JPH05502147A - エネルギー及びデータ転送の方法とシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 エネルギー及びデータ転送の方法とシステム本発明は、主ユニットと補助ユニッ トを備え、エネルギーを主ユニットから補助ユニットへ送り、データを主ユニッ ト、補助ユニット間で二方向に転送するシステム、及びエネルギーを主ユニット がら補助ユニットへ送り、データを主ユニット、補助ユニット間で二方向に転送 する方法に関する。

ＥＰ−Ａ−２８８７９１は、主ユニットから補助ユニットへのエネルギー転送及 びこれらのユニット間での二方向のデータ転送のための方法及びシステムを既に 開示している。この公知の方法によると、主ユニットから補助ユニットへのエネ ルギーの転送と一方のユニットから他方のユニットへのデータの転送は交互に行 われている。エネルギー及びデータ転送は一定のサイクルで行われる。各サイク ルは、まず、補助ユニットへのエネルギー供給を確実にするために特定の持続期 間を持つエネルギーパルスを主ユニットから補助ユニットへ送ることから始まる 。エネルギーパルスがオフされたときに発生する減衰段階の期間切れ後、切換え 段階となる。その切換え段階の間に、追加のエネルギーパルスを送ることによっ て、その追加データサイクルの間、主ユニットと補助ユニット間のデータ転送の 方向を逆転することができる。主ユニットから補助ユニットへのエネルギー転送 がこの切換え段階の間行われなかった場合、予め決められた方向へのデータ転送 は、前述した減衰段階が期間切れになった時点で実行される。

主ユニットと補助ユニット間のデータ転送は、データ転送の両方向への２振幅シ フトキー変調によって成される。これにより復調が簡単となり、干渉に対する免 疫性が高くなる。この公知の方法及びシステムにおいて、補助ユニットは別個の 波長決定素子を有していなければならないので、ユーザー中心の集積回路として 十分な役目を果たすことができない。さらに、補助ユニットは比較的大容量のエ ネルギー貯蔵部を有する必要があり、このこともまた、一体重型構造に反する。

ＥＰ−Ａｌ−０２８７１７５は、主ユニットから補助ユニットへのエネルギー転 送及びこれらのユニット間での二方向のデータ転送のための別の方法及びシステ ムを開示している。このシステムでは、エネルギー転送とデータ転送が同時に行 われる。データが主ユニットから補助ユニットへ送られるとき、搬送波が振幅変 調され、後に詳述するように、８ビツト（１バイト）が転送されるべき各データ ビットの高周波搬送波に変調される。補助ユニットにおいて、受信されたもの、 つまり、第１の小さい振幅“０”で転送されたものと第２の大きい振幅“１″で 転送されたものとが区別できるように分圧器で変調された信号に基づいて、クロ ック信号とデータ信号が得られる。従って、主ユニットの転送能力をそれぞれの 転送連結力の減衰に合わせて変える必要がある。

補助ユニットから主ユニットへのデータ転送は、前述の搬送波の半分の周波数を 持つ補助コイルに対する負荷を変えることによって行われる。補助コイルの負荷 変動の位相が、主ユニットに戻されるビットの状態を決める。主ユニットと補助 ユニットでの同期連続制御を達成するために、二つの開始ビット、補足値を持つ 一つのデータビット、補足値を持つ一つのクロックビット、そして二つの停止ビ ットが、各データビットの転送ごとに主ユニットから送られる。

これらのビットの転送後、搬送波は８振動の間変調されない。この間、前述した ように、補助コイルへの負荷を変えながらデータビットを主ユニットに送り返し 、これによってデータの主ユニットへの再転送が実行される。

