专利名称：在智能设备之间建立数据连接的通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在被设计用于执行数据传输的智能设备之间自动地建立数据连接的通信元件的使用，数据连接的建立通过两个智能设备的接近而被触发。在智能设备之间自动地建立数据连接的概念可以从以“近场通信”(NFC，NearField Communication)为名称的说明书ECMA/TC32/TG19/2003/12中得到认识。该概念的目的是使智能设备之间的数据连接的建立尽可能的简单。该概念规定当两个智能设备以典型地小于0.2米的距离聚集时自动地建立数据连接，所述的两个智能设备都被设计来执行NFC协议。在搜索模式中其中一个智能设备，发起者发送搜索查询，该搜索查询被另一个智能设备，目标应答。在立即跟随的数据交换中，两个智能设备约定数据传输模式，此后根据该数据传输模式被涉及的智能设备的数据处理部件之间的数据交换被实现。
背景技术：
对另一智能设备是否位于NFC协议的响应范围之内的检测在搜索模式中通过循环地发射搜索查询来被完成。所规定的搜索查询的参数是13.56MHz的发射频率和最小1.5A/m一直到最大7.5A/m的磁场强度。所规定的最小磁场强度导致了准备执行NFC协议的智能设备的相对高的固定功耗。对于电源受限的设备，特别是对于电池工作的设备，这导致了可能的使用寿命的减少。为减少这个不良影响，可以给智能设备装备以由用户起动来启动NFC单元搜索模式的切换设备。尽管如此，这种可能性至少部分地抵消了NFC概念针对的操作的特别简易性的目标，因为至少切换功能必须被独立地起动。
标准ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693描述了读取设备尝试与另一个智能设备(非接触芯片卡/RFID发送应答器)产生数据连接的方法。为此目的，读取设备周期性地以高场强(例如，根据ISO/IEC14443的1.5-7.5A/m)发射搜索信号-REQUEST-直到智能设备进入读取设备的响应范围内。
德国专利申请DE 10206676公布了一种以发送应答器来起动的切换装置，该切换装置可以在无切换处理被触发时几乎无能耗地被操作。为此目的，将被切换的设备具有一个线圈，该线圈是振荡电路的一部分，该振荡电路在检测模式下作为充分无负载的纯振荡电路而被操作。振荡电路的已调谐谐振频率通过频率观测器来监控。当发送应答器连同发送应答器线圈被带来接近检测线圈时，振荡电路的谐振频率发生改变。这个改变由频率观测器检测到，频率观测器于是产生一个切换信号，该切换信号接通将被切换的设备。这个建议的解决方案聚焦于从检测模式到数据传输模式的直接改变，例如在依靠主要作为切换组件而工作的线圈对智能设备的直接单级接通。
发明内容
本发明的问题是为被设计用于自动建立数据连接的智能设备规定一种通信装置，这种通信装置具有最小的能耗但没有使用简易性的限制。
这个问题由一种具有主要权利要求的特征的装置解决。这个发明性的通信装置具有一个通信元件连同一个用于发射搜索信号的线圈，借此搜索信号模式仅当依靠同一线圈建立的传输振荡器中的特性改变依靠测量器件而被检测到时才开始。因为传输振荡器和测量器件可以几乎无能耗地被操作，必须仅当更远的智能设备可能位于线圈的响应范围之内时，用于检测相应的智能设备存在的搜索信号的输出才被实现。通信装置的能量需求可以因此显著地减小。这个发明性的解决方案因此也特别适合电源受限智能设备，例如电池工作设备。特别有利的是装备了发明性的通信装置的智能设备可以就像永久地发射搜索查询的设备一样地被操作。不需要由用户进行特殊的操作。有利地，在对更远的智能设备存在的检测之后，使用发明性的通信装置在数据连接建立的实现中也不需要任何的干预。
在一个有利的发展中，规定为执行数据传输在通信元件被接通后，欧姆电阻器被切换到振荡电路从而增加传输振荡器的带宽同时减小品质因数。
在通信装置的一个进一步的有利的发展中，规定在通信元件被接通后，以通过连接合适的元件来改变谐振频率的方式来影响振荡电路。这又确保了另一设计用于以相同方式自动建立数据连接的智能设备不被搜索模式干扰。
