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本申請(qǐng)?jiān)诿绹?guó)法典第35篇第119(e)條下要求2014年7月30日申請(qǐng)的美國(guó)第62/031,077號(hào)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

背景技術(shù)：

在無(wú)線動(dòng)力傳輸領(lǐng)域，電感耦合已經(jīng)被用于在不進(jìn)行電接觸的情況下向裝置提供動(dòng)力并與之通信。該技術(shù)已經(jīng)被用于例如植入醫(yī)療裝置。使用這種技術(shù)的系統(tǒng)具有作為動(dòng)力發(fā)送器的外部單元和作為動(dòng)力接收器的植入到病人體內(nèi)的醫(yī)療裝置。線圈驅(qū)動(dòng)器向外部單元中的初級(jí)線圈提供ac信號(hào)，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。動(dòng)力發(fā)送器靠近病人的身體放置，從而使磁場(chǎng)在植入的醫(yī)療裝置中的次級(jí)線圈上感生電流。植入物中的動(dòng)力管理單元可以使用次級(jí)線圈上所感生的電流給電池充電或者直接操作植入的醫(yī)療裝置。為了提供線圈之間的通信，次級(jí)線圈上的動(dòng)力信號(hào)通過(guò)調(diào)制器進(jìn)行負(fù)載調(diào)制。該調(diào)制被連接到初級(jí)線圈的解調(diào)器撿取。系統(tǒng)使用這種方法能同時(shí)地在單個(gè)感應(yīng)鏈路上進(jìn)行通信和傳輸動(dòng)力。

在這些感應(yīng)動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)中，線圈易受寄生電容和寄生電導(dǎo)的影響。具體地，在當(dāng)外部單元被處理或者當(dāng)所述外部單元靠近目標(biāo)植入物放置時(shí)與植入的醫(yī)療裝置一起頻繁出現(xiàn)的情況的下，靠近線圈的組織的出現(xiàn)可能引起寄生變化。這些寄生變化會(huì)改變線圈之間的感應(yīng)鏈路、降低動(dòng)力傳輸?shù)男驶蛘吒蓴_數(shù)據(jù)通信。為了解決由于寄生變化導(dǎo)致的感應(yīng)鏈路的操作中的變化，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)已經(jīng)使用頻移或主動(dòng)重新調(diào)諧。參見(jiàn)troyk,美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?,179,511；美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?,190,153中的方案。這些方案可以解決寄生變化，但是在非常固定的頻率下妨礙了系統(tǒng)操作。出于調(diào)整的原因，一些兼容技術(shù)(例如iso/iec18092下規(guī)定的近場(chǎng)通信)的使用需要在非常固定的頻率下操作。

感應(yīng)動(dòng)力傳輸與通信系統(tǒng)中的線圈通常與大電流和/或電壓一起操作。因此，應(yīng)用到這些線圈的調(diào)制元件和解調(diào)元件需要能夠處理大電流、大電壓或者能夠同時(shí)處理這兩者。通常這會(huì)增加用于調(diào)制動(dòng)力信號(hào)的部件的尺寸并提高該部件上的應(yīng)力水平，并且需要解調(diào)器負(fù)擔(dān)大的輸入信號(hào)。這會(huì)增加裝置的重量和成本，并且降低裝置的壽命。

因此，存在對(duì)于感應(yīng)動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)需要，其對(duì)外部引入的寄生變化具有抵抗性或免疫性，并且以對(duì)調(diào)制和解調(diào)組件具有較低的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種感應(yīng)式無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)包括用于線圈中的一個(gè)的靜電屏蔽件。靜電屏蔽件與線圈電感耦合并且被配置為開(kāi)路。一個(gè)或多個(gè)信號(hào)處理元件，特別是調(diào)制器或者解調(diào)器，橫跨靜電屏蔽件中的電中斷連接。因?yàn)樵撿o電屏蔽件電感耦合到線圈，所以調(diào)制器或者解調(diào)器可以對(duì)線圈上的信號(hào)進(jìn)行操作。

附圖說(shuō)明

圖1a示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的線圈和防護(hù)罩；

圖1b-1f示出圖1a中的所述示例性實(shí)施例的線圈和防護(hù)罩的側(cè)視圖；

圖1g示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的線圈和防護(hù)罩；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的框圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的具有上行鏈路通信的無(wú)線動(dòng)力傳輸系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的視圖；

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的線圈和防護(hù)罩的一個(gè)示例性實(shí)施例；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的線圈和防護(hù)罩的一個(gè)示例性實(shí)施例；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的視圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的視圖；

圖8為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；

圖9為使用根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的視圖；

圖10為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；

圖11為解調(diào)器的一個(gè)示例性實(shí)施例的視圖；

圖12為顯示根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)線圈之間的通信方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖；

圖13為顯示根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)線圈之間的通信方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖；

圖14為顯示根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)線圈之間的通信方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖；以及

圖15為顯示根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)線圈之間的通信方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

