CN111512561A

CN111512561A - 旋转数据耦合器

Info

Publication number: CN111512561A
Application number: CN201880082744.9A
Authority: CN
Inventors: B·T·柯比; S·K·博姆克; Y·P·帕克; J·A·加斯巴罗
Original assignee: Uatc Co ltd
Current assignee: Aurora Operations Inc
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: JP2021503806A; WO2019099853A1; EP3711174A1; US20190158150A1; US10784928B2; JP2021168491A; US20210075471A1; CN111512561B; JP6908786B2; US10177820B1; US10498403B2; US20200106485A1; US11349527B2; JP7312790B2

Abstract

各种实例涉及旋转耦合器及其使用方法。旋转数据耦合器可包括发射器及接收器。所述发射器可包括第一带及第二发射器带。所述接收器可包括经定位以相对于所述第一发射器带及所述第二发射器带旋转的接收器外壳。第一接收器带可经定位成与所述第一发射器带相对以形成第一电容器，且第二接收器带可经定位成与所述第二发射器带相对以形成第二电容器。所述接收器还可包括电耦合于所述第一接收器带与所述第二接收器带之间的电阻，及差分放大器。所述差分放大器可包括反相输入及非反相输入，其中所述非反相输入电耦合到所述第一接收器带且所述反相输入电耦合到所述第二接收器带。

Description

旋转数据耦合器

优先权主张

本国际申请案主张在2017年11月17日申请的序列号为15/816,700的美国专利申请案的优先权权益，所述美国专利申请案以全文引用方式并入本文中。

技术领域

此档案大体上(而非通过限制)涉及旋转数据耦合器及其使用方法。

背景技术

在许多应用中，期望跨旋转接口发射电信号。可使用各种类型的旋转数据耦合器。滑环旋转数据耦合器包含与刷物理接触的环。随着环相对于刷旋转，电流在组件之间的物理接口处传导。在电感旋转数据耦合器中，发射器组件从电信号生成磁场。磁场引发指示接收器组件中的经发射电信号的电流。

附图说明

在不一定按比例绘制的图式中，相似的数字可描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相似的数字可表示类似组件的不同例子。一些实施例通过实例(而非限制)在附图的诸图中说明。

图1是展示旋转数据耦合器及结合其使用的组件的一个实例的图。

图2是展示旋转数据耦合器及结合其使用的组件的另一实例的图。

图3是展示用于利用旋转数据耦合器的一个实例环境的图。

图4是展示可(例如)利用旋转数据耦合器(例如图1到3中展示的旋转数据耦合器)执行的过程流的一个实例的流程图。

图5是说明计算装置硬件架构的框图，指令集或指令序列可在所述计算装置硬件架构中执行以致使机器执行本文中论述的方法论中的任一者的实例。

具体实施方式

各种实例涉及旋转数据耦合器，其可用于(例如)跨旋转接口发射电信号。旋转接口包含相对于彼此部分或完全旋转的组件。旋转接口以许多不同类型的电装置及/或机电装置的形式出现，包含(例如)具有可旋转传感器或传感器阵列(例如无线电检测及测距(RADAR)、光检测及测距(LIDAR))的系统、带轮车辆(例如汽车、卡车、火车等)。

旋转数据耦合器用于其中期望跨旋转接口发射电信号的各种应用中。举例来说，旋转LIDAR系统生成指示感测到的数据的电信号。旋转数据耦合器，例如本文中描述的旋转数据耦合器，可用于将电信从旋转LIDAR系统发射到不与LIDAR系统一起旋转的另一组件，例如LIDAR的控制电路、另一系统组件等。在另一实例中，传感器或其它电组件可经定位于车辆的车轮、轮毂或其它旋转零件上。传感器可生成将在车轮或轮毂旋转的同时发射到车辆的控制电路或其它系统的数据。旋转数据耦合器，例如本文中描述的旋转数据耦合器，可用于将数据从传感器发射到控制电路或其它系统。

实例旋转数据耦合器利用电容耦合来跨旋转接口将电信号(经发射信号)从发射器发射到接收器。举例来说，电信号在一或多个发射器带处提供。随着电荷在一或多个发射器带处积累，会生成电场。电场在一或多个接收器带处引起对应电荷。在一些实例中，发射器包括第一及第二发射器带，且接收器包括第一及第二接收器带。发射器及接收器经布置以对准相应发射器及接收器带。举例来说，第一发射器带可与第一接收器带对准以形成第一电容器。第二发射器带与第二接收器带对准以形成第二电容器。当对准时，相应发射器带及接收器带可相对于彼此旋转。第一及第二电容器耦合信号及经发射信号的参考值，所述信号在接收器处被接收为接收到的信号。

各种发射器带与接收器带的对准以任何合适的方式完成。举例来说，第一及第二发射器带可至少部分围绕经配置以配合在接收器外壳的接收器空腔内的发射器圆柱体的圆周缠绕。第一及第二接收器带经定位成围绕接收器外壳的空腔壁。发射器圆柱体至少部分接纳于接收器空腔内以对准相应发射器带及接收器带。发射器圆柱体可在接收器空腔内围绕旋转轴旋转。当发射信号是跨发射器带提供时。第一及第二电容器跨旋转接口传导发射信号，其中接收到的信号跨接收器带出现。