ＥＰ−Ａ２−０３　２０　０１５は、主ユニットから補助ユニットへのエネルギ ー転送及びこれらのユニット間での二方向のデータ転送のためのさらなる方法と 装置を開示している。三つの違ったマークからスペースへの切替え比率、それら はそれぞれ転送された“１″のデータ、転送された“Ｏ″のデータ、補助ユニッ トからのビットの呼び出しに相当するものであるが、これらの比率によって高周 波の供給電圧信号のパルス長が変調されることによって、主ユニットから補助ユ ニットへのデータ転送が実行される。補助ユニットから主ユニットへのデータの 再転送は、主ユニットから補助ユニットへのパルス転送後の減衰段階で補助コイ ルをショートさせ、主コイル電圧の衰退レベルを変えることによって行われる。

主ユニットの比較器は転送サイクルの予め決められた特定の時点で、主コイル電 圧の値が補助ユニットから主ユニットへの“１”の転送であるかあるいは“０” の転送であるかを判断する。

ＥＰ−Ａ２７−０１　８５　６１０は、主ユニットから補助ユニットへのエネル ギー転送とこれらのユニット間での二方向のデータ転送のためのさらなる方法及 びシステムを開示している。主ユニットから補助ユニットへのデータ転送は二つ の干渉性のある供給電圧振動の互いの位相を変調することによって実行される。

データの逆方向への転送は、補助ユニットのコイルへの負荷を変えることによっ て行われる。このことは同時二方向データ転送を可能にする。二つの干渉性のあ る信号を転送するためには、空間的に離れた二対のコイルを必要とする。

ＵＳ−Ｃ−４７３Ｃ）１８８は、主ユニットから補助ユニットへのエネルギー転 送と補助ユニットから主ユニットへの一方向へのデータ転送のための別の方法及 びシステムを開示している。主ユニットは連続的に高周波の交流供給信号を送る 。補助ユニットから主ユニットへ転送されるべきデータは、マンチェスターコー ディングによる周波数シフトキーによって変調される。このシステムは別個の発 振器も補助ユニットでのエネルギー貯蔵部も必要としないので、簡単に集積回路 として使用され得る。しかし、データ転送は一方向に限られている。

ＤＥ−Ａｔ−３６３１４７７は、全く同じ構成の複数のユニットを接続するネッ トワークを備えたデータとエネルギーを送るためのネットワークを既に開示して いる。そのネットワークは中央供給ユニットによりエネルギーを供給される。こ の供給ユニ・ントは単に交流電圧でエネルギーを供給するものである。個々のユ ニット間でのデータ転送は、各ユニットがネットワークにアクセスし、ネツトワ ークに与えられる交流電圧信号を振幅変調することによって実行される。

ＥＰ−Ａ２−Ｏｆ　９５　６２６は、周波数シフトキ一方法で変調された情報を 補助ユニットから主ユニットへ転送する場合の情報転送システムを既に開示して いる。

技術雑誌「テクニシェ・メツセンＪ　（ＴｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓＭｅｓｓｅｎ） 、１９８９年第４号、１６４〜１７０ページに、分布しているセンサーに主ユニ ットからエネルギーを供給するために光ファイバーを用いることが開示されてい る。

以上の先行技術に鑑みて、本発明は、主ユニットから補助ユニットへのエネルギ ー転送とこれらのユニット間での二方向のデータ転送のための方法及びシステム を、補助ユニットが簡単で小型な構造を持つように、また両方向へのデータ転送 が確実に行われるように改良するという課題に基づいている。

この課題は請求の範囲第１項に記載されているステップを含む方法によって、ま た、請求の範囲第８項に記載されている特徴を持つシステムによって達成される 。

本発明に係る方法の更なる好ましい改良は、請求の範囲第２項ないし第７項に記 載されている。本発明に係るシステムの好ましい実施形態は請求の範囲第９項な いし第１２項に記載されている。

