專利名稱：在兩個單元之間無接觸地傳輸電信號的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種在兩個單元之間無接觸地傳輸電信號的裝置和方法。
背景技術：
電信號通常在相對彼此可移動的單元之間傳輸。例如在計算機x射線斷層 攝影儀中由旋轉的x射線檢測器采集的數據被進一步傳遞給x射線斷層攝影儀 的靜止的部件以進行處理。公知的傳輸方法通過環形線和滑環實施。在此輸送 到導體的電信號借助可移動的抽頭被導出。這樣的抽頭可以由產生電接觸的導
電簧片或碳棒組成。可替換地可以如在專利文件DE2845438中描述的，在利用
電容耦合或電感耦合的情況下無接觸地傳輸電信號。
在相對彼此移動的單元之間的寬帶信號傳輸需要要求高的高頻傳輸技術。
在此基本上要解決兩個問題 一方面要降低干擾輻射影響以及入射敏感性，另
一方面信號傳輸必須是低噪聲和低失真的。以下就低失真問題詳細討論。 例如可移動單元的數據源提供具有以下特征的離散符號序列 -二元符號的序列，即-1和+1,或多級符號的序列，如-7、 -5、 -3、 -1、 +1、
+3、 +5和+7;
-該離散符號序列的頻譜的絕對值在邊界頻率以下是低得可被忽略的，從
下時，也可以在接收器中完美地重建符號序列；
-有若干常用的方法用來產生這樣的符號序列，例如在多個數據傳輸標準 中使用的8B/10B或64B/66B編碼方法。
離散符號序列借助導線驅動器被轉換為饋入導線的模擬信號，該導線末端 與其波阻抗相連。在此符號被以固定的數據傳輸率轉換為模擬信號。該過程在 數學上被表示為用模擬發送脈沖描述的、其脈沖強度等于該符號序列的值的等 距狄拉克(Dirac)脈沖序列的巻積。該模擬發送脈沖的形式主要取決于導線驅 動器的頻率特性。在導線驅動器中如有必要還可以附加地進行模擬數據信號的非線性失真，也稱為預加重。因此在基帶中形成未調制的數據信號。在符號率 的整數倍情況下該模擬數據信號的頻譜在導線上具有典型的零點。在低于邊界 頻率的范圍內該頻譜低得可被忽略。
關于導線其例如可以是以基本模式傳輸數據信號的簡單導線，也可以是以 微分模式傳輸數據信號的并行引導的雙導線。
借助金屬結構、以下稱為耦合元件，其不接觸導線，但是直接位于導線附 近并可沿著導線移動，導線的漏信號可以在近距離被無接觸地分接。在此導線 表示哪種延伸并不重要。例如，常用的延伸是對到可平移移動的單元的數據傳 輸的直導線導引或對到旋轉單元的數據傳輸的環形導線導引。
從耦合元件中分接的弱的電信號通過導線被引導到加強的接收元件，在此 可以事先實施線性無源濾波。例如可以使用線性放大器或非線性放大器，如有 限放大器或比較器作為接收元件的增強輸入級。然后借助用于重建傳輸的符號 時序的電路以及接收的數據信號的掃描，重建傳輸的符號序列。
在通過散射場的輸出耦合傳輸電信號的情況下，當數據傳輸率大于下邊界 頻率約十倍時，通常出現問題。在這種情況下在耦合元件的邊界出現干擾反射， 并在耦合元件內出現干擾的運行時間效應，這使數據傳輸是有缺陷的。公知的 是，當耦合元件的幾何尺寸基本上小于最小的待傳輸的波長時，可避免這樣的 干擾。
借助由數字數據傳輸技術公知的眼圖，可以鑒定數字數據傳輸的信號質
量。為此將數據流劃分為等長的段，這些段是符號持續時間(Symboldauer)長 度的數倍。借助余輝示波器或存儲示波器相疊地記錄這些段。圖像以眼睛的形 式出現在屏幕上。在耦合元件尺寸太大的情況下由于反射的原因在所屬的眼圖 中給出閉合的眼睛或者至少是小的眼睛崢開，這是差的數字信號傳輸的標記。
對低頻信號部分由于耦合元件的尺寸，反射和運行時間效應對耦合元件不 起作用。于是耦合可以近似地作為在導線和耦合元件之間的離散電容被模型化。 如果由于機械的邊界條件、例如容差或絕緣距離，耦合元件與導線的距離不能 再縮小，則該電容耦合將保持非常弱。在低的下邊界頻率的情況下，接收元件 的放大電路的輸入阻抗必須是高阻值，以便也能傳輸低頻信號部分。否則眼圖 中眼睛的崢開這樣縮小，即數據傳輸不可能。
