TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Anmeldung betrifft die drahtlose Verbindung verschiedener Komponenten innerhalb eines elektrischen oder elektronischen Systems oder einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung.The present application relates to the wireless connection of various components within an electrical or electronic system or an electrical or electronic device.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Elektrische oder elektronische Vorrichtungen können verschiedene Komponenten umfassen, die miteinander kommunizieren müssen. In einigen Fällen kann eine oder können mehrere dieser Komponenten als austauschbare Module bereitgestellt werden. Beispiele solcher austauschbarer Module umfassen Druckerpatronen für Drucker oder Batteriemodule, welche insbesondere wiederaufladbare Batterien umfassen, Stromversorgungsvorrichtungen und auch beispielsweise optische Module für Kameras. Diese Komponenten müssen Informationen und Signale miteinander austauschen. Verschiedene Ansätze zur Datenübertragung zwischen Komponenten, Modulen oder Schaltungen von Vorrichtungen wurden in der Literatur erörtert und in Vorrichtungen implementiert.Electrical or electronic devices may include various components that need to communicate with each other. In some cases, one or more of these components may be provided as replaceable modules. Examples of such replaceable modules include printer cartridges for printers or battery modules, which in particular comprise rechargeable batteries, power supply devices and also, for example, optical modules for cameras. These components must exchange information and signals with each other. Various approaches to data transfer between components, modules or circuits of devices have been discussed in the literature and implemented in devices.
Die üblichste Lösung zum Bereitstellen einer Verbindung zwischen Komponenten besteht darin, Drahtleitungsverbindungen bereitzustellen, wobei Signale über Metallverbindungen übertragen werden. Wenngleich durch solche Drahtleitungsverbindungen hohe Datenraten bereitgestellt werden können, besteht der Hauptnachteil von Drahtleitungsverbindungen im verhältnismäßig großen benötigten Raum. Beispielsweise müssen im Fall austauschbarer Module entsprechende Verbinder bereitgestellt werden, die in Kontakt gebracht werden müssen. Die Größenanforderungen können insbesondere für tragbare elektronische Vorrichtungen in der Art von Smartphones oder Kompaktkameras kritisch werden, bei denen ein kompakter Formfaktor erforderlich ist.The most common solution for providing a connection between components is to provide wireline connections, with signals being transmitted over metal links. Although high data rates can be provided by such wireline connections, the major disadvantage of wireline connections is the relatively large space required. For example, in the case of replaceable modules, appropriate connectors must be provided which must be brought into contact. The size requirements may be particularly critical for portable electronic devices, such as smartphones or compact cameras, which require a compact form factor.
Ein anderer Ansatz zur Signalübertragung beruht auf einer induktiven oder kapazitiven Kopplung. Diese Techniken haben einige Einschränkungen infolge eines verhältnismäßig hohen Leistungsverbrauchs, der selbst bei kleinen Datenraten und für begrenzte Kommunikationsentfernungen notwendig ist. Dies gilt insbesondere für eine spannungsgetriebene kapazitive Kopplung, wobei hohe Spannungen erforderlich sind, um erhebliche Leistung über eine vernünftige Strecke zu übertragen. Eine induktive Kopplung erfordert die Verwendung zweier Spulen oder anderer Induktoren, einer auf einer Senderseite und einer auf einer Empfängerseite, mit gut ausgerichteten Achsen zur Verringerung von Interferenzen und zum Verbessern der Kopplung. Abhängig von der Vorrichtung kann für das Erreichen dieser Ausrichtung einiger Aufwand erforderlich sein. Ferner wird ähnlich der kapazitiven Kopplung eine gute Leistungseffizienz nur über verhältnismäßig kurze Abstände erreicht, wobei häufig die Verwendung zusätzlicher Resonanzkreise zum Abdecken größerer Entfernungen erforderlich ist.Another approach to signal transmission relies on inductive or capacitive coupling. These techniques have some limitations due to relatively high power consumption, which is necessary even at low data rates and for limited communication distances. This is especially true for a voltage-driven capacitive coupling where high voltages are required to transmit significant power over a reasonable distance. Inductive coupling requires the use of two coils or other inductors, one on a transmitter side and one on a receiver side, with well aligned axes to reduce interference and improve coupling. Depending on the device, some effort may be required to achieve this orientation. Further, similar to capacitive coupling, good power efficiency is achieved only over relatively short distances, often requiring the use of additional resonant circuits to cover longer distances.
Ein weiterer Ansatz sind Hochfrequenz(HF)-Drahtlosverbindungen. Hochfrequenzbasierte Techniken beruhen auf der elektromagnetischen Fernfeldausbreitung. Dies impliziert verhältnismäßig kurze Abstände und einen hohen Leistungsverbrauch und macht diese Ansätze für die Kurzstreckenkommunikation weniger interessant. Ferner können drahtlose Hochfrequenzverbindungen anfällig für Rauschen, Interferenzen und Verzerrungen sein.Another approach is radio frequency (RF) wireless connections. High frequency based techniques rely on the electromagnetic far field propagation. This implies relatively short distances and a high power consumption and makes these approaches for short distance communication less interesting. Furthermore, wireless radio frequency links may be susceptible to noise, interference and distortion.
Ein weiterer Ansatz wird als Basisband-Drahtlosverbindung bezeichnet. Beispielsweise wurde vor kurzem eine Ultrabreitband(UWB)-Kommunikation als ein möglicher Kandidat für eine Kommunikation innerhalb einer elektronischen Schaltung oder Vorrichtung erwogen. Die große Bandbreite von UWB-Signalen legt jedoch einige strenge Anforderungen auf die Abtastrate und demgemäß auf die Komplexität und den Leistungsverbrauch der Sender- und Empfängerkomponenten auf.Another approach is called baseband wireless connection. For example, ultra-wideband (UWB) communication has recently been considered as a potential candidate for communication within an electronic circuit or device. However, the large bandwidth of UWB signals places some stringent demands on the sampling rate and accordingly on the complexity and power consumption of the transmitter and receiver components.
Andere Ansätze umfassen eine Basisbandlösung mit einem Paar von Dipolen auf einer Sendeseite in Kombination mit einem magnetischen Tunnelübergang auf einer Empfangsseite, Techniken, die bei der Hochfrequenzidentifikation (RFID) verwendet werden, und für das Senden von Leistung, Techniken, die als drahtloses Laden bezeichnet werden.Other approaches include a baseband solution having a pair of dipoles on a transmitting side in combination with a magnetic tunnel junction on a receiving side, techniques used in Radio Frequency Identification (RFID), and transmitting power, techniques called wireless charging ,
Angesichts des vorstehend Erwähnten besteht eine Aufgabe darin, eine Möglichkeit zur drahtlosen Kommunikation insbesondere innerhalb elektrischer oder elektronischer Vorrichtungen, beispielsweise zwischen Modulen oder Komponenten davon, bereitzustellen, wodurch zumindest einige der vorstehenden Probleme verringert oder abgemildert werden, wobei sie beispielsweise einfacher zu implementieren ist, weniger Leistung verbraucht und/oder weniger Platz benötigt.In view of the above, it is an object to provide a wireless communication capability, particularly within electrical or electronic devices, such as between modules or components thereof, thereby reducing or mitigating at least some of the foregoing problems, for example, being simpler to implement Power consumed and / or less space needed.
KURZFASSUNGSHORT VERSION
Es werden in den unabhängigen Ansprüchen definierte Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.There are provided apparatus and methods defined in the independent claims. The dependent claims define further embodiments.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
Es zeigen:Show it:
1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform, 1 a block diagram of a device according to an embodiment,
2 ein Diagramm einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform, 2 a diagram of a device according to an embodiment,
3 als Beispiel dienende Signale, die gemäß einigen Ausführungsformen verwendbar sind, 3 exemplary signals usable according to some embodiments,
4 einen Teil eines Senders gemäß einer Ausführungsform, 4 a part of a transmitter according to an embodiment,
5 die Steuerung des Senders aus 4, 5 the control of the transmitter off 4 .
6 ein Flussdiagramm einer Aufweckprozedur gemäß einer Ausführungsform, 6 a flow chart of a wake-up procedure according to an embodiment,
7 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform, 7 a block diagram of a device according to an embodiment,
8 eine alternative Implementation der Vorrichtung aus 7, 8th an alternative implementation of the device 7 .
die 9A und 9B Flussdiagramme der Kommunikation innerhalb der Vorrichtung aus 7 oder 8,the 9A and 9B Flowcharts of communication within the device 7 or 8th .
10 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform, 10 a schematic diagram of a device according to an embodiment,
11 ein Flussdiagramm der Authentifizierung in der Vorrichtung aus 10 gemäß einer Ausführungsform, 11 a flowchart of the authentication in the device 10 according to an embodiment,
12 ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform, 12 a schematic diagram of a device according to an embodiment,
13 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform und 13 a block diagram of a device according to another embodiment and
14 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. 14 a flowchart of a method according to an embodiment.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen detailliert mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Diese Ausführungsformen dienen nur als Beispiel und sollten nicht als einschränkend ausgelegt werden. Wenngleich eine Ausführungsform beispielsweise als zahlreiche Merkmale, Elemente oder Einzelheiten umfassend beschrieben werden kann, können gemäß anderen Ausführungsformen eines oder mehrere dieser Merkmale, Elemente oder Einzelheiten fortgelassen werden und/oder durch alternative Merkmale, Elemente oder Einzelheiten ersetzt werden. Überdies können abgesehen von den hier explizit beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmalen zusätzliche Merkmale, beispielsweise Merkmale oder Komponenten, die herkömmlicherweise in elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen verwendet werden, bereitgestellt werden.Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. These embodiments are by way of example only and should not be construed as limiting. For example, while one embodiment may be described as comprising a plurality of features, elements or details, in accordance with other embodiments, one or more of these features, elements or details may be omitted and / or replaced by alternative features, elements or details. Moreover, apart from the features explicitly described herein and illustrated in the drawings, additional features, such as features or components conventionally used in electrical or electronic devices, may be provided.
Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen können zur Bildung weiterer Ausführungsformen kombiniert werden. Ferner können Variationen und Modifikationen, die mit Bezug auf eine der Ausführungsformen beschrieben werden, auch auf andere Ausführungsformen anwendbar sein.Features of various embodiments may be combined to form further embodiments. Furthermore, variations and modifications described with respect to one of the embodiments may also be applicable to other embodiments.
Einige Ausführungsformen erzeugen zum Senden eines Signals ein Magnetfeld, beispielsweise unter Verwendung einer Spule oder eines einfachen Drahts. Auf einer Empfängerseite wird ein Magnetfeldsensor verwendet, um das Magnetfeld zu erfassen. Das Signal wird dann auf der Grundlage des erfassten Magnetfelds zurückgewonnen.Some embodiments generate a magnetic field for transmitting a signal, for example using a coil or a simple wire. On a receiver side, a magnetic field sensor is used to detect the magnetic field. The signal is then recovered based on the detected magnetic field.
