用于線纜式基于標(biāo)準(zhǔn)的接口的無接觸替換的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開廣泛地設(shè)及用于數(shù)字通信的技術(shù)，尤其是基于標(biāo)準(zhǔn)的接口，并且還設(shè)及結(jié) 合有該些技術(shù)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通用串行總線扣SB)是接口 "標(biāo)準(zhǔn)"的示例，接口標(biāo)準(zhǔn)針對"主機(jī)"電子設(shè)備（諸 如個(gè)人電腦）或"集線器"與各種外圍電子設(shè)備之間的連接、通信及電力供應(yīng)，限定了線纜、 連接器及在總線中使用的通信協(xié)議，該些外圍電子設(shè)備諸如鍵盤、指示設(shè)備、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 打印機(jī)、便攜式媒體播放器、盤驅(qū)動(dòng)器、網(wǎng)絡(luò)適配器、智能手表及視頻游戲控制臺。
[0003] 常規(guī)USB接口使用電連接器及線纜（與電線一起）來使主機(jī)（可替換地，集線器） 設(shè)備與外圍設(shè)備接口。連接器本質(zhì)上是機(jī)械的，且在重復(fù)使用之后可能磨損且最終失效。現(xiàn) 有的機(jī)械連接器使用電信號傳送接觸W從一個(gè)設(shè)備與另一設(shè)備進(jìn)行通信（傳輸、傳送數(shù)據(jù) 信號），該些現(xiàn)有的機(jī)械連接器可能在物理上不同于主機(jī)設(shè)備及外圍設(shè)備。該些連接器必須 彼此完全曬合W確保良好的連接。電信號傳送也不理想，因?yàn)殡娦盘杺魉驮诖┻^連接器的 接線和與線纜相關(guān)聯(lián)的接線中有許多不連續(xù)性。該將固有限制強(qiáng)加于USB的速度且增加經(jīng) 由較遠(yuǎn)距離成功傳送信號的電力預(yù)算。USB線纜的長度實(shí)際上限于（由于線纜延遲等）為 大約5米?？蓪㈦娏?jīng)由USB連接器及線纜供應(yīng)至"總線供電"的外圍設(shè)備。從總線得到 的電流通常限于100mA或500mA。
[0004] 藍(lán)牙是無線技術(shù)，該無線技術(shù)允許使用者在稱為配對的無線過程中連接兩個(gè)具有 藍(lán)牙功能的設(shè)備，該消除了對在設(shè)備之間的線纜連接的需要。藍(lán)牙也可W用來建立無線個(gè) 人局域網(wǎng)（WPAN)。USB到藍(lán)牙適配器插入（插進(jìn)）不具有藍(lán)牙功能的主機(jī)設(shè)備（諸如，電 腦）的USB端口內(nèi)而為該設(shè)備提供藍(lán)牙功能。
[0005] 已知藍(lán)牙耳機(jī)且除常規(guī)音頻變換器（例如，揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)）外，藍(lán)牙耳機(jī)通常具 有用于藍(lán)牙功能（與具有藍(lán)牙功能的主機(jī)設(shè)備無線通信）的電子設(shè)備（電路系統(tǒng)，諸如收 發(fā)信機(jī)）。藍(lán)牙耳機(jī)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)耳機(jī)，且因此可能過分昂貴而不能搭載到便攜式設(shè) 備。需要電池操作電子設(shè)備，且該又導(dǎo)致耳機(jī)的形狀因子較大及對制造商及最終使用者兩 者而言成本較高。
[0006] 還已知藍(lán)牙音頻適配器，該藍(lán)牙音頻適配器可與常規(guī)耳機(jī)一起使用。將耳機(jī)插進(jìn) 適配器，該適配器與具有藍(lán)牙功能的主機(jī)設(shè)備無線通信。該適配器需要電力（電力通常來 自內(nèi)部電池）來操作，該增加了該些適配器的成本及重量。而且，當(dāng)電池耗盡時(shí)，適配器不 再工作。