在該詳細(xì)說(shuō)明書(shū)、下文的權(quán)利要求和附圖中參考本發(fā)明實(shí)施例的特定特征(包括方法步驟)。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)中的發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容包括這些特定特征的所有可能的組合。例如，在本發(fā)明的特定方面或?qū)嵤├蛱囟?quán)利要求的環(huán)境中公開(kāi)特定特征，該特征還可以在可能的范圍內(nèi)與本發(fā)明的其它特定實(shí)施例組合使用和/或用在本發(fā)明的其它特定實(shí)施例的環(huán)境中以及基本用在本發(fā)明中。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的線圈和防護(hù)罩的一個(gè)示例性實(shí)施例。初級(jí)線圈101被線圈保護(hù)件102環(huán)繞。初級(jí)線圈101和線圈保護(hù)件102沒(méi)有電接觸?？梢栽诔跫?jí)線圈101和線圈保護(hù)件102之間放置絕緣體，并且線圈保護(hù)件102和/或初級(jí)線圈101可以被電絕緣。線圈保護(hù)件102是初級(jí)線圈101的靜電屏蔽件，所述靜電屏蔽件保護(hù)初級(jí)線圈101免于受到外部寄生效應(yīng)。因?yàn)殪o電屏蔽件102被構(gòu)造為與初級(jí)線圈101軸向?qū)?zhǔn)的緊密配合的導(dǎo)電護(hù)套，當(dāng)初級(jí)線圈101產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，所述靜電屏蔽件與初級(jí)線圈101電感耦合。初級(jí)線圈101與靜電屏蔽件102類(lèi)似于變壓器有效地操作，并且靜電屏蔽件102為單匝次級(jí)線圈。如果靜電屏蔽件102完全環(huán)繞線圈101，那么所述靜電屏蔽件將用作短路線匝(shortedturn)、消耗能量并改變初級(jí)線圈101與目標(biāo)線圈之間的感應(yīng)鏈路的操作。為了避免這種情況，靜電屏蔽件102具有延伸靜電屏蔽件102的軸向長(zhǎng)度的間隙103，間隙103可防止電流循環(huán)。靜電屏蔽件102被構(gòu)造為開(kāi)路，其中間隙103是導(dǎo)電中斷的。在靜電屏蔽件102的保護(hù)中，間隙103不必一定是一個(gè)間隙，它僅需要是可防止感生電流在靜電屏蔽件102中循環(huán)的導(dǎo)電中斷裝置即可。盡管靜電屏蔽件102保護(hù)初級(jí)線圈101免于受到寄生變化，但是靜電屏蔽件102與初級(jí)線圈101之間的耦合導(dǎo)致靜電屏蔽件102的阻抗變化，以在初級(jí)線圈101的阻抗中顯示為有效變化。

為了橫跨初級(jí)線圈101連接電部件，在線圈的相對(duì)端部處設(shè)置連接。為了橫跨靜電屏蔽件102連接電部件，在間隙103的相對(duì)側(cè)111和112處設(shè)置連接。靜電屏蔽件也可以通過(guò)連接到與間隙103基本相對(duì)的點(diǎn)113而在中心處被分接。靜電屏蔽件可以被構(gòu)造為平衡結(jié)構(gòu)或者不平衡結(jié)構(gòu)。對(duì)于平衡結(jié)構(gòu)，靜電屏蔽件可以在中心分接點(diǎn)113處接地。在沿著靜電屏蔽102的軸向長(zhǎng)度的不同點(diǎn)處連接可以對(duì)靜電屏蔽件102產(chǎn)生不同的電特性，所述靜電屏蔽件可以容易被檢測(cè)并說(shuō)明。在優(yōu)選的實(shí)施例中，到間隙103的相對(duì)側(cè)111和112與到中心分接頭113的連接所有都沿著靜電屏蔽件102的一個(gè)開(kāi)口端進(jìn)行，以便于與關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)連接。

圖1b-1f示出圖1a的線圈和防護(hù)件的側(cè)視圖。圖1b示出初級(jí)線圈101、靜電屏蔽件102、間隙103、間隙的側(cè)邊111和112以及中心分接頭113的位置。還示出初級(jí)線圈101內(nèi)側(cè)生成的磁場(chǎng)120。這些元件在圖1c-1f中也有顯示，但是可能沒(méi)有標(biāo)示出。

應(yīng)當(dāng)注意將靜電屏蔽件102連接到相關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)的配線。第一配線131在點(diǎn)114處將點(diǎn)111連接到關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)，第二配線132在點(diǎn)115處將點(diǎn)112連接到相關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)。為了與初級(jí)線圈101電感耦合，靜電屏蔽件102和配線131、132必須形成回路，該回路圍繞在初級(jí)線圈101內(nèi)側(cè)生成的磁場(chǎng)120的至少一部分。在實(shí)施例中，耦合到靜電屏蔽件102的關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)基本上與間隙103相對(duì)放置。如圖1c中所示，如果配線131c和132c被遠(yuǎn)離間隙103且環(huán)繞靜電屏蔽件102的直徑布線，那么將沒(méi)有包圍初級(jí)線圈101內(nèi)側(cè)的磁場(chǎng)120，所以靜電屏蔽件102和初級(jí)線圈101將不會(huì)電感耦合。

圖1d中，配線131d和132d被布線成橫跨間隙103并且圍繞靜電屏蔽件102的直徑以到達(dá)點(diǎn)114和115處的相關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)。配線131d、配線132d和靜電屏蔽件102在點(diǎn)114和115之間形成圍繞磁場(chǎng)120的連續(xù)回路。因此，靜電屏蔽件102和初級(jí)線圈101電感耦合。因?yàn)榕渚€131d、配線132d和靜電屏蔽件102實(shí)際上環(huán)繞磁場(chǎng)120兩次，因此點(diǎn)114和115之間的信號(hào)與磁場(chǎng)120僅被環(huán)繞一次的情況相比將會(huì)被加倍。

