(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の変調入力信号に応答して、第１の絶縁出力信号を生じるように動作可能な第１の音響絶縁変成器と、
第２の変調入力信号に応答して、第２の絶縁出力信号を生じるように動作可能な第２の音響絶縁変成器と、
前記第１の音響絶縁変成器に結合されて、第１のデータ入力信号を受け取るように適合され、前記第１のデータ入力信号に応じて前記第１の変調入力信号を生成するように動作可能な第１の送信機と、
前記第２の音響絶縁変成器に結合されて、前記第１のデータ入力信号の相補信号である第２のデータ入力信号を受け取るように適合され、前記第２のデータ入力信号に応じて前記第２の変調入力信号を生成するように動作可能な第２の送信機と、
前記第１の音響絶縁変成器に結合されて、前記第１の絶縁出力信号を受け取り、前記第１の絶縁出力信号に応じて第１の復調信号を生成するように動作可能な第１の受信機と、
前記第２の音響絶縁変成器に結合されて、前記第２の絶縁出力信号を受け取り、前記第２の絶縁出力信号に応じて第２の復調信号を生成するように動作可能な第２の受信機と、
前記第１及び第２のデータ出力信号を受け取るために、前記第１及び第２の受信機に結合された出力決定回路とを含み、
前記出力決定回路が、前記第１及び第２の復調信号に応じて、データ出力信号を生成するように動作可能であり、
前記第１及び第２の音響絶縁変成器のそれぞれが、２つのスタック型薄膜バルク音響共振器からなり、前記スタック型薄膜バルク音響共振器のそれぞれが、圧電薄膜共振器の積み重ねられた対からなり、その対が前記圧電薄膜共振器間に配置された音響結合層を有し、
前記第１及び第２の送信機がそれぞれ、共振子の役目を果たす圧電薄膜共振器と発振回路とを含み、前記第１の音響絶縁変成器および前記第１の送信機の圧電薄膜共振器、並びに前記第２の音響絶縁変成器および前記第２の送信機の圧電薄膜共振器がそれぞれ、共通基板の上に形成されている、データカプラー。
【請求項２】
前記対の第１の対における圧電薄膜共振器の第１の圧電薄膜共振器が、前記対の第２の対における圧電薄膜共振器の第１の圧電薄膜共振器と逆並列に結合され、前記対の第１の対における圧電薄膜共振器の第２の圧電薄膜共振器が、前記対の第２の対における圧電薄膜共振器の第２の圧電薄膜共振器と直列に結合される、請求項１に記載のデータカプラー。
【請求項３】
前記送信機により生成された前記第１及び第２の変調信号がそれぞれ、連続した周期信号からなる、請求項１又は２に記載のデータカプラー。
【請求項４】
各連続した周期信号が、オン／オフキーイング、周波数偏移変調、及び振幅シフトキーイングの変調信号の１つからなる、請求項３に記載のデータカプラー。
【請求項５】
各周期信号がバースト周期信号からなる、請求項３に記載のデータカプラー。
【請求項６】
各周期信号がバースト非周期信号からなる、請求項３に記載のデータカプラー。
【請求項７】
各バースト非周期信号が、バースト非周期周波数エンベロープオン／オフキーイング信号、バースト非周期振幅エンベロープオン／オフキーイング信号、及びバースト非周期ビット列オン／オフキーイング信号の１つからなる、請求項３に記載のデータカプラー。
【請求項８】
前記データ入力信号がデジタル信号からなる、請求項１〜７の何れかに記載のデータカプラー。
【請求項９】
前記出力決定回路が、ＲＳラッチを含む、請求項１〜３、及び５の何れかに記載のデータカプラー。
【請求項１０】
前記データカプラーが、前記第１及び第２の音響絶縁変成器、前記第１及び第２の送信機、及び前記第１及び第２の受信機を備える基板を更に含む、請求項１〜９の何れかに記載のデータカプラー。
【請求項１１】
前記基板がプリント基板からなる、請求項１０に記載のデータカプラー。
【請求項１２】
第１の電子サブシステムと、
第２の電子サブシステムと、
少なくとも１つのデータ結合デバイスを含む基板とを含み、
各データ結合デバイスが前記第１及び第２のサブシステムに結合され、各データ結合デバイスが、
第１の変調入力信号に応答して、第１の絶縁出力信号を生じるように動作可能な第１の音響絶縁変成器と、
