专利名称：通信系统与通信装置的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种包括发送询问信号的询问器和响应询问信号返回应答信号的 (多个)应答器的通信系统与通信装置，更具体地讲，本公开涉及一种包括询问器和多个应答器的通信系统与通信装置，其中，询问器顺序地与各询问器进行通信，同时防止冲突错误。
背景技术：
诸如RFID的通信系统包括发送询问信号的询问器(interrogator)和响应询问信号返回应答信号的应答器(responder)。许多类型的通信系统执行非接触通信或者近程通信。应答器具有从询问信号获得驱动电能的低功耗和低成本的特性。通常，由于通信系统包括一个询问器和多个应答信号，因此希望询问器能够与多个询问器有效地进行通信。例如，当把具有层次结构的固有标识码和随机码写入IC标签，而且可能由于层0 的随机码的冲突而无法进行搜寻时，使用层1的随机码进行搜寻。曾建议过一种通过在每一层中进行搜寻来加速IC卡的搜寻的通信方法(例如，参见序号为2000-131423的日本未经审查的专利申请公开物)。而且，还建议过这样一种系统其中，应答器随机地改变发送时序，返回操作应答信号，按预定顺序存储在询问器所接收的操作应答信号中包括的标识码，当通信正常结束时把通信停止一段预定时间，正确地识别所有多个未指定的应答器，且降低应答器的操作应答信号互相冲突的可能性(例如，参见序号为6-201821的日本未经审查的专利申请公开物)。另外，还建议过这样一种通信方法其中，存储各应答器的固有标识码，询问器发送附有询问器希望与其通信的应答器的标识码的数据请求信号，以及其自身的标识码与所述标识码相匹配的应答器才对数据请求信号进行应答(例如，参见序号为63-5观6的日本未经审查的专利申请公开物、序号为1-314985的日本未经审查的专利申请公开物、以及序号为5，434，572的美国专利)。在包括一个询问器和多个应答器的通信系统中，考虑当询问器同时从所述多个应答器接收应答时，会出现冲突错误。当出现冲突错误时，询问器必须再次发送询问信号， 并且给出向应答器提供信息的请求。然而，这可能引发这样的问题通信效率可能恶化，询问器可能不从应答器获取所需的信息。而且，应答器必须处于待命状态(standby state)，以对来自询问器的询问信号进行应答。当应答器处于待命状态时，应答器消耗电能。因此，应答器可能会成为热生成的缘由，或者成为其余应答器的噪音源。当应答器被配备有诸如温度传感器的测量机构时，由于应答器所生成的热或者噪音，可能不能获取正确的传感器信息。当把询问器配置为发送针对单个应答器的询问信号时，可以防止冲突错误。然而， 在这一情况下，应答器必须包括能够理解来自询问器的询问(执行译码)的接收电路的功能。为此，可能会增大应答器的尺寸，从而可能导致功耗的增加以及成本的提高。
发明内容
希望提供这样一种通信系统与通信装置包括一个询问器和多个应答器，且当询问器从所述多个应答器同时接收应答时，很好地防止冲突错误的出现。根据本公开的实施例，提供了一种通信系统，该通信系统包括询问器，其在切换载波频率的同时发送询问信号，且接收应答信号；以及多个应答器，每一应答器具有固有共振频率，并且响应具有其自身共振频率的询问信号，返回应答信号。此处所描述的“系统”指的是其中把多个装置(或者实现特定功能的功能模块)逻辑地集成的系统。可以或可以不把各装置或者功能模块安置在单一的外壳中。在根据本公开的实施例的通信系统中，询问器可以把询问信号从电能馈送电极发送到用作通信媒介的人体，并且使用电能馈送电极、经由人体接收所述应答信号。所述多个应答器每个包括从人体获取生物信息的传感器，使用电能接收电极接收经由人体发送的具有自身共振频率的询问信号，以及从电能接收电极向人体发送其中叠加了传感器获取的生物信息的应答信号。根据本公开的另一实施例，提供了一种通信装置，该通信装置包括振荡单元，切换振荡频率；收发器，把具有振荡单元中所振荡的频率的询问信号发送到通信媒介，并且从通信媒介接收应答信号；以及解调单元，解调所接收的应答信号。