CN110832733A - 设备到总线接触连接的适配器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于设备到总线接触连接的适配器或耦合布置。根据本发明，耦合布置可以集成在设备中或被配置为在设备外部配合。耦合布置包括电气接触区域，该电气接触区域被配置为与配合表面配合，该配合表面本身被配置为连接到电源线路、一条或多条数据线路或两者。耦合布置还包括被配置为执行一个或多个电流抗反转功能的电子电路。因此，本发明的耦合布置允许检测与配合表面的导电区域是否建立了电流连接。而且，耦合布置用作无论设备在配合表面上的定位如何都防止任何短路的保护电路。耦合布置可以用于操作智能电话、平板计算机、膝上型计算机或其他类型的电气装置。

Description

设备到总线接触连接的适配器
技术领域
本发明应用于在电气设备或电子设备与电源或数据总线之间的未附接的、自由的或松动的接触连接。更具体地，提供了一种允许在设备与耦合接口之间的这种自由连接的适配器。
背景技术
使用的电子设备越来越多(台式PC、计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、可穿戴设备、电视机、机顶盒、游戏机、IoT设备等)。这些设备具有越来越多的功能(导航、活动监视、图像和视频获取和回放等)并且使用越来越多的通信带宽，因此即使这些设备配备有低功耗处理器，也需要越来越多的功率。因此，这些设备需要越来越频繁地再充电。通常，需要在这些设备的使用(即，在家里、办公室、汽车中或在诸如机场、车站、火车等之类的公共设施中传输数据)时对其进行再充电。
相同的要求应用于可以由电池供电或不由电池供电的多个电气设备或装置，例如，灯、咖啡机或烹饪装置。
在通常使用时，插头具有专用于特定线路(电源线路或数据线路)的缺点。它们要求布线，并且仅可以容纳具有条带的多个设备。
可以通过使用通过感应线圈耦合到目标设备的充电设备来部分地减轻这些缺点。但是这种充电方法的成本很高，因为它要求两个线圈(一个在充电站中，并且另一个在目标设备中)。
还已经开发了自由接触充电设备，例如，美国专利第7,392,068号所公开的那种类型的设备。自由接触意味着在充电设备与待充电的设备之间存在物理接触连接，但是没有使用线圈。这种充电设备包括具有电池单元(cell)的导电表面，该电池单元被配置为在到达确定的定位时通过接触区域与待充电设备建立电气连接。这种类型的充电设备检测不同类型的设备的能力是受限的，该检测方法特定于一种类型的设备。
本专利申请的申请人已经开发了一种扩大自由接触连接的使用领域的系统。这种系统在公开号为WO2017/046458的PCT申请中公开。
这种充电设备比现有技术的充电设备更通用，并且耦合设备也比现有技术的耦合设备更适应于不同种类的待充电设备，并且是更为成本高效的。
这种类型的充电设备和耦合设备仍然具有一些缺点，特别是因为充电设备对待充电设备的检测受限于影响待充电设备的数量和类型的特定形状因子。而且，该系统未被配置为容易地提供与除了电源总线之外的其他总线的连接。
本发明的目的是克服现有技术的这些缺点。
发明内容
本发明通过在电气供电的设备与供电设备之间获得耦合布置来提供对上面提到的问题的解决方案，该耦合布置集成在待供电的设备中或附接到待供电的设备，并且包括提供对在耦合布置中循环的电流的双重抗反转(anti-inversion)的功能的电子电路。
更精确地，本发明公开了一种耦合布置，其被配置为在闭合状态和打开状态之间切换在设备与配合表面之间的一条或多条总线布线，该设备以特性电压被电气供电，耦合布置包括：在设备与配合表面之间至少与一条或多条总线布线的计数一样多的电气接触区域；一个或多个电子电路，其总共具有至少第一输入/输出(I/O)、第二I/O、第三I/O和第四I/O，第一I/O和第三I/O连接到电气接触区域，第二I/O和第四I/O被配置为与设备的总线布线中的一条或多条总线布线中的至少一个处于电气连接；其中，电子电路适于执行在第一I/O与第二I/O之间的第一电流抗反转功能或在第四I/O与第三I/O之间的第二电流抗反转功能中的一个或多个，其中，电子电路包括在第二I/O与第四I/O之间的预定值的电阻(420)，其中，根据特性操作电压的值设置预定值，由此当所述设备被正确地定位在所述配合表面上时电阻被检测。
有利地，当第一I/O的电压在预定义的容差裕度内等于第一电压值并且第三I/O的电压在预定义的容差裕度内等于第二电压值时，总线连接处于闭合状态。
有利地，当第一I/O的电压在预定义的电压容差裕度内等于第二电压值并且第三I/O的电压在预定义的电压容差裕度内等于第一电压值时，总线连接处于打开状态。
有利地，一个或多个电子电路包括MOSFET-P晶体管，其漏极连接到第一I/O，其源极连接到第二I/O，并且其栅极连接到第三I/O和第四I/O。