在发明性的通信装置的一个进一步的有利的实施例中，规定仅仅周期性地使测量器件生效。这容许通信装置的能耗进一步被减少。为实现这种周期性的生效，通信装置适宜地具有时间控制器，而测量结果通过与从之前测量获得的平均值的比较而得到评价。
测量器件最好具有两个产生振荡信号的振荡器器件，一个这种振荡器器件被与线圈耦合。更进一步地，测量器件可具有根据上述振荡信号或源自其中的信号之间的相位关系为切换装置产生控制信号的电路元件。这容许以较小的工作量获得对传输振荡器非常精确的监控，并且以这种方式对在线圈响应范围内更远的设备的存在将更可靠地被确定。
结合参考附图本发明的实施例将在下面被更详细地解释，其中图1显示设计用于自动地建立数据连接的智能设备的构造和装配，图2显示通信装置的简单化的等效电路图，图3显示通信装置的操作的流程图，图4显示拥有时间控制器的通信装置的操作的流程图，图5显示依靠PLL(Phase-Locked Loop，锁相环路)电路的测量单元的电路实现的第一实施例，图6显示在另一设备接近时在测量单元内部的多个信号图案，图7显示依靠PLL电路的测量单元的电路实现的第二实施例，和图8显示来自图5或图7的功能模块、电压微分器和阈值开关的电路实现。
具体实施例方式
图1显示在不同的实施例中的智能设备10、20、30。全部被设计来实施与智能设备10、20、30中的另一个通过线圈13、23、33的数据交换。所有被涉及的智能设备10、20、30在下文中简记作设备，它们具有基本相同的结构并由数据处理部件11、21、31和通信装置1、2、3组成。
数据处理部件11、21、31实现了设备10、20、30智能，并且由为执行数据处理操作的中央处理器单元组成。此外数据处理部件11、21、31充分地确定了设备10、20、30的外部形式。如图1显示，设备10、20、30可以具有例如便携式计算机11或者移动电话21的形式或者连同芯片31在RFID发送应答器中被实现，构成在例如非接触芯片卡30中。对设计的可能形式的列举在这里并不是最终的。除了那些已显示的之外，设备10、20、30同样可以被实现在例如装备以电子元件的日常使用的物品中，例如手表，或者衣服例如夹克衫，而且也可在检票或门禁系统中组成固定安装读取设备。
在每种情况中，通信装置1、2、3包含通信元件12、22；连接到通信元件12、22的线圈13、23、33；连接到线圈13、23、33的测量器件14、24；以及连接到数据处理部件11、21，通信元件12、22和测量器件14、24上的切换装置15、25。在实际的实现中，通信装置1、2、3通常与数据处理部件11、21一起被构成为一个结构的单元，并如此被安置于例如便携式计算机11、移动电话21的机壳内，或者被集成到芯片卡30的芯片31中。
通信元件12、22的功能是确定在线圈13、23、33的响应范围内另一设备10、20、30的存在。通信元件12、22具有执行软件程序例程的装置，并可作为独立的组件而被构成。当另一设备10、20、30已经被检测到，通信元件12、22进一步自动地向那里建立数据连结并为随后特别的数据处理部件11、21、31之间的数据交换产生数据传输模式。在特别适宜的实施例中，通信元件12、22被设计用于执行如已述出版物ECMA/TC32-TG19/2003/12所描述的NFC协议，或是如标准ISO/IEC 14443、ISO/IEC 15699和ISO/IEC 18000-3所描述的非接触传输协议。
线圈13、23、33是通常的设计并以本领域已知的方式工作来执行与相应设备10、20、30的非接触数据交换。通常，它是设备10、20、30的一个集成的部分，如所示的作为芯片卡30的实现。在通信装置1、2、3内线圈13、23、33是具有已规定的特有谐振频率的传输振荡器50的一部分，该谐振频率可取决于设备10、20、30的工作状态。
测量器件14、24被连接到线圈13、23、33并检测以线圈13、23、33构成的传输振荡器50的特性。它可以具体地为已述德国专利申请DE 10206676所述的类型。
