WO2022002935A2 - Verfahren zur übertragung von daten zwischen einem benutzerendgerät und einem anderen gerät - Google Patents

Verfahren zur übertragung von daten zwischen einem benutzerendgerät und einem anderen gerät Download PDF

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WO2022002935A2
WO2022002935A2 PCT/EP2021/067848 EP2021067848W WO2022002935A2 WO 2022002935 A2 WO2022002935 A2 WO 2022002935A2 EP 2021067848 W EP2021067848 W EP 2021067848W WO 2022002935 A2 WO2022002935 A2 WO 2022002935A2
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magnetic field
user terminal
ferrite coil
coil
signal
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French (fr)
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Inventor
Gerd Kilian
Josef Bernhard
Martin Kohlmann
Jakob KNEISSL
Stefan ERETH
Tobias Draeger
Johannes WORM
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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Publication of WO2022002935A3 publication Critical patent/WO2022002935A3/de

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Classifications

    • H04B5/72—
    • H04B5/263—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/80—Services using short range communication, e.g. near-field communication [NFC], radio-frequency identification [RFID] or low energy communication

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a method for transferring data between a user terminal and another device. Further exemplary embodiments relate to a user terminal, another device and a system with a user terminal and another device. Some exemplary embodiments relate to an inexpensive interface for configuration or maintenance applications (English. Service applications). Some exemplary embodiments relate to a configuration of a user-configurable device by means of a user terminal.
  • loT nodes e.g. sensor nodes, actuator nodes
  • WLAN cameras are configured via a wired connection.
  • several electrical contacts are required both on the device to be configured and on the user terminal used to configure the device, e.g. a mobile phone.
  • user-configurable devices can be configured via a radio link.
  • dedicated send / receive modules are required for this.
  • user-configurable devices can be configured via an optical connection.
  • this requires both a line of sight and dedicated optical components.
  • user-configurable devices can be configured via an acoustic connection, as is common with smoke alarms, for example.
  • an acoustic connection requires a microphone in the device.
  • NFC nearfield communication
  • a method for transmitting data from a user terminal to another device comprises a step of generating a signal for controlling an electromagnetic actuator of a loudspeaker of the user terminal, and a step of controlling the electromagnetic actuator with the generated signal in order to generate a magnetic field by the electromagnetic actuator which carries the data.
  • a method for transmitting data between a user terminal and another device comprises a step of generating a signal for controlling an electromagnetic resonant circuit connected to the user terminal.
  • the method further comprises a step of controlling the electromagnetic resonant circuit with the generated signal in order to generate a magnetic field through the electromagnetic resonant circuit which carries data to be transmitted from the user terminal to the other device.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a concept which enables an even simpler hardware structure.
  • Embodiments provide a method for transmitting data between a user terminal and another device.
  • the method comprises a step of generating a signal for controlling an electromagnetic functional unit connected to the user terminal.
  • the method further comprises a step of
  • the method further comprises a step of detecting the magnetic field with a ferrite coil of the other device in order to receive the data carried by the magnetic field.
  • a ferrite coil e.g. instead of an electromagnetic resonant circuit or
  • Loudspeaker enables the hardware configuration to be simplified (fewer components required), which means that the hardware configuration is more cost-effective.
  • the method further comprises a step of evaluating a signal provided by the ferrite coil in response to the detection of the magnetic field in order to obtain the data carried by the magnetic field [e.g. to recieve].
  • the ferrite coil is a ferrite coil that can be equipped with an SMD.
  • the ferrite coil has an inductance in the range from 50 pH to 5 mH.
  • a frequency [e.g. Carrier frequency] of the magnetic field less than 50 kHz.
  • the ferrite coil has a volume of less than 1500 mm 3 , preferably less than 1000 mm 3 and particularly preferably less than 500.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with the dimensions 7.8 mm x 7.8 mm x 5.3 mm and accordingly with a volume of 322 mm 3 .
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil is less than 350 mm 3 / mH, preferably less than 200 mm 3 / mH and particularly preferably less than 100 mm 3 / mH.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between a volume of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil of 68.6 mm 3 / mH.
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field is less than 90 mmVkHz, preferably less than 60 mm 3 / kHz and particularly preferably less than 30 mm 3 / kHz.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between the volume of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field of 17.71 mm 3 / kHz.
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field is less than 6 mm 3 / mm, preferably less than 4 mm 3 / mm and particularly preferably less than 2 mm 3 / mm.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between a volume of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field of 0.8 mm 3 / mm [eg a range of 400 mm].
  • a ratio between an area of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil is less than 80 mm 2 / mH, preferably less than 40 mm 2 / mH and particularly preferably less than 20 mm 2 / mH.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil of 12.944 mm 2 / mH.
  • a ratio between an area of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field is less than 15 mmVkHz, preferably less than 10 mm 2 / kHz and particularly preferably less than 5 mm 2 / kHz.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field of 3.34 mm 2 / kHz.
  • a ratio between an area of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field is less than 0.6 mn 2 / mm, preferably less than 0.4 mm 2 / mm and particularly preferably less than 0.2 mm 2 / mm.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field of 0.1521 mm 2 / mm [eg a range of 400 mm].
  • a magnetic field strength of the magnetic field on the receiver side is less than 900 mA / hti, preferably less than 500 ml / m and particularly preferably less than 200 ml / m.
  • a magnetic field strength of the magnetic field can be 175 mA / m.
  • the electromagnetic functional unit connected to the user terminal is a coil of a loudspeaker of the user terminal, an electromagnetic oscillating circuit connected to the user terminal [e.g. LC-
  • Resonant circuit or a ferrite coil connected to the user terminal.
  • the electromagnetic functional unit connected to the user terminal and the ferrite coil of the other device are magnetically coupled, a coupling factor of the magnetic coupling being less than 5E-05, preferably less than 5E-06, and particularly preferably less than 5E-07.
  • a coupling factor of the magnetic coupling can be less than 1.71 E-07.
  • the step of detecting the magnetic field is performed by the other device.
  • the data is first data, the magnetic field being a first magnetic field
  • the method further comprising a step of generating a second magnetic field with the ferrite coil of the other device or a further ferrite coil of the other device, the second magnetic field of the other device carries second data to be transmitted to the user terminal, and comprises a step of detecting the second magnetic field with the ferrite coil connected to the user terminal to receive the second data.
  • the signal for controlling the ferrite coil or the further ferrite coil of the other device is actively generated.
  • the generation of the second magnetic field has the following steps: generating a second signal for controlling the ferrite coil or the further ferrite coil of the other device; and controlling the ferrite coil or the further ferrite coil of the other device with the generated second signal in order to generate the second magnetic field which carries the second data through the ferrite coil or the further ferrite coil of the other device.
  • the step of generating the second signal is performed by the other device.
  • the generated signal is generated with an audio signal generator of the user terminal.
  • the electromagnetic functional unit e.g. electromagnetic resonant circuit or ferrite coil
  • an audio interface e.g. a jack socket, a USB-C audio connector or a Lightning audio connector
  • the generated signal is generated with a signal generator connected to the user terminal.
  • the user terminal is connected via a wireless interface [e.g. Bluetooth or WLAN] connected to the signal generator.
  • a wireless interface e.g. Bluetooth or WLAN
  • the user terminal can be connected via the wireless interface to an external adapter which has the signal generator.
  • the electromagnetic functional unit e.g. electromagnetic resonant circuit or ferrite coil
  • the signal generator via a wired interface.
  • the signal generator is an audio signal generator, the user terminal having the audio signal generator.
  • the ferrite coil is connected via a wired audio interface [e.g. a jack socket, a USB-C audio connector or a Lightning audio connector] of the user terminal is connected to the user terminal.
  • a wired audio interface e.g. a jack socket, a USB-C audio connector or a Lightning audio connector
  • the user terminal is connected via a wireless interface [e.g. Bluetooth or WLAN] connected to the signal generator.
  • a wireless interface e.g. Bluetooth or WLAN
  • the user terminal can be connected via the wireless interface to an external adapter which has the signal generator.
  • the ferrite coil is connected to the signal generator via a wired interface.
  • the user terminal is configured to use a signal detector to detect a second magnetic field generated by the other device with the ferrite coil in order to receive second data which is transmitted from the other device to the user terminal and which carries the second magnetic field.
  • the signal detector is an audio signal detector, the user terminal having the audio signal detector.
  • the ferrite coil is connected via a wired audio interface [e.g. a jack socket, a USB-C audio connector or a Lightning audio connector] of the user terminal is connected to the signal detector of the user terminal.
  • a wired audio interface e.g. a jack socket, a USB-C audio connector or a Lightning audio connector
  • the user terminal is connected via a wireless interface [e.g. Bluetooth or WLAN] connected to the signal detector.
  • a wireless interface e.g. Bluetooth or WLAN
  • the user terminal can be connected via the wireless interface to an external adapter which has the signal detector.
  • the ferrite coil is connected to the signal detector via a wired interface.
  • the user terminal is a mobile phone or tablet.
  • the other device comprises a microcontroller and a ferrite coil for detecting a first magnetic field and for generating a second magnetic field, wherein the microcontroller is configured to evaluate the first magnetic field detected by the ferrite coil in order to receive first data that contains the first magnetic field Field carries, wherein the microcontroller is configured to generate a signal to control the ferrite coil, and to control the ferrite coil with the generated signal to generate the second magnetic field through the ferrite coil, the second magnetic field carries second data.
  • the signal for controlling the ferrite coil is actively generated.
  • the ferrite coil is a ferrite coil that can be equipped with an SMD.
  • the ferrite coil has an inductance in the range from 50 pH to 5 mH.
  • a frequency [e.g. Carrier frequency] of the magnetic field less than 50 kHz.
  • the ferrite coil has a volume of less than 1500 mm 3 , preferably less than 1000 mm 3 and particularly preferably less than 500.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with the dimensions 7.8 mm x 7.8 mm x 5.3 mm and accordingly with a volume of 322 mm 3 .
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil is less than 350 mm 3 / mH, preferably less than 200 mm 3 / mH and particularly preferably less than 100 mm 3 / mH.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between a volume of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil of 68.6 mm 3 / mH.
  • a ratio between a volume of the ferrite tube and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field is less than 90 mm 3 / kHz, preferably less than 60 mm 3 / kHz and particularly preferably less than 30 mm 3 / kHz.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between the volume of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field of 17.71 mm 3 / kHz.
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field is less than 6 mm 3 / mm, preferably less than 4 mm 3 / mm and particularly preferably less than 2 mm 3 / mm.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between a volume of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field of 0.8 mm 3 / mm [eg a range of 400 mm].
  • a ratio between an area of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil is less than 80 mm 2 / mH, preferably less than 40 mm 2 / mH and particularly preferably less than 20 mm 2 / mH.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil of 12.944 mm 2 / mH.
  • a ratio between an area of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field is less than 15 mm 2 / kHz, preferably less than 10 mm 2 / kHz and particularly preferably less than 5 mm 2 / kHz.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field of 3.34 mm 2 / kHz.
  • a ratio between an area of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field is less than 0.6 mm 2 / mm, preferably less than 0.4 mm 2 / mm and particularly preferably less than 0.2 mm 2 / mm.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field of 0.1521 mm 2 / mm [eg a range of 400 mm].
  • a magnetic field strength of the magnetic field on the receiver side less than 900 mA / m, preferably less than 500 mA / m and particularly preferably less than 200 mA / m.
  • a magnetic field strength of the magnetic field can be 175 mA / m.
  • the other device comprises a microcontroller and a coil for detecting a first magnetic field and for generating a second magnetic field, wherein the microcontroller is configured to evaluate the first magnetic field detected by the coil in order to receive first data that contains the first magnetic field Field carries, wherein the microcontroller is configured to generate a signal for controlling the coil, and to control the coil with the generated signal in order to generate the second magnetic field through the coil, the second magnetic field carrying second data, wherein the sink
  • the coil is a ferrite coil or an air-core coil.
  • the other device is a loT node [eg sensor or actuator node] or a WLAN camera.
  • a loT node eg sensor or actuator node
  • a WLAN camera e.g., a Wi-Fi Protected Access (WPA)
  • Further exemplary embodiments create a system with a user terminal like one of the exemplary embodiments described herein and another device like one of the exemplary embodiments described herein.
  • the method comprises a step of generating a first signal for controlling a first electromagnetic functional unit connected to the user terminal.
  • the method further comprises a step of controlling the first electromagnetic functional unit with the first generated signal in order to generate a first magnetic field by the first electromagnetic functional unit which carries first data to be transmitted from the user terminal to the other device.
  • the method further comprises a step of detecting the first magnetic signal with a second electromagnetic functional unit of the other device in order to receive the first data.
  • the method further comprises a step of generating a second signal for controlling the second electromagnetic functional unit of the other device.
  • the method further comprises a step of controlling the second electromagnetic functional unit with the second generated signal in order to generate a second magnetic field by the second electromagnetic functional unit which carries second data to be transmitted from the other device to the user terminal.
  • the method further comprises a step of detecting the second magnetic signal with the first electromagnetic functional unit in order to receive the second data, the first signal and the second signal having different carrier frequencies and / or data rates.
  • the first electromagnetic functional unit has an electromagnetic resonant circuit or a ferrite coil.
  • the second electromagnetic functional unit has an electromagnetic resonant circuit or a ferrite coil.
  • a change is made to a higher data rate and / or carrier frequency.
  • a bandwidth of the second electromagnetic functional unit is wider than a bandwidth of the first signal when a connection is set up.
  • the first magnetic functional unit has a first ferrite coil for generating the first magnetic field and a second ferrite coil for detecting the second magnetic field.
  • the second magnetic functional unit has a ferrite coil for detecting the first magnetic field and for generating the second magnetic field.
  • the first magnetic signal for connection establishment has at least two different carrier frequencies
  • the method further comprising a step of determining a carrier frequency of the second magnetic signal, and a step of adapting the carrier frequency of the first magnetic signal after the connection is established based on the determined carrier frequency of the having second magnetic signal.
