专利名称：在两个单元之间无接触地传输电信号的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种在两个单元之间无接触地传输电信号的装置和方法。
背景技术：
电信号通常在相对彼此可移动的单元之间传输。例如在计算机x射线断层 摄影仪中由旋转的x射线检测器采集的数据被进一步传递给x射线断层摄影仪 的静止的部件以进行处理。公知的传输方法通过环形线和滑环实施。在此输送 到导体的电信号借助可移动的抽头被导出。这样的抽头可以由产生电接触的导
电簧片或碳棒组成。可替换地可以如在专利文件DE2845438中描述的，在利用
电容耦合或电感耦合的情况下无接触地传输电信号。
在相对彼此移动的单元之间的宽带信号传输需要要求高的高频传输技术。
在此基本上要解决两个问题 一方面要降低干扰辐射影响以及入射敏感性，另
一方面信号传输必须是低噪声和低失真的。以下就低失真问题详细讨论。 例如可移动单元的数据源提供具有以下特征的离散符号序列 -二元符号的序列，即-1和+1,或多级符号的序列，如-7、 -5、 -3、 -1、 +1、
+3、 +5和+7;
-该离散符号序列的频谱的绝对值在边界频率以下是低得可被忽略的，从
下时，也可以在接收器中完美地重建符号序列；
-有若干常用的方法用来产生这样的符号序列，例如在多个数据传输标准 中使用的8B/10B或64B/66B编码方法。
离散符号序列借助导线驱动器被转换为馈入导线的模拟信号，该导线末端 与其波阻抗相连。在此符号被以固定的数据传输率转换为模拟信号。该过程在 数学上被表示为用模拟发送脉沖描述的、其脉沖强度等于该符号序列的值的等 距狄拉克(Dirac)脉沖序列的巻积。该模拟发送脉冲的形式主要取决于导线驱 动器的频率特性。在导线驱动器中如有必要还可以附加地进行模拟数据信号的非线性失真，也称为预加重。因此在基带中形成未调制的数据信号。在符号率 的整数倍情况下该模拟数据信号的频谱在导线上具有典型的零点。在低于边界 频率的范围内该频谱低得可被忽略。
关于导线其例如可以是以基本模式传输数据信号的简单导线，也可以是以 微分模式传输数据信号的并行引导的双导线。
借助金属结构、以下称为耦合元件，其不接触导线，但是直接位于导线附 近并可沿着导线移动，导线的漏信号可以在近距离被无接触地分接。在此导线 表示哪种延伸并不重要。例如，常用的延伸是对到可平移移动的单元的数据传 输的直导线导引或对到旋转单元的数据传输的环形导线导引。
从耦合元件中分接的弱的电信号通过导线被引导到加强的接收元件，在此 可以事先实施线性无源滤波。例如可以使用线性放大器或非线性放大器，如有 限放大器或比较器作为接收元件的增强输入级。然后借助用于重建传输的符号 时序的电路以及接收的数据信号的扫描，重建传输的符号序列。
在通过散射场的输出耦合传输电信号的情况下，当数据传输率大于下边界 频率约十倍时，通常出现问题。在这种情况下在耦合元件的边界出现干扰反射， 并在耦合元件内出现干扰的运行时间效应，这使数据传输是有缺陷的。公知的 是，当耦合元件的几何尺寸基本上小于最小的待传输的波长时，可避免这样的 干扰。
借助由数字数据传输技术公知的眼图，可以鉴定数字数据传输的信号质
量。为此将数据流划分为等长的段，这些段是符号持续时间(Symboldauer)长 度的数倍。借助余辉示波器或存储示波器相叠地记录这些段。图像以眼睛的形 式出现在屏幕上。在耦合元件尺寸太大的情况下由于反射的原因在所属的眼图 中给出闭合的眼睛或者至少是小的眼睛峥开，这是差的数字信号传输的标记。
对低频信号部分由于耦合元件的尺寸，反射和运行时间效应对耦合元件不 起作用。于是耦合可以近似地作为在导线和耦合元件之间的离散电容被模型化。 如果由于机械的边界条件、例如容差或绝缘距离，耦合元件与导线的距离不能 再缩小，则该电容耦合将保持非常弱。在低的下边界频率的情况下，接收元件 的放大电路的输入阻抗必须是高阻值，以便也能传输低频信号部分。否则眼图 中眼睛的峥开这样缩小，即数据传输不可能。
