本申请是申请日为2013年05月23日、申请号为201380028610.6、发明名称为“组装在柔性支撑件上的电子器件的网络和通信方法”的中国发明专利申请的分案申请。
本发明涉及组装在柔性支撑件上的电子器件的网络和通信方法。
背景技术：
众所周知，目前大部分电子器件都通过半导体材料的卓越特性而形成在硅芯片中。然而，硅的一种限制在于其缺乏柔性，从而在一些应用中不能使用。例如，硅不适合用于织物或其他衬底，由于在使用期间会经受折叠。另一方面，目前正在研究可替代的材料(诸如导体或半导体聚合材料)，它们与硅相比电性能较差，因此还不能算是可行的替代物。
因此，期望提供能够实现柔性型电子器件的电路或网络的解决方案。然而，传统类型的电子器件与柔性支撑件(例如，织物或塑料支撑件)的连接是存在问题的。
事实上，目前电子器件之间的连接要求导电路径，然而这必然对柔性的类型和程度施加限制。例如，市场上可以购得的塑性材料的带状连接件是可以折叠的，但是最大曲率半径必须远大于连接件的厚度，例如十倍。另一种限制在于支撑件所能承受的弯曲或折叠事件的数量。例如，一些现有的连接件仅允许单次折叠操作(例如在组装期间)，并且随后不能修改它们的空间布置。
因此，期望提供支撑件可以经受折叠、弯曲、拉扯、扭曲或其他类型的应力而不会损伤、断裂或产生中断点和线(诸如危及电路连续性因而使整个网络不可用)的解决方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种集成电子器件的网络，其克服了现有技术的缺陷。
根据本发明，提供了如下组装在柔性衬底上的电子器件的网络和通信方法。
提供了一种装置，包括：服装；网络，形成在所述服装上，并且包括：主节点，包括主有线天线；至少一个中间节点，包括中间有线天线，所述中间有线天线被磁性耦合到用于该中间节点的相应装置；电线，将所述主节点电耦合到所述至少一个中间节点；至少一个电子器件，磁性耦合到所述中间有线天线；电源单元，经由其所述主有线天线磁性耦合到所述主节点。
此外，还提供了一种用于在服装上形成的网络中的智能纽扣，所述智能纽扣包括：纽扣形的壳体；天线，承载在所述壳体内并被配置为与形成在所述服装上的所述网络的元件通信；至少一个功能元件，承载在所述壳体内；和至少一个电子电路，承载在所述壳体内并且耦合到所述天线和所述至少一个功能元件。
此外，还提供了一种系统，包括：柔性第一层；和固定到所述柔性第一层的第一电路，其中所述第一电路被配置成使用无接触的互耦来彼此通信，其中所述无接触的互耦包括磁性耦合电路，所述磁性耦合电路包括：用于每个所述第一电路的天线；磁发生器；以及由一对平行延伸的铁磁材料条构成的无源线，其在所述柔性第一层中或所述柔性第一层上延伸，并且磁性耦合至每个所述第一电路的天线；其中用于所述无源线的所述一对平行延伸的铁磁材料条被耦合到所述磁发生器，以形成封闭的磁环路电路。
此外，还提供了一种系统，包括：柔性第一层；和固定到所述柔性第一层的第一电路，其中所述第一电路被配置成使用无接触的互耦来彼此通信，其中所述无接触的互耦包括磁性耦合电路，所述磁性耦合电路包括：用于每个所述第一电路的天线；具有第一端和第二端的铁磁材料的第一线，铁磁材料的所述第一线在所述柔性第一层中或所述柔性第一层上延伸，并且磁性耦合至用于所述第一电路中的每一个的所述天线；以及具有第一端和第二端的铁磁材料的第二线，铁磁材料的所述第二线在所述柔性第一层中或所述柔性第一层上延伸；其中所述第一线的第一端被磁性耦合到所述第二线的第二端，并且其中所述第一线的第二端被磁性耦合到所述第二线的第一端以形成封闭的磁环路电路。
此外，还提供了与制造如上装置和系统的方法。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在参照附图仅通过非限制性实例来描述其优选实施例，其中：
图1和图2以侧视图和顶视图示出了作为智能面板或带的本发明网络的实施例；
图3是属于本发明网络的器件的框图；
图4a、图4b和图4c示出了沿着图2的截面iv-iv截取的图1器件的两个不同实施例的截面图；
图5以顶视图示出了本发明网络的不同实施例；
图6和图7示出了图3的器件的细节的可能实施例的截面图；
图8和图9是图3的器件的细节的截面图；
图10示出了本发明网络的端子部分的截面图；
图11是图10的部分的顶视图；
图12以顶视图示出了本发明网络的不同实施例；
图13是图12的解决方案的截面图；
图14和图15分别以顶视图和沿着图14的平面xv-xv截取的透视截面图示出了本发明网络的不同实施例；
图16以截面图示出了本发明网络的不同实施例；
图17以顶视图示出了本发明网络的不同实施例；
图18示出了本发明网络应用于服装的另一实施例；
图19是图18的网络的框图；
图20a和图20b示出了可用于图18的网络中的导线的两个实例；
图21a和图21b分别是图21的网络的节点的实施例的顶视图和截面图；
图22a、图22b和图23以顶视图示出了图21a的节点的变化；
