KR20220009979A

KR20220009979A - 점진적 주파수 응답 비-접촉 슬립 링 프로브

Info

Publication number: KR20220009979A
Application number: KR1020217040109A
Authority: KR
Inventors: 제이알 필 이. 피어슨
Original assignee: 무그 인코포레이티드
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2022-01-25
Also published as: EP3963659C0; EP3963659B1; WO2020243182A1; GB202117210D0; CN114128036A; EP3963659A1; CA3142057C; CA3142057A1; US20220216894A1; DE112020002615T5; CN114128036B; GB2599030B; JP2022536045A; US11736145B2; GB2599030A; IL288502A

Abstract

슬립 링의 인터페이스를 가로질러 전송하도록 신호를 수신하기 위해 슬립 링의 송신기에 대해 이격 배치된 적어도 하나의 분할된 신호 수신 스트립을 포함하는 신호 캡처 영역을 포함하는 슬립 링의 인터페이스를 가로질러 송신기로부터 전기 신호의 전송을 수신하기 위한 프로브. 분할된 신호 수신 스트립은 신호의 주파수 신호 컨텐츠의 범위를 수신하도록 구성되고, 제1 주파수 응답을 갖는 제1 신호 수신 세그먼트, 　제2 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결된 제2 신호 수신 세그먼트, 제3 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 결합된 제3 신호 수신 세그먼트를 구비하며,　상기 제2 신호 수신 세그먼트의 상기 제2 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작고, 　상기 제3 신호 수신 세그먼트의 상기 제3 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작다.

Description

점진적 주파수 응답 비-접촉 슬립 링 프로브

본 발명은 슬립 링 프로브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분할된 점진적 주파수 응답 프로브를 갖는 슬립 링에 관한 것이다.

서로에 대해 회전 가능한 두 부재들 사이에서 전기 신호를 전도하기 위한 장치는 당 업계에 잘 알려져 있다. 일반적으로 로터리 조인트 또는 회전 전기 인터페이스로 알려진 이러한 장치는 특히 슬립-링 및 트위스트 캡슐을 포함한다. 슬립-링은 일반적으로 부재들 사이에 무제한 회전이 필요할 때 사용되는 반면 트위스트 캡슐은 일반적으로 부재들 사이에 제한된 회전만이 필요할 때 사용된다.

슬립 링은 고정된 구조로부터 회전하는 구조로 또는 서로에 대해 회전하는 두 구조들 사이에서 서로에게 데이터를 포함하는 전력 및 신호의 전송을 허용한다. 슬립 링은 전력이나 신호를 전송하는 동안 회전이 필요한 모든 전기 기계 시스템에서 사용할 수 있다. 슬립 링은 또한 기계적 성능을 개선하고 시스템 작동을 단순화하며 이동식 조인트에 매달려 있는 손상되기 쉬운 와이어를 제거할 수 있다. 전통적으로 슬립 링 디자인은 슬립 링 영역의 아주 작은 부분에 대해서만 데이터를 전달했다.

종래의 슬립-링은 전형적으로 부재들 사이에 슬라이딩 전기 접점을 사용한다. 이들은 특정 응용 분야에서는 잘 작동하지만, 더 높은 주파수에서는 전기적 성능을 제한하는 고유한 약점이 있다. 비-접촉 슬립 링이 또한 선행 기술에 공지되어 있다. 이러한 로터리 조인트 시스템은 슬라이딩 전기 접점 없이 회전자와 고정자 사이에 고주파 전기 신호를 전송할 수 있다. 이러한 비-접촉 시스템은 신호 소스와 신호 수신기 사이의 공간을 가로질러 전송된 전자기 에너지를 복구하는 장치를 포함한다. 무선 주파수("RF") 통신 시스템에서, 이러한 장치는 안테나(또는 안테나들)라고 하며 일반적으로 자유 공간의 고전적인 원거리 전자기 복사에서 작동한다. 대조적으로, 전자기 근거리-장(near-field)을 활용하여 매우 짧은 거리에 걸쳐 전기 통신을 수행하고, 전자기 근거리-장에서 에너지를 회수하는 로터리 조인트를 "필드 프로브(field probe)" 또는 간단히 "프로브"라고 한다.

전자기 소스의 반응성 근거리-장에서 기능하도록 의도된 장치는, 자기 루프, 전압 프로브 및 저항성-부하 쌍극자가 선행 기술에 공지되어 있는 원거리-장 장치와 다른 형태를 취한다. 근거리-장 분야에는 근거리-장에서 자기 유도를 활용하는 RF ID 태그 및 보안 저속 데이터 전송이 포함된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "프로브"는 전자기 소스의 근거리-장에서 작동하는 구조이고, "안테나"는 주로 원거리-장 장치가 되도록 의도된 방사 구조인 것으로 간주한다. 본 개시의 주제는 슬립 링과 같은 비-접촉 로터리 조인트의 근거리-장에서 작동하는 전자기장 프로브를 포함한다.

종래의 안테나 및 근거리 프로브는 1Gbps 이상의 데이터 전송 속도로 동작할 때 비-접촉 로터리 조인트 시스템에서의 사용을 방해하거나 절충하는 다양한 거동을 나타낸다. 이러한 로터리 조인트 시스템은 신호의 시간 영역 특성을 보존하기 위해 높은 반사 손실과 낮은 왜곡 임펄스 응답을 나타낼 뿐만 아니라 멀티-기가비트 디지털 데이터의 필수적인 주파수 성분을 통과시키기 위해 초광대역("UWB") 주파수 응답이 필요하다. 또한, 비-접촉 로터리 조인트는 회전 갭을 통해 전송되는 에너지를 포착하는 데 필요한 안테나 및 필드 프로브의 설계를 복잡하게 만드는 특성을 나타낸다. 일반적으로 비-접촉 로터리 조인트는 회전자와 고정자 사이의 회전에 따라 전계 강도 변화를 나타내고, 신호가 신호 소스에서 전송 라인 종단까지 전송 라인에서 파동으로 이동할 때 방향성 거동을 나타내며, 심지어 근거리-장에서 불연속적일 수 있다. 고주파 비-접촉 로터리 조인트는 근거리-장 프로브 설계에 고유한 과제를 제시한다.

대부분의 종래 기술의 안테나 및 프로브는 다중-기가비트 데이터 스트림의 광대역 에너지를 수용하기 위해 주파수 응답 및 시간-영역 응답 모두가 부족한 협대역 정상파 장치이다. 작은 근거리-장 전압 및 전류 프로브는 적절한 주파수 및 임펄스 응답을 나타낼 수 있지만, 수용 가능한 신호-대-노이즈 비를 위한 충분한 캡처 영역이 부족한 경우가 많다.

미국 특허 제10,033,074호는 이전의 로터리 조인트 솔루션의 일부 단점을 해결하는, 상대적으로 이동 가능한 두 부재들 사이에 정의된 인터페이스를 가로질러 전기 신호를 전송하기 위한 비-접촉식 로터리 조인트를 개시한다. 미국 특허 제10,033,074호는, 고속 디지털 데이터 출력 신호를 제공하도록 작동가능하게 배열된 신호 소스, 소스 갭 및 종단 갭을 갖는 피제어 임피던스 차동 전송 라인, 신호 소스로부터 고속 디지털 데이터 출력 신호를 수신하고, 이를 피제어 임피던스 차동 라인의 소스 갭에 공급하도록 작동가능하게 배열된 전력 분배기, 인터페이스를 거쳐 전송된 신호를 수신하기 위해 전송 라인에 대해 이격 배치된 근거리-장 프로브, 및 프로브에 의해 수신된 신호를 수신하도록 작동 가능하게 배열된 수신 전자장치를 광범위하게 포함하는 비-접촉 로터리 조인트를 개시한다.

미국 특허 제7,142,071호는 제1 유전 재료, 동심으로 이격된 복수의 전도성 링 및 제1 접지 평면을 포함하는 속도 보상 접촉 링 시스템을 개시하고 있다. 제1 유전 재료는 제1 측면 및 제2 측면을 포함한다. 복수의 동심으로 이격된 전도성 링은 제1 유전 재료의 제1 측면에 위치한다. 전도성 링은 내부 링과 외부 링을 포함한다. 제1 접지 평면은 제1 유전 재료의 제2 면에 위치한다. 내부 링의 폭은 외부 링의 폭보다 크고, 내부 링 및 외부 링의 폭은 내부 링 및 외부 링의 전기적 길이를 실질적으로 동일하게 하도록 선택된다.

미국 특허 제6,956,445호는 적어도 하나의 평평한 브러시 접촉부 및 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함하는 접촉 프로브 시스템을 개시하고 있다. PCB에는 평평한 브러시 접점을 외부 인터페이스에 연결하기 위한 급전선이 포함되어 있다. 평평한 브러시 접점은 PCB의 제1 면 위에 있으며, PCB는 평평한 브러시 접점을 급전선에 연결하는 도금 관통 아일릿을 포함한다.

개시된 실시형태의 상응하는 파트, 부분 또는 표면에 대해 괄호로 참조번호를 부여하는 것은 단지 예시의 목적을 위한 것이고 제한하기 위한 것이 아니다. 2개의 상대적으로 이동 가능한 부재들 사이에 정의된 비-접촉 인터페이스(60)를 가로질러 전기 신호(30)를 전송하기 위한 비-접촉 로터리 조인트(115, 215)로, 비-접촉 인터페이스(60)를 가로질러 신호(30)를 전송하도록 구성된 송신기(16); 상기 송신기에 대해 이격되어 배열되고, 상기 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호를 수신하도록 동작가능하게 배열된 근거리-장 프로브(18); 상기 근거리-장 프로브는 상기 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호를 수신하기 위한 신호 캡처 영역(100, 200, 300)을 구비하고; 상기 신호 캡처 영역은 상기 신호의 원하는 저주파 신호 컨텐츠에 대한 길이를 갖고, 상기 신호의 원하는 저주파 신호 컨텐츠를 포함하는 상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위를 수신하도록 구성된 분할된 신호 수신 스트립(110, 130, 210, 230, 310, 330)을 포함하고, 상기 분할된 신호 수신 스트립은, 제1 주파수 응답을 갖는 제1 신호 수신 세그먼트(119, 219, 319); 　제2 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결된 제2 신호 수신 세그먼트(111A, 211A, 311A); 제3 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 결합된 제3 신호 수신 세그먼트(111B, 211B, 311B); 상기 제2 신호 수신 세그먼트의 상기 제2 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작고; 그리고 상기 제3 신호 수신 세그먼트의 상기 제3 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작으며; 그리고 상기 제1 신호 수신 세그먼트(119, 219, 319)를 통해 상기 분할된 신호 수신 스트립에 의해 수신된 상기 주파수 신호 콘텐츠 범위를 수신하도록 동작가능하게 배열된 수신 전자장치(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트가 제공된다.