第２の変調入力信号に応答して、第２の絶縁出力信号を生じるように動作可能な第２の音響絶縁変成器と、
前記第１の音響絶縁変成器に結合されて、第１のデータ入力信号を受け取るように適合され、前記第１のデータ入力信号に応答して前記第１の変調入力信号を生成するように動作可能な第１の送信機と、
前記第２の音響絶縁変成器に結合されて、前記第１のデータ入力信号の相補信号である第２のデータ入力信号を受け取るように適合され、前記第２のデータ入力信号に応じて前記第２の変調入力信号を生成するように動作可能な第２の送信機と、
前記第１の音響絶縁変成器に結合されて、前記第１の絶縁出力信号を受け取り、前記第１の絶縁出力信号に応じて第１の復調信号を生成するように動作可能な第１の受信機と、
前記第２の音響絶縁変成器に結合されて、前記第２の絶縁出力信号を受け取り、前記第２の絶縁出力信号に応じて第２の復調信号を生成するように動作可能な第２の受信機と、
前記第１及び第２のデータ出力信号を受け取るために、前記第１及び第２の受信機に結合された出力決定回路とを含み、
前記出力決定回路が、前記第１及び第２の復調信号に応じて、データ出力信号を生成するように動作可能であり、
前記第１及び第２の音響絶縁変成器のそれぞれが、２つのスタック型薄膜バルク音響共振器からなり、前記スタック型薄膜バルク音響共振器のそれぞれが、圧電薄膜共振器の積み重ねられた対からなり、その対が前記圧電薄膜共振器間に配置された音響結合層を有し、
前記第１及び第２の送信機がそれぞれ、共振子の役目を果たす圧電薄膜共振器と発振回路とを含み、前記第１の音響絶縁変成器および前記第１の送信機の圧電薄膜共振器、並びに前記第２の音響絶縁変成器および前記第２の送信機の圧電薄膜共振器がそれぞれ、共通基板の上に形成されている、電子システム。
【請求項１３】
前記対の第１の対における圧電薄膜共振器の第１の圧電薄膜共振器が、前記対の第２の対における圧電薄膜共振器の第１の圧電薄膜共振器と逆並列に結合され、前記対の第１の対における圧電薄膜共振器の第２の圧電薄膜共振器が、前記対の第２の対における圧電薄膜共振器の第２の圧電薄膜共振器と直列に結合される、請求項１２に記載の電子システム。
【請求項１４】
前記第１及び第２の電子サブシステムが、コンピュータサブシステムを含む、請求項１２又は１３に記載の電子システム。
【請求項１５】
前記送信機により生成された前記変調信号が、周期信号からなる、請求項１２〜１４の何れかに記載の電子システム。
【請求項１６】
前記周期信号が、バースト周期信号からなる、請求項１５に記載の電子システム。
【請求項１７】
前記送信機により生成された前記変調信号が、非周期信号からなる、請求項１２〜１４の何れかに記載の電子システム。
【請求項１８】
前記非周期信号が、バースト非周期周波数エンベロープオン／オフキーイング（ＢＮＰＦＥ−ＯＯＫ）信号、バースト非周期振幅エンベロープオン／オフキーイング（ＢＮＰＡＥ−ＯＯＫ）信号、及びバースト非周期ビット列オン／オフキーイング（ＢＮＰＢＳ−ＯＯＫ）信号の１つからなる、請求項１７に記載の電子システム。
【請求項１９】
前記出力決定回路が、ＲＳラッチを含む、請求項１２〜１６の何れかに記載の電子システム。
【請求項２０】
前記基板がプリント基板からなる、請求項１２〜１９の何れかに記載の電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響データカプラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの電子システムは、システムの或る部分における電気信号をシステムの別の部分における電気信号から絶縁することが必要である。例えば、多くの制御システムでは、高電圧信号及び低電圧信号の双方が生成されて監視されることができ、信号間の絶縁はシステムの適切な動作に必要とされる。係る信号が絶縁されなければならないという１つの理由は、システムにおいて高電圧信号のスイッチングが低電圧信号に過渡事象又はノイズをもたらす可能性があるからである。当業者には理解されるように、一般にデジタルの論理レベル信号である低電圧信号におけるこのノイズは、低電圧信号の誤った処理という結果になる可能性があり、それによりシステム全体の不適切な動作という結果になる可能性がある。信号を絶縁する別の理由は安全性であり、例えば医療システムにおいて、システムの一部におけるより高い高電圧は、患者と接触する他の部分から絶縁されなければならない。別の状況において、システムの種々の部分における様々な接地が互いから絶縁される一方で、種々の部分間で信号の伝達を可能にすることが必要である。