Als Magnetfeldsensoren können Hall-Sensoren oder magnetoresistive Sensoren verwendet werden. Hall-Sensoren sind im Allgemeinen auf dem Hall-Effekt beruhende Sensoren, während magnetoresistive Sensoren auf magnetoresistiven Effekten in der Art des Riesenmagnetowiderstands (GMR), des Tunnelmagnetowiderstands (TMR), des anisotropen Magnetowiderstands (AMR) oder des kolossalen Magnetowiderstands (CMR), die hier allgemein als XMR bezeichnet werden, beruhen. Gemäß Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor implementiert werden, um Magnetfeldkomponenten in mehr als einer Richtung zu erfassen. Typischerweise sind einzelne Hall-Sensorelemente oder einzelne XMR-Elemente für ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung oder Ebene empfindlich. Durch die Verwendung von zwei oder mehr solcher Sensorelemente mit unterschiedlichen Orientierungen können Magnetfeldkomponenten in unterschiedlichen Richtungen erfasst werden. Beispielsweise können unter Verwendung einer Kombination planarer Hall-Sensorelemente und vertikaler Hall-Sensorelemente hier als 3D-Hall-Sensoren bezeichnete Elemente gebildet werden, die ein Erfassen von Magnetfeldkomponenten in drei linear unabhängigen Richtungen ermöglichen. Solche 3D-Hall-Sensoren sind auch kommerziell erhältlich. Ebenso sind auch XMR-Sensoren kommerziell erhältlich. Daher können existierende Sensortechnologien verwendet werden, um das Magnetfeld zu detektieren. Magnetfeldsensoren können gemäß einigen Ausführungsformen so genannte Spinning-Strom-Techniken verwenden, die dabei helfen können, einen Versatz zu verringern.As magnetic field sensors Hall sensors or magnetoresistive sensors can be used. Hall sensors are generally Hall-effect sensors, while magnetoresistive sensors are magnetoresistive effects such as giant magnetoresistance (GMR), tunneling magnetoresistance (TMR), anisotropic magnetoresistance (AMR), or colossal magnetoresistance (CMR) generally referred to herein as XMR. According to embodiments, the magnetic field sensor may be implemented to detect magnetic field components in more than one direction. Typically, individual Hall sensor elements or individual XMR elements are sensitive to a magnetic field in a particular direction or plane. By using two or more such sensor elements with different orientations, magnetic field components can be detected in different directions. For example, using a combination of planar Hall sensor elements and vertical Hall sensor elements, elements referred to herein as 3D Hall sensors may be formed to enable detection of magnetic field components in three linearly independent directions. Such 3D Hall sensors are also commercially available. Likewise, XMR sensors are also commercially available. Therefore, existing sensor technologies can be used to detect the magnetic field. Magnetic field sensors may use so-called spinning current techniques, which may help reduce skew, according to some embodiments.
Nun sei mit Bezug auf die Figuren bemerkt, dass 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt. Die in 1 dargestellten Teile und Komponenten können eine elektrische oder elektronische Vorrichtung bilden oder Teil davon sein.Now, with reference to the figures, note that 1 a block diagram of a device according to an embodiment shows. In the 1 shown parts and components may form an electrical or electronic device or be part thereof.
Die Vorrichtung aus 1 umfasst eine Signalerzeugungsschaltung, die ein zu sendendes Signal s1 erzeugt. Das Signal s1 kann ein Signal sein, das eine beliebige Art gewünschter Informationen trägt, beispielsweise Konfigurationsinformationen oder Authentifizierungsinformationen. The device off 1 comprises a signal generating circuit which generates a signal s1 to be transmitted. The signal s1 may be a signal carrying any type of desired information, such as configuration information or authentication information.
Das Signal s1 wird gemäß der Ausführungsform aus 1 einem Magnetfeldgenerator 11 bereitgestellt, der dafür ausgelegt ist, auf der Grundlage des Signals s1 ein Magnetfeld zu erzeugen. Beispielsweise umfasst der Magnetfeldgenerator 11 gemäß einigen Ausführungsformen eine Spule, die das Magnetfeld erzeugt. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Magnetfeldgenerator 11 einen einfachen Draht umfassen, durch den ein Strom auf der Grundlage des Signals s1 fließt. Der durch den Draht fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld. Daher existieren verschiedene Implementationsmöglichkeiten für den Magnetfeldgenerator 11.The signal s1 becomes according to the embodiment 1 a magnetic field generator 11 which is adapted to generate a magnetic field based on the signal s1. For example, the magnetic field generator comprises 11 According to some embodiments, a coil that generates the magnetic field. According to other embodiments, the magnetic field generator 11 comprise a simple wire through which a current flows based on the signal s1. The current flowing through the wire creates a magnetic field. Therefore, there are various implementation possibilities for the magnetic field generator 11 ,
Die Vorrichtung aus 1 umfasst ferner einen Magnetfeldsensor 12 zum Erfassen des vom Magnetfeldgenerator 11 erzeugten Magnetfelds. Wie vorstehend erklärt wurde, kann der Magnetfeldsensor 12 einen Hall-Sensor und/oder einen magnetoresistiven Sensor umfassen. Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Magnetfeldsensor 12 dafür ausgelegt sein, verschiedene linear unabhängige Feldkomponenten des Magnetfelds, d. h. 3 Komponenten, zu erfassen. Ein vom Magnetfeldsensor 12 ausgegebenes Signal s2 wird dann einer Signalempfangsschaltung 13 zur Weiterverarbeitung, beispielsweise einer Demodulation oder Analyse im Signal s2 enthaltener Informationen, bereitgestellt.The device off 1 further comprises a magnetic field sensor 12 for detecting the magnetic field generator 11 generated magnetic field. As explained above, the magnetic field sensor 12 a Hall sensor and / or a magnetoresistive sensor. According to some embodiments, the magnetic field sensor 12 be designed to detect various linearly independent field components of the magnetic field, ie 3 components. One from the magnetic field sensor 12 output signal s2 then becomes a signal receiving circuit 13 for further processing, for example a demodulation or analysis contained in the signal s2 information provided.
Gemäß einigen Ausführungsformen können die Signalerzeugungsschaltung 10 und der Magnetfeldgenerator 11 ein Teil eines ersten Schaltungsabschnitts, einer ersten Schaltungskomponente oder einer ersten Schaltungseinheit sein und können der Magnetfeldsensor 12 und die Signalempfangsschaltung 13 ein Teil eines zweiten Schaltungsabschnitts, einer zweiten Schaltungskomponente oder einer zweiten Schaltungseinheit sein. Der erste und der zweite Schaltungsabschnitt können beispielsweise auf verschiedenen gedruckten Leiterplatten (PCB) angeordnet sein. Gemäß einigen Ausführungsformen kann einer vom ersten und zweiten Schaltungsabschnitt ein Modul sein, das in die Vorrichtung einzusetzen ist, während der andere vom ersten und zweiten Schaltungsabschnitt ein fester Teil der Vorrichtung sein kann.According to some embodiments, the signal generation circuit 10 and the magnetic field generator 11 may be part of a first circuit section, a first circuit component or a first circuit unit, and may be the magnetic field sensor 12 and the signal receiving circuit 13 be a part of a second circuit section, a second circuit component or a second circuit unit. For example, the first and second circuit portions may be disposed on different printed circuit boards (PCB). According to some embodiments, one of the first and second circuit sections may be a module to be inserted into the device while the other of the first and second circuit sections may be a fixed part of the device.
Es sei bemerkt, dass 1 eine unidirektionale Kommunikation vom Magnetfeldgenerator 11 zum Magnetfeldsensor 12 zeigt. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine bidirektionale Kommunikation durch Bereitstellen von zwei Magnetfeldgeneratoren und zwei Magnetfeldsensoren bereitgestellt werden.It should be noted that 1 a unidirectional communication from the magnetic field generator 11 to the magnetic field sensor 12 shows. According to other embodiments, bidirectional communication may be provided by providing two magnetic field generators and two magnetic field sensors.
Als nächstes werden einige detailliertere Ausführungsformen und Beispiele offenbart. Gemäß einigen dieser Ausführungsformen wird ein 3D-Hall-Sensor (3DHS) als Beispiel für einen Magnetfeldsensor verwendet. Dies ist nicht als einschränkend auszulegen, und andere Typen von Magnetfeldsensoren, beispielsweise Magnetfeldsensoren auf der Grundlage magnetoresistiver Elemente oder Magnetfeldsensoren, die weniger Komponenten eines Magnetfelds erfassen (beispielsweise eine Komponente oder zwei Komponenten), können gemäß anderen Ausführungsformen auch verwendet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen können mit einem 3D-Hall-Sensor Streumagnetfelder zusätzlich zu einem für die Kommunikation erzeugten Magnetfeld detektiert werden.Next, some more detailed embodiments and examples are disclosed. According to some of these embodiments, a 3D Hall sensor (3DHS) is used as an example of a magnetic field sensor. This is not to be construed as limiting, and other types of magnetic field sensors, such as magnetoresistive element based magnetic field sensors or magnetic field sensors, which detect fewer components of a magnetic field (eg, one component or two components) may also be used according to other embodiments. According to some embodiments, with a 3D Hall sensor, stray magnetic fields may be detected in addition to a magnetic field generated for the communication.
2 zeigt ein Systemebenen-Blockdiagramm eines Kommunikationsabschnitts einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung oder das System aus 2 umfasst einen Senderteil 20 und einen Empfängerteil 21. Der Senderteil 20 und der Empfängerteil 21 können auf verschiedenen Schaltungsabschnitten, gedruckten Leiterplatten, Einheiten und/oder Modulen bereitgestellt sein. 2 FIG. 12 shows a system-level block diagram of a communication portion of a device according to an embodiment. FIG. The device or the system 2 includes a transmitter part 20 and a receiver part 21 , The transmitter part 20 and the receiver part 21 may be provided on various circuit sections, printed circuit boards, units and / or modules.
In 2 empfängt der Senderteil 20 die an eine Sendeschaltung (TX-Schaltung) 22 zu sendenden TX-Daten. Die TX-Schaltung 22 treibt eine Spule 23 in Abhängigkeit von den TX-Daten, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Auf der Seite des Empfängerteils 21 erfasst ein 3D-Hall-Sensor 24 das Magnetfeld. Eine Empfangsschaltung (RX-Schaltung) 25 erzeugt auf der Grundlage des erfassten Magnetfelds RX-Daten. Insbesondere kann die TX-Schaltung 22 eine Modulation der für das Senden geeigneten Daten über die Spule 23 bereitstellen und kann die RX-Schaltung 25 eine entsprechende Demodulation der Daten bereitstellen. Zu diesem Zweck können die TX-Schaltung 22 und die RX-Schaltung 25 mit gemeinsamen Signalisierungs-/Modulationsparametern in Bezug auf die Modulation und das Signalisieren zwischen dem Senderteil 20 und dem Empfängerteil 25 versehen sein. Der Empfängerteil 25 kann zusätzlich mit einem Taktsignal versehen sein, beispielsweise um Zeitintervalle zu bestimmen, wie nachstehend erklärt wird. Ferner kann die RX-Schaltung 25 gemäß einigen Ausführungsformen mit einem für die Demodulation verwendeten Schwellenwert versehen sein. Ähnlich 1 zeigt auch 2 eine unidirektionale Kommunikation, und für die bidirektionale Kommunikation können zwei Senderteile und zwei Empfängerteile bereitgestellt sein.In 2 the transmitter part receives 20 to a transmission circuit (TX circuit) 22 TX data to be sent. The TX circuit 22 drives a coil 23 in response to the TX data to generate a magnetic field. On the side of the receiver part 21 detects a 3D Hall sensor 24 the magnetic field. A receiving circuit (RX circuit) 25 generates RX data based on the detected magnetic field. In particular, the TX circuit 22 a modulation of the data suitable for transmission via the coil 23 can deploy and do the RX circuit 25 provide appropriate demodulation of the data. For this purpose, the TX circuit 22 and the RX circuit 25 with common signaling / modulation parameters related to the modulation and signaling between the transmitter part 20 and the receiver part 25 be provided. The receiver part 25 may additionally be provided with a clock signal, for example to determine time intervals, as will be explained below. Furthermore, the RX circuit 25 according to some embodiments, be provided with a threshold used for the demodulation. Similar 1 also shows 2 a unidirectional communication, and for bidirectional communication two transmitter parts and two receiver parts can be provided.
Ein als Beispiel dienendes Kommunikationsschema, das gemäß Ausführungsformen verwendet werden kann, wird nun mit Bezug auf 3 erklärt. Beim Beispiel aus 3 erzeugt ein Magnetfeldgenerator in der Art einer Spule (beispielsweise der Spule 23 aus 2) magnetische Pulse, die durch einen Magnetfeldsensor (beispielsweise den 3D-Hall-Sensor 24 aus 2) erfasst werden. Wenn das Magnetfeld dieser Magnetfeldpulse eine vorgegebene Schwelle (beispielsweise die der Empfangsschaltung 25 aus 2 zugeführte Schwelle) überschreitet, wird dies am Empfänger registriert. Ein Zeitabstand zwischen Pulsen codiert einen Bitwert, beispielsweise eine logische 0 und eine logische 1.An example communication scheme that may be used in accordance with embodiments will now be described with reference to FIG 3 explained. In the example off 3 generates a magnetic field generator in the manner of a coil (for example, the coil 23 out 2 ) magnetic pulses through a magnetic field sensor (for example, the 3D Hall sensor 24 out 2 ). If the magnetic field of these magnetic field pulses a predetermined threshold (for example, the receiving circuit 25 out 2 supplied threshold), this is registered at the receiver. A time interval between pulses encodes a bit value, for example a logical 0 and a logical 1.