电容旋转数据耦合器，如本文中描述，可提供优于其它类型的旋转数据耦合器的各种优点。举例来说，因为电信号是经由电场传递的，所以发射器及接收器可经布置使得发射器带及接收器带不会彼此物理接触。这减少了对耦合器的机械磨损。而且，一些电容旋转数据耦合器能够以比可由相当大小的电感耦合器处置的频率更高的频率处置交流(A/C)信号。

本文中描述的旋转数据耦合器可经配置有合适的频率响应。旋转数据耦合器的频率响应描述被传递及/或衰减的电信号的频率内容。举例来说，旋转数据耦合器通过指示跨第一及第二电容器发射的频带或频率范围的通带描述。旋转数据耦合器的通带通过截止频率描述。低截止频率描述通带的低频率范围，且高截止频率描述通带的高频率范围。在一些实例中，低及高截止频率被认为是经发射信号在其下衰减3dB或衰减到约一半功率的频率。低于截止频率的频率内容以大于约3dB衰减，而高于低截止频率的频率内容以小于约3dB衰减。旋转数据耦合器的低截止频率可通过以下方程式[1]描述：

在方程式[1]中，f_co是旋转数据耦合器的低截止频率。R是旋转数据耦合器的电阻，且C是旋转数据耦合器的电容(例如，基于第一及第二电容器的电容)。

旋转数据耦合器经配置有经定位以避免使在经发射信号中表示的数据衰减的通带。经发射信号是将数据表示为一系列一或多个离散位的数字信号。位的值可由经发射信号中的电流及/或电压的电平表示。举例来说，第一电压及/或电流电平可表示逻辑1，而第二电压及/或电流电平可表示逻辑0。经发射信号的数据速率指示每单位时间由经发射信号表示的位的数目。经发射信号的模拟频率内容是基于每单位时间逻辑1与逻辑0之间的转换数目。旋转数据耦合器可经配置使得发射信号中的转换在旋转数据耦合器的通带内。

在一些实例中，经发射信号根据维持每单位时间最小数目个转换的编码方案进行编码。此编码方案用于保持经发射信号的模拟频率高于最小阈值。举例来说，如果经发射信号具有其中其不在逻辑1与逻辑0之间转换的扩展序列，那么模拟频率下降。如果模拟频率下降到低于旋转数据耦合器的低截止频率，那么经发射信号衰减，从而导致失真。维持每单位时间最小数目个转换的一种实例编码方案是8b/10b编码。8b/10b编码将经发射信号的每八位字表示为对应十位符号，而且保证每五个位在逻辑1与逻辑0之间至少转换一次。因此，每单位时间的最小转换数目是数据速率除以5。因此，当使用8b/10b编码时，由经发射信号表示的数据的最低频率内容(例如，以Hz指示)是数据速率的约十分之一(例如，以每秒位数指示)。

将旋转数据耦合器配置成具有避免使经发射信号中的数据衰减的通带可包含将旋转数据耦合器的低截止频率设置得足够高以避免使数据的最低频率内容显著衰减。在一些实例中，此包含将低截止频率设置为低于经发射的预期最低频率内容的约一半。参考上文的方程式[1]，此可通过选择耦合器的电阻及/或电容以实现所期望低截止频率来完成。

然而，在实践中，选择足够高的电容以实现所期望低截止频率可为具挑战性的。电容器的电容通过以下方程式[2]给出：

在方程式[2]中，C是电容，∈是电容器元件之间(在此实例中，相应发射带与接收带之间)的材料的绝对介电常数，A是电容器元件的表面积，且d是电容器元件之间的距离。如展示，电容可通过增大绝对介电常数、增大带的面积或减小带之间的距离来增大。显著增大绝对介电常数可为困难的。而且，带的面积可由旋转数据耦合器的大小限制。举例来说，将电容增大一个数量级或更多将涉及显著增大旋转数据耦合器的大小。此外，接收器与发射器带之间的距离的显著减小可导致减小的机械公差，这可能需要增加的制造花费且在带彼此摩擦的情况下会导致机械磨损。

在利用8b/10b或类似编码的许多实施方案中，例如外围组件互连高速(PCIe)或串行千兆媒体独立接口(SGMII)，发射器及接收器经优化用于100欧姆差分传输线及终端。举例来说，参考上文的方程式[1]，有区别地，典型的R值可为约100欧姆或如果个别地分析传输的一个侧，那么其可为约50欧姆。在此差分电阻下，构成还满足电及通带要求的物理带结构可具挑战性。举例来说，在100欧姆或接近100欧姆的电阻下，满足所期望截止频率的电容会导致带在带之间具有十分大的面积或十分小的间隙，这会导致紧密公差。

