专利名称：无接触的能量和数据传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种按照权利要求1前序部分所述的无接触的能量和数据传输系统。
这种类型的系统包含一个固定站和一个移动单元，例如智能卡，芯片钥匙等形式。固定站提供用于移动单元运行所必需的能量。此外，大部分都预先规定一个松耦合的线圈对，其中，每一个线圈被分配给移动单元和固定站中的谐振电路。一个高频信号用于能输。在移动单元中，这个高频信号被提供给一个整流器单元，也可能提供给一个它的一个附加连接的电压调整单元。移动单元从此得到的直流电压获得能量。这样的系统例如在识别系统、通路移动联锁设备、智能卡、特征标志的识别系统等中得到应用。
在这样一个具有无接触的能量传输系统中，如果主电路的传输频率与次电路的谐振频率一致，则具有最高的传输效率。主电路例如包含固定单元的谐振电路，次电路包含移动单元的谐振电路。由于器件的参数波动和外部耦合干扰影响，仅在器件参数与其他的最大感应总和的范围内，这个要求是可实现的。为了实现尽可能最佳的信号和能量传输，调整次电路是必要的。
德国专利说明书DE3810702C2说明了一个用于无接触的信号和能量传输设备，其中，固定站包含一可调谐的谐振电路，为了对移动单元的接收电路进行调谐，由一控制电路控制谐振电路，因而实现尽可能的最佳接收。固定站包含一个附加的谐振电路。由谐振电路截取的信号在相关的相位方面互相利用。由此，不独立控制连成一排的变容二极管，在其侧面，并联移动站的被调谐的谐振电路。
本发明的任务是给出一种无接触的能量和数据传输系统，其中，以尽可能比较简单的形式完成和实现了调整。
这个任务通过具有权利要求1特征的系统解决。
本发明的有利扩展在从属权利要求中给出。
通过预先规定连接到次电路的电容，以简单的方式根据尽可能的大量信号和能量传输可以调谐次电路。通过一个包含在移动单元中的调整电路可以自动实施调谐。例如在启动每一个系统情况下，在预置初始状态期间可以实施以上调谐。因此，在调谐时，也考虑目前的环境条件，通过环境条件，外部的干扰影响可以作用于主和次调谐电路间的耦合中。此外，器件的老化被自动补偿。这个调整可以在瞬时改变情况下进行，例如智能卡的确认、传输的预置初始状态，或近似情况。在一个集成控制电路中可以不用其他帮助实现待应用的器件，因此电路开支和费用开支相应地减少。
下面借助附图中介绍的图例详细说明本发明，它指出
图1适合本发明系统的移动单元的原理电路图，图2移动单元控制电路的原理电路图，图3图2的原理电路图的电路技术的实施形式。
图1中介绍的移动单元具有一个由一个电感1和电容2组成的并联谐振电路。在谐振电路1，2的接点3，4上连接了一个集成控制设备12。在接点3，4上截取的电压在集成电路12中被整流，使它变得平滑并且可能被调整。因此，集成电路12的用于供给的有效电压被使用。谐振电路1，2与一个固定(没有介绍)的谐振电路感应耦合。
电容器5，6，7借助开关装置8，9或10可并接于谐振电路1，2。开关能作为晶体管构成。开关装置8…10内控制单元11控制。在附加连接一个或多个电容5…7的情况下控制单元11用于改变谐振电路1，2的谐振频率，以致尽可能地实现对馈入到线圈1上的主电路的最佳调谐。此外，在谐振电路(接点3)上截取的电压馈入到控制单元中，因此如此实施控制，以致实现尽可能高的接收电平。
首先调谐电路的谐振频率这样调整，即进行粗调。通过使用具有相应质量的器件实现这个粗调，或者这样实现，即在一个测试设备中，通过并联一个或多个电路5…7已经实现一预调整，并且开关置位永久存储在例如控制设备12中的一个非易失的存储器中。通过图1中介绍的调整，然后可在每一个系统启动的情况下，进行自动的细调。此外，自动观测瞬间的工作条件，例如外部干扰影响和器件老化。
在图2中介绍了控制单元11的一个原理上的实现。在移动单元中调谐电路1的电感处的并联显示了简单描述的一个电容网络30，它具有通过控制线40的一定数目连接的电容。电容可能总是具有不同的或相同的电容值。数据线40由一个控制设备31如此控制，即存在一个尽可能的最佳的对电容的调谐。此外，电路具有一个实现微分取样保持检波器功能的设备。在输入端，调谐电路1上截取的电压被供给设备33，在输出端，设备33在接点41上产生一个符合谐振电路电压瞬时值的输出信号，并且在接点42上产生一个附加的时间移位的电压信号。输出端41，42和比较器34的输入端相连接。这个比较器可以确定调谐电路电压的瞬时值是否比前一时刻电压位高或低。比较器34的这个相关的输出信号储存在控制设备31中。控制设备31控制比较器34的扫描时间点和设备33的过描时间点。设备31可以通过算法被控制，为此借助一个微处理器提供一个软件支持实现。如图3中指出的，它也可借助计数器来实现。设备31的这种实现可能性是假设一个脉冲工作方式。这个脉冲例如通过一个比较器从调谐电路电压中得出并存储在设备31中。此外，预先规定一个设备35，它把预先给定的时间传递到控制设备31。如果例如超过一个由设备35确定的持续时间，那么中断控制过程。假如存在一个不能实现准确调谐的工作条件或假如存在有误差的功能单元，那么在运行预先给定的时间后终止调谐过程。因此系统已作了工作准备。另外禁止在正常工作期间，例如数据传输期间在改变耦合情况下开始调谐。否则这可能导致一个传输错误。