제1 신호 수신 세그먼트는 제1 길이를 가질 수 있고; 제2 신호 수신 세그먼트는 상기 제1 길이보다 큰 제2 길이를 가질 수 있으며; 및 제3 신호 수신 세그먼트는 상기 제1 길이보다 큰 제3 길이를 가질 수 있다. 분할된 신호 수신 스트립은, 상기 제1 신호 수신 세그먼트와 상기 제2 신호 수신 세그먼트 사이에 위치하며, 상기 제2 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제1 소산 요소(121A, 221A, 314A); 및 상기 제1 신호 수신 세그먼트와 상기 제3 신호 수신 세그먼트 사이에 위치하며, 상기 제3 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제2 소산 요소(121B, 221B, 314B)를 포함할 수 있다.

제2 신호 수신 세그먼트(311A)는 신호 필터(321A)를 제공하게 배치되며 전기적으로 연결된 저항기(R) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있고, 상기 제3 신호 수신 세그먼트(311B)는 신호 필터(321B)를 제공하게 배치되며 전기적으로 연결된 저항기(R) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트(319)는 제1 길이를 가질 수 있고; 제2 신호 수신 세그먼트(311A)는 상기 제1 길이와 동일한 제2 길이를 가질 수 있으며; 및 제3 신호 수신 세그먼트(311B)는 상기 제1 길이와 동일한 제3 길이를 가질 수 있다. 분할된 신호 수신 스트립(310)은, 제1 신호 수신 세그먼트(319)와 제2 신호 수신 세그먼트(311A) 사이에 위치하고, 상기 제2 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제1 소산 요소(314A); 및 제1 신호 수신 세그먼트(319)와 제3 신호 수신 세그먼트(311B) 사이에 위치하고, 상기 제3 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제2 소산 요소(314B)를 포함할 수 있다.

제1 신호 수신 세그먼트, 상기 제2 신호 수신 세그먼트 및 상기 제3 신호 수신 세그먼트 각각이 구리를 포함할 수 있다. 제1 소산 요소 및 제2 소산 요소는 각각이 저항기를 포함할 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트(119, 219, 319)는 수신 전자장치(28)와 통신하는 중앙 탭(61)을 포함할 수 있다.

제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답은 상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위의 제1 주파수 하부범위에 대응할 수 있고, 제2 신호 수신 세그먼트의 상기 제2 주파수 응답은 상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위의 제2 주파수 하부범위에 대응할 수 있으며; 제1 주파수 하부범위가 제2 주파수 하부범위보다 클 수 있다.

송신기에 의해 비-접촉 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호는 고속 디지털 데이터 출력 신호일 수 있다. 송신기는 고속 디지털 데이터 출력 신호를 제공하게 작동가능하게 배치된 신호 소스(20), 소스 갭(23) 및 종단 갭(24)을 구비하는 피제어 임피던스 차동 전송 라인(162), 상기 신호 소스로부터 상기 고속 디지털 데이터 출력 신호를 수신하여, 상기 신호 소스로부터 수신한 상기 고속 디지털 데이터 출력 신호를 상기 피제어 임피던스 차동 전송 라인의 상기 소스 갭으로 제공하도록 작동가능하게 배치된 전력 분할기(21)를 포함하고; 및 근거리-프로브는 상기 피제어 임피던스 차동 전송 라인에 대해 이격되어 배치되고, 상기 송신기에 의해 상기 비-접촉 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호를 수신하게 작동가능하게 배치될 수 있다.

분할된 신호 수신 스트립은, 적어도 2개의 추가의 신호 수신 세그먼트(112A, 112B, 113A, 113B, 311)를 포함하고; 상기 추가의 신호 수신 세그먼트 각각은 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결되어 있으며; 각각의 추가의 신호 수신 세그먼트의 상기 주파수 응답은 상기 추가의 신호 수신 세그먼트가 상기 제1 신호 수신 세그먼트로부터 멀어질수록 감소한다. 제2 신호 수신 세그먼트, 상기 제3 신호 수신 세그먼트 및 상기 추가의 신호 수신 세그먼트 각각의 사이에 위치하는 적어도 하나의 소산 요소(121A, 122A, 123A, 121B, 122B, 123B, 221A, 222A, 223A, 221B, 222B, 223B, 314A, 314B, 314)를 포함할 수 있고, 상기 소산 요소는 상기 각각의 신호 수신 세그먼트를 서로에 대해 격리시키도록 구성될 수 있다.

각각의 추가의 신호 수신 세그먼트(112A, 112B, 113A, 113B)의 길이는 상기 추가의 신호 수신 세그먼트가 상기 제1 신호 수신 세그먼트로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 제2 신호 수신 세그먼트(311A), 제3 신호 수신 세그먼트(311B) 및 추가의 신호 수신 세그먼트(311)는 신호 필터(321)를 제공하게 배치된 전기적으로 연결된 저항기(R) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다.

신호 캡처 영역은 제1 분할 신호 수신 스트립(110, 210, 310)에 평행하게 배향된 제2 분할 신호 수신 스트립(130, 230, 330)을 포함할 수 있되, 제2 분할 신호 수신 스트립은, 제1 주파수 응답을 갖는 제1 신호 수신 세그먼트(139, 239, 339); 제2 주파수 응답을 갖고 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 결합된 제2 신호 수신 세그먼트(131A, 231A, 331A); 제3 주파수 응답을 갖고 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 결합된 제3 신호 수신 세그먼트(131B, 231B, 331B)를 포함하고; 제2 신호 수신 세그먼트의 제2 주파수 응답은 제1 신호 수신 세그먼트의 제1 주파수 응답보다 작고; 제3 신호 수신 세그먼트의 제3 주파수 응답은 제1 신호 수신 세그먼트의 제1 주파수 응답보다 작으며, 수신 전자장치(28)는 제2 분할된 신호 수신 스트립(130, 230, 330)의 제1 신호 수신 세그먼트(139, 239, 339)를 통해 제2 분할된 신호 수신 스트립(130)에 의해 수신된 신호 컨텐츠를 수신하도록 작동 가능하게 배열될 수 있다.

다른 측면에서, 원하는 저주파 신호 컨텐츠에 대한 크기의 길이를 갖는 프로브가 제공되며, 이 프로브는 저주파수 신호 컨텐츠 및 고주파수 신호 컨텐츠를 수신하도록 구성되며, 각각이 프로세서(28)에 연결된 중앙 탭(61, 62, 119, 139, 219, 239, 319, 339); 고주파 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 제1 신호 수신 세그먼트(111A, 211A, 311A); 고주파 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 제2 신호 수신 세그먼트(111B, 211B, 311B); 중앙 탭과 제1 신호 수신 세그먼트를 분리하기 위해 중앙 탭과 제1 신호 수신 세그먼트 사이에 위치된 제1 소산 요소(121A, 221A, 314A); 및 중앙 탭과 제2 신호 수신 세그먼트를 분리하기 위해 중앙 탭과 제2 신호 수신 세그먼트 사이에 위치된 제2 소산 요소(121B, 221B, 314B)를 포함하는, 복수의 신호 수신 스트립(110, 130, 210, 230, 310, 330)을 포함한다.

복수의 신호 수신 스트립은, 고주파 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 적어도 하나의 제1 추가 신호 수신 세그먼트(112A, 113A, 212A, 213A) 및 고주파 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 적어도 하나의 제2 추가 신호 수신 세그먼트(112B, 113B, 212B, 213B)를 추가로 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 제1 추가 신호 수신 세그먼트는 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 결합되고; 적어도 하나의 제2 추가 신호 수신 세그먼트는 상기 제2 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결된다. 복수의 신호 수신 스트립은 중앙 탭과 신호 수신 세그먼트를 분리하기 위해 신호 수신 세그먼트들 사이에 위치된 복수의 소산 요소(122A, 123A, 222A, 223A)를 더 포함할 수 있다. 각각의 신호 수신 세그먼트(112A, 113A, 212A, 213A, 112B, 113B, 212B, 213B)의 길이는 신호 수신 세그먼트가 중앙 탭에서 멀어질수록 증가할 수 있다. 신호 수신 세그먼트들 각각은 주파수 신호 컨텐츠의 범위에 대응할 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트 및 제2 신호 수신 세그먼트는 구리 전도성 재료를 포함할 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트(311A) 및 제2 신호 수신 세그먼트(311B)는 저항기(R) 및 커패시터(C) 필터(321)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트 및 제2 수신 세그먼트는 0.11인치 x 0.075인치일 수 있다.

다른 측면에서, 저주파 및 고주파수 신호 컨텐츠를 수신하는 방법이 제공되며, 이 방법은 원하는 저주파 신호 컨텐츠에 대한 크기의 길이를 포함하는 프로브를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 프로브는, 저주파 및 고주파 신호 콘텐츠를 수신하기 위해 구성되는 복수의 신호 수신 스트립을 포함하되, 복수의 신호 수신 스트립 각각은 프로세서에 연결된 중앙 탭; 고주파 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 제1 신호 수신 세그먼트; 고주파 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 제2 신호 수신 세그먼트; 중앙 탭과 제1 신호 수신 세그먼트를 분리하기 위해 중앙 탭과 제1 신호 수신 세그먼트 사이에 위치된 제1 소산 요소; 및 중앙 탭과 제2 신호 수신 세그먼트를 분리하기 위해 중앙 탭과 제2 신호 수신 세그먼트 사이에 위치된 제2 소산 요소를 포함하고; 및 제1 신호 수신 세그먼트 및 제2 신호 수신 세그먼트에 의해 저주파 및 고주파 신호 컨텐츠를 수신하는 단계를 포함한다.

