用于身體耦合通信設(shè)備的接收器、收發(fā)器、收發(fā)器模塊、身體耦合通信系統(tǒng)和喚醒身體耦 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于身體耦合通信設(shè)備的接收器模塊、發(fā)射器模塊和收發(fā)器模塊。本發(fā)明進一步涉及包括接收器模塊、發(fā)射器模塊和/或收發(fā)器模塊的身體耦合通信設(shè)備。本發(fā)明進一步涉及喚醒身體耦合通信設(shè)備的身體耦合接收器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]身體耦合通信(BCC)允許位于例如用戶身體處或用戶身體鄰近處的設(shè)備之間的信息交換。取代于經(jīng)由電線或取代經(jīng)由無線電信號，BCC信號經(jīng)由身體來傳輸。信號經(jīng)由低能量電場來傳輸，所述低能量電場電容性或電流性地耦合到身體表面上。所述低能量電場經(jīng)由例如電極的耦合器耦合到身體。有時，術(shù)語天線在BCC領(lǐng)域中用于標(biāo)識耦合器，然而，在BCC中，沒有任何無線電信號是經(jīng)由耦合器傳輸?shù)?，并且只有低能量電場?jīng)由耦合器被生成或被接收。當(dāng)用戶身體直接鄰近設(shè)備的耦合器時，BCC是可能的，并且設(shè)備與身體之間的電容性或電流性耦合是傳輸信號的基礎(chǔ)。在其他實施例中，身體可以與耦合器直接接觸。BCC具有某些特定優(yōu)點，諸如:在身體耦合通信中所使用的能量的量相對低，以及身體耦合通信的信號僅被直接鄰近身體的設(shè)備接收(或傳輸)，其中，所述身體形成了身體耦合通信的傳輸信道。由此，身體耦合通信的覆蓋區(qū)域是受限制的。
[0003]在已公布的專利申請W02010/049842A1中，已公開了一種用于接收身體耦合通信信號的示例性通信裝置和方法。盡管在身體耦合通信中所使用的能量的量相對低，但所引用的現(xiàn)有技術(shù)的通信裝置仍然可能會使用太多能量。特別在BCC領(lǐng)域中，諸如腕表、移動電話等的相對小的設(shè)備可以在通信系統(tǒng)中使用，并且這樣的設(shè)備一般具有有限的能量資源。
[0004]在已公布的專利申請W02011/0299512A1中，提供了一種通信設(shè)備，所述通信設(shè)備包括用于按照通信方案執(zhí)行通信的第一通信單元。所述通信方案用于應(yīng)用來自與人類身體接觸或被放到人類身體鄰近處的信號電極的電壓，以及用于在人類身體表面上生成電場近場并執(zhí)行傳輸。第二通信單元不同于第一通信單元，并且包括:切換信號檢測單元，其用于根據(jù)由第一通信單元間歇地接收的信號檢測用于將第二通信單元從電力節(jié)省模式切換到正常模式的模式切換信號；以及切換控制單元，其用于在由切換信號檢測單元檢測到了模式切換信號的情況下將第二通信單元從電力節(jié)省模式切換到正常模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種使用較少電力的身體耦合通信設(shè)備和/或系統(tǒng)的模塊，以及提供一種使用較少電力的身體耦合通信設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的一個方面提供一種接收器模塊。本發(fā)明的另一方面提供一種收發(fā)器模塊。本發(fā)明的一個另外的方面提供一種身體耦合通信設(shè)備。在本發(fā)明的又一方面中，提供一種喚醒身體耦合通信設(shè)備的身體耦合接收器的方法。有利實施例在從屬權(quán)利要求中限定。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的用于身體耦合通信設(shè)備的接收器模塊包括耦合器、主接收器和喚醒接收器。接收器模塊用于經(jīng)由身體傳輸信道接收信號。耦合器從身體傳輸信道接收信號，其中，身體傳輸信道在用戶身體直接鄰近耦合器時跟隨所述身體。主接收器耦合到耦合器，并且經(jīng)由通過身體傳輸信道而傳輸?shù)男盘杹斫邮諗?shù)據(jù)。主接收器可以在休眠模式中操作，并且可以在操作模式中操作。喚醒接收器也耦合到耦合器，并且向身體耦合通信設(shè)備的電路提供喚醒信號，以便直接或間接地將主接收器配置為在操作模式中。喚醒接收器包括允許在預(yù)定義頻譜范圍中的信號通過的帶通濾波器，其中，所述預(yù)定義頻譜范圍與經(jīng)由身體傳輸信道而傳輸?shù)膯拘研盘栂嚓P(guān)。