CN117200831B - 非接触式连接器及非接触式连接器系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种非接触式连接器及非接触式连接器系统。非接触式连接器包括，发射电路、接收电路、比较放大器、主通道发射管脚、主通道接收管脚、副通道控制器、副通道发射管脚、副通道接收管脚，其中，所述发射电路被配置为接收所述主通道发射管脚的信号并发射至对端的非接触式连接器；所述接收电路被配置为将接收自所述对端的非接触式连接器的信号并输出至所述主通道接收管脚；所述比较放大器被配置为比较所述接收电路的输出电压与基准电压，并输出比较结果；以及所述副通道控制器被配置为：基于所述副通道发射管脚的控制副通道信号调整所述发射电路的输出功率。

Description

非接触式连接器及非接触式连接器系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种非接触式连接器及非接触式连接器系统。

背景技术

非接触式连接器可以利用无线射频链路来实现无线连接，以用于传输电力或数据。常见的连接器比如是充电连接器或数据连接器，例如新能源汽车充电连接器、车载以太网连接器、笔记本电脑和手机的USB数据、充电二合一连接器等。

然而，目前非接触式连接器系统中的全双工电路虽然可以支持一对设备的高速数据传输，但是不支持辅助通道的通信。

发明内容

本申请提供了一种非接触式连接器及非接触式连接器系统，能够支持辅助通道的通信。

本申请的第一方面公开了一种用于非接触式连接器，包括，发射电路、接收电路、比较放大器、主通道发射管脚、主通道接收管脚、副通道控制器、副通道发射管脚、副通道接收管脚，其中，所述发射电路被配置为接收所述主通道发射管脚的信号并发射至对端的非接触式连接器；所述接收电路被配置为将接收自所述对端的非接触式连接器的信号并输出至所述主通道接收管脚；所述比较放大器被配置为比较所述接收电路的输出电压与基准电压，并输出比较结果；以及所述副通道控制器被配置为：基于所述副通道发射管脚的控制副通道信号调整所述发射电路的输出功率；以及在所述输出电压大于所述基准电压时，输出第一信号至所述副通道接收管脚；在所述输出电压小于所述基准电压时，输出第二信号至所述副通道接收管脚，其中所述第一信号和所述第二信号不同。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述副通道控制器被配置为基于所述副通道发射管脚的副通道信号调整所述发射电路的输出功率包括，当所述副通道发射管脚的副通道信号为高电平信号时，调整所述发射电路的平均输出功率为高功率输出；以及当所述副通道发射管脚的副通道信号为低电平信号时，调整所述发射电路的平均输出功率为低功率输出。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述发射电路包括功率放大器，通过调整所述功率放大器的偏置信号以调整所述输出功率。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述第一信号为高电平信号，所述第二信号为低电平信号。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述副通道控制器的末端包括脉冲整形单元。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述接收电路包括：低噪声放大器、解调器、以及基带限幅放大器，并且所述比较放大器与所述低噪声放大器、所述解调器、所述基带限幅放大器其中之一的输出端连接。

在上述第一方面的一种可能的实现中，还包括耦合器，所述耦合器被配置为将所述接收电路上的输出电压耦合输出至所述比较放大器。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述基准电压为所述非接触式连接器和所述对端的非接触式连接器之间距离确定且无线连接初始化时的校准电压值。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述接收电路还包括单端差分转换器。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述非接触式连接器适用于频率范围为57GHz-64GHz的射频信号。

在上述第一方面的一种可能的实现中，所述非接触式连接器遵循通用串行总线USB协议或移动行业处理器接口MIPI协议或外围组件互连快件PCIe协议。

本申请的第二方面公开了一种非接触式连接器系统，包括第一连接器和第二连接器，所述第一连接器或第二连接器为如本申请的第一方面所述的非接触式连接器。

本申请提供的用于非接触式连接器及非接触式连接器系统，在两端的连接器中增加比较放大器、副通道控制器以及副通道发射管脚和副通道接收管脚。可以通过副通道发射管脚向副通道控制器发送包括高/低电平信号的副通道信号，副通道控制器可以根据副通道信号中的高/低电平信号对应地控制发射机的平均功率，向对端传送低速率信息；副通道控制器根据比较放大器的比较结果向副通道接收管脚发送高/低电平信号，保证通道接收端的数据传输。由此，本端的副通道发射管脚和对端的副通道接收管脚之间的数据传输可以借助主通道实现副通道的通信。