但是接收元件的放大电路的输入阻抗的高阻值对高数据传输率具有重要 的缺陷。在技术上低反射传输所要求的导线至接收器的波阻抗匹配是不可能实现的，因为例如不能在印刷电路板上制造高阻值的导线。由此在耦合元件和接 收元件之间的导线上出现不期望的反射。在高数据传输率的情况下该反射使数 据信号失真，从而在接收元件中阻碍数据的无错重建。
小的电容耦合也不能足够地驱动接收元件的放大电路的输入端的电路部 分的可用的附加元件，从而同样限制最大的可传输的比特率。另外也会在放大 器上带来稳定性问题，如果输入阻抗选择得太高的话。
通常接收元件的放大电路的输入阻抗选择为高阻值，这会不利地限制最大 可传输比特率。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是提供一种装置和所属的方法，使得可以在 两个单元之间以尽可能高的比特率进行无接触的低噪声和低失真的信号传输。
本发明给出一种装置和所属的方法，用来在具有发送电信号的发送元件和 至少一个与其相连的导体的第一单元和具有接收元件和与其相连的耦合元件的 第二单元之间无接触地传输电信号，其中在导体中通过的电信号通过耦合元件
耦合输出。耦合元件由电阻材料或由金属和电阻材料构成，其中金属和电阻材
料至少在一个区域重叠。
电阻材料的电阻典型地为每面积1到500欧姆之间。每面积欧姆数是薄层
技术的常用单位，并给出根据层厚标准化的特定电阻。
电阻材料例如可以由阻性墨水、阻性筛网印刷膏或阻性薄膜构成。
电阻材料优选地这样构成，使在耦合元件中具有较长到达该耦合元件输出
本发明带来如下优点，即通过在耦合元件中的不同衰减，使眼睛目争开最大 化，并由此优化信号传输的噪声敏感性。
本发明带来如下另 一个优点，即可以提高耦合元件的尺寸并由此提高耦合 元件的耦合电容，而不降低信号传输质量。
另一个优点在于，通过对耦合元件使用阻性材料，尽管有制造公差，也不 必要求耦合元件电阻率的精细调谐，因为电阻率的值在宽的边界内没有影响。
第 一单元和第二单元可以相对彼此移动。
第 一单元可以具有两个并行的以微分模式传输电信号的导体。 耦合元件可以经过第二单元的与波阻抗匹配的电阻器网络与第二单元的至少一根连接导线相连。
具有优势的是，可以降低接收元件的输入放大电路的输入阻抗，并且由此 减少在引入的导线上的误匹配。
另一个优点在于，本发明可以在计算机X射线断层摄影仪中实施。
通过以下结合附图对本发明实施例的描述，本发明的其它特点将更加清楚。
图1示出具有耦合元件的信号传输的框图。
具体实施例方式
借助附图详细描述本发明的内容。附图示出从第一单元1中的发送元件11
传输模拟微分电信号的简化框图。在第一单元1信号沿着双导线13经过导线驱 动器12传输到终端电阻14。借助耦合元件31在第二单元2中将输入双导线13 的信号的一部分无接触地耦合输出并在第二单元2中经过电阻器网络25和连接 导线26传输到第二单元2的接收元件29的输入端。接收元件29包括具有滤波 器27的阻抗匹配电路和放大器28。接收元件29将信号传输给未示出的信号处 理装置。
由于在耦合元件31中的反射，过耦合的模拟信号部分通常以不同的电磁 扩散路径到达耦合元件31的输出端。该扩散路径导致信号部分的不同的运行时 间。所有扩散路径的信号部分叠加成耦合元件31的输出信号。当耦合元件的长
出现符号间的干涉。这使其在所属的眼图中如此被察觉，即眼睛不仅水平地而 且也垂直地闭合。
在耦合元件31中反射的信号部分比非反射的信号部分在电阻材料中运行 更久，并由此更强烈地衰减。具有较长扩散路径的信号部分的更强烈的衰减使 得符号间的干涉缩小，由此使眼睛睁开变大。
