專利名稱：共模干擾信號下無接觸傳輸差動信號的方法及電路裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在存在至少一個共模干擾信號、特別是至少一個與至 少一個待傳輸的信號相比低頻的共模干擾信號的情況下在發送器和接收器之間 無接觸地傳輸至少 一個差動信號的方法以及對應的電路裝置。
背景技術：
通常在組件之間必須無接觸地傳輸數據或者說信號，例如在醫療技術領域 內在具有旋轉部分和靜止部分的計算機斷層造影裝置中，在該兩個部分之間要 求進行數據傳輸。
在此，本發明的核心是在發送器和接收器(也就是兩個不同的組件，在這 兩個組件中出現影響傳輸質量的較強的和較低頻率的共模干擾)之間無接觸地 寬帶傳輸差分高頻信號。待傳輸的信號尤其具有這樣的頻語，在該頻譜中在高 頻范圍內信號功率分布到寬頻帶上，而在低于臨界頻率的頻率范圍內信號功率 則低得可以忽略。該下限頻率與信號的帶寬相比又是非常低的。典型地，帶寬 至少應是下限頻率的十倍。
通常差分驅動器用于將具有彼此相反的極性的信號饋入到具有兩個輸入 端的天線中，該天線產生被描述為兩個場的疊加的電磁場，其中， 一個場通過 將同一信號饋入到兩個輸入端(共模)來表示，另一個場通過在輸入端上饋入 彼此相反的信號(推挽)來標記。不接觸天線但位于天線近旁的金屬結構用于 無接觸地測取附近區域中天線的場。在耦合器的兩個輸出端測取分為正對稱和 反對稱分量的兩個信號，其中在理想情況下，在天線的兩個輸入端上相同饋入 的信號在耦合器輸出端中不產生反對稱信號分量。相應地反向饋入的信號也不 產生正對稱信號分量。
在耦合器輸出端上的兩個弱信號經過差分放大器上的兩根導線傳輸到接 收器中。該差分放大器在理想情況下應該只放大反對稱信號分量，該反對稱信 號分量然后可用于進一步的信號處理。但此處的前提條件是，差分放大器輸入端上的兩個信號不離開放大器輸入端的可靠工作范圍。如果離開放大器輸入端 的工作范圍，則對于待傳輸的數據信號在隨后的時鐘再現或數據再現中就會以 不能容許的頻度出現錯誤。
由此，離開放大器輸入端的可靠工作范圍的危險，當在理想情況下^f艮本不 應該存在的正對稱信號分量、也就是共模信號在差分放大器的輸入端上太大時 總是存在的。
共模信號的出現有三個原因。 一方面可能由線路驅動器(Leitungstreiber) 輸出級中的不對稱導致共模干擾，而另一方面在耦合中的不對稱，例如通過定 位誤差或者制造公差，會產生與有效信號相關的共模信號。
產生共模干擾(共模信號，所謂的"Common-Mode")的第三個原因是在不 同的參考系統情況下發送器和接收器的接地參考系統(Massebezugssystem)之 間的電位偏移(Potentialversatz )。當通過接地參考系統的電位偏移造成的場在 耦合器結構范圍內如下實現，即，兩個接地電位的電位差在兩個半耦合器中相 同強度地耦合時，則該干擾作為共模信號出現在接收器中差分放大器的輸入端， 并且在那里與差分有效信號相疊加。在超過容許的電平時，就不再可能無誤差 地或者說在容許的程度下有誤差地進行時鐘再現和數據再現。
當通過接地參考系統的電位偏移產生的場在兩個半耦合器中不同強度地 耦合時，則在兩個參考電位之間的電壓的一部分作為推挽信號在兩根導線中饋 入到放大器輸入端，并與差分有效信號相疊加。因此，通過差分放大器的抑制 是不可能的。由此也會危害滿意的時鐘和數據再現。
首先提到的由不對稱導致的共模干擾的部分的振幅通常明顯小于差分有 效信號的振幅，因此它們通常不會導致放大器輸入端工作范圍的過調制并且可 以被容許。然而由兩個接地電位之間的電壓導致的共模干擾則可能在數量級上 超過有效信號振幅，從而通過放大器輸入端的不可避免的過調制使得信號質量 不可容忍地下降。
發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是提出與此相關的改善的用于在出現至少 一個共模干擾信號、特別是至少一個與至少一個待傳輸信號相比低頻的共模信 號的情況下，在發送器和接收器之間無接觸地傳輸至少一個差分信號的方法。