有利地，一个或多个电子电路包括MOSFET-N晶体管，其栅极连接到第一I/O和第二I/O，其漏极连接到第三I/O，并且其源极连接到第四I/O。
有利地，一个或多个电子电路包括MOSFET-P晶体管和MOSFET-N晶体管。
有利地，MOSFET晶体管在其源极与栅极之间具有预定值的内部电阻。
有利地，一个或多个总线连接中的一个被配置为将功率从配合表面传输到设备。
有利地，在电气接触区域中的任一个与相邻的电气接触区域之间的距离大于配合表面的特性尺寸。
有利地，电气接触区域位于设备的表面上，并且一个或多个电子电路位于设备的内部。
有利地，设备的表面和电气接触区域以这样的方式配置：当设备被定位在配合表面上时，设备能够保持稳定平衡的位置，并且设备与配合表面之间的一个或多个总线连接可以闭合。
有利地，电气接触区域和一个或多个电子电路位于附件上，该附件被配置为与设备接合并且还包括到设备的一个或多个总线连接的一个或多个端口的一个或多个公连接器。
有利地，附件和电气接触区域以这样的方式配置：当附件与设备接合并且设备被定位在配合表面上时，设备能够保持稳定平衡的位置，并且设备与配合表面之间的一个或多个总线连接可以闭合。
有利地，至少公连接器还包括母连接器，该母连接器镜像公连接器要接合在其中的端口，母连接器垂直于公连接器。
有利地，附件与公连接器之间的布线链路可缩回到附件中。
本发明还公开了一种以允许在闭合状态与打开状态之间切换一条或多条总线布线的方式耦合设备和配合表面的方法，该设备被电气供电，该方法包括：在设备与配合表面之间提供至少与一条或多条总线布线的计数一样多的电气接触区域；提供一个或多个电子电路，其总共具有第一输入/输出(I/O)、第二I/O、第三I/O和第四I/O，第一I/O和第三I/O连接到电气接触区域，第二I/O和第四I/O被配置为与设备的总线布线中的一条或多条总线布线中的至少一个处于电气连接；在第二I/O与第四I/O之间提供预定值的电阻(420)，其中，根据特性操作电压的值设置预定值，其中，电子电路适于执行在第一I/O与第二I/O之间的第一电流抗反转功能或在第四I/O与第三I/O之间的第二电流抗反转功能中的一个或多个，并且当设备被正确地定位在所述配合表面上时检测电阻值。
本发明提供了一种可以适于多种电气设备和/或电子设备的耦合布置，以及其他优点。
本发明的耦合布置可以被配置为附接到待供电的设备外部，或者适于在生产时集成到设备中。
本发明的耦合布置提供了对可用连接的安全检测，避免了错误定位的后果。
为此，可以使用不同种类的标准电子组件，例如，二极管和电阻器或MOSFET晶体管的组合。这些标准电子组件大部分可用并且成本低廉。
耦合布置可以适于耦合到平面或非平面的不同种类的供电/接触表面。
耦合布置可以适于不同电平的电流或电压，只要它们用于向消费者设备、专业电子装备或电动车辆供电。
耦合布置可以提供到多条总线的连接。除了到电源线路的连接之外或作为其替代，耦合布置可以提供用于在设备与例如存储设备之间传输数据的到其他种类的总线的连接、到服务器的固定线路连接或使用符合或不符合标准的总线的任何种类的其他连接。
在一些实施例中，耦合布置可以被配置为即使当待供电的设备被耦合到供电设备时，也允许正常使用设备的所有端口。
在一些实施例中，耦合布置可以并入适用于设备的壳体中。可选地，为了更容易地使用，耦合布置可以被配置为可缩回到设备的壳体中。
附图说明
通过阅读以下纯粹通过非限制性示例的方式给出的对一些实施例的详细描述，将更好地理解本发明及其优点，该描述是参考附图进行的，其中：
-图1表示根据本发明的具有被配置为与耦合布置接合的电路的配合表面的示意图；
-图2表示根据本发明的一些实施例的图1的耦合布置的变型；
-图3a和图3b表示在设备内部和设备外部分别具有耦合布置的用户设备的两个示例性实施例；
-图4a、图4b、图4c和图4d表示根据本发明的集成在耦合布置中的电子电路的四个示例性实施例；
-图5a和图5b示出了根据本发明的对耦合布置的元件的特性尺寸的计算；
-图6a和图6b表示根据本发明的耦合布置的两个变型；
-图7示出了本发明的实施例，其中用户设备被定位以供电；
-图8表示根据本发明的用于操作用户设备的方法的流程图。
具体实施方式
图1表示根据本发明的具有被配置为与耦合布置接合的电路的配合表面的示意图。