切换装置15、25工作于接通和切断通信元件12、22和测量器件14、24。接通和切断部件12、22或14、24的其中之一或两者可以间接地通过数据处理部件11、21来完成。切换装置15、25进一步工作于连接和断开测量器件14、24的单独元件。此外，切换装置15、25可被用作切换设备10、20、30的其他部件(未显示)。
图2显示设备10、20、30的简化的等效电路图。数据处理部件11、22以及因此地设备10、20的外部特征在这里通过可由用户操作的用于接通和切断设备10、20主电源41的通/断开关40来得到表现。具体地，主电源41可以是电池或蓄电池。具体地固定安装的读取设备也可使用市电电压作为主电源41。开关40的存在决定于设备的形式；在特定的实施例中，例如上面芯片卡30的实现，开关40可以被省略。通过适应于设计的等效动作机制，设备30于是既可以常通又可以被接通。
切换设备15、25包含两个依靠起动器43可驱动的开关42、44和可选的时间控制器45。起动器43和时间控制器45被连接到主电源41上。第一开关42被放置在主电源41和通信元件12、22之间，第二开关44被放置在主电源41和测量器件14、24之间。第二开关44通过时间控制器45而被起动，时间控制器45为此目的被连接到起动器43上并从那里接收切换信号。第一开关42不仅可被用于接通和切断通信元件12、22还可被用于接通和切断特别设备10更多的部件(未显示)，如连接146所示。切换装置15、25的所有部件可作为电路或者也可以软件程序的形式被分离地实现。此外，起动器43和时间控制器45适宜地具有一定的智能并被设计用于执行软件程序例程。
测量器件14、24的主要因素是依靠切换装置15、25的开关44可接通和切断的测量单元46。测量单元46进一步被连接到切换装置15、25的起动器43上，也通过开关47连接到线圈13、23上。开关47被起动器43起动。它因此将线圈13、23或者连接到测量单元46上或者连接到通信元件12、22上。此外，线圈13、23被连接到通信元件12、22上。如同切换装置15、25一样，测量器件14、24的部件可作为电路或者也可以软件程序的形式被分离地实现。同样地，测量单元46适宜地具备一定的智能并被设计用于执行软件程序例程。在关于电源特别受限的设备的实施例中，例如上述芯片卡30的实现，测量器件可以被省略。于是设备30可被其它设备10、20检测到，但它本身不能检测其它设备10、20、30。
与线圈1 3、2 3并联布置的是电容器4 8，它与线圈1 3、2 3一起构成传输振荡器50。传输振荡器50通过开关47被连接到通信元件12或测量单元46。此外电容器51和电阻器52可相对于传输振荡器50在开关47的后面与传输振荡器50并联布置。元件51、52两者都通过开关47被切换到传输振荡器50。电容器51导致传输振荡器50谐振频率的改变，电阻器52增加了带宽而且同时地减小振荡电路的品质因数。所提及的无源元件47、49、51、52可以作为分离的部件也可以以具有对应外部效应的组件的形式来实现。
在特别适合具有充足电源的设备10、20的有益的变形中，测量单元46被构成为在预定的频率域上连续扫描测量频率的扫频仪。预定的频率域包括至少一个另一设备10、20、30被调谐到的频率。
图3图解了设备10、20、30的第一可能工作模式。依照图2反映的等效电路图，电容器51和电阻器52来影响传输振荡器50是可选的。
步骤100，操作由设备10、20、30被接通而开始，例如依靠起始主电源41的开关40。上述的接通也接通了起动器43。然后后者调整开关47以致线圈13、23、33通过开关47而被连接到通信元件12、22。与此同时，开关47的调整导致步骤102，电阻器52被切换到传输振荡器50；步骤104，如果存在电容器51，电容器51被切换到传输振荡器50。
电阻器52的连接导致了传输振荡器50品质因数Q的恶化，但与此同时导致了在传输振荡器50中数据传输的可用带宽B的增加，因为适用于品质因数Q与带宽B之间的关系，B≈1/Q。