附图说明

图1a为本申请的一个实施例的场景图；

图1b为本申请的一个实施例的非接触式连接器系统100的结构示意图；

图2a为本申请一个实施例的非接触式连接器200的电路结构图；

图2b为申请一个实施例的主、副通道以及合成信号的波形示意图；

图3为本申请一个实施例的副通道信号传输逻辑示意图；

图4为本申请一个实施例的副通道信号传输逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本申请做进一步说明。可以理解的是，本公开的说明性实施例包括但不限于用于非接触式连接器及非接触式连接器系统，此处描述的具体实施例仅仅是为了解释本申请，而非对本申请的限定。此外，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部的结构或过程。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

连接器，又称作接插件、插头和插座，其用金属接点作为媒介，以传输电力或信号。常见的连接器比如是充电连接器或数据连接器，例如新能源汽车充电连接器、车载以太网连接器、笔记本电脑和手机的USB数据、充电二合一连接器等。

图1a示出了本申请的一个实施例的场景图。图1中的设备包括非接触式连接器系统100，包括通过非接触式连接的两个设备（连接器）101和102。设备101和设备102中的一者为本端设备，另一者为对端设备。

非接触式连接器系统100可以利用无线射频链路来代替传统连接器中的金属触点。在连接器的两端设备101、102靠近时即可实现连接。对于非接触式连接器，因为无需要用力接插，所以可提高装置连接器的安全性。此外非接触式连接器的防水性、防尘性具备全球通用的标准规格，可方便的提供给各设备使用。

非接触式连接器的便利性使得非接触式连接器在各领域（无线充电和无线数据连接领域）加速普及。例如，设备101可以为电脑，设备102可以为移动硬盘或摄像头，设备101和设备102之间根据USB协议实现无线传输。

图1b示出了本申请的一个实施例的非接触式连接器系统100的结构示意图。连接器系统100包括本端的连接器，包括发射电路110、接收电路120、发射管脚（T_T1）130以及接收管脚（T_R2）140。连接器系统100还包括对端的连接器，包括发射电路110’、接收电路120’、发射管脚（T_T1）130’以及接收管脚（T_R2）140’。

连接器通过发射管脚（T_T1）130以及发射电路110发送信号以通过天线输出，接收电路120接收来自天线的信号并通过接收管脚（T_R2）140。本端的连接器的发射管脚（T_T1）130和对端连接器的接收管脚（T_R2）140’之间、以及对端连接器的发射管脚（T_T2）130’和本端的连接器的接收管脚（T_R1）140之间构成了主通道以传输主通道的数据。

从Type-C开始，USB协议扩充了通讯信号通道。除了数据传输通道，还包括副通道：CC线通道和SBU1/SBU2通道。其中，CC通道可以在USB系统开始工作之前作为配置通道。通过CC通道可以协商自己的电力角色，例如供电者或者用电者。通过CC通道可以告知对方数据传输模式，例如下行流DFP，上行流UFP，或者双流DRP。在一些示例中，可以通过CC通道告知对方是否可以工作在usb4状态（支持20Gbps或40Gbps），是否支持Thunderbolt，DisplayPort等嵌入式协议。在其它的示例中，在USB系统工作时，CC通道可以保持连接状态，用于告知对方自己端口行为的状态或者动态交换供电和数据流的角色。

然而，在非接触式连接器100中应用USB协议时，虽然其中的全双工电路可以支持一对设备的数据传输，比如支持主通道上管脚之间的高速数据的传输，但不能完全支持USB所有功能，例如不能实现上述如CC通道的副通道的功能。

为了解决上述问题，本申请在两端的连接器中增加比较放大器、副通道控制器以及副通道发射管脚和副通道接收管脚。可以通过副通道发射管脚向副通道控制器发送高/低电平信号，以控制发射机的平均功率，向对端传送低速率信息；副通道控制器根据比较器的比较结果向副通道接收管脚发送高/低电平信号，保证通道接收端的数据传输。由此，本端的副通道发射管脚和对端的副通道接收管脚之间的数据传输可以实现副通道的通信。

为了说明该点，图2a示出了本申请的一个实施例的一种可以实现主通道和副通道的非接触式连接器200。

图2a中的第一连接器200和非接触式连接器系统的第二连接器（未示出）进行非接触式通信，以便在第一连接器200和第二连接器之间收发信号。第一连接器200包括：发射电路210、接收电路220、比较放大器230、副通道控制器240、主通道发射管脚（T_T1）251、主通道接收管脚（T_R1）252、副通道发射管脚（T_T2）261以及副通道接收管脚（T_R2）262。