  • Embodiments of the present invention relate to a system for the inexpensive and generally available method of configuring devices, especially sensor nodes, or reading them out and, if necessary, configuring them in the context of service applications.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of a method for transmitting data between a user terminal and another device, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a system with a user terminal and another device, according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a system with a user terminal and another device, according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • 4 shows a schematic block diagram of a system with a user terminal and another device, according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of a system with a user terminal and another device, according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method for the bidirectional transmission of data between a user terminal and another device, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows, in a diagram, the different data rates used for communication between the user terminal and the other device, according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a schematic view of another device having a
  • Carrier frequencies according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of a method 100 for transmitting data between a user terminal and another device.
  • the method 100 comprises a step 102 of generating a signal for controlling an electromagnetic functional unit connected to the user terminal.
  • the method 100 comprises a step 104 of controlling the electromagnetic functional unit with the generated signal in order to use the electromagnetic Functional unit to generate a magnetic field that carries data to be transmitted from the user terminal to the other device, and
  • the method 100 further comprises a step 106 of detecting the magnetic field with a ferrite coil of the other device in order to receive the data carried by the magnetic field.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a system 110 with a user terminal 120 and another device 140, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the user terminal 120 comprises a signal generator 122 (for example an audio signal generator such as an amplifier) and an electromagnetic functional unit 126.
  • a signal generator 122 for example an audio signal generator such as an amplifier
  • an electromagnetic functional unit 126 In the exemplary embodiment shown in FIG (e.g. a voice coil) is.
  • the electromagnetic functional unit 126 can also be an electromagnetic resonant circuit or a ferrite coil which is either internal or external [e.g. in an external adapter] to the user terminal 120 can be implemented.
  • the user terminal 120 (or, for example, a processor 121 of the user terminal 120) is configured to control the signal generator 122 to generate a signal 124 to control the electromagnetic functional unit 126, and to control the electromagnetic functional unit 126 with the generated signal 124 in order to use the electromagnetic Functional unit 126 to generate a magnetic signal (for example a magnetic field) 130, which carries data to be transmitted from the user terminal 120 to the other device 140 (for example first data).
  • a magnetic signal for example a magnetic field
  • the other device 140 comprises a ferrite coil 142 as a magnetic detector for detecting the magnetic signal (eg magnetic field) 130 that carries the data to be transmitted from the user terminal 120 to the other device 140.
  • the other device 140 can furthermore comprise a microcontroller 144 which is designed to evaluate the detected magnetic signal (eg magnetic field) 130 in order to receive the data.
  • FSK frequency shift keying
  • MSK minimum shift keying
  • GMSK Gaussian minimum shift keying
  • ASK amplitude shift keying
  • OOK on-off keying
  • the ratio between the carrier frequency and the modulation bandwidth of the generated signal can be less than 25% (or, for example, less than 20% or less than 15%).
  • the user terminal 120 can be a cell phone (smartphone) or tablet.
  • the data carried by the magnetic signal (e.g., magnetic field) 130 may be configuration data.
  • the microcontroller 144 can be designed to configure the other device 140 based on the configuration data, for example to integrate it into a wireless network.
  • the configuration data can include information for integrating the user-configurable device 140 into a wireless network (e.g. sensor network or WLAN), such as a network name and network key.
  • the configuration data can also be used to assign other parameters to the user-configurable device 140, such as a frequency channel to be used, time slots to be used, or a hopping pattern to be used.
  • an external electromagnetic Functional unit is used, as will be explained below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a system 110 with a user terminal 120 and another device 140, according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the signal generator 122 of the user terminal 120 is connected to an external electromagnetic functional unit 126 via a wired interface 128.
  • the user terminal 120 (or, for example, the processor 121 of the user terminal 120) is configured to control the signal generator 122 to generate a signal 124 to control the electromagnetic functional unit 126, and to control the electromagnetic functional unit 126 to allow the electromagnetic functional unit 126 to generate a magnetic signal (eg a magnetic field) 130 which carries data (eg first data) to be transmitted from the user terminal 120 to the other device 140.
  • a magnetic signal eg a magnetic field
  • the electromagnetic functional unit 126 can be an electromagnetic resonant circuit (e.g. LC resonant circuit) or a ferrite coil.
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of a system 110 with a user terminal 120 and another device 140, according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • both the signal generator 122 and the electromagnetic functional unit 126 are external to the user terminal 120.
  • the user terminal 120 can be connected to an external adapter 123 via a radio interface 125 (e.g. Bluetooth or WLAN), the external adapter 123 having a radio interface 125 'for communication with the user terminal 120, the signal generator 122 and the electromagnetic functional unit 126.
  • a radio interface 125 e.g. Bluetooth or WLAN
  • the user terminal 120 (or, for example, the processor 121 of the user terminal 120) is configured to control the signal generator 122 of the external adapter 123 to generate a signal 124 to control the electromagnetic functional unit 126, and to control the electromagnetic functional unit 126 in order to use the electromagnetic Functional unit 126 to generate a magnetic signal (for example a magnetic field) 130, which carries data to be transmitted from the user terminal 120 to the other device 140 (for example first data).
  • the electromagnetic functional unit 126 can be an electromagnetic oscillating circuit (e.g. LC oscillating circuit) or a ferrite coil,
  • bidirectional communication between the user terminal 120 and the other device 140 can also be used, as will be explained below with reference to FIG. 5, which extends the system 110 shown in FIG. 4 by a bidirectional interface.
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of a system 110 with a user terminal 120 and another device 140, according to a further embodiment of the present invention
  • the ferrite coil 142 of the other device 140 or optionally a further ferrite coil (e.g. second ferrite coil) 143 of the other device 140 can be used to generate a second magnetic signal (e.g. second magnetic field) 132, the second magnetic signal 132 from the other device 140 to the user terminal 120 to transmit second data.
  • a second magnetic signal e.g. second magnetic field
  • the other device 140 (or, for example, the microcontroller 144 of the other device 140) can be configured to generate a second signal 146 for controlling the ferrite coil (e.g. first ferrite coil) 142 or the further ferrite coil (e.g. second ferrite coil) 143, and to generate to control the ferrite coil 142 or the further ferrite coil 143 in order to generate the second magnetic signal 132, which carries the second data, through the ferrite coil 142 or the further ferrite coil 143.
  • the ferrite coil e.g. first ferrite coil
  • the further ferrite coil e.g. second ferrite coil
  • the signal 146 for controlling the ferrite coil 142 or the further ferrite coil is actively generated in this case.
  • the second magnetic signal 132 can be detected by the electromagnetic functional unit 126 of the external adapter 123 and evaluated by a signal detector 150 of the external adapter 150 in order to obtain the second data that the second magnetic signal 132 carries. These second data can then be transmitted to the user terminal 120 via the radio interface 125.
  • the same ferrite coil or the same electromagnetic resonant circuit of the electromagnetic functional unit 126 can be used for the detection of the second magnetic signal as for generating the first magnetic signal Signal 130.
  • the electromagnetic functional unit 126 can also have separate ferrite coils or electromagnetic resonant circuits for sending and receiving.
  • the system 110 shown in FIG. 3 can of course also be expanded by a bidirectional interface, in which case the second magnetic signal 132 detected by the electromagnetic functional unit 126 from a signal detector of the user terminal, such as a microphone amplifier and subsequent signal processing, can be evaluated in order to obtain the second data that the second magnetic signal carries.
  • a signal detector of the user terminal such as a microphone amplifier and subsequent signal processing
  • a ferrite coil 142 on the side of the other device 140 can be used for a magnetic coupling between the user terminal 120 and the other device 140.
  • a ferrite coil can also be used as an electromagnetic functional unit 126 on the side of the user terminal 120 for this magnetic coupling.
  • the ferrite coil can be a ferrite coil that can be fitted with an SMD.
  • the ferrite coil has an inductance in the range from 50 pH to 5 mH.
  • a frequency [e.g. Carrier frequency] of the magnetic field less than 50 kHz.
  • the ferrite coil has a volume of less than 1500 mm 3 , such as, for example, less than 1000 mm 3 or less than 500 mm 3 .
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with the dimensions 7.8 mm x 7.8 mm x 5.3 mm and accordingly with a volume of 322 mm 3 .
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil is less than 350 mm 3 / mH, such as, for example, less than 200 mm 3 / mH or less than 100 mm 3 / mH.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between a volume of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil of 68.6 mm 3 / mH.
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field is less than 90 mm 3 / kHz, such as, for example, less than 60 mm 3 / kHz or less than 30 mm 3 / kHz.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between the volume of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field of 17.71 mm 3 / kHz.
  • a ratio between a volume of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field is less than 6 mnvVmm, such as, for example, less than 4 mrrf / mm or less than 2 mm 3 / mm.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between a volume of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field of 0.8 mm 3 / mm [eg a range of 400 mm].
  • a ratio between an area of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil is less than 80 mm 2 / mH, such as, for example, less than 40 mm 2 / mH or less than 20 mm 2 / mH.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and an inductance of the ferrite coil of 12.944 mm 2 / mH.
  • a ratio between an area of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field is less than 15 mm 2 / kHz, such as less than 10 mm 2 / kHz or less than 5 mm 2 / kHz.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and a frequency [eg carrier frequency] of the magnetic field of 3.34 mm 2 / kHz.
  • a ratio between an area of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field is less than 0.6 mm 2 / mm, such as, for example, less than 0.4 mm 2 / mm or less than 0.2 mm 2 / mm.
  • the ferrite coil can be a commercially available ferrite coil with a ratio between an area of the ferrite coil and a range of the data transmitted with the magnetic field of 0.1521 mm 2 / mm [eg a range of 400 mm].
  • a magnetic field strength of the magnetic field on the receiver side less than 900 mA / m, such as less than 500 mA / m or less than 200 ⁇ A / m.
  • a magnetic field strength of the magnetic field can be 175 mA / m.
  • a coupling factor of the magnetic coupling is less than 5E-05, such as, for example, less than 5E-06 or less than 5E-07.
  • a coupling factor of the magnetic coupling can be less than 1.71 E-07.
  • the system 110 communicates from user terminal 120 and other device 140 on the basis of magnetic coupling between "small" ferrite coils in user terminal (e.g. controller) 120 and the other device (e.g. device) 140.
  • a transmission frequency ⁇ 50 kHz can be used with ferrite coils can be used in the value range from approx. 50 mH to 5 mH.
  • These ferrite coils can be purchased commercially as SMD-mountable ferrite coils in a compact design (e.g. Bourns SDR0805-472KL, diameter 7.8 mm; area approx. 0.48 cm 2 ) and integrated into electronic assemblies as a component in the normal design and production process.
  • This compact design of the ferrite coils is also often possible through the use of ferrite materials in the coils.
  • the positioning of the ferrite coils to one another has less influence on the transmission quality, provided that the maximum range is not exceeded or the reception and transmission minima are not met exactly.
  • inductive RFID systems radio-frequency identification, dt. Identification with the help of electromagnetic waves
  • air coils are usually used to couple the reader and transponder [3], [4].
  • the transponders are usually passive and become powered by the induced current in their coil antenna from the magnetic field of the reader.
  • air-core coils with inductances in the range of 2 to 5 mH are used. The coils are designed with the largest possible area, this also determines the expected efficiency and range of the coil arrangement.
  • Coils routed as conductor tracks on circuit boards or coils wound with enamelled copper wire (especially reading devices) and antennas punched from copper or aluminum foil (especially for transponders) are common.
  • the size of both coil antennas, reader and transponder are both relevant.
  • a reduction in size of the coils with the same inductivity, e.g. by using more turns, ferrite material or discrete series inductances, is only possible to a limited extent with the same performance in terms of range and reliability.
  • the range of RFID systems in the frequency range 13.56 MHz is generally in the cm range. Individual solutions for logistics also allow transponders to be read at intervals of up to a few dm.
  • the transponders are also supplied from the field of the reader via the coil antennas. Coils in the value range from approx. 1 to 20 mH are used. Large-area air-core coils, usually made of wire, are used.
  • an electromagnetic resonant circuit is used to generate the electromagnetic signal.
  • This resonant circuit typically consists of a coil (inductance) and a capacitor (capacitance). Two components are therefore minimally necessary for this circuit.
  • this circuit is simplified, as will be explained below.
  • PC microcontroller
  • only one ferrite coil is used.
  • the necessary capacitance can be brought in through the line (e.g. the conductor track).
  • the inductance can be matched to the line capacitance.
  • the use of complementary PWM pins can prevent the voltage on the ferrite coil from containing a direct current component (BIASED). This can prevent the inductance from heating up, which leads to power loss.
  • the ferrite coil can also be operated BIASED (in other words, prestressed) if there are no complementary PWM pins on the microcontroller.
  • the ferrite coil can be connected to normal IO pins (input-output pins) of the microcontroller. However, it must be ensured that the ferrite coil can emit the corresponding power loss in the form of heat.
  • DAC digital-to-analog converter
  • a ferrite coil can be connected via a capacitor as a series resonant circuit to a pin of the microcontroller and to a supply line on the other side.
  • Loudspeaker amplifiers or headphone amplifiers are specially built to drive the coils of loudspeakers. This makes them very well suited to control ferrite coils that are not supposed to generate sound, but a magnetic field.
  • class D amplifiers can be used that can control the ferrite coils with low power dissipation.
  • the ferrite coil is used instead of the loudspeaker to generate the electromagnetic field. This has the advantage that bidirectional communication (active transmission on both sides) is possible via the same ferrite coil.
  • bidirectional communication can therefore take place on both sides via one (e.g. the same) ferrite coil in each case.
  • an external adapter e.g. an external box
  • a wireless communication point can be used, such as WLAN (e.g. WiFi) or Bluetooth that conventional user terminals have, whereby Bluetooth is more suitable due to the lower power consumption on both sides.
  • Standard Bluetooth modules are typically very cheap on the market. These modules often have a serial interface (e.g. RS232 (a standard for a serial interface) or USART (an electronic circuit that is used to implement digital serial interfaces)).