為解決上述技術問題，在根據本發明這種方法中，為了在接收器內抑制至少 一個共模干擾信號，將與該接收器對應的接地參考電位分離為兩個互相去耦 合的接地參考電位，和/或通過在該接收器的接收放大器的輸入端的濾波器單元 抑制至少一個共模干擾信號，其中，為了抑制共模干擾信號使用無源濾波器單 元，該無源濾波器單元將至少 一個在耦合器中為耦合輸出發送器的至少 一個信 號而出現在接收器上的共模干擾信號至少基本上以對待傳輸的同頻率信號同樣 的程度衰減，和/或將與該接收器的包含接收放大器的部分相關的接地參考電位 電容性地耦合到發送器的接地參考電位上。
因此，例如將接收器的接地參考電位分離為兩個范圍，其中該兩個范圍互 相退耦。由此，共模干擾或者說共模干擾信號可以在該分離的位置或者相應的 分離位置上降落，從而降低在接收器的差分放大器的輸入端上降落的共模干擾 分量。也就是，將該兩個接地參考電位或接地電位根據本發明分離為例如用"地
"(GND)和"接收器-地"(RX-GND)表示的兩個電位。由此通過該分離，在 對該分離選擇合適的范圍的情況下達到對共模干擾信號的有效抑制。由此，可 以在時鐘再現和數據再現時無較大干擾地傳輸待傳輸的差分有效信號，優選為 寬帶高頻信號。
作為替換或補充，可以通過如下進行共模干擾信號的抑制，即，在接收放 大器的輸入端設置濾波器單元，其是無源的濾波器單元，該濾波器單元至少基 本上在如同頻率的待傳輸的信號的程度上衰減至少一個在用于將發送器的至少 一個信號耦合到接收器上的耦合器中出現的共模干擾信號。同樣作為替換或者 補充，為了抑制共模干擾可以將關于包含接收放大器的接收器的部分的接地參 考電位電容性地耦合到發送器的接地參考電位上。
根據(必要時進行的)接地參考電位的分離，可以分離至少一個關于兩個 去耦合的接地參考電位的信號，特別是至少一個有效信號和/或至少一個控制 和/或監控信號和/或電源。合適地是分離所有信號。然后與接地參考電位的分 解一起，同樣分離所有超過接地電位(例如GND和RX-GND)的分離或者說 其范圍、并且由此與兩個接地電位有關的信號。可以在接收器中以不同的種類 和方式，獨立于信號的各個種類進行該分離，如以下描述的。
此外可以根據接地參考電位的分離來分離相應的電源電壓。也就是同樣分 離電源電壓導線，其中該分離可以在分離接地參考電位的范圍內進行。
接地參考電位優選地在接收器中在分離位置上如下分離，即，至少一個共 ;漠干擾信號的至少一個基本部分在該分離位置上降落，和/或可以在具有至少一個共模干擾信號的高頻譜的功率密度的頻率范圍內分離該接地參考電位。
如果進行該分離，則根據本發明該分離如下進行，即可以有效抑制或降低 共模干擾。為此，這樣進行該分離，即，使干擾信號的盡可能高的分量在分離 位置或在分離范圍內降落，或在干擾信號的范圍內進行該分離，在該范圍內干 擾信號的功率密度是特別高的，以便達到干擾信號的有效降低或抑制。該分離 可以在電路裝置中在為此特定設置的電路塊中進行。
必要時尤其是可以借助至少 一個共模抑制線圈、尤其是借助在至少 一個共 模干擾信號的范圍中具有高衰減的共模抑制線圈來分離接地參考電位和/或電 源電壓。因此在相應的電路裝置中，優選地在用于分離接地參考電位的塊中插 入共模抑制線圈(GS)，該共模抑制線圏對共模干擾或多個共模干擾信號的頻 率范圍應該合適地具有盡可能高的衰減。
此外可以借助至少一個光耦合器和/或傳輸器來分離至少一個信號，特別是 低頻的控制和/或監控信號，和/或可以借助至少一個與光波導連接的光電轉換 器來分離至少一個信號，特別是高頻有效信號。
特別是對分離例如用于控制和監控的低頻信號，光耦合器或者說傳輸器是 合適的。然而它們具有寄生電容，因此必要時可以在導線中插入額外的小電感。 當用于待分離的共模干擾的頻譜范圍的去耦合的阻抗由于寄生電容而太低時， 總是有必要插入這樣的電感。
對分離高頻信號、例如具有高數據傳輸率的數字有效信號來說，借助光耦 合器或者說傳輸器來實現分離在技術上是困難的，因此在這種情況下可以使用
經過光波導(LWL)相連的光電轉換器和相應的電光轉換器(E/0或0/E)。
在特別是借助至少一個與光波導連接的光電轉換器進行分離的范圍內，可 以調制至少一個模擬信號和/或編碼至少一個數字信號。用信號的合適的調制或 者編碼可以借助與光波導連接的光電轉換器來進行信號的分離。