如图1中示出的，提供了用于通过根据本发明的耦合布置121与导电物品或设备120建立电气连接的耦合接口100，该耦合接口100将在下面的说明书中更详细地描述。耦合布置121可以在设备120内部或在设备120的外部一侧与其接合。耦合布置具有多个电气接触区域或点，在该图上表示的实施例中的两个点122、123用于建立与包括导电区域111、112、113、114的配合表面的电气接触。点的尺寸和点之间的距离将在下面的说明书中结合图5a和图5b进一步讨论。如将结合图2所讨论的，可以存在多于两个点。耦合布置包括一个或多个电子电路124，该电子电路124具有连接到点122的第一输入/输出(I/O)125和连接到点123的第三I/O 126，以及连接到设备120的总线连接的第二I/O 127和第四I/O 128。总线连接表示多个布线连接，其可以是电源线路或数据线路或其组合。电源线路可以是5V电源线路、12V电源线路、相同范围内的另一值或更高电压的电源线路(例如，图7中示出的)，其中通常使用240V AC和500V DC电压。数据线路可以被配置为符合众多标准或专有总线中的一项或多项，例如，USB总线、微型USB总线、USB-C总线、Firewire总线、HDMI总线、VGA总线、Thunderbolt总线、Lightning总线、以太网总线或以迷你、微型或其他形式的任何显示端口，或用于连接特定设备的任何端口。USB总线包括具有5V布线和地线的电源线路，以及包括D+布线和D-布线的数据线路。因此，USB总线具有两条线路和四个连接、布线或引脚。当刻在PCB上时，USB总线将具有四个轨道。虽然连接、引脚、布线或轨道对应于不同的技术，但是在本说明书中，连接、引脚、布线或轨道的名称将被认为对于USB总线以及其他种类的总线是同义词。
下面通过使得结构能够与本发明的耦合布置接合的方式来描述被配置为通过耦合布置121来测试设备120的一些电气性质的耦合接口100的实施例。
耦合接口100控制构成配合表面的多个导电区域111、112、113、114，每个导电区域111、112、113、114例如借助于电子控制开关101在耦合接口100的控制下可切换地耦合到第一电压，该第一电压在此通过示例的方式被示为在电源线路102上的5v电源电压。耦合接口100还包括控制器103，该控制器103被配置为顺序地选择每个区域111、112、113、114，并且在第一状态中将瞬时选择的区域(例如，在给定时刻的选择的区域112)耦合到第一电压，并且测量多个区域中的除了所述选定区域之外的每一个区域(即，在给定时刻的区域111、113、114)的相应的电气性质，例如，如下面所讨论的通过的电流或电压。在任一区域111、113、114的电气性质呈现出第一预定特性的情况下，认为物品120跨选定区域112以及呈现出第一特性的区域耦合。
将认识到的是，尽管所示的配合表面在平面中包括多个正方形导电区域，但是其他实施例可以使用任何形状的导电区域，并且每个导电区域或导电区域的某些组可以在形状上变化。导电区域不一定处于平面布置中，而是可以符合任何三维表面。如下面所讨论的，导电区域可以由具有不同尺寸的间隙或电介质填充物隔开，这取决于物品的对应尺寸。因此，尽管在一些实施例中，正方形、六边形或其他镶嵌形状可以在具有最小电介质间隔的平面布置中使用，但是在其他实施例中，导电区域可以是任意的二维或三维形式。
如上面所提到的，在一个变型中的第一状态中，多个区域中的除了选定区域之外的每一个区域依次或并联耦合到第二电压，该第二电压定义了相对于第一电压的第一电势差，并且电气性质是来自选定区域和耦合到第二电压的相应的区域的电流流动。通过示例的方式，如果第一电压如上面所讨论的为5V，则第二电压可以为0v。
可替代地，除了所述选定区域112之外的多个区域111、113、114中的每一个区域经由相应的已知电阻104a、104b、104c、104d依次耦合到第二电压，该第二电压定义了相对于第一电压的第一电势差，并且所述电气性质是跨每个已知电阻104a、104b、104c、104d的相应的电压。
如所示的，在图1的布置中，开关101a、101b、101c、101d中的每一个具有四个位置，其中每个开关的第一位置耦合到5v电源线路102，第二位置耦合到接地平面，第三位置浮动并且第四位置通过相应的电阻104a、104b、104c、104d耦合到地，如上面所讨论的。因此，图1的布置能够通过在第一变型中使用第二位置将除了选定区域之外的区域耦合到地，或者在第二变型中通过使用第四位置经由相应的已知电压将除了选定区域之外的区域耦合到地来实现任一变型。将认识到的是，实现方式不一定支持两种变型。
如所示的，对应于导电区域112的第一开关101a位于第一位置，从而将区域112耦合到5v，该导电区域112在当前示例中被视为选定区域。对应于区域111和区域113的开关101b和开关101c位于第三位置，从而使得这些区域浮动或为具有高阻抗的区域。开关101d位于第四位置，从而经由已知电阻104d将导电区域114耦合到地。跨电阻104d的电压可以通过电压表105d测量。根据前述讨论，在其他阶段，区域111和区域113将类似地跨其对应的电阻耦合，而除了当前选定区域(112)之外的其他区域保持浮动。
耦合接口适于在任一区域的电气性质呈现出所述第一预定特性(即，特性电压改变或电流流动)的情况下进入第二状态。
