CN1992547B - 驱动天线的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驱动天线(118)的系统(100)和方法。系统(100)包括以驱动信号驱动天线(118)的驱动装置(110、112、114)。系统(100)还包括具有接收传输数据信号(106)的输入端的调制装置(102)，识别传输数据信号(106)的电平变化并控制驱动信号(108)的占空比的数据识别装置(122)。当识别出所述传输数据的电平变化，数据识别装置(122)提供驱动信号(108)的占空比的定时增加。

Description

驱动天线的系统和方法

技术领域

本发明涉及驱动天线的短距离无线通信系统和方法，特别涉及通过调幅驱动感应天线，例如用于在一组助听器之间或一组助听器之一与附件之间进行通信的助听器系统。

背景技术

通信系统技术现状，如美国专利申请No.US2005/0089183所公开的方法和装置特此结合在以下说明中作为参考，通常是使用以极低数据速率运行的感应链路，从而避免大功率的需求。该专利申请所公开的方法和装置把各类数据包按优先级排序，从而例如使远程控制单元中断一组助听器之间的通信。

在上下文中的传感链路解释为磁性链路，通常用于一组助听器之间，或助听器与附件如蓝牙网关、远程控制器或类似装置之间的短距离无线通信。然而，由于电池小，助听器只能获得有限的功率，因此希望天线尽量功率效率高。这种天线要以最低电流消耗产生尽可能强的磁场。

限制的因素是要在功率效率与天线带宽之间达到基本的平衡。设计成具有低损耗的天线致使其带宽小，因此数据传送速率不够。另一方面，设计为小带宽的天线会使所发送的信号的包络的变化不够快从而不能携带所要的调制，即在下一比特发送前接收机不能寄存已被发送的一比特。

发明内容

本发明的一个目的是在使用与可获得的有限功率相匹配的天线时提供一种在通信链路中提供高数据速率的短距离无线通信系统和方法。

本发明的另一个目的是提供能在一组助听器之间或在附件与一组助听器的任意一个之间提供高数据传送速率的助听器系统。

本发明独特的优点是提供增大的数据传送速率而不引入功率消耗的显著增加。

上述目的和优点及其他诸多的目的、优点和特征将从下面的详细说明中变得明显，并根据本发明的第一方面由驱动天线的短距离无线通信系统实现，所述系统包括适于利用驱动信号驱动所述天线的驱动装置和具有适于接收传输数据信号的输入端的调制装置，适于识别在所述输入端上出现的所述传输数据信号的电平变化并适于控制所述驱动信号占空比比的数据识别装置，其中当所述数据识别装置在识别出所述传输数据中的电平变化时，所述数据识别装置还适于提供所述驱动信号的占空比的定时增量。

在上下文中的术语“系统”解释为用于发射机的传输系统或驱动系统或发射机本身。

因此，根据本发明的第一方面，系统提供了用于处理较快传输速率的简单装置，而不明显增加功率消耗。当系统为电池驱动装置如耳机、头戴式耳机或助听器时，对功率消耗的考虑有特别重要的意义。

根据本发明的第一方面，驱动信号可包括范围在10%-40%之间的普通占空比，例如25%。占空比有利地保持较低以节省功率。驱动信号可以进一步包括在传输数据中电平变化期间50%的占空比。因此当数据识别装置识别出电平变化时数据识别装置可将驱动信号的占空比从25%增加到50%，增大后的占空比保持定时的周期。

根据本发明第一方面，定时增量可由系统根据比特传输周期和传输时钟信号周期决定。此外定时增量可由系统在1至50个传输时钟信号周期之间定义，例如10、20、30或40。定时增量还可由系统定义为调制装置先前所接收到的传输数据信号的函数。因此定时增量可定义为恒定的时间周期或定义为系统先前传输的传输数据的函数。由于相对于数据类型控制功率消耗，后面的学习函数提供了发明的进一步的优点。

根据本发明的第一方面，调制装置可包括应用数字振幅调制，如脉冲振幅调制、振幅开关键控或带开关键控的幅移键控的脉宽调制单元。因此可以在系统中使用多种调制技术以满足广泛的调制种类的要求。

根据本发明的第一方面，天线可包括感应耦合器。感应耦合器可包括电感、电容、电阻或其任意组合。感应耦合器在低功率/小范围的通信方式中特别有优势，如在一组助听器中或在助听器与附件之间实现双声道的通信。