此外還可以，通過在接收器的接收放大器的一個輸入端上的濾波器單元來 抑制至少一個共模干擾信號。必要時僅該濾波器單元(也就是無需分離接地參考 電位)也可以導致共模干擾信號的降低。然而作為用于接收器的接地參考電位的 分離的補充，合適地確定濾波器的尺寸通常是有利的。
在此基本的是如下措施，即，盡可能小地保持至接收放大器的導線的終端 的對共模干擾起作用的阻抗。在此盡管通過技術上的可實現性設置了限制，但 是原則上總是可以，以不大于對差分有效信號起作用的阻抗來選擇該阻抗。至少在寬帶有效信號的情況下由于寄生效應在目前可用的組件中不能實現對共才莫 干擾起作用的更小的阻抗。根據本發明最佳地確定在輸入放大器的輸入端上的 濾波器的尺寸，該在輸入放大器輸入端的濾波器同時也終結耦合器和輸入放大 器之間的導線。由此達到濾波器一個或多個干擾信號不再一定降落在差分放大 器的輸入端上。這顯示了對迄今為止的措施的明顯改善，在迄今為止的措施中 起作用的阻抗通常選得太高，因為為了確定放大器的工作點而利用共模信號的
終端(Terminienmg )，其中，高阻地經過該終端々責入恒定的或#^氐頻率的調節 的電壓。根據本發明，另一方面盡可能低阻地實施輸入電阻范圍，以便最大化 信號干擾間隔。輸入阻抗每提高一點就會減小共模干擾的信號干擾間隔。
為了抑制共模干擾信號特別可以使用無源濾波器單元，該濾波器單元將至 少一個在耦合器中為耦合輸出發送器的至少一個信號而出現在接收器上的共模 干擾信號至少基本上以對同頻率的待傳輸信號或有效信號同樣的程度衰減。
基于如下考慮，即，目前沒有可用的無源實現是公知的，這樣的無源實現 使得在耦合器中饋入的共模干擾比在相同頻率時的待傳輸的差分有效信號更強 烈地衰減。盡管在濾波器中使用雙股纏繞的線圈("共才莫抑制扼流圈，Common Mode Suppression Choke")，在該線圈中由于其繞組對共模干擾來說高電感起作 用，而對有效信號起作用的電感明顯更小，但是在此產生寄生效應的問題，該 問題導致，不能同時滿足對低頻共模干擾信號的大電感和對高頻差分信號的非 常小的電感的要求。
如果另一方面例如通過接地參考電位的電連接來嘗試解決共模干擾的原 因，則產生相比較而言更高的實現開銷以及此外磨損為此使用的例如滑環形式 的機械接觸的危險。通過磨損產生的灰塵會沉積在位于周圍的組件上并且導致 短路。
使用共模抑制線圈的問題的背景是，為了確定共模抑制線圈的尺寸，這樣 選擇對共模信號起作用的電感，使得對頻率(對該頻率共模干擾的頻譜的功率
密度占用其最大值)產生阻抗，該阻抗相對于對共模信號起作用的輸入放大器 的終端來說是如此大，使得在放大器的輸入端上出現的共模干擾的部分的振幅， 對放大器的規定的運行足夠地衰減。然而同時，對差分信號起作用的電感對在 有效信號段的所有頻率必須導致一個明顯小于對差分信號起作用的輸入放大器 終端的阻抗的阻抗，由此使得有效信號不是太強烈地衰減。這兩個要求導致， 如所描繪的， 一方面當共模干擾是低頻的時，對共模信號要求很大的電感，而另 一方面當寬的有效信號段在高頻范圍出現時，對差分信號要求很小的電感。 由于寄生效應，在這種類型中不制造共模抑制線圈，使得當信號段包括高頻率 并且共模干擾是非常低頻的時候，同時滿足兩個要求。因此考慮如下是有益的， 即，在系統中出現的參考電位的區別盡可能小，因此最大程度上消除干擾的原 因，例如通過所描繪的電連接。
此外，原則上還可以如下形式實現濾波器或者說濾波器單元(必要時可以 由多個單濾波器組成)，即，用有源組件來補償共^:莫干擾。但是由于受限的帶寬、
寄生的元件和有源組件的運行時間，這樣的有源實現對高的數據傳輸速率來說 是不合適的。
與此相應地，正好良好地或者在如在相同頻率情況下待傳輸的差分有效信 號相同程度上衰減在耦合器中饋入的共模干擾的無源濾波器單元或者無源濾波 器，就可實現性方面來說形成一個最佳效果。
為此根據本發明優選地采用兩個分別在從耦合器的一半引導至接收器的 接收放大器的輸入端的信號導線中相同的和互相不耦合的濾波器來作為濾波器 單元。因此在兩根導線中(在這些導線上差分信號從耦合器到達輸入放大器) 插入兩個相同的并且互相不耦合的濾波器。但是不使用在其中在每個頻率中推 挽信號比共模信號更強烈衰減的濾波器。