복수의 신호 수신 스트립 각각은 고주파 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 적어도 하나의 제1 추가 신호 수신 세그먼트 및 고주파수 신호를 수신하기 위한 길이를 포함하는 적어도 하나의 제2 추가 신호 수신 세그먼트를 추가로 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 제1 추가 신호 수신 세그먼트는 제1 신호 수신에 전기적으로 연결되고, 적어도 하나의 제2 추가 신호 수신 세그먼트는 제2 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결된다. 복수의 신호 수신 스트립 각각은 중앙 탭과 신호 수신 세그먼트를 분리하기 위해 신호 수신 세그먼트 사이에 위치된 복수의 소산 요소를 더 포함할 수 있다. 각각의 신호 수신 세그먼트의 길이는 신호 수신 세그먼트가 중앙 탭에서 멀어질수록 증가할 수 있다. 신호 수신 세그먼트들 각각은 주파수 신호 컨텐츠의 범위에 대응할 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트 및 제2 신호 수신 세그먼트는 구리 전도성 재료로 제작될 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트 및 제2 신호 수신 세그먼트는 저항 및 커패시터에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 신호 수신 세그먼트 및 제2 수신 세그먼트는 0.11인치 x 0.075인치일 수 있다.

다른 측면에서, 슬립 링(115, 215)의 인터페이스(60)를 가로질러 전송된 신호(30)를 수신하기 위해 슬립 링(115, 215)의 송신기(162)에 대해 이격된 관계로 배열된 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330)을 포함하되, 상기 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310) 각각은 슬립 링(115, 215)의 프로브(100, 200, 300) 및 송신기(162) 사이의 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330) 전체 길이를 가로질러 커플링 커패시턴스를 제공할 수 있는 길이(132, 252) 및 중앙 탭(61, 62, 113, 123, 219, 239, 319, 330)을 구비하는, 슬립 링 프로브(100, 200, 300)가 제공된다.

프로브는 점진적 주파수 응답 프로브(100, 200, 300)일 수 있다. 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330) 각각은 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330) 각각의 길이(132, 252)에 걸쳐 가변 손실 탄젠트(131, 251)를 포함할 수 있다. 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330) 각각의 길이(132, 252)에 걸친 가변 손실 탄젠트(131, 251)는 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330)의 외부 영역을 향해 증가할 수 있다. 가변 손실 탄젠트(131, 251)는 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330) 각각의 중앙 탭(61, 62, 113, 123, 219, 239, 319, 339)에서 최소일 수 있다. 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330) 각각의 길이(132, 252)는 신호(30)의 주파수에 따라 선택될 수 있다. 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330) 각각은 신호 캡처 영역을 포함할 수 있다. 신호 캡처 영역은 커플링 커패시턴스에 해당할 수 있으며, 신호 캡처 영역이 클수록 커플링 커패시턴스가 커진다. 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230) 각각은 복수의 불연속 감쇠 필터(111A, 111B, 112A, 112B, 113A, 113B, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A, 213B)를 포함할 수 있다. 복수의 불연속 감쇠 필터 각각의 길이는 프로브(100, 200)의 중앙 탭(61, 62, 113, 123, 219, 239)으로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 복수의 불연속 감쇠 필터(111A, 111B, 112A, 112B, 113A, 113B, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A, 213B) 각각의 길이는 주파수 대역폭에 대응할 수 있다. 프로브(100, 200, 300)는 복수의 불연속 감쇠 필터들의 이웃하는 감쇠 필터들 사이에 배치된 저항기(121A, 122A, 123A, 121B, 122B, 123B, 221A, 222A, 223A, 221B, 222B, 223B, 3(3144)의 감쇠)를 포함할 수 있다. 프로브(100, 200)는 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230)의 단부에 주파수 감쇠를 위해 패드(115A, 115B, 135A, 135B, 215A, 215B, 235A, 235B)를 추가로 포함할 수 있다. 프로브(100, 200, 300)는 직선 프로브 또는 곡선 프로브일 수 있다. 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230)의 길이(132, 252)는 슬립 링(115, 215)의 인터페이스(60)를 가로지르는 전기 신호(30)의 파장에 비례할 수 있으며, 신호(30)의 더 낮은 주파수는 프로브(100, 200)의 커플링 커패시턴스를 증가시키기 위해 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230)의 더 긴 길이에 대응한다. 수신기는 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330)의 길이(132, 252)의 대부분에 걸쳐 신호의 저주파를 수신하도록 구성될 수 있고, 복수의 전도성 스트립(110, 120, 210, 230, 310, 330)의 중앙 탭(113, 123, 219, 239, 319, 339)에 근접한 영역에서 고주파를 수신하도록 구성될 수 있다.

도 1은 개선된 비-접촉 로터리 조인트의 제1 실시형태의 개략도로, 특히 데이터 전송 측에서 데이터 수신 측으로 송신기(TX) 신호를 전송하기 위한 비-접촉 로터리 조인트("NCRJ") 시스템 다이어그램을 보여준다. 기존의 양(+) 및 음(-) 기호는 차동 신호 및 전송 라인을 나타내기 위해 표시된다.
도 2는 원형 구성의 전송 트랙을 구비하는, 도 1에 도시된 슬립 링의 원형 플래터 회로 기판 송신기의 평면도이다.
도 3은 원형-곡선 플래터 구성의 전도성 스트립을 구비하는, 도 1에 도시된 슬립 링의 원형 플래터 회로 기판 수신기 및 프로브의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 프로브의 한 쌍의 전도성 스트립의 확대된 평면도이다.
도 5는 선형 구성의 전송 트랙 및 전도성 스트립을 구비하는, 비-접촉 슬립 링 송신기 및 수신기의 제2 실시형태의 사시도이다.
도 6은 해당 손실 탄젠트 그래프와 함께, 도 5에 도시된 프로브의 전도성 스트립의 확대 평면도이다.
도 7은 상이한 주파수에서, 도 4의 슬립 링 프로브에 대한 수신된 아이 다이어그램의 도면이다.
도 8은 도 4에 도시된 프로브의 대안적인 실시형태의 확대된 평면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 10-세그먼트 프로브의 개략적인 회로도이다.
도 10은 이상적인 대응 손실 탄젠트 그래프를 갖는 슬립 링 프로브의 확대된 평면도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 저주파 콘텐츠 및 고주파 콘텐츠에 대한 프로브의 신호 전달을 도시한다.

먼저, 동일한 참조번호는 여러 도면들에서 일관되게 기재되어 있는 구조 요소, 부분 또는 표면들이 전체 출원 명세서의 일부를 이루고 있는 발명의 설명에서 추가적으로 개시되거나 설명될 수 있는 요소, 부분 또는 표면들과 동일한 요소, 부분 또는 표면들을 지시하는 것으로 의도된 것임을 분명히 이해해야 한다. 달리 표시되지 않는 한, 도면은 명세서와 함께 읽히는 것으로 의도되었으며(예를 들어, 크로스-해칭, 파트의 배열, 비율, 정도 등), 본 발명의 전체 서면 설명의 일부로 간주되어야 한다. 아래의 설명에서 사용되는 용어 "수평(horizontal)", "수직(vertical)", "좌측(left)", "우측(right)", "위(up)" 및 "아래(down)"는 물론 이들의 형용사 및 부사 파생어(예를 들어, "수평으로", "우측으로" ", "위로" 등)는 단순히 특정 도면이 독자를 향할 때 예시된 구조의 방향을 가리키는 것이다. 유사하게, "안쪽으로(inwardly)" 및 "바깥으로(outwardly)"라는 용어는 일반적으로 적절할 경우 신장 축 또는 회전 축에 대한 표면의 방향을 나타낸다.

데이터 전송에 사용되는 비-접촉 슬립 링 프로브 구조는 상이한 데이터 속도에서 다르게 응답한다. 특정 데이터 전송 속도 및 프로토콜에서 수행하도록 설계된 프로브는 다른 데이터 속도 및 프로토콜에서는 제대로 수행되지 않는다. 또한 최적화된 프로브라도 프로브가 회전 또는 선형 데이터 소스 트랙을 따라 이동할 때 특히 트랙이 불연속적인 위치에서 파형 왜곡이 나타난다. 그 결과 검출기에서 수신된 신호 품질이 떨어지고, 신호(비트) 오류 비율(BER)이 증가한다.

이제 도면들 구체적으로 도 1 내지 도 4를 참조하면, 슬립 링이 제공되는데, 그 중 제1 실시형태는 일반적으로 도면부호 115로 표시되어 있다. 슬립 링(115)은 신호 경로에서 슬라이딩 전기 접점을 사용하지 않고, 상대적으로 이동 가능한 2개의 부재들 사이의 중간 인터페이스를 가로질러 고속 데이터 신호의 전송을 위한 비-접촉 로터리 조인트이다. 조인트에는 전력 분배기를 통해 신호 소스에 의해 구동되고 원단(far end)에서 저항성 종단되는 분할 차동 마이크로스트립 전송 라인과, 송신기 차동 마이크로스트립의 근거리-장을 감지하고 검출을 위해 복구된 신호 에너지를 전자 수신기로 전달하는 평면 차동 필드 프로브를 포함하는 수신기가 포함된다. 이 고속 비-접촉 로터리 조인트는 인쇄 회로 기판("PCB") 기술로 구현될 수 있으며, 주파수 영역 대역폭으로 다중 기가비트 데이터 전송 속도를 지원할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 신호 소스(20)는 고속 디지털 데이터 신호를 전력 분배기(21)(능동 또는 수동일 수 있음)로 전달하는 역할을 하며, 여기서 신호는 소스 갭(23)을 통해 피제어 임피던스 차동 전송 라인(162)으로 전달된다. 그런 다음 신호는, 신호가 광대역 종단 기술(25)에 의해 종단되는 곳까지 송신기 회로 기판(16)의 전송 라인(162)의 차동 전송 라인 링 구조 상에서 횡방향 전자기파("TEM")로 전파된다. 링 전송 라인(162) 상에서 이동하는 TEM 신호는, 로터리 조인트가 물리적으로 접촉하지 않으면서 자유롭게 회전할 수 있도록 하기 위해 송신기(16) 및 링 구조(162) 위에 일정 거리 이격되어 지지되어 있는 수신기 회로 기판(18)의 초광대역 평면 분할 GFR 근거리-장 프로브 신호 캡처 영역(100)에 의해 근거리-장에서 샘플링된다. 따라서 도시된 바와 같이, 프로브 신호 캡처 영역(100)은 피제어 임피던스 차동 전송 라인(162)에서 이격되어 지지되어 있다. 근거리-장 프로브(100)에 의해 에어 갭(60)을 가로질러 복구된 신호(30)는 신호가 감지, 증폭되고 데이터가 복구될 수 있는 수신기(18)의 수신기 전자장치(28)로 전달된다.