在圖1e中，配線131e和132e被布線成橫跨間隙103并且圍繞靜電屏蔽件102的直徑以到達(dá)點(diǎn)114和115處的相關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)。靜電屏蔽件102在中心分接頭113處接地。靜電屏蔽件的在點(diǎn)113和111與配線131e之間的部分基本上圍繞磁場(chǎng)120。類(lèi)似地，靜電屏蔽件的在點(diǎn)113和112與配線132e之間的部分基本上圍繞磁場(chǎng)120。因此，靜電屏蔽件102與初級(jí)線圈101電感耦合。

圖1f示出一個(gè)實(shí)施例，其中配線131f和132f被分別直接布線至點(diǎn)114和115，而不需要圍繞靜電屏蔽件102的圓周。靜電屏蔽件102的在點(diǎn)113和111與配線131f之間的部分圍繞磁場(chǎng)120的一部分，但是沒(méi)有圍繞整個(gè)磁場(chǎng)。靜電屏蔽件102的在點(diǎn)113和112與配線123f之間的部分圍繞磁場(chǎng)120的一部分，但是沒(méi)有圍繞整個(gè)磁場(chǎng)。因?yàn)榇艌?chǎng)120的至少一部分是被包圍的，因此初級(jí)線圈101和靜電屏蔽件102將仍然電感耦合。這可以適用于一些實(shí)施例。

圖1g示出根據(jù)本發(fā)明的防護(hù)罩的一個(gè)可選實(shí)施例。在圖1g中，防護(hù)初級(jí)線圈101的靜電屏蔽件102g環(huán)繞初級(jí)線圈兩次，但是不與其自身電接觸，所以在點(diǎn)111g和點(diǎn)112g之間仍然存在間隙103。靜電屏蔽件102g在中心分接頭113g處接地。靜電屏蔽件102g的在點(diǎn)113g和點(diǎn)111g之間的部分基本上圍繞磁場(chǎng)120。靜電屏蔽件102g的在點(diǎn)113g和點(diǎn)112g之間的部分基本上圍繞磁場(chǎng)120。因此，靜電屏蔽件102g和初級(jí)線圈101電感耦合。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明無(wú)線動(dòng)力和通信系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的元件是如何相互作用的方框圖。該實(shí)施例向一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)裝置210提供動(dòng)力并從該目標(biāo)裝置向上傳輸數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括動(dòng)力傳輸單元200和一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)裝置210。動(dòng)力傳輸單元200包括初級(jí)線圈201和靜電屏蔽件203。初級(jí)線圈201連接到線圈驅(qū)動(dòng)器202。初級(jí)線圈201通過(guò)感應(yīng)鏈路220被電感耦合到靜電屏蔽件203。解調(diào)器204連接到靜電屏蔽件203且具有數(shù)據(jù)輸出端205。目標(biāo)裝置210中的每一個(gè)都包括線圈211。動(dòng)力傳輸單元200的初級(jí)線圈201通過(guò)感應(yīng)鏈路221被電感耦合到目標(biāo)裝置線圈211。優(yōu)選地，動(dòng)力傳輸單元200的初級(jí)線圈201與目標(biāo)裝置線圈211之間的鏈路221為諧振電感鏈路。目標(biāo)裝置線圈211被連接到具有數(shù)據(jù)輸入端213的負(fù)載調(diào)制器212，其中這些數(shù)據(jù)輸入端213可以被配置為用于接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

圖3為圖2中的示例性無(wú)線動(dòng)力和通信系統(tǒng)的視圖。所述附圖顯示動(dòng)力傳輸單元300和一個(gè)目標(biāo)裝置310。靜電屏蔽件和連接配線被呈現(xiàn)為電感器303。上行鏈路解調(diào)器304橫跨靜電屏蔽件303的間隙被耦合。靜電屏蔽件303、初級(jí)線圈302和目標(biāo)裝置線圈311電感耦合。

線圈驅(qū)動(dòng)器301耦合到初級(jí)線圈302。線圈驅(qū)動(dòng)器301將ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到初級(jí)線圈302。這在初級(jí)線圈302上產(chǎn)生載波信號(hào)。因?yàn)槌跫?jí)線圈302感應(yīng)耦合到目標(biāo)裝置線圈311和靜電屏蔽件303，因此載波信號(hào)是全部三個(gè)電感器的屬性和橫過(guò)它們的負(fù)載的函數(shù)，并且出現(xiàn)在全部三個(gè)電感器上。

整流器和調(diào)節(jié)器313耦合到目標(biāo)裝置310，并且整流并調(diào)節(jié)目標(biāo)裝置線圈311上接收的載波信號(hào)以用作動(dòng)力。上行鏈路調(diào)制器312耦合到目標(biāo)裝置線圈311并在數(shù)據(jù)輸入端314處接收上行鏈路數(shù)據(jù)。為了通信，上行鏈路調(diào)制器312改變載波信號(hào)。上行鏈路調(diào)制器312可以例如調(diào)節(jié)載波信號(hào)的振幅。優(yōu)選地，上行鏈路調(diào)制器312改變出現(xiàn)在目標(biāo)裝置線圈311上的負(fù)載，從而導(dǎo)致載波信號(hào)中的變化。因?yàn)檩d波信號(hào)出現(xiàn)在全部三個(gè)電感器302、303和311上，因此通過(guò)上行鏈路調(diào)制器312在目標(biāo)裝置線圈311上對(duì)載波信號(hào)調(diào)制的變化出現(xiàn)在橫跨靜電屏蔽件303的間隙耦合的上行鏈路解調(diào)器304處。上行鏈路解調(diào)器304因此可以解調(diào)載波信號(hào)，以在數(shù)據(jù)輸出端305處重新獲得并輸出上行鏈路數(shù)據(jù)。當(dāng)使用多個(gè)目標(biāo)裝置310時(shí)，每個(gè)目標(biāo)裝置310中的整流器和調(diào)節(jié)器313連續(xù)地整流并調(diào)節(jié)動(dòng)力的載波信號(hào)，并且該系統(tǒng)可以使用時(shí)分多路復(fù)用單獨(dú)地在上行鏈路調(diào)制器312與上行鏈路解調(diào)器304之間通信。