在该第二状态下，选定区域耦合到第三电压，并且呈现出第一特性的区域耦合到第四电压，其中第四电压定义了相对于所述第三电压的第二电势差，该第二电势差与所述第一电势差极性相反。例如，可以简单地交换两个区域的电压。在图1的情况下，这将意味着将开关101a改变到位置4并且将开关101d改变到位置1。
然后，可以测量选定区域(当前为区域112)的相应的电气性质，并且在选定区域的电气性质呈现出第二预定特性的情况下，认为所述物品是耦合到所述选定区域和呈现出所述第一特性的所述区域的功率消耗电气设备。
在此基础上，接口可以依次选择每个导电区域，并且首先以一种极性测试每个其他区域，然后如果检测到第一特性，则以相反的极性进行测试，然后继续选择新的导电区域并相对于新选择的区域测试每个其他区域，直到已经相对于每个其他区域测试了每个区域。
对第一电气性质的测量可以通过任何方便的方法来执行。例如，可以通过模数转换器、动圈检流计、霍尔效应传感器或其他方式进行测量。
因此，图1的实施例假定行为的差异取决于跨设备的电压的极性——具体地，第一特性电压降或电流流动具有一种极性，并且第二特性电压降或电流流动具有相反极性。换言之，存在适于执行在第一I/O与第二I/O之间的第一电流抗反转功能以及在第四I/O与第三I/O之间的第二电流抗反转功能的电子电路。
在无法检测到这种差异的情况下，可以假定检测到的任何电压降或电流流动是由于不对应于功率消耗电气设备的虚假连接而引起的，虚假连接是由于例如跨两个导电区域的短路或电阻电气连接而引起的。如果可检测到不同的特性，则可以假定导电物品是可供电的设备。在一些实施例中，可以重复测试以消除例如由于振动而引起的误报。
因此，在选定区域的电气性质呈现出第三预定特性(即，不对应于第二特性的值的集合中的一个)的情况下，接口适于认为物品为在所述选定区域与呈现出第一特性的区域之间造成短路的导电物品。
面对不同的电气条件的这种特性行为暗示了功率消耗电气设备中的某些特性，从而使其能够与不对应于功率消耗电气设备的虚假连接区分开。这些特性可以通过将某些电子组件包括在功率消耗电气设备本身中来实现，或者在位于(在电气意义上)功率消耗电气设备与导电区域之间的接口令牌中实现。
其他耦合接口100可以被设计为具有本发明的相同结构或耦合布置121的上面描述的一个耦合接口的变型。
在一些实施例中，本发明的耦合布置可以在没有耦合接口的情况下进行操作，在包括耦合布置的设备的配合表面上的定位是基于导电区域和耦合布置的相应的几何形状实现的。
图2表示根据本发明的一些实施例的图1的耦合布置的变型。
图2的耦合布置包括四个点(即，电气接触区域)211、213、212、214，这些点被配置为分别与导电区域221、223、222、224配合。点211、213通过电子电路连接到总线的第一线路的端口(端口和电子电路均未在图上表示)。点212、214通过电子电路连接到相同总线或另一总线的第二线路的端口(端口和电子电路均未在图上表示)。所有四个点都可以连接到单个电子电路或两个不同的电子电路。第一总线可以是电源线路或数据线路。同样地，第二总线可以是电源线路或数据线路。在一些实施例中，第一总线和第二总线两者可以是以不同电流供电的电源线路。在这样的实施例中，将需要在耦合布置121中或在设备120本身中提供开关，使得将足够的电流发送到设备。可替代地，第一总线连接和第二总线连接两者可以是数据线路。
在一些实施例中，本发明的耦合布置121可以包括多于四个点并且容纳多于两条总线。将至少存在与总线布线一样多的点。
导电区域221、223是到耦合接口100中的第一总线的配对连接的连接。导电区域222、224是到耦合接口100中的第二总线的配对连接的连接。
耦合接口100将被配置为测试第一总线和第二总线两者(或多于两条总线)。在一些实施例中，耦合接口100的结构可以被复制。在一些其他实施例中，耦合接口的结构可以包括驱动第一总线连接的公共组件以及驱动第二总线连接的一些其他组件。
以使得配置优化配合表面的结构以及耦合布置的几何形状两者的方式使相应的导电区域211、213、212、214的几何形状相符合可能是有利的。
图3a和图3b表示在设备内部和设备外部分别具有耦合布置的用户设备的两个示例性实施例。
在本发明的第一类实施例中，图3a表示从智能电话300a的背表面(与智能电话的显示器相对)看的智能电话300a。智能电话300a的背表面包括两个点311a、312a，这两个点311a、312a被配置并定位为以将在下面关于图5a和图5b的描述中进一步描述的方式和位置与配合表面接合。
点311a、312a通过两者均位于智能电话内部的电子电路连接到总线连接。总线连接和电子电路均未在图上表示。电子电路包括作为图1的电子电路124的第一I/O、第二I/O、第三I/O和第四I/O(在图3a上未示出)。在设计和制造智能电话300a时，以设计和制造智能电话领域的普通技术人员已知的方式将耦合布置集成在所述智能电话300a中。