Beispielsweise kann gemäß einigen Ausführungsformen ein empfangener Puls einen Zähler auslösen. Ein Zählerwert beim nächsten Puls wird dann entweder als eine 1 oder eine 0 interpretiert. Falls ein Zählerwert eine Schwelle überschreitet, ohne dass danach ein weiterer Puls empfangen wird, kann hierdurch ein Bereitschaftszustand zwischen gesendeten Nachrichten angegeben werden.For example, according to some embodiments, a received pulse may trigger a counter. A counter value at the next pulse is then interpreted as either a 1 or a 0. If a counter value exceeds a threshold without receiving another pulse thereafter, this may indicate a ready state between sent messages.
Insbesondere repräsentiert beim der Erläuterung dienenden Beispiel aus 3 eine Kurve 31 das Magnetfeld und repräsentiert eine Linie 30 den vorstehend erwähnten Schwellenwert. Die Kommunikation beginnt beim Beispiel damit, dass kein Magnetfeld bestimmt wird, das den Schwellenwert (Linie 30) während mehr als 1,5 Zeitperioden T überschreitet. Die Zeitperiode T kann beispielsweise einer Taktperiode oder einem vorgegebenen Vielfachen einer Taktperiode eines Takts, der einer Empfangsschaltung zugeführt wird, entsprechen (beispielsweise eines der Empfangsschaltung 25 aus 2 zugeführten Takts).In particular, the explanatory example represents 3 a curve 31 the magnetic field and represents a line 30 the aforementioned threshold. The communication begins in the example with the fact that no magnetic field is determined which exceeds the threshold value (line 30 ) exceeds T for more than 1.5 time periods. The time period T may correspond, for example, to one clock period or a predetermined multiple of a clock period of a clock supplied to a receiving circuit (for example, one of the receiving circuit 25 out 2 supplied clock).
Eine Nachricht beginnt, wenn beginnend mit diesem Bereitschaftszustand ein die Schwelle überschreitender magnetischer Puls empfangen wird. Es werden dann Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Pulsen gemessen. Beim Beispiel aus 3 gibt eine Zeit kleiner oder gleich 0,5 T zwischen aufeinander folgenden Pulsen eine logische 1 an, während eine Zeitperiode größer als 0,5 T und kleiner als 1,5 T eine logische 0 angibt. Eine Zeitperiode größer als 1,5 T, ohne dass ein weiterer Puls auftritt, gibt einen Übergang in einen Bereitschaftszustand an. Dies dient lediglich als Beispiel, und es sind auch andere Codierschemata möglich. Beispielsweise können gemäß anderen Ausführungsformen kürzere Pulse eine logische 0 angeben und können längere Pulse eine logische 1 angeben.A message begins when, starting with this standby state, a magnetic pulse exceeding the threshold is received. Time intervals between successive pulses are then measured. In the example off 3 A time less than or equal to 0.5 T between consecutive pulses indicates a logical 1, while a time period greater than 0.5 T and less than 1.5 T indicates a logical 0. A time period greater than 1.5 T without another pulse occurring indicates a transition to a standby state. This is merely an example, and other coding schemes are possible. For example, according to other embodiments, shorter pulses may indicate a logical 0 and longer pulses may indicate a logical 1.
Beim Beispiel aus 3 folgen nach dem ersten Puls zwei weitere Pulse nach Zeitperioden T, wobei jeder von ihnen daher einer logischen 0 entspricht. Danach treten zwei weitere Pulse innerhalb kürzerer Zeitperioden von 0,5 T auf, die jeweils eine logische 1 angeben. Danach wird ein weiterer Puls nach einer Zeitperiode T gesendet, der eine weitere logische 0 angibt. Dann tritt kein weiterer Puls innerhalb von 1,5 T auf, wodurch das Ende der Nachricht und ein Übergang in einen Bereitschaftszustand angegeben wird. Daher ist beim Beispiel aus 3 die gesendete Nachricht 00110. Dies ist lediglich ein Beispiel, und beliebige Bitsequenzen können unter Verwendung dieses Verfahrens gesendet werden. Gemäß anderen Ausführungsformen können jedoch andere Modulationsschemata verwendet werden, beispielsweise Pulsbreitenmodulationsschemata, bei denen die Dauer eines magnetischen Pulses einen Wert angibt.In the example off 3 two more pulses follow time periods T after the first pulse, each of them thus corresponding to a logical 0. Thereafter, two more pulses occur within shorter time periods of 0.5T, each indicating a logical 1. Thereafter, another pulse is sent after a time period T indicating another logical 0. Then, no further pulse occurs within 1.5T, indicating the end of the message and a transition to a standby state. Therefore, the example is off 3 the sent message 00110. This is just an example and any bit sequences can be sent using this method. According to other embodiments, however, other modulation schemes may be used, for example pulse width modulation schemes in which the duration of a magnetic pulse indicates a value.
Nachdem die Nachricht gesendet wurde und der Übergang in den Bereitschaftszustand vorgenommen wurde, kann eine nächste Nachricht durch erneutes Senden eines Auslösepulses, der die Schwelle überschreitet, gesendet werden.After the message has been sent and the transition to the ready state has been made, a next message can be sent by resending a trigger pulse that exceeds the threshold.
Es sei bemerkt, dass gemäß anderen Ausführungsformen andere Codier-/Modulationsschemata als jenes, das auf Zeitabständen zwischen Pulsen (Zeitabstandsprotokoll) beruht, wie vorstehend erklärt wurde, verwendet werden können. Beispielsweise können Bitwerte durch die Breite magnetischer Pulse (ähnlich einem Pulsbreitenmodulationsschema) oder auf der Grundlage der Position magnetischer Pulse, beispielsweise der Position innerhalb eines spezifischen Intervalls (Pulspositionsmodulation) codiert werden.It should be noted that, according to other embodiments, other coding / modulation schemes than those based on time intervals between pulses (time-lapse protocol) as explained above may be used. For example, bit values may be encoded by the width of magnetic pulses (similar to a pulse width modulation scheme) or based on the position of magnetic pulses, such as position within a specific interval (pulse position modulation).
Zur Erzeugung von Pulsen, wie sie in 3 dargestellt sind, oder anderer gewünschter Magnetfeldpulse kann eine Spule durch eine Vollbrückenschaltung getrieben werden. Ein Beispiel einer solchen Vollbrückenschaltung ist in 4 dargestellt.For generating pulses, as in 3 or other desired magnetic field pulses, a coil may be driven by a full bridge circuit. An example of such a full bridge circuit is in 4 shown.
In 4 wird eine Vollbrückenschaltung, welche Transistoren 42–45 umfasst, zum Treiben einer Spule 41 verwendet, die von einer Leistungsquelle 40 versorgt wird. Die Spule 41 kann beispielsweise der Spule 23 gemäß der Ausführungsform aus 2 entsprechen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.In 4 becomes a full bridge circuit, which transistors 42 - 45 includes, for driving a coil 41 used by a power source 40 is supplied. The sink 41 can, for example, the coil 23 according to the embodiment 2 but not limited thereto.
Wenngleich in 4 eine Vollbrücke auf der Grundlage von NMOS-Transistoren dargestellt ist, können gemäß anderen Ausführungsformen andere Transistortypen in der Art von PMOS-Transistoren, Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) oder Bipolartransistoren verwendet werden.Although in 4 For example, if a full bridge based on NMOS transistors is illustrated, other types of transistors, such as PMOS transistors, insulated gate bipolar transistors (IGBTs), or bipolar transistors, may be used in accordance with other embodiments.
Um die Versorgung der Spule 41 mit Leistung zu steuern, wird den Gate-Anschlüssen der Transistoren 42, 45 ein Steuersignal cs zugeführt und wird den Transistoren 44, 43 das invertierte Steuersignal cs zugeführt. Zusätzlich oder alternativ zum Zuführen invertierter Steuersignale können den Gate-Anschlüssen der Transistoren 42–45 zugeführte Steuersignale auch in Bezug zueinander verzögert oder auf andere Weise modifiziert werden, um eine gewünschte Form eines magnetischen Pulses zu erzeugen.To supply the coil 41 with power control, the gate terminals of the transistors 42 . 45 a control signal cs is supplied to the transistors 44 . 43 the inverted control signal cs supplied. In addition or as an alternative to supplying inverted control signals, the gate terminals of the transistors 42 - 45 supplied control signals are delayed in relation to each other or modified in any other way to a to generate the desired shape of a magnetic pulse.
Beispielsweise zeigt 5 ein Steuersignal 50, das als Steuersignal cs aus 4 verwendet werden kann, um einen dreieckigen magnetischen Puls 51 zu erzeugen, wie in 5 dargestellt ist. Diese dreieckigen magnetischen Pulse 51 können beispielsweise als magnetische Pulse unter Verwendung des Übertrahungsschemas aus 3 verwendet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann ein magnetischer Puls, der eine Schwelle überschreitet, für ein Aufwecken und Starten einer Kommunikation (ähnlich dem ersten Puls in 3) verwendet werden, während beispielsweise ein Puls, der die Schwelle nicht überschreitet, zu einer Initialisierung führen kann.For example, shows 5 a control signal 50 which turns off as the control signal cs 4 can be used to make a triangular magnetic pulse 51 to produce, as in 5 is shown. These triangular magnetic pulses 51 For example, as magnetic pulses using the Überertraungsschemas 3 be used. According to some embodiments, a magnetic pulse that exceeds a threshold for waking up and starting communication (similar to the first pulse in FIG 3 ), while, for example, a pulse that does not exceed the threshold may result in initialization.
Ein entsprechendes Verfahren ist in 6 dargestellt. 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Initialisierungs- und Kommunikationsprotokoll zeigt, das gemäß einigen Ausführungsformen verwendbar ist.A corresponding method is in 6 shown. 6 FIG. 10 is a flowchart depicting an initialization and communication protocol that may be used in accordance with some embodiments.