圖4和圖5示出根據(jù)本發(fā)明的線圈和防護(hù)罩的可選實(shí)施例。在圖4中，靜電屏蔽件402與線圈401的內(nèi)表面相鄰，環(huán)繞線圈401的內(nèi)表面沿圓周延伸，并且在兩端開(kāi)口。在該構(gòu)造中，靜電屏蔽件402保護(hù)線圈401免于受到線圈401內(nèi)側(cè)的物體造成的寄生變化。在圖5中，線圈501具有與線圈501的內(nèi)表面配合的靜電屏蔽部502以及與線圈的外表面配合的靜電屏蔽部503，以避免來(lái)自任一方向的寄生變化。外部屏蔽件503與線圈501的外表面相鄰并且沿圓周環(huán)繞線圈501。內(nèi)部屏蔽件502與線圈501的內(nèi)表面相鄰，并且沿圓周?chē)@線圈501的內(nèi)表面延伸。在實(shí)施例中，兩個(gè)屏蔽件502和503電感耦合在一起，以使所述兩個(gè)屏蔽件可以用作單個(gè)電感元件。如圖5所示，上述構(gòu)造可以通過(guò)將間隙的每一側(cè)連接到其它間隙的相應(yīng)側(cè)來(lái)完成。兩個(gè)靜電屏蔽件502和503的其它部分可以連接到例如中心分接頭接線端。

如圖所示，根據(jù)本發(fā)明的線圈和防護(hù)罩均可以是圓柱形的。他們也可以從一端到另一端形成錐形，這會(huì)形成截錐形結(jié)構(gòu)或者可以為其它的不規(guī)則形狀。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，線圈和屏蔽件符合截肢肢體的剩余部分的形狀。

圖6為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)可選實(shí)施例的電路圖。圖6包括動(dòng)力傳輸裝置600和目標(biāo)裝置610。動(dòng)力傳輸裝置600包括保護(hù)初級(jí)線圈602的靜電屏蔽件603。該實(shí)施例使用動(dòng)力發(fā)送器信號(hào)處理器604和目標(biāo)信號(hào)處理器612。目標(biāo)信號(hào)處理器612連接到目標(biāo)裝置線圈611，并且動(dòng)力發(fā)送器信號(hào)處理器604橫跨靜電屏蔽件603的間隙連接。整流器和調(diào)節(jié)器613連接到目標(biāo)裝置線圈611以捕獲動(dòng)力。初級(jí)線圈602、目標(biāo)裝置線圈611和靜電屏蔽件603電感耦合。

線圈驅(qū)動(dòng)器601與初級(jí)線圈602耦合并向初級(jí)線圈602施加ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這將在初級(jí)線圈602上產(chǎn)生載波信號(hào)。因?yàn)槌跫?jí)線圈602電感耦合到目標(biāo)裝置線圈611和靜電屏蔽件603，所以載波信號(hào)是全部三個(gè)電感器的特性和橫過(guò)它們的負(fù)載的函數(shù)，并且出現(xiàn)在全部三個(gè)電感器上。

正如在圖3中關(guān)于上行鏈路調(diào)制器312和解調(diào)器304所做的說(shuō)明，動(dòng)力發(fā)送器信號(hào)處理器604和目標(biāo)信號(hào)處理器612可以通過(guò)調(diào)制和解調(diào)載波信號(hào)進(jìn)行通信。為了提供上行鏈路通信，向目標(biāo)信號(hào)處理器612的數(shù)據(jù)輸入端/輸出端614提供上行鏈路數(shù)據(jù)。目標(biāo)信號(hào)處理器612將使用上行鏈路數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)制載波信號(hào)，優(yōu)選地通過(guò)修改橫過(guò)目標(biāo)裝置線圈611出現(xiàn)的阻抗來(lái)調(diào)制，從而改變?nèi)咳齻€(gè)電感器上的載波信號(hào)。動(dòng)力發(fā)送器信號(hào)處理器604將解調(diào)靜電屏蔽件603上的載波信號(hào)，在它的數(shù)據(jù)輸入端/輸出端605處輸出上行鏈路數(shù)據(jù)。該調(diào)制可以是例如調(diào)幅。

為了提供下行鏈路通信，動(dòng)力發(fā)送器信號(hào)處理器604將調(diào)制載波信號(hào)，優(yōu)選地通過(guò)改變橫過(guò)靜電屏蔽件603的間隙存在的阻抗來(lái)調(diào)制。被調(diào)制的載波信號(hào)然后可以通過(guò)目標(biāo)信號(hào)處理器612解調(diào)，并且目標(biāo)信號(hào)處理器612將在它的數(shù)據(jù)輸入端/輸出端614處輸出下行鏈路數(shù)據(jù)。該調(diào)制可以是例如調(diào)幅。

還可以想到的是在本實(shí)施例中可以通過(guò)使用本領(lǐng)域已知的多路復(fù)用技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)半雙工的雙向通信。動(dòng)力傳輸裝置600包括系統(tǒng)控制器606，目標(biāo)裝置610包括系統(tǒng)控制器615。系統(tǒng)控制器606和615可以被配置為用于控制它們各自的信號(hào)處理器604和612。在執(zhí)行上行鏈路通信期間，系統(tǒng)控制器606可以控制信號(hào)處理器604作為解調(diào)器操作，系統(tǒng)控制器615可以控制信號(hào)處理器612作為調(diào)制器操作。在執(zhí)行下行鏈路通信期間，系統(tǒng)控制器606可以控制信號(hào)處理器604作為解調(diào)器操作，系統(tǒng)控制器615可以控制信號(hào)處理器612作為解調(diào)器操作。

