传输ask信号的电子电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及将ASK信号从第一侧传输到第二侧的电子电路和方法。除数据外，还传输能量。
【背景技术】
[0002]基于发送器侧(一般指上级单元)和传感器侧(一般指消耗装置)之间的信号传输，说明本发明针对的问题。然而，本发明可用在需要传输数据和能量的其他系统中。
[0003]通常，电缆附接到发送器，用于与传感器连接。与传感器的电缆连接通常经插入连接，例如，经电流解耦的接口，特别是感应接口发生。用这种方式，能无接触地传输电信号。电流隔离导致有关防腐蚀、电位隔离、防止插头的机械磨损等等的优点。本申请人以商标“Memosens”出售这种系统。
[0004]必须将待传送的信号，即数据(“信息”)转换成用于传输的适当格式。就这一点而言，由该数据改变所谓的载波信号。该过程称为“调制”。相反的过程，由此从载波信号滤波出该数据称为“解调”。
[0005]通过使用两种状态的矩形信号，以最简单的情形，发生数字信号的二进制传输。在这种情况下，在两个振幅、频率或相位之间发生切换。本发明涉及使用振幅调制。在数字信号的传输中，称为键控，而不是调制，在该意义上，本发明涉及ASK或幅移键控。
[0006]所述的感应接口通常实施为具有例如相互插接的两个线圈的系统。通常，传输数据(双向)以及能量(从发送器侧到传感器侧)。在这种情况下，能量必须足够大以便为所连接的传感器提供足够的能量，使得确保持久测量操作。
[0007]这种无接触能量和数据传输的挑战首先在于工业环境的恶劣操作和环境条件。因为环境条件(温度、湿度等等)，部件的公差(线圈的电感的公差等等)尤其大。例如，如果组件被设计用于消毒医疗器械的典型的温度(通常高于120°C )，那么这意味着例如线圈在高温下经受相当大改变的电感值。
[0008]关于公差的担忧尤其涉及耦合变压器，其使发送器侧的线圈与传感器侧的线圈感应耦合，或者由这两个耦合线圈形成变压器。在该耦合系统中，两个伙伴线圈的机械配对与通常的变压器的情形相比公差较不精确。换句话说，该无接触能量和数据传输系统具有感应耦合的非常大的偏差，尤其是电感值的大偏差。
[0009]工业环境的另一挑战具有功率限制，尤其是在防爆要求的情况下。防爆要求是指例如将功率限定到1mW以下。
[0010]此外，必须确保无损坏地传输数据。两种影响必须被考虑为数据信号的损坏的错误源。
[0011]一方面，部件的非一致性会导致损坏的传输。例如，如果相对于标称频率，发送器侧的线圈的电感值失调，则因为除其他之外，由线圈形成的谐振器电路失调，为数据信号产生显著较高或显著较低的信号电平，即尤其是电压电平。在一种情况下，存在发送器侧尝试在供电线上取回比可用更多的功率的风险。在太低信号电平的情况下，所传送的能量不足以可靠地操作传感器侧。
[0012]另一方面，施加在发送器侧和传感器侧上的交变信号的振幅可能受传感器的负荷跳变的影响。由此，对于传感器短时间内有增加的功率需求的情形，导致所产生的信号电平的跳变被不正确地解释为通信信号的风险。
【发明内容】
[0013]因此，本发明的目的是为连接到上级单元的消耗装置可靠地提供能量，同时保护数据通信。
[0014]由一种电子电路实现该目的。该电子电路经ASK信号，在具有第一接口的第一侧和具有与第一接口对应的第二接口的第二侧之间传输数据和能量。在这种情况下，第一侧对应于上级单元侧，例如发送器，第二侧对应于消耗装置侧，例如传感器。第一接口和第二接口被实施用于传输数据和能量，并且第一接口和第二接口被实施为电流分隔接口，尤其是感应接口。电子电路进一步包括:转换设备，用于将数据，尤其是数字数据信号，转换成模拟所需信号；载波源，用于产生具有载波频率的载波信号；谐振器电路，用于使载波信号与所需信号合并来形成具有振幅的ASK信号，其中，谐振器电路被实施为被载波信号激发来执行周期性振荡，ASK信号包括所需信号和周期性振荡，其中，基本上，所需信号确定ASK信号的振幅。电子电路进一步包括用于测量ASK信号的功率的测量电路；以及被实施为使得控制ASK信号的传输的数据处理单元，其中，受控变量是ASK信号的测量功率，其中，操作变量是载波频率。
[0015]由此，传输恒定功率。这通过将载波频率用作操作变量来实现。如果测量功率用作受控变量，则可以补偿不可避免出现的接口的公差、接口相对于彼此的定位和环境的干扰。