以下、本発明に係る転送システムの好ましい一実施例を、それは本発明として開 示される転送方法に基づき作用するものであるが、添付図面を参照しながら詳細 に説明する。

図１は転送システムの総括ダイヤグラムである。

図２は補助ユニットの一実施例のブロックダイヤグラムである。

図３は主ユニットの一実施例のブロックダイヤグラムである。

図４は本発明に係る転送方法を説明するためのタイムシーケンスダイヤグラムで ある。

データ及びエネルギー転送のためのシステムは、図１に示されているように、そ の全体が１で表され、主、ユニット２と補助ユニット３を備えている。主ユニッ ト２は、主回路手段５に電力を供給するための電力供給ユニット４を含み、それ は第１．第２結合素子Ｌ１ａ、Ｌ２ａに接続されている。補助ユニット３は補助 回路手段６を含み、それは第３．第４結合素子Ｌｌｂ、Ｌ２ｂに接続されている 。

主ユニット２から補助ユニット３へのエネルギー転送は、第１゜第３結合素子Ｌ ｌａ、Ｌｌｂを介して行われる。主ユニット２と補助ユニット３間での二方向の データ転送は第２．第４結合素子Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを介して行われる。

エネルギー転送及びデータ転送のために、非接触型結合素子が誘電、容量又は光 結合に適していることは当業者にとって明らかであろう。

本実施例の場合、結合素子Ｌｌａ、Ｌｌｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは誘電結合を生み比 すためにコイルの形をとっている。

図２に示されているように、補助ユニット３は第３結合素子Ｌ１ｂから受け取っ た交流供給信号を直流供給電圧Ｖｃｃに変換する整流回路７を含んでいる。第３ 結合素子Ｌｌｂは、さらに、第１信号形成回路８に接続される。第１信号形成回 路８は受け取ったもの、つまり本質的には正弦信号を矩形クロック信号に変換し 、この矩形クロック信号は、一方では基準カウンター９に他方ではシーケンス制 御回路１０に送られる。

第４結合素子Ｌ２ｂは、制御状態がシーケンス制御回路１０によって決定される 第１転送受信スイツチ１１に接続されている。第１転送受信スイツチ１１は、受 信状態にあっては、第４結合素子Ｌ２ｂと、データカウンター１３の入力側に接 続されている第２信号形成回路１２とを接続する。マイクロプロセッサ１４は、 データカウンター１３及び基準カウンター９の出力側と接続されており、さらに 、シーケンス制御回路１０とも相互のデータ交換のために接続されている。

基本的には従来通り、マイクロプロセッサ１４は、リセット論理回路１５を備え １例えば、供給電圧Ｖｃｃの投入時または望ましくないプログラムの状態になっ た場合、マイクロプロセッサをリセットする。

補助ユニット３から主ユニット２へのデータの再転送のための周波数シフトキー 回路１６は、再転送されるべきビットの論理値に従って、２周波数シフトキーの ためにマイクロプロセッサ１４によって制御される。周波数シフトキー回路１６ の出力側は第１転送受信スイツチ１１に接続され、第１転送受信スイツチ１１は 、転送状態にあっては、周波数シフトキー回路１６を第４結合素子Ｌ２ｂに接続 する。

図３に示されているように、主ユニット２はホストコンピュータ１７を含み、こ のホストコンピュータ１７と第２マイクロプロセツサ１８の間にはデータ転送ラ インが存在する。

さらに、主ユニット２は電力増幅器２０に接続されている発振器１９を含む。電 力増幅器２０の出力側は、高周波の交流供給信号を補助ユニット３に送るため、 第１結合素子Ｌｌａに接続されている。

第２マイクロプロセツサ１８によって決定されるゲート時間又はオン時間に従っ て、発振器１９の出力信号が、転送状態にある第２転送受信スイツチ２１を通じ て第２結合素子Ｌ２ａに送られる。後に詳述するように、発振器１９の出力信号 の第２結合素子Ｌ２ａへの直通ゲート時間は、主ユニット２から補助ユニット３ への２値のデータの第１又は第２の値の転送に相当する。