代替增加电容或除增加电容外，本文中描述的各种旋转数据耦合器引入电耦合于第一与第二接收器带之间的接收器电阻。参考上文的方程式[1]，可选择具有足够高的值的接收器电阻以向旋转数据耦合器给出不会衰减经发射信号的预期最低频率的低截止频率。增加接收器电阻会降低接收器处的电流。因此，为了帮助检测接收器信号，差分放大器可电耦合于第一与第二接收器带之间。差分放大器放大第一及第二接收器带处的电流及/或电压之间的差，从而在差分放大器的一或多个输出处提供接收到的信号。

本文中所描述的旋转数据耦合器可具有涵盖发射信号中的转换(例如，逻辑1到逻辑0或逻辑0到逻辑1)的通带。在一些实例中，这可允许本文中描述的旋转数据耦合器具有共同接收器硬件及软件(例如，PCIe或SGMII收发器)，而无需采用更复杂的增大发射信号频率的方法，例如曼彻斯特(Manchester)编码或类似编码。

图1是展示旋转数据耦合器100及结合其使用的组件的一个实例的图。旋转数据耦合器100包含发射器101及接收器103。发射器101包含生成发射信号112的发射器系统110。发射信号112可为在正发射输出T+与负发射输出T-之间显现的数字差分信号。发射器系统110包括生成将跨旋转接口耦合的发射信号112的任何合适的系统。一个实例发射器系统110是旋转以感测部分或全部全景视野的LIDAR系统的旋转收发器。

在图1的实例中，发射信号112提供于T+及T-处。发射器终端电阻105经提供于T+与T-之间。发射信号经提供到发射器带106A、106B。在图1的实例中，发射器带106A、106B至少部分缠绕发射器圆柱体102。尽管将发射器带106A、106B展示为自始至终围绕发射器圆柱体102的圆周缠绕，但在一些实例中，发射器带106A、106B不围绕发射器圆柱体102的整个圆周延伸。

发射器圆柱体102经配置以配合于接收器外壳104的接收器空腔118内。接收器带108A、108B经定位于接收器空腔118的内部壁上，例如，至少部分围绕接收器空腔118的内侧表面的圆周。在一些实例中，接收器带108A、108B经定位成至少部分围绕接收器空腔118的外圆周。在其中接收器带108A、108B经定位成至少部分围绕接收器空腔118的外圆周的实例中，组成接收器外壳104的部分或全部材料在相应接收器带108A、108B与发射器带106A、106B之间。

发射器带106A、106B及接收器带108A、108B经定位使得当发射器圆柱体102被接纳于接收器外壳104内时相应带106A、108A及106B、108B对准。发射器带106A及接收器带108A形成第一电容器，而发射器带106B及接收器带108B形成第二电容器。带106A、108A、106B、108B可包括任何合适的导电材料，例如(举例来说)铜。在其它实例中，发射器及接收器可经反转使得接收器圆柱体可配合于发射器空腔内。

发射器圆柱体102及接收器外壳104可围绕旋转轴127相对于彼此旋转。旋转可在由箭头125指示的任一方向上或两个方向上。在一些实例中，接收器外壳104是静止的，而发射器圆柱体102围绕轴127旋转。在替代实例中，发射器圆柱体102是静止的，而接收器外壳104围绕轴127旋转。在另外实例中，发射器圆柱体102及接收器外壳104围绕轴127旋转。带106A、108A、106B、108B之间的间隙119可为至少约25微米。间隙119可为在约25微米与约1毫米之间。在一些实例中，间隙119是至少约1毫米，例如(举例来说)2毫米或更大。间隙119可在发射器圆柱体102与接收器外壳104的接收器空腔118之间。

除接收器外壳104及接收器带108A、108B之外，接收器103可包含接收器电阻114、差分放大器116及接收器系统120。接收器电阻114电耦合于第一接收器带108A与第二接收器带108B之间。

经发射信号112可具有足够高的频率，使得传输线效果与电路的行为相关。举例来说，发射器系统110具有特性阻抗。发射器终端电阻105可经选择以匹配发射器系统110的特性阻抗，从而终止发射器系统110与发射器带106A、106B之间的差分传输线。在各个实例中，除发射器中断电阻105外或代替发射器终端电阻105，可使用其它传输线终止技术。在一些实例中，发射器系统110具有单端约50Ω的特性阻抗或约100Ω的差分阻抗。在一些实例中，发射器终端电阻105经选择以匹配发射器系统110与发射器系统110与发射器带106A、106B之间的一或多个连接或其它组件的经组合特性阻抗。

经发射信号112可跨发射器电阻105出现。由发射器带形成的电容器(例如，包含带106A、108A的第一电容器及包含带106B、106B的第二电容器)也可传导经发射信号112，其中经发射信号112也可跨接收器电阻114出现。接收器电阻114经选择以生成低截止频率，其足够低以避免经发射信号112的低频率分量的额外衰减。