图24和图25是图23的细节的两种可能的截面；
图26是图18的网络的另一细节的顶视图；
图27a和图27b是图18的网络的不同细节的顶视图；
图28至图30是与图27的细节互补的细节的实施例的截面图；
图31示出了再次应用于服装的本发明网络的不同实施例；
图32示出了图31的网络的放大细节的截面图；
图33a和图33b以解开纽扣状态下的顶视图和扣上纽扣状态下的截面图示出了图31的网络的放大细节的不同实施例；
图34至图36分别以顶视图和截面图以及服装的单个衣襟示出了图31的网络的放大细节的另一种变化；
图37示出了图31的网络的不同细节的截面图；
图38是与图37互补的细节的顶视图；以及
图39是再次应用于服装或两件不同服装的两个网络的连接的框图。
具体实施方式
在图1至图17所示的实施例中，柔性衬底15承载或其中嵌入有多个器件1，以形成智能面板20。器件1是电分离的，但是彼此磁性连接。
参照图1和图2，智能面板20为带状形式，并且柔性衬底15为柔性材料(例如，聚合材料，诸如kapton或teflon)，其横向地环绕器件1(可以从图2中看出)，但是其顶面和底面平齐(可以从图1中看出)。
然而，智能面板20可具有任何形状，而不是必须为细长形。
器件1均具有近场类型的至少一个天线4。两个磁条17邻近天线4或与天线4接触地在柔性衬底15上方或内部延伸，并且优选地，磁条17的宽度小于天线的对应尺寸。根据一个实施例且参照图2所示的定向，如果器件1具有单个天线4，则其与两个磁条17中的一个垂直对准(如图2所示)；如果器件2具有两个天线4，则每个天线4均相对于相应的磁条17垂直布置或者相对于所连接的磁性部分垂直布置(下文将进行讨论)。
磁条17的第一端可连接到一起(如虚线12所示)以形成闭合的磁路(可能存在中断或气隙)，并且第二端连接至磁发生器18，其在使用中会生成磁场b。以这种方式，如图2所示，磁场b被限制在两个磁带17内，并且在它们两个中间以相反的方向定向。实际上，磁条17形成磁路，由于与天线4的耦合而连接网络14中的器件1。
磁路能够在不存在物理/电接触的情况下在器件1之间有效地传输信号和能量。此外，磁条17任何可能的故障(例如由于柔性衬底15的反复折叠)都不会中断电路。此外，由于天线4和条17之间的磁性耦合，所以不需要在柔性衬底15上具有电接触焊盘或区域，这样的电接触焊盘或区域会降低柔性并且可能会损坏。此外，磁条17不必连续，而是可以存在或产生间隙(即，缺少一个或多个短片的磁性材料)，这不会产生中断并使网络14产生故障。以这种方式，当机械应力、以小曲率半径折叠或反复折叠和/或任何其他种类的应力(包括老化)而导致磁条17的不连续时，不会损伤器件1和/或它们的供应源之间的通信。
图1和图2的网络16可以如下方式获得：开始将器件1粘到支撑板(例如设置有粘性表面)上；然后例如通过旋转，在例如不损伤器件1的温度下以液态或熔融状态涂覆塑性材料；接下来，执行塑性材料的聚合和硬化；最后例如通过蚀刻和平面化从顶面去除过量的塑性材料部分，直到露出器件1为止。最终，如果需要的话，所获取的结构被切成期望的形状或者被划分为各个部分(例如各个带)。
例如，使用在半导体工业中使用的包含磁性颗粒的墨，通过喷墨印刷来获得磁条17。备选地，可以使用磁性材料的气溶胶印刷技术，或者磁条17可以被预先模制和施加。例如，磁条17可以是软的磁性材料，诸如cozrta、fehfh(o)等，还基于器件1之间的通信所使用的频率来进行选择。如果使用高频(千兆赫兹的等级)，则材料会在存在磁场的情况下经受热退火步骤(磁性退火)以优化磁性材料的特性。
可选地，如下面参照图4a所讨论的，环绕器件1的柔性衬底15的聚合材料部分的顶部不被去除。在这种情况下，在翻转之后，还可以在面板20的后侧施加聚合材料层。在这种情况下，器件1被完全嵌入柔性衬底15中。还可以在形成磁条17之后进一步施加聚合材料层，从而将它们嵌入面板20中。
图3示出了形成网络14的部分的器件1的基本结构。在其基本结构中，每个器件1都包括电子部件2和天线2。此外，可以提供一个或多个非电子元件8，其连接至电子部件2。如下文讨论的，器件1还可以包括多于一个的天线，通常为两个天线4。
此外，电子部件2包括集成电路7和收发器电路3。
例如，电子单元7(在图中通过电子部件9来示意性地表示)可以作为传感器、致动器、接口或电极来操作(可能与非电子部件8一起)；此外，集成电路7可以为存储器、控制单元、电源单元、转换器、适配器、数字电路、模拟电路、rf电路等。
电学/机械/化学类型的一个或多个非电子元件8例如可以为微机电(mems、nems，例如组成传感器或致动器)或电极、阱、电池、液体容器、微通道等。
收发器电路3可以与集成电路7物理分离或与其一起来获得。
收发器电路3具有将集成电路7连接至天线4的功能，用于传输和/或接收信号和/或能量，并且通常包括应答器或收发器以及ac/dc或dc/ac转换电路。