发射电路210用于基于接收自主通道发射管脚（T_T1）251的信号并发射至对端的非接触式连接器。在图2a中，发射电路210将来自主通道发射管脚（T_T1）251的输入信号和来自振荡器211的载波信号调制，再将调制的高频信号通过功率放大器（PA）213进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的另一端第二连接器的接收电路可以接收到满意的信号电平。其中，功率放大器是发射电路中的重要部分，位于发射电路的末级，用于功率放大。

接收电路220用于将接收自对端的非接触式连接器的射频信号并输出至主通道接收管脚（T_R1）252。在图2a中，接收电路220从天线端口接收射频信号，并将接收的射频信号进行解调得到输出信号。接收电路220包括低噪声放大器（LNA）221和解调器222。

连接器200通过主通道发射管脚（T_T1）251和发射电路210向外发射信号，通过接收电路220和通道接收管脚（T_R1）252接收信号，从而实现主通道的数据传输。

在一些实施方式中，参照图2a，接收电路中还包括单端差分转换器（single endto differential end, SE-Diff）223，单端差分转换器223被配置为降低发射电路中的功率放大器的干扰。单端差分转换器223可以将接收电路信号链中的单端信号转换为差分信号。由于差分信号在一组特定电源电压下使用较大信号，提高了对共模噪声的抑制能力，降低了二次谐波失真，因而实现了更高的信噪比。

在一些实施方式中，参照图2a，接收电路中还包括基带限幅放大器（BasebandAmplifier，BBA）224。基带限幅放大器224可以稳定接收电路220的输出功率。

比较放大器230被配置为将接收电路220的输出电压V_out与基准电压V_cal进行比较，并输出比较结果至副通道控制器240。在一些示例中，比较放大器230比较收到基带限幅放大器224的输出电压V_out与基准电压V_cal。如果输出电压V_out高于基准电压V_cal，则比较放大器230输出“1”至副通道控制器240。在一些示例中，如果输出电压V_out低于基准电压V_cal，表示低电平信号，则比较放大器230输出“-1”至副通道控制器240。

这里的基准电压V_cal可以是根据副通道的信号的平均功率来确定的。在一些示例中，在两端的连接器建立连接的初始阶段中确定基准电压V_cal。基准电压V_cal的数值会受两端连接器之间的天线端口之间的距离影响，当该距离确定即可确定基准电压V_cal的具体数值。因此基准电压V_cal可以为两端连接器之间距离确定且无线连接初始化时的校准电压值。

副通道控制器240被配置为基于比较结果向副通道接收管脚（T_R2）262的发送信号。当输出电压大于基准电压时，输出第一信号至副通道接收管脚；在输出电压小于基准电压时，输出第二信号至副通道接收管脚，其中第一信号和第二信号不同。即副通道控制器向副通道接收管脚发送反映不同比较结果的信号。例如，副通道控制器的末端可以包括脉冲整形单元，用于向副通道接收管脚（T_R2）262发送符合方波波形的信号，以适应副通道接收管脚（T_R2）后续的接收端的频带。当副通道控制器240接收信号“1”后，通过脉冲整形处理向副通道接收管脚（T_R2）262发送高电平信号；当副通道控制器240接收信号“-1”后，通过脉冲整形处理向副通道接收管脚（T_R2）262发送低电平信号。在其它的一些示例中，副通道控制器240可以根据比较结果直接向副通道接收管脚（T_R2）262发送信号波，在副通道接收管脚（T_R2）262后续的接收端可以设置脉冲整形单元将其转换为相应的高、低电平信号，使得信号适合接收端的频带。这种设置可以精简非接触式连接器的电路结构。在一些示例中，当输出电压等于基准电压时，副通道控制器可以不发送信号至副通道接收管脚（T_R2）262。

副通道控制器240还被配置为基于来自副通道发射管脚（T_T2）261的副通道信号调整发射电路的输出功率，使该输出功率不同于主通道的输出功率。在一些示例中，当副通道发射管脚的副通道信号为高电平信号时，调整发射电路的平均输出功率为高功率输出。在一些示例中，当副通道发射管脚的副通道信号为低电平信号时，调整发射电路的平均输出功率为低功率输出。

图2b示出了本申请的一个实施例的主、副通道以及合成信号的波形示意图。（1）示出了主通道信号的一种示例。（2）示出了副通道信号的一种示例。本领域的技术人员可以理解，主通道信号和副通道信号的形式由所传输的数据决定，不限于图2b中的形式，还可以为其它的多种形式。