根据本发明的第一方面，驱动装置可适于差动地驱动所述天线。

根据本发明的第一方面，数据识别装置可包括适合用于存储所述上一比特周期传输数据的电平的锁存装置，适于将所述已存储的上一比特周期传输数据的电平与当前比特周期传输数据的电平做比较的比较器，以及适于控制所述调制装置的占空比的占空比控制装置。数据识别装置可与调制装置集成实施。锁存装置可包括触发器如D触发器，比较器可包括异或门。

根据本发明的第二方面，上述目的、优点和特征与多个其他的目的、优点和特征将从下面的详细说明中变得明显，并由驱动天线的短距离无线通信方法实现，所述方法包括以驱动信号驱动所述天线，将传输数据信号输入到调制装置的输入端，识别在所述输入端上出现的所述传输数据信号的电平变化，控制所述驱动信号的占空比，以及当识别到所述传输数据的电平变化时为所述驱动信号的占空比提供定时增量。

根据本发明第二方面方法可结合根据本发明第一方面的系统的任何特征。

根据本发明的第三方面，上述目的、优点和特征与多个其他的目的、优点、特征将从下面的详细说明中变得明显，并通过在一组助听器或在助听器附件中使用根据本发明的第一方面的驱动天线的所述短距离无线系统实现。

根据本发明第三方面的应用中可结合根据本发明第一方面的系统和/或根据本发明第二方面的方法的任何特征。

附图说明

参考所述附图，通过下面对本发明优选实施例的说明性和非限制性的详细描述，本发明上述的及附加的目的、优点和特性将能更好地被理解，其中：

图1是根据本发明第一实施例的感应发射机的框图；

图2a和2b是根据本发明第一实施例的传输时钟信号与传输数据信号图；以及

图3a和3b是根据现有技术的发射机的感应电流包络图，以及根据本发明第一实施例的感应电流包络图。

具体实施方式

在对各种实施例的下述说明中，参考了附图，其通过说明的方式表示了本发明是怎样实施的。应该理解，使用其他实施例，以及做出结构性和功能性的修改，不脱离本发明的范围。

图1表示了根据本发明第一实施例的发射机100的框图。发射机100包括脉宽调制器（PWM）单元102，脉宽调制器单元102具有用于接收传输时钟信号104的第一输入端，如图2a中所示，具有用于接收传输数据信号106的第二输入端，如图2b中所示，以及具有用于接收控制或斜坡信号的第三输入端107，当传输数据信号106出现在第二输入端时，控制或斜坡信号用于改变脉冲宽度调制信号108的占空比。

在系统的可替换实施例中，PWM单元102包括控制脉冲宽度调制信号108的占空比的内部DC斜坡元件。

如相关图中所示，PWM单元102产生脉冲宽度调制信号108。脉冲宽度调制信号108的占空比由正脉冲宽度（t1）相对于总的脉冲信号周期（t1+t2）的比定义。

本发明的第一实施例中“0”比特由在一个比特周期内关闭发射机（零振幅）表示，“1”比特由在一个比特周期内传输一固定振幅的信号表示。本领域的普通人员能清楚地知道其他电平的组合也是可能的。

脉冲宽度调制信号108直接传到第一驱动器110，此外，还通过反相器112传到第二驱动器114。因此，第一驱动器110向提供天线118第一驱动信号116，第二驱动器114向天线118提供第二驱动信号120。第二驱动信号120相对于第一驱动信号116是反相的。

天线118包括电感、电容、电阻或其任意组合。天线118可明显地包括多个电感、电容、电阻或其任意结合。

通常，为了节省功率PWM单元102的占空比在比特周期的稳定电平期间保持较低，通常在10%-40%之间，例如25%。即脉冲宽度调制信号108为正的部分是脉冲宽度调制信号108周期的四分之一。显然，在传输中比特周期的稳定电平期间的占空比可保持甚至低于10%，然而，经验告诉我们将占空比保持在10%-40%之间的范围传输质量和效率是最佳的。

然而，根据本发明的第一实施例，当PWM单元102接收到第三输入端107的控制信号，并且传输数据信号106出现在第二输入端上时，PWM单元102启动的定时预加重占空比为50%，从而改进在传输数据信号106时电平改变期间的响应时间。由于克服了天线的带宽限制允许更高的传输速率，因此这是特别有利的。