圖7為根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)可選實(shí)施例的電路圖。圖7包括動(dòng)力傳輸裝置700和目標(biāo)裝置710。在本實(shí)施例中，靜電屏蔽件711將目標(biāo)裝置線圈712屏蔽起來(lái)。具有數(shù)據(jù)輸入端/輸出端715的目標(biāo)信號(hào)處理器714橫跨靜電屏蔽件711的間隙連接。整流器和調(diào)節(jié)器713連接到目標(biāo)裝置線圈712以捕獲動(dòng)力。目標(biāo)裝置710包括系統(tǒng)控制器716。初級(jí)線圈702、目標(biāo)裝置線圈712和靜電屏蔽件711電感耦合。

動(dòng)力傳輸裝置700包括系統(tǒng)控制器705。線圈驅(qū)動(dòng)器701和具有數(shù)據(jù)輸入端/數(shù)據(jù)輸出端704的動(dòng)力發(fā)送器信號(hào)處理器703被耦合到初級(jí)線圈702。線圈驅(qū)動(dòng)器701向初級(jí)線圈702提供ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這使初級(jí)線圈702上產(chǎn)生載波信號(hào)。因?yàn)槌跫?jí)線圈702電感耦合到目標(biāo)裝置線圈712和靜電屏蔽件702，所以載波信號(hào)是全部三個(gè)電感器的屬性和橫過(guò)它們的負(fù)載的函數(shù)，并且出現(xiàn)在全部三個(gè)電感器上。因此，動(dòng)力發(fā)送器信號(hào)處理器703和目標(biāo)信號(hào)處理器714可以執(zhí)行如關(guān)于圖6的系統(tǒng)說(shuō)明的上行鏈路、下行鏈路或半雙工的雙向通信，但是靜電屏蔽件711對(duì)目標(biāo)線圈712進(jìn)行屏蔽而非對(duì)初級(jí)線圈702進(jìn)行屏蔽。進(jìn)一步還能想到的是可以向初級(jí)線圈和目標(biāo)裝置線圈均提供靜電屏蔽，并且向該靜電屏蔽的間隙單獨(dú)提供信號(hào)處理器。

圖8為根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)皮動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的電路圖。本實(shí)施例包括外部單元800和一個(gè)或多個(gè)植入的醫(yī)療裝置810。植入的醫(yī)療裝置810優(yōu)選地植入病人的肢體內(nèi)。外部單元800包括初級(jí)線圈801和對(duì)初級(jí)線圈801進(jìn)行屏蔽的靜電屏蔽件802。

外部單元800優(yōu)選地尺寸形成為環(huán)繞病人的肢體配合初級(jí)線圈801和靜電屏蔽件802。如圖9所示，肢體可以是斷肢的剩余部分901，外部單元800可以是用于仿生假肢903的控制器902。該系統(tǒng)可以是類(lèi)型系統(tǒng)，其中植入的醫(yī)療裝置810為傳感器，該傳感器被配置為例如通過(guò)監(jiān)測(cè)肌電圖(emg)信號(hào)檢測(cè)剩余肢體901中的肌肉的肌肉收縮，控制器902可以被環(huán)繞剩余肢體901裝配、向傳感器傳送動(dòng)力并從與檢測(cè)的肌肉收縮相關(guān)的傳感器接收通信，并且仿生假肢903可以是被構(gòu)造為響應(yīng)于從傳感器接收的通信移動(dòng)的機(jī)器手，從而允許病人通過(guò)嘗試控制剩余肢體901中的肌肉來(lái)控制機(jī)器手。不同的肌肉或肌肉的不同部位將對(duì)應(yīng)于假肢903的可獨(dú)立移動(dòng)的部位。當(dāng)傳感器810檢測(cè)肌肉或肌肉的一部分中的阻抗時(shí)，所述傳感器會(huì)通過(guò)該肌肉或者肌肉的一部分所連接的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信電路與控制器902通信。隨后，控制器902將控制假肢903，以移動(dòng)與收縮的肌肉相對(duì)應(yīng)的可獨(dú)立移動(dòng)部分。在優(yōu)選的實(shí)施例中，傳感器810將傳送收縮量，控制器902將控制假肢903根據(jù)收縮量移動(dòng)可獨(dú)立移動(dòng)的部分。

靜電屏蔽件802可以在線圈801的內(nèi)側(cè)，如圖4所示，以保護(hù)線圈801免于受到肢體引起的寄生變化。靜電屏蔽件802可以在線圈801的外側(cè)，如圖1所示，以保護(hù)線圈801免于受到處理外部單元而引起的寄生變化。優(yōu)選地，線圈801同時(shí)屏蔽內(nèi)側(cè)和外側(cè)，如圖5所示，以同時(shí)處理上述兩種情況。線圈801和靜電屏蔽件802可以是圓柱形，或者可以成形為基本上符合肢體的形狀。