根據本發明可以借助與濾波器單元對應的傳輸函數來抑制至少 一 個位于 與至少一個待傳輸的信號的頻帶不同的頻帶中的共模干擾信號。當放大器的輸 入信號的兩個部分，即，有效信號部分及共模干擾部分，位于不同的頻帶時， 可以使用通過濾波引入的傳輸函數，以便相對有效信號來衰減共模干擾，而不 將該信號本身衰減得太厲害。
特別地，濾波器單元為此可以具有至少一個高通濾波器。 一般地，各(最 佳)濾波器的種類依賴于與共模干擾相比或與多個共模干擾相比的有效信號的 種類。
此外可以將與接收器的包含接收放大器的部分相關的接地參考電位電容 地耦合到發送器的接地參考電位上。
在兩個天線導線之間存在其電位不依賴于用差分有效信號的激勵的面積 (平面)。當在該平面中放置具有導電能量的結構時，則這點對推挽信號的傳輸 不具有影響，因為在該平面之內由于處處相同的電位而沒有電流流過。相應地，
在該平面中可以放置耦合器的結構，由此達到接地電位的額外的耦合而不降低有效信號的傳輸質量。
電容性耦合可以(優選地)與濾波器單元的使用或接地參考電位的分離組 合，以便達到總的最佳共模干擾信號抑制，然而電容性耦合的采用是對抑制共 模干擾的重要步驟。
為了電容性的耦合，特別是可以在與發送器的接地參考電位對應的接地參 考平面的附近設置與接收器的相應的接地參考電位相連的金屬結構。因此與接
收器的包含輸入放大器的部分的接地電位(也就是與接地參考系統GND )相連
的金屬結構，安裝在發送器的接地參考系統的接地平面("發送器-地，，，
TX-GND)的附近，其中在天線-耦合器裝置是具有對稱平面(在該對稱平面上 電位在互相反向的饋入情況下是0)的均勻的雙導線的情況下，可以特別有利 地實現接地電位的電容性的耦合，使得金屬的結構正好在該對稱平面中設置。 然后該耦合結構位于差分信號的耦合或者耦合位置的緊鄰，而關于反對稱信號 的傳輸不會不利地影響耦合裝置的工作方式。
可以在接收器的接收放大器的導通(Durchlaufen )之后進一步處理至少一
的接收器的部分進一步處理至少一個待傳輸的信號。信號處理也可以(至少部 分地)在與接收器放大器的接地參考電位GND相關的電路裝置的部分中進行。 例如在該范圍可以進行時鐘和數據再現(所謂的"時鐘數據恢復， Clock-Data-Recovery")。取決于在信號處理塊中進行的處理方法，也可以在信 號處理塊的輸出端出現高頻的信號。此外，通常在此還出現用于控制和/或監控 信號傳輸或處理的低頻信號。
此外本發明還涉及一種電路裝置，特別是為了實施本發明的方法而構造， 用于在存在至少一個共模干擾信號、特別是至少一個與至少一個待傳輸的信號 相比低頻的共模干擾信號的情況下，無接觸地在該電路裝置的發送器和接收器 之間傳輸至少一個差分信號。該電路裝置具有至少一個用于抑制接收器內的至 少一個共模干擾信號的電路元件，其構造為用于將與該接收器對應的接地參考 電位分離為兩個互相去耦合的接地參考電位，和/或其中，該電路裝置具有在接 收器的接收放大器的輸入端的濾波器單元，其構造為用于抑制至少一個共模干 擾信號，其中，為了抑制共模干擾信號而使用無源濾波器單元，其構造為將至 少一個在耦合器中為耦合輸出發送器的至少一個信號而出現在接收器上的共模 干擾信號至少基本上以對待傳輸的同頻率信號同樣的程度衰減，和/或其中，該電路裝置具有至少一個電路元件，用于將與所述接收器的包含接收放大器的部 分相關的接地參考電位電容性地耦合到發送器的接地參考電位上。
因此該電路裝置具有發送器和接收器，在它們之間無接觸地、特別是寬帶 地傳輸差分信號、優選是高頻信號。在此，發送器或接收器設置在兩個組件中， 例如作為計算機斷層造影儀或其它醫療裝置的旋轉的和靜止部分的組成部分。
此外，設置了電路元件，用該電路元件可以將與接收器對應的接地參考電 位分離為兩個互相退耦的接地參考電位。該電路元件表現為分離元件，例如以
分離塊的形式。尤其是可以將接地電位分離為兩個電位范圍GND及RX-GND。 該電路裝置可以具有至少 一個用于分離接地參考電位和/或電源電壓的共 模抑制線圈，特別是在至少 一個共模干擾信號的范圍具有高衰減的共模抑制線 圈。
此外該電路裝置可以具有至少一個具有光波導的構造為用于分離至少一 個信號的光耦合器和/或傳輸器和/或光電轉換器。在此，如前面已經描述的， 光耦合器和/或傳輸器用于分離低頻信號，而高頻信號如高數據傳輸率的數字的 有效信號情況下與光波導相連的光電轉換器可以實現相對簡單的分離。