[0007] 信號是物理量，該物理量從源至目的地相對于時(shí)間、空間和包括信息而變化。本文 論述的表示音頻數(shù)據(jù)的電信號，且該電信號可W是模擬或數(shù)字格式。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器值A(chǔ)C) 是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電子設(shè)備。反之，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC)是將模擬信號轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號的電子設(shè)備。本文論述電磁（EM)信號，且該EM信號可包括射頻（R巧載波， 該RF載波可通過提供至發(fā)射機(jī)（Tx)的電信號而被調(diào)制并相反地通過接收機(jī)（Rx)解調(diào)來 產(chǎn)生電信號。通常，本文可討論在極高頻巧H巧頻率范圍內(nèi)的電磁信號，該范圍諸如從30 千兆赫佑Hz)至300千兆赫或更高。
[000引 I2S也稱為1C間語音，集成巧片間語音或IIS，是用于在設(shè)備之間（或巧片之間或 巧片與設(shè)備之間）傳送數(shù)字化音頻數(shù)據(jù)的串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)（數(shù)字音頻串行協(xié)議）的示 例。通常，總線包括=條（3)線；用于兩個(gè)時(shí)間復(fù)用數(shù)據(jù)信道的串行數(shù)據(jù)線（SD)、字選擇線 (W巧及連續(xù)串行時(shí)鐘線（SCK)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 所需要的是對于諸如USB的有線基于標(biāo)準(zhǔn)的接口的"替換"通信接口，該替換通信 接口減少或消除與有線基于標(biāo)準(zhǔn)的接口相關(guān)聯(lián)的問題中的一些，同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)的約束內(nèi)"透 明地"操作。
[0010] 本發(fā)明的一般目的是提供用于在電子設(shè)備之間進(jìn)行通信的改進(jìn)技術(shù)。
[0011] 該個(gè)目的通常可W通過消除機(jī)械連接器及線纜導(dǎo)線、代之W使用"無接觸"（電 磁）連接器及電磁（EM)通信鏈路（接口）來實(shí)現(xiàn)。用于將電信號轉(zhuǎn)換成電磁（EM)信號的 收發(fā)信機(jī)及變換器（天線）可處理在設(shè)備之間的通信。可在發(fā)送設(shè)備處檢測與標(biāo)準(zhǔn)的成功 操作有關(guān)的電狀態(tài)（諸如差分信號線上的電壓）且經(jīng)由電磁（EM)接口將該電狀態(tài)傳送（諸 如在帶外）至接收設(shè)備。還公開了用于傳輸電力至"總線供電"的下游設(shè)備的配置。本文 公開的技術(shù)可被認(rèn)為是對于線纜式基于標(biāo)準(zhǔn)的接口的無接觸替換。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，通常，可將無接觸電磁（EM)射頻（R巧通信鏈路建立在兩個(gè)或更多個(gè) 電子設(shè)備（其中一個(gè)可W充當(dāng)主機(jī)或集線器）之間，該兩個(gè)或更多個(gè)電子設(shè)備一般經(jīng)由基 于標(biāo)準(zhǔn)的接口或有線（線纜連接的）通信鏈路或協(xié)議（諸如但不限于USB)而彼此正常通 信。系統(tǒng)可包括將主機(jī)連接到許多電子設(shè)備的多個(gè)通信鏈路。本文公開的無接觸鏈路可復(fù) 制或模仿（或替換或代替）現(xiàn)有的有線通信鏈路（諸如但不限于USB) W便透明地替代整 個(gè)系統(tǒng)中的至少一個(gè)通信鏈路。該可W包括在協(xié)議的約束（諸如時(shí)序）內(nèi)；在設(shè)備之間傳 輸數(shù)據(jù)、給設(shè)備提供電力、將設(shè)備的特性傳送至集線器或主機(jī)。
[0013] 基本上在下文中，將討論用于替換USB鏈路的無接觸通信鏈路，作為多個(gè)基于 標(biāo)準(zhǔn)的接口中的任何一個(gè)（該些基于標(biāo)準(zhǔn)的接口的線纜式通信鏈路中的一個(gè)或多個(gè)可 被本文公開的無接觸通信鏈路替換）的示例。該些基于標(biāo)準(zhǔn)的接口可W包括但不限于： PCIe、SATA、SAS、MHL、HDMI、DP、W太網(wǎng)、I2S、I2C、Thunderbolt、Quickpath、D-PHY、M-PHY、 Hypertransport 等。