Das Verfahren beginnt bei 60 mit dem Hochfahren einer Vorrichtung, beispielsweise einer Empfängerschaltung (beispielsweise der Empfängerschaltung 13 und des Magnetfeldsensors 12 aus 1 oder des Empfängerteils 21 aus 2). Bei 61 prüft das Verfahren, ob der Magnetfeldsensor, beispielsweise ein 3D-Hall-Sensor, ein Magnetfeld detektiert hat, das eine Schwelle überschreitet. Falls dies nicht der Fall ist, wird bei 62 eine Initialisierung ausgeführt, wobei eine Autoerfassungsperiode (beispielsweise eine Periode, in der der Empfänger prüft, ob ein Magnetfeld, das größer als die Schwelle ist, detektiert wurde) oder eine Schwelle festgelegt werden kann und der Magnetfeldsensor, beispielsweise ein Hall-Sensor, aktiviert werden kann. Es sei bemerkt, dass gemäß einigen Ausführungsformen diese Initialisierung nur manchmal, beispielsweise einmal pro Stunde, einmal pro Tag usw. ausgeführt werden muss. Bei 63 wird die Leistung wieder ausgeschaltet, wobei die Vorrichtung beispielsweise auf einen Bereitschafts- oder Niederleistungszustand gesetzt wird, und das Verfahren endet bei 66.The procedure begins at 60 with the startup of a device, for example a receiver circuit (for example the receiver circuit 13 and the magnetic field sensor 12 out 1 or the receiver part 21 out 2 ). at 61 the method checks whether the magnetic field sensor, for example a 3D Hall sensor, has detected a magnetic field that exceeds a threshold. If this is not the case, then 62 carried out an initialization, wherein an auto-detection period (for example, a period in which the receiver checks whether a magnetic field that is greater than the threshold has been detected) or a threshold can be set and the magnetic field sensor, such as a Hall sensor, activated can. It should be noted that according to some embodiments, this initialization may need to be performed only occasionally, for example once an hour, once a day, etc. at 63 For example, the power is turned off again, the device being set to a standby or low power state, for example, and the method ends at 66 ,
Falls bei 61 ein Magnetfeld detektiert wird, das die Schwelle überschreitet, wird bei 64 eine Drahtloskommunikation ausgeführt. Beispielsweise kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Kommunikation, wie sie in 3 dargestellt ist und mit Bezug auf 3 erklärt wird, ausgeführt werden. Nach dem Ende der Kommunikation wird auch in diesem Fall die Leistung bei 65 ausgeschaltet (beispielsweise Bereitschaftszustand, Niederleistungszustand usw.), und das Verfahren endet bei 67. Es sei bemerkt, dass abhängig von der Anwendung einige Implementationen Authentifizierungsprozeduren erfordern können, wobei mit einer oder mehreren bei 64 gesendeten und/oder empfangenen Nachrichten Authentifizierungsnachrichten, beispielsweise Schlüssel, Anfragen/Antworten, Bestätigungen/Nichtbestätigungen, abhängig von einem spezifischen Authentifizierungsprotokoll unter Verwendung einer Kommunikation, wie vorstehend erklärt wurde, zwischen Komponenten einer Vorrichtung übertragen werden. Als Beispiel dienende Authentifizierungen werden später für eine spezifische Anwendung erklärt. Eine solche Authentifizierungsprozedur kann gemäß einigen Ausführungsformen nur selten (beispielsweise einmal am Tag, einmal alle paar Stunden) über einen sehr kleinen Abstand (beispielsweise eine Entfernung von 1 bis 2 cm für einen Strom von 1 A in einer Spule, um ein Magnetfeld von wenigstens 5 mT zu erhalten) ausgeführt werden, wodurch die Anforderungen an die Datengeschwindigkeit und die Sendeleistung abgeschwächt werden, selbst wenn sie mit verhältnismäßig niedrigen Datenraten ausgeführt wird, wobei eine nur selten ausgeführte Authentifizierung kaum die Leistungsfähigkeit der elektronischen oder elektrischen Vorrichtung verringert, in der Komponenten authentifiziert werden müssen.If at 61 a magnetic field exceeding the threshold is detected 64 running a wireless communication. For example, in some embodiments, communication may be as described in US Pat 3 is shown and with reference to 3 is explained to be executed. After the end of the communication in this case, the performance at 65 off (eg, standby, low power, etc.), and the method ends with 67 , It should be noted that depending on the application, some implementations may require authentication procedures, including one or more 64 sent and / or received messages authentication messages, such as keys, requests / responses, acknowledgments / non-acknowledgments, depending on a specific authentication protocol using communication, as explained above, are transmitted between components of a device. Exemplary authentication will be explained later for a specific application. Such an authentication procedure, according to some embodiments, may rarely (for example once a day, once every few hours) over a very small distance (for example, a distance of 1 to 2 cm for a current of 1 A in a coil, to a magnetic field of at least 5 mT), thereby mitigating the data speed and transmit power requirements, even when performed at relatively low data rates, where infrequent authentication hardly reduces the performance of the electronic or electrical device in which components are authenticated have to.
Als nächstes werden spezifischere Ausführungsformen mit Bezug auf die 7–13 erklärt.Next, more specific embodiments will be described with reference to FIGS 7 - 13 explained.
7 zeigt einen Fall, in dem ein Modul 70 in eine elektronische Vorrichtung eingeführt wird, von der ein Teil 71 in 7 dargestellt ist. Es sei bemerkt, dass in 7 nur Teile, die sich auf die Kommunikation beziehen, beispielsweise für die Authentifizierung, dargestellt sind und dass das Modul 70 und die Vorrichtung 71 mehrere andere herkömmliche Komponenten umfassen können, die spezifische Funktionen implementieren. Bei einem bestimmten Beispiel ist das Modul 70 eine Tintenpatrone und ist die elektronische Vorrichtung 71 ein Drucker. Die Kommunikationsschaltung und Verfahren, die nachfolgend beschrieben werden, können beispielsweise zum Authentifizieren der Druckerpatrone verwendet werden, beispielsweise um sicherzustellen, dass die Druckerpatrone mit dem Drucker kompatibel ist. Ähnliche Authentifizierungen können auch mit anderen Modulen ausgeführt werden, die in eine elektronische Vorrichtung oder eine andere Einheit einzuführen sind. In 7 ist ferner eine bidirektionale Kommunikation dargestellt. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine unidirektionale Kommunikation verwendet werden. 7 shows a case in which a module 70 is introduced into an electronic device, part of which 71 in 7 is shown. It should be noted that in 7 only parts that relate to communication, for example, for authentication, are presented and that the module 70 and the device 71 may include several other conventional components that implement specific functions. For a given example, the module is 70 an ink cartridge and is the electronic device 71 a printer. The communication circuitry and methods described below may be used, for example, to authenticate the print cartridge, for example to ensure that the print cartridge is compatible with the printer. Similar authentication may also be performed with other modules to be inserted into an electronic device or other entity. In 7 Furthermore, a bidirectional communication is shown. According to other embodiments, unidirectional communication may be used.
Zum Senden von Daten umfasst das Modul 70 eine Spule 77, die durch eine Vollbrücke 74 getrieben wird. Die Vollbrücke 74 kann beispielsweise wie mit Bezug auf 4 erklärt implementiert sein. Die Spule 77 kann beispielsweise zusammen mit anderen Komponenten des Moduls 70 an einer gedruckten Leiterplatte (PCB) angebracht sein. Die Vollbrücke 74 empfängt wiederum pulsbreitenmodulierte (PWM) Signale (beispielsweise ein mit Bezug auf 5 erklärtes Signal) von einer Mikrosteuereinrichtung 73. Ferner umfasst das Modul 70 zum Ausführen einer Authentifizierungsprozedur einen zweckgebundenen Authentifizierungs-/Verschlüsselungschip 72. Durch Bereitstellen eines Authentifizierungs-/Verschlüsselungschips als ein getrennter Chip kann gemäß einigen Ausführungsformen ein höheres Sicherheitsniveau bereitgestellt werden. Gemäß anderen Ausführungsformen können die Authentifizierung und/oder Verschlüsselung durch die Mikrosteuereinrichtung 73 ausgeführt werden. Ferner dient im Modul 70 ein 3D-Hall-Sensor 76 dazu, Daten über ein Magnetfeld von der Vorrichtung 71 zu empfangen.To send data, the module includes 70 a coil 77 passing through a full bridge 74 is driven. The full bridge 74 For example, as with respect to 4 be implemented implements. The sink 77 for example, along with other components of the module 70 attached to a printed circuit board (PCB). The full bridge 74 in turn receives pulse width modulated (PWM) signals (for example, with reference to FIGS 5 explained signal) from a microcontroller 73 , Furthermore, the module comprises 70 to execute an authentication procedure, a dedicated authentication / encryption chip 72 , By providing an authentication / encryption chip as a separate chip, a higher level of security may be provided, in accordance with some embodiments. According to other embodiments, the authentication and / or encryption may be performed by the microcontroller 73 be executed. It also serves in the module 70 a 3D Hall sensor 76 about this, data about a magnetic field from the device 71 to recieve.
Ferner umfasst das Modul 70 eine Leistungssteuereinrichtung 75, die einen Schalter 713, beispielsweise einen Transistor, steuert, um dem Authentifizierungschip 72, der Mikrosteuereinrichtung 73 und der Vollbrücke 74 selektiv Leistung von einer Leistungsquelle 78, beispielsweise einer Batterie, bereitzustellen. Die Leistungssteuereinrichtung 75 kann die Leistungszufuhr auf der Grundlage eines Signals von einem 3D-Hall-Sensor 76 steuern, beispielsweise entsprechend einem Aufweckschema, wie bereits in 6 gezeigt wurde. Die Mikrosteuereinrichtung 73 kann den 3D-Hall-Sensor 76 auch steuern, indem sie beispielsweise bestimmte Einstellungen in der Art einer Schwelle bereitstellt. Daher kann gemäß einigen Ausführungsformen eine Steuereinrichtung verwendet werden, um die Kommunikation zu konfigurieren.Furthermore, the module comprises 70 a power control device 75 that has a switch 713 For example, a transistor controls to the authentication chip 72 , the microcontroller 73 and the full bridge 74 selectively power from a power source 78 , For example, a battery to provide. The power control device 75 The power supply can be based on a signal from a 3D Hall sensor 76 control, for example, according to a wake-up scheme, as already in 6 was shown. The microcontroller 73 Can the 3D Hall sensor 76 Also, for example, by providing certain settings in the nature of a threshold. Therefore, in accordance with some embodiments, a controller may be used to configure the communication.
Auf der Seite der Vorrichtung 71 dient ein 3D-Hall-Sensor 79 dazu, das von der Spule 77 erzeugte Magnetfeld zu erfassen, und ist eine von einer Vollbrücke 711 getriebene Spule 712 bereitgestellt, um ein vom 3D-Hall-Sensor 76 zu erfassendes Magnetfeld zu erzeugen. Die Vollbrücke 711 kann wiederum wie mit Bezug auf 4 erklärt implementiert werden. Eine ASIC(anwendungsspezifische integrierte Schaltung)-Mikrosteuereinrichtung oder eine andere Steuereinrichtung 710 ist bereitgestellt, um den 3D-Hall-Sensor 79 zu steuern, ein erfasstes Signal, das einem erfassten Magnetfeld vom 3D-Hall-Sensor 79 entspricht, zu empfangen und die Vollbrücke 711 durch ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal zu steuern, wie zuvor erklärt wurde.On the side of the device 71 serves a 3D Hall sensor 79 to that from the coil 77 detected magnetic field, and is one of a full bridge 711 driven coil 712 provided to you by the 3D Hall sensor 76 To generate magnetic field to be detected. The full bridge 711 in turn, as with respect to 4 be implemented explained. An ASIC (Application Specific Integrated Circuit) microcontroller or other controller 710 is provided to the 3D Hall sensor 79 to control a detected signal representing a detected magnetic field from the 3D Hall sensor 79 corresponds to receive and the full bridge 711 by a pulse width modulated (PWM) signal, as previously explained.
Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Mikrosteuereinrichtung 73 eine Mikrosteuereinrichtung sein, die keinen Niederleistungsmodus unterstützt. Solche Mikrosteuereinrichtungen sind im Handel erhältlich. Gemäß der Ausführungsform aus 7 ist daher die Leistungssteuereinrichtung 75 bereitgestellt, um den Leistungsverbrauch beispielsweise während Bereitschaftsperioden, in denen keine Kommunikation auftritt, zu verringern. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Leistungssteuereinrichtung 75 fortgelassen werden. Gemäß wieder anderen Ausführungsformen kann eine Mikrosteuereinrichtung mit einem Bereitschaftszustand (Niederleistungsmodus) und geringen Leckströmen in einem Niederleistungsmodus bereitgestellt sein. Solche Mikrosteuereinrichtungen sind auch im Handel erhältlich. Eine entsprechende Ausführungsform ist in 8 dargestellt.According to some embodiments, the microcontroller 73 a microcontroller that does not support low power mode. Such microcontrollers are commercially available. According to the embodiment of 7 is therefore the power control device 75 provided to reduce the power consumption, for example during periods of readiness in which no communication occurs. According to other embodiments, the power control device 75 be omitted. In yet other embodiments, a microcontroller may be provided with a standby state (low power mode) and low leakage currents in a low power mode. Such microcontrollers are also commercially available. A corresponding embodiment is in 8th shown.