此外電路裝置可以具有至少一個構造為用于抑制至少一個共模干擾信號 的濾波器單元，特別是作為具有兩個相同的和互相不耦合的濾波器的無源濾波 器單元。
經過金屬結構在與發送器的接地參考電位對應的接地參考平面的附近可 以進行接收器的接地參考系統GND與發送器的接地參考系統TX-GND的電容 性耦合。
此外，對根據本發明的方法所進行的實施方式以類似的種類和方式適用于 電路裝置。
本發明的其它優點、特征和細節借助以下的實施例以及從附圖中給出。其
中，
圖1示出用于實施本發明方法的本發明的電路裝置，
圖2和圖3示出在電路裝置中根據本發明構造為高通濾波器的濾波器單元 以及等效電路圖，
圖4示出用于解釋根據本發明抑制共模千擾的等效電路圖，圖5示出根據本發明的電路裝置的分離塊的實施例。
具體實施例方式
在圖1中示出了用于實施本發明方法的本發明的電路裝置1。
電路裝置1首先具有信號源2，從該信號源借助具有互相反向的極性的作 為差分驅動器的線路驅動器3將信號或者多個信號饋入到具有兩個輸入端的天 線4中。將正的電源電壓5以及此外將接地參考電位TX-GND6(發送器的接地 參考電位)配備給線路驅動器3。
天線4實施為均勻的雙線線路，其在末端具有終端7。天線4的均勻的雙 線線路借助具有特性阻抗的終端7來終止。信號如所描述的那樣以差模被饋入 到天線4中。
在此示出的實施例中以均勻的種類和方式，即，用在導線長度上恒定的幾 何尺寸和材料特性，并行于天線4的兩個信號導線引導具有發送器的接地參考 電位的另一導線8。在此總的來說是差分微波帶線，在該微波帶線中載有所述 兩個信號導線的村底的背面是金屬的并且與發送器的參考電位相連。
在其它實施例中可以使用其它(例如已經公知的)高頻傳輸導線形式，例 如帶線(Strip-Line )或共面的(coplanare )以及漏泄々赍線(Leaky匪Feeder-Leitung )。
作為替換，沒有并行引導的接地參考電位的實施方式也是可能的。
如果待傳輸的信號從如此處的線路驅動器3饋入到具有相反設置的極性的 天線4的兩根導線上，則對于導線上的從導線的開頭起分別相距同樣寬度的點， 從天線4的兩根導線的信號之間的電位差產生信息，該信息經過天線4的雙線 線路傳輸。這意味著，在對稱平面的中點具有這樣的雙線線路，在該雙線線路 上在互相反向的饋入的情況下電位為0。
此外設置耦合器9，其與天線4一起被構造為天線-耦合器組合。耦合器9 在此示出的情況下是兩個金屬平板，其在天線4的兩根導線上"懸著"，也就是 不接觸天線4的兩根導線。耦合器9的兩個金屬平板通過在天線的對稱平面上 的鏡像而彼此交錯轉化。
在特定的情況下可以相對天線沿著曲線移動耦合器9,例如沿著用于將信 號傳輸至平移地運動的組件的直的布線以及用于將信號傳輸至旋轉的組件的環 形的布線。這些運動可能性依賴于特定的應用情況并且對本發明不作為前提條 件。濾波器單元ll，其中，濾波器單元11終止在耦合器9和輸入放大器12之間的 導線10。根據本發明這樣構造該濾波器單元11,使得它關于共模干擾抑制是最 佳尺寸。這意味著，在此處示出的實施例中使用無源濾波器單元11,該濾波器 單元正好良好地衰減在耦合器9中饋入的共模干擾，如在相同頻率下待傳輸的 差分有效信號那樣。
導線從濾波器單元11引導至接收器的輸入放大器12，為其分配正的電源 電壓13以及接地參考電位GND 14。在信號處理單元15中在輸入放大器12的 接頭中，進一步處理差分有效信號，其中如此處示出的那樣，借助信號處理單 元15至少部分地還在電路裝置1的關于接收放大器的接地參考電位GND的部 分中進行信號處理。
在圖1的實施例中在信號處理單元15中或相應的信號處理塊中進行時鐘 再現以及數據再現。在信號處理塊中進行信號處理之后還出現高頻信號。此外 為了控制和監控信號傳輸和處理將低頻信號進一步傳輸到接收器的其余部分。
在緊接著的分離單元16中將接地參考電位GND分離為兩個范圍或者說接 地參考電位GND和RX-GND。然后在分離單元16的輸出端呈現具有接收器電 源電壓18 (RX-VCC)以及接收器接地參考電位19 (RX-GND)、也就是接地 參考電位以及電源電壓的分開的范圍的電源(RX代表接收器)17。此外分離 單元16提供信號作為輸出信號到信號匯點20以及其它的控制和/或監控信號到 控制和/或監控單元21,這些信號作為對應的控制或者說監控信號補充有效信號 (信號匯點20)。