特定の周波数を持つ発振器の出力信号を第２結合素子に供給する時間を異ならせ る代わりに、これは本実施例から派生するものであるが、それぞれ第１．第２の 周波数を持つ第１又は第２の発振器をそれぞれ全く同じゲート時間の間、第２結 合素子に接続して２値データの第１又は第２の値を転送することも可能である。

第２転送受信スイツチ２１が第２マイクロプロセツサ１８に制御されて受信状態 にあるとき、第２転送受信スイツチ２１は第２結合素子Ｌ２ａを第１位相ロック ループ２２と第２位相ロックループ２３に接続する。これらのロックループ２２ ．２３の出力側はそれぞれマイクロプロセッサ１８に接続されている。第１位相 ロックループ２２は補助ユニット３の周波数シフトキー回路１６によって出力さ れる第１の周波数を持つ信号に反応する。これに対して、第２位相ロックループ ２３は該周波数シフトキー回路１６から出力される第２の周波数を持つ信号に反 応する。

図２〜図４を参照して、下記に転送方法を詳細に説明する。主ユニット２の始動 から始まり、高周波数の交流供給信号という形でのエネルギー転送が主ユニット ２から補助ユニット３に連続的に行われる。クロック信号は補助ユニット３にお いて、第１信号形成回路８によって発せられ、基準カウンター９はこのクロック 信号によってカウント、即ち、インクリメントされる。主ユニット２がらのデー タ信号が補助ユニット３によって受け取られたとき、データカウンター１３はそ の転送されたデータ信号の振動に応じてカウントする。シーケンス制御回路１０ は、データ信号が受け取られた時点がら、つまり、データカウンター１３がカウ ントを開始した時点から、基準カウンター９がカウントを開始するように制御す る。基準カウンター９はクロック信号によって決定される時間基準を持つタイム ウィンドーを定義する。

基準カウンター９のカウント値がタイムウィンドーの終縁に相当する最大値ある いは最終値に達すると、直ちに、マイクロプロセッサ１４がデータカウンター１ ３の読取りを実行させる。タイムウィンドーの終縁で、第１マイクロプロセツサ １４は補助ユニット３から主ユニット２へのデータの再転送を開始させるために 、第１転送受信スイツチｌｌの切換えを行う。周波数シフトキー回路１６は、転 送されるべきデータ値に基づいて、二つの転送周波数のうちの一つを持つ信号を 出力する。主ユニット２の第２マイクロプロセツサ１８は補助ユニット３へのデ ータ転送終了後、第２転送受信スイツチ２１を切り換え、第１又は第２位相ロッ クループ２２又は２３が補助ユニット３によって送られて来る信号に反応し、そ してこれが第２マイクロプロセツサ１８によって検知される。データの再転送は これをもって終了する。

本発明に係る方法は、もちろん、データカウンター１３が十分な容量を持ち、転 送のための連結が十分に安全であるならば、それぞれの方向のデータ転送に関し て、１ビツトだけでな（それ以上のデータ転送を可能にする。複数ビットのデー タの再転送は、２値の周波数シフトキーの代わりに、適当な複数の位相ロックル ープを備えた適当な複数値の周波数シフトキーを必要とする。

本発明に係る方法及びシステムは、補助ユニット側で使用される回路素子の数を 最少にとどめる。このことは、比較器と基本ゲートの使用に加えて、カウンター と分割器を兼ねるフリップフロップを専ら使用することによって達成され得る。

従って、補助ユニ・ノドをユーザー中心の集積回路として使用することが容易に 可能となる。

本発明に係る転送方法では、強制同期が実行される。主ユニットがサイクルの開 始時点を決め、補助ユニットがそのサイクルの終わりを決める。この転送方法は これらの特徴を有しているので、主ユニットも補助ユニットも、各データ転送の 実行の前に、特定のタイムクリティカルタスクを完成させるために、互いに相手 のユニットを待たせる。

