接到天线82。近场通信电路80和天线82可以形成非接触单元NFC链路。
第一射频应答器电路94可以通过软线722连接到第二射频应答器电路710。第二射频应答器电路710的一端可以连接到第二射频应答器天线712。第二射频应答器电路710和第二射频应答器天线712可以形成非接触单元数据链路。非接触认证控制器70可以通过软线722’连接到第二射频收发器电路710。非接触认证控制器70通过软线722’连接到第二近场通信电路714。第二近场通信电路714可连接到第二NFC天线716。第二近场通信电路714和天线716可以形成第二NFC链路。非接触认证控制器70可以通过软线722’与射频连接到射频供电发射器718。射频供电接收器74可以通过软线722”连接到射频供电发射器718。射频供电发射器718可以连接到射频供电天线720。在运行中，非接触单元可以在成功认证后从基本单元500接收电能和数据。非接触单元700从而可以接着在通过第二NFC链路与后续非接触单元成功认证后，通过第二数据链路再次发送数据以及通过供电发射器传送电能。非接触单元可以通过第二数据链路接收数据，及发送数据到基本单元500。以上将可以实现非接触单元的菊花链。非接触单元700可以沿着轴A划分为左边部分700’和右边部分700”。左边部分700’和右边部分700”可以互换。在其他实施方式中，非接触单元700可以设置于机械手臂的接合处两侧，从而非接触单元的各部分可以独立地移动。在其他实施方式中，基本单元500可以是个人电脑的扩展坞站，非接触单元的左边部分700’可以包括在个人电脑中，右边部分700”可以包括在外围设备中，如打印机。
如图8所示，基本单元800包括系统主机810，系统主机810可连接到数据接口812。系统主机810可连接到高数据率射频应答器814。系统主机810可连接到初始化看门狗816。系统主机810可连接到直流电源820。初始化看门狗816可以连接到控制记录器818。控制记录器818可连接到高数据率射频应答器814。直流电流820可连接到射频电源822。射频电源822可以连接到射频电源天线824。基本单元800的电能可以由连接到端口826的有线电源或电池来提供。
系统主机810与高数据率射频应答器814、近场通信电路828和射频电源822互动。高数据率射频应答器814可以是具有数G比特每秒的数据传输能力。高数据率射频应答器814还可以具有其他属性，如低延迟、全双工运行及多通道运行。高数据率射频应答器可以与系统主机810通过高速双向数字总线进行通信。高数据率射频应答器814可以由控制记录器818中的参数进行设置。控制记录器818可以由初始化看门狗电路816进行控制。初始化看门狗电路816可以相应地由系统主机810或NFC电路828进行控制。控制记录器818和初始化看门狗电路816可形成为认证控制器。初始化看门狗电路816可以周期性地触发认证的一个周期重复。若在最初的认证之后，基本单元800与非接触单元900之间分开的距离增大到NFC链路的范围以外，则不能进行数据传输。这与拔出传统的电流性或欧姆性的有线连接具有等同的功能。
图8还示出了非接触单元900，其中包括高数据率射频应答器910。高数据率射频应答器910可连接到数据接收器912。高数据率射频应答器910可连接到数据源916。控制记录器918可连接到高数据率射频应答器910。控制记录器918可连接到初始化看门狗920。初始化看门狗920可连接到近场通信电路922。近场通信电路922可连接到NFC天线924。射频电源天线926可连接到直流供电电路930。直流供电电路930可以为非接触单元900的电路提供电能。
在非接触单元900中，高数据率射频应答器910可具有数G比特每秒的数据传输能力，其与基本单元800中射频应答器电路的属性相匹配。高数据率射频应答器910可以由控制记录器918中的参数进行设置。高数据率射频应答器910可与本地存储元件互动，本地存储元件提供数据接收器912和/或数据源916的功能。高数据率射频应答器910进一步地还可与传感器914通信，并将数据由传感器914传送到基本单元800。NFC电路912可与初始化看门狗820通过数据总线进行通信。初始化看门狗920可与直流供电电路930通信，以提供直流输出参数。射频供电接收器928、射频供电天线926和直流供电电路930可形成为无线射频供电接收器部分。射频供电接收器928可将射频载体上的电能转换为大致的直流电压。直流供电电路930可进一步依据由初始化看门狗电路920获得的可编程输出参数对直流信号进行稳定化和规范化。基本单元800和非接触单元900之间的认证协议可与前述的其他实施方式类似。
基本单元800与非接触单元900的实施方式可包括在核磁共振扫描仪中，其中，可由传感器数字器914获取传感器数据并通过高速射频数据链路传送到基本单元800。
在其他实施方式中，还可以包括用于个人电脑扩展坞的替代性连接，其包括无线充电舱和数G比特每秒的双向数据传输功能。在其他实施方式中，还可以包括非接触USB连接器，其中基本单元的至少一部分形成为USB插座的一部分、非接触单元的至少一部分形成为USB插头的一部分。在其他实施方式中，所述非接触单元可以包括于SD存储卡中，其可以被插入包括了基本单元的插槽中。基本单元和非接触单元可用于简化基架连接，如应用于互连网数据中心。一个或多个基本单元和非接触单元还可以用于核磁共振扫描仪，以取代传统的连接。在其他实施方式中，可以在圆片步进光刻机中包括一个或多个基本单元或非接触单元。在其他实施方式中，可以将基本单元的至少一部分应用于以太网插座。可将非接触单元的至少一部分应用于以太网插头。在其他实施方式中，低压差分信号连接器中可以包括基本单元和非接触单元，以取代传统的电流或欧姆性连接。