在改变振荡单元中所振荡的频率的同时，发送询问信号并接收应答信号。在根据本公开的实施例的通信装置中，可以通过与作为通信媒介的人体相接触的电能馈送电极来配置收发器。根据本公开的另一实施例，提供了一种通信装置，该通信装置包括收发器，经由通信媒介发送和接收信号；电能接收单元，对具有固有频率询问信号共振；以及发送单元， 响应所接收的询问信号生成其中叠加了发送信息的应答信号。在根据本公开的实施例的通信装置中，可以通过与作为通信媒介的人体相接触的电能接收电极来配置所述收发器。在根据本公开的实施例的通信装置中，电能接收单元可以对具有固有频率询问信号共振，生成恒压电能，以及当恒压电能具有足以驱动至少一部分电路的接收电压时操作发送单元发送应答信号。在根据本公开的实施例的通信装置中，可以通过与作为通信媒介的人体相接触的电能接收电极来配置所述收发器。所述通信装置还可以包括从人体获取生物信息的传感器功能单元。发送单元可以响应所接收的询问信号，生成其中叠加了发送信息的应答信号。在根据本公开的实施例的通信装置中，发送单元可以响应由固有频率的非调制载波形成的询问信号，发送经历了基于来自收发器的发送信息的负载调制的应答信号。在根据本公开的实施例的通信装置中，电能接收单元可以包括时钟生成电路，该时钟生成电路根据由固有载波形成的询问信号，生成发送单元或者另一电路的数字操作所需的时钟。根据本公开的所述实施例，能够提供一种包括一个询问器和多个应答器的通信系统与通信装置，且当询问器从所述多个应答器同时接收应答时，很好地防止冲突错误的出现。
根据本公开的所述实施例，向每一应答器的电能接收电路分配固有共振频率。因此，通过发送具有询问器希望向其询问的应答器的固有振荡频率的询问信号，可以仅把询问信号馈送到被调谐至振荡频率的特定的应答器，可以接收应答信号，从而能够获得信息。 由于可以通过适当地切换振荡频率从所述多个应答器逐一顺序地获取信息，所以能够防止因冲突错误而导致的通信效率的恶化。根据本公开的所述实施例，当所接收的电压达到预定值时，每一应答器均自动地操作发送电路且发送应答信号。仅当每一应答器接收到具有电能接收电路被调谐至的固有振荡频率的询问信号时，每一应答器操作发送电路。因此，由于应答器可能不通常处于待命状态，所以能够防止不必要的噪音出现、热生成、以及功耗。根据本公开的所述实施例，仅当每一应答器接收到具有固有振荡频率的询问信号时，每一应答器才操作发送电路。换句话说，由于不必提供理解来自询问器的询问(进行译码)的接收电路的功能，所以能够维持小尺寸的装置，从而实现低功耗和低成本。根据本公开的所述实施例，人体的通信适用于根据本公开的实施例的通信系统。 在这一情况下，当把所述多个应答器安置在人体的相应部位、以便相应电能接收电极与人体相接触时，询问器可以从与人体相接触的电能馈送电极获取来自相应应答器的应答信号。例如，当每一应答器具有获取生物信息的传感器功能时，询问器可以从各应答器获取人体各部位的生物信息，而且，通过在切换振荡频率的同时发送询问信号，可防止冲突错误。 另外，仅当每一应答器接收到具有固有振荡频率的询问信号时，每一应答器才操作发送电路。因此，由于在除其中操作发送电路的时间段之外的时间段期间不会出现不必要的噪音， 所以能够从弱传感器信号获取生物信号，而不受到来自其余应答器的噪音影响。通过基于下述实施例和附图的详细描述，本公开的实施例的其它目的、特性以及优点将变得十分明显。
图1是示意性地例示了根据本公开的实施例的通信系统的配置的实例的图。图2是示意性地例示了询问器的配置的实例的图。图3是示意性地例示了应答器的配置的实例的图。图4是示意性地例示了修改的实例的图3中所示的应答器的图。图5是例示了图3中所示的应答器的接收单元的配置的实例的图。