接收器电阻114的大小经选择以实现旋转数据耦合器100的合适的低截止频率。在其中第一及第二电容器的电容是约1pf或更少的实例中，接收器电阻可在约1kΩ与约100kΩ之间。在一些实例中，接收器电阻可在约50kΩ与44kΩ之间。接收器电阻114可比经组合发射器系统110、带106A、106B、108A、108B及其它连接或组件的特性电阻更高，在一些实例中，高出两个或两个以上数量级，而不会由于信号朝向发射器系统110反射回而导致显著失真。举例来说，终止电阻105或其它合适的传输线终端机构终止由发射器系统110及发射器系统110与发射器带106A、106B之间的其它连接或组件组成的差分传输线。此减少或消除经发射信号112朝向发射器系统110的往回反射。接着，带106A、106B、108A、108B及接收器电阻114经定位成平行于差分传输线。以此方式，可在有害传输线效应不会引起经发射信号112的额外反射的情况下选择相对较高的接收器电阻114。

当接收器电阻114足够高以导致所期望低截止频率时，其减少接收器103中的电流。举例来说，如果经发射信号在正1.2伏特与负1.2伏特之间，那么接收器电阻114下的电流的绝对值是几百微安或更少。差分放大器116用于跨接收器带108A、108B再次驱动电流及/或电压。差分放大器116具有反相输入(由“-”指示)及非反相输入(由“+”指示)。非反相输入电耦合到接收器带108A，且反相输入耦合到接收器带108B。在一些实例中，差分放大器116经选择而具有高输入阻抗使得由差分放大器116源送及/或汲取的电流较小。接收到的信号122经提供于差分放大器116的输出处，所述输出展示为R+及R-。

当经发射信号112是数字信号时，接收到的信号122也是数字信号。接收到的信号122经提供到接收器系统120。接收器系统120可为或包含从发射器系统110接收信号的任何合适的系统。在其中发射器系统110是LIDAR系统的实例中，接收到的信号122指示LIDAR系统的输出。接收器系统120可为或包含用于处理LIDAR系统的输出(例如(举例来说)格式化所述输出、在控制系统中利用所述输出等)的处理系统。

图1还展示旋转数据耦合器100的频率响应130。水平轴128指示频率，而垂直轴126指示增益。还展示低截止频率132。所期望最大低截止频率可(例如)基于经发射信号112的性质确定。举例来说，如果经发射信号112通过设置每单位时间最小数目个转换的编码方案进行编码，那么经发射信号112的最低频率内容是通过编码方案设置的每单位时间最小数目个转换(例如，最小转换频率)。举例来说，如果使用了8b/10b编码方案，那么信号的最低频率内容约等于数据速率除以5。因此，当使用了8b/10b编码时，低截止频率132可经选择为发射信号的数据速率的约十分之一。举例来说，如果发射信号是2.5Gb/s，那么低截止频率132可为约250MHz。在一些实例中，低截止频率132经选择为发射信号的数据速率的约十分之一，其是最低频率内容的二十分之一的约一半。

回顾低截止频率是发射信号112在其下以3dB衰减或衰减到一半功率的频率，在一些实例中，低截止频率小于经发射信号112的最低频率内容以并入安全裕度。在其中经发射信号112是利用8b/10b编码进行编码的一些实例中，其中最小转换频率为数据速率的十分之一，低截止频率经设置为低于数据速率的十分之一，例如(举例来说)在数据速率的约十分之一与约二十分之一之间。旋转数据耦合器100还可具有高截止频率133，其指示所传递的最高频率内容(例如，未衰减)。高于高截止频率133的频率内容(例如高频率噪声)经衰减。旋转数据耦合器100可经配置有至少比数据速率高的高截止频率。在一些实例中，旋转数据耦合器100经配置有是数据速率的数倍的高截止频率以便避免使更高次谐波衰减。举例来说，符合第一代PCIe标准的信号的高截止频率133可为约2GHz。

在图1的布置中，低截止频率132通过上文的方程式[1]给出，其中第一电容器(带108A、106A)及第二电容器(带108B、106B)的电容形成由“C”指示的电容，且接收器电阻114的电阻形成由“R”指示的电阻。在各个实例中，第一及第二电容器的经组合电容较小，例如，在约0.03pF与约10pF之间。在一些实例中，第一及第二电容器的经组合电容在约0.03pF与0.3pF之间。接收器电阻114的值可经选择以生成低截止频率132，如本文中描述。在其中第一及第二电容器的电容是约0.3pF的一个实例中，电阻114的值可为约44kΩ。

图2是展示包含发射器201及接收器203的旋转数据耦合器200的另一实例的图。在图2的实例中，接收器带208A、208B配合于发射器带206A、206B内部。举例来说，接收器带208A、208B可围绕配合于发射器外壳的发射器空腔内的接收器圆柱体的圆周缠绕。发射器带206A、206B及接收器带208A、208B可围绕由箭头228所指示的轴226相对于彼此旋转，例如，类似于关于图1描述的内容。在其它实例中，定向可经反转使得发射器圆柱体配合于接收器外壳的接收器空腔内。

在图2的实例中，由T+及T-指示的发射信号经提供到耦合电阻器202A、202B及耦合电容器204A、204B。还展示包含电阻器205A、205B的发射器终端电阻，其中在电阻器205A、205B之间提供参考电压Vref1。举例来说，每一电阻器205A、205B可为总发射器终端电阻的约一半。