代替通常的金属，耦合元件31包括电阻材料，也称为阻性材料，或金属 和电阻材料的组合，其中金属和电阻材料至少在一个区域重叠。在第一单元1 和第二单元2相对彼此旋转运动的情况下，电阻材料优选地设置为对称于金属 的中心区域。对平移的运动，电阻材料和金属的设置可以优选地为非对称的。通过合适地选择耦合元件31的阻性材料的导电性，可以达到使眼睛瞭开 最大化并由此优化数据传输的噪声敏感性。
在由阻性材料构成耦合元件31情况下可以容忍持续时间超过多个比特的 信号扩散路径的运行时间差别。因此耦合元件31的长度不再被限制于导线上一 个比特的长度的分数。
对低频信号部分(其运行时间效应在耦合元件31上不起作用)耦合元件 对每个时刻都处于准稳态，因为在耦合元件31上几乎不出现电位差。由此没有 值得一提的、由阻性的材料衰减的平衡电流从耦合元件31中流过。对低频信号 部分来说，耦合基本上等于这样的离散电容。在导线13和耦合元件31之间距 离保持不变的情况下，该离散电容与在导线和耦合元件31之间张紧的面积成比 例地提高。因为通过本发明可以扩大耦合元件的长度，所以也可以扩大导线13 和耦合元件31之间张紧的面积，使耦合电容提高。
为了在眼图中以足够大的眼睛目争开实现干扰敏感的数据传输，要求尽可能 低地设置由耦合电容和与耦合元件31相连的电路25、 26、 27的输入阻抗21 的算术乘积产生的3dB的边界频率。因为在阻性的耦合元件31情况下可以提 高耦合电容，所以在预定的边界频率下比通常情况下可以实现明显更低的输入 阻抗21。
由于提高的电容耦合，实现与具有物理上要求的小尺寸的金属耦合元件相 比明显提高的总的眼睛目争开。
因为在使用阻性材料情况下耦合元件31的尺寸不再限于由比特率限制的 大小，可以对在其上连接的电路25、 26.的每个输入阻抗21这样选择耦合电容， 使得也可以足够好地传输低频信号部分。
输入阻抗21主要通过三个参数确定第一通过耦合元件31与接收元件29 的放大器28的输入级的连接导线26的导线阻抗24,第二通过在电阻器网络25 中实现的阻抗23以及第三通过接收元件29的输入阻抗22,其通过放大器28 与滤波器27的连接以某个限制设置。
如果在接收元件29上为耦合元件31的接头使用电缆和插拔连接器，其阻 抗原则上是不能任意选择的。50欧姆电缆和插拔连接器是用于高数据传输率传 输的通用的、市场上流行的标准。罕见地也有用60或75欧姆连接的电缆和插 拔连接器，但是决不会有大于1千欧姆的高阻值连接系统。如果连接导线26 或其一部分在印刷电路板上例如作为带状线或作为微带状线实现，则合理可实现的导线阻抗的范围向上限制于几百欧姆。
如果连接导线26在耦合元件31的末端串联地并在接收元件29的输入端 并联地根据波阻抗最佳地终止，则对要求的耦合电容的计算起作用的阻抗21 是接收元件输入阻抗22的两倍。在微分信号传输的情况下它是导线阻抗24的 四倍。在这两种情况下在连接导线26上都没有干扰的反射。
为了由阻性材料制造耦合元件31，例如用筛网印刷方法将具有合适的介电 特征的耦合结构涂覆在绝缘的承载材料上，即所谓的衬底上。在此使用具有取 决于其成分的导电率的膏。其在印刷后在炉中被稳定。在此期望的材料的电阻 率不仅通过在筛网印刷中使用的膏的成分，而且还通过借助不同的筛网和涂覆 压力获得的涂覆的膏层的厚度的改变以及通过几何尺寸的改变来设置。在成批 生产中实现小于20%的公差，其中在生产流程中还使用在承载材料的边缘附加 地涂覆的测试带来调整筛网印刷过程。也可以借助激光微调装置来微调耦合结 构的电阻率，但是对该应用不是必须的，因为取决于电阻率的在眼图中眼睛的 睁开的敏感性具有宽的最大值。对筛网印刷方法的替换在于借助喷墨印刷涂覆 阻性墨水。
本发明优选地可以在计算机X射线断层摄影仪中使用。在计算机X射线断 层摄影仪中必须将由旋转的X射线检测仪采集的数据为进一步处理而传输到计 算机X射线断层摄影仪的静止部件。另外控制数据在两个方向上在系统的旋转 部分和静止部分之间传输。在计算机X射线断层摄影仪中使用沿着圆形轨道延 伸的微分导线。