通過(guò)將與間隙相對(duì)的端部接地來(lái)對(duì)靜電屏蔽件802在中心處分接。整流器805橫跨靜電屏蔽件802的間隙與耦合到整流器805的輸出端的上行鏈路解調(diào)器806連接。電容器804連接到初級(jí)線圈801以形成動(dòng)力發(fā)送器lc振蕩電路?？蛇x地，初級(jí)線圈801可以不具有電容器，而是可以在初級(jí)線圈801的自諧振頻率處或者附近被驅(qū)動(dòng)。線圈驅(qū)動(dòng)器803向初級(jí)線圈801施加ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而在初級(jí)線圈801上產(chǎn)生載波信號(hào)。在優(yōu)選實(shí)施例中，根據(jù)iso/iec18092，工作頻率在對(duì)于nfc裝置為標(biāo)準(zhǔn)化的13.56mhz±7khz波段內(nèi)。初級(jí)線圈801上的載波信號(hào)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)將對(duì)肢體內(nèi)的植入物810提供動(dòng)力并與其通信。

一個(gè)或多個(gè)植入的醫(yī)療裝置810中的每一個(gè)都具有目標(biāo)裝置線圈811。電容器812與目標(biāo)裝置線圈811并聯(lián)地連接，以形成接收器lc振蕩電路。動(dòng)力發(fā)送器lc電路與接收器lc振蕩電路電感耦合并被調(diào)諧以形成諧振感應(yīng)鏈路。整流器813橫跨接收器lc振蕩電路連接。整流器813的輸出端將經(jīng)過(guò)整流的載波信號(hào)傳送到調(diào)節(jié)器814，以對(duì)植入物810的電池提供動(dòng)力或充電。上行鏈路調(diào)制器815在數(shù)據(jù)輸入端817處接收例如指示檢測(cè)到的肌肉收縮的上行鏈路數(shù)據(jù)信號(hào)，并且通過(guò)將負(fù)載調(diào)制電阻器816耦合到接收器線圈811來(lái)對(duì)具有上行鏈路數(shù)據(jù)的載波信號(hào)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制。調(diào)制的載波信號(hào)通過(guò)上行鏈路解調(diào)器806在靜電屏蔽件802上解調(diào)，并且上行鏈路解調(diào)器806在數(shù)據(jù)輸出端807處輸出上行鏈路數(shù)據(jù)信號(hào)。數(shù)據(jù)輸出端可以耦合到假肢控制器902。

圖10為根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)皮動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的一個(gè)示例性實(shí)施例的電路圖。本實(shí)施例包括外部單元1000和一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)裝置1020。外部單元1000包括初級(jí)線圈1001和對(duì)初級(jí)線圈1001進(jìn)行屏蔽的靜電屏蔽件1002。

靜電屏蔽件1002具有對(duì)初級(jí)線圈1001的內(nèi)側(cè)進(jìn)行屏蔽的部分和對(duì)初級(jí)線圈1001的外側(cè)進(jìn)行屏蔽的部分，如圖5所示，這兩部分在間隙的每一側(cè)以及中心分接頭處耦合在一起。該布置可以建模為單個(gè)等效電感器1002a或者兩個(gè)并聯(lián)的電感器1002a和1002b。中心分接頭接線端接地。整流器1005橫跨靜電屏蔽件1002的間隙連接。上行鏈路解調(diào)器1006耦合到整流器1005的輸出端。下行鏈路調(diào)制器1008以及負(fù)載調(diào)制電阻器1009也被耦合到整流器1005的輸出端。

電容器1004連接到初級(jí)線圈1001以形成動(dòng)力發(fā)送器lc振蕩電路?？蛇x地，初級(jí)線圈可以不具有電容器，而是可以在初級(jí)線圈1001的自諧振頻率處或者附近被驅(qū)動(dòng)。線圈驅(qū)動(dòng)器1003向初級(jí)線圈1001提供ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以使在初級(jí)線圈1001上出現(xiàn)載波信號(hào)。初級(jí)線圈1001上的載波信號(hào)生成磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)將向目標(biāo)裝置1020提供動(dòng)力并與其通信。

一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)裝置1020中的每一個(gè)都具有目標(biāo)裝置線圈1021。電容器1022與目標(biāo)裝置線圈1021并聯(lián)地連接以形成接收器lc振蕩電路。動(dòng)力發(fā)送器lc電路和接收器lc振蕩電路感應(yīng)耦合并被調(diào)諧以形成諧振感應(yīng)鏈路。整流器1023橫過(guò)接收器lc振蕩電路連接。整流器1023的輸出端將調(diào)整過(guò)的載波信號(hào)發(fā)送到調(diào)節(jié)器1024，以向目標(biāo)裝置1020提供動(dòng)力或者給目標(biāo)裝置1020的電池充電。下行鏈路解調(diào)器1025以及負(fù)載調(diào)制電阻器1028還耦合到整流器1023的輸出端。

在向上傳輸期間，上行鏈路調(diào)制器1027在上行鏈路數(shù)據(jù)輸入端1029處接收上行鏈路數(shù)據(jù)信號(hào)，并且通過(guò)將負(fù)載調(diào)制電阻器1028耦合到目標(biāo)裝置線圈1021來(lái)對(duì)具有上行鏈路數(shù)據(jù)的載波信號(hào)負(fù)載調(diào)制。在優(yōu)選實(shí)施例中，傳感器1031耦合到上行鏈路數(shù)據(jù)輸入端1029，并且上行鏈路數(shù)據(jù)調(diào)制器1027調(diào)制從傳感器1031接收的具有傳感器數(shù)據(jù)的載波信號(hào)。傳感器1031可以被配置為例如通過(guò)監(jiān)測(cè)肌電信號(hào)來(lái)檢測(cè)肌肉收縮?？蛇x地，傳感器1031可以是電傳感器、機(jī)械傳感器、化學(xué)傳感器或者光學(xué)傳感器。