Gemäß der Ausführungsform aus 8 ist ein Modul 80 bereitgestellt, das beispielsweise in eine Vorrichtung eingefügt werden kann, von der ein Teil 81 dargestellt ist. Das Modul 80 und die Vorrichtung 81 können ein Modul und eine Vorrichtung sein, wie mit Bezug auf 7 erklärt wurde. Beispielsweise kann das Modul 80 eine Druckerpatrone sein und kann die Vorrichtung 81 ein Drucker sein.According to the embodiment of 8th is a module 80 provided, for example, can be inserted into a device, part of which 81 is shown. The module 80 and the device 81 may be a module and a device as related to 7 was declared. For example, the module 80 a printer cartridge and can the device 81 to be a printer.
Gemäß der Ausführungsform aus 8 sind Teile des Moduls 80 und der Vorrichtung 81 zur Kommunikation miteinander dargestellt. Andere Komponenten (nicht dargestellt) können bereitgestellt sein, um herkömmliche Funktionen des Moduls 80 und der Vorrichtung 81, beispielsweise Druckfunktionen, auszuführen. Die für die Vorrichtung 81 dargestellten Komponenten entsprechen den Komponenten der Vorrichtung 71 aus 7. Insbesondere sind ein 3D-Hall-Sensor 88, eine ASIC oder eine andere Mikrosteuereinrichtung 89 und eine Vollbrücke 810, die eine Spule 811 treibt, entsprechend den jeweiligen Komponenten 78–711 aus 8 bereitgestellt.According to the embodiment of 8th are parts of the module 80 and the device 81 presented for communication with each other. Other components (not shown) may be provided to perform conventional functions of the module 80 and the device 81 To execute, for example, printing functions. The for the device 81 illustrated components correspond to the components of the device 71 out 7 , In particular, a 3D Hall sensor 88 , an ASIC or other microcontroller 89 and a full bridge 810 that a coil 811 drives, according to the respective components 78 - 711 out 8th provided.
Das Modul 80 umfasst eine Spule 85, die durch eine Vollbrücke 84 getrieben wird, um Daten durch Erzeugen eines vom 3D-Hall-Sensor 88 zu erfassenden Magnetfelds zu senden. Ferner umfasst das Modul 80 einen 3D-Hall-Sensor 86 zum Erfassen durch die Spule 811 erzeugter Magnetfelder. Die Vollbrücke 84 wird durch eine Mikrosteuereinrichtung 83 gesteuert. Die Mikrosteuereinrichtung 83 kann eine Mikrosteuereinrichtung mit einem Niederleistungszustand und einem niedrigen Leckstrom im Niederleistungszustand sein. In einem solchen Fall kann gemäß einigen Ausführungsformen eine getrennte Leistungssteuereinrichtung fortgelassen werden. Die Mikrosteuereinrichtung 83 kann durch ein Signal vom 3D-Hall-Sensor 86 aufgeweckt werden, nachdem ein Magnetfeld, das eine Schwelle überschreitet, erfasst wurde, wie zuvor erklärt wurde. Die Mikrosteuereinrichtung 83 steuert und konfiguriert ferner den 3D-Hall-Sensor 86 und empfängt davon erfasste Signale. Zusätzlich steuert die Mikrosteuereinrichtung 83 die Vollbrücke 84 unter Verwendung eines Pulsbreitenmodulations-(PWM)-Signals.The module 80 includes a coil 85 passing through a full bridge 84 is driven to generate data by generating one from the 3D Hall sensor 88 to send to detecting magnetic field. Furthermore, the module comprises 80 a 3D Hall sensor 86 for detecting by the coil 811 generated magnetic fields. The full bridge 84 is controlled by a microcontroller 83 controlled. The microcontroller 83 may be a micro-controller having a low power state and a low leakage current in the low power state. In such a case, a separate power controller may be omitted, in accordance with some embodiments. The microcontroller 83 may be woken up by a signal from the 3D Hall sensor 86 after a magnetic field exceeding a threshold has been detected, as previously explained. The microcontroller 83 also controls and configures the 3D Hall sensor 86 and receives signals detected thereby. In addition, the microcontroller controls 83 the full bridge 84 using a pulse width modulation (PWM) signal.
Das Modul 80 umfasst ferner einen Authentifizierungs-/Verschlüsselungschip 82, der Authentifizierungs- und/oder Verschlüsselungsfunktionen ausführt, wie für den Authentifizierungschip 72 aus 7 erklärt wurde. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Authentifizierungs-/Verschlüsselungschip 82 fortgelassen werden, und seine Funktionen können durch die Mikrosteuereinrichtung 83 ausgeführt werden. Die Komponenten am Modul 80 werden durch eine Leistungsversorgung 87, beispielsweise eine Batterie, versorgt.The module 80 further comprises an authentication / encryption chip 82 that performs authentication and / or encryption functions, as for the authentication chip 72 out 7 was declared. According to other embodiments, the authentication / encryption chip 82 be omitted, and its functions can through the microcontroller 83 be executed. The components on the module 80 be through a power supply 87 , For example, a battery powered.
Wie bereits erwähnt wurde, kann die Kommunikation über das von den Modulen 70 und 80 aus den 7 und 8 bereitgestellte Magnetfeld verwendet werden, um eine Authentifizierungs-/Verifizierungsprozedur bereitzustellen, um zu verifizieren, dass das Modul ein authentisches Modul ist, das zur jeweiligen Vorrichtung gehört, beispielsweise eine Druckerpatrone, die für einen jeweiligen Drucker geeignet ist. Bei der Kommunikation können nach der Initialisierung des 3D-Hall-Sensors Informationen ausgetauscht werden, wie beispielsweise mit Bezug auf 3 erklärt wurde, und kann die Integrität von Daten durch Bestägigungs(Ack)/Nicht-Bestätigungs(Nack)-Nachrichten geprüft werden. Eine als Beispiel dienende Kommunikation zwischen einem Modul in der Art des Moduls 70 aus 7 oder des Moduls 80 aus 8 und einer Vorrichtung in der Art der Vorrichtung 71 aus 7 oder der Vorrichtung 81 aus 8 wird nun mit Bezug auf die 9A und 9B beschrieben.As already mentioned, the communication can be over that of the modules 70 and 80 from the 7 and 8th provided magnetic field to provide an authentication / verification procedure to verify that the module is an authentic module that belongs to each device, such as a printer cartridge that is suitable for a particular printer. During communication, after the initialization of the 3D Hall sensor, information may be exchanged, such as with reference to FIG 3 has been declared, and the integrity of data can be verified by validation (Ack) / non-acknowledgment (Nack) messages. An example of communication between a module in the nature of the module 70 out 7 or the module 80 out 8th and a device in the nature of the device 71 out 7 or the device 81 out 8th will now be related to the 9A and 9B described.
9A ist ein Flussdiagramm, das die Kommunikation auf einer die Kommunikation einleitenden Seite, beispielsweise auf der Seite eines Moduls, zeigt, falls das Modul die Kommunikation einleitet, und 9B ist ein Flussdiagramm, das die Kommunikation auf der Seite eines Ziels der Kommunikation zeigt, beispielsweise auf der Seite einer Vorrichtung in der Art der Vorrichtung 71 oder 81, falls das Modul die Kommunikation einleitet. Es sei bemerkt, dass in anderen Fällen die Vorrichtung eine Kommunikation mit dem Modul einleiten kann. 9A is a flowchart showing the communication on a side initiating the communication, for example on the side of a module, if the module initiates the communication, and 9B Fig. 10 is a flowchart showing the communication on the side of a destination of the communication, for example, on the side of a device in the manner of the device 71 or 81 if the module initiates the communication. It should be noted that in other cases the device may initiate communication with the module.
Die dargestellte Kommunikation beginnt bei 90 auf der Initiatorseite (9A) und bei 917 auf der Zielseite (9B). Das Ziel wartet bei 918 entweder während einer vorgegebenen Zeit oder bis zu einer Nachricht vom Hall-Sensor, der eine Kommunikation detektiert.The communication starts at 90 on the initiator side ( 9A ) and at 917 on the landing page ( 9B ). The destination is waiting 918 either during a predetermined time or up to a message from the Hall sensor detecting a communication.
Der Initiator leitet bei 91 die Kommunikation ein, indem er eine Trainingsnachricht sendet, beispielsweise eine Nachricht mit magnetischen Pulsen in vorgegebenen Intervallen, die beispielsweise eine Dauer T definieren, wie mit Bezug auf 3 erwähnt. Andere Initialisierungs-/Trainingsnachrichten, beispielsweise Trainingsnachrichten, die einen vorgegebene Code senden, können auch verwendet werden.The initiator initiates 91 the communication by sending a training message, for example a message with magnetic pulses at predetermined intervals defining, for example, a duration T, as with reference to FIG 3 mentioned. Other initialization / training messages, such as training messages that transmit a given code, may also be used.
Ferner ermöglicht der Initiator bei 92 das Erfassen, d. h. aktiviert seinen eigenen Magnetfeldsensor (beispielsweise 3D-Hall-Sensor), um eine Antwort auf die Trainingsnachricht detektieren zu können. Bei 93 wartet der Initiator auf eine Unterbrechung (IRQ) oder ein anderes Signal vom 3D-Hall-Sensor (das bedeutet, dass eine Antwort vom Ziel detektiert wird) oder einen Zeitablauf. Falls ein Zeitablauf auftritt, wird bei 94 während einer vorgegebenen Wartezeit gewartet und werden dann die Initialisierungssequenzen beginnend mit 91 wiederholt.Furthermore, the initiator allows for 92 detecting, ie activating its own magnetic field sensor (for example, 3D Hall sensor) in order to detect a response to the training message can. at 93 the initiator waits for an interruption (IRQ) or other signal from the 3D Hall sensor (that is, a response from the target is detected) or a timeout. If a timeout occurs, at 94 waited for a given waiting time and then the initialization sequences starting with 91 repeated.
Auf der Zielseite empfängt das Ziel bei 919 die Trainingsnachricht und misst beispielsweise eine Periode zwischen magnetischen Pulsen. Bei 921 umfasst die Kommunikation auf der Zielseite das Prüfen, ob die Periode in Ordnung ist, beispielsweise ob die Periode einer erwarteten Periode entspricht, innerhalb vorgegebener Schwellen liegt und/oder überhaupt identifiziert wurde. Falls die Periode nicht in Ordnung ist, wird bei 920 ein Nack gesendet, um ein Neusenden des Trainings anzufordern, und falls die Periode in Ordnung ist, wird bei 922 ein Ack gesendet.On the landing page, the destination receives at 919 the training message and measures, for example, a period between magnetic pulses. at 921 For example, if the period is in order, for example, if the period corresponds to an expected period, is within predetermined thresholds, and / or has been identified at all, the communication on the destination side comprises checking. If the period is wrong, it will be added 920 a nack is sent to request a retransmission of the training, and if the period is in order, is added 922 sent an ack.
Dementsprechend wird auf der Seite des Initiators bei 96 das Ack (von 922) oder das Nack (von 920) empfangen. Bei 97 umfasst der Kommunikationsprozess auf der Initiatorseite das Prüfen, ob ein Nack empfangen wurde (gemäß anderen Ausführungsformen kann geprüft werden, ob ein Ack empfangen wurde). Falls dies der Fall ist, geht die Kommunikation auf der Initiatorseite zu 94 und dann zu 91 zurück, d. h. das Training wird wiederholt. Falls kein Nack, d. h. ein Ack, empfangen wird, wird das Verfahren bei 98 mit dem Senden einer Nachricht mit den eigentlichen zu übertragenden Daten fortgesetzt. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Nachricht Authentifizierungsdaten, beispielsweise eine vorgegebene Authentifizierungsnachricht in der Art einer so genannten Anfrage, umfassen. Diese Nachricht wird bei 923 auf der Zielseite empfangen. Bei 925 umfasst der Prozess auf der Zielseite das Prüfen, ob die Nachricht in Ordnung ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird bei 924 ein Nack gesendet, um das Neusenden der Nachricht anzufordern, und der Prozess auf der Zielseite geht zu 923 zurück. Falls die Nachricht in Ordnung ist, wird bei 926 ein Ack übertragen.Accordingly, at the side of the initiator at 96 the Ack (from 922 ) or the Nack (from 920 ) received. at 97 For example, the initiator-side communication process includes checking whether a Nack has been received (according to other embodiments, it may be checked if an Ack has been received). If this is the case, the communication on the initiator side is approaching 94 and then too 91 back, ie the training is repeated. If no nack, ie an Ack, is received, the procedure is included 98 continued by sending a message with the actual data to be transmitted. According to some embodiments, the message may include authentication data, such as a predetermined authentication message in the nature of a so-called request. This message will be added 923 received on the landing page. at 925 the process on the landing page involves checking that the message is OK. If this is not the case, then 924 sent a nag to request re-sending the message, and the process on the landing page is approaching 923 back. If the message is OK, it will be added 926 transfer one Ack.