데이터 소스 드라이버(20)는 전류 모드 로직("CML"), 필드-프로그램 가능 게이트 어레이("FPGA"), 저-전압 차동 신호("LVDS") 장치 및 기타 개별 장치를 포함하여, 원하는 데이터 속도를 할 수 있는 복수의 기술일 수 있다. 데이터 신호는 수동 저항 분할기 또는 능동 기술(예를 들어, CML 팬-아웃 버퍼)로 수행할 수 있는 기능인 차동 링 시스템에 공급하기 위해 2개의 동일한-진폭 위상-반전 신호로 분할된다. 전력 분배기(21)는 이산 어셈블리로서 구현될 수 있거나, 이 실시형태에서와 같이, 이산 또는 통합 구성요소를 갖는 송신기(16)의 PCB 구조에 통합되거나, 평면 PCB 기하구조로 구현되는 내장 수동 컴포넌트가 될 수 있다. 전력 분배기를 구현하는 데 사용된 기술은, 더 높은 주파수에서 점진적으로 더 뚜렷해지는 신호 반사를 도입하는 컴포넌트 패키지의 기생 리액턴스로 인해 데이터 채널의 고주파수 작동에 제약을 가한다. 구동 전자장치, 전력 분배기 및 전송 라인 종단은 다양한 기술(예를 들어, PCB 구조의 스루-홀 또는 표면 실장 부품, 통합 부품 또는 평면 PCB 형상으로 구현된 내장형 수동 부품)을 사용하여 구현할 수 있으며, 고주파수 성능 능력은 기생 리액턴스를 줄임으로써 성능이 결정된다.

비-접촉 로터리 조인트(115)에 있는 송신기(16)의 링 구조(162)는 비공진이고 불연속적이며 일반적으로 마이크로스트립 다층 인쇄 회로 기판 기술로 구현되는 피제어 임피던스 차동 전송 라인이다. 링 전송 라인(162)의 특성은 신호 에너지의 대부분이 전도체의 근거리-장에 포함되도록 하는 것이다. 구조에서 방출되는 에너지는 원거리-장에서 상쇄되는 경향이 있어, 전자파 간섭(EMI) 억제에 도움이 된다. 링 시스템 상에서 전파되는 신호에는 방향성 속성이 있다.

수신기(18)의 근거리-장 프로브(100)는 링 전송 라인(162) 상에서 고속 데이터 전송의 특정 요구사항을 충족시키면서, 초광대역 근거리-장 응답을 갖도록 설계된다. 수신기(18)는 한 면에 병렬 분할 전도성 스트립(100)의 다중 쌍을 갖는 PCB를 포함하는 것으로 광범위하게 도시되어 있다. 분할 전도성 스트립(100)의 각 쌍은 제1 분할 전도성 스트립(110) 및 제2 분할 전도성 스트립(130)을 포함한다. 제1 전도성 스트립(110) 및 제2 전도성 스트립(130) 각각은 수신기의 원하는 저주파 영역에 대응하는 길이를 가지며, 로터리 조인트(115)의 에어 갭(60)을 가로질러 송신기(160)로부터 신호를 수신하도록 구성된다.

제1 전도성 스트립(110)은 중앙 전도성 패드(119), 중앙 패드(119)로부터 단부(116)를 향해 연장하는 전도성 패드들(111A, 112A, 113A), 단부(116)를 정의하는 단부 용량성 소자(115A), 중앙 패드(119)로부터 단부(118)를 향해 연장하는 전도성 패드들(111B, 112B, 113B), 및 단부(118)를 정의하는 단부 용량성 소자(115B)를 포함한다. 중앙 전도성 패드(119)는 수신기 보드(18)의 신호 수신 전자장치(28)의 제1 스테이지 증폭기에 연결되는 중앙 비아 또는 탭(61)을 갖는다. 각각의 중앙 전도성 패드(119), 전도성 패드(111A, 112A, 113A), 단부 용량성 소자(115A), 전도성 패드(111B, 112B, 113B) 및 단부 용량성 소자(115B)는 각각 저항기(121A, 121B, 122A, 122B, 123A, 124A, 124B)에 의해 서로 분리된다.

유사하게, 제2 전도성 스트립(130)은 제1 단부(136)로부터 제2 단부(138)로 연장된다. 제2 전도성 스트립(130)은 중앙 전도성 패드(139), 중앙 패드(139)로부터 단부(136)를 향해 연장되는 전도성 패드(131A, 132A, 133A), 단부(136)를 정의하는 단부 용량성 소자(135A), 중앙 패드(139)로부터 단부(138)를 향해 연장하는 전도성 패드(131B, 132B, 133B), 및 단부(138)를 정의하는 단부 용량성 소자(135B)를 포함한다. 중앙 전도성 패드(139)는 수신기 보드(18)의 신호 수신 전자장치(28)의 제1 스테이지 증폭기에 연결되는 중앙 비아 또는 탭(62)을 갖는다. 중앙 전도성 패드(139), 전도성 패드(131A, 132A, 133A), 단부 용량성 소자(135A), 전도성 패드(131B, 132B, 133B) 및 단부 용량성 소자(135B) 각각은 저항기(141A, 141B, 142B, 142B, 143A, 143B, 144A, 144B)에 의해 서로 분리된다.

따라서, 프로브(100)의 제1 전도성 스트립(110)은 연속적이지 않고 대신에 복수의 세그먼트(119, 111A, 111B, 112A, 112B, 113A, 113B), 복수의 저항기(121A, 121B, 1222A, 123A, 123B, 124A, 124B), 제1 용량성 단부(115A) 및 제2 용량성 단부(115B)로 형성되어 있다. 도 4에 도시되어 있고, 실시형태 200과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 이 실시형태에서 세그먼트(111A 및 111B, 112A 및 112B, 113A 및 113B)는 길이가 변하는데, 세그먼트 길이는 중앙 세그먼트(119) 및 중앙 비아(61)로부터 거리가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 중앙 세그먼트(119)는 중앙 길이를 갖고, 세그먼트(111A 및 111B)는 중앙 세그먼트(119)의 중앙 길이보다 큰 제1 길이를 가지며, 세그먼트(112A 및 112B)는 세그먼트(111A 및 111B)의 제1 길이보다 큰 제2 길이를 가지고, 세그먼트(113A 및 113B)는 세그먼트(112A 및 112B)의 제2 길이보다 큰 제3 길이를 갖는다. 이러한 길이의 차이로 인해, 전도성 세그먼트(111A 및 111B, 112A 및 112B, 113A 및 113B)는 중앙 세그먼트(119)에 대한 위치에 따라 상이한 주파수 응답을 갖는다. 이러한 전도성 세그먼트는 세그먼트(113A, 113B)가 고주파 신호 성분에 대해 가장 낮은 응답을 갖고, 중앙 세그먼트(119)가 고주파 신호 성분에 대해 가장 높은 응답을 갖도록, 중앙 세그먼트로부터의 상대 위치나 중앙 세그먼트로부터의 거리에 따라 감소하는 주파수 응답을 갖는다. 전도성 스트립(110)의 전체 스트립 길이, 개별 세그먼트 길이, 및 세그먼트의 수는 수신기(18)에 대해 원하는 주파수 범위에 따라 변할 수 있다.

도 4에 도시되어 있고, 실시형태 200과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 이 실시형태에서 저항기(121A, 121B, 122A, 122B, 123A, 123B, 124A 및 124B)도 길이가 변하는데, 저항기 길이는 중앙 세그먼트(119) 및 중앙 비아(62)로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 중앙 세그먼트(119)와 세그먼트(111A 및 111B) 사이의 저항기(121A 및 121B)는 각각 제1 길이를 갖고, 세그먼트(111A 및 111B)와 세그먼트(112A 및 112B) 사이의 저항기(122A 및 122B)는 저항기(121A 및 121B)의 제1 길이보다 각각 더 긴 제2 길이를 가지며, 세그먼트(112A, 112B)와 세그먼트(113A, 113B) 사이의 저항기(123A, 123B) 각각은 저항기(122A, 122B)의 제2 길이보다 큰 제3 길이를 갖는다. 세그먼트(113A 및 113B)와 작은 단부 용량성 단부(115A 및 115B) 사이의 저항기(124A 및 124B) 각각은 전도성 스트립(110)의 단부들(116, 118)을 향해 전파되는 고주파 신호 성분이 소산되는 것을 돕는다. 저항기(121A, 121B, 122A, 122B, 123A 및 123B)는 스트립(110)을 따른 그들의 위치에서 관심 주파수를 감쇠하도록 설정된 값을 갖도록 구성된다. 이 실시형태에서, 저항기(123A 및 123B)는 저주파 신호 성분이 전도성 세그먼트(113A 및 113B)에서 전도성 세그먼트(112A 및 112B)로 통과하되, 고주파 신호 성분은 통과하지 못하게 구성된다. 차례로, 이중 저항기(122A 및 122B)는 중간 고주파 신호 성분이 전도성 세그먼트(112A 및 112B)로부터 전도성 세그먼트(111A 및 111B)로 각각 통과할 수 있는 반면 더 높은 주파수 신호 성분은 통과하지 않도록 구성된다. 차례로, 저항기(121A 및 121B)는 중간 주파수 신호 성분은 전도성 세그먼트(111A 및 111B)로부터 전도성 세그먼트(119)로 각각 통과할 수 있는 반면 더 높은 주파수 신호 성분은 통과하지 않도록 구성된다. 저항기의 저항 값, 개별 저항기 길이 및 저항기의 수는 수신기(18)에 대해 원하는 주파수 범위 및 감쇠에 따라 달라질 수 있다.