每个天线4都形成为接近器件1的主表面10或面对该表面，并且通常设置为环形天线(具有一匝或多匝)。即使其还可能连带使用其他类型的天线，例如赫兹偶极子或电容型的接口。具体地，可以根据专利申请第wo2010/076187号的教导来获得天线。
器件1可进一步包括磁性过孔13，其延伸到器件内、天线4下方(相对于主表面10)或天线4内(例如，在前述专利申请第wo2010/076187号中所描述的)，只要第二主表面11与第一主表面10相对；磁性过孔13不与天线4电耦合。例如，磁性过孔13的形状类似于颠倒的截棱锥或截锥。
如上所述，器件1可以基本由半导体芯片或复合系统形成。通常，如果集成电路1通过芯片(例如，如图4a所示)形成时，其包括半导体衬底21和介电层22。例如为硅的半导体衬底21容纳电子部件2并且可能容纳非电子元件8(至少部分地容纳，因为在一些应用中，它们可以从器件1中伸出)。介电层22容纳一个或多个天线4以及可能的导电材料(例如金属)的内部连接，其以已知方式形成通过过孔连接的各种金属化层(未示出)。
相反，如果集成器件1为更加复杂的系统，则可以通过容纳封装系统和器件(例如，socs(芯片上系统)、sips(封装中系统))的封装件来形成，其中，该封装件还集成有电子部件2和/或非电子元件8、以及一个或多个天线4。例如，器件1可以使用类似于晶圆级芯片规模封装的技术来封装：涂覆用于模制在晶圆的主表面和侧面上的树脂，翻转晶圆，以及在自由面上设置系统的剩余部分。
例如，在图4a的实施例中，器件1由芯片形成。此外，这里，柔性衬底15完全环绕器件1和磁条17。备选地，如所提到的，柔性衬底15可以与芯片的顶面和/或底面平齐，并且磁条17可以在柔性衬底15上方延伸；此外，芯片1可以具有两个天线4。
图4b示出了由芯片形成的器件1，在其整个外表面上涂有模制树脂的封装23。在这种情况下，至少一个磁性过孔24被形成为穿过封装23，与天线4以及两个磁条17中的一个垂直对准。在所示实例中，器件1具有两个天线4；从而，存在两个磁性过孔24，与相应的磁条17直接接触。这里，柔性衬底15仅侧面(laterrally)环绕器件1，但是还可以在顶部和/或底部环绕。
以这种方式，器件1是坚实的，因为外部被封装23所保护。
在图4b的器件1中，天线4、磁性过孔24和磁条17均被布置在器件1的同一侧(顶侧)上。
然而，可以在器件1的顶部和底部中均进行布置。例如，在未示出的变化中，天线4、仅一个磁性过孔24和仅一个磁条17均可布置在器件1的顶部中，而另一个磁性过孔24和另一个磁条17可布置在底部。在这种情况下，横向环绕器件1的磁性路径(未示出)可以将布置在底部的磁性过孔连接至配置在顶部的对应天线，或者备选地，可以形成与图3类似的磁性过孔13。
在图4c所示的一个实施例中，天线4不再设置为基本平行于器件1的表面10和11，而是基本平行于垂直面延伸。例如，天线4可以形成在器件1的介电层22中的一部分(第一部分400)以及顶层14的一部分(第二部分401)中，通过柔性衬底15形成(类似于图4a)或通过单独的层(诸如柔性印刷电路板)形成。以这种方式，天线4可以环绕磁条17。第二部分401可以以已知的技术来获得，诸如通过引线接合或连接至器件1的接触焊盘(未示出)的导电材料的路径。在一种变化中，第二部分401可以被类似于图4b的封装23环绕或包括在封装23中。此外，即使图4c示出了由两匝形成的天线4，但匝数是可以不同的(一匝或多于两匝)。
图5示出了磁条17不被形成为直线而是通过任何形状(甚至弯曲)的段形成的实施例。当柔性衬底15经受频繁的折叠和弯曲时，这种解决方案证实是具有优势的，因为其为磁条17提供了更大柔性，尤其在横跨智能面板20的长度的方向上。如果磁条17中的每一个均通过多层堆叠形成时，磁条17的柔性就也可以增加，在这种情况下，在智能面板20的厚度方向上增加其柔性。
此外，在图5中，相对于智能面板20的纵向，还可以以非对准方式来配置器件1。
图6和图7示出了同一器件1的天线4和收发器3之间的耦合的两种备选方式。在图6中，天线4被布置为彼此串联且与收发器3串联。因此，由于聚集在磁条17中的磁场b，在天线4内生成电流ia，其在两个天线中具有相同的幅度但在相反的方向上横跨两个天线4的线圈。实际上，在两个天线4的一个中，存在从磁到电的能量转换，而在另一个天线4中，存在从电到磁的能量转换。
通过引入磁场的调制，可以传输和接收电信号。事实上，在两个天线4中的第一个天线中生成的电流ia也流入收发器3，因此除了提取能量之外，还在输入端处提取调制后的电信号并将它们传输至集成电路7(图3)。此外，收发器3接收来自集成电路7的电输出信号，将它们提供给另一天线4，该天线将信号传输至与其耦合的磁条17。具体地，收发器3可以包含ac/dc和dc/ac转换器。此外，可以在两个天线中进行传输和接收。
例如，调制可以为ask(幅移键控)类型且考虑磁场b的幅度的10％，而剩余的90％则专用于电源供应。例如，可以使用的频率在10mhz-10ghz的范围内。