在图2b的示例中，发射电路210计划向对端的连接器发送主通道信号（1），在基于来自副通道发射管脚（T_T2）261的副通道信号，即信号（2）的情况下，副通道控制器240被配置为调整功率放大器213的输出功率。在一些实施方式中，可以通过调节功率放大器213的偏置来调整输出功率（图中显示的也是240给213的控制信号，调整偏置）功率放大器213发射的信号的平均输出功率被调制成信号（3）输出。

为了更好地说明非接触式连接器的工作原理，图3示出了本申请一个实施例的副通道信号传输逻辑示意图。

在图3中，第一连接器和第二连接器通过无线连接，第一连接器和第二连接器的结构一致，其中第一连接器中的各个部件采用图2a中的标号。对应地，第二连接器中的各个部件利用图2a中的标号加单引号表示。

在S310中，第一连接器中通过副通道发射管脚（T_T2）261向副通道控制器240发射副通道信号，此时副通道信号为高电平信号。

在S311中，副通道控制器240根据接收到的高电平信号，调整发射电路210中的PA213的偏置。

在S312中， PA 213的偏置电压被调制，使得的PA 213平均输出功率被调制为高功率输出发送至向对端的第二连接器的接收电路220’。第二连接器中的比较放大器230’收到接收电路220’的输出电压V_out，将其与基准电压V_cal比较。

在S313中，比较放大器230’比较得出输出电压V_out高于基准电压V_cal，输出“1”给副通道控制器240’。

在S314中，副通道控制器240’ 基于从比较放大器230’接收的信号“1”和脉冲整形处理，输出相对应的高电平信号至副通道接收管脚T_R2262’。

在图3中，第一连接器的发射管脚（T_T2）261向第二连接器的接收管脚（T_R2）262’之间发送信号的传输方式可以作为连接器的副通道，在该条副通道中，借助了部分的主通道，如PA213至比较放大器230’之间的通道。

类似地，第二连接器也可以通过发射管脚（T_T2）261’向第一连接器的接收管脚（T_R2）262发送信号，参见图4。

在S320中，第二连接器中通过副通道发射管脚（T_T2）261’向副通道控制器240’发射副通道信号，此时副通道信号为低电平信号。

在S321中，副通道控制器240’根据接收到的低电平信号，调整发射电路210’中的PA 213’的偏置。

在S322中，PA 213’的偏置电压被调制，使得的PA 213’的平均输出功率被调制为低功率输出发送至向对端的第一连接器的接收电路220, 第一连接器的比较放大器230收到接收电路220的输出电压V_out，将其与基准电压V_cal比较。

在S323中，比较放大器230比较得出输出电压V_out低于基准电压V_cal，输出“-1”给副通道控制器240。

在S324中，副通道控制器240基于从比较放大器230’接收的信号“1”以及脉冲整形处理后，输出相对应的低电平信号至副通道接收管脚T_R2262。

在图4中，第二连接器的发射管脚（T_T2）261’向第一连接器的接收管脚（T_R2）262之间发送信号的传输方式可以作为连接器的副通道，在该条副通道中，借助了部分的主通道，如PA213’至比较放大器230之间的通道。

由此，连接器中的副通道控制器通过控制发射端的发射功率，向对端传送低速率信息，保证通道发送端的数据传输。另外，副通道控制器通过分析整形接收端的接收功率，保证了通道接收端的数据传输。可以根据实际情况设置图3-4中通过发射管脚发送的高或低电平信号。图3和图4的过程可以循环反复，使得收发两端的第一连接器和第二连接器的副通道保持通信。该副通道可以起到CC线的作用，无需收发两端的两个CC端口连接，从而实现无线互联。另外，副通道控制器调整发射电路的偏置，使得PA的平均输出功率随之变化，不影响或中断主通道上的数据传输。

本申请的连接器中通过副通道控制器实现副通道管脚之间的数据传输可作为其他低速率通道，以扩展无线连接器的应用范围。在一些示例中，非接触式连接器遵循通用串行总线USB协议、移动行业处理器接口MIPI协议或者外围组件互连快件PCIe协议。