유사하게, 프로브(100)의 제2 전도성 스트립(130)은 연속적이지 않고 대신에 복수의 세그먼트(139, 131A, 131B, 132A, 132B, 133A 및 133B), 복수의 저항기(141A, 141B, 142A, 142B, 143A, 143B, 144A 및 144B), 제1 용량성 단부(135A), 및 제2 용량성 단부(135B)로 형성되어 있다. 도 4에 도시되어 있고, 실시형태 200과 관련하여 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 이 실시형태에서 세그먼트(131A 및 131B, 132A 및 132B, 133A 및 133B)는 길이가 변하는데, 세그먼트 길이는 중앙 세그먼트(139)와 중앙 비아(62)로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 중앙 세그먼트(139)는 중앙 길이를 갖고, 세그먼트(131A 및 131B)는 중앙 세그먼트(139)의 중앙 길이보다 큰 제1 길이를 가지며, 세그먼트(132A 및 132B)는 세그먼트(131A 및 131B)의 제1 길이보다 큰 제2 길이를 가지며, 세그먼트(133A 및 133B)는 세그먼트(132A 및 132B)의 제2 길이보다 큰 제3 길이를 갖는다. 이러한 길이의 차이로 인해, 전도성 세그먼트(131A 및 131B, 132A 및 132B, 133A 및 133B)는 중앙 세그먼트(139)에 대한 위치의 함수로서 상이한 주파수 응답을 갖는다. 이러한 전도성 세그먼트는 세그먼트(133A, 133B)가 고주파 신호 성분에 대해 가장 낮은 응답을 갖고, 중앙 세그먼트(139)가 고주파 신호 성분에 대해 가장 높은 응답을 갖도록, 중앙 세그먼트에 대한 상대 위치나 중앙 세그먼트로부터의 거리에 따라 감소하는 주파수 응답을 갖는다. 전도성 스트립(130)의 전체 스트립 길이, 개별 세그먼트 길이 및 세그먼트의 수는 수신기(18)에 대해 원하는 주파수 영역에 따라 달라질 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 그리고 실시형태 200과 관련하여 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 이 실시형태에서 저항기(141A, 141B, 142A, 142B, 143A, 143B, 144A 및 144B)도 길이가 변하는데, 저항기 길이는 중앙 세그먼트(139) 및 중앙 비아(62)로부터의 거리가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 중앙 세그먼트(139)와 세그먼트(131A 및 131B) 사이의 저항기(141 및 141B)는 각각 제1 길이를 갖고, 세그먼트(131A 및 131B)와 세그먼트(132A 및 132B) 사이의 저항기(142A 및 142B)는 저항(141A, 141B)의 제1 길이보다 더 긴 제2 길이를 가지며, 세그먼트(132A, 132B)와 세그먼트(133A, 133B) 사이의 저항기(143A, 143B)는 저항(142A, 142B)의 제2 길이보다 큰 제3 길이를 갖는다. 세그먼트(133A 및 133B)와 소형 단부 용량성 단부(135A 및 135B) 사이의 저항기(144A 및 144B)는 각각 전도성 스트립(130)의 단부(136 및 138)를 향해 전파되는 고주파 신호 성분을 소산시키는 것을 돕는다. 저항기(141A, 141B, 142A, 142B, 143A, 143B)는 스트립(130)을 따른 그들의 위치에서 관심 주파수를 감쇠하도록 설정된 값을 갖도록 구성된다. 이 실시형태에서, 저항기(143A 및 143B)는 저주파 신호 성분은 전도성 세그먼트(133A 및 133B)에서 전도성 세그먼트(132A 및 132B)로 통과하되, 고주파 신호 성분은 통과하지 못하도록 구성된다. 차례로, 이중 저항기(142A 및 142B)는 중간 고주파 신호 성분이 전도성 세그먼트(132A 및 132B)로부터 전도성 세그먼트(131A 및 131B)로 각각 통과할 수 있는 반면 더 높은 주파수 신호 성분은 통과하지 않도록 구성된다. 차례로, 저항기(141A 및 141B)는 중간 주파수 신호 성분이 전도성 세그먼트(131A 및 131B)로부터 전도성 세그먼트(139)로 각각 통과할 수 있는 반면 더 높은 주파수 신호 성분은 통과하지 않도록 구성된다. 저항기의 저항 값, 개별 저항기 길이 및 수는 수신기(18)에 원하는 주파수 범위 및 감쇠에 따라 달라질 수 있다.

따라서, 슬립 링(115)은 PCB 재료의 더 긴 전송 스트립(162) 및 더 짧은 차동 전도성 수신기 프로브 신호 캡처 영역(100)을 포함한다. 전송 스트립과 수신기 프로브(100)는 근방에 위치하고, 전송 스트립(162) 상에 위치하는 신호는 일반적으로 수신기 프로브(100)에 에어 갭(60)을 가로질러 정전 용량식으로 연결된다. 신호는 제1 스테이지 증폭기(50)에 의해 증폭되어 통신 수신기 회로(28)로 전송된다. 트레이스는 일반적으로 EMC 효과를 줄이기 위해 차동 트랙으로 구성되지만 단일 트랙도 고려된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 송신기(16)는 4개의 채널(162)이 중심 주위에 배향된 원형의 편평한 플래터 구성을 갖는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수신기(18)도 마찬가지로 중심 주위에 배향된 곡선의 전도성 스트립(110, 130)을 갖는 4개의 프로브 채널(100)을 갖는 원형 플래터 회로 기판으로 구성된다. 송신기(16) 및 수신기(118)는 각 채널에 대한 수신 프로브(100)가 슬립 링(115)의 대응하는 채널 전송 트랙(162)으로부터 에어 갭(60)을 가로질러 방사상으로 정렬되도록 동축으로 되어 있다. 전송 트랙(162) 주위로 전파되는 신호는 신호가 증폭되어 통신 수신기 회로에 전달되는 수신 프로브(100)로 에어 갭(60)을 가로질러 용량성으로(capacitively) 결합된다.

전송 트랙(162) 및 수신기 프로브(100)는 (도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이) 원형 플래터 상에서 만곡된 반면, 도 5 및 도 6에 도시된 대안적인 실시형태(200)에서, 이러한 전송 트랙 및 수신기 프로브는 직선의 평행한 트랙으로 구성되어 있다. 이제 도 5 및 도 6을 참조하면, 개선된 슬립 링 프로브의 제2 실시형태가 일반적으로 도면부호 200으로 표시되어 있다. 직선 구성을 제외하고는, 프로브(200)는 곡선 프로브(100)와 구성 및 작동이 유사하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 슬립 링(215)은 PCB 재료(260)의 더 긴 전송 스트립 및 더 짧은 차동 전도성 수신기 프로브(200)를 갖는다. 전송 스트립(260) 및 수신기 프로브(200)는 근접하게 배치되고 전송 스트립 상에 배치된 신호는 일반적으로 에어 갭(60)을 가로질러 용량성으로 결합된다. 따라서, 수신 프로브(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 슬립 링(215)의 전송 트랙(262) 위에 또는 인접하게 배치된다. 전송 트랙(262) 아래로 전파하는 신호는 에어 갭(60)을 가로질러 신호가 증폭기(50)를 통해 증폭되고 통신 수신기 회로에 전달되는 수신 프로브(200)에 용량성으로 결합된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 프로브(200)는 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)을 포함하는 것으로 광범위하게 도시되어 있다. 슬립 링(200)의 제1 전도성 스트립(210)은 복수의 세그먼트(219, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A 및 213B), 복수의 저항기(221A, 221B, 222A, 222B, 223A, 223B, 224A), 제1 단부(215A) 및 제2 단부(215B)를 포함한다. 복수의 세그먼트(219, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A, 213B)는 도 6에 도시된 바와 같이 길이가 변하는데, 프로브(100)와 관련하여 설명한 바와 같은 동일한 방식으로 변한다. 세그먼트(211A 및 211B, 212A 및 212B, 213A 및 213B)는 중앙 세그먼트(219)로부터 제1 전도성 스트립(210)의 제1 단부(215A) 및 제2 단부(215B)까지 각각 길이가 증가한다.

제1 전도성 스트립(210)의 제1 단부(215A) 및 제2 단부(215B)는 각각 특정 위치에서 관심 주파수를 감쇠시키게 설계된, 인접한 저항기(224A 및 224B)와 직렬로 접지에 대한 작은 커패시턴스를 형성하는 제2 구리 패드 위에 제1 구리 패드를 포함한다. 이들 패드는 복수의 세그먼트(219, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A, 213B)의 폭보다 큰 폭을 갖는 정사각형으로 도시되어 있다. 그러나 복수의 세그먼트(219, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A 및 213B)와 관련하여 포함하는 다른 형상 및 폭은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 의도된 목적에 적합한 것으로 고려된다.

또, 복수의 저항기(221A, 221B, 222A, 222B, 223A, 223B, 224A 및 224B)는 복수의 세그먼트(219, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A 및 213B)의 인접 세그먼트들과 슬립 링 프로브(200)의 단부 패드(215A, 215B) 사이에 위치되도록 구성된다. 제1 전도성 스트립(210)의 복수의 저항기의 값은 특정 위치에서 관심 주파수를 감쇠시키도록 선택된다. 이 실시형태는 또한 중앙 세그먼트(219)와 복수의 세그먼트의 인접 세그먼트(211A, 211B) 사이에 2개의 저항기를 포함하지만, 본 개시에서는 단지 하나의 저항기 또는 3개 이상의 저항기가 포함되는 것도 고려된다. 또한, 복수의 저항기의 길이는 제1 전도성 스트립(210)의 복수의 세그먼트 중 인접한 세그먼트의 크기에 따라 변한다.