當(dāng)在預(yù)定義頻譜范圍中由耦合器接收的信號能量超過能量閾值水平時，喚醒接收器生成喚醒信號。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，接收器模塊被細(xì)分為喚醒接收器和主接收器。主接收器一般是要求相對大量的邏輯和處理能力的電路。因此，當(dāng)主接收器能夠進入使用不多的能量的休眠模式時，主接收器可以在時間上在不存在沿著身體傳輸信道的通信的時刻節(jié)省大量能量。然而，當(dāng)存在沿著身體傳輸信道的通信時，主接收器必須被喚醒，以使得其在其正常操作模式中操作。從喚醒接收器接收的喚醒信號直接或間接地將主接收器配置為在操作模式中。由此，特別在沒有經(jīng)由身體傳輸信道的通信的時間段期間，主接收器由于休眠模式而節(jié)省大量電力。喚醒接收器具有相對簡單的任務(wù)，所述任務(wù)包括在特定頻譜范圍內(nèi)對在耦合器處接收的信號進行濾波，以及確定在特定頻譜范圍內(nèi)的信號能量是否超過能量閾值水平。這可以在能量高效的電路中實現(xiàn)，并且由此，喚醒接收器不使用大量電力。由喚醒接收器使用的能量的量少于由主接收器節(jié)省的能量的量，其中，所述主接收器在不存在經(jīng)由身體傳輸信道的通信的時間段內(nèi)休眠。由此，上面討論的接收器模塊比身體耦合通信設(shè)備的已知接收器模塊更加能量高效。
[0009]喚醒信號被提供給身體耦合通信設(shè)備的電路。這樣的電路例如是身體耦合通信設(shè)備的微處理器、微控制器或處理單元，并且該電路將主接收器配置為在操作模式中。這是間接地將主接收器配置為在操作模式中的一個示例，因為喚醒信號沒有被直接提供給主接收器。喚醒信號是一種中斷信號，其被處理身體耦合通信設(shè)備中生成的全部中斷的電路接收，并且該電路能夠控制身體耦合通信設(shè)備的其他元件處于操作模式中。在另一示例中，主接收器自身包括接收喚醒信號的微處理器、微控制器或處理單元，并且當(dāng)接收到喚醒信號時，這種所集成的微處理器、所集成的微控制器或所集成的處理單元控制主接收器處于操作模式中。在又一另外的示例中，向其提供喚醒信號的電路是主接收器。主接收器可以包括所述喚醒信號被提供給的喚醒輸入，以及，主接收器包括某種專用硬件，當(dāng)喚醒信號在喚醒輸入處被接收時，所述專用硬件控制主接收器處于操作模式中。
[0010]喚醒接收器對預(yù)定頻譜范圍中的信號特別敏感。由此，所述預(yù)定頻譜范圍是如下這樣的頻譜范圍，即:信號在該頻譜范圍中經(jīng)由身體傳輸信道被傳輸給喚醒接收器。實際上意味著，與接收器模塊直接鄰近相同身體的另一設(shè)備為了喚醒接收器模塊必須至少在該預(yù)定頻譜范圍中傳輸能量。本發(fā)明不限于特定喚醒信號，并且唯一的限制在于，足夠的能量在預(yù)定頻譜范圍中被傳輸，使得喚醒模塊接收到比預(yù)定能量閾值水平更多的能量。在一個實施例中，超過所述閾值水平可以與超過幅度閾值相關(guān)，因為接收的能量的量通常與接收的信號的幅度相關(guān)，并且由此，在該實施例中，這意味著喚醒接收器必須將所接收信號的幅度與幅度閾值水平進行比較。一般來說，能量的量與時間段相關(guān)，并且由此，在另一實施例中，預(yù)定義閾值水平可以被定義為在喚醒信號被生成之前，必須在預(yù)定時間段中接收多于特定量的能量。
[0011]所述直接鄰近被定義為主接收器能夠經(jīng)由身體傳輸信道接收信息的最大距離。所述最大距離是用戶身體與耦合器之間的距離?？蛇x地，所述最大距離比10厘米更近或比5厘米更近。可選地，所述最大距離比2厘米更近。在本發(fā)明的一個可選實施例中，直接鄰近意味著用戶觸摸耦合器。應(yīng)當(dāng)指出，如在領(lǐng)域背景小節(jié)中所討論的，耦合器用于生成或接收低電力電場，以及用于在用戶身體與耦合器之間創(chuàng)建電容性或電流性耦合。耦合器可以被體現(xiàn)在電極、金屬板等中。
[0012]應(yīng)當(dāng)指出，休眠模式是如下這樣的模式，即:主接收器不處于操作中，并且不使用很多能量。甚至可以的是，在休眠模式期間，主接收器被完全關(guān)閉，并且只有監(jiān)測喚醒信號的接收的小型監(jiān)測電路是活動的。盡管在上面討論的本發(fā)明的效果和優(yōu)點的上下文中不是直接重要的，但主接收器或身體耦合通信設(shè)備可以包括控制主接收器進入休眠模式的裝置。所述裝置例如檢測在預(yù)定義的時間間隔內(nèi)是否不存在經(jīng)由身體傳輸信道的通信活動。如果在預(yù)定義時間間隔期間不存在通信，則主接收器可以被控制進入休眠模式。