在接收器203处，接收器电阻包含也具备参考电压Vref2的两个电阻器214A、214B。参考电压可为接地或任何合适的参考。差分接收器216的输出经提供到耦合电阻器218A、218B及耦合电容器220A、220B。由R+及R-指示的接收到的信号可跨终端电阻器222。

差分接收器电阻是电阻器214A、214B的电阻的和。举例来说，电阻器214A、214B的电阻的和可在约1kΩ与约100kΩ之间。在一些实例中，接收器电阻可在约500Ω与44kΩ之间。在图2的布置中，旋转数据耦合器的频率响应是基于第一电容器(带208A、208B)、第二电容器(带208B、208B)及电阻器202A、202B、214A、214B。此使旋转耦合器100的频率响应与8b/10b信号共同的差分阻抗解除耦合，这允许电容器经构造成具有较小面积、增加的间隙或分离距离，而较少关注电介质材料。

图3是展示利用旋转数据耦合器301的一个实例环境300的图。环境300包含具有旋转传感器外壳352的车辆350。在一些实例中，车辆350是自主或半自主的。传感器外壳352围绕旋转数据耦合器301相对于车辆350旋转。举例来说，传感器外壳352围绕旋转轴327在由箭头325指示的方向中的一或多者上旋转。传感器外壳352包括传感器系统357，其包括一或多个传感器，例如(举例来说)LIDAR系统传感器、RADAR系统传感器、一或多个相机等(例如，可见光谱相机、红外相机等)及/或其它传感器。

在一些实例中，传感器系统357包含一或多个有源传感器，例如LIDAR传感器或RADAR传感器。LIDAR传感器(例如)包含经定向到车辆350周围的环境300中的一或多个激光器或其它可见光或不可见光源。光的反射由一或多个光电二极管或其它传感器检测。在RADAR系统中，一或多个天线发射电磁波(例如射频辐射)到车辆350周围的环境300中。电磁波的反射由一或多个接收天线感测。在一些实例中，RADAR发射器及接收器使用共同天线。

传感器系统357的输出经提供到感知系统354(例如，经由旋转数据耦合器301)。感知系统354经编程以确定车辆350的位置及/或描述车辆350周围的环境300的信息。举例来说，由传感器外壳处的一或多个传感器及/或其它传感器提供到感知系统354的传感器数据可包含描述对象在车辆350周围的环境300内的位置的信息。

作为一个实例，从LIDAR系统接收到的传感器数据包含对应于已反射测距激光的对象的数个点的位置(例如，在相对于LIDAR系统的三维空间中)。举例来说，LIDAR系统可通过测量短激光脉冲从传感器行进到对象且返回所花费的飞行时间(TOF)来测量距离，根据已知的光速计算所述距离。作为另一实例，从RADAR系统接收到的传感器数据可包含对应于已反射测距电磁波的对象的数个点的位置(例如，在相对于RADAR系统的三维空间中)。由RADAR系统发射的电磁波(例如脉冲的或连续的)可从对象反射且返回到RADAR系统的接收器，从而给出关于对象的位置及速度的信息。因此，RADAR系统可提供关于对象的当前速度的有用的信息。

感知系统354从一或多个传感器(包含(例如)旋转传感器外壳352处的一或多个传感器)接收传感器数据且导出关于车辆350周围的环境300的信息，包含(例如)车辆350在环境300中的位置。由感知系统354导出的信息经提供到控制系统356。控制系统356基于由感知系统354导出的信息控制汽车的一或多个功能，包含(例如)油门、制动系统、转向装置等。为了清楚起见，表示感知系统354及控制系统356的框显示在车辆350外部。这些系统354、356可经定位于车辆350内、经安装到车辆外部、远离车辆350等。

图3中展示的实例数据耦合器301是双向的。第一通道303用于将数据从感知系统354(或车辆350处的其它系统)传输到传感器系统357。第二通道305用于将数据从传感器系统357传输到感知系统354(或车辆350处的其它系统)。第一通道包含可经定位以围绕旋转轴327旋转的发射带302、304，例如，类似于本文中描述的发射带106A、106B、208A、208B。可存在发射器终端电阻310以终止感知系统354(或车辆350处的其它系统)与发射带302、304之间的传输线。接收带306、308可与响应发射带302、304一起形成电容器，如本文中描述。接收器电路312包含接收器电阻及差分放大器，如本文中关于图1及2描述。

在一些实例中，通道303、305利用共同外壳。举例来说，发射器带302、304及接收器带314、316可经定位于第一外壳上。举例来说，带302、304、314、316可经定位于空腔的内部壁上，例如带108A、108B经定位于图1中的接收器空腔118的内部壁上。类似地，发射器带318、320及接收器带306、308可经定位于第二外壳上。举例来说，带306、308、318、320可围绕圆柱体缠绕，例如带106A、106B缠绕图1中的发射器圆柱体102。第一及第二外壳可对准对应发射器及接收器带，且可相对于彼此旋转。