[0014] 本文提出的解決方案通過將第一 USB設(shè)備上的電信號傳送狀態(tài)（electrical si即aling condition)轉(zhuǎn)換成電磁信號且經(jīng)由無接觸連接器將信號發(fā)送至第二USB設(shè) 備（第二USB設(shè)備可W是主機(jī)或集線器）上的接收機(jī)，而解決經(jīng)由無接觸連接器發(fā)送本地 USB(作為任何基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議的示例）的問題。第二設(shè)備將電磁信號轉(zhuǎn)換成電信號且在第 二設(shè)備處復(fù)制來自第一設(shè)備的電信號傳送狀態(tài)。通過復(fù)制（再生、再造）電狀態(tài)且在協(xié)議 的時(shí)序約束內(nèi)操作，對第二設(shè)備而言似乎第一設(shè)備物理連接（諸如經(jīng)由電纜線或物理連接 器）至系統(tǒng)總線。
[00巧]電磁（EM)信號可在EHF頻率范圍內(nèi)，諸如從30千兆赫至300千兆赫或更高。EM 信號可經(jīng)由短距離傳播，諸如大約僅1厘米（cm)。諸如塑料的介電介質(zhì)可用來延長EM信號 的范圍，諸如超過幾厘米（cm)至幾米。
[0016] 轉(zhuǎn)換成電磁（EM)信號或從電磁信號的轉(zhuǎn)換發(fā)生在極短的（亞ns)時(shí)間周期內(nèi)。通 過將電信號傳送狀態(tài)從第一 USB設(shè)備復(fù)制到第二USB設(shè)備且在極短時(shí)間周期進(jìn)行該操作， 無接觸連接器對于第一 USB設(shè)備和第二USB設(shè)備兩個(gè)都不可見，且設(shè)備表現(xiàn)為該些設(shè)備就 像是W電方式連接。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，大體上一種對于線纜式（電）基于標(biāo)準(zhǔn)的接口（諸如但不限于USB) 的無接觸、電磁（EM)替換（替代、代替），該無接觸、電磁（EM)替換（替代、代替）有效地處 理與該標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)傳輸要求（諸如帶寬、速度、延時(shí)）且也能夠測量及復(fù)制數(shù)據(jù)線上 的相關(guān)物理狀態(tài)（諸如電壓電平），W便與該標(biāo)準(zhǔn)兼容且透明地起作用?？蓪o接觸鏈路提 供在具有收發(fā)信機(jī)的設(shè)備之間。不導(dǎo)電外殼可封閉設(shè)備。公開了對于無接觸（EM)接口的 一些應(yīng)用。介電禪合器促進(jìn)在相距若干米的通信巧片之間的通信。導(dǎo)電路徑可為總線供電 的設(shè)備提供電力及接地。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，傳送數(shù)據(jù)的方法可包括；在第一設(shè)備處，確定攜帶數(shù)據(jù) 的第一組信號線的電狀態(tài)，和發(fā)送指示與所述數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的電狀態(tài)的電磁（EM)信號；其中 所述信號線被配置用于傳輸基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，所述基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議被設(shè)計(jì)用于經(jīng)由物理鏈 路傳送電信號。第一設(shè)備可接收指示第二電狀態(tài)的電磁信號，所述第二電狀態(tài)與源于第二 設(shè)備處的第二組信號線上的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并在所述第一設(shè)備處復(fù)制所述第二電狀態(tài)。第二 設(shè)備可接收指示所述電狀態(tài)的電磁信號和在第二組信號線上復(fù)制類似的電狀態(tài)。所述第一 設(shè)備和所述第二設(shè)備可電磁連接，而不是物理上彼此連接，諸如通過空氣間隙或一個(gè)或多 個(gè)介電介質(zhì)，包括經(jīng)由介電線纜、經(jīng)由極高頻巧H巧頻帶內(nèi)的電磁接口，諸如經(jīng)由調(diào)制和解 調(diào)具有至少30千兆赫（GHz)的頻率的載波?？稍谕ㄟ^基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議建立的準(zhǔn)則內(nèi)發(fā)送 電磁信號，且可低于對于發(fā)送識別碼的FCC需求的能量輸出的能量輸出發(fā)送該電磁信 號?？蒞用不導(dǎo)電屏障封閉一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，該不導(dǎo)電屏障還可W密封該一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。