待传输的数据传输率随着计算机X射线断层摄影技术的向前发展而提高。 在这样高的数据传输率下，耦合元件31中出现的运行时间效应和反射效应不再 是可忽略的。由于耦合元件31的较大的尺寸和其电阻率，根据本发明的装置和 所属的方法可以驱动接收元件29的组成元件至其特定的比特率的边界。
权利要求
1. 一种用于在第一单元(1)和第二单元(2)之间无接触地传输电信号的装置，其中，第一单元(1)具有发送电信号的发送元件(11)和至少一个与其相连的导体(13)，第二单元(2)具有接收元件(29)和与该接收元件相连的耦合元件(31)，该耦合元件(31)对输入所述导体(13)中的电信号进行输出耦合，其特征在于，所述耦合元件(31)由电阻材料构成，其中所述电阻材料这样构成，使在该耦合元件(31)中具有较长到达该耦合元件(31)的输出端的运行时间的信号部分比具有较短运行时间的信号部分更强地衰减。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合元件(31 )由金属 和电阻材料构成，其中所述金属和所述电阻材料至少在 一 个区域中重叠。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电阻材料对称于金属设置。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述电阻材料 的电阻值在每面积1到500欧姆之间。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述电阻材料是阻性 墨水或阻性筛网印刷膏。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一单元(1)和 所述第二单元(2)可彼此相对运动。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一单元(1)具 有两个以微分模式传输电信号的并行导体(13)。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述耦合元件(31 )可 以通过所述第二单元(2)的与波阻抗匹配的电阻网络(25)与该第二单元(2) 的至少一根连接导线(26)相连。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述接收元件(29)的 输入端是低电阻的。
10. —种用于在第一单元(1 )和具有耦合元件(31 )的第二单元(2)之 间无接触地传输电信号的方法，其中，通过所述耦合元件(31 )耦合输出输入 所述第一单元(1)的电信号，其特征在于，该耦合元件(31)由电阻材料构成，其中所述电阻材料这样构成，使在该耦合元件(31)中具有较长到达该耦合元件(31)的输出端的运行时间的信号 部分比具有较短运行时间的信号部分更强地衰减。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述耦合元件(31)由金 属和电阻材料构成，其中所述金属和所述电阻材料至少在 一个区域内重叠。
12. —种具有根据权利要求1至9中任一项所述装置的计算机X射线断层 摄影仪。
全文摘要
本发明涉及一种装置和所属的方法，用来在第一单元(1)、第二单元(2)之间无接触地传输电信号，其中所述第一单元(1)具有发送电信号的发送元件(11)和至少一个与其相连的导体(13)，所述第二单元(2)具有接收元件(29)和与其相连的耦合元件(31)。所述耦合元件(31)由电阻材料构成并耦合输出输入到导体(13)中的电信号。
文档编号A61B6/03GK101304267SQ20081009136
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月8日 优先权日2007年5月8日
发明者罗宾·格兰杰, 赫尔穆特·雷普, 迈克尔·J·西森 申请人:西门子公司