【０００３】
多種多様な装置と技術を利用して、システムの或る部分からシステムの別の部分まで信号を伝達する一方で、それら部分の間で絶縁を維持していた。この伝達と絶縁を提供する装置は概して、データカプラーと呼ばれる。動作中、データカプラーは、システムの第１の部分から入力電気信号を受信して、この信号を対応する信号に変換し、この対応する信号は絶縁障壁を横切って伝達される。絶縁障壁を横切って伝達された信号が受信されて、絶縁された出力電気信号（絶縁出力電気信号又は絶縁出力信号とも称する）に変換され、その出力電気信号はシステムの第２の部分に印加される。この場合、受信された電気信号は、システムの第１の部分からの入力電気信号に対応する。
【０００４】
様々なタイプのデータカプラーは、システムの或る部分からの信号を別の部分に伝達する又は伝える一方で、それら部分間で電気絶縁を維持するために、様々なタイプの絶縁障壁を使用する。各タイプのデータカプラーは、システムの部分間にガルバニック絶縁を提供する。この場合、当業者には理解されるように、ガルバニック絶縁は、システムの部分間に任意の直流（ＤＣ）経路が存在しないことを意味する。従来のデータカプラーは、必要な絶縁と伝達の結合経路を提供するために、光学的、磁気的、及び容量性の絶縁障壁を利用していた。例えば、光データカプラーは、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）により形成された光送信機を含み、その光送信機はシステムの第１の部分から入力電気信号を受信する。光送信機は、この信号を対応する光信号に変換し、この光信号は、一般にフォトダイオードにより形成された光受信機に伝達される。受信した光信号に応答して、光受信機は、対応する出力電気信号を生成し、この出力電気信号は、システムの第２の部分に印加される。磁気データカプラー及び容量性データカプラーにおいて、入力電気信号はそれぞれ、対応する出力信号を提供するために、トランス及びコンデンサを介して伝達され、この場合、トランス及びコンデンサはそれぞれ、入力信号と出力信号との間に所望の絶縁を提供する。
【０００５】
音響データカプラーは、音響結合媒体を介して互いに結合された圧電素子を含む。音響結合媒体は、圧電素子を互いに音響的に結合し、且つ圧電素子間の所望の電気絶縁も提供する。この場合、一方の圧電素子はシステムの第１の部分に結合され、他方の圧電素子はシステムの第２の部分に結合される。第１の部分からの入力信号に応答して、第１の圧電素子は音波を生成し、その音波は音響結合媒体を介して第２の圧電素子に伝わる。音波に応答して、第２の圧電素子は、システムの第２の部分に印加される出力電気信号を生成する。
【０００６】
音響データカプラーに印加される入力信号は一般に、信号により伝達されるデータのビットを画定する立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを有するデジタル信号である。入力信号の遷移が第１の圧電素子に印加される信号に変換される高精度な態様は、カプラーの全体的な動作、性能、及びコストに影響を及ぼす。更に、音響データカプラーは潜在的に多種多様な用途に利用される可能性があり、コスト、データレート、及び消費電力の点で既存のカプラーの改善が必要とされている。既存の音響データカプラーに伴う別の制約は、チャネル密度であり、これは、既存のカプラーのサイズが大きすぎて、必要な数のカプラーが最大の特定の空間内に形成できないことを意味する。磁気的に及び容量的に絶縁されるデータカプラーは、磁気的又は容量性絶縁障壁を横切って伝達される所望の信号に加えて、受信されるノイズを増加させる外部電磁妨害信号を受けやすいことにより、更に制限される。音響データカプラーは、磁気的結合又は容量性結合の代わりに圧電素子間の音波に依存し、性能及び消費電力の更なる改善を可能にする増大した電磁波耐性を有する。