具体实施例方式以下，将参照附图详细描述本公开的实施例。图1是示意性地例示了根据本公开的实施例的通信系统的配置的实例的图。人体的通信适用于图中所例示的通信系统10。把多个应答器12-1、12-2等安置在人体的相应部位，并且，例如，把询问器11握在他或她的手掌中。应答器12-1、12-2等具有基本相同的配置。然而，根据本公开的宗旨，可以不把询问器11和应答器12-1、12-2等安置在特定的位置上。可以向应答器12-1、12_2等的每个的电能接收电路分配固有共振频率。另外，询问器11使用人体作为媒介发送具有询问器11希望询问的应答器12-1、12-2等的每个的固有振荡频率的应答信号。于是，把电能仅馈送给在应答器12-1、12_2等中的被调谐至振荡频率的应答器。当所接收的电压达到预定值时，应答器12-1、12-2等每个自动地操作发送电路，并且使用人体作为媒介发送应答信号。因此，询问器11切换振荡频率，并且从所述多个应答器12-1、12-2等逐一顺序地获取信息，从而防止了因冲突错误导致的通信效率的恶化。仅当接收到具有电能接收电路调被调谐至的固有振荡频率的询问信号时，应答器 12-1、12-2等每个才操作发送电路。因此，应答器可不必通常处于待命状态。于是，应答器 12-1,12-2等每个能够防止不必要的热生成或者功耗。当其它应答器操作发送电路时，所述应答器本身不操作发送电路。因此，应答器12-1、12-2等不会成为互相的不必要的噪音生成源。仅当接收到具有固有振荡频率的询问信号时，应答器12-1、12-2等才操作发送电路，并且向询问器11返回应答信号。而且，不必提供理解来自询问器11的询问(执行译码过程)的接收电路的功能。因此，由于能够维持小尺寸的装置，所以可以实现低功耗和低成本。在图1中所示的通信系统10中，应答器12-1、12_2等每个具有获取生物信息的传感器功能，从而被配置为发送具有生物信息的应答信号。例如，把传感器功能配置为获取人体的心率作为生物信息。因此，询问器11可以从各应答器获取有关人体的每一部位的生物信息，同时通过切换振荡频率和发送询问信号来防止冲突错误。此处，应答器12-1、12_2等每个包括被配置以从弱传感器信号获取生物信息的传感器电极。仅当接收到具有固有振荡频率的询问信号时，应答器12-1、12_2等每个才操作发送电路。换句话说，当其它应答器操作发送电路时，所述应答器本身不操作发送电路。另外，在其中应答器12-1、12-2等不变为互相的不必要的噪音生成源的其它时间段期间，不会出现不必要的噪音。因此，每一应答器可以从弱传感器信号获取生物信息，而不接收来自其余应答器的噪音影响。图2是示意性地例示了询问器11的配置的实例的图。所例示的询问器11包括控制单元21、振荡单元22、放大单元23、电能馈送电极24、以及解调单元25。控制单元21不仅与诸如除询问器11之外的应答器12-1、12_2等中的每一应答器的外部设备交换信息，而且还控制询问器11的所有操作。振荡单元22具有切换振荡频率的功能，且根据来自控制单元21的指令，生成具有特定频率的交流信号。此处，所述特定频率为把应答器12-1、12-2等中的每一应答器的接收电路调谐至的共振频率。放大单元23适当地放大从振荡单元22输出的交流信号，然后将其提供到电能馈送电极对。由于电能馈送电极M与诸如手掌的作为通信媒介的人体相接触，所以所提供的交流信号被发送到人体作为由非调制载波所形成的询问信号，然后到达应答器12-1、12-2 等中的每一应答器。具有被调谐至询问器11所发送的非调制载波的频率的接收电路的多个应答器 12-1、12-2等，根据非调制载波生成电能。然而，当这些设备使用这一电能操作发送电路时， 发送电路生成其中把信息(例如，诸如心率的生物信息)叠加在非调制载波上的应答信号， 并且使用人体作为媒介，发送该应答信号。当询问器11的电能馈送电极M接收到应答信号时，解调单元25提取叠加在应答