此外，具有輸入放大器12的接收器的部分的接地參考系統GND 14電容性 地耦合到發送器的接地參考系統TX-GND 6上，為此與接地參考電位GND 14 相連的金屬結構22在接地平面的附近獲得發送器的電位TX-GND 6上(根據導 線8)。
在被構造為均勻的雙線線路的天線-耦合器裝置中，在該裝置中存在對稱平 面，在該平面上在相互反向的饋入情況下電位是O，通過金屬結構22在該對稱 平面中實現電位的電容性的耦合。這使得在差分信號的耦合的位置鄰近的耦合 結構是可能的。
圖2示出圖1的電路l的部分23。對實現簡單的高通的情況，可以通過在 圖3中示出的等效電路圖進行建模。在圖2的象征性的圖示中一方面示出天線4的雙線線路，另一方面示出具 有兩個耦合平板9a的耦合器9。從兩個耦合器平板9a導線IO分別引導至具有 對應的接地參考電位14的濾波器11,該接地參考電位是接收器的電位GND。 兩根導線30從濾波器11引導至此處未示出的接收器的輸入放大器。
圖3的等效電路圖示出作為高通濾波器的電路部分23的簡單的實現，該 高通濾波器一方面由兩個電容31和32構成，耦合器9用該兩個電容將兩個信 號從天線4的雙線線路經過導線IO耦合到至未示出的輸入放大器的導線30中， 另 一方面由具有對應的接地參考電位GND 35的兩個終端電阻33和34構成。
用根據電路部分23的這樣的被構造為高通濾波器的濾波器單元，可以使 用通過濾波引入的傳輸函數，以便相對有效信號來衰減共模干擾，而不衰減有 效信號本身。為此，輸入信號的兩個分量，也就是有效信號和共模干擾，必須 位于不同的頻帶，例如這樣數據傳輸率是高的并且共模干擾是低頻的。
在圖4中示出了用于解釋根據本發明的共模干擾的抑制的等效電路圖36。 在此，由于在兩個接地電位TX-GND 37 (發送器接地)和RX-GND 38a (接收 器接地)之間的電位差而存在的共模干擾在該等效電路圖36中作為電壓源39 (Uc。mm。J建模。將共模干擾經過線路驅動器的兩個輸出端饋入到天線的兩根導 線上。得出的線路驅動器的內電阻作為單個驅動器的兩個內電阻RD的并聯電路 對共模干擾建模并且產生電阻40為RD/2。
在共模干擾的頻譜(該頻譜比有效信號的頻譜處于顯著低的頻率中)情況 下，可以忽略耦合器結構內部的渡越時間效應。由此可以將耦合作為純電容性 的來考慮。在經過耦合器K的兩個耦合器平板的耦合情況下要考慮的是，在兩 個耦合器平板上的電壓的時間過程對共模信號的情況是相同的，從而可以將耦 合器作為單個耦合器平板的兩個耦合器電容C的并聯電路來建模。由此對共模 信號產生耦合電容42為2-C。
將在發送器的接地參考系統和接收器的輸入部分的接地參考系統之間額 外插入的耦合作為分立的電容41 (Cgk)來建模。
將接地參考電位GND 38b和RX-GND 38a的去耦合以第二近似作為具有寄 生元件44、 45 (電阻Rc。m誦和電容C畫誦)的電感43 (L畫畫)建模。寄生 的元件可以部分地提取所使用的組件的數據表(Datenblaettern)。然而，寄生電 容也依賴于接收器的兩個去耦合的電路部分的互相的空間布置。
對在至差分放大器的兩個輸入端的導線上的信號的共模分量來說，在電路中包含的終端電阻R (圖3中的33和34)如具有R72的輸入阻抗46的并聯電 路那樣起作用。用Uv表示的在該電阻上降落的電壓47，是在放大器上出現的 共模干擾。相應地，例如可以這樣對按照圖1的電路裝置1的硬件實現來確定 尺寸，使得作為電壓47以及電壓源39的電壓的商
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的共模抑制是可調整的。由此可以最大化信號干擾間隔，也就是在差分有效信 號和共模干擾之間的差。
圖5示出根據本發明的電路裝置的分離塊48的實施例，例如對按照圖1 的電路裝置。分離塊48首先具有用于分離接地電位和電源電壓導線的共模抑制 線圈49，該共模抑制線圈對共模干擾的頻率范圍顯示高的衰減。