Dementsprechend wird auf der Initiatorseite bei 99 das Ack oder Nack empfangen und prüft der Prozess bei 910, ob ein Nack empfangen wurde. Gemäß anderen Ausführungsformen kann geprüft werden, ob ein Ack empfangen wurde. Falls Nack empfangen wurde, geht der Prozess auf der Initiatorseite zum (erneuten) Senden der Nachricht bei 98 zurück. Dies kann wiederholt werden, bis ein Ack empfangen wird.Accordingly, at the initiator side at 99 The Ack or Nack receive and examine the process 910 whether a Nack was received. According to other embodiments, it may be checked if an Ack has been received. If Nack has been received, the process on the initiator side will join to (re) send the message 98 back. This can be repeated until an Ack is received.
Nach 926 fährt der Prozess auf der Zielseite bei 927 damit fort, eine Nachricht, beispielsweise eine Antwortnachricht auf die bei 98 gesendete Nachricht, zu senden. Beispielsweise kann die Nachricht eine weitere Authentifizierungsnachricht in der Art einer Antwort auf eine Anfrage umfassen. Wenngleich Authentifizierungsnachrichten als Beispiel gegeben werden, ist die Anwendung des Verfahrens aus 9 nicht auf solche Nachrichten beschränkt, und es können Nachrichten gesendet werden, die eine beliebige Art von Daten bereitstellen. Diese Nachricht wird auf der Initiatorseite bei 911 empfangen. Bei 913 wird geprüft, ob die Nachricht in Ordnung ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird bei 912 ein Nack gesendet, und der Prozess geht zu 911 zurück. Falls die Nachricht in Ordnung ist, wird ein Ack bei 915 gesendet, und das Verfahren endet bei 916.To 926 the process continues on the landing page 927 Thus, a message, such as a response message to the at 98 sent message to send. For example, the message may include another authentication message, such as a reply to a request. Although Authentication messages are given as an example, is the application of the method 9 not limited to such messages, and messages can be sent that provide any type of data. This message will be included on the initiator page 911 receive. at 913 it checks if the message is OK. If this is not the case, then 912 sent a nack, and the process is closing 911 back. If the message is OK, an Ack will be enclosed 915 sent, and the process ends at 916 ,
Dementsprechend wird bei 928 auf der Zielseite das Ack oder das Nack empfangen. Bei 929 wird geprüft, ob ein Ack empfangen wurde. Falls dies der Fall ist, ist die Kommunikation abgeschlossen, und das Verfahren endet bei 930. Falls kein Ack empfangen wird, geht der Prozess zu 927 zurück, um die Nachricht erneut zu senden. Alternativ zur Prüfung, ob ein Ack empfangen wurde, kann geprüft werden, ob ein Nack empfangen wurde oder ob ein Nack oder ein Ack empfangen wurde.Accordingly, at 928 receive the Ack or Nack on the landing page. at 929 a check is made as to whether an Ack has been received. If so, the communication is complete and the process ends at 930 , If no Ack is received, the process goes on 927 back to resend the message. As an alternative to checking whether an Ack has been received, it is possible to check whether a Nack has been received or whether a Nack or Ack has been received.
Die in den 9A und 9B dargestellte Kommunikation dient lediglich als Beispiel. Beim Kommunikationsbeispiel aus 9 wird überdies eine einzige Nachricht vom Initiator zum Ziel gesendet (bei 98 wiederholt, falls dies erforderlich ist) und wird eine einzige Nachricht vom Ziel zum Initiator gesendet (bei 927 wiederholt, falls dies erforderlich ist). Bei anderen Kommunikationsprozeduren kann mehr als eine einzige Nachricht von einer oder beiden Seiten gesendet werden.The in the 9A and 9B illustrated communication is merely an example. In the communication example off 9 In addition, a single message is sent from the initiator to the destination (at 98 repeated if necessary) and a single message is sent from the destination to the initiator (at 927 repeated if necessary). Other communication procedures can send more than a single message from one or both sides.
In 10 ist eine Ausführungsform dargestellt, die einer weiteren Ausführungsform entspricht. 10 umfasst eine Leistungsvorrichtung 100, der durch ein Batteriemodul 101 Leistung zugeführt wird. Beim Beispiel aus 10 ist die Leistungsvorrichtung 100 ein Leistungswerkzeug, insbesondere ein Bohrer mit einer Bohrspitze 109, die durch einen Motor 107 angetrieben wird. Gemäß anderen Ausführungsformen können andere Leistungsvorrichtungen, beispielsweise andere Arten von Werkzeugen, bereitgestellt werden.In 10 an embodiment is shown which corresponds to a further embodiment. 10 includes a power device 100 that by a battery module 101 Power is supplied. In the example off 10 is the performance device 100 a power tool, in particular a drill with a drill bit 109 by a motor 107 is driven. According to other embodiments, other power devices, for example other types of tools, may be provided.
Das Batteriemodul 101 gemäß der Ausführungsform aus 10 umfasst eine herkömmliche Batterie (nicht dargestellt) zum Versorgen der Leistungsvorrichtung 100, beispielsweise des Motors 107 davon, mit Leistung, nachdem eine Taste 108 gedrückt wurde. Ferner umfasst das Batteriemodul 101 eine Kommunikationsschaltung mit einer Spule 104 und umfasst die Leistungsvorrichtung 100 einen 3D-Hall-Sensor 105 zum Senden von Informationen vom Batteriemodul 101 zur Vorrichtung 100. Insbesondere können magnetische Kommunikationsschemata verwendet werden, wie zuvor beispielsweise mit Bezug auf 3 erklärt wurde.The battery module 101 according to the embodiment 10 includes a conventional battery (not shown) for powering the power device 100 , for example, the engine 107 of it, with power, after a key 108 was pressed. Furthermore, the battery module comprises 101 a communication circuit with a coil 104 and includes the power device 100 a 3D Hall sensor 105 to send information from the battery module 101 to the device 100 , In particular, magnetic communication schemes may be used, as previously discussed with reference to, for example 3 was declared.
Gemäß einigen Ausführungsformen wird diese Kommunikation zum Authentifizieren des Batteriemoduls 101 verwendet, so dass beispielsweise nur Batteriemodule 101 verwendet werden können, die für die Verwendung mit der Leistungsvorrichtung 100 zertifiziert sind. Zu diesem Zweck umfasst das Modul 101 einen Prozessor 103, beispielsweise eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder einen anderen geeigneten Prozessor, der dafür ausgelegt ist, die Spule 104 zu steuern und Authentifizierungsinformationen, beispielsweise einen öffentlichen Schlüssel, zu senden. Der Prozessor 103 kann durch einen Authentifizierungs-/Verschlüsselungschip 102 unterstützt werden, um beispielsweise den Schlüssel und/oder die Verschlüsselung zum Senden des Schlüssels bereitzustellen.According to some embodiments, this communication becomes to authenticate the battery module 101 used, so for example only battery modules 101 can be used for use with the power device 100 are certified. For this purpose, the module includes 101 a processor 103 For example, a central processing unit (CPU) or other suitable processor designed to charge the coil 104 to control and to send authentication information, such as a public key. The processor 103 can through an authentication / encryption chip 102 be supported, for example, to provide the key and / or encryption to send the key.
Der 3D-Hall-Sensor 105 erfasst das von der Spule 104 erzeugte Magnetfeld und stellt ein Signal, das dem erfassten Magnetfeldentspricht, einem Prozessor 106 der Leistungsvorrichtung 100 bereit, beispielsweise einer entsprechend programmierten CPU oder einer anderen geeigneten Verarbeitungseinheit. Falls die Authentifizierung nicht erfolgreich ist, beispielsweise ein falscher Schlüssel gesendet wurde, deaktiviert der Prozessor 106 den Motor 107 gemäß einigen Ausführungsformen, so dass die Leistungsvorrichtung 100 nicht mit nicht authentifizierten Batteriemodulen verwendet werden kann. Gemäß einigen Ausführungsformen kann diese Deaktivierung erst ausgeführt werden, nachdem eine Anzahl von Versuchen, den richtigen Schlüssel für die Authentifizierung zu erhalten, fehlgeschlagen ist.The 3D Hall sensor 105 detects this from the coil 104 generated magnetic field and provides a signal corresponding to the detected magnetic field, a processor 106 the power device 100 ready, such as a suitably programmed CPU or other suitable processing unit. If the authentication is unsuccessful, for example, a wrong key was sent, the processor deactivates 106 the engine 107 according to some embodiments, such that the power device 100 can not be used with unauthenticated battery modules. According to some embodiments, this deactivation may not be performed until after a number of attempts to obtain the correct key for authentication have failed.
Um diese Authentifizierung weiter zu erläutern, zeigt 11 ein Flussdiagramm eines Authentifizierungsprozesses, der beispielsweise gemäß der Ausführungsform aus 10 ausgeführt werden kann. Wenngleich der Authentifizierungsprozess aus 11 zu Erläuterungszwecken mit Bezug auf 10 beschrieben wird, kann der Authentifizierungsprozess aus 11 allgemein für die Authentifizierung gemäß Ausführungsformen verwendet werden. Der Authentifizierungsprozess aus 11 beginnt bei 110, wenn die Taste 108 in der Leistungsvorrichtung 100 aus 10 gedrückt wird, um die Leistungswerkzeuge zu aktivieren.To further explain this authentication, shows 11 a flowchart of an authentication process, for example, according to the embodiment of 10 can be executed. Although the authentication process is off 11 for explanatory purposes with reference to 10 can be described, the authentication process off 11 generally used for authentication according to embodiments. The authentication process off 11 starts at 110 when the button 108 in the performance device 100 out 10 is pressed to activate the power tools.
Nach dem Drücken der Taste wird bei 111 der 3D-Hall-Sensor 105 aktiviert, um ein durch die Spule 104 erzeugtes Magnetfeld erfassen zu können. Ferner wird bei 112 ein Zähler aktiviert, der, wie nachstehend erklärt wird, fehlgeschlagene Authentifizierungen zählen kann.After pressing the button is at 111 the 3D Hall sensor 105 activated to one through the coil 104 to detect generated magnetic field. Further, at 112 activates a counter which, as explained below, may count failed authentications.
Bei 113 prüft der Prozess, ob eine Magnetflussübertragung, d. h. eine Übertragung unter Verwendung des vom 3D-Hall-Sensor detektierten Magnetfelds, abläuft. Falls dies der Fall ist, wird bei 114 ein öffentlicher Schlüssel oder ein anderes Authentifizierungspasswort empfangen. Bei 115 prüft der Prozess, ob das Batteriemodul authentisch ist, d. h. ob der öffentliche Schlüssel mit einem gespeicherten Schlüssel übereinstimmt. Falls dies der Fall ist, wird bei 1110 die Verwendung des Leistungswerkzeugs mit von der Batterie zugeführter Leistung unter einer vom Benutzer legitimierten Umgebung, d. h. einer Umgebung, in der die Authentifizierung erfolgreich war und beispielsweise eine vollständige Verwendung der jeweiligen Vorrichtung aktiviert wurde, aktiviert, und das Verfahren endet bei 1111.at 113 the process checks whether magnetic flux transmission, ie transmission using the magnetic field detected by the 3D Hall sensor, is taking place. If so, then 114 a public key or another Authentication password received. at 115 the process checks if the battery module is authentic, ie if the public key matches a stored key. If so, then 1110 the use of the power tool with battery supplied power under a user legitimated environment, ie, an environment in which the authentication was successful and, for example, a full use of the respective device has been activated, activates and the method ends 1111 ,
Falls die Authentifizierung bei 115 fehlschlägt, wird der Fehlerzähler bei 116 um 1 erhöht. Bei 117 wird geprüft, ob der Fehlerzähler einen vorgegebenen Schwellenwert TH_Fehler überschreitet. Falls dies nicht der Fall ist, geht der Prozess für einen weiteren Authentifizierungsversuch zu 113 zurück. Falls die Fehlerschwelle überschritten wird, wird bei 118 die Verwendung der Leistungsvorrichtung deaktiviert oder zumindest beschränkt und endet der Prozess bei 119. Sobald sie deaktiviert wurde, kann die Vorrichtung nach einer spezifischen Zeit wieder aktiviert werden oder durch Wartungspersonal reaktiviert werden.If the authentication at 115 fails, the error counter is included 116 increased by 1. at 117 it is checked whether the error counter exceeds a predetermined threshold TH_error. If this is not the case, the process goes on for another authentication attempt 113 back. If the error threshold is exceeded, at 118 the use of the power device deactivates or at least limits and terminates the process 119 , Once disabled, the device may be reactivated after a specific time or be reactivated by maintenance personnel.