图7示出了具有并联连接的解决方案。这里，两个天线4经由两条线30彼此连接，并且收发器3的第一端连接至两条线中的一条，第二端连接至另一条线30。在这种情况下，第一电流ia横跨两个天线4中的一个天线，第二电流ib横跨另一个天线4。
在未示出的变化中，两个天线4的每一个均连接至收发器3(四极)的相应一对端子。以这种方式，在第一天线、收发器和第二天线之间存在级联连接，因此器件1的两个天线4不直接连接在一起。
此外，还可以存在其他变化。具体地，如果器件1集成两个集成电路7，则可以按照均串联、均并联、一个串联一个并联、未示出的方式进行连接。
在图8中，两个磁性过孔31延伸穿过介电层22并穿过相应的天线4，与相应的磁条17垂直对准。两个磁性区域32在天线4下方延伸，每一个均连接至相应的磁性过孔31。
磁性区域32能够闭合磁场力线并增加天线4与对应磁条17之间的耦合。
作为图8的备选，可以具有单个磁性过孔31和单个磁性区域32，特别是在仅具有一个天线4的情况下。
图9示出了单个磁性区域32在两个磁性过孔31之间延伸的方案。在备选方案中，即使不存在磁性过孔31，磁性区域33也在两个天线4之间延伸，位于它们下方。在又一种备选(未示出)中，可以仅具有一个天线4，被连接至不具有天线的第二磁性过孔31的第一磁性过孔31横跨。图9的方案以及所描述的备选方案能够闭合磁场并且可以用于上一个器件1，以实现图2的连接12，或者可以以中间方式来实现从而以分布式方式具有磁场的多个闭合点。
图10和图11示出了磁条17与磁发生器18的连接的可能的实施方式。具体地，两个最后的磁性过孔35a、35b在磁条的第二端19下方延伸，穿过柔性衬底15的整个厚度，并且例如具有截锥形状，并且端部邻近闭合部或闭合区域36。
闭合区域36为磁性材料并且在最终的磁性过孔35a、35b之间的面板20的后侧上延伸，以闭合磁路。导体37(例如金属线)缠绕在最终的磁性过孔35a、35b中的一个的周围(这里为最终的磁性过孔35b)，并且耦合至电源单元38。电源单元38包括已知类型的射频交流电流源和控制电子器件，并且可以在柔性衬底的外部(如实线所示)或嵌入柔性衬底中(如虚线所示)。实际上，导体37形成将电源单元38提供的交流电流转换为磁场b的电绕组。射频交流电流源以至少一个频率生成至少一个信号(例如，正弦波、方波、三角波)。在一种变化中，第一频率f0处的信号可以提供给多个器件1，并且不同频率f1-fn的一组信号或载波可以被各个器件1使用来相互通信。电源单元38还可以包括收发器电路，用于使外部系统与智能面板20通信，或者能够将信息从频率fi的一个载波传输至频率fj的载波。
图12示出了磁条17的不同构造，并非在器件1上方延伸，而是在器件1的旁边延伸并且设置有终止在器件1顶部的突起40。实际上，突起40(在图中示出不同的四对突起)横跨磁条17延伸。在右侧的三对突起中，通过单个段来形成每个突起，其终止在相应的天线4上方。在左侧的一对突起中，通过第一段40a和第二段40b来形成突起40，其中第一段40a从相应的磁条17延伸并横跨相应的磁条17，第二部分40b从第一段40a延伸并横跨第一段40a且终止于两个相邻器件1的天线4处。
在图12中，箭头表示突起40中的磁场b的方向。
突起40与磁条17一起形成，由相同的材料形成且具有相同的厚度，这可以从图13的截面中看出，其中器件1完全嵌入柔性衬底15中。类似于图4b相应过孔，磁性过孔24可以设置在柔性衬底15中且位于突起40和天线4之间。
图14和图15示出了器件1被布置在不同的层中且耦合至磁条17(其也可以布置在多层上)的网络14。实际上，每一层都通过容纳多个器件1和形成磁性耦合至器件1的一个或多个磁路的磁条17的柔性支撑件15来形成。
所示实例具有三层，通过字母a、b和c来表示。顶层中的器件表示为1a，中间层中的器件表示为1b，以及底层中的器件表示为1c，这些器件分别被顶部柔性支撑件15a、中间柔性支撑件15b和底部柔性支撑件15c所环绕。
这里，器件1a、1b和1c耦合至磁条17a-17b，其在四个不同的表面上延伸以减少磁条17的数量。在所示实例中，第一磁条17a(磁场具有第一方向，参见图15)在顶部柔性支撑件15a上方延伸；第二磁条17b(磁场具有相反的第二方向)在顶部柔性支撑件15a和中间柔性支撑件15b之间延伸，被绝缘或介电材料50(类型可以与柔性支撑件所使用的材料相同)所环绕；第三磁条17c(磁场具有第一方向)在中间柔性支撑件15b和底部柔性支撑件15c之间延伸，被介电材料50所环绕；以及第四磁条17d(磁场具有第二方向)在底部柔性支撑件15c下方延伸，被介电材料50所环绕。
第一磁条17a经由与第一磁条17a共面的第一突起40c耦合至顶层的器件1a。第二磁条17b经由与第一磁条17a共面的第二突起40d和横跨第一柔性衬底15a的磁性连接过孔51a耦合至顶层的器件1a。此外，第二磁条17b通过第三突起40e耦合至中间层的器件1b。第三磁条17c通过第四突起40f和横跨第二柔性衬底15b的磁性连接过孔51b耦合至中间层的器件1b。此外，第三磁条17c通过与第三磁条17c共面的第五突起40g耦合至底层的器件1c。第四磁条17d通过第六突起40h和横跨第三柔性衬底15c的磁性连接过孔51c耦合至底层的器件1c。