[0019] 基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議可W選自包括W下的組；USB、PCIe、SATA、SAS、MHL、HDMI、DP、W 太網(wǎng) I2S、I2C、Ilumde;rbolt、Quickpath、D-PHY、M-PHY 和 Hype;rtranspo;rt 等等。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，一種用于傳送來自信號線的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，所述信號線 被配置用于基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，所述基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議被設(shè)計(jì)用于經(jīng)由物理鏈路傳送電信號， 所述系統(tǒng)特征在于；第一設(shè)備包括：用于將電信號輸入轉(zhuǎn)換成電磁（EM)信號輸出W支持極 高頻巧H巧無接觸通信鏈路的裝置；及用于確定攜帶數(shù)據(jù)的第一組信號線的電狀態(tài)和發(fā)送 指示與所述數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的電狀態(tài)的電磁（EM)信號的裝置。所述設(shè)備還可W包括用于接收 指示第二電狀態(tài)的電磁信號和在所述第一設(shè)備處復(fù)制所述第二電狀態(tài)的裝置，所述第二電 狀態(tài)與源于第二設(shè)備處的第二組信號線上的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。所述第二設(shè)備還可W包括用于接 收指示所述電狀態(tài)的電磁信號和在第二組信號線上復(fù)制類似的電狀態(tài)的裝置。不導(dǎo)電屏障 可封閉一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。
[0021] 公開了一種音頻適配器，該音頻適配器用于經(jīng)由無接觸鏈路（諸如各向異性物理 路徑）與源設(shè)備通信及經(jīng)由物理鏈路（諸如插座、插頭及線纜、可替換地，直接有線連接） 與目的地設(shè)備（諸如常規(guī)耳機(jī)）通信。電力可從源設(shè)備提供給適配器，且此后可經(jīng)由適配 器將電力提供給目的地設(shè)備?？蓪⒍嗑€的基于標(biāo)準(zhǔn)的電接口（諸如12巧的組成信號編碼 和組合成單個(gè)編碼的數(shù)字流W經(jīng)由無接觸鏈路傳輸，且隨后將信號解碼及分割（分離）成 用于基于標(biāo)準(zhǔn)的電接口的原始組成信號的復(fù)本。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，一種用于在第一設(shè)備與第二設(shè)備之間提供通信鏈路的 音頻適配器，所述第一設(shè)備包括至少一個(gè)電子音頻信號源，所述第二設(shè)備包括至少一個(gè)電 子音頻信號目的地，所述音頻適配器包括；用于通過介電介質(zhì)與所述第一設(shè)備無接觸地傳 送EHF信號的裝置；和用于在EHF信號與數(shù)字電信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置；用于在數(shù)字電 信號與模擬電信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的裝置；及用于經(jīng)由物理鏈路與所述第二設(shè)備交換所述模 擬電信號的裝置。音頻適配器還包括用于從外部電源接收電力并給所述第一設(shè)備和所述第 二設(shè)備中的至少一個(gè)提供所述電力的裝置。