第二通道305可包含发射带318、320及接收带314、316，类似于发射带302、304及接收带306、308。第二通道305还可包含发射器终止电阻322及包含接收器电阻及差分放大器的接收器电路324，如本文中描述。在一些实例中，带302、304、314、316经安装于第一共同外壳上，而带306、308、318、320经安装于第二共同外壳上。

在一些实例中，旋转数据耦合器301是单向的，例如，其中数据仅从传感器系统357被传输到感知系统354。因此，通道303可省略。而且，在其它实例中，双向旋转数据耦合器，例如301，可用于各种其它环境中。而且，一些旋转数据耦合器可包含定向于相同方向上的多个通道(例如，以提供从相同发射器系统到相同接收器系统的通信)。举例来说，单个发射器系统可利用多个通道以利用到接收器系统的多个通信区(communication land)。

本文中描述的旋转数据耦合器在配合车辆使用的旋转传感器外壳(例如环境300的旋转传感器外壳352及车辆350)中可为有利的。可期望旋转传感器外壳352足够小以避免突出超过车辆350的顶蓬。举例来说，旋转传感器外壳352的直径可小于约5英尺、小于约4英尺、小于约3英尺等。而且，在一些实例中，可期望最小化旋转传感器外壳352的质量。在一些实例中，旋转传感器外壳352的直径小于约12英寸、小于约6英寸、小于约4英寸等。

而且，在包含车辆350(其可为自驾车辆)的环境300中，旋转传感器外壳352可容置LIDAR及/或以高速率(例如(举例来说)在约0.5Gb/s与约2.5Gb/s之间)生成数据的其它传感器系统。如此处描述，可期望旋转数据耦合器301的低截止频率在约数据速率的约十分之一(例如，在约50MHz与约250MHz之间)与数据速率的约二十分之一(例如，在约25MHz与125MHz之间)之间。在此环境300中，电容旋转数据耦合器301，如本文中描述，可非常适合于实现所描述的频率响应同时还满足所描述的尺寸约束。

图4是展示可(例如)利用旋转数据耦合器(例如本文中描述的旋转数据耦合器100、200、301)执行的过程流400的一个实例的流程图。在操作402处，发射器系统(例如发射器系统110)生成发射信号，例如发射信号112。在一些实例中，发射信号是数字信号。在其中发射器系统是LIDAR、RADAR或其它传感器阵列的实例中，发射信号表示由传感器阵列处的一或多个传感器生成的输出。

在操作404处，旋转数据耦合器的发射器相对于旋转数据耦合器的接收器旋转。此可包含旋转发射器同时保持接收器静止、旋转接收器同时保持发射器静止及/或旋转接收器及发射器两者。当发射信号在操作402处生成时，可执行发射器相对于接收器的旋转。举例来说，当传感器阵列旋转时，其可生成数据。

在操作406处，发射器跨旋转的旋转数据耦合器发射发射信号。举例来说，发射器提供表示跨旋转数据耦合器的发射带(例如，106A、106B)的发射信号的电流及/或电压。在操作408处，接收器接收接收到的信号，如本文中描述，所述信号可跨旋转数据耦合器的接收带(例如，108A、108B)出现。举例来说，发射信号引起指示发射信号的通过接收器电阻(例如114)的电流及/或跨接收器电阻的电压。差分放大器再次驱动所述电流及/或电压，如本文中描述，以在差分放大器的输出处生成接收到的信号。

图5是说明计算装置硬件架构500的框图，指令集或指令序列可在所述计算装置硬件架构中执行以致使机器执行本文中论述的方法论中的任一者的实例。架构500可描述(例如)发射器系统(例如图1的发射器系统110)、接收器系统(例如图1的接收器系统120)。在一些实例中，架构500还可描述传感器系统357、感知系统354、控制系统356等的全部或部分。

架构500可操作为独立装置或可经连接(例如，联网)到其它机器。在联网部署中，架构500

可作为服务器或客户端机器操作于主从式网络环境中，或其可用作对等(或分布式)网络环境中的对等机器。架构500可实施于个人计算机(PC)、平板PC、混合平板、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、网络设备、网络路由器、网络交换机、网络桥或能够执行指定将由所述机器采取的操作的指令(循序或以其它方式)的任何机器中。

实例架构500包含处理器单元502，其包括至少一个处理器(例如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)或两者、处理器核心、计算节点等)。架构500可进一步包括主存储器504及静态存储器506，其经由链路508(例如总线)与彼此通信。架构500可进一步包含视频显示器单元510、输入装置512(例如键盘)及UI导航装置514(例如鼠标)。在一些实例中，视频显示器单元510、输入装置512及UI导航装置514经并入到触摸屏显示器中。架构500可另外包含存储装置516(例如驱动单元)、信号发生装置518(例如扬声器)、网络接口装置520及一或多个传感器(未展示)，例如全球定位系统(GPS)传感器、罗盘、加速度计或其它传感器。