当然，突起40a-40h可以以图12所示的任何方式来设置；例如，每个突起40a-40h均可以通过多个段来形成、对准或交错、或者以不同的方式倾斜。由于多层，可以具有多个磁发生器18。
图16示出了具有更多层的实施例或堆叠实施例，并且布置在底层上的器件1承载针60，针60具有微通道并且底部从面板20突出，从而能够使容纳在器件1中的阱(未示出)中的液体喷射。布置在中间层的器件1为sip(封装中系统)，具有位于磁条17和天线4(未示出)之间的磁性过孔24，并且顶部器件1可以为asic，其可能具有mems器件，例如操作为换能器。备选地，底部器件1可以承载面向面板20的底面的电极(未示出)，用于向施加面板的表面(例如皮肤)施加刺激物(stimuli)，从而进行刺激来测量生物参数等。
图17示出了本发明网络14的实施例，其中，面板20被配置为环，使其可以穿到人体或动物上，例如作为手镯、衣领、腿带、腕带等。例如，面板可以形成柔性手镯，例如手表带。
面板20可以是连续的或者设置有可打开的紧固件，并且容纳多个器件1以及一个或多个磁条17以形成柔性、可折叠的装置(诸如手机、电脑、电视机、计算机、医疗设备等)，如果期望的话可以与传统的腕表相关联。
在图18至图39所示的实施例中，智能网络形成在同一织物上、同一服装上、相同服装的没有连接到一起的不同部分上、或者多件服装上。这里，网络被划分为多个系统，由于每个系统的受控(contained)尺寸，它们被插入到智能纽扣中。下文中，划分的系统被称为“器件”，通过图1至图17的实施例进行模拟。
这里，插入智能纽扣中的每个器件均具有嵌入天线，其能够使用无源的有线导线以无线模式来与网络的其他器件连接，在网络的节点处设置有有线天线。智能纽扣布置在这些节点处并且经由电磁集线器/扩展器接收能量。
具体地，图18和图19示出了形成在服装101上的网络100的结构。网络100包括在服装101的织物上延伸的电线102并且将多个中间节点103电连接在一起。另外，每个中间节点103磁性耦合至智能纽扣中容纳的相应器件104(图19)。网络100还包括主节点105，其耦合至电源单元106来为网络供电。如图19所具体示出的，每个中间节点103均基本通过有线天线110来形成。每个器件104都可以基本形成为图1-图17的器件1，并且可以包括至少一个半导体芯片或形成复合系统(例如sip)。基本上，每个器件104都包括耦合至相应的有线天线110的嵌入天线111、一个或多个功能元件112以及一个或多个电路113。这里，通常来说且类似于图3的非电子元件8，功能元件112包括电学/机械/化学类型的一个或多个非电子元件，诸如微机电系统(mems，例如在一般的换能器中形成传感器或致动器等)、或接口、电极、阱、包含液体的单元等，并且除了与图3的电路3类似的收发器电路之外，电路113(等效于图3的电子部分2)可以包括存储元件、控制单元、转换器、适配器、数字电路、模拟电路、rf电路。
此外，电源单元106包括耦合至主节点105的相应有线天线107的嵌入天线108、电池或电池组115、以及连接在电池115和嵌入天线108之间的dc/ac转换器116。此外，电源单元106可包括用于存储通过对应的中间节点103由器件104所传输的数据的存储器，并且可以连接至手机(未示出)用于与外部系统(甚至是远程系统)交换数据。
此外，在图19中，设置有远场天线120，其能够与外部环境(例如与又一件服装或一般的电子系统)连接并且通过电线102与网络100连接。
电线102可通过单条导线来形成，其可以焊接在端部处并且形成天线107、110(如下文所讨论的)的两个环路以及前进和返回线或者部分前进线和部分返回线。备选地，电线102可以通过多条导线形成，这些导线布置在服装101的材料的顶部上或嵌入到服装101的材料中。在所有这些情况下，电线102由导电材料制成，诸如铜、铝、钨、金、银、镍、铂或它们的合金。电线102可以被认为是传输线，其可以为任何已知的类型，例如双引线类型或gsg(地-信号-地)或gssg(地-信号-信号-地)类型等。
例如，图20a示出了服装101由针织物形成的方案。在这种已知方案中，针织物通过多条纱线125来形成，并且导线121穿过它们延伸并且例如由铜或铝制成。备选地，导线121可以通过光纤来形成，通常为柔性材料，其可以与纱线120有选择地织在一起并且形成为织物材料的一部分。
图20b示出了不同的方案，其中织物被编织且通过标准的纬纱和经纱125来形成，并且例如铜或铝的电线126直接嵌入到至少一些纱线125中，例如同时与纱线125扭在一起。
在这两种方案中，电线121和126通常都是绝缘的，例如它们具有护套或介电涂层。
因此，网络100为模块化类型，并且器件104(下文描述一些实施例)是可互换的，从而能够使器件104具有每次根据要求进行定位的不同的功能元件112。这能够使得系统全局地基于所使用智能纽扣的类型具有甚至明显彼此不同的特性。