电容器51的连接减小了传输振荡器50的谐振频率并将它调整到一个适合于数据传输的传输频率，例如13.56MHz。这个改变使随后的数据传输和通信装置1、2、3的操作对位于附近且工作于检测模式的同种设备10、20、30的磁场干扰不敏感，例如处于更高的谐振频率。
此外，步骤106，起动器43接通通信元件12、22。通信元件12、22从而进入搜索模式并周期性地通过线圈13、23、33发射搜索信号来接收可能位于线圈13、23、33响应范围之内的另一设备10、20、30的响应。
如果另一设备10、20、30位于线圈13、23、33的响应范围之内，它通过返回响应来对搜索信号做出反应，于是通信元件12、22将通信装置1、2、3置于数据传输模式。为此目的，步骤108，它与应答设备10、20、30的数据处理部件11、21、31使用合适的协议建立数据连接，例如上面提及的协议(NFC、14443、......)。
在数据连接建立后，步骤110，数据处理部件11、21、31通过线圈13、23、33以已知的方式与存在的设备10、20、30相应的数据处理部件11、21、31实施数据交换。
步骤114，起动器43等待直到涉及的设备10、20、30的数据处理部件11、21、31之间的数据交换完成。对数据交换完成的检测可通过对来自数据处理部件11或通信元件12的相应信号的接收或者也可通过在起动器43自身周期性的执行检察步骤而被实现。通信元件12、22可不依赖于开关42而被连接到时间控制器45和起动器43。
当数据交换完成时，起动器43将通信设备1、2、3置于检测模式。
为此目的，步骤116，起动器43通过改变开关42将通信元件12、22与主电源41分离。
进一步，起动器43起动开关47并将测量单元46连接到传输振荡器50。进一步地，步骤120、122，开关的起动导致电阻器52和可选的电容器51再次被从传输振荡器50上断开。电阻器52的移去导致了传输振荡器50内无载的品质因数Q0，在理想情况它只由线圈13、23、33的电感量和振荡电路电容器48以及线圈13、23、33的输入阻抗来决定。根据改良的品质因数Q0，检测范围增加，在检测范围内检测模式中设备10、20、30的存在被检测。
电容器51可能的切断容许振荡电路50的频率并且因此测量单元46的测量频率可选的被增加并被设置在例如13.56到17MHz的范围。这具有的结果是测量单元46不被位于近处并处于通信模式(例如发射模式)的其它智能设备影响或是不被其强烈影响。因为其它读取设备的信号可另被误解为智能设备的接近，所获得的对其它读取设备信号的检测的减少是有利的。同样地，任何其它位于附近处于数据传输模式的设备10、20、30因此在检测模式的操作期间不被干扰。
进一步地，步骤124，起动器43为产生检测模式通过起动开关44来接通测量单元46。
然后，测量单元46监控传输振荡器50的特性。例如，当传输振荡器50被操作于谐振时，它监控传输振荡器50调谐的频率。步骤132，如果在这种状态中另一设备10、20、30的线圈13、23、33被带入线圈13、23、33的检测范围，这导致传输振荡器50谐振频率的改变，这个改变被测量单元46检测到。或者，评价/测量被操作于谐振的传输振荡器50的阻抗也是可能的。
当测量单元46已检测到被观测的振荡电路特性的改变时，它向起动器43发送相应的控制信号，于是起动器43再次执行步骤102ff.并初始化搜索或数据传输模式。
如果测量器件46容许对振荡电路频率的扫描，振荡电路特性的监控在全部被扫描的频率域上被实现。被扫描的频率域包括至少一种可以与其建立数据连接的设备的谐振频率。如果这种设备30的谐振频率是例如13.56MHz，扫描范围可以是例如13到18MHz之间。如果振荡电路特性的改变发生于任何处于被扫描频率域之内的频率，为了执行步骤102ff测量单元46向起动器43发送控制信号。
图4显示对根据图2装配的通信装置的操作的变形。这个操作变形可被设计为备选方案或者也可为图3图示的操作模式的补充。图4显示的操作变体假定设备10、20、30具有如图2所示的时间控制器45。
步骤100，操作再次由设备10、20被接通而开始，例如依靠开关40接通主电源41。