在一些实例中，处理器单元502或另一合适的硬件组件可支持硬件中断。响应于硬件中断，处理器单元502可暂停其处理及执行(例如)ISR，如本文中描述。

存储装置516包含其上存储有体现本文中描述的方法论或功能中的任一或多者或由所述任一或多者利用的一或多组数据结构及指令524(例如软件)的机器可读媒体522。指令524在由架构500执行其期间还可完全或至少部分驻存于主存储器504内、静态存储器506内及/或处理器单元502内，其中主存储器504、静态存储器506及处理器单元502也构成机器可读媒体。

可执行指令及机器存储媒体

各种存储器(即，504、506及/或处理器单元502的存储器)及/或存储装置516可存储体现本文中描述的方法论或功能中的任一或多者或由所述任一或多者利用的一或多组指令及数据结构(例如指令)524。这些指令在由处理器单元502执行时致使各种操作实施所揭示的实例。

如本文中使用，术语“机器存储媒体”、“装置存储媒体”、“计算机存储媒体”(统称为“机器存储媒体522”)意味着相同事物且在本发明中可互换使用。所述术语指代存储可执行指令及/或数据的单个或多个存储装置及/或媒体(例如，集中式或分布式数据库及/或相关联高速缓存及服务器)，还指代包含多个存储设备或装置的基于云的存储系统或存储网络。所述术语应相应地被理解为包含(但不限于)固态存储器及光学及磁性媒体，包含处理器内部或外部的存储器。机器存储媒体、计算机存储媒体及/或装置存储媒体522的特定实例包含非易失性存储器，包含(通过实例)半导体存储器装置，例如，可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、FPGA及快闪存储器装置；磁盘，例如内部硬盘及抽取式磁盘；磁光盘；及CD-ROM及DVD-ROM磁盘。术语机器存储媒体、计算机存储媒体及装置存储媒体522明确排除载波、经调制数据信号及其它此类媒体，其中至少一些由下文论述的术语“信号媒体”涵盖。

信号媒体

术语“信号媒体”或“传输媒体”应被理解为包含任何形式的经调制数据信号、载波等等。术语“经调制数据信号”意味着设置或改变其特性中的一或多者以编码信号中的信息的信号。

计算机可读媒体

术语“机器可读媒体”、“计算机可读媒体”及“装置可读媒体”意味着相同事物且在本发明中可互换使用。术语经定义以包含机器存储媒体及信号媒体两者。因此，术语包含存储装置/媒体及载波/经调制数据信号两者。

指令524可经过通信网络526使用传输媒体经由网络接口装置520利用数个众所周知的传送协议中的任一者(例如HTTP)进一步传输或接收。通信网络的实例包含LAN、WAN、因特网、移动电话网络、普通的老式电话服务(POTS)网络及无线数据网络(例如Wi-Fi、3G及5GLTE/LTE-A或WiMAX网络)。术语“传输媒体”应被理解为包含能够存储、编码或载送用于由机器执行的指令且包含数字或模拟通信信号或促进此软件的通信的其它无形媒体的任何无形媒体。

贯穿本发明，多个例子可实施描述为单个例子的组件、操作或结构。尽管一或多个方法的个别操作被说明且描述为单独操作，但个别操作中的一或多者可同时执行，且无需按说明的顺序执行所述操作。在实例配置中呈现为单独组件的结构及功能性可经实施为经组合结构或组件。类似地，呈现为单个组件的结构及功能性可经实施为单独组件。这些及其它变化、修改、新增及改进落于本文中标的物的范围内。

在本发明中将各种组件描述为以特定方式配置。组件可以任何适合的方式配置。举例来说，是计算装置或包含计算装置的组件可经配置具有编程计算装置的合适的软件指令。组件也可借助于其硬件布置配置或以任何合适的方式配置。

上文描述希望是说明性的，而非限制性的。举例来说，上述实例(或其一或多个方面)可与其它者组合使用。其它实例可(例如)由所属领域的一般技术人员在审阅上文描述之后使用。说明书摘要允许读者快速地确定技术揭示内容的性质。提交说明书摘要的前提是应理解其将不用于解译或限制权利要求书的范围或意义。

而且，在上文具体实施方式中，各种特征可分组在一起以简化本发明。然而，权利要求书无法陈述本文中揭示的每个特征，这是因为实例的特征可在于所述特征的子集。此外，实例可包含比在特定实例中揭示的特征更少的特征。因此，所附权利要求书特此并入到具体实施方式中，其中每一权利要求本身独立作为单独实例。本文中揭示的实例的范围将参考所附权利要求书以及授权给此类权利要求的等效物的完整范围确定。