器件104、电源单元106和服装101被分别制造且彼此电绝缘，因此使得系统非常可靠、灵活、可修复、可配置以及适合穿戴。服装101还可以以传统方式进行清洗，优选地在去除智能纽扣之后。
图21a和图21b示出了主节点105和电源单元106的实施例。
具体地，如图21b的截面图所示，电源单元106被包围在封装130(例如塑料)中，并且容纳在覆盖有线天线107的服装101的口袋133中，使得嵌入天线108和有线天线107磁性耦合且有线天线107可以接收用于向整个网络100供应的电能。
电源单元106的有线天线107(类似于智能纽扣104的有线天线110)可以简单地获取为用于rf线和天线的导电材料的线圈(诸如铝或铝合金的线或涂有铝以防止氧化)。有线天线107通过与电线102相同的导线来形成并且还可以与服装101的织物集成到一起(与上面参照图20a和图20b讨论的类似)，或者导线可以缝在预先存在的织物上。
口袋133可以是传统的服装101的口袋或者为专用口袋，其设置有紧固件(未示出)，例如能够容易打开口袋来去除电源单元106以及对应封装130的拉链或魔术贴(velcro)紧固件，例如在电池115没电时用于替换电池115或替换整个电源单元106。
图22a示出了至少通过导线122形成有线天线107并且线124的分离的u形部分布置在导线122的向前伸展部和返回伸展部之间以形成彼此串联的两个边缘(fringing)电容器134的实施例。以这种方式，边缘电容器134与天线107的回路形成并联lc电路，其形成能够将能量从电源单元106更好地传输至主节点105的谐振天线。
图22b示出了图22a的变化，其中边缘电容器134通过两个接近导线122布置的并行伸展部来形成。
图23示出了主节点105的实施例，其中磁屏蔽137在主节点105的有线天线107下方的服装101的织物中延伸(还参见图24)。磁屏蔽137通过磁性膜(例如钴或镍合金或软的磁性材料)形成，具有不同的图样，例如形成规则或不规则的平面几何形状，诸如矩形或正方形或通过连接或不连接的段形成的图样，其轮廓覆盖有线天线107的整个区域。
磁屏蔽137能够遮蔽所生成的磁场不影响穿戴服装101的人，因此降低尤其在网络100中交换的信号具有高频(例如1ghz)时的危险影响。在一种变化中，磁屏蔽可被导电屏蔽(例如铝)所替代。
此外，磁屏蔽137可以形成磁腔139的一部分，如图24和图25所示，磁腔139还包括顶部138以获得口袋133内的磁场的良好限制(confinement)。
在图24中，磁腔139的顶部138形成在电源单元106的封装130内并且还通过磁膜来形成，其具有结构且由类似于磁屏蔽137的材料制成，除了其空间延伸以限定多面体的五个表面的情况。
备选地，根据图25，顶部138可设置在口袋103的织物中，并且可以连接至或不连接至磁屏蔽137。明显地，在任一情况下，磁腔139都与导线122、123电绝缘。
图26示出了主节点105耦合至可放入服装101的口袋143(例如，传统口袋)的手机142的实施例。这里，手机142自身具有导电类型的天线144(类似于器件104的嵌入天线111或电源单元106的嵌入天线108)并且耦合至口袋143处所布置的有线天线107。备选地，天线144可以通过赫兹型的天线144a(如图26的放大细节所示)以及导电型的天线144b来形成，耦合至服装101上的有线天线107。导电型的天线144b具有提供能量的目的，而赫兹型的天线144a具有服装101的等效天线(未示出，类似于天线144a)且可用于通信。
通过这种解决方案，手机142作为网络100和外部世界的接口，并且例如能够向外部发送信号(例如，用于医疗分析和/或警告信号的测得的生命参数)。
图27a、图27b以及图28至图30示出了表示为150的智能纽扣和对应的有线天线110的可能的实施例。这里，参见图28，智能纽扣150具有类似于已知按扣的结构，并且包括蘑菇形主体151和固定环152。蘑菇形主体151具有杆153和头部154，并且固定环152具有用于容纳杆153的端部的孔155。为此，蘑菇形主体151和固定环152由部分顺从的材料(优选为塑料)制成，并且具有诸如生成干扰连接并将杆153阻挡为安全地位于孔155内(压力阻挡)的尺寸。备选地，杆153可具有稍小于孔155的直径但具有与固定环152的环形槽共同操作的外围突起(反之亦然)，从而进一步确保不断的相互定位。备选地，可以设置其他已知的固定装置，诸如螺钉、磁体或类似装置。
服装101布置在头部154和固定环152之间，并且在中间节点103处具有杆153所穿过的通孔开口160。通孔开口160具有与杆153相同或者稍大的直径。此外，蘑菇形主体151的头部154和固定环152布置在服装101的相对侧上。
在图27a的实施例中，在服装101中，在中间节点103处，导线122、123被弯曲以形成在相对侧上环绕扣眼160的半弓形部分161，从而形成一种形成有线天线110的环。