6信号中的信息。当控制单元21断定完全从应答器获取到诸如生物信息的信息时，控制单元 21指示振荡单元22执行振荡频率的切换，以从其余应答器获取该信息。使用人体作为媒介从电能馈送电极M顺序地发送由其它频率的非调制载波所形成的询问信号。图3是示意性地例示了应答器12的配置的实例的图。所例示的应答器12具有获取生物信息的传感器功能。在图1中所示的通信系统中，安置在人体各部位的应答器12-1、 12-2等基本具有相同的配置，除了每一应答器可以向接收电路分配固有共振频率以外。所例示的应答器12包括电能接收电极31、电能接收单元32、控制单元33、发送单元34、传感器电极35、低带通滤波器(LPF)36、放大单元37、模拟/数字切换电路(ADC) 38、 以及调制单元39。由于电能接收电极31与用作通信媒介的人体的预定部位相接触，所以电能接收电极31能够使用人体作为媒介接收从询问器11发送的具有特定频率的非调制载波。电能接收单元32包括针对电能接收电极31所接收的信号、按应答器12固有的频率共振的共振电路(图3中未示出)；根据共振电路的输出，生成恒压的电能；检测所述恒压是否为足以驱动应答器12的接收电压；以及输出电能检测信号。仅当接收到特定频率时，应答器12才可以返回应答信号。因此，特定频率的非调制载波充当了询问信号的角色。控制单元33控制应答器12的所有操作。当控制单元33从电能接收单元32接收到电能检测信号时，控制单元33给出获取生物信息并且发送所获取的生物信息叠加在其中的应答信号的指令。由于传感器电极35与人体的预定部位相接触，所以传感器电极35能够检测心率等，并且输出传感器信号。低带通滤波器36从传感器信号提取必要的频带的分量(去除不必要的分量)，放大单元37适当地放大传感器信号，ADC 38对传感器信号进行取样和量化， 以生成数字生物信息。当发送单元34从控制单元33接收到发送应答信号的指令时，发送单元34根据预定格式对从ADC 38所获取的生物信息进行数字调制。调制单元39根据经历了数字调制的发送信息对电能接收电极31所接收的非调制载波进行调制。把所调制的载波作为应答信号从电能接收电极31发送到用作通信媒介的人体。在图3中所示的例子中，调制单元39把电能接收电极31端子的状态切换为开放 (open)或者接地状态，并且改变负载。这一调制方法为用于无源(passive)通信中的一种调制方法，也称为负载调制。由于不需要应答器12本身发送载波，所以能够最小化、低成本、以及低功耗地配置所述设备。图4是例示了图3中所示的应答器12的修改的实例的图。所例示的应答器12包括电能接收电极41、电能接收单元42、控制单元43、发送单元44、低带通滤波器(LPF)46、放大单元47、模拟/数字切换电路(ADC)48、以及调制单元49。电能接收电极41具有与图3 中所示的配置不同的配置，不同之处在于，电能接收电极41也用作传感器电极。由于电能接收电极41与用作通信媒介的人体的预定部位相接触，所以电能接收电极41使用人体作为媒介，从询问器11接收非调制载波。电能接收单元42包括按应答器12固有的频率共振的共振电路(图4中未示出)， 且该共振电路在所接收的具有固有频率的信号中共振，并且生成恒压的电能。当电能接收单元42获得足够的接收电压时，电能接收单元42输出电能检测信号。
电能接收电极41检测心率等，并且输出传感器信号。低带通滤波器46从传感器信号提取必要频带的分量(去除不必要的分量)，放大单元47适当地放大传感器信号，ADC 48对传感器信号进行取样和量化，以生成数字生物信息。当发送单元44从控制单元43接收到发送应答信号的指令时，发送单元44根据预定格式对从ADC 48所获取的生物信息进行数字调制。调制单元49根据经历了数字调制的发送信息对电能接收电极41所接收的非调制载波进行负载调制。把所调制的载波作为应答信号从电能接收电极41发送到用作通信媒介的人体。图5是例示了图3中所示的应答器12的电能接收单元32(图4中所示的应答器 12的电能接收单元42)的配置的实例的图。所例示的电能接收单元32包括共振电路51、 整流平滑(rectification smoothing)电路52、恒压电路53、电能检测电路Μ、以及时钟生成电路阳。例如，共振电路51包括LC电路，并且被配置为按应答器12固有的频率共振。整流平滑电路52对共振电路51的输出信号进行整流和平滑。作为整流方法，包括半波整流和全波整流。可以通过降低所整流的输出信号的波动量(ripple content)，来平滑输出信号。恒压电路53维持来自整流平滑电路52的输入电压，以使其恒定。