通信装置1、2、3于是第一次进入搜索模式。为此目的，步骤202，起动器43接通通信元件12、22；步骤204，通信元件12、22随后通过周期性地输出搜索信号来检查另一设备10、20、30是否位于线圈13、23、33的响应范围之内。
如果步骤204中搜索信号的输出其后跟随着来自存在的另一设备10、20、30的响应，步骤208，通信装置1、2、3在与另一设备10、20、30的数据连接的建立之后改变为数据传输模式，并与检测到的设备10、20、30实施数据交换。
如果搜索信号其后没有响应跟随，步骤206，起动器43再次切断通信元件12、22。
进一步地，步骤210，起动器43启动时间控制器45，时间控制器45于是通过因此驱动开关44在预定的时间内周期性地接通和切断操作中接通测量单元46。步骤212，测量单元46于是执行对被监控振荡电路特性的测量并存储测量值。步骤214，测量值的平均值随后从迄今全部被确定的和被存储的测量值中形成。
步骤216，比较在步骤212中获得的测量值和被确定的测量值的平均值。如果测量值与平均值相当，没有其它设备10、20、30位于传输振荡器50的监测范围之内。步骤218，测量单元46于是不执行下一步的功能并通过时间控制器45的动作而被切断。步骤220，测量单元46随后保持切断，同时时间控制器45等待预定的切断时间的终止。切断时间适宜地被选择大于测量单元46执行测量的接通时间。
步骤222，在等待周期期间设备10、20可总体上被切断，例如通过起动开关40。当这种情况发生时，步骤224，工作时序结束。
如果预定的切断时间终止而设备没有总体上被切断，时间控制器45再次通过起动开关44接通测量单元46并重复步骤210ff。
步骤226，如果在步骤216中的检查到已得到的测量值与确定的测量值的平均值不相当，另一设备10、20、30位于振荡电路50的监测范围之内。测量单元46于是向起动器43发送相应的控制信号，于是起动器43将通信装置1、2、3置于搜索模式。为此目的，步骤228，它通过起动开关44来切断测量单元46，并在步骤230通过起动开关42接通通信元件12、22。
步骤208，通信元件12、22于是产生所述的数据传输模式，在其中所涉及设备的数据处理部件11、21之间的数据交换被实现。
图5显示依靠PLL电路的测量单元46的电路实现的第一实施例。PLL表示“锁相环路”且意思是具有某一频率的信号相对于一个具有参考频率的信号而被精确地设置以至于信号之间的相位关系永久地保持。测量单元46的第一实施例具有产生频率f1的信号并将其输送到第一分频器61的第一振荡器60，分频器61可以被构成为整数或二进制分频器并以分频因子N执行分频。虚线表示线圈13、23被连接到第一振荡器60。这个连接可以以图2显示的方式通过开关47和共地点被实现。精确的实现依靠所使用的振荡器的电路设计和通信元件12、22(发射机末级)的电路设计。因此，振荡器电路是已知的，例如Colpitts(考毕兹电路)，在其中线圈13、23的一个接线可被接地(在交变电压一侧)。在这种情况下，开关47可被实现以使仅仅一个线圈的接线必须被转接到测量单元46，例如图2所示。
在振荡器电路60的另一实施例中，也可要求线圈的第二接线不被连接到地而被连接到电源电压(例如Colpitts电路变形)。在这种情况下，第二开关47b(未显示)可能是必需的。
同样地，振荡器电路是已知的，其中线圈的两个接线必须被连接到振荡器电路60。在这种情况下，为线圈13、23在测量单元46和通信元件12、22之间转接，附加的开关47b(未显示)也是需要的。
图2显示的为接通和切断测量单元46的测量单元46到开关44的连接同样地没有在图5中显示，因为为了明晰测量单元46的分离部件的电源在图5中被省略。
测量单元46进一步具有输送频率f2的信号到第二分频器63的第二振荡器62，第二分频器63以分频因子M执行分频。第二分频器63根据第一分频器61而被构成并且输出端一侧被连接到相位比较器64的输入端。相位比较器64另一个输入端已经连接到第一分频器61的输出端那里。相位比较器64之后跟随着低通滤波器65，低通滤波器65输送电压U到第二振荡器62的输入端和电压微分器66的输入端这两者。电压微分器66的输出端被连接到阈值开关67的输入端，阈值开关67在其输出端为图2中显示的起动器43提供切换电压Us。测量单元46的部件60、61、62、63、64和65构成改进的PLL电路，其操作将在下文连同更多的部件66和67更仔细地被解释。