調(diào)制的載波信號(hào)通過(guò)上行鏈路解調(diào)器1006在靜電屏蔽件1002上被解調(diào)，并且上行鏈路解調(diào)器1006在上行鏈路數(shù)據(jù)輸出端1007處輸出上行鏈路數(shù)據(jù)信號(hào)。

在向下傳輸期間，下行鏈路調(diào)制器1008在下行鏈路數(shù)據(jù)輸入端1010處接收下行鏈路數(shù)據(jù)信號(hào)，并且通過(guò)將負(fù)載調(diào)制電阻器1009耦合到整流器1005的輸出端來(lái)負(fù)載調(diào)制具有下行鏈路數(shù)據(jù)的載波信號(hào)，其中所述整流器橫跨靜電屏蔽件1002的間隙連接。調(diào)制的載波信號(hào)通過(guò)下行鏈路解調(diào)器1025在目標(biāo)裝置線圈1021被上解調(diào)，并且下行鏈路解調(diào)器在下行鏈路數(shù)據(jù)輸出端1026處輸出下行鏈路數(shù)據(jù)信號(hào)。

動(dòng)力傳輸裝置1000包括系統(tǒng)控制器1011，并且目標(biāo)裝置1020包括系統(tǒng)控制器1030。系統(tǒng)控制器1011可以被配置為用于控制下行鏈路調(diào)制器1008和上行鏈路解調(diào)器1006。系統(tǒng)控制器1030可以被配置為用于控制上行鏈路調(diào)制器1027和下行鏈路解調(diào)器2015。在執(zhí)行上行鏈路通信期間，系統(tǒng)控制器1011可以控制上行鏈路解調(diào)器1006為活動(dòng)狀態(tài)而下行鏈路調(diào)制器1008為非活動(dòng)狀態(tài)，并且系統(tǒng)控制器1030可以控制上行鏈路調(diào)制器1027為活動(dòng)狀態(tài)而下行鏈路解調(diào)器1025為非活動(dòng)狀態(tài)。如果多個(gè)目標(biāo)裝置1020處于使用中，則系統(tǒng)控制器1030可以控制上行鏈路調(diào)制器1027在其指定的傳輸窗口期間為活動(dòng)狀態(tài)。在執(zhí)行下行鏈路通信期間，系統(tǒng)控制器1011可以控制下行鏈路調(diào)制器1008為活動(dòng)狀態(tài)而上行鏈路解調(diào)器1006為非活動(dòng)狀態(tài)，并且系統(tǒng)控制器1030可以控制下行鏈路解調(diào)器1025為活動(dòng)狀態(tài)而上行鏈路調(diào)制器1027為非活動(dòng)狀態(tài)。

圖11為與上文說(shuō)明的示例性無(wú)線動(dòng)力傳輸與通信系統(tǒng)一起使用的示例性解調(diào)器的視圖。該解調(diào)器在其輸入端1101處接收調(diào)制的信號(hào)。優(yōu)選地使用全波整流器將調(diào)制的信號(hào)提供到包絡(luò)檢波器1102。然后，包絡(luò)信號(hào)通過(guò)低通濾波器1103。低通濾波器1103的輸出端耦合到均衡器1104。在一些應(yīng)用中，可能期望使用高q線圈作為初級(jí)線圈，例如以降低功耗。該高q線圈可能在調(diào)制到線圈上的載波上的信號(hào)中引入碼間干擾。均衡器1104被配置為移除該干擾。均衡器1104的輸出端耦合到比較器電路1105。比較器電路1105可以是零交叉檢測(cè)器或者數(shù)據(jù)切片器。比較器電路輸出解調(diào)的數(shù)據(jù)信號(hào)到解調(diào)器輸出端1106。

圖12為顯示根據(jù)本發(fā)明的在兩個(gè)線圈之間進(jìn)行通信的方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。在方框1201中，在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)。這可以通過(guò)從信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路向初級(jí)線圈提供ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)將在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)，該載波信號(hào)取決于初級(jí)線圈和電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈的特性以及其上的負(fù)載，并且該載波信號(hào)將出現(xiàn)在電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈上。

在方框1202中，在耦合到目標(biāo)線圈的信號(hào)處理器處接收數(shù)據(jù)。目標(biāo)線圈電感耦合到初級(jí)線圈。

在方框1203中，在方框1202中接收的數(shù)據(jù)被調(diào)制到載波信號(hào)上。如上文所述，在初級(jí)線圈上生成的載波信號(hào)是電感耦合到初級(jí)線圈的線圈(例如，目標(biāo)線圈)的特性以及其上的負(fù)載的函數(shù)。因此，耦合到目標(biāo)線圈的信號(hào)處理器可以通過(guò)改變由目標(biāo)線圈呈現(xiàn)的負(fù)載來(lái)調(diào)制載波信號(hào)。

在方框1204中，載波信號(hào)在耦合到保護(hù)初級(jí)線圈的靜電屏蔽件的信號(hào)處理器處被解調(diào)。靜電屏蔽件電感耦合到初級(jí)線圈。如上所述，初級(jí)線圈上生成的載波信號(hào)，現(xiàn)在使用方框1202中接收的數(shù)據(jù)被調(diào)制，將被呈現(xiàn)在靜電屏蔽件上，從而允許耦合到靜電屏蔽件的信號(hào)處理器解調(diào)載波信號(hào)。