在可替换的实施例中，PWM单元102中的内部DC斜坡元件识别传输数据信号106中的这些电平变化，PWM单元102启动定时的预加重占空比为50%，从而改进电平变化期间的响应时间。

系统100的定时预加重占空比是可编程的，从而可根据比特周期长度和时钟周期有效选择合适的占空比的定时增量。根据本发明的第一实施例，在系统100中，定时预加重占空比信号被编程为持续3至8个时钟周期。

在PWM单元102的第三输入端107上提供的控制信号由电平检测单元122产生，电平检测单元122具有用于接收传输时钟信号104的第一输入端124，和用于接收传输数据信号106的第二输入端126。电平检测单元122包括接收传输时钟信号104和向锁存器130如D触发器提供比特周期信号的时间分配器128。锁存器130接收传输数据信号106，并根据比特周期信号存储一个比特周期的传输数据信号106。锁存器130的输出（Q），即存储的传输数据信号106的上一比特，与传输数据信号106的当前比特一起被转发到比较器单元132。比较器单元132将当前比特与上一比特做比较，如果当前比特与前一比特的值不同，比较器单元132设置标记位。比较器单元132可以用异或门实现。

电平检测单元122还可包括占空比控制器134，其从比较器单元132接收标记位，产生相应的控制信号107，并将该控制信号107转发到电平检测单元122的输出端136。输出端136连接到PWM单元102的第三输入端107。占空比控制器134可以用缓冲器实现，或标记位也可直接转发到PWM单元102。

在系统100的可替换实施例中，电平检测单元122被集成到PWM单元102中。

图3a是天线118中分别相对于传输时钟信号104和传输数据信号106的感应电流（ILenvelope）的包络图。图中表示了当PWM单元102以占空比25%工作时，天线118如何响应传输数据信号106。此外，从图3a可清楚地知道由于25%的占空比导致的慢响应导致了传输数据信号104中一些信息的丢失。

另一方面，图3b是根据本发明在天线118中的感应电流（ILenvelope）包络图。当PWM单元102识别出数据序列将要被传输时，PWM单元102为传输数据信号106的第一部分启动的预加重占空比为50%，从而增加天线118的响应时间并降低信息的损失。

因此得到了解决方案，它能明显改进发射机100的带宽，同时使功率消耗保持最小。

Claims (12)

1.一种驱动天线的短距离无线通信系统，包括

以驱动信号驱动所述天线的驱动装置，

具有接收传输数据信号的输入端的调制装置，

识别在所述输入端上出现的传输数据信号的电平变化并且控制所述驱动信号的占空比的数据识别装置，

其中当所述数据识别装置识别出传输数据信号的电平变化时，所述数据识别装置还提供所述驱动信号的占空比的定时增量，所述系统根据比特周期长度和传输时钟信号周期确定定时增量。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述驱动信号在比特周期的稳定电平期间的占空比范围为10％-40％之间。

3.如权利要求1-2中任一所述的系统，其中所述驱动信号在所述传输数据信号的电平变化期间的占空比为50％。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述定时增量在1至50个传输时钟信号周期之间的范围是可编程的。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述系统适于将定时增量定义为所述调制装置先前所接收到的传输数据信号的函数。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述调制装置包括应用数字振幅调制的脉冲宽度调制单元。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述天线包括感应耦合器。

8.如权利要求7所述的系统，其中所述感应耦合器包括电感、电容或电阻，或者三者的任意结合。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述驱动装置适于差动地驱动所述天线。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述数据识别装置包括

存储上一比特周期传输数据信号的电平的锁存装置，

将所述已存储的上一比特周期传输数据信号的电平与当前比特周期传输数据信号的电平做比较的比较器，以及

控制所述调制装置的占空比的占空比控制装置。

11.一种驱动天线的短距离无线通信方法，包括

利用驱动信号驱动所述天线，

将传输数据信号输入到调制装置的输入端，

识别所述输入端上出现的所述传输数据信号的电平变化，

控制所述驱动信号的占空比，以及

当识别出所述传输数据信号的电平变化时，提供所述驱动信号的占空比的定时增量，根据比特周期长度和传输时钟信号周期确定所述定时增量。

12.驱动天线的短距离无线通信系统在一组助听器或助听器附件中的应用，其中所述系统是如权利要求1-10中任一所述的系统。