此外，設置了光耦合器50與電感51的組合用于分離低頻信號。低頻信號 在電路裝置中例如用于控制和監控。額外地在相應的導線中插入的電感例如電 感51，用于對光耦合器50的或者必要時傳輸的寄生電容起反作用。由此避免 了對于待去耦合的共模干擾的頻譜范圍，去耦合的阻抗由于寄生電容而太低。
此外為了分離高頻信號設置了與光波導54組合的電光轉換器52以及光電 轉換器53。在此可以成功地實現，必要時合適地調制模擬信號以及合適地編碼 數字信號。
由此根據本發明可以達到，有效地降低以及抑制在兩個組件之間進行差分 高頻信號的無接觸寬帶傳輸時出現的相對強的低頻共模干擾。這首先通過分離 在接收器中的接地參考電位來實現，但是也通過輸入放大器的輸入端上的合適 的濾波器尺寸或者通過將接收器的接地參考系統(只要該接地參考系統是關于 包含輸入放大器的接收器部分)電容性地耦合到發送器的接地參考系統來補充。
權利要求
1.一種用于在存在至少一個共模干擾信號、特別是至少一個與至少一個待傳輸信號相比低頻的共模干擾信號的情況下，在發送器和接收器之間無接觸地傳輸至少一個差分信號(20)的方法，其特征在于，為了在該接收器內抑制至少一個共模干擾信號，將與該接收器對應的接地參考電位分離為兩個互相去耦合的接地參考電位(14，19，29，35，38a，38b)，和/或通過在該接收器的接收放大器(12)的輸入端的濾波器單元(11)抑制至少一個共模干擾信號，其中，為了抑制共模干擾信號使用無源濾波器單元(11)，該無源濾波器單元(11)將至少一個在耦合器(9)中為耦合輸出發送器的至少一個信號(20)而出現在接收器上的共模干擾信號至少基本上以對待傳輸的同頻率信號(20)同樣的程度衰減，和/或將與該接收器的包含接收放大器的部分相關的接地參考電位(14，35，38b)電容性地耦合到發送器(6，37)的接地參考電位上。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據對接地參考電位的分 離，對至少一個、特別是全部與兩個去耦合的接地參考電位(14， 19, 29, 35， 38a, 38b)相關的信號(20)進行分離，特別是至少一個有效信號和/或至少一 個控制信號和/或監控信號(21)和/或電流源。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據對接地參考電位 的分離來分離對應的電源電壓。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，將接收器中 的接地參考電位在分離位置上這樣分離，使得至少一個共模干擾信號的主要部 分在該分離位置上降落，和/或在具有至少一個共模干擾信號的高頻譜功率密度 的頻率范圍內分離該接地參考電位。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，借助至少一 個共模抑制線圈(49)來分離所述接地參考電位和/或電源電壓，尤其是借助在 至少一個共模干擾信號的范圍中具有高衰減的共模抑制線圈(49 )。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，借助至少一 個光耦合器(50)和/或傳輸器來分離至少一個信號、特別是低頻控制信號和/ 或監控信號(21)，和/或借助至少一個與光波導(54)連接的光電轉換器(52， 53)來分離至少一個信號、特別是高頻有效信號。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在使用至少一個具有寄生 電容的光耦合器和/或傳輸器時，在至少一根導線中插入至少一個附加的電感， 特別是小的電感。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，在分離接地 參考電位、特別是借助至少一個與光波導(54)連接的光電轉換器(52， 53) 進行分離的范圍內，調制至少一個模擬信號和/或編碼至少一個數字信號。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，作為用于抑 制至少一個共模干擾信號的濾波器單元(11 )采用兩個分別在從耦合器(9 )的 一半引導至接收器的接收放大器的輸入端的信號導線(10)中的相同且互相不 耦合的濾波器(11)。