图27b示出了有线天线110通过第一导线122形成的实施例，第一导线122延伸以形成有线天线110的环并具有通过边缘电容器134耦合至第二导线125的返回部135。这里，边缘电容器134与环110一起形成谐振天线的串联lc电路，其能够更好地在中间节点103和对应器件104之间传送能量。
有利地，串联lc电路的边缘电容器134减少(在特定情况下消除)了线之间的焊接或电连接的需要，尤其在电线102和对应的多个节点103通过单条导线形成的情况下(如上所解释的)。
如图28所示，每个蘑菇形主体151均容纳相应的器件104；具体地，功能元件112(这里例如为电极/传感器162)容纳在杆153中，而另一功能元件112(例如接口163)布置在头部154中。功能元件112的位置和数量仅仅是示意性的，并且可以根据需要进行变化。例如，接口163可包括led元件、麦克风、扬声器、开关或用于输入数据的键盘件。
这里，电路113容纳在头部154中并且连接至嵌入天线111和功能元件112。此外，电路113可以包括集成电路、soc、sip等。通常，一个或多个功能元件112和一个或多个电路113可根据特定需求而进行不同的布置。此外，在未示出的变化中，嵌入天线111可以集成在电路113内。
在图28中，示出了有线天线110的两个部分，对应于形成有线天线110的一个或多个线圈的截面，并且类似于图24的磁屏蔽137，固定环152包括通过磁性膜或导电膜形成环状的屏蔽元件164。
在图29的实施例中，功能元件112可包括通过导管166连接到一起的容器、托盘或瓶167和注射器169。具体地，仅示意性表示的，填充有药物168(例如胰岛素)的容器167例如布置在头部154中，并且连接至注射器169。这里，头部154的顶面通过用于观察容器167的透明壁170形成，例如为了显示何时容器167为空。电路113(这里结合有嵌入天线110)可以通过控制导管166中的阀172来调节药物168从容器167到注射器169的通路。
例如，图29的智能纽扣150可以为一次性部件，其将在容器167变空之后被替换。此外，网络100的其他智能纽扣150可以执行监控预设量(例如，穿戴服装101的人的血液中的糖分含量)，从而能够在需要时以程序化的方式给予预定量的药物168。
在图30中，容器167连接至输入通道173，其一端从头部154突出。输入通道173有利地具有闭合元件(未示出)和/或连接至外部容器(未示出)并且能够在容器167变空时进行填充。
图31至图35涉及在需要传送电能并由此要求近场磁性耦合的情况下，网络100在多件服装101上或者同一服装的不同部分上(例如，如图31所示的上衣的不同衣襟101a、101b)延伸的解决方案，其中，同一服装的不同部分不连续但可经由纽扣或允许织物衣襟重叠的一些其他闭合系统连接。在备选实施方式中，如果天线仅用于通信，则天线可以相互接近，在这种情况下，还可以使用远场天线(未示出)。
在这种情况下，网络100通过两个以上的网络部分100a和100b形成，电线102a、102b由于其中至少一条为物理中断线而没有彼此电连接。
根据图31，单个主节点105供应网络部分100a和100b。这使得多个端部节点180a、180b布置在固定元件(扣眼、按钮、按扣、拉链)处，例如接近服装101的相应衣襟101a、101b的边缘。实际上，明显地，端部节点180a和端部节点180b的数量相同并且被布置为使得同一服装101的两个衣襟101a、101b的重叠或两件不同的服装(未示出)的重叠以及可能的紧固操作将导致每个半节点180a与相应的半节点180b之间的重合。端部节点180a、180b分别主要通过嵌入服装101的织物中的相应的环形天线183a、183b来形成。以这种方式，两个衣襟101a、101b的闭合或固定操作导致环形天线183的重合，并因此导致端部节点180a、180b处的网络部分100a和100b的磁性耦合(近场耦合)。
从而，在这种情况下，网络100可以仅包括一个主节点105和一个电源单元106。
图32示出了当服装101用紧固件181(例如，按扣、揿钮、五爪扣、子母扣)固定时服装101的截面。具体地，紧固件181通过两半部分181a、181b形成(类似于传统的紧固件)，并且设置有阻挡环182。此外，节点180a、180b形成在服装101的织物内。
备选地，紧固件181可提供每半个网络的线102a、102b之间的电连接，利用紧固件181的两半部分181a、181b之间的接近和直接接触。在这种情况下，每个紧固件181都可以包括连接件(通过安装在一起的导电部分形成)以创建至少一种电连接。在这种情况下，可以设置或不设置天线183。
器件104还可以设置为嵌入到紧固件181的两半部分181a、181b中的一个内，并因此操作为智能纽扣。
图33a和图33b考虑服装101具有紧固系统，其具有纽扣和扣眼。在这种情况下，端部节点180a可以布置在扣眼185处，而端部节点180b可以设置在使用服装101的相应衣襟上的线187缝合的纽扣186处。