通常，57-64GHz的频率范围被允许在非常低的传输功率和短距离未经许可的应用中使用。在一些示例中，本申请的连接器可应用57-64GHz的频率范围。

本申请还公开了一种非接触式的连接器系统，包括第一连接器和第二连接器。第一连接器或第二连接器为本申请中所述的非接触式连接器。在一个示例中，第一连接器和第二连接器实行全双工通信。第二连接器的内部电路结构与第一连接器的内部电路结构一致。第一连接器和第二连接器的发射机分别向对端的接收机发送信号，第一连接器和第二连接器的接收机分别接收来自对端的信号。

以上由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。为了提供对本申请的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本申请也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本申请的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

此外，各种操作将以最有助于理解说明性实施例的方式被描述为多个离散操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须依赖于顺序。特别是，这些操作不需要按呈现顺序执行。

除非上下文另有规定，否则术语“包含”，“具有”和“包括”是同义词。短语“A/B”表示“A或B”。短语“A和/或B”表示“（A和B）或者（A或B）”。

在一些情况下，所公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。所公开的实施例还可以被实现为由一个或多个暂时或非暂时性机器可读（例如，计算机可读）存储介质承载或存储在其上的指令，其可以由一个或多个处理器读取和执行。例如，指令可以通过网络或通过其他计算机可读介质的途径分发。因此，机器可读介质可以包括用于以机器（例如，计算机）可读的形式存储或传输信息的任何机制、但不限于、软盘、光盘、光盘、只读存储器（CD-ROM）、磁光盘、只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、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）、磁卡或光卡、闪存、或用于通过电、光、声或其他形式的传播信号（例如，载波、红外信号、数字信号等）通过因特网传输信息的有形的机器可读存储器。因此，机器可读介质包括适合于以机器（例如，计算机）可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的机器可读介质。

在附图中，以特定布置和/或顺序示出一些结构或方法特征。然而，应该理解，可以不需要这样的特定布置和/或排序。在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来布置。另外，在特定图中包含结构或方法特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元或是数据，但是这些单元或数据不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个特征与另一个特征进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一特征可以被称为第二特征，并且类似地第二特征可以被称为第一特征。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种非接触式连接器，其特征在于，包括，发射电路、接收电路、比较放大器、主通道发射管脚、主通道接收管脚、副通道控制器、副通道发射管脚、副通道接收管脚，其中，

所述发射电路被配置为接收所述主通道发射管脚的信号并发射至对端的非接触式连接器；

所述接收电路被配置为将接收自所述对端的非接触式连接器的信号并输出至所述主通道接收管脚；

所述比较放大器被配置为比较所述接收电路的输出电压与基准电压，并输出比较结果；以及

所述副通道控制器被配置为：

基于所述副通道发射管脚的副通道信号调整所述发射电路的输出功率；以及

在所述输出电压大于所述基准电压时，输出第一信号至所述副通道接收管脚；在所述输出电压小于所述基准电压时，输出第二信号至所述副通道接收管脚，其中所述第一信号和所述第二信号不同。

2.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，所述副通道控制器被配置为基于所述副通道发射管脚的副通道信号调整所述发射电路的输出功率包括，

当所述副通道发射管脚的副通道信号为高电平信号时，调整所述发射电路的平均输出功率为高功率输出；以及

当所述副通道发射管脚的副通道信号为低电平信号时，调整所述发射电路的平均输出功率为低功率输出。

3.根据权利要求1或2所述的非接触式连接器，其特征在于，所述发射电路包括功率放大器，通过调整所述功率放大器的偏置信号以调整所述输出功率。

4.根据权利要求2所述的非接触式连接器，其特征在于，所述第一信号为高电平信号，所述第二信号为低电平信号。

5.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，所述副通道控制器的末端包括脉冲整形单元。

6.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，所述接收电路包括：低噪声放大器、解调器、以及基带限幅放大器，并且所述比较放大器与所述低噪声放大器、所述解调器、所述基带限幅放大器其中之一的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，还包括耦合器，所述耦合器被配置为将所述接收电路上的输出电压耦合输出至所述比较放大器。

8.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，所述基准电压为所述非接触式连接器和所述对端的非接触式连接器之间距离确定且无线连接初始化时的校准电压值。

9.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，所述接收电路还包括单端差分转换器。

10.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，所述非接触式连接器适用于频率范围为57GHz-64GHz的射频信号。

11.根据权利要求1所述的非接触式连接器，其特征在于，所述非接触式连接器遵循通用串行总线USB协议或移动行业处理器接口MIPI协议或外围组件互连快件PCIe协议。

12.一种非接触式连接器系统，其特征在于，包括第一连接器和第二连接器，所述第一连接器或第二连接器为如权利要求1-11中的任一项所述的非接触式连接器。