本発明に係る方法はさらに、高い転送信頼性という特徴点を持っている。はとん ど任意に高い転送信頼性はタイムウィンドーの適切な選択によって達成され得る 。タイムウィンドーが、これは使用される回路網によって決定されるのであるが 、十分に大きい場合、データカウンターの内容は適当なソフトウェアによって、 例えば、２ビツトごとに転送されるように、あるいは、データカウンターの内容 が直接１バイトに相当するように変換され得る。しかし、これはもちろん達成可 能な転送信頼性を低めることになるであろう。

周波数シフトキー変調方法が採用されているので、補助ユニットから主ユニット へのデータ転送もトラブルに対して免疫性がある。

補助ユニットは各ビットの受信後、１ビツトを送り返すことができるので、両方 向への１バイトのデータ転送はほぼ同時に実行され得る。

要約書 エネルギーを主ユニット（２）から補助ユニット（３）に送り、データをこれら のユニット間を二方向に転送するための方法で、エネルギーは特定の周波数の交 流供給信号という形で主ユニット（２）から補助ユニット（３）へ送られ、クロ ック信号が交流供給信号に基づいて出力される。第１データ信号は主ユニット（ ２）から補助ユニット（３）へ送られ、第１データ信号が受信された瞬間からク ロック信号によって決定される時間基準に従って、タイムウィンドーが補助ユニ ット（３）内で発生する。タイムウィンドー内の第１データ信号の振動数がカウ ントされ、そのカウント数は転送された第１データ値を決めるのに用いられる。