这里，端部节点180a、180b再次均通过嵌入到或固定至服装101的相应衣襟中的相应环形天线183a、183b来形成，使得钉纽操作引起环形天线183的重合。两个环形天线183a、183b具有类似的尺寸。此外，还在此处，纽扣186可以嵌入有经由相应的嵌入天线110耦合至下方的环形天线183的器件104。例如，器件104的嵌入天线可以配置在纽扣186的外围，例如形成在纽扣186的顶面或底面上。
备选地，纽扣186可以嵌入有器件104的嵌入天线110，并且半节点180b的环形天线183b可以形成在嵌入天线110下方的服装101b的相应衣襟中。
在图34和图35中，将纽扣186保持附接至服装101的相应衣襟101b的线191由磁性材料制成。这里，纽扣186容纳器件104的天线，其由192表示并布置在器件104的外部。例如，天线192的侧面可具有8的形状，以形成并排且连续的两个线圈，它们环绕纽扣186的相应孔193。从图36可以看出，节点180b可通过类似的双环天线194来形成，其具有两个线圈(一个打开，与电线102b连接)，为了清楚，其中没有示出纽扣186。这里，环形天线183b形成两个圆周195和196，其中圆周195是外部的并且基本与另一衣襟101a上的环形天线183a一致且(在钉纽之后)可重合在环形天线183a上，以及圆周196是内部的并且在纽扣186的孔193之间经过以与器件104的天线192耦合。备选地，节点180b可设置为单个线圈，其布置在双环天线192的两个线圈中的一个下方。
根据另一备选实施方式，纽扣186可以不容纳任何器件104，或者器件104自身可以具有嵌入天线111来作为双环天线192的备选方式。
磁性材料的线191的存在能够增加两个端部节点180a、180b之间以及可能与器件104的磁性耦合。
此外，外部圆周195能够实现与另一衣襟101a上的环形天线183a的良好耦合，并且内部圆周196能够实现与双环天线192的良好耦合。
根据未示出的变化，环形天线183b可以通过单个线圈形成，其经过纽扣186的孔193之间并具有圆形或多边形的形状。这种方案尤其适合于纽扣186具有双环天线192的情况(如图34所示)。
图37和图38示出了智能纽扣197，其可用于经由远场连接来连接两个独立的网络，例如网络100与传统网络或音乐安装的连接，如图31的电线102的虚线部分所示。
智能纽扣197具有从单个头部200突出并且被设计为均延伸穿过服装101的相应开口201和202的两个杆198、199。如参照图28的杆153所描述的，杆198、199通过相应的固定环253来固定。备选地，单个固定元件可具有用于固定、通过按扣动作来连接或者通过与杆198、199的干涉来连接的两个孔。
智能纽扣197容纳一个或多个功能元件112、一个或多个电路113以及两个嵌入天线111，其中这两个天线111分别对应于杆198、199。
类似于图27，服装101具有环绕一个孔(这里为孔201)的第一有线天线205。第一有线天线205通过导线122、123形成并且磁性耦合至智能纽扣197的一个嵌入天线111。此外，服装101具有通过两个偶极子206a和206b形成的赫兹天线，它们经由电导体207连接至在另一孔(这里为孔200)周围延伸并且耦合至智能纽扣197的另一嵌入天线111的第二有线天线208。
尤其在电源单元106不具有远场天线的情况下使用该方案。
图39示出了能够在两个不同的网络210和211之间连接的架构，这两个网络均如参照网络100所描述的那样形成。网络210、211可以形成在同一服装101或两件相邻的服装(诸如一套工作服的裤子和上衣)上。当具有用于两个网络210、211的单个电源单元106(例如布置在网络211中)时，以近场方式通过天线215将两个网络210、211耦合在一起。如果两个网络均具有自身的电源单元106，则两个网络210、211通过两个远场天线215耦合在一起。两个网络中的一个(例如网络211)可以耦合至能够与外部世界连接的手机142；在这种情况下，手机142还可以包括电源单元106。
两个网络210、211中的一个还可以布置在不同于服装的物体上(例如在手表带上)并且可以具有用于显示通过另一网络的传感器生成的信号的显示器，其不具有任何电源单元，因为其可以从另一网络接收其操作所需的电能。
本文所描述的网络具有多种优势。
事实上，其可以形成在柔性支撑件上并因此能够在其中的任何需要的地方布置非柔性的电子器件，因为可以非接触(无线)地获得器件之间的连接，故折叠支撑件不会引起中断电连接的任何风险。
此外，这是模块化的，并且可以容易地通过插入或固定用于所需目的的器件来实现特定需求。
最后，如权利要求中所限定的，在不背离本发明的范围的情况下，可以对本文描述和说明的网络进行修改和变化。
例如，在图1至图17的方案中，磁性过孔可以横跨器件1来改进天线4和磁条17之间的耦合，此外能够使用单个磁条，其可以闭合来形成环或圆环。
根据需求，各个实施例中描述的各个技术方案可以进行各种组合来提供多种实施例。