  • a serial interface e.g. RS232 (a standard for a serial interface) or USART (an electronic circuit that is used to implement digital serial interfaces)
  • a standard Bluetooth radio module e.g. via RS232
  • a suitable controller e.g. microcontroller
  • the interface of the Bluetooth module can be converted to the control of the circuit for generating the electromagnetic signal.
  • an existing (wireless) interface of a user terminal e.g. mobile phone or tablet
  • an external adapter e.g. intermediate module
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a method 200 for bidirectional transmission of data between a user terminal and another device, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the method 200 includes a step 202 generating a first signal for controlling a first electromagnetic functional unit connected to the user terminal.
  • the method further comprises a step 204 of controlling the first electromagnetic functional unit with the first generated signal in order to generate a first magnetic field by the first electromagnetic functional unit which carries first data to be transmitted from the user terminal to the other device.
  • the method further comprises a step 206 of detecting the first magnetic signal with a second electromagnetic functional unit of the other device in order to receive the first data.
  • the method further comprises a step 208 of generating a second signal for controlling the second electromagnetic functional unit of the other device.
  • the method further comprises a step 210 of controlling the second electromagnetic functional unit with the second generated signal in order to generate a second magnetic field by the second electromagnetic functional unit which carries second data to be transmitted from the other device to the user terminal.
  • the method further comprises a step 212 of detecting the second magnetic signal with the first electromagnetic functional unit in order to receive the second data, wherein the first signal and the second signal have different carrier frequencies and / or data rates.
  • the maximum sensitivity or the maximum range is not necessary.
  • the reception on the part of the user terminal could take place in resonance, whereas the transmission from the user terminal to the other device (e.g. endpoint) could be more broadband in that the coil is not operated in resonance or is coupled so strongly that even if an LC - Oscillating circuit is used for transmission, this is broadband. Due to the broadband transmission, a higher data rate can be selected, which leads to a shorter transmission time and thus to a lower power consumption.
  • an oscillating circuit or an oscillating circuit with a lower quality can be used.
  • different data rates and / or carrier frequencies can thus be used for sending (Tx) and receiving (Rx).
  • FIG. 7 shows in a diagram the different data rates used for communication between the user terminal and the other device, according to a
  • Embodiment of the present invention In FIG. 7, the ordinate describes the line and the abscissa the frequency. As can be seen in FIG. 7, a lower data rate can be used for establishing a connection between the user terminal and the other device (curve 180) than for a data transfer between the user terminal and the other device (curve 182).
  • Communication outside of resonance can also create a combined system.
  • communication in resonance can take place at lower data rates
  • communication outside of resonance can take place at higher data rates (and the associated lower ranges and lower power consumption).
  • link budget German power transmission balance
  • the communication could take place in response, after both sides have knowledge of the capabilities (both data rates are possible) of the other subscriber and the link budget is sufficient, it is possible to switch to the higher data rate.
  • the user terminal e.g. controller
  • the other device English device
  • connection once the connection has been established in response to a corresponding configuration of the user terminal (e.g. controller) and other device and with a corresponding link budget, it is possible to switch to the higher data rate.
  • the user terminal e.g. controller
  • the bandwidth of the resonant circuit on the part of the other device can be wider than required to establish a connection or to communicate with the lower data rate.
  • a frequency duplex can take place, for example asynchronously with a return channel at a predetermined frequency (eg resonance frequency) (eg 18 kHz) and a forward channel at another frequency (eg 22 kHz), not at the resonance frequency.
  • frequency duplexing can take place, for example transmission can be carried out intentionally in a non-resonant area of the receiver (Rx), whereby the data rate is higher, whereas in the resonant area transmission can take place at a lower data rate, whereby the range is higher.
  • the range around the resonance frequency is only suitable for small bandwidths and thus data rates. If there is enough reserve in the link budget, it is also possible to send outside the resonant range (with loss of sensitivity and thus range).
  • a coil has a high inductance for the receive path and is therefore more sensitive. Due to the high inductance, however, only a limited transmission power can be emitted. This shows the advantage of a coil with low inductance, since it can be operated with more power due to the lower internal resistance.
  • one coil can still be used in the other device, since the higher transmission power of the other device can compensate for the poorer sensitivity.
  • the lower transmission power in the other device can be compensated for by the better sensitivity in the user terminal.
  • two separate coils for sending (Tx) and receiving (Rx) can be used (for example on the side of the user terminal). In embodiments, only one coil can still be used in the other device for reasons of cost.
  • two coils can be used on the side of the user terminal, one coil for transmitting (Tx) with lower inductance and one coil for receiving (RX) with higher inductance (more sensitive).
  • a coil can be used in the other device.
  • the electromagnetic communication makes it possible to install the circuit for communication (layout) in the other device in such a way that it is not visible to a user.
  • the circuit can be integrated into existing products (housing) without the user being aware of it. Only the service technician who, if necessary, carries out maintenance / repairs at the customer's site, knows about the communication interface. This can, for example, be marked on the housing with a logo. In contrast to other wireless interfaces, the housing can also be made of electrically conductive material. Because of the low carrier frequency, the penetration depth of the signal in the housing is large enough to still reach the coil.
  • FIG. 8 shows a schematic view of another device 140 with a communication circuit 149 (e.g. with the microcontroller 144 (see FIGS. 2 to 5)) and the coil 142, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the communication circuit 149 with the coil 142 can be arranged within the other device 140 and thus not visible to a user.
  • the circuit for electromagnetic communication can be installed in the other device in such a way that it is not visible to the customer.
  • a service technician can be informed via the corresponding interface.
  • the housing of existing devices does not have to be adapted for the integration of the radio interface.
  • communication can take place through an electrically shielded housing.
  • the communication (especially in the direction from the user terminal to the other device (e.g. endpoint)) can also take place outside of the resonance, which, however, results in a lower link budget and thus a lower range.
  • the initial communication from the user terminal to the other device can take place on several carrier frequencies. If the other device receives a signal on one of the carrier frequencies, it can answer this, whereby the user terminal has thus also determined the correct carrier frequency for the corresponding other device.
  • FIG. 9 shows, in a diagram, carrier frequencies used for setting up a connection, according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the ordinate describes the power and the abscissa the frequency.
  • three different carrier frequencies f 1 , f 2 and f 3 can be used, for example, to set up the connection.
  • the initial communication can thus be carried out on several carrier frequencies. This saves the tuning of the resonant circuit or the appropriate circuit according to Section 2.
  • aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously to this, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps can be carried out by a hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation can be carried out using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic memory or optical memory are carried out on the electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system or cooperate in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer readable.
  • Some exemplary embodiments according to the invention thus comprise a data carrier which has electronically readable control signals which are able to interact with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
  • exemplary embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, the Program code is effective to carry out one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can, for example, also be stored on a machine-readable carrier.
  • exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a computer program which has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for performing one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier, the digital storage medium or the computer-readable medium are typically tangible and / or non-perishable or non-transitory.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is thus a data stream or a sequence of signals which represents or represents the computer program for performing one of the methods described herein.
  • the data stream or the sequence of signals can, for example, be configured to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet.
  • Another exemplary embodiment comprises a processing device, for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • a processing device for example a computer or a programmable logic component, which is configured or adapted to carry out one of the methods described herein.
  • Another exemplary embodiment comprises a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a receiver.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the receiver can be, for example, a computer, a mobile device, a storage device or a similar device.
  • the device or the system can, for example, comprise a file server for transmitting the computer program to the recipient.
  • a programmable logic component for example a field-programmable gate array, an FPGA
  • a field-programmable gate array can interact with a microprocessor in order to carry out one of the methods described herein.
  • the methods are performed by any hardware device. This can be universally applicable hardware such as a computer processor (CPU) or hardware specific to the method, such as an ASIC.
  • the devices described herein can be implemented, for example, using a hardware device, or using a computer, or using a combination of a hardware device and a computer.
  • the devices described herein, or any components of the devices described herein, can be implemented at least partially in hardware and / or in software (computer program).
  • the methods described herein can be implemented using hardware apparatus, or using a computer, or using a combination of hardware apparatus and a computer.

Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Generierens eines Signals zum Ansteuern einer mit dem Benutzerendgerät verbundenen elektromagnetischen Funktionseinheit. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der elektromagnetischen Funktionseinheit mit dem generierten Signal, um durch die elektromagnetische Funktionseinheit ein magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät zu übertragene Daten trägt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des magnetischen Feldes mit einer Ferritspule des anderen Geräts, um die Daten, die das magnetische Feld trägt, zu empfangen.

Description

Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Benutzerendgerät, ein anderes Gerät und ein System mit einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine kostengünstige Schnittstelle für Konfigurations- bzw. Wartungsanwendungen (engl. Service applications). Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Konfiguration eines benutzerkonfigurierbaren Geräts mittels eines Benutzerendgeräts.
Herkömmlicherweise werden benutzerkonfigurierbare Geräte, wie z.B. loT-Knoten (z.B. Sensorknoten, Aktorknoten) oder WLAN-Kameras, über eine drahtgebundene Verbindung konfiguriert. Hierzu sind jedoch mehrere elektrische Kontakte sowohl am zu konfigurierenden Gerät als auch an dem zur Konfiguration des Geräts eingesetzten Benutzerendgerät, z.B. einem Mobiltelefon, erforderlich.
Alternativ können benutzerkonfigurierbare Geräte über eine Funkverbindung konfiguriert werden. Hierzu werden jedoch dedizierte Sende/Empfangsbausteine benötigt.
Des Weiteren können benutzerkonfigurierbare Geräte über eine optische Verbindung konfiguriert werden. Hierzu sind jedoch sowohl eine Sichtverbindung als auch dedizierte optische Komponenten erforderlich.
Darüber hinaus können benutzerkonfigurierbare Geräte über eine akustische Verbindung konfiguriert werden, wie dies beispielsweise bei Rauchmeldern üblich ist. Der Einsatz einer akustischen Verbindung erfordert jedoch ein Mikrofon im Gerät.
Ferner können benutzerkonfigurierbare Geräte mittels einer magnetischen Kopplung konfiguriert werden. Üblicherweise wird hierbei auf NFC (NFC = nearfield communication, dt. Nahfeldkommunikation) zurückgegriffen, wozu jedoch zusätzliche NFC Bausteine im Gerät erforderlich sind. Erschwerend kommt hinzu, dass nicht alle Benutzerendgeräte NFC unterstützen. Beispielweise unterstützen aktuell verfügbare iPhones ® über NFC nur lesen, jedoch nicht schreiben.
Aus [1] ist ein Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Benutzerendgerät zu einem anderen Gerät bekannt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Generierens eines Signals zum Ansteuern eines elektromagnetischen Aktuators eines Lautsprechers des Benutzerendgeräts, und einen Schritt des Ansteuerns des elektromagnetischen Aktuators mit dem generierten Signal, um durch den elektromagnetischen Aktuator ein magnetisches Feld zu erzeugen, das die Daten trägt.
Aus [2] ist ein Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät bekannt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Generierens eines Signals zum Ansteuern eines mit dem Benutzerendgerät verbundenen elektromagnetischen Schwingkreises. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns des elektromagnetischen Schwingkreises mit dem generierten Signal, um durch den elektromagnetischen Schwingkreis ein magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät zu übertragene Daten trägt.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Konzept zu schaffen, welches einen noch einfacheren Hardwareaufbau ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Generierens eines Signals zum Ansteuern einer mit dem Benutzerendgerät verbundenen elektromagnetischen Funktionseinheit. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des
Ansteuerns der elektromagnetischen Funktionseinheit mit dem generierten Signal, um durch die elektromagnetische Funktionseinheit ein magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät zu übertragene Daten trägt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des magnetischen Feldes mit einer Ferritspule des anderen Geräts, um die Daten, die das magnetische Feld trägt, zu empfangen. Der Einsatz einer Ferritspule (z.B. anstelle eines elektromagnetischen Schwingkreises oder
Lautsprechers) ermöglich es die Hardwarekonfiguration zu vereinfachen (weniger Bauteile notwendig), wodurch die Hardwarekonfiguration kostengünstiger ist.
Bei Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Auswertens eines von der Ferritspule ansprechend auf die Detektion des magnetischen Feldes bereitgestellten Signals, um die Daten, die das magnetische Feld trägt, zu erhalten [z.B. zu empfangen].
Bei Ausführungsbeispielen ist die Ferritspule eine SMD bestückbare Ferritspule.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Ferritspule eine Induktivität im Bereich von 50 pH bis 5 mH auf.
Bei Ausführungsbeispielen ist eine Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 50 kHz.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Ferritspule ein Volumen von weniger als 1500 mm3, bevorzugt von weniger als 1000 mm3 und besonders bevorzugt von weniger als 500 auf.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit den Abmessungen 7.8 mm x 7.8 mm x 5.3 mm und demnach mit einem Volumen von 322 mm3 handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule kleiner als 350 mm3/mH, bevorzugt kleiner als 200 mm3/mH und besonders bevorzugt kleiner als 100 mm3/mH.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule von 68,6 mm3/mH handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 90 mnrVkHz, bevorzug kleiner als 60 mm3/kHz und besonders bevorzugt kleiner als 30 mm3/kHz. Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes von 17,71 mm3/kHz handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten kleiner als 6 mm3/mm, bevorzugt kleiner als 4 mm3/mm und besonders bevorzugt kleiner als 2 mm3/mm.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten von 0,8 mm3/mm [z.B. bei einer Reichweite von 400 mm] handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule kleiner als 80 mm2/mH, bevorzugt kleiner ist als 40 mm2/mH und besonders bevorzugt kleiner ist als 20 mm2/mH.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule von 12,944 mm2/mH handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 15 mnrVkHz, bevorzugt kleiner als 10 mm2/kHz und besonders bevorzugt kleiner als 5 mm2/kHz.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes von 3,34 mm2/kHz handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten kleiner als 0,6 mn2/mm, bevorzugt kleiner als 0,4 mm2/mm und besonders bevorzugt kleiner als 0,2 mm2/mm.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten von 0,1521 mm2/mm [z.B. bei einer Reichweite von 400 mm] handeln. Bei Ausführungsbeispielen ist eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes empfängerseitig [z.B. am anderen Gerät bzw. an der Ferritspuie] kleiner als 900 mA/hti, bevorzugt kleiner als 500 mL/m und besonders bevorzugt kleiner als 200 mL/m.