Die Ausführungsform aus 10 verwendet eine unidirektionale Kommunikation (d. h. nur das Batteriemodul 100 sendet Daten zur Vorrichtung 100, jedoch nicht umgekehrt), und der Authentifizierungsprozess aus 11 wird an eine solche unidirektionale Kommunikation angepasst. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine bidirektionale Kommunikation verwendet werden. Beispielsweise zeigt 12 eine Ausführungsform.The embodiment of 10 uses unidirectional communication (ie only the battery module 100 sends data to the device 100 but not the other way around), and the authentication process off 11 is adapted to such unidirectional communication. According to other embodiments, bidirectional communication may be used. For example, shows 12 an embodiment.
Insbesondere zeigt 12 eine Leistungsvorrichtung 120 mit einem Batteriemodul 121. Wiederum wird ein Bohrer mit einer durch einen Motor 123 angetriebenen Bohrspitze 124 als Beispiel für eine Leistungsvorrichtung verwendet, wenngleich gemäß anderen Ausführungsformen andere Leistungsvorrichtungen bereitgestellt werden können, beispielsweise andere Arten von Werkzeugen. Die Leistungsvorrichtung 120 kann durch eine Ein-/Ausschalttaste 125 ein- und ausgeschaltet werden.In particular shows 12 a power device 120 with a battery module 121 , Again, a drill with a through a motor 123 powered drill bit 124 used as an example of a power device, although according to other embodiments other power devices may be provided, for example other types of tools. The performance device 120 can be controlled by an on / off button 125 be switched on and off.
Das Batteriemodul 121 umfasst eine herkömmliche Batterie (nicht explizit dargestellt) zum Versorgen der Leistungsvorrichtung 120, beispielsweise des Motors 123, mit elektrischer Leistung. Ferner umfassen die Leistungsvorrichtung 120 und das Batteriemodul 121 eine Kommunikationsschaltungsanordnung unter Verwendung von Magnetfeldern als Kommunikationsmedium, wie zuvor erklärt wurde. Im Gegensatz zur Ausführungsform aus 10 ist in der Ausführungsform aus 12 eine bidirektionale Kommunikation vorgesehen. Insbesondere umfasst die Leistungsvorrichtung 120 eine Spule 127, die durch einen Prozessor 122 gesteuert wird, um Daten zum Batteriemodul 121 zu senden, und sie umfasst einen 3D-Hall-Sensor 126 zum Detektieren eines vom Batteriemodul 121 ausgesendeten Magnetfelds. Umgekehrt umfasst das Batteriemodul 121 eine Spule 128 zum Senden von Daten und einen 3D-Hall-Sensor 129 zum Detektieren eines von der Spule 127 zum Empfangen von Daten erzeugten Magnetfelds. Auf der Seite des Batteriemoduls 121 kann die Kommunikation durch einen Prozessor 1210, beispielsweise eine Zentralverarbeitungseinheit oder einen anderen geeigneten Prozessor, der von einem Authentifizierungschip 1211 unterstützt wird, gesteuert werden.The battery module 121 includes a conventional battery (not explicitly shown) for powering the power device 120 , for example, the engine 123 , with electrical power. Furthermore, the power device include 120 and the battery module 121 a communication circuit using magnetic fields as the communication medium, as explained above. In contrast to the embodiment of 10 is off in the embodiment 12 provided a bidirectional communication. In particular, the power device comprises 120 a coil 127 by a processor 122 is controlled to data to the battery module 121 and includes a 3D Hall sensor 126 for detecting one from the battery module 121 emitted magnetic field. Conversely, the battery module includes 121 a coil 128 for sending data and a 3D Hall sensor 129 for detecting one of the coil 127 magnetic field generated for receiving data. On the side of the battery module 121 can communication through a processor 1210 , For example, a central processing unit or any other suitable processor, of an authentication chip 1211 is supported, controlled.
Gemäß der Ausführungsform aus 12 kann ein herkömmliches Anfrage-/Antwortschema für die Authentifizierung verwendet werden. Insbesondere kann der Prozessor 122 zur Authentifizierung die Spule 127 steuern, um eine Anfragenachricht zum Batteriemodul 121 zu senden, und antwortet das Batteriemodul 121 zur Authentifizierung mit einer geeigneten Antwortnachricht. Falls eine falsche Antwortnachricht empfangen wird, beispielsweise eine Antwortnachricht, die nicht der Anfragenachricht entspricht, kann der Prozessor 122 den Motor 123 deaktivieren, beispielsweise nach einer Anzahl fehlgeschlagener Authentifizierungsversuche. Es können auch andere Authentifizierungsschemata verwendet werden. Ferner können zusätzlich oder alternativ zum Übertragen von Authentifizierungsdaten auch andere Arten von Daten zwischen Komponenten, Modulen und Vorrichtungen, die dargestellt sind, übertragen werden.According to the embodiment of 12 For example, a conventional request / response scheme may be used for the authentication. In particular, the processor can 122 for authentication the coil 127 control a request message to the battery module 121 and the battery module responds 121 for authentication with an appropriate response message. If an incorrect response message is received, such as a response message that does not correspond to the request message, the processor may 122 the engine 123 disable, for example, after a number of failed authentication attempts. Other authentication schemes may be used. Further, in addition to or alternatively to transmitting authentication data, other types of data may also be transferred between components, modules, and devices shown.
Gemäß den zuvor erörterten Ausführungsformen wurden Spulen verwendet, um Magnetfelder zu erzeugen. Gemäß anderen Ausführungsformen können einfache Drähte verwendet werden, um Magnetfelder zu erzeugen, und eine Modulation eines auf dem Draht fließenden Stroms ändert dann das Magnetfeld. Diese Ausführungsformen können verwendet werden, um in Fällen, in denen verdrahtete Verbindungen zwischen Modulen verwendet werden, Rückwärtskompatibilität bereitzustellen. Eine als Beispiel dienende Ausführungsform, bei der eine solche Kommunikationstechnik verwendet wird, ist in 13 dargestellt.In accordance with the embodiments discussed above, coils have been used to generate magnetic fields. According to other embodiments, simple wires may be used to generate magnetic fields, and modulation of a current flowing on the wire then changes the magnetic field. These embodiments may be used to provide backward compatibility in cases where wired connections between modules are used. An exemplary embodiment using such a communication technique is shown in FIG 13 shown.
13 umfasst ein erstes Modul 130 und ein zweites Modul 131. Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Modul 130 ein Batteriemodul sein, das eine Batterie 132 umfasst, um dem zweiten Modul 131, beispielsweise einem Leistungswerkzeug, Leistung zuzuführen. Beispielsweise kann das erste Modul 130 verwendet werden, um einem Motor 1316 des zweiten Moduls 131 Leistung bereitzustellen. Die Kommunikation, die nun mit Bezug auf 13 erklärt wird, ist jedoch nicht auf Leistungsvorrichtungen und Batteriemodule beschränkt, sondern kann auch in anderen Umgebungen verwendet werden. Das erste Modul 130 umfasst ferner eine Mikrosteuereinrichtung 135 und einen Authentifizierungschip 134. 13 includes a first module 130 and a second module 131 , According to one embodiment, the first module 130 a battery module that is a battery 132 includes to the second module 131 For example, a power tool to supply power. For example, the first module 130 used to a motor 1316 of the second module 131 Provide power. The communication, which is now related to 13 however, is not limited to power devices and battery modules, but may be used in other environments become. The first module 130 further comprises a microcontroller 135 and an authentication chip 134 ,
Die Batterie 132 ist über eine Versorgungsspannungsleitung 133 und zusätzlich über eine Erdungsleitung 134 mit dem zweiten Modul 131 gekoppelt, wie dargestellt ist.The battery 132 is via a supply voltage line 133 and additionally via a grounding line 134 with the second module 131 coupled as shown.
Um Daten zu übertragen, steuert die Steuereinrichtung 135 einen Kommunikationsabschnitt 136, um einen Strom auf der Versorgungsleitung 133 zu modulieren. Insbesondere kann die Leitung 133 durch Steuern eines Transistors 137 selektiv auf das Erdungsniveau gezogen werden, wodurch ein Stromfluss moduliert wird. Die Kopplung mit der Erde kann über einen Widerstand 137 geschehen. Ein modulierter Stromfluss bewirkt ein veränderliches Magnetfeld, das in einem zweiten Modul 131 unter Verwendung eines 3D-Hall-Sensors 1311 detektiert werden kann.To transfer data, the controller controls 135 a communication section 136 to get a current on the supply line 133 to modulate. In particular, the line 133 by controlling a transistor 137 are selectively pulled to the ground level, whereby a current flow is modulated. The coupling with the earth can be via a resistor 137 happen. A modulated current flow causes a variable magnetic field, which in a second module 131 using a 3D Hall sensor 1311 can be detected.
Umgekehrt steuert zum Übertragen von Daten vom zweiten Modul 131 zum ersten Modul 130 eine Mikrosteuereinrichtung 1314 des zweiten Moduls 131 einen Kommunikationsabschnitt 1310, um einen Stromfluss zu modulieren. Insbesondere steuert die Steuereinrichtung 1314 einen Transistor 1312, um die Versorgungsleitung 133 selektiv über einen Widerstand 1313 mit der Erde zu koppeln.Conversely, to transfer data from the second module controls 131 to the first module 130 a microcontroller 1314 of the second module 131 a communication section 1310 to modulate a current flow. In particular, the control device controls 1314 a transistor 1312 to the supply line 133 selectively via a resistor 1313 to pair with the earth.
Auf diese Weise kann eine bidirektionale Authentifizierung beispielsweise unter Verwendung eines Anfrage-/Antwortschemas, wie vorstehend mit Bezug auf 11 erwähnt, ausgeführt werden. Ein solches Anfrage-/Antwortschema kann beispielsweise durch Drücken eines Schalters 1315 konfiguriert werden, der beispielsweise einem tastenartigen Schalter 125 aus 12 oder einer Taste 108 aus 10 eines Leistungswerkzeugs entsprechen kann. Zusätzlich oder alternativ zur Authentifizerung können auf diese Weise auch andere Daten zwischen den Modulen 130, 131 übertragen werden. Wenngleich in 13 eine Versorgungsleitung für die Kommunikation verwendet wird, können gemäß anderen Ausführungsformen auch andere elektrische Verbindungen verwendet werden.In this way, bidirectional authentication may be performed using, for example, a request / response scheme as described above with reference to FIG 11 mentioned, be executed. Such a request / response scheme may be, for example, by pressing a switch 1315 configured, for example, a button-like switch 125 out 12 or a button 108 out 10 of a performance tool. In addition or as an alternative to the authentication, other data can also be exchanged between the modules in this way 130 . 131 be transmitted. Although in 13 a supply line is used for the communication, according to other embodiments, other electrical connections can be used.