슬립 링(200)의 제2 전도성 스트립(220)은 복수의 세그먼트(239, 231A, 231B, 232A, 232B, 233A 및 233B), 복수의 저항기(241A, 241B, 242A, 242B, 243A, 243B, 244A), 제1 단부(235A) 및 제2 단부(235B)를 포함한다. 복수의 세그먼트(239, 231A, 231B, 232A, 232B, 233A, 233B)는 도 6에 도시된 바와 같이 길이가 변하는데, 프로브(100)와 관련하여 설명된 바와 동일한 방식으로 변한다. 세그먼트(231A 및 231B, 232A 및 232B, 233A 및 234B)는 중앙 세그먼트(239)에서 제2 전도성 스트립(230)의 제1 단부(235A) 및 제2 단부(235B)까지 각각 길이가 증가한다.

제1 전도성 스트립(230)의 제1 단부(235A) 및 제2 단부(235B)는 각각 특정 위치에서 관심 주파수를 감쇠하도록 설계된, 인접 저항기(244A 및 244B)와 직렬로 접지에 대한 작은 정전용량을 형성하는 제2 구리 패드 위의 제1 구리 패드를 포함한다. 이들 패드는 복수의 세그먼트(239, 231A, 231B, 232A, 232B, 233A, 233B)의 폭보다 큰 폭을 갖는 정사각형으로 도시되어 있다. 그러나, 복수의 세그먼트(239, 231A, 231B, 232A, 232B, 233A 및 233B)에 대한 것을 포함하는 다른 형상 및 폭은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 의도된 목적에 적합한 것으로 고려된다.

다시, 복수의 저항기(241A, 241B, 242A, 242B, 243A, 243B, 244A, 244B)는 복수의 세그먼트(239, 231A, 231B, 232A, 232B, 233A, 233B) 및 슬립 링 프로브(200)의 단부 패드(235A, 235B) 사이에 위치하도록 구성된다. 제2 전도성 스트립(230)의 복수의 저항기의 값은 특정 위치에서 관심 주파수를 감쇠시키도록 선택된다. 이 실시형태는 또한 중앙 세그먼트(219)와 복수의 세그먼트의 인접 세그먼트(231A, 231B) 사이에 2개의 저항기를 포함하지만, 본 개시에서는 하나의 저항기 또는 3개 이상의 저항기를 포함하는 것도 고려된다. 또한, 복수의 저항기의 길이는 제2 전도성 스트립(230)의 복수의 세그먼트 중 인접한 세그먼트의 크기에 따라 변한다.

슬립 링 프로브(200)의 외부 말단(예를 들어, 제1 전도성 스트립(210)의 제1 단부(215A) 및 제2 단부(215B) 및 제2 전도성 스트립(230)의 제1 단부(235A) 및 제2 단부(235B))은 더 많은 주파수 손실을 갖는다. 스트립(210 및 230)의 중앙 세그먼트(219) 및 중앙 세그먼트(239) 및 중심 비아(61) 및 중심 비아(62)에 가장 가까운 슬립 링 프로브(200)의 중앙 부분은 고주파에서 손실이 거의 없다. 이것은 전송 라인을 형성하지 않을 만큼 충분히 짧은 전도성 재료(예를 들어, 제1 전도성 스트립(210)의 복수의 세그먼트 및 제2 전도성 스트립(230)의 복수의 세그먼트)의 길이로 파장(주파수)을 제한하는 슬립 링 프로브(200)의 세그먼트(219 및 239)의 중앙 비아(61 및 62)에 인접하게 가장 높은 주파수 공급 증폭기(50)를 유지한다.

관심 주파수가 감소하고 파장이 증가함에 따라, 슬립 링 프로브(200)의 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 더 길고 더 긴 길이가 이용된다. 더 낮은 주파수에서 사용되는 슬립 링 프로브(200)의 더 큰 신호 캡처 영역은 전송 트레이스(262)에 대한 커플링 커패시턴스를 증가시킨다. 이것은 더 높은 주파수가 더 작은 커패시턴스와 잘 결합되기 때문에 유리하다. 더 낮은 주파수에서 동일한 커플링을 달성하려면, 더 큰 커패시턴스가 필요하다(임피던스가 슬립 링 프로브(200)에 걸쳐 평평하다고 가정함).

슬립 링 프로브(200)의 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)은 PCB 구리 스트립 또는 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 임의의 다른 전도성 재료로 형성될 수 있다. 이 실시형태에서, 제1 전도성 스트립(210)의 복수의 세그먼트(219, 211A, 211B, 212A, 212B, 213A, 213B) 및 제2 전도성 스트립(210)의 복수의 세그먼트(239, 231A, 231B, 232A, 232B, 233A 및 233B)는 구리 탭으로, 그 길이는 도 6에 도시된 바와 같이 슬립 링 프로브(200)의 해당 위치에서 주파수 대역폭 및 원하는 주파수 응답에 대응한다. 도 6은 손실 탄젠트 축(251) 및 프로브 길이 축(252)을 갖는 손실 탄젠트 그래프(250)를 예시한다. 도 6은 슬립 링 프로브(200)의 길이를 따라 다양한 저하하는 주파수 응답(253A, 253B, 254A, 254B, 255A 및 255B)을 추가로 예시한다. 예를 들어, 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 세그먼트(211A 및 231A) 각각은 손실 탄젠트 값(253A 및 253B)에 대응한다. 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 세그먼트(212A 및 232A) 각각은 손실 탄젠트 값(254A 및 254B)에 대응한다. 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 세그먼트(213A 및 233A)는 각각 손실 탄젠트 값(255A 및 255B)에 대응한다. 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 세그먼트(219 및 239)는 각각 손실 탄젠트 값(256)에 대응한다.

도 11a에 도시된 바와 같이, 저주파에서 슬립 링 프로브(200)는 증폭기(50)에 정보를 전달하기 위해 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 대부분의 길이를 사용한다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 더 높은 주파수에서, 중앙 수신기 세그먼트(119 및 139), 뿐만 아니라 예를 들어 슬립 링 프로브(200)의 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 세그먼트(211A, 211B 및 231A, 231B)와 같은 다른 주제 내부 전도성 세그먼트는 신호를 증폭기(50)에 전달한다. 제1 전도성 스트립(210) 및 제2 전도성 스트립(230)의 제1 단부(215A 및 235A) 및 제2 단부(215B 및 235B)를 향하는 더 높은 주파수는 소산되고 열로서 흡수된다. 이와 같이, 증폭기 픽업 영역(50)으로 전파될 기회가 없다.

도 7을 참조하면, 슬립 링 프로브(100)에 대한 비트 시퀀스 PRBS-7 및 PRBS-31의 다양한 아이 다이어그램이 예시되어 있다. 슬립 링 프로브(100)의 테스트 결과는 500Mbps와 10Gbps 사이의 주파수 범위에서 로-엔드 주파수 콘텐츠(low-end frequency content)에 해당한다.

신호가 잘 수행되는 슬립 링의 전송 트랙(262)을 가로지르는 위치가 있을 수 있는 반면, 전송 트랙(262)을 따른 다른 위치에서는 신호가 중단된다. 이러한 변동(fluctuation)은 수신 프로브(200)가 트랙이 불연속적인 위치(예를 들어, 에어 갭(60) 위)를 포함하여 슬립 링의 전송 트랙(262)에 대한 위치를 변경할 때 생성되는 공진 구조 및 베이스 송신 주파수에 의존한다.

예를 들어, 슬립 링 통신 채널을 통해 HD 비디오 신호와 같은 신호를 전달하기 위해, 사인파 진폭 또는 위상에 대한 순열 없이 33.7 ㎒와 8910 ㎒ 사이의 플랫 채널 대역폭이 사용된다. 이들 주파수는 또한 대략 25 ㎜ 내지 7 m의 파형 주기 길이에 해당한다(실제 PCB 재료에서 광속의 75%로 추정됨). 이들 파장은 용량성(capacitive) 및/또는 유도성(inductive) 커플링을 통해 동시에 수신기 프로브(200)에 전달된다.

더 긴 파장(더 낮은 주파수)은 전송 라인 효과(예를 들어, 전자기 간섭 및 잡음) 없이 에너지를 용량적으로 수신 프로브(200)에 충돌시킨다. 이는 더 낮은 주파수의 파장이 프로브(200)의 길이보다 훨씬 크고, 프로브(200)가 이러한 주파수에서 길이를 따라 연속적으로 응답하기 때문이다. 이러한 더 낮은 주파수 신호는 왜곡 없이 제1 스테이지 증폭기(50)로 쉽게 보내진다. 저주파는 프로브(200)의 길이보다 긴 주기로 수신기 프로브(200)에 충돌할 수 있다.

더 높은 주파수는 또한 슬립 링 에어 갭을 가로질러 동시에 전달된다. 주파수가 증가함에 따라, 파장이 감소하고 어떤 지점에서 수신기 프로브는 그렇지 않으면 용량성 구조에서 전송 라인 커플러로 전이된다. 예를 들어 수신기 프로브의 길이가 100 ㎜인 경우, 프로브는 약 1000 ㎜ 파장 또는 220 ㎒(75% 전파 속도에서)에서 전송 라인 장치로 전환되기 시작할 수 있다. 더 높은 주파수는 프로브 길이보다 짧은 주기로 수신기 프로브에 충돌한다.

슬립 링 프로브(100, 200)는 슬립 링 프로브 내에 내장된 독특한 연속 필터링 메커니즘을 이용한다. 프로브(100, 200)는 비-접촉 에어 갭(60)을 가로지르는 전이 후 디지털 파형을 적절하게 재구성하는 데 필요한 적절한 성분 주파수와 파형 위상 지연만을 효과적으로 전달함으로써 다양한 디지털 데이터 속도 및 프로토콜에 대해 향상된 프로브 응답을 보여준다.