但是接收元件的放大電路的輸入阻抗的高阻值對高數據傳輸率具有重要 的缺陷。在技術上低反射傳輸所要求的導線至接收器的波阻抗匹配是不可能實現的，因為例如不能在印刷電路板上制造高阻值的導線。由此在耦合元件和接 收元件之間的導線上出現不期望的反射。在高數據傳輸率的情況下該反射使數 據信號失真，從而在接收元件中阻礙數據的無錯重建。
小的電容耦合也不能足夠地驅動接收元件的放大電路的輸入端的電路部 分的可用的附加元件，從而同樣限制最大的可傳輸的比特率。另外也會在放大 器上帶來穩定性問題，如果輸入阻抗選擇得太高的話。
通常接收元件的放大電路的輸入阻抗選擇為高阻值，這會不利地限制最大 可傳輸比特率。
發明內容
因此本發明要解決的技術問題是提供一種裝置和所屬的方法，使得可以在 兩個單元之間以盡可能高的比特率進行無接觸的低噪聲和低失真的信號傳輸。
本發明給出一種裝置和所屬的方法，用來在具有發送電信號的發送元件和 至少一個與其相連的導體的第一單元和具有接收元件和與其相連的耦合元件的 第二單元之間無接觸地傳輸電信號，其中在導體中通過的電信號通過耦合元件
耦合輸出。耦合元件由電阻材料或由金屬和電阻材料構成，其中金屬和電阻材
料至少在一個區域重疊。
電阻材料的電阻典型地為每面積1到500歐姆之間。每面積歐姆數是薄層
技術的常用單位，并給出根據層厚標準化的特定電阻。
電阻材料例如可以由阻性墨水、阻性篩網印刷膏或阻性薄膜構成。
電阻材料優選地這樣構成，使在耦合元件中具有較長到達該耦合元件輸出
本發明帶來如下優點，即通過在耦合元件中的不同衰減，使眼睛目爭開最大 化，并由此優化信號傳輸的噪聲敏感性。
本發明帶來如下另 一個優點，即可以提高耦合元件的尺寸并由此提高耦合 元件的耦合電容，而不降低信號傳輸質量。
另一個優點在于，通過對耦合元件使用阻性材料，盡管有制造公差，也不 必要求耦合元件電阻率的精細調諧，因為電阻率的值在寬的邊界內沒有影響。
第 一單元和第二單元可以相對彼此移動。
第 一單元可以具有兩個并行的以微分模式傳輸電信號的導體。 耦合元件可以經過第二單元的與波阻抗匹配的電阻器網絡與第二單元的至少一根連接導線相連。
具有優勢的是，可以降低接收元件的輸入放大電路的輸入阻抗，并且由此 減少在引入的導線上的誤匹配。
另一個優點在于，本發明可以在計算機X射線斷層攝影儀中實施。
通過以下結合附圖對本發明實施例的描述，本發明的其它特點將更加清楚。
圖1示出具有耦合元件的信號傳輸的框圖。
具體實施例方式
借助附圖詳細描述本發明的內容。附圖示出從第一單元1中的發送元件11
傳輸模擬微分電信號的簡化框圖。在第一單元1信號沿著雙導線13經過導線驅 動器12傳輸到終端電阻14。借助耦合元件31在第二單元2中將輸入雙導線13 的信號的一部分無接觸地耦合輸出并在第二單元2中經過電阻器網絡25和連接 導線26傳輸到第二單元2的接收元件29的輸入端。接收元件29包括具有濾波 器27的阻抗匹配電路和放大器28。接收元件29將信號傳輸給未示出的信號處 理裝置。
由于在耦合元件31中的反射，過耦合的模擬信號部分通常以不同的電磁 擴散路徑到達耦合元件31的輸出端。該擴散路徑導致信號部分的不同的運行時 間。所有擴散路徑的信號部分疊加成耦合元件31的輸出信號。當耦合元件的長
出現符號間的干涉。這使其在所屬的眼圖中如此被察覺，即眼睛不僅水平地而 且也垂直地閉合。
在耦合元件31中反射的信號部分比非反射的信號部分在電阻材料中運行 更久，并由此更強烈地衰減。具有較長擴散路徑的信號部分的更強烈的衰減使 得符號間的干涉縮小，由此使眼睛睜開變大。
代替通常的金屬，耦合元件31包括電阻材料，也稱為阻性材料，或金屬 和電阻材料的組合，其中金屬和電阻材料至少在一個區域重疊。在第一單元1 和第二單元2相對彼此旋轉運動的情況下，電阻材料優選地設置為對稱于金屬 的中心區域。對平移的運動，電阻材料和金屬的設置可以優選地為非對稱的。通過合適地選擇耦合元件31的阻性材料的導電性，可以達到使眼睛瞭開 最大化并由此優化數據傳輸的噪聲敏感性。