[0016]在有利实施例中，数据处理单元实施为载波源。这节省空间。数据处理单元能承担多个任务，使得对另外的硬件部件的编程努力和需求保持低。例如，数据处理单元能承担控制和数据处理以及载波频率生成，并且通过计算确定功率值，例如，通过将数字变换的电压值与数字变换的电流值相乘。
[0017]优选地，数据处理单元在数据正被发送的同时暂停控制动作。在传输数据期间，无可靠功率测量是可能的。另外，以这种方式，能排除在进行通信期间，控制尝试导致不期望的振幅调制，这会被第二侧不正确地解释。
[0018]在有利实施例中，受控变量，功率的设定值是可变的。由此，例如，取决于操作模式，能将系统控制到另一功率。例如，操作模式、“存储器擦除”、“固件变更”等等会要求更高功率。
[0019]在优选的另一发展中，转换设备被实施为放大器，并且数据，尤其是数据信号，确定放大率。因此，例如，较大的放大率是指数字“1”，而较小的放大率是指数字“O”。线性放大器能用作该放大器。替代地，能提供D类放大器。并且，能使用在另一尚未公开的德国专利申请DE 10 2012 110 310中提到的放大器。
[0020]在替代的进一步的发展中，转换设备被实施为具有至少一个开关装置和能由该开关装置添加的至少一个阻抗的负荷调制电路。在这种情况下，数据，尤其是数据信号，确定开关装置的开关闭合。这表示相对简单的电路。在给定情况下，补充地提供放大器，其输送所需功率。
[0021]在两个替代方案的情况下，将传输的ASK信号的振幅利用所需信号线性地改变。经所需信号的变化，由此，可以实现要被用于ASK信号的传输的交流电压分量的电压变化。能利用该效果来通过振幅调制将数据调制到ASK信号上。
[0022]在有利的实施例中，谐振器电路包括至少一个桥接电路，包括半桥或全桥，尤其是四象限控制器；以及串联振荡电路，其中，串联振荡电路与桥接电路连接，并且其中，串联振荡电路对应于第一接口，其中，将所需信号和载波信号馈送到桥接电路。
[0023]在替代的实施例中，谐振器电路包括:至少一个具有输入和输出的并联振荡电路，其中，并联振荡电路对应于第一接口 ；以及开关装置，尤其是具有栅极连接、漏极连接和源极连接的晶体管，其中，将所需信号馈送到并联振荡电路的输入，其中，并联振荡电路的输出与漏极连接相连接，并且其中，栅极连接被馈送载波信号。
[0024]在另外的替代实施例中，谐振器电路包括:至少一个具有输入和输出的并联振荡电路；开关元件，尤其是具有栅极连接、漏极连接和源极连接的晶体管，以及串联振荡电路，其中，串联振荡电路对应于第一接口，其中，所需信号被馈送到并联振荡电路的输入，其中，并联振荡电路的输出与漏极连接相连接，其中，串联振荡电路使漏极连接与源极连接相连接，以及其中，栅极连接被馈送载波信号。
[0025]谐振器电路的所有所述实施例的共同点在于:通过改变载波频率，能改变施加在第一接口上的电压振幅，由此ASK信号的振幅，由此，能增加或降低传输到第二侧的功率。
[0026]本发明进一步涉及测量设备，包括根据上述实施例的一个的电子电路。
[0027]在实施例的有利形式中，测量设备包括上级单元，尤其是发送器，以及消耗装置，尤其是传感器，其中，上级单元经第一接口和第二接口与消耗装置连接。
[0028]进一步通过一种方法实现该目的。该方法适合于在第一侧和第二侧之间传输ASK信号，其中，ASK信号传输数据和能量。该方法包括下述步骤:转换数据，尤其是将数字数据信号转换成模拟所需信号；产生具有载波频率的载波信号；将载波信号与所需信号合并来形成具有振幅的ASK信号，其中，由载波信号产生周期性振荡，其中，ASK信号包括所需信号和周期性振荡，并且其中，基本上由所需信号确定ASK信号的振幅；并且传输ASK信号，其中，确定传输的功率并且控制ASK信号的传输，其中，受控变量是ASK信号的测量功率，并且其中，操作变量是载波频率。
[0029]如果将测量功率用作受控变量，可以补偿不可避免产生的接口的公差、接口相对于彼此的定位和环境的干扰。
[0030]在优选实施例中，由放大器产生所需信号，并且由数据，尤其是数据信号，预确定放大率。
[0031]在另一优选实施例中，由可切换负荷产生所需信号，并且由数据，尤其是数据信号，预确定该切换。
【附图说明】
[0032]现在，将基于附图，更详细地说明本发明，附图表示如下:
[0033]图1是应用本发明的电路的测量设备，
[0034]图2是本发明的电路的示意框图，
[0035]图3a是谐振器电路的第一实施例，
[0036]图3b是谐振器电路的第一实施例的变形，
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