CN1675905B - 用于把设备电磁耦合到总线的方法和系统 - Google Patents

用于把设备电磁耦合到总线的方法和系统 Download PDF

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Abstract

沿着总线提供电磁耦合位置。在所述位置上可以分别耦合设备，用于在总线上进行通信。使与至少某些耦合位置相关联的电磁耦合强度具有不同的、经选择的值。

Description

用于把设备电磁耦合到总线的方法和系统
电磁耦合器例如可以用来在电子设备和通信总线(例如，多点总线)之间耦合数据，以代替更加常规的直接电气连接。美国专利US5,638,402中提出了这样的装置。
在总线上传递数据的电子设备以电信号的形式发送或接收数据，所述电信号符合预定的信令规范。在从所接收的信号恢复数据时，接收设备假定信号在发送时符合所述规范。
每个图图示的只是某些实施方案的特征和要素。其他实施方案也在权利要求书的范围之内。
图1表示总线的示意图。
图2表示耦合强度的曲线图。
图3表示总线的示意图。
图4表示总线上的耦合器。
图5和图6表示部分总线的侧视图和顶视图。
如图1中所示，在使用电磁耦合12，14，16来实现高速多点总线10的一种方法中，总线和通信设备24，26，28之间耦合的耦合强度都可以在目标范围内被控制成均匀的。把耦合强度控制成均匀的一种方式是在与耦合相关联的介电材料的尺寸和特性上实行严格的制造公差。另一方式是使用锯齿形(zigzag)耦合器的几何结构，所述锯齿形耦合器几何结构减少了耦合装置的几何精度变化对耦合强度的影响。2000年11月15日递交的序列号为09/714,899的美国专利申请中描述了锯齿形耦合装置。
控制耦合强度均匀地落在特定范围内实现了竞争的约束之间的折衷。过多的耦合器强度会沿着总线引起阻抗干扰，从而降低信号完整性。高的耦合器强度也使太多的信号能量转向更靠近总线主控器30的下接点(drop-off points)24，留下很少能量转向到远下接点28。另一方面，不足的耦合器强度使甚至最近的下接点从总线接收太少的能量或给予总线太少的能量。
通过沿着总线使用具有刻意的非均匀耦合强度的耦合器，可以提高带宽和降低成本。
将沿着总线的每个设备设置成接收与沿总线的任何其他设备相同的能量，这一点是有用的。设备接收的能量取决于耦合强度以及在耦合点总线中可用的能量。
如图2中所示，沿总线长度的每个耦合器42，44，46从总线消耗能量41，43，45。例如，耦合器42上消耗的能量留下更少的剩余能量47到达离总线主控器更远的下一耦合器44。因为下一耦合器(即耦合器44)的耦合位置上总线中的能量更低，耦合器44的耦合强度必须更高以消耗与在前耦合器42消耗的能量相同的能量43。耦合器44的更高耦合强度是可容许的，因为与耦合器42的情况相比，存在更少需要从总线吸收能量的下游耦合器。相反地，更弱的在先(earlier)耦合器是可容许的，因为全部的信号能量都可供它们来采样，而它们消耗较少能量则有利于后面的(later)耦合器。
在图3中象征性地表示了这个方案，其中，使用较长的线示出的耦合器(例如耦合器54)表示更强的耦合强度，尽管物理尺寸只是实现这个方案的一种方式。其他实施例包括耦合器的材料特性，例如，介电常数(permittivity)和导磁率(permeability)以及耦合器沿着所有三维空间的范围。轨迹(traces)的配置也可以被控制(形成图案)。例如，除锯齿形之外，可以使用有孔的接地面(perforated ground planes)和其他实施方式。
由于具有不同强度范围的耦合器成为有益的，沿着总线使用不同的耦合器强度降低了与严格制造公差相关联的成本。产量增加而成本降低。
对于电磁耦合的多点总线而言，多种机制可以被用来引入和利用非均匀的耦合器强度。
在由于耦合器制造而引起的变化的情况下，非均匀性已经存在。诸如彩色编码或物理键控(keying)的机制可以被用来对不同总线位置标注或定标不同耦合器强度。如果检测之后，弱耦合器被标记或被键控为用于近总线位置，而强耦合器用于远总线位置，在制造中更宽的耦合强度范围是容许的。
在制造公差被放松并且耦合强度被允许在比相反情况更宽的范围变化的实施方式中，根据耦合强度对完成的耦合器进行检测和分类。如图4中所示，通过用颜色58或符号60或者其他标记或图案标记耦合器56，可以指示耦合器的相对耦合强度。可以使用任何确保预定强度的耦合器沿着总线占据预定位置的设备或技术。
在某些情况下，系统可以依赖人工安装根据颜色被设置在正确的位置上。在其他情况下，耦合器的放置可以由机器人系统来实现，所述机器人系统可以“读取”被标记在耦合器上的颜色指示或条形码或其他信息。
另外，通过在耦合器上提供与不同耦合强度对应的不同键控机械特性62，可以实施不同耦合器的适当定位。然后，母板可以被构造成具有相应特性66以便在沿总线68的每个位置上只接受特定的耦合器键。
除了利用由宽的制造公差产生的尺寸和其他参数的自然变化之外，耦合器强度的变化可以更加有意地来实现，例如，通过控制总线和耦合器的耦合轨迹上的介电厚度、介电常数、以及锯齿形几何结构交叉点的数量。在可能的机制之中的选择可以根据成本。例如，如果关心的是设计和制造要被连接到总线的多种模块的成本，则系统可以使用相同的子卡，并且只对母板的参数进行修改，所述母板的参数影响沿总线的不同点上的耦合强度。
如图5(不是按照比例)中所示，母板的变化可以包括沿着总线的下接点位置上的不同高度的介电垫片70，72，74，所述垫片被粘合在母板80上。或者母板耦合轨迹80，82，84的宽度在不同耦合器位置上可以是不同的，如图6(也不是按照比例)中所示。
对于更远离总线控制器的耦合器而言，更宽的轨迹将产生更强的耦合。更宽的轨迹能使用不同类型的子卡(如果轨迹宽度变化是在子卡上提供而不是在母板上提供)或在母板上的轨迹宽度调节。
如果需要，母板轨迹的阻抗变化(由不同的轨迹宽度产生)通过递增交叉截面线(crosshatching)可以得到补偿(offset)。截面线的形式可以是在母板接地面(ground plane)内的孔的图案。金属的去除改变阻抗，因为场线(field lines)终止在与连续金属不同的图案内。在更宽轨迹的情况下可以提供更多的截面线。截面线保持轨迹和接地平面之间的平均重叠，所述重叠体现在轨迹阻抗中，从而消除耦合器强度和耦合器相对它自己接地面的独立阻抗之间的任何不必要的相关性。
尽管我们已经把本发明的某些实施方案作为实施例进行了描述和图示，但其他特征实施和特征组合也在下列权利要求的范围内。
例如，可能存在一些应用，在这些应用中，有益的是以这样的顺序排列不同耦合器，即使得沿总线的耦合强度随着距离不是单调地上升和/或下降。