在由阻性材料構成耦合元件31情況下可以容忍持續時間超過多個比特的 信號擴散路徑的運行時間差別。因此耦合元件31的長度不再被限制于導線上一 個比特的長度的分數。
對低頻信號部分(其運行時間效應在耦合元件31上不起作用)耦合元件 對每個時刻都處于準穩態，因為在耦合元件31上幾乎不出現電位差。由此沒有 值得一提的、由阻性的材料衰減的平衡電流從耦合元件31中流過。對低頻信號 部分來說，耦合基本上等于這樣的離散電容。在導線13和耦合元件31之間距 離保持不變的情況下，該離散電容與在導線和耦合元件31之間張緊的面積成比 例地提高。因為通過本發明可以擴大耦合元件的長度，所以也可以擴大導線13 和耦合元件31之間張緊的面積，使耦合電容提高。
為了在眼圖中以足夠大的眼睛目爭開實現干擾敏感的數據傳輸，要求盡可能 低地設置由耦合電容和與耦合元件31相連的電路25、 26、 27的輸入阻抗21 的算術乘積產生的3dB的邊界頻率。因為在阻性的耦合元件31情況下可以提 高耦合電容，所以在預定的邊界頻率下比通常情況下可以實現明顯更低的輸入 阻抗21。
由于提高的電容耦合，實現與具有物理上要求的小尺寸的金屬耦合元件相 比明顯提高的總的眼睛目爭開。
因為在使用阻性材料情況下耦合元件31的尺寸不再限于由比特率限制的 大小，可以對在其上連接的電路25、 26.的每個輸入阻抗21這樣選擇耦合電容， 使得也可以足夠好地傳輸低頻信號部分。
輸入阻抗21主要通過三個參數確定第一通過耦合元件31與接收元件29 的放大器28的輸入級的連接導線26的導線阻抗24,第二通過在電阻器網絡25 中實現的阻抗23以及第三通過接收元件29的輸入阻抗22,其通過放大器28 與濾波器27的連接以某個限制設置。
如果在接收元件29上為耦合元件31的接頭使用電纜和插拔連接器，其阻 抗原則上是不能任意選擇的。50歐姆電纜和插拔連接器是用于高數據傳輸率傳 輸的通用的、市場上流行的標準。罕見地也有用60或75歐姆連接的電纜和插 拔連接器，但是決不會有大于1千歐姆的高阻值連接系統。如果連接導線26 或其一部分在印刷電路板上例如作為帶狀線或作為微帶狀線實現，則合理可實現的導線阻抗的范圍向上限制于幾百歐姆。
如果連接導線26在耦合元件31的末端串聯地并在接收元件29的輸入端 并聯地根據波阻抗最佳地終止，則對要求的耦合電容的計算起作用的阻抗21 是接收元件輸入阻抗22的兩倍。在微分信號傳輸的情況下它是導線阻抗24的 四倍。在這兩種情況下在連接導線26上都沒有干擾的反射。
為了由阻性材料制造耦合元件31，例如用篩網印刷方法將具有合適的介電 特征的耦合結構涂覆在絕緣的承載材料上，即所謂的襯底上。在此使用具有取 決于其成分的導電率的膏。其在印刷后在爐中被穩定。在此期望的材料的電阻 率不僅通過在篩網印刷中使用的膏的成分，而且還通過借助不同的篩網和涂覆 壓力獲得的涂覆的膏層的厚度的改變以及通過幾何尺寸的改變來設置。在成批 生產中實現小于20%的公差，其中在生產流程中還使用在承載材料的邊緣附加 地涂覆的測試帶來調整篩網印刷過程。也可以借助激光微調裝置來微調耦合結 構的電阻率，但是對該應用不是必須的，因為取決于電阻率的在眼圖中眼睛的 睜開的敏感性具有寬的最大值。對篩網印刷方法的替換在于借助噴墨印刷涂覆 阻性墨水。
本發明優選地可以在計算機X射線斷層攝影儀中使用。在計算機X射線斷 層攝影儀中必須將由旋轉的X射線檢測儀采集的數據為進一步處理而傳輸到計 算機X射線斷層攝影儀的靜止部件。另外控制數據在兩個方向上在系統的旋轉 部分和靜止部分之間傳輸。在計算機X射線斷層攝影儀中使用沿著圓形軌道延 伸的微分導線。