Beispielweise kann eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes 175 mA/m betragen.
Bei Ausführungsbeispielen ist die mit dem Benutzerendgerät verbundene elektromagnetische Funktionseinheit eine Spule eines Lautsprechers des Benutzerendgeräts, ein mit dem Benutzerendgerät verbundener elektromagnetischer Schwingkreis [z.B. LC-
Schwingkreis], oder eine mit dem Benutzerendgerät verbundene Ferritspule.
Bei Ausführungsbeispielen sind die mit dem Benutzerendgerät verbundene elektromagnetische Funktionseinheit und die Ferritspute des anderen Geräts magnetisch gekoppelt, wobei ein Kopplungsfaktor der magnetischen Kopplung kleiner ist als 5E-05, bevorzugt kleiner ist als 5E-06, und besonders bevorzugt kleiner ist als 5E-07.
Beispielsweise kann ein Kopplungsfaktor der magnetischen Kopplung kleiner sein als 1 ,71 E- 07.
Bei Ausführungsbeispielen wird der Schritt des Detektierens des magnetischen Feldes durch das andere Gerät durchgeführt.
Bei Ausführungsbeispielen sind die Daten erste Daten, wobei das magnetische Feld ein erstes magnetisches Feld ist, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Erzeugens eines zweiten magnetischen Feldes mit der Ferritspule des anderen Geräts oder einer weiteren Ferritspule des anderen Geräts, wobei das zweite magnetische Feld von dem anderen Gerät zu dem Benutzerendgerät zu übertragene zweite Daten trägt, und einen Schritt des Detektierens des zweiten magnetischen Feldes mit der mit dem Benutzerendgerät verbundenen Ferritspule, um die zweiten Daten zu empfangen, aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen wird das Signal zum Ansteuern der Ferritspule oder der weiteren Ferritspule des anderen Geräts aktiv generiert. Bei Ausführungsbeispielen weist das Erzeugen des zweiten magnetischen Feldes folgende Schritte aufweist: Generieren eines zweiten Signals zum Ansteuern der Ferritspule oder der weiteren Ferritspule des anderen Geräts; und Ansteuern der Ferritspule oder der weiteren Ferritspule des anderen Geräts mit dem generierten zweiten Signal, um durch die Ferritspule oder die weitere Ferritspule des anderen Geräts das zweite magnetisches Feld zu erzeugen, das die zweiten Daten trägt.
Bei Ausführungsbeispielen wird der Schritt des Erzeugens des zweiten Signals durch das andere Gerät durchgeführt.
Bei Ausführungsbeispielen wird das generierte Signal mit einem Audiosignalgenerator des Benutzerendgeräts generiert.
Bei Ausführungsbeispielen ist die elektromagnetische Funktionseinheit [z.B. elektromagnetischer Schwingkreis oder Ferritspule] über eine Audioschnittstelle [z.B. eine Klinkenbuchse, ein USB-C-Audio Anschluss oder ein Lightning-Audio Anschluss] des Benutzerendgeräts mit dem Audiosignalgenerator des Benutzerendgeräts verbunden.
Bei Ausführungsbeispielen wird das generierte Signal mit einem mit dem Benutzerendgerät verbundenen Signalgenerator generiert.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Benutzerendgerät über eine drahtlose Schnittstelle [z.B. Bluetooth oder WLAN] mit dem Signalgenerator verbunden.
Beispielsweise kann das Benutzerendgerät über die drahtlose Schnittstelle mit einem externen Adapter verbunden sein, der den Signalgenerator aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen ist die elektromagnetische Funktionseinheit [z.B. elektromagnetischer Schwingkreis oder Ferritspule] über eine drahtgebundene Schnittstelle mit dem Signalgenerator verbunden.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Benutzerendgerät, wobei das Benutzerendgerät konfiguriert ist, um einen Signalgenerator anzusteuern ein Signal zum Ansteuern einer Ferritspule zu generieren und die Ferritspule mit dem generierten Signal anzusteuern, um durch die Ferritspule ein erstes magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät zu übertragene erste Daten trägt. Bei Ausführungsbeispielen ist der Signalgenerator ein Audiosignalgenerator, wobei das Benutzerendgerät den Audiosignalgenerator aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Ferritspule über eine kabelgebundene Audioschnittstelle [z.B. eine Klinkenbuchse, ein USB-C-Audio Anschluss oder ein Lightning-Audio Anschluss] des Benutzerendgeräts mit dem Benutzerendgerät verbunden.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Benutzerendgerät über eine drahtlose Schnittstelle [z.B. Bluetooth oder WLAN] mit dem Signalgenerator verbunden.
Beispielsweise kann das Benutzerendgerät über die drahtlose Schnittstelle mit einem externen Adapter verbunden sein, der den Signalgenerator aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Ferritspule über eine kabelgebundene Schnittstelle mit dem Signalgenerator verbunden.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Benutzerendgerät konfiguriert, um mittels eines Signaldetektors ein von dem anderen Gerät erzeugtes zweites magnetisches Feld mit der Ferritspule zu detektieren, um von dem anderen Gerät zu dem Benutzerendgerät zu übertragene zweite Daten zu empfangen, die das zweite magnetische Feld trägt.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Signaldetektor ein Audiosignaldetektor, wobei das Benutzerendgerät den Audiosignaldetektor aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Ferritspule über eine kabelgebundene Audioschnittstelle [z.B. eine Klinkenbuchse, ein USB-C-Audio Anschluss oder ein Lightning-Audio Anschluss] des Benutzerendgeräts mit dem Signaldetektor des Benutzerendgeräts verbunden.
Bei Ausführungsbeispielen ist das Benutzerendgerät über eine drahtlose Schnittstelle [z.B. Bluetooth oder WLAN] mit dem Signaldetektor verbunden.
Beispielsweise kann das Benutzerendgerät über die drahtlose Schnittstelle mit einem externen Adapter verbunden sein, der den Signaldetektor aufweist.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Ferritspule über eine kabelgebundene Schnittstelle mit dem Signaldetektor verbunden. Bei Ausführungsbeispielen ist das Benutzerendgerät ein Mobiltelefon oder Tablet.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein anderes Gerät. Das andere Gerät umfasst einen Mikrocontroller und eine Ferritspule zum Detektieren eines ersten magnetischen Feldes und zum Erzeugen eines zweiten magnetischen Feldes, wobei der Mikrocontroller konfiguriert ist, um das von der Ferritspule detektierte erste magnetische Feld auszuwerten, um erste Daten zu empfangen, die das erste magnetische Feld trägt, wobei der Mikrocontroller konfiguriert ist, um ein Signal zum Ansteuern der Ferritspule zu generieren, und um die Ferritspule mit dem generierten Signal anzusteuern, um durch die Ferritspule das zweite magnetische Feld zu erzeugen, wobei das zweite magnetische Feld zweite Daten trägt.
Bei Ausführungsbeispielen wird das Signal zum Ansteuern der Ferritspule aktiv generiert.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Ferritspule eine SMD bestückbare Ferritspule.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Ferritspule eine Induktivität im Bereich von 50 pH bis 5 mH auf.
Bei Ausführungsbeispielen ist eine Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 50 kHz.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Ferritspule ein Volumen von weniger als 1500 mm3, bevorzugt von weniger als 1000 mm3 und besonders bevorzugt von weniger als 500 auf.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit den Abmessungen 7.8 mm x 7.8 mm x 5.3 mm und demnach mit einem Volumen von 322 mm3 handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule kleiner als 350 mm3/ mH, bevorzugt kleiner als 200 mm3/mH und besonders bevorzugt kleiner als 100 mm3/mH.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule von 68,6 mm3/mH handeln. Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspute und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 90 mm3/kHz, bevorzug kleiner als 60 mm3/ kHz und besonders bevorzugt kleiner als 30 mm3/kHz.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes von 17,71 mm3/kHz handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten kleiner als 6 mm3/mm, bevorzugt kleiner als 4 mm3/mm und besonders bevorzugt kleiner als 2 mm3/mm.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten von 0,8 mm3/mm [z.B. bei einer Reichweite von 400 mm] handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule kleiner als 80 mm2/mH, bevorzugt kleiner als 40 mm2/mH und besonders bevorzugt kleiner als 20 mm2/mH.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule von 12,944 mm2/mH handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 15 mm2/kHz, bevorzugt kleiner als 10 mm2/kHz und besonders bevorzugt kleiner als 5 mm2/kHz.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um -ine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes von 3,34 mm2/kHz handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten kleiner als 0,6 mm2/mm, bevorzugt kleiner als 0,4 mm2/mm und besonders bevorzugt kleiner als 0,2 mm2/mm. Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten von 0,1521 mm2/mm [z.B. bei einer Reichweite von 400 mm] handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes empfängerseitig [z.B. am anderen Gerät bzw. an der Ferritspule] kleiner als 900 mA/m, bevorzugt kleiner als 500 mA/m und besonders bevorzugt kleiner als 200 mA/m.
Beispielweise kann eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes 175 mA/m betragen.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein anderes Gerät. Das andere Gerät umfasst einen Mikrocontroller und eine Spule zum Detektieren eines ersten magnetischen Feldes und zum Erzeugen eines zweiten magnetischen Feldes, wobei der Mikrocontroller konfiguriert ist, um das von der Spule detektierte erste magnetische Feld auszuwerten, um erste Daten zu empfangen, die das erste magnetische Feld trägt, wobei der Mikrocontroller konfiguriert ist, um ein Signal zum Ansteuern der Spule zu generieren, und um die Spule mit dem generierten Signal anzusteuern, um durch die Spule das zweite magnetische Feld zu erzeugen, wobei das zweite magnetische Feld zweite Daten trägt, wobei die Spule
[z.B. direkt] zwischen komplementären Pulsweitenmodulationsanschlüssen [z.B. PWM Pins] des Mikrocontrollers geschaltet ist,
[z.B. direkt] zwischen Eingangs- Ausgangs-Anschlüssen [z.B. IO Pins] des Mikrocontrollers geschaltet ist, wobei die Spule mit einer Vorspannung betrieben wird, [z.B. direkt] zwischen einem Pulsweitenmodulationsanschluss [z.B. PWM Pin] und einem Eingangs-ZAusgangs-Anschluss des Mikrocontrollers geschaltet ist, wobei die Spule mit einer Vorspannung [z.B. halber Eingangs-ZAusgangsspannung] betrieben wird, oder in einem Serienschwingkreis mit einem Kondensator zwischen einem Anschluss des Mikrocontrollers und einem Versorgungsanschluss geschaltet ist.
Bei Ausführungsbeispielen ist die Spule eine Ferritspule oder Luftspule.
Bei Ausführungsbeispielen ist das andere Gerät ein loT-Knoten [z.B. Sensor- oder Aktorknoten] oder eine WLAN-Kamera. Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein System mit einem Benutzerendgerät gern, einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele und einem anderen Gerät gern einem der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zur bidirektionalen Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Generierens eines ersten Signals zum Ansteuern einer mit dem Benutzerendgerät verbundenen ersten elektromagnetischen Funktionseinheit. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der ersten elektromagnetischen Funktionseinheit mit dem ersten generierten Signal, um durch die erste elektromagnetische Funktionseinheit ein erstes magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät zu übertragene erste Daten trägt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des ersten magnetischen Signals mit einer zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit des anderen Geräts, um die ersten Daten zu empfangen. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Generierens eines zweiten Signals zum Ansteuern der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit des anderen Geräts. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Ansteuerns der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit mit dem zweiten generierten Signal, um durch die zweite elektromagnetische Funktionseinheit ein zweites magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem anderen Gerät zu dem Benutzerendgerät zu übertragene zweite Daten trägt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Detektierens des zweiten magnetischen Signals mit der ersten elektromagnetischen Funktionseinheit, um die zweiten Daten zu empfangen, wobei das erste Signal und das zweite Signal unterschiedliche Trägerfrequenzen und/oder Datenraten aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen weist die erste elektromagnetische Funktionseinheit einen elektromagnetischen Schwingkreis oder eine Ferritspule auf.
Bei Ausführungsbeispielen weist die zweite elektromagnetische Funktionseinheit einen elektromagnetischen Schwingkreis oder eine Ferritspule auf.
Bei Ausführungsbeispielen wird nach einem Verbindungsaufbau zwischen dem Benutzerendgerät und dem anderen Gerät beim Generieren zumindest eines aus dem ersten Signal und dem zweiten Signal auf eine höhere Datenrate und/oder Trägerfrequenz gewechselt wird. Bei Ausführungsbeispielen ist eine Bandbreite der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit breiter als eine Bandbreite des ersten Signals bei einem Verbindungsaufbau.
Bei Ausführungsbeispielen weist die erste magnetische Funktionseinheit eine erste Ferritspule zum Erzeugen des ersten magnetischen Feldes und eine zweite Ferritspule zum Detektieren des zweiten magnetischen Feldes auf.
Bei Ausführungsbeispielen weist die zweite magnetische Funktionseinheit eine Ferritspule zum Detektieren des ersten magnetischen Feldes und zum Erzeugen des zweiten magnetischen Feldes auf.
Bei Ausführungsbeispielen weist das erste magnetische Signal zum Verbindungsaufbau zumindest zwei unterschiedliche Trägerfrequenzen auf, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Ermittelns einer Trägerfrequenz des zweiten magnetischen Signals, und einen Schritt des Anpassens der Trägerfrequenz des ersten magnetischen Signals nach dem Verbindungsbau basierend auf der ermittelten Trägerfrequenz des zweiten magnetischen Signals aufweist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein System zur preisgünstigen und allgemein verfügbaren Methode, Geräte, vor allem Sensorknoten, zu konfigurieren bzw. im Rahmen von Service Applikationen auszulesen und ggf. zu konfigurieren.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Übertragen von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems mit einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems mit einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems mit einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems mit einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur bidirektionalen Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 in einem Diagramm die für die Kommunikation zwischen dem Benutzerendgerät und dem anderen Gerät verwendeten unterschiedlichen Datenraten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines anderen Geräts mit einer
Kommunikationsschaltung und der Spule, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 9 in einem Diagramm für einen Verbindungsaufbau verwendete
Trägerfrequenzen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät.