第一振荡器60被构成为LC振荡器，线圈13、23被用作为频率固定电感器L。通过适当的计算频率固定电容器C第一振荡器60被调整以至于当其它设备10、20、30不存在时它以检测模式中使用的传输频率开始振荡。可选地，电容器51可被用来使用更到的频率。第一分频器61使用分频因子N对第一振荡器60产生的信号的频率f1分频，从而产生具有频率f1/N的信号。因为分频有利的但不是必需的，第一分频器61也可被省略或具有分频因子N＝1。
第二振荡器62被构成为压控振荡器，所以第二振荡器62产生的信号的频率f2依赖于被送入的电压U。具有频率f2的信号通过第二分频器63被转换成具有频率f2/M的信号。类似第一分频器61，第二分频器63也可被省略或具有分频因子M＝1。由分频器61和63输出的信号被供给相位比较器64，相位比较器将他们相互比较并输出与相移相关的信号到低通滤波器65。低通滤波器65抑制高频信号分量所以由低通滤波器65输出的电压U作为控制电压适合于第二振荡器62。通过PLL的控制特性，第二振荡器62的频率f2自动地被调整以至于获得数值f2＝f1*M/N并且两个振荡器60和62锁相耦合。
在优选的实施例中，规定第一分频器61的分频因子N＞1，并规定第二分频器63的分频因子M＝1。这导致第二振荡器62被操作于比第一振荡器60更低的频率并因此不可能通过它自身的信号干扰设备10、20、30的操作。例如，对N＝2，第二振荡器62可被操作于6.78MHz的频率f2。如果分频器61和63的分频因子N和M互相具有非整数关系也是特别有利的，例如M/N＝5/6。这容许第二振荡器62的频率f2被选择以至于不用担心由于第二频率f2的任何谐波和第二振荡器62进入线圈13、23的寄生辐射的具有特别负面影响的同频串扰。这里比值M/N被选择大于还是小于一是没有关系的。
当测量单元46处于调整过的模式，例如两个分频器61和63的信号之间具有锁相协议，对于由低通滤波器65输出的电压U，一个常数值产生。当另一设备10、20、30接近线圈13、23时，另一设备10、20、30的感应耦合阻抗的影响导致了第一振荡器60的相位和可选的频率的改变并因此导致了相位比较器64的两个输入信号之间的相移。这导致了由低通滤波器65输出电压U的改变并因此导致了由第二振荡器62产生的信号的频率f2和相位的改变，直到由两个振荡器60和62产生的信号再次锁相耦合。以这种方式执行的第二振荡器62的频率f2的重调和相关的另一设备10、20、30的存在的检测将参考图6被更详细地解释。
图6显示在另一设备10、20、30接近时测量单元46内部的多个信号图案。对全部信号图案，在每一种情况中时间t以相同比例被绘制于横坐标上，使得容许信号图案的直接比较。图6中上部的图表显示由低通滤波器65输出的电压U的时间行为，例如电压U被绘制于纵坐标。在中部的图表中电压的瞬时变化dU/dt被绘制于纵坐标，它由电压微分器66确定并被输出到阈值开关67。在下部的图表中由阈值开关67产生的切换电压Us被绘制于纵坐标。
设计功能模块66、67的一种可能情况在图8中显示。
低通滤波器在这里由R4、R5和C2构成，借此偏移电压U的平均值以大的时间常数(例如1s)产生在放大器V1的(-)输入端。同样地，偏移电压U通过R1、R2、R3产生在放大器V1的(+)输入端。
当例如电压U在线圈13、23、33接近而迅速地下降时，(+)输入端的电压即刻下降到(-)输入端的电压以下，于是产生切换信号Us直到(-)输入端的电压已调节到新的(平均)值。
电压U在线圈13、23、33接近时可上升或者也可下降。确切的行为取决于所使用的电路(图5、图7)和它实际的实现。