在图3中给出了一个在图2中介绍的原理电路的电路技术的实现。此外为相同的元件配备相同的基准信号。这里一个加法/减法计数器51被预定作为控制元件。它的输出端40形成用于控制电容网络30的控制线。如果控制线40和计数器51的二进制输出端相连，在网络30中包含的被并联到谐振电路的电容，关于它的电容值以适合的方法二进制分级。比较器34的输出端和计数器51的正向/反向计数输入端相连。在计数器51的输入端52上，可以储存一个清除信号。比较器32和计数器51的脉冲输入端相连。
在图3的具体实施例中，比较器34的正向输入端和一个取样保持网络50相连，在这个网络上，在输入端方向储存了调谐电路的电压信号。在比较器34的负向输入端直接地连接谐振电路电压。这时，在比较器34中，由取样保持网络50产生的峰值和瞬时的谐振电路电压比较。在调谐开始时，例如确定，比其取样时刻存在的最大失谐低的、通过取样保持网络50供给的值作为适宜瞬时值。然后比较器的输出端拥有一个逻辑“0”，通过它例如以指数形式诱发计数器51。此外通过控制线40如此改变电容网络30，即增加连接到线圈1的电容。如果超过谐振最大值，那么在比较器34正向输入端上的电平比在负向输入端上的电平高。然后比较器34的输出端换到逻辑“1”，因此，计数器向下计数。当比较器输出信号改变时，总是改变计数方向。因此通过最可能的耦合调整电容网络30。然后通过接点52可以暂停调谐过程。
谐振电路截取信号的至少二个时间移位的信号电平的相对求值，也因此可以交替地执行上面已介绍的过程。在调整期间，一个附加电容交替地与谐振电路接通和再分断。因此，由调谐电路给出具有不同电压幅值的信号，这些信号可以相应地互相利用。通过在附加电容的两个开关状态中的两个信号值的比较，可以明确地重新进行必要的调谐矫正措施。如果信号在连接了附加电容情况下比断开电容情况下高，那么为了矫正调谐必须连接另一个调谐电路，反之也一样。通过重复这个过程，最终实现了这一个调谐状态，其中，两个求值状态(包括和不包括连接附加电容)基本上在谐振电路上提供相同的输出信号。此外另一个调谐的矫正是这样实现的，把具有附加电容一半电容值的调谐电容接到谐振电路上。采取这种措施特别适合于如果本来设有一个调制电容，通过这种措施在载体上已调制的数字信号值传输到固定站。此外，这个调制电容器优先作为上面已介绍的附加电容应用。
权利要求
1.一个主移动站和一个次站之间的无接触的能量和数据传输系统，其中，一个站具有一个可调谐的谐振电路(1，2)，它由可集成的控制电路(12)控制，其特征在于，在移动站中，可集成的控制电路(12)具有多个借助开关装置(8，9，10)并联于谐振电路(1，2)的电容(5，6，7)，以及用于控制开关装置(8，9，10)的单元(11)，一个由移动站的谐振电路(1，2)截取的信号可供给单元(11)，为了调谐谐振电路(1，2)，依靠由谐振电路(1，2)截取的信号的至少二个时间移位的信号电平的相应求值可实现对开关装置(8，9，10)的控制。
2.按照权利要求1的系统，其特征在于，这个单元具有一个比较设备(34)，通过它可互相比较由谐振电路(1，2)截取的信号的至少两个时间移位的信号电平，并且与比较设备(34)的输出信号连接的控制设备(31，51)依靠此输出信号控制开关装置(8，9，10)。
3.按照权利要求2的系统，其特征在于，控制设备(31，51)包含一个加法/减法计数器，它可通过由谐振电路(1，2)截取的信号同步控制，它的加法/减法控制输入端可由比较设备(34)的输出信号控制，比较设备(34)是一个比较器，其可通过谐振电路截取的信号控制第一输入端(-)，并且通过引向取样保持网络(50)的、可由谐振电路(1，2)截取的信号控制第二输入端(+)。
全文摘要
无接触的能量和数据传输系统包括一个固定站和一个移动站。为了根据固定站的谐振频率调谐移动站的谐振电路(1,2),预先规定了多个并联于谐振电路的电容(5,6,7)。此外,系统的瞬间工作状态也参与调谐。此实现方式可容易地进行集成。
文档编号H04B5/00GK1170468SQ95196831
公开日1998年1月14日 申请日期1995年10月26日 优先权日1994年10月26日
发明者P·拉德维尔 申请人:西门子公司