Das Verfahren 100 umfasst einen Schritt 102 des Generierens eines Signals zum Ansteuern einer mit dem Benutzerendgerät verbundenen elektromagnetischen Funktionseinheit.
Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 104 des Ansteuerns der elektromagnetischen Funktionseinheit mit dem generierten Signal, um durch die elektromagnetische Funktionseinheit ein magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät zu übertragene Daten trägt, und
Ferner umfasst das Verfahren 100 einen Schritt 106 des Detektierens des magnetischen Feldes mit einer Ferritspule des anderen Geräts, um die Daten, die das magnetische Feld trägt, zu empfangen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des in Fig. 1 gezeigten Verfahrens 100 zum Übertragen von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät anhand der Fig. 2, Fig. 3a und Fig. 3b näher erläutert.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems 110 mit einem Benutzerendgerät 120 und einem anderen Gerät 140, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei Ausführungsbeispielen umfasst das Benutzerendgerät 120 einen Signalgenerator 122 (z.B. einen Audiosignalgenerator, wie z.B. einen Verstärker) und eine elektromagnetische Funktionseinheit 126. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird beispielhaft davon ausgegangen, dass die elektromagnetische Funktionseinheit 126 ein Lautsprecher mit einem elektromagnetischen Aktuator 127 (z.B. einer Schwingspule) ist. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr kann es sich bei der elektromagnetischen Funktionseinheit 126 auch um einen elektromagnetischen Schwingkreis oder eine Ferritspule handeln, die entweder intern oder extern [z.B. in einem externen Adapter] zu dem Benutzerendgerät 120 ausgeführt sein können.
Das Benutzerendgerät 120 (oder z.B. ein Prozessor 121 des Benutzerendgeräts 120) ist konfiguriert, um den Signalgenerator 122 anzusteuern ein Signal 124 zur Ansteuerung der elektromagnetischen Funktionseinheit 126 zu generieren, und um die elektromagnetische Funktionseinheit 126 mit dem generierten Signal 124 anzusteuern, um durch die elektromagnetische Funktionseinheit 126 ein magnetisches Signal (z.B. ein magnetisches Feld) 130 zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät 120 zu dem anderen Gerät 140 zu übertragene Daten (z.B. erste Daten) trägt.
Bei Ausführungsbeispielen umfasst das andere Gerät 140 eine Ferritspule 142 als magnetischen Detektor zum Detektieren des magnetischen Signals (z.B. magnetische Feld) 130, das die von dem Benutzerendgerät 120 zu dem anderen Gerät 140 zu übertragenen Daten trägt, zu detektieren. Bei Ausführungsbeispielen kann das andere Gerät 140 ferner einen Microcontroller 144 umfassen, der ausgebildet ist, um das detektierte magnetische Signal (z.B. magnetische Feld) 130 auszuwerten, um die Daten zu empfangen.
Bei Ausführungsbeispielen können die ersten Daten dem generierten Signal 124 aufmoduliert sein, beispielsweise durch FSK (FSK = frequency shift keying, d.t. Frequenzumtastung), MSK (MSK = minimum shift keying) oder GMSK (GMSK = gaussian minimum shift keying). Natürlich kann auch eine andere Modulationsart zum Einsatz kommen, wie z.B. ASK (ASK = amplitude shift keying, dt. Amplitudenumtastung), PSK (PSK = phase shift keying, dt. PHasenumtastung) oder OOK (OOK = on-off keying, dt. eine Art der Amplitudenumtastung, bei der der T räger an- und ausgeschaltet wird).
Bei Ausführungsbeispielen kann das Verhältnis zwischen Trägerfrequenz und Modulationsbandbreite des generierten Signals kleiner sein als 25% (oder beispielsweise kleiner als 20% oder kleiner als 15%).
Bei Ausführungsbeispielen kann das Benutzerendgerät 120 ein Mobiltelefon (Smartphone) oder Tablet sein.
Bei Ausführungsbeispielen können die Daten, die das magnetische Signal (z.B. magnetische Field) 130 trägt, Konfigurationsdaten sein. Der Microcontroller 144 kann ausgebildet sein, um das andere Gerät 140 basierend auf den Konfigurationsdaten zu konfigurieren, z.B. in ein drahtloses Netzwerk einzubinden.
Beispielsweise kann das andere Gerät 140 ein benutzerkonfigurierbares Gerät sein, wie z.B. ein loT-Knoten (loT = internet of things, dt. Internet der Dinge) (z.B. ein Sensorknoten oder Aktorknoten) oder eine WLAN Kamera. In diesem Fall können die Konfigurationsdaten eine Information zur Einbindung des benutzerkonfigurierbaren Geräts 140 in ein drahtloses Netzwerk (z.B. Sensornetzwerk oder WLAN) aufweisen, wie z.B. ein Netzwerkname und Netzwerkschlüssel. Natürlich können dem benutzerkonfigurierbaren Gerät 140 durch die Konfigurationsdaten auch andere Parameter zugewiesen werden, wie z.B. einen zu verwenden Frequenzkanal, zu verwendenden Zeitschlitze, oder ein zu verwendendes Sprungmuster (engl, hopping pattern).
Anstelle einer internen als elektromagnetische Funktionseinheit 126, z.B. in Form eines Lautsprechers 127, kann bei Ausführungsbeispielen auch eine externe elektromagnetische Funktionseinheit zum Einsatz kommen, wie dies im Folgenden anhand der Fig. 3 und 4 erläutert wird.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems 110 mit einem Benutzerendgerät 120 und einem anderen Gerät 140, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Verglichen mit dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Signalgenerator 122 des Benutzerendgeräts 120 über eine drahtgebundene Schnittstelle 128 mit einer externen elektromagnetischen Funktionseinheit 126 verbunden. Das Benutzerendgerät 120 (oderz.B. der Prozessor 121 des Benutzerendgeräts 120) ist hierbei konfiguriert, um den Signalgenerator 122 anzusteuern ein Signal 124 zur Ansteuerung der elektromagnetischen Funktionseinheit 126 zu generieren, und um die elektromagnetische Funktionseinheit 126 anzusteuern, um durch die elektromagnetische Funktionseinheit 126 ein magnetisches Signal (z.B. ein magnetisches Feld) 130 zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät 120 zu dem anderen Gerät 140 zu übertragene Daten (z.B. erste Daten) trägt.
Bei Ausführungsbeispielen kann die elektromagnetische Funktionseinheit 126 ein elektromagnetischer Schwingkreis (z.B. LC-Schwingkreis) oder eine Ferritspule sein.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems 110 mit einem Benutzerendgerät 120 und einem anderen Gerät 140, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Verglichen mit dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl der Signalgenerator 122 als auch die elektromagnetische Funktionseinheit 126 extern zu dem Benutzerendgerät 120 ausgeführt. Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, kann das Benutzerendgerät 120 über eine Funkschnittstelle 125 (z.B. Bluetooth oder WLAN) mit einem externen Adapter 123 verbunden sein, wobei der externe Adapter 123 eine Funkschnittstelle 125‘ zur Kommunikation mit dem Benutzerendgerät 120, den Signalgenerator 122 und die elektromagnetische Funktionseinheit 126 aufweisen. Das Benutzerendgerät 120 (oder z.B. der Prozessor 121 des Benutzerendgeräts 120) ist hierbei konfiguriert, um den Signalgenerator 122 des externen Adapters 123 anzusteuern ein Signal 124 zur Ansteuerung der elektromagnetischen Funktionseinheit 126 zu generieren, und um die elektromagnetische Funktionseinheit 126 anzusteuern, um durch die elektromagnetische Funktionseinheit 126 ein magnetisches Signal (z.B. ein magnetisches Feld) 130 zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät 120 zu dem anderen Gerät 140 zu übertragene Daten (z.B. erste Daten) trägt. Bei Ausführungsbeispielen kann die elektromagnetische Funktionseinheit 126 ein elektromagnetischer Schwingkreis (z.B. LC-Schwingkreis) oder eine Ferritspule sein,
Natürlich kann bei Ausführungsbeispielen auch eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Benutzerendgerät 120 und dem anderen Gerät 140 zum Einsatz kommen, wie dies nachfolgend anhand von Fig. 5 erläutert wird, welche beispielhaft das in Fig. 4 gezeigte System 110 um eine bidirektionale Schnittstelle erweitert.
Im Detail zeigt Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems 110 mit einem Benutzerendgerät 120 und einem anderen Gerät 140, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Bei Ausführungsbeispielen kann die Ferritspule 142 des anderen Geräts 140 oder optional eine weitere Ferritspule (z.B. zweite Ferritspule) 143 des anderen Geräts 140 genutzt werden, um ein zweites magnetisches Signal (z.B. zweites magnetisches Feld) 132 zu erzeugen, wobei das zweite magnetisches Signal 132 von dem anderen Gerät 140 zu dem Benutzerendgerät 120 zu übertragene zweite Daten trägt.
Beispielsweise kann das andere Gerät 140 (oder z.B. der Microcontroller 144 des anderen Geräts 140) konfiguriert sein, um ein zweites Signal 146 zum Ansteuern der Ferritspule (z.B. ersten Ferritspule) 142 oder der weiteren Ferritspule (z.B. zweiten Ferritspule) 143 zu generieren, und um die Ferritspule 142 oder die weitere Ferritspule 143 anzusteuern, um durch die Ferritspule 142 oder die weitere Ferritspule 143 das zweite magnetische Signal 132 zu erzeugen, das die zweiten Daten trägt.
Das Signal 146 zum Ansteuern der Ferritspule 142 oder der weiteren Ferritspule wird hierbei aktiv generiert.
Bei Ausführungsbeispielen kann das zweite magnetische Signal 132 von der elektromagnetischen Funktionseinheit 126 des externen Adapters 123 detektiert und von einem Signaldetektor 150 des externen Adapters 150 ausgewertet werden, um die zweiten Daten zu erhalten, die das zweite magnetische Signal 132 trägt. Diese zweiten Daten können dann über die Funkschnittstelle 125 zum Benutzerendgerät 120 übertragen werden.
Bei Ausführungsbeispielen können zur Detektion des zweiten magnetischen Signals die selbe Ferritspule oder der selbe elektromagnetische Schwingkreis der elektromagnetischen Funktionseinheit 126 zum Einsatz kommen wie zum Erzeugen des ersten magnetischen Signals 130. Alternativ kann die elektromagnetische Funktionseinheit 126 auch getrennte Ferritspulen oder elektromagnetische Schwingkreise zum Senden und Empfangen aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen kann natürlich auch genauso das in Fig. 3 gezeigte System 110 um eine bidirektionale Schnittstelle erweitert werden, wobei in diesem Fall das von der elektromagnetischen Funktionseinheit 126 detektierte zweite magnetische Signal 132 von einem Signaldetektor des Benutzerendgeräts, wie z.B. einem Mikrofonverstärker und nachfolgender Signalverarbeitung, ausgewertet werden kann, um die zweiten Daten zu erhalten, die das zweite magnetische Signal trägt.
Im Folgenden werden detaillierte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 Verwendung einer „kleinen“ Ferritspule im anderen Gerät
Bei Ausführungsbeispielen kann für eine magnetische Kopplung zwischen dem Benutzerendgerät 120 und dem anderen Gerät 140 eine Ferritspule 142 auf Seiten des anderen Geräts 140 zum Einsatz kommen. Optional kann für diese magnetische Kopplung auch auf Seiten des Benutzerendgeräts 120 eine Ferritspule als elektromagnetische Funktionseinheit 126 zum Einsatz kommen.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Ferritspule eine SMD bestückbare Ferritspule sein.
Bei Ausführungsbeispielen weist die Ferritspule eine Induktivität im Bereich von 50 pH bis 5 mH auf.
Bei Ausführungsbeispielen ist eine Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 50 kHz.
Bei Ausführungsbeispieien weist die Ferritspule ein Volumen von weniger als 1500 mm3, wie z.B. von weniger als 1000 mm3 oder von weniger als 500 mm3 auf.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit den Abmessungen 7.8 mm x 7.8 mm x 5.3 mm und demnach mit einem Volumen von 322 mm3 handeln. Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule kleiner als 350 mm3/mH, wie z.B. kleiner als 200 mm3/mH oder kleiner als 100 mm3/mH.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule von 68,6 mm3/mH handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 90 mm3/kHz, wie z.B. kleiner als 60 mm3/kHz oder kleiner als 30 mm3/kHz.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes von 17,71 mm3/kHz handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten kleiner als 6 mnvVmm, wie z.B. kleiner als 4 mrrf/mm oder kleiner als 2 mm3/mm.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten von 0,8 mm3/mm [z.B. bei einer Reichweite von 400 mm] handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule kleiner als 80 mm2/mH, wie z.B. kleiner als 40 mm2/mH oder kleiner als 20 mm2/mH.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Induktivität der Ferritspule von 12,944 mm2/mH handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes kleiner als 15 mm2/kHz, wie z.B. kleiner als 10 mm2/kHz oder kleiner als 5 mm2/kHz. Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Frequenz [z.B. Trägerfrequenz] des magnetischen Feldes von 3,34 mm2/kHz handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten kleiner als 0,6 mm2/mm, wie z.B. kleiner als 0,4 mm2/mm oder kleiner als 0,2 mm2/mm.
Beispielsweise kann es sich bei der Ferritspule um eine handelsübliche Ferritspule mit einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld übertragenen Daten von 0,1521 mm2/mm [z.B. bei einer Reichweite von 400 mm] handeln.
Bei Ausführungsbeispielen ist eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes empfängerseitig [z.B. am anderen Gerät bzw. an der Ferritspule] kleiner als 900 mA/m, wie z.B. kleiner als 500 mA/m oder kleiner als 200 μA/m.