在时间t＝t1时另一设备的接近导致了低通滤波器65迄今的恒定电压的上述改变。这在图6中上部的图表中以电压U的一个突增来表示，电压U随后保持在更高的电平。因为电压U改变的数值可以相对地小，电压U自身不能被用于驱动阈值开关67，但是更适合于它的瞬时变化dU/dt。如中部的图表所示，电压的瞬时变化dU/dt在时间t＝t1之后立即有一个显著的极大值，它适合于进一步的处理。这个极大值超过了阈值开关67的响应阈值，响应阈值以水平虚线显示。这具有的结果是阈值开关67响应并产生下部图表中显示的方波脉冲。由于电压U上升的梯度有限以及阈值开关67进行信号处理所需要的时间，切换电压Us方波脉冲开始于时间t＝t1之后的极小的时间延迟。为进一步的处理，方波脉冲由测量单元46输出到起动器43。
图7显示依靠PLL电路的测量单元46的电路实现的第二实施例。其结构大体上与第一实施例相当。尽管如此，不同于测量单元46的第一实施例，第二振荡器62不是作为压控振荡器而是作为固定频率石英振荡器而被实现。第一振荡器60现在作为压控LC振荡器被实现。频率f1的调整在这里通过压敏电容而实现，压敏电容与线圈13、23一起确定第一振荡器60的频率f1。由于振荡器60和62的不同形式测量单元46的分离部件的线路被改变以实现低通滤波器65的输出端被连接到第一振荡器60的输入端。第二振荡器62不接收输入信号。改变的结构导致测量单元的第二实施例的下列操作。
使用类似已描述的第一实施例的控制机制，第一振荡器60的频率f1被调整到常数值，该值由第二振荡器62的频率f2和分频器61和63的分频因子N和M而被确定。通过因此选择的频率f2以及分频因子N和M，操作第一振荡器60不变地处于与检测模式中使用的发射频率相对应的频率f1是特别可能的。在另一设备10、20、30接近时，第一振荡器60的频率f1不因感应耦合阻抗而改变。然而，当另一设备10、20、30接近时，可检测的改变发生在电压U上，因为第一振荡器60借助于电压U而被重调，因此补偿了第一振荡器60的失谐。根据电压U对于起动器43的驱动信号以下述的方式被产生。
依照图2，测量单元46和通信元件12、22作为独立的电路部件而被实现。因此所需的在测量单元46与通信元件12、22之间接通线圈13、23的开关47必须为高电压和性能而设计。由于谐振中电压过冲，很高的RF电压，有时甚至在几百V的范围，可发生在线圈13、23上。所需的大信号稳定信号切换在某些情况下只可以用精巧而昂贵的电路而实现，取决于发射功率。在本发明的变体中，因此规定通信元件的末级通过对工作点、放大倍数和输出信号反馈的适当切换也被用作为第一振荡器60或第二振荡器62，末级最好被构成为晶体管电路。这样的末级已经趋向于根据相应的反馈来振荡。
测量单元46具有高响应度，因为甚至极小的相位改变也能被检测到。根据相应的测量单元46和线圈13、23的计算，甚至直到几米的大距离内其它设备10、20、30可被检测到。这使得，例如，将测量单元46用于销售商品的防盗成为可能。在这种情况下，规定使用由阈值开关67产生的切换电压Us来触发报警信号。销售商品可备以例如RF标签，RF标签具有不含芯片的振荡电路并典型地被设计使用8.2MHz的频率域。同样地，声磁标签也可被使用，典型的频率域于是低于60kHz。
通信元件与相应的同类通信元件自动地建立数据连接，当保持着只有当这样的相应通信元件的存在已被确定时才接通通信元件的基本思想时，上述的概念容许很多的实施例。因此，智能设备10、20、30的结构可以脱离这里描述的同时具有完全相同的功能。首先，所述的部件可被其它相应动作的部件或电路所替代。并且，智能设备和通信元件的分解，描述中选择的切换装置、测量器件和数据处理部件，是任意的且可以被不同地完成而不影响功能。具体地，起动器43、时间控制器45和测量单元46的功能可以完全地或部分地以设备10、20、30的中央处理器中的软件形式来实现。适当地，上述发明的简化的实现也是可能的。例如，在搜索模式中传输振荡器50中谐振频率的改变和因此规定电容器51的必要性可以被省略。
权利要求