在一些实施例中，可以在智能电话300a的背表面上提供多于两个点。例如，可以提供四个点以能够连接智能电话300a的多条(例如，三条或四条)总线布线。布线中的一些可以形成电源线路，并且一些其他总线布线可以形成数据线路，从而构成USB类型的总线或另一类型的总线。可以在背表面上提供具有更多点和更多总线布线的其他变型。在这样的变型中，必须选择点的尺寸和位置以与配合表面上定义的导电区域配合。
本发明的耦合布置还可以集成在除了智能电话之外的其他设备或装备中。仅通过示例的方式，这些设备可以是膝上型计算机、平板计算机、电子烟、灯、咖啡机、IoT对象等。可以在不同的连续或非连续区域中配置类似于图2的导电区域221、223、222、224的导电区域，以在相同的配合表面(例如，桌子、搁台、厨房工作表面、酒吧、柜台等)上容纳不同类型的装备。
在本发明的第二类实施例中，图3b表示从智能电话300b的背表面(与智能电话的显示器相对)看的智能电话300b。耦合布置310b被表示为与智能电话300b接合。耦合布置可以通过磁体与智能电话接合。耦合布置310b包括两个点(即，电气接触区域)311b、312b，这些点具有与图3a的点311a、312a相同的功能。耦合布置310b还包括构件313b，该构件313b被配置为与智能电话的连接到包括电源线路和一条或多条数据线路的一条或多条总线的端口配合。耦合布置310b还包括位于耦合布置的结构内部的电子电路(在图上未示出)。
点311b、312b将被配置为与诸如图1的导电区域111、113、112、114或图2的导电区域221、223、222、224之类的导电区域配合。
耦合布置的其他几何配置也是可能的。例如，耦合布置可以具有较宽的宽度以容纳多于两个点和/或多于一个端口连接。
在该类实施例的变型中，耦合布置可以集成在智能电话的保护壳体中。
其他类型的耦合布置可以被专门配置为与其他设备或装备(例如，膝上型计算机、平板计算机、手表、电子烟、灯、咖啡机等)配合。
对适于与配备有各种配置的耦合布置的设备或装备配合的配合表面的变型的描述也适用于该类实施例。
图4a、图4b、图4c和图4d表示根据本发明的集成在耦合布置中的电子电路的四个示例性实施例。
在四幅图上，电子电路400的四个输入/输出(I/O)被表示为：
-I/O 411、I/O 413连接到耦合布置的点，这些点被配置为与配合表面配合；
-I/O 412、I/O 414被配置为与设备的总线连接进行电气连接；如果耦合布置集成在设备中，则I/O与设备的总线连接进行永久电气连接；如果耦合布置是外部元件，则I/O连接到被配置为与设备的对应端口配合的端口。
I/O 411和I/O 412可以是连接的较高电压部分(例如，5V)或者连接的较低电压(例如，0V)部分，并且对于I/O 413和I/O 414相反。连接的较低电压部分可以是接地连接。
在一些有利的实施例中，在电子电路中提供电阻420。电阻可以是分立组件，或者可以是其他组件中的一个的一部分。电阻还可以是在一些其他组件的内部或分立的电阻的组合。电阻应该具有根据连接的较高电压部分的值和在耦合接口中配置的检测阈值而设置的值。相反，耦合接口的检测例程的参数可配置为适于各种电阻值，每个电阻值可以表征当设备正确地定位在配合表面上时检测到的电源电压的不同电平。当第一I/O和第三I/O通过耦合布置的点连接到某些导电区域时，耦合接口将使用已知电阻来确定在第二I/O与第四I/O之间的电压差是否在指定范围内。在图4a、图4b、图4c和图4d中的一个中描绘的一些实施例中，电阻420可以是MOSFET晶体管的连接中的一个的内部电阻。这种电阻的值可以从组件的数据表中得知。
电子电路的其他组件可以在图4a、图4b、图4c和图4d的四个实施例之间变化。
在图4a上表示了根据本发明的电子电路400a的第一实施例，该电子电路400a包括一个或多个二极管431a、432a。在一些实施例中，可以仅提供二极管431a或432a中的一个。可以在电子电路中的其他位置处(例如，在第二I/O 412与第四I/O 414之间)提供单个二极管或附加二极管。还可以提供包括在电子电路400a和/或受控电路中的组件的任何组合，该受控电路仅允许电流从第一I/O 411流到第二I/O 412，以及从第四I/O 414流到第三I/O413。仅通过示例的方式根据图4a上描绘的包括两个二极管的实施例描述该配置系列，但是本领域普通技术人员将能够直接且明确地推导具有更少或更多数量的抗反转功能的变型。第一二极管431a处于导通状态，以使电流从第一I/O 411流到第二I/O 412。第二二极管432a处于导通状态，以使电流从第四I/O 414流到第三I/O 413。每个二极管执行在这些相应的I/O之间的电流抗反转功能。二极管431a、432a中的一个或多个可以由另一类似的组件代替。
其他总线布线可以连接到附加点以允许连接多于一条线路。例如，附加总线布线441a可以加入I/O(点)411’和I/O 412’。可以在两个I/O之间提供类似于在I/O 411与I/O412之间的二极管431a的附加二极管。