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，一種使第一設(shè)備與第二設(shè)備接口的方法，所述第一設(shè) 備包括電子音頻信號源，所述第二設(shè)備包括電子音頻信號目的地，可W包括用于在第一設(shè) 備和第二設(shè)備之間提供通信鏈路的音頻適配器，其特征在于利用所述音頻適配器，通過介 電介質(zhì)在極高頻巧H巧與所述第一設(shè)備無接觸通信，并且利用所述音頻適配器，在數(shù)字電 信號與模擬電信號之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換并且經(jīng)由物理鏈路與所述第二設(shè)備交換所述模擬電信號。 在所述音頻適配器處，從包括所述第一設(shè)備及外部電源中的一個(gè)的外部電源接收電力。所 述音頻適配器將所述電力提供給所述第二設(shè)備。
[0024] 本文公開的通信接口技術(shù)的一些益處或優(yōu)勢可W包括W下中的一個(gè)或多個(gè)：
[0025] 對USB及其他協(xié)議透明
[0026] 消除對于機(jī)械連接器的需要
[0027] 可W用于具有諸如USB及其他協(xié)議的現(xiàn)有接口的現(xiàn)有系統(tǒng)中
[002引 低延時(shí)
[0029] 低成本、基于半導(dǎo)體的連接器解決方案
[0030] 無需軟件
[0031] 高帶寬（高達(dá)10抓PS或更高）
[0032] 低電力
[0033] 允許新的形狀因子同時(shí)維持與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的兼容性
[0034] 允許完全封閉設(shè)備
[0035] 為標(biāo)準(zhǔn)接口提供良好的靜電放電巧SD)保護(hù)
[0036] 無接觸連接器不必為接觸式的且可相對于彼此來回移動(dòng)
[0037] 設(shè)備輸出的能量可在EHF頻帶內(nèi)，低于用于證書（certification)或發(fā)送識別碼 的FCC要求（否則，發(fā)送識別碼會中斷數(shù)據(jù)流），該消除對中斷數(shù)據(jù)流來傳送ID的需求?？?W參考通過引用合并于此的47CFR § 15. 255 (在頻帶57GHz至64GHz內(nèi)操作）。
[003引本文描述的一個(gè)或多個(gè)發(fā)明可設(shè)及工業(yè)或商業(yè)產(chǎn)業(yè)，諸如電子設(shè)備及通信工業(yè)， 該些電子設(shè)備及通信工業(yè)使用與其他設(shè)備通信的設(shè)備或在設(shè)備中的元件之間通信的設(shè)備。
[0039] 本文描述的一個(gè)或多個(gè)發(fā)明的其他目的、特征及優(yōu)勢根據(jù)本發(fā)明的下列說明及描 述可變得清楚。
【附圖說明】
[0040] 將詳細(xì)參考本公開的實(shí)施例，在附圖中說明了該些實(shí)施例中的非限制性示例。圖 可具有圖表的形式?？蒞放大或不按比例繪制附圖中的某些元件；為了說明清楚起見，可 省略其他元件。附圖中出現(xiàn)的任何文本（圖標(biāo)、注釋、附圖標(biāo)記等等）通過引用合并于本文 中。當(dāng)在描述中使用諸如左側(cè)和右側(cè)、頂部和底部、上部和下部、內(nèi)部和外部的術(shù)語或類似 術(shù)語時(shí)，該些術(shù)語可用來向讀者指示元件在附圖中的朝向，但應(yīng)當(dāng)理解，該些術(shù)語不將所描 述的設(shè)備限制到任何特定的配置或朝向，除非另有說明或根據(jù)上下文明顯可見。
[0041] 圖1是實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議的物理（有線）鏈路的一般化框圖，諸如連接設(shè)備的 USB (該些設(shè)備中的一個(gè)可W是主機(jī)）。
[0042] 圖2是用于替換圖1中所示的物理鏈路的至少一些功能的無接觸鏈路的一般化框 圖，無接觸鏈路經(jīng)由電磁（EM)連接設(shè)備。
[00創(chuàng)圖3是圖示了經(jīng)由"塑料線纜"操作的電磁（EM)通信鏈路的視圖；
[0044] 圖4是圖示了在兩個(gè)設(shè)備之間的收發(fā)信機(jī)及電力連接器的通信鏈路的方框圖。
[0045] 圖5是圖示了示例性收發(fā)信機(jī)的操作的流程圖。
[0046] 圖6A、圖6B是圖示了示例性部署模式的視圖。
[0047] 圖7A是源設(shè)備通過物理鏈路與目的地設(shè)備連接的視圖。
[0048] 圖7B是源設(shè)備通過無線鏈路與目的地設(shè)備連接的視圖。
[0049] 圖7C是源設(shè)備通過適配器與目的地設(shè)備連