프로브(100, 200)는 매우 정확하고, 단순한 이진 디지털 파형 재구성(즉, PAM-4)보다 훨씬 더 복잡한, 에어 갭(60)을 가로지르는 전이 후 복잡한 파형을 재구성하기 위해 임의의 주파수 성분 세트와 함께 사용될 수 있다. 이 토폴로지는 전도성 재료에서 지속적으로 변화하는 손실 탄젠트를 필요로 한다. 슬립 링 프로브는 슬립 링 프로브의 길이를 따라 손실 탄젠트를 증가시키는 가변 도핑 물질을 사용하여 3D 프린팅 방법으로 구성할 수 있다.

슬립 링 프로브(100, 200)는 이진 인코딩된 디지털 파형에 사용될 수 있다. 슬립 링 프로브(100, 200)는 또한 타이밍 스큐 및 아날로그 양자화 오류 둘 다를 초래하는 원치 않는 대역외 노이즈(out-of-band noise)를 실질적으로 감소시킬 수 있다. 결과적으로 슬립 링 프로브(100, 200)는 PAM-4 및 PAM-8 파형 및 그 파생물을 포함하지만 이에 국한되지 않는 공간 갭에 걸쳐 보다 복잡한 통신 파형의 정확한 재구성에 적용된다. 슬립 링 프로브(100, 200)를 사용하여 전달되는 파형의 정확도는 회전 인터페이스에서 PAM-4 또는 QAM과 같은 이진법 이외의 변조도 사용하므로 동일한 채널 대역폭을 사용하면서 데이터 전송 속도가 증가한다. 또한, 슬립 링 프로브(100, 200)는 PSK, FSK, ASK, QAM, OOK, CPM, QPSK, FM, AM 및 이러한 변조 기술의 파생물과 같은 대안적인 변조를 사용하는 다른 디지털 파형 인코딩 방식을 이용할 수 있다.

슬립 링 프로브(100, 200)는 또한 비-접촉 에어 갭(60)을 가로지르는 전이 후 디지털 파형을 적절하게 재구성하는 데 필요한 적절한 성분 주파수 및 파형 위상 지연만을 효과적으로 전달함으로써 다양한 디지털 데이터 속도 및 프로토콜에 대한 프로브 응답을 개선한다.

슬립 링 프로브(100, 200)는 또한 회전하는 비-접촉 인터페이스를 가로지르는 장거리 디지털 통신(예를 들어, SMPTE 호환 비디오 데이터스트림)의 신호 품질과 8b10b 통신의 신호 품질을 개선한다. 따라서 추가 채널 스트림을 필요로 하는 비용 증가 없이 동일한 대역폭 채널에서 데이터 전송 속도가 빨라진다.

슬립 링 프로브(100, 200)는 회전, 선형 운동 또는 고정된 비-접촉 통신 시스템에 추가로 적용될 수 있다. 신호 소스와 슬립 링 프로브(100, 200) 사이의 에어 갭(60)의 조성은 전형적으로는 공기이지만, 공기-유사 혼합물, 진공, 또는 다양한 특성의 유전 물질일 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 개선된 슬립 링 프로브의 제3 실시형태가 일반적으로 도면부호 300으로 표시되어 있다. 도시된 바와 같이, 프로브(300)는 제1 실시형태 프로브(100)와 유사한 곡선 구조로 되어 있고, 슬립 링(115)의 원형 슬립 링 플래터 구성에 사용될 수 있다. 프로브(300)는 또한 한 쌍의 분할된 전도성 스트립(310, 330)을 구비하되, 제1 전도성 스트립(310) 및 제2 전도성 스트립(330) 각각은 수신기의 원하는 저주파 영역에 대응하는 길이를 갖고, 로터리 조인트의 에어 갭(60)을 가로질러 송신기(16)의 트레이스 피드(362)로부터 신호(30)를 수신하도록 구성된다. 프로브(300)의 제1 전도성 스트립(310) 및 제2 전도성 스트립(330)은 또한 연속적이지 않고, 대신 중앙 세그먼트(319, 339) 및 그로부터 양 방향으로 연장되는 복수의 전도성 세그먼트 또는 패드(각각 311 및 331로 표시됨)로부터 형성되며, 이들 세그먼트들은 이들 사이에 각각이 314 및 334로 지시된 저항기에 의해 분리되어 있다. 그러나, 프로브(300)는 각각 중앙 세그먼트(319, 339)에 대한 상대 위치 또는 거리에 따라 세그먼트(311, 331) 각각에 대한 주파수 응답을 감소시키기 위해 각각의 세그먼트 또는 패드(311, 331)에 결합된, 각각이 321과 341로 지시되어 있는 백엔드 저항(R) 및 커패시터(C) 소자를 사용한다는 점에서 프로브(100, 200)와 다르다. 이에 의해 전도성 구리 세그먼트 또는 패드(311, 331) 각각에는 상이한 주파수 응답이 제공되고, 이러한 주파수 응답은 이들이 프로브 중앙 및 패드(319, 339)로부터 각각 멀어짐에 따라 감소한다. 전도성 세그먼트(311, 331)와 저항(314, 334) 각각은 동일한 길이를 갖는다. 이 실시형태에서, 저항기(314, 334)는 패드 사이의 간격을 줄이기 위해 90도 회전되고, 중앙 패드(319, 339)와 바로 인접한 패드(311, 334) 사이에 2개의 더 작은 저항기가 각각 배치된다.

따라서 슬립 링 프로브(300)는 스트립을 따라 패드 주파수 응답을 제어하는 RC 소자(321) 및 스트립을 형성하는 저항기(314) 또는 전도성 구리 세그먼트(311)가 교번하는 제1 전도성 스트립(310), 및 스트립을 따라 패드 주파수 응답을 제어하는 RC 소자(341) 및 스트립을 형성하는 저항기(334) 또는 전도성 구리 세그먼트(331)가 교번하는 제2 전도성 스트립(330)을 포함하여, 슬립 링 프로브(300)의 범위에서 수신된 최고 주파수를 감쇠하고, 이들이 제1 전도성 스트립(310) 및 제2 전도성 스트립(330) 각각의 중앙 구리 세그먼트 또는 패드(319, 339)로 전송되는 것을 방지한다. R/C 주파수 필터 요소(321, 341)는 각 세그먼트 또는 패드(311, 331)의 밑면에 부착된다. 이 실시형태에서, 필터 요소(321, 341)의 커패시터(C) 각각의 커패시턴스는, 중앙 패드(319, 339)에 바로 인접한 세그먼트(311, 331)가 가장 낮은 커패시턴스를 갖고, 스트립(310, 330)의 단부에 있는 세그먼트의 커패시터(C)는 가장 높은 커패시턴스를 갖도록, 중앙 세그먼트(319, 339)로부터의 거리 또는 중앙 세그먼트(339)에 대한 상대적인 위치의 함수로서 증가한다. 따라서 이 실시형태에서, 중앙 세그먼트(319, 339)에서의 커패시턴스는 0(zero)이고, 이러한 커패시턴스는 프로브의 중앙으로부터 멀어질 때 각 세그먼트(311, 331)에 대한 각 커패시터(C)에 대해 증가하므로 프로브의 중앙에서 멀어짐에 따라 그러한 세그먼트가 더 낮은 주파수에 응답한다. 이에 의해 전도성 구리 세그먼트 또는 패드(311, 331) 각각에는 상이한 주파수 응답이 제공되고, 이러한 주파수 응답은 프로브 중앙 및 패드(319, 339)로부터 각각 멀어짐에 따라 감소한다. 이 실시형태에서, 각 필터 소자(321, 341)의 커패시터(C)의 커패시턴스는 프로브의 중앙으로부터의 대응하는 세그먼트(311, 331) 거리에 따라 변화하지만, 각 필터 소자(321, 341)의 대응하는 저항기(R)의 저항은 동일할 수 있다. 스트립(310)은 중앙 세그먼트 및 비아(319) 양쪽에 10개의 라인 저항기(314), 라인 세그먼트(311) 및 대응하는 필터 요소(321)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 스트립(330)은 중앙 세그먼트 및 비아(339) 양쪽에 10개의 라인 저항기(334), 라인 세그먼트(331) 및 대응하는 필터 요소(341)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 특정 주파수 범위에 따라 더 많거나 더 적은 라인 저항기, 라인 세그먼트 및 필터 소자가 이용될 수 있다.

슬립 링 프로브(300)는 분할된 토폴로지를 유지하는 경사 주파수 응답 프로브이지만, 저항성 컴포넌트를 통해 고주파수가 접지 평면(322, 342)으로 효과적으로 이동하게 하는 수동 저항기(R) 및 커패시터(C) 필터(321, 341)(예를 들어, 저역 필터)에 의해 전도성 섹션(311, 331) 각각에서 고주파수 성분이 감쇠된다. R-C 필터(321, 341)는 각각의 제1 전도성 스트립(310) 및 제2 전도성 스트립(330)의 각 세그먼트(311, 331) 아래에 전기적으로 결합된다. 따라서 이 실시형태에서, 슬립 링 프로브(300)는 잘못 종단된 전송 라인 세그먼트보다는 프로브(300)의 길이에 걸쳐 수동 저항-용량성 다극 로-패스 필터 기술을 포함한다. 어느 경우든, 중앙 탭과 중앙 정보 탭(61, 62)으로부터의 거리가 멀수록, 신호(30)의 더 높은 상위 주파수 영역이 더 많이 감쇠된다.

도 9의 회로도에 도시된 저항(R) 및 커패시터(C)는, 개별 컴포넌트, 개별 컴포넌트와 PCB 내장 컴포넌트의 혼합, 또는 모든 PCB 내장 컴포넌트일 수 있다. 또한 GFR(gradient frequency response) 섹션 컴포넌트의 수를 늘리면, 주어진 디지털 신호 진행에 포함된 가능한 모든 고조파 주파수가 간격 없이 설명되기 때문에 원래 디지털 파형을 보다 간결하게 표현한다. 추가 실시형태에서, 더 많고 더 작은 세그먼트를 갖는 GFR 프로브는 도 10에 도시된 바와 같이 이상적인 연속 GFR 프로브로서 거동하기 시작할 것이다.