1.一种为在智能设备之间建立数据连接的通信装置，包括作为执行非接触数据交换的传输振荡器(50)的一部分的线圈(13、23、33)，通信元件(12、22)，其连接到智能设备(10、20、30)的线圈(13、23、33)和数据处理部件(11、21)，并通过线圈(13、23、33)发射搜索信号来接收来自另一智能设备(10、20、30)的响应，测量器件(14、24)，用于监控传输振荡器(50)的特性，当确定被监控特性的改变时输出控制信号，以及切换装置(15、25)，其连接到测量器件(14、24)和通信元件(12、22)并当接收到来自测量器件(14、24)的控制信号时接通通信元件(12、22)。
2.如权利要求1的通信装置，其特征在于组件(52)通过开关(47)可切换到传输振荡器(50)，所述组件导致振荡电路(50)带宽的增加。
3.如权利要求2的通信装置，其特征在于组件(52)是电阻元件。
4.如权利要求1的通信装置，其特征在于组件(51)通过开关(47)可切换到传输振荡器(50)，所述组件导致传输振荡器(50)谐振频率的改变。
5.如权利要求4的通信装置，其特征在于组件(51)导致谐振频率的减小。
6.如权利要求4的通信装置，其特征在于组件(51)包含电容器。
7.如权利要求1的通信装置，其特征在于测量器件(14)的测量频率在预定的频率域内是可扫描的。
8.如权利要求1的通信装置，其特征在于切换装置(15、25)具有用于周期性地接通和切断测量器件(14、24)的时间控制器(45)。
9.如权利要求8的通信装置，其特征在于时间控制器(45)保持测量器件(14、24)的接通状态短于切断状态。
10.如权利要求8的通信装置，其特征在于测量器件(14、24)存储在周期性的接通阶段获得的测量值。
11.如权利要求8的通信装置，其特征在于当测量值偏离之前接通阶段存储的测量值的平均值时测量器件(14、24)向切换装置(15、25)发射控制信号。
12.如权利要求8的通信装置，其特征在于当智能设备(10、20、30)被接通时通信元件(12、22)初始地接通而测量器件(14、24)切断。
13.如权利要求1的通信装置，其特征在于测量器件(14、24)具有至少临时地与线圈(13、23、33)耦合用于产生第一振荡信号的第一振荡器器件(60)和用于产生第二振荡信号的第二振荡器器件(62)。
14.如权利要求13的通信装置，其特征在于测量器件(14、24)具有电路元件(64、65、66、67)，所述电路元件(64、65、66、67)用于根据第一和第二振荡信号或源自其中的信号为切换装置(15、25)产生控制信号。
15.一种用于接通被设计来使用线圈(13、23、33)的通信元件的方法，所述线圈(13、23、33)是传输振荡器(50)的一部分，用于与同样具有通信元件(12、22)和线圈(13、23、33)的智能设备(10、20、30)自动地建立数据连接，所述方法包括下列步骤依靠测量器件(14、24)监控传输振荡器(50)的参数，在被监控特性的改变发生时产生控制信号，因控制信号由切换装置(15、25)接通通信元件(12、22)。
16.如权利要求15的方法，其特征在于测量单元(46)的测量频率在对特性的监控期间在给定的频率域内被扫描。
全文摘要
本发明涉及一种为在两个智能设备(10、20、30)之间自动地建立数据连接的通信装置。所述装置包含作为传输振荡器(50)的一部分用于执行非接触数据交换的线圈(13、23、33)、被连接到线圈(13、23、33)和智能设备(10、20、30)的数据处理组件(11、21)并通过线圈(13、23、33)发射搜索信号来接收来自另一个智能设备(10、20、30)的响应的通信元件(12、22)、用于监控传输振荡器(50)的特性且当确定被监控特性的变化时输出控制信号的测量装置(14、24)、以及被连接到测量装置(14、24)和通信元件(12、22)并当接收到来自测量装置(14、24)的控制信号时接通通信元件(12、22)的切换装置(15，25)。
文档编号G06K7/00GK1849756SQ200480025914
公开日2006年10月18日 申请日期2004年7月29日 优先权日2003年7月30日
发明者克劳斯·芬肯泽勒 申请人:德国捷德有限公司