应当理解的是，尽管本申请的权利要求书指向为技术特征的特定集合，但本发明的揭露范围还应当包括明示、默示或归纳的任何新颖性技术特征或其集合，无论其是否与任一项权利要求所述的发明相关，亦无论其是否解决了与本发明的任一或全部所相同的技术问题。
本申请上下文所述的各实施方式中的技术特征也可以在单一实施方式中组成其集合。反之，为简化说明而在某一实施方式中描述的各个技术方案也可以分开形成为任意合适的单一实施方式或子集组合。
申请人谨此说明，在本申请或其他派生的申请的后续过程中，可由上述的技术特征及/或其集合形成为新的权利要求。
出于完整性，申请人同时说明，本申请中所述“包括”并不排除其他元件或步骤；所述“一”或“一个”并不排除多个；可以由一个处理器或其他单元来完成权利要求中记述的多个装置的功能，且权利要求中的参考标记不应当被理解为限制本发明权利要求的范围。
Claims (14)
1.一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；
其中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。
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，进一步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。
4.如权利要求1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。
5.如权利要求1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。
6.如权利要求5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。
7.如权利要求4或5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。
8.一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制器(30)；
数据接口(38)，用于将数据源和数据接收器中的至少一个耦合到非接触单元，所述数据接口耦合到所述至少一数据链路；其中非接触单元操作为：
通过数据接口发送和/或接收载荷数据，
仅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，
仅在基本单元物理上接近非接触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和/或接收载荷数据；
其中认证控制器进一步包括看门狗计时器(920)；非接触单元操作为定期地再认证与基本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(920)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。
9.如权利要求8所述的非接触单元，其特征在于，进一步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性地耦合于非接触单元的基本单元之间的相对位置在运行时固定。
10.如权利要求8至9中任一项所述的非接触单元，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。
11.如权利要求8所述的非接触单元，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，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(80)的第二天线(82)，非接触单元操作为：
仅在基本单元物理上处于接近非接触单元时通过第一数据链路发送和/或接收认证数据，以认证与基本单元的非电流性连接，以及
在通过第一数据链路认证与基本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。
12.如权利要求11所述的非接触单元，其特征在于，包括：
耦合到认证控制器的第三数据链路，第三数据链路包括耦合到第四天线(716)的近场通信电路(714)，
耦合到认证控制器的第四数据链路(710、712)，以及
耦合到射频电源(718)的第五天线(720)；其中所述非接触单元进一步操作为：
将射频电能传送到与所述非接触单元物理上接近的另一个非接触单元，
仅在所述另一个非接触单元物理上接近所述非接触单元时通过第三数据链路发送和/或接收认证数据，以认证与所述另一个非接触单元的非电流性连接，以及
在认证了所述非电流性连接之后通过所述第四数据链路在所述非接触单元与所述另一个非接触单元之间发送和/或接收数据。
13.如权利要求12所述的非接触单元，其特征在于，进一步包括耦合到数据接口的至少一个传感器(914)和存储元件(916)。
14.如权利要求12所述的非接触单元，其特征在于，第二数据链路进一步包括第三天线(96)，第三天线(96)耦合到射频发射器和射频接收器中的至少一个。
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