【特許文献１】米国特許第６，１０７，７２１号
【特許文献２】米国特許第５，５８７，６２０号
【特許文献３】米国特許第６，９５４，１２１号
【特許文献４】米国特許第６，９４６，９２８号
【特許文献５】米国特許第６，９２７，６５１号
【特許文献６】米国特許第６，８７４，２１２号
【特許文献７】米国特許第６，８７４，２１１号
【特許文献８】米国特許第６，７８７，０４８号
【特許文献９】米国特許第６，６６８，６１８号
【特許文献１０】米国特許第６，６５１，４８８号
【特許文献１１】米国特許第６，６１７，２４９号
【特許文献１２】米国特許第６，５６６，９７９号
【特許文献１３】米国特許第６，５５０，６６４号
【特許文献１４】米国特許第６，５４２，０５５号
【特許文献１５】米国特許第６，４８３，２２９号
【特許文献１６】米国特許第６，４７２，９５４号
【特許文献１７】米国特許第６，４６９，５９７号
【特許文献１８】米国特許第６，４２４，２３７号
【特許文献１９】米国特許第６，４２０，８２０号
【特許文献２０】米国特許第６，２６２，６３７号
【特許文献２１】米国特許第６，２１５，３７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
係るカプラーのコスト、データレート、消費電力、外部電磁ノイズ耐力、及びチャネル密度又はサイズを改善する、音響データカプラーの回路と方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、データカプラーは、第１の変調入力信号に応答して、第１の絶縁された出力信号（以降、絶縁出力信号と称する）を生じるように動作可能な第１の音響絶縁変成器を含む。第２の音響絶縁変成器が、第２の変調入力信号に応答して、第２の絶縁出力信号を生じるように動作可能である。第１の送信機が、第１の音響絶縁変成器に結合されて、第１のデータ入力信号を受け取り、第１のデータ入力信号に応答して第１の変調入力信号を生成するように動作可能である。第２の送信機が、第２の音響絶縁変成器に結合されて、第１のデータ入力信号の相補信号である第２のデータ入力信号を受け取る。第２の送信機が、第２のデータ入力信号に応答して第２の変調入力信号を生成するように動作可能である。第１の受信機が、第１の音響絶縁変成器に結合されて、第１の絶縁出力信号を受け取り、第１の絶縁出力信号に応じて第１の復調信号を生成するように動作可能である。第２の受信機が、第２の音響絶縁変成器に結合されて、第２の絶縁出力信号を受け取り、第２の絶縁出力信号に応じて第２の復調信号を生成するように動作可能である。出力決定回路が、第１及び第２のデータ出力信号を受け取るために、第１及び第２の受信機に結合され、第１及び第２の復調信号に応じて、データ出力信号を生成するように動作可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コスト、データレート、消費電力、外部電磁ノイズ耐力、及びチャネル密度又はサイズを改善する音響データカプラーの回路と方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による、音響絶縁変成器１０２を含む音響データカプラー１００の機能ブロック図である。動作中、デジタルのデータ入力信号ＤＡＴＡＩＮが入力バッファ１０４を介して印加され、送信機１０６に印加される入力制御信号ＶＣＮＴＲＬが生成される。以下でより詳細に説明されるように、入力バッファ１０４からの入力制御信号ＶＣＮＴＲＬに応じて、送信機１０６は変調信号ＶＭＯＤを生成し、その変調信号ＶＭＯＤは、連続的な周期信号、バースト周期信号、又はバースト非周期信号とすることができる。変調信号ＶＭＯＤに応じて、音響絶縁変成器１０２は、データカプラー１００からデータ出力信号ＤＡＴＡＯＵＴを生成する際に利用される変成器出力信号ＶＴＲＡＮを生成する。以下でより詳細に説明されるように、音響絶縁変成器１０２に印加される変調信号ＶＭＯＤを生成するために、送信機１０６がＤＡＴＡＩＮ信号を変換又は変調する態様は、データカプラー１００の全体的な動作、性能、チャネル密度、及びこストを改善する。音響絶縁変成器１０２を用いることにより、データカプラー１００は電磁障害からの良好な耐性を提供し、送信機１０６により使用される変調のタイプによって、消費電力等のデータカプラーの様々なパラメータが最適化されることが可能になる。