[0013]喚醒接收器包括能量水平檢測器，所述能量水平檢測器被配置為在一個時間間隔期間，檢測在預(yù)定義頻譜范圍中的所接收的信號能量的總量是否超過能量閾值水平。在一個時間間隔期間進行檢測具有如下這樣的優(yōu)點，即:非常短的干擾信號不會被檢測為可能的喚醒信號，因為非常短的干擾信號通常不包括足夠能量以超過針對一個時間間隔而定義的能量閾值水平。
[0014]可選地，能量水平檢測器包括積分器，其用于對在所述時間間隔持續(xù)期間在時間上從特定時刻開始的所接收的能量進行積分；并且能量水平檢測器包括比較元件，其用于將積分器的輸出與能量閾值水平進行比較。積分器例如有規(guī)律地接收用于將已積分的值重置為O的重置信號。然而，能量水平檢測器的實施例不限于該已討論的可選實施例，并且，技術(shù)人員能夠設(shè)計能夠在一個時間間隔期間檢測所接收的能量的總量是否超過能量閾值水平的其他能量水平檢測器。
[0015]可選地，預(yù)定義頻譜范圍被安排在身體耦合通信頻譜范圍中，其中，所述身體耦合通信頻譜范圍低于用于經(jīng)由身體傳輸信道來傳送數(shù)據(jù)的載波頻率。身體傳輸信道在從50kHz到1MHz的身體耦合通信頻譜范圍中很好地傳輸信號，并且對于在從10kHz到IMHz的頻率范圍中的信號是最優(yōu)的。為了具有經(jīng)由身體傳輸信道的足夠高的數(shù)據(jù)吞吐量，在身體通信設(shè)備的發(fā)射器與接收器模塊之間、在所述發(fā)射器和接收器之間的連接初始化之后被傳送的數(shù)據(jù)通常在例如至少IMHz的頻率的相對高載波頻率處、并且通常在大約1MHz的頻率處被傳輸。可選地，使用不同的載波頻率。然而，為了具有能量高效的發(fā)射器和/或為了具有能量高效的喚醒接收器，使用相對低頻率的信號來喚醒所述接收器模塊是有利的。由此，預(yù)定義頻譜范圍被安排低于用于在發(fā)射器與接收器之間的連接初始化之后的通信的一個或多個載波頻率。例如，預(yù)定義頻譜范圍是從50kHz到1MHz?；蛘撸诹硪皇纠?，預(yù)定義頻譜范圍是從10kHz到1MHz?；蛘撸诹硗獾氖纠?，預(yù)定義頻譜范圍是從IlOkHz到500kHzο還有可能，喚醒信號例如在大約7MHz的頻率處被傳輸。在該情況下，預(yù)定義頻譜范圍例如是從6.5到7.5MHzο
[0016]可選地，喚醒接收器包括控制器，所述控制器當(dāng)能量接收水平檢測器檢測出閾值水平被超過時生成喚醒信號。控制器可以進一步控制所述時間間隔的開始和所述時間間隔的結(jié)束。換句話說，能量接收水平檢測器耦合到控制器，并且當(dāng)能量的總量超過能量閾值水平時，為控制器提供信號?？刂破骺梢曰趶哪芰拷邮账綑z測器接收的信息決定生成喚醒信號。此外，控制器向能量接收水平檢測器提供信號，該信號指示何時所述時間間隔開始和/或何時所述時間間隔結(jié)束。這樣的信號例如可以是用于能量接收水平檢測器的可選積分器的重置信號。控制器可以包括定時器，所述定時器在時間上規(guī)律的時刻生成被提供給能量接收水平檢測器，以重置積分器的信號。控制器和/或定時器可以被配置為使用預(yù)定的固定長度的時間間隔，但在特定實施例中，連續(xù)的時間間隔的長度可以變化。
[0017]可選地，控制器被配置為確定所述能量閾值水平，以及以控制信號的形式將能量閾值水平提供給能量接收水平檢測器。
[0018]可選地，控制器被配置為僅當(dāng)能量接收水平檢測器在兩個或更多個連續(xù)時間間隔中檢測出在預(yù)定義頻譜范圍中的所接收的信號能量的總量超過閾值水平時，生成喚醒信號。由此，當(dāng)在第一時間間隔期間接收水平檢測器檢測出閾值水平已被超過時，控制器并不立即生成喚醒信號，而是所述控制器可以開始新的時間間隔，在所述新的時間間隔中接收水平檢測器再次檢測閾值水平是否被超過。控制器對在多少個連續(xù)的時間間隔期間閾值水平被超過進行計數(shù)，并且當(dāng)預(yù)定義的最少連續(xù)間隔數(shù)被超過時生成喚醒信號。應(yīng)當(dāng)指出，控制器控制(連續(xù)的)時間間隔的開始和結(jié)束。在一個實施例中，所述連續(xù)的時間間隔具有相同的長度(例如預(yù)定義的固定長度)，或者，所述連續(xù)的時間間隔具有可變的長度。該可選實施例