Claims (26)

1.一种用于电磁耦合的方法，包括：
沿着总线提供电磁耦合位置，在所述位置上设备能够分别被耦合以在所述总线上进行通信，
测量被用在所述耦合位置上的耦合器的电磁耦合强度，以及
使具有不同测得电磁耦合强度的耦合器占据经选择的耦合位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述使具有不同测得电磁耦合强度的耦合器占据经选择的耦合位置的步骤包括产生至少某些耦合器的元件的物理特性的差别，所述耦合器位于所述耦合位置上。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述不同电磁耦合强度由安装在所述总线上的耦合器的物理特性或由所述总线的物理特性或者由两者产生。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述物理特性包括尺寸。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述物理特性由出现在制造公差内的变化产生。
6.如权利要求2所述的方法，其中所述物理特性包括耦合器几何结构。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述几何结构包括锯齿形轨迹。
8.如权利要求2所述的方法，其中所述物理特性包括介电特性。
9.如权利要求1所述的方法，其中使所述电磁耦合强度沿着总线单调地增加或降低。
10.如权利要求1所述的方法，其中使所述强度在所述位置上具有使在各自位置上从所述总线消耗的能量基本上相等的值。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述增加从所述总线端部出现，所述总线端部与信号源连接。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述信号源包括总线主控器。
13.如权利要求1所述的方法，还包括沿着电路板排列所述总线。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在所述电路板内配置内部面以补偿与沿所述总线的不同耦合位置相关联的阻抗差。
15.如权利要求1所述的方法，还包括在产生所述耦合强度的元件上提供标记，以及根据所述标记把所述元件放置在沿所述总线的位置上。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述放置是用手工完成的。
17.一种用于电磁耦合的方法，包括：
制造电磁总线耦合元件，所述元件具有与耦合强度有关的非可控制造变化，以及
依据所述耦合元件各自的强度在公差范围内将所述耦合元件分类。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：
使用所述耦合元件在沿总线的各自位置上实现经选择的耦合强度。
19.如权利要求17所述的方法，还包括：
用与耦合元件耦合强度相关联的标记对每个耦合元件进行标记。
20.一种用于电磁耦合的装置，包括：
具有机械键的电磁总线耦合器，所述机械键表示与耦合强度相关联的参数；以及
被构造成具有相应特性以便在沿总线的每个位置上接受特定的机械键的母板。
21.一种电路系统，包括：
带有总线的电路板，以及
在沿所述总线的耦合位置上，具有用于与所述总线进行耦合的不同耦合强度的耦合元件，所述耦合元件包括以下中的一种或更多种：具有不同高度的介电垫片的耦合元件和具有不同材料特性的耦合元件。
22.如权利要求21所述的系统，其中所述耦合元件包括耦合轨迹。
23.如权利要求22所述的系统，其中所述耦合轨迹具有不同尺寸。
24.一种母板，包括：
总线，以及
沿着所述总线不同位置，具有用于与通信设备耦合的不同耦合强度的耦合元件，所述耦合元件包括具有不同配置图案的耦合轨迹。
25.如权利要求24所述的母板，还包括：
通过所述耦合元件连接到所述总线以进行通信的设备。
26.如权利要求24所述的母板，其中所述耦合元件具有随着沿所述总线的距离的增加而增加的耦合强度。
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