【００１１】
以下の説明において、本発明の十分な理解を提供するために、特定の細部が、本発明の説明される実施形態に関連して記載される。しかしながら、当業者には理解されるように、本発明はこれら特定の細部を使用せずに実施され得る。更に、当業者には理解されるように、以下で説明される例示的な実施形態は、本発明の範囲を制限せず、開示された実施形態の様々な修正形態、等価物及び組合せ、並びに係る実施形態のコンポーネントも、本発明の範囲内にある。また、個々の説明される任意の実施形態の全てのコンポーネントよりも少ないコンポーネントを含む実施形態も、本発明の範囲内にあるが、特に以下で詳細に説明されない。最後に、よく知られたコンポーネント及び／又はプロセスの動作は、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、図示されない又は以下で詳細に説明されない。
【００１２】
音響データカプラー１００は、音響絶縁変成器１０２からの変成器出力信号ＶＴＲＡＮを受信し、その信号を復調して復調信号ＶＤＥＭを生成する受信機１０８を更に含む。当然のことながら、受信機１０８により実施される復調のタイプは、送信機１０６により使用される変調のタイプに依存する。出力バッファ１１０は、受信機１０８からの復調信号ＶＤＥＭを受信して、復調信号に応答してデータ出力信号ＤＡＴＡＯＵＴを生成し、そのデータ出力信号は当初に印加されたデータ入力信号ＤＡＴＡＩＮに対応する。
【００１３】
動作中、システムの第１の部分（図示せず）から受信されたデータ入力信号ＤＡＴＡＩＮは、システムの第１の部分から第２の部分（図示せず）に転送されるべきデータに相当し、この場合、第１の部分と第２の部分は、互いから電気的に絶縁されなければならない。データ入力信号ＤＡＴＡＩＮは入力バッファ１０４を介して印加され、送信機１０６に印加される入力制御信号ＶＣＮＴＲＬが生成される。送信機１０６は、入力制御信号ＶＣＮＴＲＬに応じて搬送波信号を変調し、変調信号ＶＭＯＤとして変調搬送波信号を出力する。以下でより詳細に説明されるように、送信機１０６により使用される変調のタイプは、本発明の様々な実施形態において変化する。
【００１４】
変調信号ＶＭＯＤに応答して、音響絶縁変成器１０２の第１の圧電素子（図示せず）が、変調信号の関数である音波を生成する。これら音波は、音響結合媒体又は層（図示せず）を介して伝播し、音響絶縁変成器１０２の第２の圧電素子（図示せず）により受け取られる。音波に応答して、音響絶縁変成器の第２の圧電素子は、変成器出力信号ＶＴＲＡＮと呼ばれる絶縁出力信号を生じ、この場合、変成器出力信号は、音波の関数であり、そして音波が変調信号ＶＭＯＤの関数であるため、変成器出力信号は変調信号の関数である。
【００１５】
受信機１０８は、変成器出力信号ＶＴＲＡＮを復調し、送信機１０６に印加される元のデータ入力信号ＤＡＴＡＩＮに相当する復調信号ＶＤＥＭを生成する。出力バッファ１１０は、復調信号ＶＤＥＭに応答してＤＡＴＡＯＵＴ信号を提供し、この場合、ＤＡＴＡＯＵＴ信号は、ＤＡＴＡＩＮ信号に対応するが、その信号から電気的に絶縁されている。ＤＡＴＡＯＵＴ信号は、音響データカプラー１００を含むシステム（図示せず）の第２の部分に印加される。
【００１６】