待傳輸的數據傳輸率隨著計算機X射線斷層攝影技術的向前發展而提高。 在這樣高的數據傳輸率下，耦合元件31中出現的運行時間效應和反射效應不再 是可忽略的。由于耦合元件31的較大的尺寸和其電阻率，根據本發明的裝置和 所屬的方法可以驅動接收元件29的組成元件至其特定的比特率的邊界。
權利要求
1. 一種用于在第一單元(1)和第二單元(2)之間無接觸地傳輸電信號的裝置，其中，第一單元(1)具有發送電信號的發送元件(11)和至少一個與其相連的導體(13)，第二單元(2)具有接收元件(29)和與該接收元件相連的耦合元件(31)，該耦合元件(31)對輸入所述導體(13)中的電信號進行輸出耦合，其特征在于，所述耦合元件(31)由電阻材料構成，其中所述電阻材料這樣構成，使在該耦合元件(31)中具有較長到達該耦合元件(31)的輸出端的運行時間的信號部分比具有較短運行時間的信號部分更強地衰減。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述耦合元件(31 )由金屬 和電阻材料構成，其中所述金屬和所述電阻材料至少在 一 個區域中重疊。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述電阻材料對稱于金屬設置。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述電阻材料 的電阻值在每面積1到500歐姆之間。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的裝置，其中，所述電阻材料是阻性 墨水或阻性篩網印刷膏。
6. 根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述第一單元(1)和 所述第二單元(2)可彼此相對運動。
7. 根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述第一單元(1)具 有兩個以微分模式傳輸電信號的并行導體(13)。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述耦合元件(31 )可 以通過所述第二單元(2)的與波阻抗匹配的電阻網絡(25)與該第二單元(2) 的至少一根連接導線(26)相連。
9. 根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述接收元件(29)的 輸入端是低電阻的。
10. —種用于在第一單元(1 )和具有耦合元件(31 )的第二單元(2)之 間無接觸地傳輸電信號的方法，其中，通過所述耦合元件(31 )耦合輸出輸入 所述第一單元(1)的電信號，其特征在于，該耦合元件(31)由電阻材料構成，其中所述電阻材料這樣構成，使在該耦合元件(31)中具有較長到達該耦合元件(31)的輸出端的運行時間的信號 部分比具有較短運行時間的信號部分更強地衰減。
11. 根據權利要求IO所述的方法，其特征在于，所述耦合元件(31)由金 屬和電阻材料構成，其中所述金屬和所述電阻材料至少在 一個區域內重疊。
12. —種具有根據權利要求1至9中任一項所述裝置的計算機X射線斷層 攝影儀。
全文摘要
本發明涉及一種裝置和所屬的方法，用來在第一單元(1)、第二單元(2)之間無接觸地傳輸電信號，其中所述第一單元(1)具有發送電信號的發送元件(11)和至少一個與其相連的導體(13)，所述第二單元(2)具有接收元件(29)和與其相連的耦合元件(31)。所述耦合元件(31)由電阻材料構成并耦合輸出輸入到導體(13)中的電信號。
文檔編號A61B6/03GK101304267SQ20081009136
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月8日 優先權日2007年5月8日
發明者羅賓·格蘭杰, 赫爾穆特·雷普, 邁克爾·J·西森 申請人:西門子公司