10. 根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，借助與用于 抑制至少一個共模干擾信號的濾波器單元(11)對應的傳輸函數來抑制至少一 個位于與至少一個待傳輸的信號的頻帶不同的頻帶中的共模干擾信號。
11. 根據權利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，所述用于 抑制至少一個共模干擾信號的濾波器單元(11)具有至少一個高通濾波器。
12. 根據權利要求1至11中任一項所述的方法，其特征在于，為了電容 性的耦合，在與所述發送器的接地參考電位對應的接地參考平面附近設置與所 述接收器的相應的接地參考電位(14， 35, 38b)相連的金屬結構(22)。
13. 根據權利要求12所述的方法，其特征在于，將所述金屬結構(22) 設置在構造為均勻雙線線路的天線-耦合器裝置的對稱平面中。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的方法，其特征在于，在所述接 收器的接收放大器(12)導通之后進一步處理至少一個待傳輸的信號，特別是 至少部分地在該接收器的具有與接收放大器(12)對應的接地參考電位(14, 35, 38b)的部分中進一步處理至少一個待傳輸的信號。
15. —種電路裝置(l),特別是為了實施上述權利要求所述的方法而構造， 用于在存在至少一個共模干擾信號、特別是至少一個與至少一個待傳輸的信號 相比低頻的共模干擾信號的情況下，無接觸地在該電路裝置(1 )的發送器和接 收器之間傳輸至少一個差分信號(20)，其中，該電路裝置(1)具有至少一個 用于抑制接收器內的至少一個共模干擾信號的電路元件，其構造為用于將與該 接收器對應的接地參考電位分離為兩個互相去耦合的接地參考電位，和/或其 中，該電路裝置具有在接收器的接收放大器的輸入端的濾波器單元(ll),其構造為用于抑制至少一個共模干擾信號，其中，為了抑制共模干擾信號而使用無 源濾波器單元(11)，其構造為將至少一個在耦合器(9)中為耦合輸出發送器 的至少一個信號(20)而出現在接收器上的共模干擾信號至少基本上以對待傳輸的同頻率信號(20)同樣的程度衰減，和/或其中，該電路裝置具有至少一個(14, 35， 38b)電容性地耦合到發送器的接地參考電位(6， 37)上。
16. 根據權利要求15所述的電路裝置(1),其特征在于，該電路裝置具 有至少一個用于分離所述接地參考電位和/或電源電壓的共模抑制線圏，特別是 在至少一個共模干擾信號的范圍內具有高衰減的共模抑制線圈(49 )。
17. 根據權利要求15或16所述的電路裝置(1 ),其特征在于，該電路裝 置(1 )具有至少一個與光波導(54)連接的構造為用于分離至少一個信號的光 耦合器(50)和/或傳輸器和/或光電轉換器(52， 53)。
18. 根據權利要求15至17中任一項所述的電路裝置(1),其特征在于，參考電位(6, 37)對應的接地參考平面附近的金屬結構(22)。
全文摘要
一種在存在至少一個共模干擾信號、特別是至少一個與至少一個待傳輸信號相比低頻的共模干擾信號時，在發送器和接收器之間無接觸傳輸至少一個差分信號的方法。為了抑制接收器內的至少一個共模干擾信號，將與接收器對應的接地參考電位分離為兩個互相去耦合的接地參考電位，和/或通過在接收器的接收放大器的輸入端上的濾波器單元抑制至少一個共模干擾信號，其中為了抑制共模干擾信號使用無源濾波器單元，其將至少一個在將發送器的至少一個信號輸出耦合到接收器的耦合器中出現的共模干擾信號至少基本上在如待傳輸的同頻率信號的程度上衰減，和/或將與接收器的包含接收放大器的部分相關的接地參考電位電容性地耦合到發送器的接地參考電位上。
文檔編號H04L25/08GK101409695SQ20081016613
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月8日 優先權日2007年10月8日
發明者赫爾穆特·雷普, 馬庫斯·亨默萊因 申請人:西門子公司