当电能检测电路M检测到恒压电路53的输出电压从小于预定电压的值，达到等于或者大于预定电压的电压时，电能检测电路M向控制单元33输出电能检测信号。例如，当检测到电能检测信号时，作为电能检测信号，输出具有恒定宽度的脉冲。所述预定电压为足以驱动应答器12的每一电路的电压。控制单元33响应电能检测信号来给出获取生物信息和发送应答信号的指令。恒压电路53的输出变为用于驱动每一电路的电能。时钟生成电路55根据电能接收电极31所接收的非调制载波，生成所需的时钟，作为数字操作。例如，可以通过把非调制载波的平均值设置为阈值，并且数字化所述信号，来生成所述时钟。所生成的时钟用于控制单元33或者发送单元34的数字电路的操作。本公开包含与2010年7月14日向日本专利局提出的日本优先权专利申请JP 2010-159986中所公开的主题相关的主题，特将其全部内容并入此处，以作参考。本领域技术人员将会意识到可以依据设计要求以及其它因素，对本公开进行多方面的修改、组合、局部组合以及变动，只要这些修改、组合、局部组合以及变动处于所附权利要求或者其等效要求的范围内即可。
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权利要求
1.一种通信系统，包含询问器，其在切换载波频率的同时发送询问信号，且接收应答信号；以及多个应答器，每一应答器具有固有共振频率，并且响应具有其自身共振频率的询问信号，返回应答信号。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述询问器把询问信号从电能馈送电极发送到用作通信媒介的人体，并且使用电能馈送电极、经由人体接收所述应答信号，以及其中，所述多个应答器每个包括从人体获取生物信息的传感器，使用电能接收电极接收经由人体发送的具有自身共振频率的询问信号，以及从电能接收电极向人体发送其中叠加了传感器获取的生物信息的应答信号。
3.一种通信装置，包含 振荡单元，切换振荡频率；收发器，把具有振荡单元中所振荡的频率的询问信号发送到通信媒介，并且从通信媒介接收应答信号；以及解调单元，解调所接收的应答信号，其中，在改变振荡单元中所振荡的频率的同时，发送询问信号并接收应答信号。
4.根据权利要求3所述的通信装置，其中，通过与作为通信媒介的人体相接触的电能馈送电极来配置所述收发器。
5.一种通信装置，包含收发器，经由通信媒介发送和接收信号；电能接收单元，对具有固有频率询问信号共振；以及发送单元，响应所接收的询问信号生成其中叠加了发送信息的应答信号。
6.根据权利要求5所述的通信装置，其中，通过与作为通信媒介的人体相接触的电能接收电极来配置所述收发器。
7.根据权利要求5所述的通信装置，其中，所述电能接收单元对具有固有频率询问信号共振，生成恒压电能，以及当恒压电能具有足以驱动至少一部分电路的接收电压时操作发送单元发送应答信号。
8.根据权利要求5所述的通信装置，其中，通过与作为通信媒介的人体相接触的电能接收电极来配置所述收发器， 其中，所述通信装置还包括从人体获取生物信息的传感器功能单元，以及其中，所述发送单元响应所接收的询问信号，生成其中叠加了发送信息的应答信号。
9.根据权利要求5所述的通信装置，其中，所述发送单元响应由固有频率的非调制载波形成的询问信号，发送经历了基于来自收发器的发送信息的负载调制的应答信号。
10.根据权利要求5所述的通信装置，其中，电能接收单元包括时钟生成电路，该时钟生成电路根据由固有载波形成的询问信号，生成发送单元或者另一电路的数字操作所需的时钟。
全文摘要
本发明提出一种通信系统和通信装置，所述通信系统包括询问器，其在切换载波频率的同时发送询问信号，且接收应答信号；以及多个应答器，每一应答器具有固有共振频率，并且响应具有其自身共振频率的询问信号，返回应答信号。
文档编号H04B5/00GK102340356SQ20111018911
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月7日 优先权日2010年7月14日
发明者井野浩幸 申请人:索尼公司