在图4b上表示了根据本发明的电子电路400b的第二实施例，该电子电路400b包括具有源极4311b、漏极4312b和栅极4313b的MOSFET-P晶体管430b。漏极到源极的连接用作导通的二极管，以使电流从第一I/O 411流到第二I/O 412的二极管。该连接执行在这些I/O之间的第一电流抗反转功能。漏极到栅极的泄漏电流参与了对电流从第四I/O 414到第三I/O413的流动的控制，因此执行在这些I/O之间的第二电流抗反转功能。
在图4c上表示了根据本发明的电子电路400c的第三实施例，该电子电路400c包括具有源极4311c、漏极4312c和栅极4313c的MOSFET-N晶体管430c。源极到漏极的连接用作导通的二极管，以使电流从第四I/O 414流到第三I/O 413，因此执行在这些I/O之间的第一电流抗反转功能。栅极电流控制电流从第一I/O 411到第二I/O 412的流动。它用作从第一I/O到第二I/O导通的二极管，因此执行在这些I/O之间的第二电流抗反转功能。
在图4d上表示了根据本发明的电子电路400d的第四实施例，该电子电路400d包括MOSFET-P晶体管431d和MOSFET-N晶体管432d。MOSFET-P晶体管431d具有源极4311d、漏极4312d和栅极4313d。MOSFET-N晶体管432d具有源极4321d、漏极4322d和栅极4323d。在该组合中，MOSFET-N晶体管432d的栅极4323d的泄漏电流控制电流通过MOSFET-P晶体管431d的漏极到源极的连接从第一I/O 411流到第二I/O 412，因此执行在这些I/O之间的第一电流抗反转功能。同时，MOSFET-P晶体管431d的栅极4313d的泄漏电流控制电流通过MOSFET-N晶体管432d的源极到漏极的连接从第四I/O 414流到第三I/O 413，因此执行在这些I/O之间的第二电流抗反转功能。
本发明的耦合布置的电子电路被配置为执行两个功能：检测功能和保护功能。
通过示例的方式，参考图4b的实施例。电子电路400b检测在第一I/O 411与第三I/O 413之间的电压u 440是正还是负。如果为正，则抗反转功能4311b、4312b和4311b、4313b将处于导通模式，并且电流iout 451b、iR 452b和ireturn 453b将流动。如果为负，则抗反转功能4311b、4312b和4311b、4313b将处于阻塞模式，并且电流iout 451b、iR 452b和ireturn 453b将为空。而且，如果u>uth，(其中uth是大于或等于MOSFET晶体管的栅极阈值电压的阈值)，则栅极将切换为阻塞状态，并且ireturn 453b将为空。
电子电路的组件可以集成在相同的ASIC中，或者作为分立组件植入到耦合布置中。在耦合布置集成在设备中的实施例中，电子电路可以被植入设备的另一电路中。
取决于应用的功能规格(即，总线布线的数量；电源线路的电压；特定保护的需要等)、对形状因子和预算的限制，可以选择图4a、图4b、图4c和图4d上表示的电子电路的不同变型以集成在本发明的耦合布置中。
图5a和图5b示出了根据本发明的对耦合布置的元件的特性尺寸的计算。
图5a示出了配合表面511、512的导电区域的特性尺寸。虽然导电区域可以具有任何形状因子，但是这些导电区域在图上被表示为边长为“b”的正方形，其中正方形之间具有孔隙空间为“a”。如果导电区域具有另一形状因子，则特性尺寸b’将被认为是在其中内接形状因子的圆的直径。
图5b示出了点(即，电气接触区域)521、522的特性尺寸。虽然点可以为矩形、正方形、三角形或任何其他形状因子，但是这些点在图上被表示为直径为“D”的圆。在两个点521、522之间的距离表示为“d”。
根据一些现有技术文档(特别是转让给本申请的发明人的国际申请WO2017/046458)，点的尺寸D必须小于a，以避免在两个连续导电区域之间发生短路的风险。根据本发明，该约束不再是绝对的，因为由于耦合布置的电子电路的抗反转功能而防止了短路。然而，期望限制设备不被正确地连接到足够的导电区域的情况的发生。在这种情况下，使D小于a将通过使设备无法正确地耦合到配合表面的情况的发生最小化来帮助实现该目标。
对点之间的距离d仍然具有约束。为了确保两个点511、512可以与两个不同的导电区域521、522建立两个电气接触，使d大于b’是必要的。或者在导电区域的形状因子为正方形的情况下，满足以下不等式(Δ为用于确保尺寸始终处于正确的关系而添加的容差裕度)：
Figure BDA0002354436580000141
图6a和图6b表示根据本发明的耦合布置的两个变型。