14 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren aus 14 kann beispielsweise in einem beliebigen der vorstehend beschriebenen Systeme, Vorrichtungen und Module implementiert werden, kann jedoch auch unabhängig davon implementiert werden. 14 shows a method according to an embodiment. The procedure off 14 For example, it may be implemented in any of the systems, devices, and modules described above, but may be implemented independently.
Bei 140 erzeugt das Verfahren ein zu übertragendes Signal. Bei 141 erzeugt das Verfahren ein Magnetfeld auf der Grundlage des übertragenen Signals, beispielsweise durch Steuern einer Vollbrücke, wodurch wiederum eine Spule auf der Grundlage des übertragenen Signals gesteuert wird.at 140 the method generates a signal to be transmitted. at 141 For example, the method generates a magnetic field based on the transmitted signal, for example by controlling a full bridge, which in turn controls a coil based on the transmitted signal.
Die mit Bezug auf 140 und 141 beschriebenen Aktionen können beispielsweise in einem Sendermodul oder einer Sendervorrichtung ausgeführt werden.The referring to 140 and 141 For example, actions described may be performed in a transmitter module or transmitter device.
Ferner erfasst das Verfahren beispielsweise an einem Empfängermodul oder einer Empfängervorrichtung bei 142 das bei 141 erzeugte Magnetfeld. Bei 143 erzeugt das Verfahren ein Empfangssignal auf der Grundlage des erfassten Magnetfelds, das einer Demodulationsart entspricht. Beispielsweise kann das Empfangssignal auf der Grundlage des mit Bezug auf 3 erklärten Modulationsschemas erzeugt werden.Further, the method includes, for example, a receiver module or a receiver device 142 that at 141 generated magnetic field. at 143 The method generates a reception signal based on the detected magnetic field corresponding to a demodulation type. For example, the received signal may be based on with reference to 3 explained modulation schemes are generated.
Das mit Bezug auf 14 beschriebene Verfahren beschreibt eine Kommunikation in einer Richtung. Für eine bidirektionale Kommunikation können die gleichen Aktionen für die jeweilige andere Kommunikationsrichtung ausgeführt werden. Mit dem Kommunikationsverfahren aus 14 können beispielsweise Kommunikationsprozeduren oder Authentifizierungsprozeduren, wie mit Bezug auf 6 oder 9 oder 11 erklärt wurde, implementiert werden, es können jedoch auch andere Arten von Daten übertragen werden.With respect to 14 described method describes a one-way communication. For bidirectional communication, the same actions can be performed for the other communication direction. With the communication method off 14 For example, communication procedures or authentication procedures, as described with reference to FIG 6 or 9 or 11 have been implemented, but other types of data may also be transferred.
Gemäß einigen Ausführungsformen werden die folgenden Beispiele bereitgestellt:
Beispiel 1. Vorrichtung, welche Folgendes umfasst:
eine Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines ersten Signals,
einen Magnetfeldgenerator, der mit der Signalerzeugungsschaltung gekoppelt ist, um ein Magnetfeld auf der Grundlage des ersten Signals zu erzeugen,
einen Magnetfeldsensor zum Erfassen des Magnetfelds, wobei der Magnetfeldsensor wenigstens einen von einem Hall-Sensor oder einem magnetoresistiven Sensor umfasst, und
eine Signalempfangsschaltung, die mit dem Magnetfeldsensor gekoppelt ist, um ein Signal zu empfangen, welches das erfasste Magnetfeld angibt.According to some embodiments, the following examples are provided:
Example 1. Apparatus comprising:
a signal generating circuit for generating a first signal,
a magnetic field generator coupled to the signal generating circuit for generating a magnetic field based on the first signal,
a magnetic field sensor for detecting the magnetic field, wherein the magnetic field sensor comprises at least one of a Hall sensor or a magnetoresistive sensor, and
a signal receiving circuit coupled to the magnetic field sensor for receiving a signal indicative of the detected magnetic field.
Beispiel 2. Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Signalerzeugungsschaltung und der Magnetfeldgenerator in einer ersten Einheit bereitgestellt sind und der Magnetfeldsensor und die Signalempfangsschaltung in einer zweiten Einheit bereitgestellt sind, wobei die erste Einheit von der zweiten Einheit trennbar ist.Example 2. The apparatus of Example 1, wherein the signal generating circuit and the magnetic field generator are provided in a first unit and the magnetic field sensor and the signal receiving circuit are provided in a second unit, the first unit being separable from the second unit.
Beispiel 3. Vorrichtung nach Beispiel 2, wobei die zweite Einheit einen weiteren Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines weiteren Magnetfelds umfasst und wobei die zweite Einheit einen weiteren Magnetfeldsensor zum Erfassen des weiteren Magnetfelds umfasst.Example 3. Device according to Example 2, wherein the second unit comprises a further magnetic field generator for generating a further magnetic field and wherein the second unit comprises a further magnetic field sensor for detecting the further magnetic field.
Beispiel 4. Vorrichtung nach Beispiel 3, wobei die erste Einheit und die zweite Einheit eingerichtet sind, eine Authentifizierung auf der Grundlage eines Anfrage-/Antwortprotokolls durch Senden von Nachrichten unter Verwendung des Magnetfeldgenerators, des Magnetfeldsensors, des weiteren Magnetfeldgenerators und des weiteren Magnetfeldsensors auszuführen.Example 4. The device of Example 3, wherein the first unit and the second unit are configured to perform authentication based on a request / response protocol by transmitting messages using the magnetic field generator, the magnetic field sensor, the further magnetic field generator and the further magnetic field sensor.
Beispiel 5. Vorrichtung nach Beispiel 2, wobei die erste Einheit und die zweite Einheit eingerichtet sind, eine unidirektionale Authentifizierungsprozedur unter Verwendung des Magnetfeldgenerators und des Magnetfeldsensors auszuführen.Example 5. The apparatus of Example 2, wherein the first unit and the second unit are configured to perform a one-way authentication procedure using the magnetic field generator and the magnetic field sensor.
Beispiel 6. Vorrichtung nach Beispiel 4, wobei wenigstens eine von der ersten Einheit oder der zweiten Einheit einen Authentifizierungschip zum Unterstützen der Authentifizierung umfasst.Example 6. The device of Example 4, wherein at least one of the first device or the second device comprises an authentication chip for supporting the authentication.
Beispiel 7. Vorrichtung nach Beispiel 4, wobei das zweite Modul eingerichtet ist, auf der Grundlage einer fehlgeschlagenen Authentifizierung deaktiviert zu werden.Example 7. The device of Example 4, wherein the second module is arranged to be disabled based on a failed authentication.
Beispiel 8. Vorrichtung nach Beispiel 2, wobei die erste Einheit von einer Druckerpatrone umfasst ist und die zweite Einheit von einem Drucker umfasst ist oder wobei die erste Einheit von einem Batteriemodul umfasst ist und wobei die zweite Einheit von einer Leistungsvorrichtung, die durch das Batteriemodul zu versorgen ist, umfasst ist.Example 8. The device of Example 2, wherein the first unit is comprised of a printer cartridge and the second unit is comprised by a printer or wherein the first unit is comprised of a battery module and wherein the second unit is powered by a power device to be powered by the battery module supply is included.
Beispiel 9. Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei der Magnetfeldsensor eingerichtet ist, Magnetfeldkomponenten in wenigstens drei linear unabhängigen Richtungen zu erfassen.Example 9. The device of Example 1, wherein the magnetic field sensor is configured to detect magnetic field components in at least three linearly independent directions.
Beispiel 10. Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei der Magnetfeldsensor eine elektrische Verbindung und einen Transistor, der gekoppelt ist, um einen Strom in der elektrischen Verbindung zu modifizieren, umfasst.Example 10. The device of Example 1, wherein the magnetic field sensor comprises an electrical connection and a transistor coupled to modify a current in the electrical connection.
Beispiel 11. Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei der Magnetfeldgenerator eine Spule umfasst.Example 11. Device according to Example 1, wherein the magnetic field generator comprises a coil.
Beispiel 12. Vorrichtung nach Beispiel 11, wobei der Magnetfeldgenerator ferner eine Vollbrückenschaltung umfasst, die eingerichtet ist, die Spule zu treiben.Example 12. The device of Example 11, wherein the magnetic field generator further comprises a full bridge circuit configured to drive the coil.
Beispiel 13. Vorrichtung, welche Folgendes umfasst:
einen Magnetfeldsensor, wobei der Magnetfeldsensor wenigstens einen von einem Hall-Sensor oder einem magnetoresistiven Sensor umfasst, und
eine Empfangsschaltung, die mit dem Magnetfeldsensor gekoppelt ist, um eine Nachricht auf der Grundlage eines vom Magnetfeldsensor erfassten Magnetfelds wiederzugewinnen.Example 13. Apparatus comprising:
a magnetic field sensor, wherein the magnetic field sensor comprises at least one of a Hall sensor or a magnetoresistive sensor, and
a receiving circuit coupled to the magnetic field sensor for recovering a message based on a magnetic field detected by the magnetic field sensor.
Beispiel 14. Vorrichtung nach Beispiel 13, wobei die Empfangsschaltung eingerichtet ist, die Nachricht auf der Grundlage von Zeitabständen zwischen Magnetpulsen wiederzugewinnen.Example 14. The device of Example 13, wherein the receiving circuit is configured to retrieve the message based on time intervals between magnetic pulses.
Beispiel 15. Vorrichtung nach Beispiel 13, wobei die Empfangsschaltung eingerichtet ist, eine Aufweckprozedur für zumindest Teile der Vorrichtung auf der Grundlage eines vom Magnetfeldsensor erfassten Magnetfelds auszuführen.Example 15. The device of Example 13, wherein the receiving circuit is configured to perform a wake-up procedure for at least portions of the device based on a magnetic field detected by the magnetic field sensor.
Beispiel 16. Verfahren, welches Folgendes umfasst: Erzeugen eines Sendesignals,
Erzeugen eines Magnetfelds auf der Grundlage des Sendesignals,
Erfassen des Magnetfelds, wobei beim Erfassen des Magnetfelds das Magnetfeld unter Verwendung von zumindest einem von einem Hall-Sensor oder einem magnetoresistiven Sensor erfasst wird, und
Erzeugen eines Empfangssignals auf der Grundlage des erfassten Magnetfelds.Example 16. A method comprising: generating a transmit signal,
Generating a magnetic field based on the transmission signal,
Detecting the magnetic field, wherein upon detection of the magnetic field, the magnetic field is detected using at least one of a Hall sensor or a magnetoresistive sensor, and
Generating a received signal based on the detected magnetic field.
Beispiel 17. Verfahren nach Beispiel 16, wobei das Erzeugen des Sendesignals ein Erzeugen des Sendesignals auf der Grundlage einer Authentifizierungsnachricht umfasst.Example 17. The method of Example 16, wherein generating the transmit signal comprises generating the transmit signal based on an authentication message.
Beispiel 18. Verfahren nach Beispiel 17, ferner umfassend Aktivieren einer Vorrichtung abhängig von der Authentifizierungsnachricht.Example 18. The method of Example 17, further comprising activating a device in response to the authentication message.
Beispiel 19. Verfahren nach Beispiel 16, wobei das Erzeugen des Magnetfelds ein Erzeugen von Magnetfeldpulsen umfasst, wobei die Zeitabstände zwischen den Magnetfeldpulsen eine Nachricht codieren.Example 19. The method of Example 16, wherein generating the magnetic field comprises generating magnetic field pulses, the time intervals between the magnetic field pulses encoding a message.
Beispiel 20. Verfahren nach Beispiel 16, ferner umfassend Erzeugen eines weiteren Magnetfeldes als Antwort auf das Empfangssignal und Erfassen des weiteren Magnetfeldes, um eine Antwortnachricht zurückzugewinnen.Example 20. The method of Example 16, further comprising generating a further magnetic field in response to the received signal and detecting the additional magnetic field to recover a response message.
Wie anhand der mehreren vorstehend erörterten Modifikationen und Variationen ersichtlich ist, sind die beschriebenen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen.As can be seen by the several modifications and variations discussed above, the described embodiments are not intended to be limiting.