Claims

1.一种数字旋转数据耦合器，其包括：

发射器，其包括第一发射器带及第二发射器带；及

接收器，其包括：

接收器外壳，其经定位以相对于所述第一发射器带及所述第二发射器带旋转；

第一接收器带，其经定位成与所述第一发射器带相对以形成第一电容器；

第二接收器带，其经定位成与所述第二发射器带相对以形成第二电容器；

电阻，其电耦合于所述第一接收器带与所述第二接收器带之间；及

差分放大器，其包括反相输入及非反相输入，所述非反相输入电耦合到所述第一接收器带且所述反相输入电耦合到所述第二接收器带。

2.根据权利要求1所述的数字旋转数据耦合器，其中所述第一发射器带与所述第一接收器带之间的间隙是至少约1毫米。

3.根据权利要求1所述的数字旋转数据耦合器，其中所述电阻在约1千欧姆与100千欧姆之间。

4.根据权利要求1所述的数字旋转数据耦合器，其中所述电阻在约1千欧姆与100千欧姆之间，且所述第一电容器具有小于1微微法拉的电容。

5.根据权利要求1所述的数字旋转数据耦合器，其中所述发射器进一步包括圆柱体，且其中所述第一发射器带经定位成至少部分围绕所述圆柱体的圆周。

6.根据权利要求5所述的数字旋转数据耦合器，其中所述接收器进一步包括经设定大小以接纳所述圆柱体的空腔，且其中所述第一接收器带经定位成至少部分围绕所述空腔的壁的圆周。

7.根据权利要求1所述的数字旋转数据耦合器，其中所述接收器进一步包括圆柱体，其中所述第一接收器带经定位成至少部分围绕所述圆柱体的圆周，且其中所述发射器进一步包括经设定大小以接纳所述圆柱体的空腔。

8.根据权利要求1所述的数字旋转数据耦合器，其进一步包括第二通道，其中所述第二通道包括：

第三接收器带；

第四接收器带；

第三发射器带；及

第四发射器带，其中所述第三发射器带及第四发射器带经定位以相对于所述第三接收器带及所述第四接收器带旋转。

9.一种旋转数据耦合器，其用于将来自发射器的数字信号耦合到接收器，所述旋转数据耦合器包括：

第一外壳，其包括经电耦合以接收数字发射信号的第一发射器带及第二发射器带；及

第二外壳，其能相对于所述第二外壳围绕旋转轴旋转，所述第二外壳包括：

接收器电阻器，其电耦合于所述第一接收器带与所述第二接收器带之间；及

差分放大器，其包括电耦合到所述第一接收器带的非反相输入及电耦合到所述第二接收器带的反相输入，其中所述差分放大器将生成接收到的信号。

10.根据权利要求9所述的旋转数据耦合器，其中所述旋转数据耦合器的通带包含所述数字信号的最小转换频率。

11.根据权利要求9所述的旋转数据耦合器，其中所述第二外壳包括圆柱体，且其中所述第一接收器带经布置成至少部分围绕所述圆柱体的圆周。

12.根据权利要求10所述的旋转数据耦合器，其中所述第一外壳包括空腔，且其中所述第一发射器带经定位成至少部分围绕所述空腔，且其中所述圆柱体至少部分定位于所述空腔中以对准所述第一接收器带与所述第一发射器带。

13.根据权利要求9所述的旋转数据耦合器，其中所述第一外壳包括圆柱体，其中所述第一发射器带至少部分围绕所述圆柱体的圆周缠绕，其中所述第二外壳包括空腔，且其中所述第一接收器带经定位成至少部分围绕所述空腔，且其中所述圆柱体至少部分定位于所述空腔中以对准所述第一发射器带与所述第一接收器带。

14.根据权利要求9所述的旋转数据耦合器，其中所述第一发射器带经定位成距所述第一接收器带至少约1毫米。

15.根据权利要求9所述的旋转数据耦合器，其中所述数字发射信号是以第一数据速率，其中所述第一电容器的电容小于1微微法拉，且其中所述旋转数据耦合器的截止频率小于所述第一数据速率的约十分之一。

16.根据权利要求9所述的旋转数据耦合器，其中所述数字发射信号是以第一数据速率，其中所述第一电容器的电容小于约1微微法拉，且其中所述旋转数据耦合器的截止频率小于所述第一数据速率的约二十分之一。

17.根据权利要求9所述的旋转数据耦合器：

其中所述第一外壳进一步包括：

第三接收器带；

第四接收器带；及

第二接收器电阻器，其电耦合于所述第三接收器带与所述第四接收器带之间；及

第二差分放大器，其包括电耦合到所述第三接收器的第二非反相输入及电耦合到所述第四接收器带的反相输入，其中所述第二差分放大器将生成第二接收到的信号。

18.一种操作旋转数据耦合器的方法，所述旋转数据耦合器包括：发射器，其包括第一发射器带及第二发射器带；及接收器，其包括电耦合到所述第一发射器带以形成第一电容器的第一接收器带、电耦合到所述第二发射器带以形成第二电容器的第二接收器带、所述第一接收器带与所述第二接收器带之间的电阻，及电耦合到所述第一接收器带及所述第二接收器带的差分放大器，所述方法包括：

相对于所述接收器旋转所述发射器；

当所述发射器相对于所述接收器旋转时，在所述第一发射器带及所述第二发射器带处提供数字发射信号；及

在所述差分放大器的输出处接收接收到的信号。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述旋转数据耦合器的通带包含所述数字信号的最小转换频率。

20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在所述第一接收器带的圆周内旋转所述第一发射器带。