根据本发明的一些实施例，被配置为与用户设备配合的耦合布置600a具有用于接合在设备的母端口中的公端口610，所述母端口是一个或多个总线连接的连接端口。为了使得用户能够使用总线连接中的未通过配合表面连接的一些总线连接，提供母端口620是有利的，该母端口620是公端口610将接合在其中的端口的副本。因此，该设备将仍然可操作，就如同公端口610没有接合在该设备的母端口中一样。在一些实施例中，母端口620垂直于公端口610。当公端口610接合在设备的母端口中时，母端口620可以被配置为位于设备的主表面的平面中或垂直于该主表面。这种配置在两个端口的组合的厚度与两个端口的易用性之间实现了良好的折中。
在图6b上描绘的变型中，耦合布置600b集成在智能电话的壳体650中。在这样的变型中，将公插头610/母插头620配置为容纳在壳体650的一部分640内是有利的。为了获得该结果，将提供柔性连接器或布线链路630，其包括弹簧或使连接器630在用户的手动动作时可缩回的任何其他单元。当不使用耦合布置时，柔性连接器缩回在外壳部分640中，公端口610和母端口620被配置为也缩回在外壳中或靠近外壳。相反，当使用耦合布置时，用户从外壳640中拉出端口610、620和柔性连接器630。
如已经提到的，耦合布置可以在不需要母端口和/或不需要可缩回布线的情况下简单地嵌入在壳体中。
图7示出了本发明的实施例，其中用户设备被定位以供电。
根据本发明的对耦合布置的使用不限于小的对象。例如，耦合布置还可以用于将车辆700连接到发电站720。
车辆可以是电动车辆或可再充电混合动力车辆。它们可以是陆地交通工具，例如，自行车、摩托车、汽车、公共汽车、卡车、拖拉机等。它们可以是空中交通工具，例如，无人机、飞机或直升机。
发电站720可以被配置为在其他实施例中已经讨论的类型的配合表面。提供导电区域721、722以与具有点或电气接触区域711、712的耦合布置710配合。差异是在导电区域的尺寸中将需要足够大的尺寸以容纳耦合布置，该耦合布置将足够大以将大量功率传递给车辆。而且，这些点将是相当的。对于需要包括功率组件的电子电路是同样的，该功率组件能够耗散对车辆再充电所需要的类型的功率。对于电动汽车，存在充电站的两种标准。第一标准(表示为类型2)使用具有240V电压的交变电流。第二标准(表示DC快速充电)使用具有500V电压的连续电流。
在这样的实施例中，应当以在配合表面被供电时用户或路人不能在其上行走的方式来配置配合表面。而且，在耦合布置中的电子电路的组件将必须是功率组件。
图8表示根据本发明的用于操作用户设备的方法的流程图。
在耦合接口处评估在设备与设备的耦合布置之间的连接的测试。用户需要执行动作以可能地将设备的位置调整到配合表面。
在步骤810处，由用户确定配备有根据本发明的耦合布置的设备的第一位置。耦合布置的配置(点之间的距离)使得在大多数情况下，该位置应该允许一个或多个总线连接中的适当连接被建立。
当设备被定位在配合表面上时，在步骤820处，尝试总线连接的连接。
在步骤830处，执行测试以确定连接是否正确地建立。可以针对每个总线连接提供不同颜色的灯，以通知用户连接中的任一个是否已经失败。例如，绿色和红色可以针对一个总线连接使用，并且蓝色和黄色针对第二总线连接。而且，可以提供具有指示连接的数量的不同的灯以及针对每个连接的绿色和红色。可替代地，声音信号可以通过耦合布置发出。如果连接正常，则可以如设想地操作设备(步骤840)。如果连接不正常，则用户应该将设备与其耦合布置重新定位在配合表面上的另一位置(重做步骤810)。
在本说明书中公开的示例仅是对本发明的一些实施例的说明。本文描述的特定例程或方法可以代表任何数量的处理策略中的一个或多个。因此，可以以所示和/或描述的序列、以其他序列、并行地执行所示和/或描述的各种动作或省略所示和/或描述的各种动作。同样地，可以改变上面描述的过程的次序。
本公开的主题包括本文公开的各种过程、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合，以及其任何和所有等效物。
它们不会以任何方式限制由所附权利要求书限定的所述发明的范围。

Claims (16)

1.一种耦合布置(121)，其被配置为在闭合状态与打开状态之间切换在设备与配合表面(112、114)之间的一条或多条总线布线(412、414)，所述设备以特性电压被电气供电，所述耦合布置包括：
-在所述设备与所述配合表面之间至少与所述一条或多条总线布线的计数一样多的电气接触区域(122、123)；
-一个或多个电子电路，其总共具有至少第一输入/输出(I/O 411)、第二I/O(412)、第三I/O(413)和第四I/O(414)，所述第一I/O和所述第三I/O连接到所述电气接触区域，所述第二I/O和所述第四I/O被配置为与所述设备的所述总线布线中的一条或多条总线布线中的至少一个处于电气连接；