在方框1205中，方框1204中重新獲得的數(shù)據(jù)從在靜電屏蔽件上對(duì)其進(jìn)行解調(diào)的信號(hào)處理器輸出。

圖13為顯示根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)線圈之間的通信方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。在方框1301中，在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)。這可以通過(guò)從信號(hào)驅(qū)動(dòng)器向初級(jí)線圈提供ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)，該載波信號(hào)取決于初級(jí)線圈和電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈的特性及其上的負(fù)載，并且該載波信號(hào)將出現(xiàn)在電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈上。

在方框1302中，在耦合到保護(hù)初級(jí)線圈的靜電屏蔽件的信號(hào)處理器處接收數(shù)據(jù)。靜電屏蔽件電感耦合到初級(jí)線圈。

在方框1303中，在方框1302中接收的數(shù)據(jù)被調(diào)制到載波信號(hào)上。如上所述，在初級(jí)線圈上生成的載波信號(hào)是電感耦合到初級(jí)線圈的線圈(例如，靜電屏蔽件)的特性及其上的負(fù)載的函數(shù)。因此，耦合到靜電屏蔽件的信號(hào)處理器可以通過(guò)改變由靜電屏蔽件呈現(xiàn)的負(fù)載來(lái)調(diào)制載波信號(hào)。

在方框1304中，載波信號(hào)在耦合到目標(biāo)裝置線圈的信號(hào)處理器處被解調(diào)。目標(biāo)裝置線圈電感耦合到初級(jí)線圈。如上所述，初級(jí)線圈上生成的載波信號(hào)，現(xiàn)在使用方框1302中接收的數(shù)據(jù)調(diào)制，將出現(xiàn)在目標(biāo)線圈上，從而允許耦合到目標(biāo)線圈的信號(hào)處理器解調(diào)載波信號(hào)。

在方框1305中，在方框1304中重新獲得的數(shù)據(jù)從在目標(biāo)線圈上對(duì)其解調(diào)的信號(hào)處理器輸出。

圖14為顯示根據(jù)本發(fā)明的在兩個(gè)線圈之間進(jìn)行通信的方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。在方框1401中，在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)。這可以通過(guò)從信號(hào)驅(qū)動(dòng)器電路向初級(jí)線圈提供ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)將在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)，該載波信號(hào)將取決于初級(jí)線圈以及電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈的特性及其上的負(fù)載，并且該載波信號(hào)將出現(xiàn)在電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈上。

在方框1402中，在耦合到保護(hù)目標(biāo)線圈的靜電屏蔽件的信號(hào)處理器處接收數(shù)據(jù)。靜電屏蔽件電感耦合到目標(biāo)線圈，并且目標(biāo)線圈和靜電屏蔽件均電感耦合到初級(jí)線圈。

在方框1403中，在方框1402中接收的數(shù)據(jù)被調(diào)制到載波信號(hào)上。如上所述，在初級(jí)線圈上生成的載波信號(hào)是電感耦合到初級(jí)線圈的線圈(例如，靜電屏蔽件)的特性及其上的負(fù)載的函數(shù)。因此，耦合到靜電屏蔽件的信號(hào)處理器可以通過(guò)改變由靜電屏蔽件呈現(xiàn)的負(fù)載來(lái)調(diào)制載波信號(hào)。

在方框1404中，載波信號(hào)在耦合到初級(jí)線圈的信號(hào)處理器處被解調(diào)?，F(xiàn)在，載波信號(hào)使用方框1402中接收的數(shù)據(jù)調(diào)制，從而允許耦合到初級(jí)線圈的信號(hào)處理器以解調(diào)載波信號(hào)。

在方框1405中，在方框1404中重新獲得的數(shù)據(jù)從耦合到初級(jí)線圈的信號(hào)處理器輸出。

圖15為顯示根據(jù)本發(fā)明的在兩個(gè)線圈之間通信的方法的一個(gè)示例性實(shí)施例的流程圖。在方框1501中，在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)。這可以通過(guò)從信號(hào)驅(qū)動(dòng)器電路向初級(jí)線圈提供ac驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)將在初級(jí)線圈上生成載波信號(hào)，該載波信號(hào)取決于初級(jí)線圈和電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈的特性及其上的負(fù)載，并且該載波信號(hào)將出現(xiàn)在電感耦合到初級(jí)線圈的任意線圈上。

在方框1502中，在耦合到初級(jí)線圈的信號(hào)處理器處接收數(shù)據(jù)。

在方框1503中，方框1502中傳送的數(shù)據(jù)被調(diào)制到載波信號(hào)上。

在方框1504中，載波信號(hào)在耦合到保護(hù)目標(biāo)裝置線圈的靜電屏蔽件的信號(hào)處理器處被解調(diào)。靜電屏蔽件電感耦合到目標(biāo)裝置線圈，并且目標(biāo)線圈和靜電屏蔽件均電感耦合到初級(jí)線圈。如上所述，在初級(jí)線圈上生成的載波信號(hào)，現(xiàn)在使用方框1502中接收的數(shù)據(jù)調(diào)制，將出現(xiàn)在靜電屏蔽件上，從而允許耦合到靜電屏蔽件的信號(hào)處理器解調(diào)載波信號(hào)。

在方框1505中，在方框1504中重新獲得的數(shù)據(jù)從耦合到靜電屏蔽件的信號(hào)處理器輸出。

可想到根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線動(dòng)力傳輸和通信系統(tǒng)的實(shí)施例的多種用途，包括上文所述的與植入的醫(yī)療裝置的經(jīng)皮交互；為消費(fèi)者電子裝置(例如，智能電話、筆記本電腦和平板電腦)充電并與其通信；以及為電動(dòng)車(chē)充電并與其通信，包括電動(dòng)車(chē)的操作期間。