それに基づいて、第２データ信号が補助ユニット（３）から主ユニット（２）へ 送り返される。

補正書の写しくｖＡ訳文）提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成４年１２ 月２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．主ユニットから補助ユニットへエネルギーを転送し、該主ユニット、補助ユ ニット間で二方向にデータを転送するための方法であって、以下のステップを備 えている； エネルギーを、主ユニット（２）から補助ユニット（３）へ特定の周波数の交流 供給信号として送る； 主ユニット（２）から補助ユニット（３）に送られた交流供給信号に基づいて、 補助ユニットのためのクロック信号を発生させる；主ユニット（２）から補助ユ ニット（３）に第１データ信号を送る； クロック信号によって決定される時間基準で第１データ信号が受信された時点か ら、補助ユニット内でタイムウィンドーを発生させる； タイムウィンドー内で第１データ信号の振動数をカウントする；振動数のカウン ト値に基づいて、受信された第１データの値を判断する； 第１データ信号の主ユニット（２）から補助ユニット（３）への転送終了に引き 続いて、第２データ信号を補助ユニット（３）から主ユニット（２）に送り返す 。 ２．補助ユニット（３）は、タイムウィンドーの期間終了に応答し、第２データ 信号を補助ユニット（３）から主ユニット（２）へ送ることを特徴とする請求の 範囲第１項記載の方法。 ３．補助ユニット（３）は、第１データ信号の主ユニット（２）から補助ユニッ ト（３）への転送終了に応答し、第２データ信号を補助ユニット（３）から主ユ ニット（２）へ送ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ４．補助ユニット（３）は、少なくとも二つの周波数を用いた周波数シフトキー により第２データ信号を変調することを特徴とする請求の範囲第１項、第２項又 は第３項記載の方法。 ５．タイムウィンドー内でデータ信号の振動数をカウントするステップが下記の サブステップを含むことを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項又は第 ４項記載の方法：第１データ信号の受信が開始された時点からの交流供給信号の 振動数をカウントする； 第１データ信号の振動数をカウントする；交流供給信号の振動数のカウント値が 、タイムウィンドーに相当する特定の値に達すると直ちに第１データ信号の振動 数のカウント動作を終了させる。 ６．主ユニット（２）は、一定の周波数とデータに応じた振動時間を持つ信号を 発生させることによって第１データ信号を変調することを特徴とする請求の範囲 第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項記載の方法。 ７．主ユニット（２〕は周波数シフトキーによって第１データ信号を変調するこ とを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項記載の方 法。 ８．主ユニット（２）と補助ユニット（３）を備え、エネルギーを主ユニット（ ２）から補助ユニット（３〕へ送り、データを主ユニット（２）、補助ユニット （３）間で二方向に送るために用いられるシステムで、 前記主ユニット（２〕は以下のものを備えている；特定の周波数の交流供給信号 を発生させる発振器（１９）；第１データ信号を主ユニット（２）から補助ユニ ット（３）に送るための第１転送手段（１８，１９，２１）；補助ユニット（３ ）から第２データ信号を受け取るための第１受信手段（２２，２３，１８）； 前記補助ユニット（３）は以下のものを備えている；主ユニット（２）から補助 ユニット（３）へ送られて来た交流供給信号に基づいてクロック信号を発生させ るクロック信号発生手段（８）； タイムウィンドーを発生させるためのものであって、第１データ信号受信の際に 始動され、クロック信号のパルスをカウントし、カウント値がタイムウィンドー 対応値に達するまでタイムウィンドー信号を発する基準カウンター（９）； タイムウィンドー信号が存在する間、第１データ信号の振動数をカウントするデ ータカウンター（１３）；主ユニット（２）から補助ユニット（３）への第１デ ータ信号転送終了に引き続いて、補助ユニット（３）から主ユニット（２）へ第 ２データ信号を送るための第２転送手段（１４，１６）。 ９．主ユニット（２）と補助ユニット（３）のそれぞれが主ユニット（２）から 補助ユニット（３）へのエネルギー転送及びこれらのユニット間での二方向のデ ータ転送のためのエネルギー及びデータ転送素子（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ ２ｂ）を備えていることを特徴とする請求の範囲第８項記載のシステム。 １０．補助ユニット（３）がさらに以下のものを備えていることを特徴とする請 求の範囲第９項記載のシステム；第１デジタル制御装置（１０，１４，１５）； 第１デジタル制御装置（１０，１４，１５）と補助ユニット（３）のデータ転送 素子（Ｌ２ｂ）とに接続されている第１転送受信スイッチ（１１）； 第１転送受信スイッチ（１１）の下流側に接続され、また、出力側がデータカウ ンター（１３）に接続されている第１信号形成回路（１２）、該データカウンタ ー（１３）はその出力側が第１デジタル制御装置（１０，１４，１５）に接続さ れている；エネルギー転送素子（Ｌ１ｂ）に接続されている整流回路（７）；エ ネルギー転送素子（Ｌ１ｂ）に接続され、出力側が基準カウンター（９）に接続 されている第２信号形成回路（８）、該基準カウンター（９）はその出力側が第 １デジタル制御装置（１０，１４，１５）に接続されている。 １１．第２転送手段は、入力側がデジタル制御装置（１０，１４，１５）に、出 力側が第１転送受信スイッチ（１１）にそれぞれ接続されている周波数シフトキ ー回路（１６）を備えていることを特徴とする請求の範囲第１０項記載のシステ ム。 １２．主ユニット（２）がさらに以下のものを備えていることを特徴とする請求 の範囲第９項、第１０項又は第１１項記載のシステム；第２デジタル制御装置（ １７，１８）；第２デジタル制御装置（１７，１８）と主ユニット（２）のデー タ転送素子（Ｌ２ａ）とに接続されている第２転送受信スイッチ（２１）、該第 ２転送受信スイッチ（２１）は、転送状態にあるとき、転送されるべきデータに 応じて第２デジタル制御装置（１７，１８）によって予め決められたゲート時間 の間、発振器（１９）と主ユニット（２）のデータ転送素子（Ｌ２ａ）とを接続 し、受信状態にあるときは、主ユニット（２）のデータ転送素子（Ｌ２ａ）と、 それぞれの出力側が第２デジタル制御装置（１７，１８）に接続される第１，第 ２位相ロックループ（２２，２３）とを接続する。