其中，所述电子电路适于执行在所述第一I/O与所述第二I/O之间的第一电流抗反转功能(4311b、4312b)或在所述第四I/O与所述第三I/O之间的第二电流抗反转功能(4311b、4313b)中的一个或多个，其中，所述电子电路包括在所述第二I/O与所述第四I/O之间的预定值的电阻(420)，其中，根据所述特性操作电压的值设置所述预定值，由此当所述设备被正确地定位在所述配合表面上时所述电阻被检测。
2.根据权利要求1所述的耦合布置，其中，当所述第一I/O的电压在预定义的容差裕度内等于第一电压值并且所述第三I/O的电压在所述预定义的容差裕度内等于第二电压值时，总线连接处于闭合状态。
3.根据权利要求1至2中的一项所述的耦合布置，其中，当所述第一I/O的电压在预定义的电压容差裕度内等于第二电压值并且所述第三I/O的电压在所述预定义的电压容差裕度内等于第一电压值时，总线连接处于打开状态。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的耦合布置，其中，所述一个或多个电子电路包括MOSFET-P晶体管(430b)，其漏极(431b)连接到所述第一I/O(411)，其源极(432b)连接到所述第二I/O(412)，并且其栅极(433b)连接到所述第三I/O(413)和所述第四I/O(414)。
5.根据权利要求1至3中的一项所述的耦合布置，其中，所述一个或多个电子电路包括MOSFET-N晶体管(430c)，其栅极(433c)连接到所述第一I/O(411)和所述第二I/O(412)，其漏极(431c)连接到所述第三I/O(413)，并且其源极连接到所述第四I/O(414)。
6.根据权利要求4和5所述的耦合布置，其中，所述一个或多个电子电路包括MOSFET-P晶体管(431d)和MOSFET-N晶体管(432d)。
7.根据权利要求4至6中的一项所述的耦合布置，其中，MOSFET晶体管在其源极与栅极之间具有预定值的内部电阻。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的耦合布置，其中，一个或多个总线连接中的一个被配置为将功率从所述配合表面传输到所述设备。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的耦合布置，其中，在所述电气接触区域中的任一个与相邻的电气接触区域之间的距离大于所述配合表面的特性尺寸。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的耦合布置，其中，所述电气接触区域位于所述设备的表面上，并且所述一个或多个电子电路位于所述设备的内部。
11.根据权利要求10所述的耦合布置，其中，所述设备的所述表面和所述电气接触区域以这样的方式配置：当所述设备被定位在所述配合表面上时，所述设备能够保持稳定平衡的位置，并且所述设备与所述配合表面之间的一个或多个总线连接能够闭合。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的耦合布置，其中，所述电气接触区域和所述一个或多个电子电路位于附件上，所述附件被配置为与所述设备接合并且还包括到所述设备的一个或多个总线连接的一个或多个端口的一个或多个公连接器。
13.根据权利要求12所述的耦合布置，其中，所述附件和所述电气接触区域以这样的方式配置：当所述附件与所述设备接合并且所述设备被定位在所述配合表面上时，所述设备能够保持稳定平衡的位置，并且所述设备与所述配合表面之间的一个或多个总线连接能够闭合。
14.根据权利要求12至13中的一项所述的耦合布置，其中，至少公连接器还包括母连接器，所述母连接器镜像所述公连接器要接合在其中的端口，所述母连接器垂直于所述公连接器。
15.根据权利要求13至14中的一项所述的耦合布置，其中，所述附件与公连接器之间的布线链路可缩回到所述附件中。
16.一种以允许在闭合状态与打开状态之间切换一条或多条总线布线的方式耦合设备和配合表面的方法，所述设备以特性电压被电气供电，所述方法包括：
-在所述设备与所述配合表面之间提供至少与所述一条或多条总线布线的计数一样多的电气接触区域；
-提供一个或多个电子电路，其总共具有第一输入/输出(I/O)、第二I/O、第三I/O和第四I/O，所述第一I/O和所述第三I/O连接到所述电气接触区域，所述第二I/O和所述第四I/O被配置为与所述设备的所述总线布线中的一条或多条总线布线中的至少一个处于电气连接；
-在所述第二I/O与所述第四I/O之间提供预定值的电阻(420)，其中，根据所述特性操作电压的值设置所述预定值；
其中，所述电子电路适于执行在所述第一I/O与所述第二I/O之间的第一电流抗反转功能或在所述第四I/O与所述第三I/O之间的第二电流抗反转功能中的一个或多个，并且当所述设备被正确地定位在所述配合表面上时检测电阻值。
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