Beispielweise kann eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes 175 mA/m betragen.]
Bei Ausführungsbeispielen ist ein Kopplungsfaktor der magnetischen Kopplung kleiner als 5E- 05, wie z.B. kleiner als 5E-06 oder kleiner als 5E-07.
Beispielsweise kann ein Kopplungsfaktor der magnetischen Kopplung kleiner sein als 1 ,71 E- 07.
Bei Ausführungsbeispielen kommuniziert das System 110 aus Benutzerendgerät 120 und anderem Gerät 140 auf Basis von magnetischer Kopplung zwischen „kleinen“ Ferritspulen in dem Benutzerendgerät (z.B. Controller) 120 und dem anderen Gerät (z.B. Device) 140. Dabei kann eine Sendefrequenz < 50 kHz mit Ferritspulen im Wertebereich von ca. 50 mH bis 5 mH verwendet werden. Diese Ferritspulen können als SMD bestückbare Ferritspulen in kompakter Bauform kommerziell erworben werden (z.B. Bourns SDR0805-472KL, Durchmesser 7,8 mm; Fläche in etwa 0,48 cm2) und im normalen Design und Produktionsprozess mit in Elektronikbaugruppen als Bauteil integriert werden. Diese kompakte Bauform der Ferritspulen ist auch oft durch den Einsatz von Ferritmaterialien in den Spulen möglich. Beide Teilnehmer der Kommunikation (= Benutzerendgerät 120 und anderen Geräts 140) senden und empfangen dabei aktiv, d.h. sie verstärken empfangene Signale mit eigener Energie und senden auch aktiv über diese Ferritspule Signale. Die Positionierung der Ferritspulen zueinander hat dabei weniger Einfluss auf die Übertragungsqualität, sofern die maximale Reichweite nicht überschritten wird oder die Empfangs- und Sendeminima nicht exakt getroffen werden.
Dabei ist die Verwendung dieser Ferritspulen insofern außergewöhnlich, da bei herkömmlichen Kommunikationssystemen in diesem niedrigen Frequenzbereich solche Ferritspulen nicht in Erwägung gezogen werden.
Bei induktiven RFID Systemen (RFID = radio-frequency Identification, dt. Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen) werden in der der Regel Luftspulen zur Kopplung zwischen Lesegerät und Transponder verwendet [3], [4], Die Transponder sind dabei für gewöhnlich passiv und werden durch den induzierten Strom in ihrer Spulenantenne aus dem magnetischen Feld des Lesegerätes versorgt. Bei HF/NFC RFID Systemen (HF = high frequency, dt. Hochfrequenz; NFC = near field communication, dt. Nahfeldkommunikation) im Frequenzbereich 13,56 MHz werden Luftspulen mit Induktivitäten im Bereich von 2 bis 5 mH verwendet. Die Spulen werden dabei mit möglichst großer Fläche ausgeführt, diese bestimmt auch mit die zu erwartende Effizienz und Reichweite der Spulenanordnung. Üblich sind als Leiterbahnen geroutete Spulen auf Platinen oder aber mit Kupferlackdraht gewickelte Spulen (v.a. Lesegeräte) sowie aus Kupfer- oder Alufolie gestanzte Antennen (v.a. für Transponder). Die Größe beider Spulenantennen, von Lesegerät und Transponder sind beide relevant. Eine Verkleinerung der Spulen bei gleicher Induktivität, z.B. durch mehr Windungen, Ferritmaterial oder diskreten Serieninduktivitäten ist nur bedingt bei gleicher Performance in Reichweite und Zuverlässigkeit möglich. Die Reichweite bei RFID Systemen im Frequenzbereich 13,56 MHz ist im Allgemeinen im cm Bereich. Einzelne Lösungen für die Logistik lassen auch Lesungen von Transpondern in Abständen bis zu einigen dm zu.
Bei LF RFID Systemen (LF = low frequency, dt. niedrigfrequenz) im Frequenzbereich 119-135 kHz werden die Transponder ebenfalls aus dem Feld des Lesegerätes über die Spulenantennen versorgt. Verwendet werden dabei Spulen im Wertebereich von ca. 1 bis 20 mH. Dabei werden großflächige Luftspulen, meist aus Draht gewickelt, verwendet.
Aufgrund der transformatorischen Kopplung im Nahfeld zwischen Lesegerät und Transponder sowie der Tatsache das der T ransponder durch das Lesefeld mit Energie versorgt wird, können die verwendeten Spulen nicht beliebig modifiziert werden ohne die Funktionalität zu beeinflussen. Wichtig ist dabei auch die optimale Positionierung der beiden Spulen zueinander, da nur so eine optimale Kopplung erreicht wird. 2 Verwendung einer geeigneten Schaltung zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Feldes
In [2] wird ein elektromagnetischer Schwingkreis zur Erzeugung des elektromagnetischen Signals verwendet. Dieser Schwingkreis besteht typischerweise aus einer Spule (Induktivität) und einem Kondensator (Kapazität). Es sind somit zwei Bauteile für diese Schaltung minimal nötig.
Bei Ausführungsbeispielen wird diese Schaltung vereinfacht, wie im Folgenden ausgeführt wird.
So lässt sich durch die Verwendung eines Mikrocontrollers (pC) 144 die in [2] beschriebene Schaltung auf eine Ferritspule 142 reduzieren. Hierfür gibt es mehrere Ansatzmöglichkeiten.
2.1 Spule direkt
Bei Ausführungsbeispielen wird nur eine Ferritspule verwendet. Die notwendige Kapazität kann durch die Leitung (z.B. der Leiterbahn) eingebracht werden. Hierbei kann die Induktivität auf die Leitungskapazität abgestimmt werden.
2.2. Spule an Microcontroller zwischen komplementären PWM Pins
Bei Ausführungsbeispielen kann durch die Verwendung von komplementären PWM Pins (PWM = Pulsweitenmodulation) verhindert werden, dass die Spannung an der Ferritspule einen Gleichstromanteil (BIASED) enthält. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich die Induktivität erwärmt, was zu Verlustleistung führt.
2.3. Spule BIASED
Bei Ausführungsbeispielen kann die Ferritspule auch BIASED (dt. vorgespannt) betrieben werden, falls am Mikrocontroller keine komplementären PWM Pins vorliegen. Beispielsweise kann die Ferritspule an normale IO Pins (Eingangs-Ausgangs-Pins) des Mikrocontrollers angeschlossen werden. Dabei ist allerdings darauf zu achten, dass die Ferritspule die entsprechende Verlustleistung in Form von Wärme abgeben kann. Alternativ kann die Spule an einem Anschluss an den PWM Pin des Mikrocontrollers angeschlossen werden und an ihrem anderen Ende auf die halbe IO-Spannung (z.B. Eingangs-Ausgangs-Spannung) des Mikrocontrollers gelegt werden, womit durch die Spule kein Gleichstrom mehr fließt. Kann der Mikrocontroller die halbe IO-Spannung nicht selbst erzeugen, beispielweise über einen DAC-Ausgang (DAC = digital-to-analog Converter, dt. Digital-Analog-Umsetzer), ist jedoch zusätzliche Schaltungstechnik dafür nötig.
Alternativ können zwischen den PWM Pin(s) des Microcontrollers und der Ferritspule noch weitere Elemente (Widerstände und oder Kondensatoren zur Strombegrenzung) und oder verstärkende Elemente (MOSFETs, ICs,...) eingebracht werden.
2.4. Ferritspule in Serienschwingkreis
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Ferritspule über einen Kondensator als Serienschwingkreis an einen Pin des Microcontrollers und an eine Versorgungleitung an der anderen Seite angeschlossen werden.
2.5. Ferritspule an Lautsprecherverstärker oder Kopfhörerverstärker
Lautsprecherverstärker oder Kopfhörerverstärker sind speziell dazu gebaut, Spulen von Lautsprechern anzusteuern. Dadurch sind sie auch sehr gut geeignet, Ferritspulen anzusteuern, die keinen Schall erzeugen sollen, sondern ein magnetisches Feld. Im speziellen können Klasse D Verstärker verwendet werden, die die Ferritspulen mit geringer Verlustleistung ansteuern können.
Bei Ausführungsbeispielen kann somit anstelle des Parallelschwingkreises aus [2] nur noch eine Ferritspule zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes eingesetzt bzw. ein Serienschwingkreis verwendet werden.
Im Vergleich zu [1] wird anstelle des Lautsprechers die Ferritspule zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes eingesetzt. Dies besitzt den Vorteil, dass eine bidirektionale Kommunikation (aktives Senden auf beiden Seiten) über die gleiche Ferritspule möglich ist.
Bei Ausführungsbeispielen kann also eine bidirektionale Kommunikation auf beiden Seiten über jeweils eine (z.B. dieselbe) Ferritspule erfolgen.
3. Kommunikation über Zwischenmodul via drahtloser Technik Für die Verwendung einer Ferritspule auf Seiten des Benutzerendgeräts ist es notwendig, eine
Modifikation am verwendeten Benutzerendgerät oder Eingabegerät (z.B. Mobiltelefon oder Tablet) vorzunehmen, damit die elektromagnetische Kommunikation funktioniert. Dies ist oftmals nicht gewünscht, da hierdurch Garantieansprüche des Benutzerendgeräts verloren gehen können. Oftmals gibt es auch sog. Handyschutzhüllen oder für Tablets Aufbewahrungsboxen, die nach der Modifikation nicht mehr genutzt werden können.
Es ist somit von Vorteil, wenn ein externer Adapter (z.B. eine externe Box) verwendet werden kann, die über eine am Benutzerendgerät (z.B. Mobiltelefon oder Tablet) vorhandene Schnittstelle verbunden werden kann. Damit eine Verkabelung nicht immer angebracht und wieder entfernt werden muss, kann eine drahtlose Kommunikationsstelle verwendet werden, wie z.B. WLAN (z.B. WiFi) oder Bluetooth über die herkömmliche Benutzerendgeräte verfügen, wobei Bluetooth aufgrund der geringeren Stromaufnahme auf beiden Seiten besser geeignet ist.
Standard Bluetooth-Module sind typischerweise schon sehr günstig auf dem Markt erhältlich. Diese Module verfügen häufig über eine serielle Schnittstelle (z.B. RS232 (ein Standard für eine serielle Schnittstelle) oder USART (eine elektronische Schaltung, die zur Realisierung digitaler serieller Schnittstellen dient)).
Bei der Verwendung eines externen Adapters kann ein Standard-Bluetooth-Funkmodul z.B. über RS232 mit der der geeigneten Schaltung zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes verbunden werden. Dabei kann mithilfe eines geeigneten Controllers (z.B. Mikrocontrollers) eine Umsetzung der Schnittstelle des Bluetooth-Moduls auf die Ansteuerung der Schaltung zur Erzeugung des elektromagnetischen Signals herstellen.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine vorhandene (drahtlose) Schnittstelle eines Benutzerendgeräts (z.B. Mobiltelefons oder Tablets) zur elektromagnetischen Kommunikation mittels eines externen Adapters (z.B. Zwischenmoduls) hergestellt werden. Dadurch kann eine Modifikation des Benutzerendgeräts zur bidirektionalen Kommunikation vermieden werden.
4. Asymmetrische Datenraten bzw. Trägerfrequenzen
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur bidirektionalen Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät und einem anderen Gerät, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 202 des Generierens eines ersten Signals zum Ansteuern einer mit dem Benutzerendgerät verbundenen ersten elektromagnetischen Funktionseinheit. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt 204 des Ansteuerns der ersten elektromagnetischen Funktionseinheit mit dem ersten generierten Signal, um durch die erste elektromagnetische Funktionseinheit ein erstes magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät zu übertragene erste Daten trägt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt 206 des Detektierens des ersten magnetischen Signals mit einer zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit des anderen Geräts, um die ersten Daten zu empfangen. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt 208 des Generierens eines zweiten Signals zum Ansteuern der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit des anderen Geräts. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt 210 des Ansteuerns der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit mit dem zweiten generierten Signal, um durch die zweite elektromagnetische Funktionseinheit ein zweites magnetisches Feld zu erzeugen, das von dem anderen Gerät zu dem Benutzerendgerät zu übertragene zweite Daten trägt. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt 212 des Detektierens des zweiten magnetischen Signals mit der ersten elektromagnetischen Funktionseinheit, um die zweiten Daten zu empfangen, wobei das erste Signal und das zweite Signal unterschiedliche Trägerfrequenzen und/oder Datenraten aufweisen.
In [1] und [2] wird davon ausgegangen, dass die Trägerfrequenz der elektromagnetischen Kommunikation mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises bzw. hier nach Abschnitt 2 die geeignete Schaltung abgestimmt ist. Dies hat den Vorteil einer maximalen Empfindlichkeit in Empfangsrichtung bzw. höchster abgestrahlter Leistung im Sendefall.
Es gibt jedoch Anwendungen, bei denen die maximale Empfindlichkeit bzw. die maximale Reichweite nicht notwendig ist. In diesem Fall wäre es möglich einen Frequenzmultiplex anzuwenden. Beispielsweise könnte der Empfang auf Seiten des Benutzerendgeräts in Resonanz erfolgen, wohingegen die Aussendung von dem Benutzerendgerät zu dem anderen Gerät (z.B. Endpunkt) breitbandiger erfolgen könnte, indem die Spule nicht in Resonanz betrieben wird bzw. so stark gekoppelt wird, dass selbst wenn ein LC-Schwingkreis zum Senden verwendet wird, dieser breitbandig ist. Durch die breitbandigere Aussendung kann eine höhere Datenrate gewählt werden, was zu einer kürzeren Sendedauer und somit zu einem geringeren Stromverbrauch führt.
Auf Seiten des anderen Geräts kann ein Schwingkreis oder ein Schwingkreis mit geringerer Güte (d.h. breitbandiger als derjenige, der keine Abstimmung erforderlich macht) verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen können somit unterschiedliche Datenraten und/oder Trägerfrequenzen zum Senden (Tx) und Empfangen (Rx) eingesetzt werden.
Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die für die Kommunikation zwischen dem Benutzerendgerät und dem anderen Gerät verwendeten unterschiedlichen Datenraten, gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei beschreibt in Fig. 7 die Ordinate die Leitung und die Abszisse die Frequenz. Wie in Fig. 7 zu erkennen ist, kann für den Verbindungsaufbau zwischen dem Benutzerendgerät und dem anderen Gerät eine geringe Datenrate verwendet werden (Kurve 180) als für einen Datentransfer zwischen dem Benutzerendgerät und dem anderen Gerät (Kurve 182).
Durch die Kommunikation außerhalb der Resonanz kann auch ein kombiniertes System geschaffen werden. So kann zum einen die Kommunikation in der Resonanz mit niedrigeren Datenraten erfolgen, und zum anderen kann die Kommunikation außerhalb der Resonanz mit höheren Datenraten (und damit verbunden niedrigeren Reichweiten und geringerem Stromverbrauch) erfolgen. Damit könnte bei entsprechendem Link Budget (dt. Leistungsübertragungsbilanz) die Kommunikation über die höheren Datenraten erfolgen, andernfalls, falls das Link Budget nicht ausreicht, über die Kommunikation in der Resonanz.
Beim Verbindungsaufbau könnte beispielsweise die Kommunikation in der Resonanz erfolgen, nachdem beide Seiten Kenntnis über die Fähigkeiten (beide Datenraten sind möglich) des jeweils anderen Teilnehmers haben und das Link Budget ausreichend ist, kann auf die höhere Datenrate gewechselt werden.
Bei Ausführungsbeispielen unterstützen das Benutzerendgerät (z.B. Controller) und das andere Gerät (engl device) zumindest zwei verschiedene Datenraten.
Bei Ausführungsbeispielen kann nachdem der Verbindungsaufbau in Resonanz erfolgt ist, bei entsprechender Ausstattung von Benutzerendgerät (z.B. Controller) und anderem Gerät (engl, device) und bei entsprechendem Link Budget, auf die höhere Datenrate gewechselt werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Bandbreite des Schwingkreises auf Seiten des anderen Geräts breiter sein, als zum Verbindungsaufbau bzw. als zur Kommunikation mit der kleineren Datenrate benötigt. Insbesondere auch, falls der Schwingkreis durch Fertigungstoleranzen oder durch Umwelteinflüsse verstimmt ist. Bei Ausführungsbeispielen kann ein Frequenzduplex erfolgen, beispielsweise asynchron mit einem Rückkanal auf einer vorgegebenen Frequenz (z.B. Resonanzfrequenz) (z.B. 18 kHz) und einem Hinkanal auf einer anderen Frequenz (z.B. 22 kHz), nicht auf der Resonanzfrequenz.
Bei Ausführungsbeispielen kann ein Frequenzduplex erfolgen, beispielsweise kann beabsichtigt in einem nicht resonanten Bereich des Empfängers (Rx) gesendet werden, wodurch die Datenrate höher ist, wohingegen im resonanten Bereich mit geringerer Datenrate gesendet werden kann, wodurch die Reichweite höher ist. Hierbei eignet sich der Bereich um die Resonanzfrequenz nur für kleine Bandbreiten und damit Daten raten. Wenn genügend Reserve im Link Budget vorhanden ist, kann auch außerhalb des resonanten Bereichs gesendet werden (unter Verlust von Empfindlichkeit und damit Reichweite).
5. Verwendung von getrennten Spulen zum Senden fix) und Empfangen (Rx)
Werden wie oben in Abschnitt 4 beschrieben verschiedene Datenraten bzw. Trägerfrequenzen verwendet oder kann die verwendete Spule die gewünschte abgestrahlte Sendeleistung (z.B. Aufgrund des Innenwiderstands der Spule) nicht erzeugen, dann können zwei Spulen anstelle von einer Spule eingesetzt werden. Im Vergleich zu [2] ist hier jedoch nur eine weitere Spule und kein Kondensator notwendig.
Es kann auch bei Verwendung der gleichen Trägerfrequenz der Einsatz von zwei Spulen von Vorteil sein. Eine Spule besitzt dabei für den Empfangspfad eine hohe Induktivität und ist damit empfindlicher. Durch die hohe Induktivität kann jedoch nur eine begrenzte Sendeleistung abgestrahlt werden. Hier zeigt sich der Vorteil einer Spule mit geringer Induktivität, da diese durch den geringeren Innenwiderstand mit mehr Leistung betrieben werden kann.
Durch die Verwendung von zwei Spulen im Benutzerendgerät bzw. Konfigurationsgerät (z.B. Controller) kann im anderen Gerät (engl device) weiterhin mit einer Spule gearbeitet werden, da die höhere Sendeleistung des anderen Geräts die schlechtere Empfindlichkeit ausgleichen kann. Die geringere Sendeleistung im anderen Gerät kann durch die bessere Empfindlichkeit im Benutzerendgerät ausgeglichen werden.
Bei Ausführungsbeispielen können (z.B. auf Seiten des Benutzerendgeräts) zwei getrennte Spulen zum Senden (Tx) und Empfangen (Rx) verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen kann im anderen Gerät aus Kostengründen weiterhin nur eine Spule eingesetzt werden.
Bei Ausführungsbeispielen können auf Seiten des Benutzerendgeräts zwei Spulen zum Einsatz kommen, eine Spule zum Senden (Tx) mit geringerer Induktivität und eine Spule zum Empfangen (RX) mit höherer Induktivität (empfindlicher). Im anderen Gerät kann eine Spule verwendet werden.
6. Kommunikationseinrichtunq für Nutzer nicht sichtbar
Durch die elektromagnetische Kommunikation ist es möglich die Schaltung zur Kommunikation (Layout) im anderen Gerät so zu verbauen, dass diese für einen Nutzer nicht sichtbar ist.
Dies bietet den großen Vorteil, dass die Schaltung in bestehende Produkte (Gehäuse) integriert werden kann, ohne dass der Nutzer darüber Kenntnis hat. Nur der Servicetechniker, der im Bedarfsfall eine Wartung / Reparatur beim Kunden vornimmt, weiß über die Kommunikationsschnittstelle Bescheid. Dies kann beispielsweise auf dem Gehäuse durch ein Logo gekennzeichnet werden. Das Gehäuse kann im Gegensatz zu anderen drahtlosen Schnittstellen dabei auch aus elektrisch leitfähigem Materiealien sein. Da durch die geringe Trägerfrequenz die Eindringtiefe des Signals in das Gehäuse groß genug ist, um die Spule noch zu erreichen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines anderen Geräts 140 mit einer Kommunikationsschaltung 149 (z.B. mit dem Microcontroller 144 (vgl. Fig. 2 bis 5)) und der Spule 142, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 8 zu erkennen ist, kann die Kommunikationsschaltung 149 mit der Spule 142 innerhalb des anderen Geräts 140 und somit für einen Benutzer nicht sichtbar angeordnet sein.
Durch die Wahl der elektromagnetischen Kommunikation ist es im Gegensatz zur klassischen Funkübertragung möglich durch komplett elektrisch geschirmte Gehäuse hindurch zu kommunizieren.
Bei Ausführungsbeispielen kann im anderen Gerät die Schaltung zur elektromagnetischen Kommunikation so verbaut werden, dass diese für den Kunden nicht sichtbar ist. Bei Ausführungsbeispielen kann durch einen entsprechenden Aufdruck auf dem Gehäuse
(z.B. mittels eines Logos) ein Servicetechniker über die entsprechende Schnittstelle informiert werden.
Bei Ausführungsbeispielen muss das Gehäuse bestehender Geräte für die Integration der Funkschnittstelle nicht angepasst werden.
Bei Ausführungsbeispielen kann eine Kommunikation durch ein elektrisch geschirmtes Gehäuse erfolgen.
7. Kommunikation bei verschiedenen Frequenzen
Wie bereits oben in Abschnitt 4 erwähnt, kann es erforderlich sein, die Trägerfrequenz der elektromagnetischen Kommunikation mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises bzw. hier nach Abschnitt 2 der geeigneten Schaltung abzustimmen.
Durch bauteilbedingte Streuungen kann es erforderlich sein, dass die Abstimmung für jedes Gerät einzeln zu erfolgen hat, was zu einem vergleichsweisen hohen Aufwand in der Herstellung der anderen Geräte (z.B. Endpunkte) führt.
Wie in Abschnitt 4 gezeigt, kann jedoch die Kommunikation (vor allem in der Richtung vom Benutzerendgerät zum anderen Gerät (z.B. Endpunkt)) auch außerhalb der Resonanz erfolgen, was jedoch ein geringeres Link Budget und damit eine geringere Reichweite zur Folge hat.
Um sowohl eine akzeptable Reichweite zu erreichen und um die Abstimmung der Geräte zu sparen, kann die initiale Kommunikation vom Benutzerendgerät zum anderen Gerät (z.B. Endpunkt) auf mehreren Trägerfrequenzen erfolgen. Wenn das andere Gerät auf einer der Trägerfrequenzen ein Signal empfängt, kann es dieses beantworten, wodurch das Benutzerendgerät damit ebenfalls die richtige Trägerfrequenz für das entsprechende andere Gerät ermittelt hat.
Fig. 9 zeigt in einem Diagramm für einen Verbindungsaufbau verwendete Trägerfrequenzen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei beschreibt in Fig. 9 die Ordinate die Leistung und die Abszisse die Frequenz. Wie in Fig. 9 zu erkennen ist, können für den Verbindungsaufbau beispielhaft drei unterschiedliche Trägerfrequenzen f1, f2 und f3 verwendet werden. Bei Ausführungsbeispielen kann somit die initiale Kommunikation auf mehreren Trägerfrequenzen durchgeführt werden. Dadurch lässt sich die Abstimmung des Schwingkreises bzw. hier nach Abschnitt 2 der geeigneten Schaltung ersparen.
8 Weitere Ausführunasbeispiele
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger, das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise gegenständlich und/oder nichtvergänglich bzw. nichtvorübergehend.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist. Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines H a rdwa re-Appa rats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Vorrichtungen können zumindest teilweise in Hardware und/oder in Software (Computerprogramm) implementiert sein.
Die hierin beschriebenen Verfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Hardware-Apparats, oder unter Verwendung eines Computers, oder unter Verwendung einer Kombination eines Hardware-Apparats und eines Computers implementiert werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren, oder jedwede Komponenten der hierin beschriebenen Verfahren können zumindest teilweise durch Hardware und/oder durch Software ausgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Literaturverzeichnis
[1] DE 10 2018 212 957 A1
[2] DE 10 2018 214 716 A1
[3] PREMO, RFID Transponder Inductors
[4] Mtcrochip Technology Inc., microlD™ 125 kHz RFID System Design Guide, 1998

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (100) zur Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät (120) und einem anderen Gerät (140), wobei das Verfahren (100) aufweist:
Generieren (102) eines Signals (124) zum Ansteuern einer elektromagnetischen Funktionseinheit (126), die das Benutzerendgerät (120) aufweist oder die mit dem Benutzerendgerät (120) verbunden ist,
Ansteuern (104) der elektromagnetischen Funktionseinheit (126) mit dem generierten Signal (124), um durch die elektromagnetische Funktionseinheit (126) ein magnetisches Feld (130) zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät (120) zu dem anderen Gerät (140) zu übertragene Daten trägt, und
Detektieren (106) des magnetischen Feldes (130) mit einer Ferritspule (142) des anderen Geräts (140), um die Daten, die das magnetische Feld (130) trägt, zu empfangen.
2. Verfahren (100) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das Verfahren (100) ferner aufweist:
Auswerten eines von der Ferritspule (142) ansprechend auf die Detektion des magnetischen Feldes (130) bereitgestellten Signals (145), um die Daten, die das magnetische Feld (130) trägt, zu erhalten.
3. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ferritspule (142) eine SMD bestückbare Ferritspule ist.
4. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ferritspule eine Induktivität im Bereich von 50 pH bis 5 mH aufweist.
5. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Frequenz des magnetischen Feldes (130) kleiner ist als 50 kHz.
6. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ferritspule (142) ein Volumen von weniger als 1500 mm3, bevorzugt von weniger als 1000 mm3 und besonders bevorzugt von weniger als 500 mm3 aufweist.
7. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule (142) und einer Induktivität der Ferritspule (142) kleiner ist als 350 mm3/mH, bevorzugt kleiner ist als 200 mm3/mH und besonders bevorzugt kleiner ist als 100 mm3/mH.
8. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule (142) und einer Frequenz des magnetischen Feldes (130) kleiner ist als 90 mm3/kHz, bevorzug kleiner ist als 60 mm3/kHz und besonders bevorzugt kleiner ist als 30 mm3/ kHz.
9. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule (142) und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld (130) übertragenen Daten kleiner ist als 6 mm3/mm, bevorzugt kleiner ist als 4 mm3/mm und besonders bevorzugt kleiner ist als 2 mm3/mm.
10. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule (142) und einer Induktivität der Ferritspule (142) kleiner ist als 80 mm2/mH, bevorzugt kleiner ist als 40 mm2/mH und besonders bevorzugt kleiner ist als 20 mm2/mH.
11. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule (142) und einer Frequenz des magnetischen Feldes (130) kleiner ist als 15 mm2/kHz, bevorzugt kleiner ist als 10 mm2/kHz und besonders bevorzugt kleiner ist als 5 mm2/kHz.
12. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule (142) und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld (130) übertragenen Daten kleiner ist als 0,6 mm2/mm, bevorzugt kleiner ist als 0,4 mm2/mm und besonders bevorzugt kleiner ist als 0,2 mm2/mm.
13. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes (130) empfängerseitig kleiner ist als 900 μA/m, bevorzugt kleiner ist als 500 pA/m und besonders bevorzugt kleiner ist als 200 pA/m.
14. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Funktionseinheit (126) eine Spule eines Lautsprechers des Benutzerendgeräts (120), ein mit dem Benutzerendgerät (120) verbundener elektromagnetischer
Schwingkreis, oder eine mit dem Benutzerendgerät (120) verbundene Ferritspule (142) ist.
15. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Funktionseinheit (126) und die Ferritspule (142) des anderen Geräts (140) magnetisch gekoppelt sind, wobei ein Kopplungsfaktor der magnetischen Kopplung kleiner ist als 5E-05, bevorzugt kleiner ist als 5E-06, und besonders bevorzugt kleiner ist als 5E-07.
16. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Detektierens (106) des magnetischen Feldes (130) durch das andere Gerät (140) durchgeführt wird.
17. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Daten erste Daten sind, wobei das magnetische Feld (130) ein erstes magnetisches Feld ist, wobei das Verfahren (100) ferner aufweist:
Erzeugen eines zweiten magnetischen Feldes (132) mit der Ferritspule (142) des anderen Geräts (140) oder einerweiteren Ferritspule (143) des anderen Geräts (140), wobei das zweite magnetische Feld (132) von dem anderen Gerät (140) zu dem Benutzerendgerät (120) zu übertragene zweite Daten trägt, und
Detektieren des zweiten magnetischen Feldes (132) mit der elektromagnetischen Funktionseinheit (126), um die zweiten Daten zu empfangen.
18. Verfahren (100) nach Anspruch 17, wobei das Signal (146) zum Ansteuern der Ferritspule (142) oder der weiteren Ferritspule (143) des anderen Geräts (140) aktiv generiert wird.
19. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei das Erzeugen des zweiten magnetischen Feldes (132) folgende Schritte aufweist:
Generieren eines zweiten Signals (146) zum Ansteuern der Ferritspule (142) oder der weiteren Ferritspule (143) des anderen Geräts (140), und
Ansteuern der Ferritspule (142) oder der weiteren Ferritspule (143) des anderen Geräts (140) mit dem generierten zweiten Signal (146), um durch die Ferritspule (142) oder die weitere Ferritspule (143) des anderen Geräts (140) das zweite magnetisches Feld (132) zu erzeugen, das die zweiten Daten trägt.
20. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Schritt des Erzeugens des zweiten Signals (146) durch das andere Gerät (140) durchgeführt wird.
21. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das generierte Signal 124 mit einem Audiosignalgenerator des Benutzerendgeräts (120) generiert wird.
22. Verfahren (100) nach Anspruch 21 , wobei die elektromagnetische Funktionseinheit (126) übereine Audioschnittstelle (128) des Benutzerendgeräts (120) mit dem Audiosignalgenerator des Benutzerendgeräts (120) verbunden ist.
23. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das generierte Signal (124) mit einem mit dem Benutzerendgerät (120) verbundenen Signalgenerator generiert wird.
24. Verfahren (100) nach Anspruch 23, wobei das Benutzerendgerät (120) über eine drahtlose Schnittstelle (125) mit dem Signalgenerator (122) verbunden ist.
25. Verfahren (100) nach Anspruch 24, wobei die elektromagnetische Funktionseinheit (126) über eine drahtgebundene Schnittstelle mit dem Signalgenerator (122) verbunden ist.
26. Benutzerendgerät (120), wobei das Benutzerendgerät (120) konfiguriert ist, um einen Signalgenerator (122) anzusteuern ein Signal (124) zum Ansteuern einer Ferritspule (142) zu generieren und die Ferritspule (142) mit dem generierten Signal (124) anzusteuern, um durch die Ferritspule (126) ein erstes magnetisches Feld (130) zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät (120) zu dem anderen Gerät (140) zu übertragene erste Daten trägt.
27. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 26, wobei der Signalgenerator (122) ein Audiosignalgenerator ist, wobei das Benutzerendgerät (120) den Audiosignalgenerator aufweist.
28. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 27, wobei die Ferritspule (126) über eine kabelgebundene Audioschnittstelle (128) des Benutzerendgeräts (120) mit dem Benutzerendgerät (120) verbunden ist.
29. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 26, wobei das Benutzerendgerät (120) über eine drahtlose Schnittstelle (125) mit dem Signalgenerator (122) verbunden ist.
30. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 29, wobei die Ferritspule (126) über eine kabelgebundene Schnittstelle mit dem Signalgenerator (122) verbunden ist.
31. Benutzerendgerät (120) nach einem der Ansprüche 25 bis 29, wobei das Benutzerendgerät (120) konfiguriert ist, um mittels eines Signaldetektors (150) ein von dem anderen Gerät (140) erzeugtes zweites magnetisches Feld (132) mit der Ferritspule (126) zu detektieren, um von dem anderen Gerät (140) zu dem Benutzerendgerät (120) zu übertragene zweite Daten zu empfangen, die das zweite magnetische Feld (132) trägt.
32. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 31, wobei der Signaldetektor (150) ein Audiosignaldetektor ist, wobei das Benutzerendgerät (120) den Audiosignaldetektor aufweist.
33. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 32, wobei die Ferritspule (126) über eine kabelgebundene Audioschnittstelle (128) des Benutzerendgeräts (120) mit dem Signaldetektor (150) verbunden ist.
34. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 31, wobei das Benutzerendgerät (120) über eine drahtlose Schnittstelle (125) mit dem Signaldetektor (122) verbunden ist.
35. Benutzerendgerät (120) nach Anspruch 34, wobei die Ferritspule (126) über eine kabelgebundene Schnittstelle mit dem Signaldetektor (150) verbunden ist.
36. Benutzerendgerät (120) nach einem der Ansprüche 26 bis 35, wobei das Benutzerendgerät (120) ein Mobiltelefon oder Tablet ist.
37. Anderes Gerät (140), mit folgenden Merkmalen: einem Mikrocontroller (144), und einer Ferritspule (142) zum Detektieren eines ersten magnetischen Feldes (130) und zum Erzeugen eines zweiten magnetischen Feldes (132), wobei der Mikrocontroller (144) konfiguriert ist, um das von der Ferritspule (142) detektierte erste magnetische Feld (130) auszuwerten, um erste Daten zu empfangen, die das erste magnetische Feld (130) trägt, wobei der Mikrocontroller (144) konfiguriert ist, um ein Signal (146) zum Ansteuern der Ferritspule (142) zu generieren, und um die Ferritspule (142) mit dem generierten Signal (146) anzusteuern, um durch die Ferritspule (142) das zweite magnetische Feld (132) zu erzeugen, wobei das zweite magnetische Feld (132) zweite Daten trägt.
38. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Signal (146) zum Ansteuern der Ferritspule (142) aktiv generiert wird.
39. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ferritspule (142) eine SMD bestückbare Ferritspule ist.
40. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ferritspule (142) eine Induktivität im Bereich von 50 pH bis 5 mH aufweist.
41. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Frequenz des magnetischen Feldes (130) kleiner ist als 50 kHz.
42. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ferritspule (142) ein Volumen von weniger als 1500 mm3, bevorzugt von weniger als 1000 mm3 und besonders bevorzugt von weniger als 500 mm3 aufweist.
43. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule (142) und einer Induktivität der Ferritspule (142) kleiner ist als 350 mm3/mH, bevorzugt kleiner ist als 200 mm3/mH und besonders bevorzugt kleiner ist als 100 mm3/mH.
44. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule (142) und einer Frequenz des magnetischen Feldes (130) kleiner ist als 90 mm3/kHz, bevorzug kleiner ist als 60 mm3/kHz und besonders bevorzugt kleiner ist als 30 mm3/kHz.
45. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Ferritspule (142) und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld (130) übertragenen Daten kleiner ist als 6 mm3/mm, bevorzugt kleiner ist als 4 mm3/mm und besonders bevorzugt kleiner ist als 2 mm3/mm.
46. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule (142) und einer Induktivität der Ferritspule kleiner ist als 80 mm2/mH, bevorzugt kleiner ist als 40 mm2/mH und besonders bevorzugt kleiner ist als 20 mm2/mH.
47. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule (142) und einer Frequenz des magnetischen Feldes (130) kleiner ist als 15 mm2/kHz, bevorzugt kleiner ist als 10 mm2/kHz und besonders bevorzugt kleiner ist als 5 mm2/kHz.
48. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer Fläche der Ferritspule(142) und einer Reichweite der mit dem magnetischen Feld (130) übertragenen Daten kleiner ist als 0,6 mm2/mm, bevorzugt kleiner ist als 0,4 mm2/mm und besonders bevorzugt kleiner ist als 0,2 mm2/mm.
49. Anderes Gerät (140) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine magnetische Feldstärke des magnetischen Feldes (130) empfängerseitig kleiner ist als 900 μA/m, bevorzugt kleiner ist als 500 pA/m und besonders bevorzugt kleiner ist als 200 pA/m.
50. Anderes Gerät (140), mit folgenden Merkmalen: einem Mikrocontroller (144), und einer Spule (142) zum Detektieren eines ersten magnetischen Feldes (130) und zum Erzeugen eines zweiten magnetischen Feldes (132), wobei der Mikrocontroller (144) konfiguriert ist, um das von der Spule (142) detektierte erste magnetische Feld (130) auszuwerten, um erste Daten zu empfangen, die das erste magnetische Feld (130) trägt, wobei der Mikrocontroller (144) konfiguriert ist, um ein Signal (146) zum Ansteuern der Spule (142) zu generieren, und um die Spule (142) mit dem generierten Signal (146) anzusteuern, um durch die Spule (142) das zweite magnetische Feld (132) zu erzeugen, wobei das zweite magnetische Feld (132) zweite Daten trägt, wobei die Spule (142) zwischen komplementären Pulsweitenmodulationsanschlüssen des Mikrocontrollers (144) geschaltet ist, zwischen Eingangs-/Ausgangs-Anschlüssen des Mikrocontrollers (144) geschaltet ist, wobei die Spule (142) mit einer Vorspannung betrieben wird, zwischen einem Pulsweitenmodulationsanschluss und einem Eingangs- /Ausgangs-Anschluss des Mikrocontrollers (144) geschaltet ist, wobei die Spule (142) mit einer Vorspannung betrieben wird, oder in einem Serienschwingkreis mit einen Kondensator zwischen einem Anschluss des Mikrocontrollers (144) und einem Versorgungsanschluss geschaltet ist.
51. Anderes Gerät (140) nach Anspruch 50, wobei die Spule (142) eine Ferritspule oder Luftspule ist.
52. Anderes Gerät (140) nach einem der Ansprüche 37 bis 51 , wobei das andere Gerät (140) ein loT-Knoten oder eine WLAN-Kamera ist.
53. System (110), mit folgenden Merkmalen: einem Benutzerendgerät (120) nach einem der Ansprüche 26 bis 36, und einem anderen Gerät (140) nach einem der Ansprüche 37 bis 52.
54. Verfahren (200) zur bidirektionalen Übertragung von Daten zwischen einem Benutzerendgerät (120) und einem anderen Gerät (140), wobei das Verfahren aufweist:
Generieren (202) eines ersten Signals (124) zum Ansteuern einer ersten elektromagnetischen Funktionseinheit (126), die das Benutzerendgerät (120) aufweist oder die mit dem Benutzerendgerät (120) verbunden ist, Ansteuern (204) der ersten elektromagnetischen Funktionseinheit (126) mit dem ersten generierten Signal (124), um durch die erste elektromagnetische Funktionseinheit (126) ein erstes magnetisches Feld (130) zu erzeugen, das von dem Benutzerendgerät (120) zu dem anderen Gerät (140) zu übertragene erste Daten trägt,
Detektieren (206) des ersten magnetischen Signals (130) mit einer zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit (142) des anderen Geräts (140), um die ersten Daten zu empfangen,
Generieren (208) eines zweiten Signals (146) zum Ansteuern der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit (142) des anderen Geräts (140),
Ansteuern (210) der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit (142) mit dem zweiten generierten Signal (146), um durch die zweite elektromagnetische Funktionseinheit (142) ein zweites magnetisches Feld (132) zu erzeugen, das von dem anderen Gerät (140) zu dem Benutzerendgerät (120) zu übertragene zweite Daten trägt,
Detektieren (212) des zweiten magnetischen Signals mit der ersten elektromagnetischen Funktionseinheit (126), um die zweiten Daten zu empfangen, wobei das erste Signal (124) und das zweite Signal (146) unterschiedliche Trägerfrequenzen und/oder Datenraten aufweisen.
55. Verfahren (200) nach Anspruch 54, wobei die erste elektromagnetische Funktionseinheit (126) einen elektromagnetischen Schwingkreis oder eine Ferritspule aufweist, wobei die zweite elektromagnetische Funktionseinheit (142) einen elektromagnetischen Schwingkreis oder eine Ferritspule aufweist,
56. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 54 bis 55, wobei nach einem Verbindungsaufbau zwischen dem Benutzerendgerät (120) und dem anderen Gerät (140) beim Generieren zumindest eines aus dem ersten Signal (124) und dem zweiten Signal (146) auf eine höhere Datenrate und/oder Trägerfrequenz gewechselt wird.
57. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 54 bis 56, wobei eine Bandbreite der zweiten elektromagnetischen Funktionseinheit (142) breiter ist als eine Bandbreite des ersten Signals (124) bei einem Verbindungsaufbau.
58. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 54 bis 57, wobei die erste magnetische Funktionseinheit (126) eine erste Ferritspule zum Erzeugen des ersten magnetischen Feldes (130) und eine zweite Ferritspule zum Detektieren des zweiten magnetischen Feldes aufweist.
59. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 54 bis 58, wobei die zweite magnetische Funktionseinheit eine Ferritspule zum Detektieren des ersten magnetischen Feldes (130) und zum Erzeugen des zweiten magnetischen Feldes aufweist.
60. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 54 bis 59, wobei das erste magnetische Feld (130) zum Verbindungsaufbau zumindest zwei unterschiedliche Trägerfrequenzen aufweist, wobei das Verfahren (200) ferner aufweist:
Ermitteln einer Trägerfrequenz des zweiten magnetischen Feldes,
Anpassen der Trägerfrequenz des ersten magnetischen Feldes nach dem Verbindungsbau basierend auf der ermittelten Trägerfrequenz des zweiten magnetischen Feldes.
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