도 9는 또한 2.6㎓와 11㎓ 사이의 주파수 구조 공진 범위를 예시한다. 그러나 의도된 목적에 적합하고 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 더 작거나 더 큰 주파수 구조 공진 범위가 슬립 링 프로브에 의해 이용될 수 있다.

이 실시형태에서, 슬립 링 프로브(300)의 전체 길이는 대략 2.30인치일 수 있다. 각각의 수신기 패드(311, 331)는 길이가 대략 0.11인치이고, 폭이 0.075인치일 수 있다. 슬립 링 프로브(300)의 기판은 광속(c)의 약 50%의 전파 속도를 갖는 ER = ~4로 나타낼 수 있다. 패드(311, 331) 사이의 저항기(314, 334)는 패드-패드 간격을 최소화하기 위해 수직으로 위치된다. 필터 컴포넌트(R, C)는 각각의 패드에 위치할 수 있고, 이산 및/또는 내장형 컴포넌트를 포함할 수 있다. 필터 컴포넌트(R, C) 값은 구조 공진을 피하면서 가장 높은 주파수를 통과하도록 선택된다.

도 10은 손실 탄젠트 축(251) 및 프로브 길이 축(252)을 갖는 이상적인 손실 탄젠트 그래프(40)를 도시한다. 도 10은 슬립 링 프로브의 길이를 따라 연속적으로 저하되는(degrading) 주파수 응답(33)을 갖는 슬립 링 프로브(400)를 추가로 도시한다. 슬립 링 프로브의 제1 단부(15A, 15B) 및 제2 단부(35A, 35B)를 향한 슬립 링 프로브의 외부 말단은 더 큰 고주파 손실을 갖는다. 중앙 탭이나 비아(61, 62)에 가장 가까운 슬립 링 프로브의 내부 부분은 고주파수에서 손실이 거의 없다. 이것은 더 높은 주파수가 슬립 링 프로브의 중앙 탭(61, 62)에서 증폭기(50)에 공급되도록 하고, 슬립 링 프로브의 전도성 재료(10, 30)의 일부에 대한 파장(주파수)이 슬립 링 프로브의 길이를 따라 전송 라인을 형성하지 않도록 하기에 충분히 짧게 되게 제한한다. 전도성 세그먼트와 전도성 세그먼트들 사이의 저항기가 점점 작아질수록, 프로브에 대한 손실 탄젠트 그래프는 도 10에 도시된 이상적인 상황에 근접한다.

명료함을 위해 별개의 실시형태와 관련하여 설명된 본 개시내용의 특정 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 제공될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 역으로, 간결함을 위해 단일 실시형태의 맥락에서 설명된 본 개시내용의 다양한 특징들은 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수 있다.

본 개시내용은 많은 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 고려한다. 따라서 개선된 프로브의 형태가 도시되고 설명되었고, 다수의 대안이 논의되었지만, 당업자는 아래의 특허청구범위에 정의되고 차별화 된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 추가 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

Claims

2개의 상대적으로 이동 가능한 부재들 사이에 정의된 비-접촉 인터페이스를 가로질러 전기 신호를 전송하기 위한 비-접촉 로터리 조인트로,
비-접촉 인터페이스를 가로질러 신호를 전송하도록 구성된 송신기;
상기 송신기에 대해 이격되어 배열되고, 상기 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호를 수신하도록 동작가능하게 배열된 근거리-장 프로브;
상기 근거리-장 프로브는 상기 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호를 수신하기 위한 신호 캡처 영역을 구비하고;
상기 신호 캡처 영역은 상기 신호의 원하는 저주파 신호 컨텐츠에 대한 길이를 갖고, 상기 신호의 원하는 저주파 신호 컨텐츠를 포함하는 상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위를 수신하도록 구성된 분할된 신호 수신 스트립을 포함하고, 상기 분할된 신호 수신 스트립은,
　　　　　　　　제1 주파수 응답을 갖는 제1 신호 수신 세그먼트;
　　　　　　　　제2 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결된 제2 신호 수신 세그먼트;
　　　　　　　　제3 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 결합된 제3 신호 수신 세그먼트;
　　　　　　　　상기 제2 신호 수신 세그먼트의 상기 제2 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작고; 그리고
　　　　　　　　상기 제3 신호 수신 세그먼트의 상기 제3 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작으며; 그리고
상기 제1 신호 수신 세그먼트를 통해 상기 분할된 신호 수신 스트립에 의해 수신된 상기 주파수 신호 콘텐츠 범위를 수신하도록 동작가능하게 배열된 수신 전자장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 제1 신호 수신 세그먼트는 제1 길이를 가지고;
상기 제2 신호 수신 세그먼트는 상기 제1 길이보다 큰 제2 길이를 가지며; 및
상기 제3 신호 수신 세그먼트는 상기 제1 길이보다 큰 제3 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제2항에 있어서, 상기 분할된 신호 수신 스트립은,
상기 제1 신호 수신 세그먼트와 상기 제2 신호 수신 세그먼트 사이에 위치하며, 상기 제2 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제1 소산 요소; 및
상기 제1 신호 수신 세그먼트와 상기 제3 신호 수신 세그먼트 사이에 위치하며, 상기 제3 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제2 소산 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 제2 신호 수신 세그먼트는 신호 필터를 제공하게 배치되며 전기적으로 연결된 저항기 및 커패시터를 포함하고, 상기 제3 신호 수신 세그먼트는 신호 필터를 제공하게 배치되며 전기적으로 연결된 저항기 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제4항에 있어서, 상기 제1 신호 수신 세그먼트는 제1 길이를 가지고;
상기 제2 신호 수신 세그먼트는 상기 제1 길이와 동일한 제2 길이를 가지고; 및
상기 제3 신호 수신 세그먼트는 상기 제1 길이와 동일한 제3 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제4항에 있어서, 상기 분할된 신호 수신 스트립은,
제1 신호 수신 세그먼트와 제2 신호 수신 세그먼트 사이에 위치하고, 상기 제2 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제1 소산 요소; 및
제1 신호 수신 세그먼트와 제3 신호 수신 세그먼트 사이에 위치하고, 상기 제3 신호 수신 세그먼트로부터 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 격리시키도록 구성된 제2 소산 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 제1 신호 수신 세그먼트, 상기 제2 신호 수신 세그먼트 및 상기 제3 신호 수신 세그먼트 각각이 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답은 상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위의 제1 주파수 하부범위에 대응하고,
상기 제2 신호 수신 세그먼트의 상기 제2 주파수 응답은 상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위의 제2 주파수 하부범위에 대응하며; 및
상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위의 제1 주파수 하부범위가 상기 신호의 주파수 신호 컨텐츠 범위의 제2 주파수 하부범위보다 큰 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 송신기에 의해 상기 비-접촉 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호는 고속 디지털 데이터 출력 신호인 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 송신기는 고속 디지털 데이터 출력 신호를 제공하게 작동가능하게 배치된 신호 소스, 소스 갭 및 종단 갭을 구비하는 피제어 임피던스 차동 전송 라인, 상기 신호 소스로부터 상기 고속 디지털 데이터 출력 신호를 수신하여, 상기 신호 소스로부터 수신한 상기 고속 디지털 데이터 출력 신호를 상기 피제어 임피던스 차동 전송 라인의 상기 소스 갭으로 제공하도록 작동가능하게 배치된 전력 분할기를 포함하고; 및
상기 근거리-프로브는 상기 피제어 임피던스 차동 전송 라인에 대해 이격되어 배치되고, 상기 송신기에 의해 상기 비-접촉 인터페이스를 가로질러 전송된 상기 신호를 수신하게 작동가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 분할된 신호 수신 스트립은,
적어도 2개의 추가의 신호 수신 세그먼트를 포함하고;
상기 추가의 신호 수신 세그먼트 각각은 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결되어 있으며;
각각의 추가의 신호 수신 세그먼트의 상기 주파수 응답은 상기 추가의 신호 수신 세그먼트가 상기 제1 신호 수신 세그먼트로부터 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제11항에 있어서, 상기 제2 신호 수신 세그먼트, 상기 제3 신호 수신 세그먼트 및 상기 추가의 신호 수신 세그먼트 각각의 사이에 위치하는 적어도 하나의 소산 요소를 포함하고, 상기 소산 요소는 상기 각각의 신호 수신 세그먼트를 서로에 대해 격리시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제11항에 있어서, 각각의 추가의 신호 수신 세그먼트의 길이는 상기 추가의 신호 수신 세그먼트가 상기 제1 신호 수신 세그먼트로부터 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제11항에 있어서, 상기 제2 신호 수신 세그먼트, 상기 제3 신호 수신 세그먼트 및 상기 추가의 신호 수신 세그먼트 각각은 신호 필터를 제공하게 배치된 전기적으로 연결된 저항기와 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제3항에 있어서, 상기 제1 소산 요소 및 상기 제2 소산 요소 각각이 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 제1 신호 수신 세그먼트는 상기 수신 전자장치와 통신하는 중앙 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.
제1항에 있어서, 상기 분할된 신호 수신 스트립과 평행하게 배향된 제2 분할된 신호 수신 스트립, 및 수신 전자장치를 포함하되;
상기 제2 분할된 신호 수신 스트립은,
　　　　　　　　제1 주파수 응답을 갖는 제1 신호 수신 세그먼트;
　　　　　　　　제2 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 연결된 제2 신호 수신 세그먼트;
　　　　　　　　제3 주파수 응답을 가지며, 상기 제1 신호 수신 세그먼트에 전기적으로 결합된 제3 신호 수신 세그먼트를 포함하되;
　　　　　　　　상기 제2 신호 수신 세그먼트의 상기 제2 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작고; 그리고
　　　　　　　　상기 제3 신호 수신 세그먼트의 상기 제3 주파수 응답은 상기 제1 신호 수신 세그먼트의 상기 제1 주파수 응답보다 작으며; 그리고
상기 수신 전자장치는 상기 제2 분할된 신호 수신 스트립의 상기 제1 신호 수신 세그먼트를 통해 상기 제2 분할된 신호 수신 스트립에 의해 수신된 신호 콘텐츠를 수신하도록 작동가능하게 배열된 것을 특징으로 하는 비-접촉 로터리 조인트.