音響絶縁変成器１０２は、データカプラー装置の光学的、磁気的、及び容量性絶縁障壁に優る多くの利点を提供する。データカプラーの設計における重要な差別化要因は、サイズ、コスト、データレート、消費電力、チャネル密度、及び外部電磁妨害に対する耐性を含む。音響絶縁変成器は、これらのパラメータとデータカプラー装置の性能の改善との間のトレードオフを最適化するための多数の利点を有する。圧電共振器の高いＱ特性により、非常に低いパワーの発振器が可能となると同時に、音響絶縁変成器の帯域幅が一般に変成器の共振周波数に対応し、それにより比較的簡素な変調機構が数百メガヘルツ（ＭＨｚ）のデータレートを提供することが可能になる。音響データカプラーの絶縁障壁は、電磁エネルギーの代わりに音響エネルギーに依存し、従って磁気的又は容量性絶縁障壁に比べて外部電磁界に比較的影響されない。これは、音響絶縁変成器を介したデータ転送で利用される信号レベルの制約の１つを低減する。音響絶縁変成器は本質的に、周波数バンドパス装置である。変成器の通過帯域外のノイズエネルギーは、音響絶縁変成器を介したこのノイズのフィルタリングにより著しく低減される。また、音響絶縁変成器の良好な共通モード阻止性能の設計は、データ入力ノードとデータ出力ノードとの間で各々の接地ノイズの除去を行う際に効果的である。
【００１７】
これらの改善点を利用することにより、音響絶縁変成器を通過する信号のレベルは、送信機と受信機の消費電力を改善するために最小限に抑えられると同時に、誤ったデータ転送の信号伝達を最小限に抑えるために信号対雑音の性能が維持される。例えば、磁気変成器は、モノリシック基板上で一方の変成器が他方の変成器に接近することを制限する異なるチャネルの磁界のクロスカップリングに起因して、サイズとチャネル密度において更に制限される。音響絶縁変成器は磁気結合に依存しておらず、同じ基板上に構築される際に容易に音響的に絶縁され、それにより高いチャネル密度と小さいサイズが可能になる。チャネル密度において類似した利点は、光学的又は容量性絶縁データカプラー装置に当てはまる。サイズ、チャネル密度、消費電力、及びデータレートにおけるこれらの利点は、製造、及び音響データカプラー装置の集積化においてコスト削減につながる。
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態による図１の音響絶縁変成器１０２に対応する音響絶縁変成器２００のより詳細な断面図である。この実施形態において、音響絶縁変成器２００は、２つのスタック型薄膜バルク音響共振器（stacked film bulk acoustic resonator：ＳＢＡＲ）２０２及び２０４からなる。ＳＢＡＲ２０２は、圧電薄膜共振器（film bulk acoustic resonator：ＦＢＡＲ）２０６及び２０８の積み重ねられた対を含み、音響結合層２１０がそれらの間に配置される。より具体的には、ＦＢＡＲ２０８は、ＦＢＡＲ２０６の上に積み重ねられ、圧電材料２１６の上側と下側にそれぞれ形成された平坦電極２１２及び２１４を含む。ＦＢＡＲ２０６は同様に、圧電材料２２２の上側と下側にそれぞれ形成された平坦電極２１８及び２２０を含む。ＳＢＡＲ２０４は同様に、ＦＢＡＲ２２４及び２２６の積み重ねられた対を含み、音響結合層２２８がそれらの間に配置される。音響結合層２１０及び２２８は、ＦＢＡＲ２０６、２０８及びＦＢＡＲ２２４、２２６を音響的に結合すると同時に、ＦＢＡＲのこれらの対の間で所望の電気的絶縁を提供する。
【００１９】
ＦＢＡＲ２２６は、ＦＢＡＲ２２４の上に積み重ねられ、圧電材料２３４の上側と下側にそれぞれ形成された平坦電極２３０及び２３２を含み、ＦＢＡＲ２２４は同様に、圧電材料２４０の上側と下側にそれぞれ形成された平坦電極２３６及び２３８を含む。当業者には理解されるように、圧電層２１６、２２２、２３４、及び２４０のそれぞれは、図２において矢印２５４及び２５６により示される、層を形成する結晶構造の関連した方位を有する。音響絶縁変成器２００の場合、圧電層２１６、２２２、２３４、及び２４０はそれら個々の結晶構造の同じ方位を有し、ひいては全てが矢印２５４により示される方位、又は矢印２５６により示される方位の何れかを有する。
【００２０】
図２の実施形態において、ＦＢＡＲ２０６及び２２４は、図示されるように逆並列に電気的に相互接続され、変調信号ＶＭＯＤを受信する入力端子２４２及び２４４を有する。より具体的には、端子２４４はＦＢＡＲ２０６の上側電極２１８に接続され、そしてまたＦＢＡＲ２２４の下側電極２３８に電気接続される。端子２４２はＦＢＡＲ２２４の上側電極２３６に接続され、そしてまたＦＢＡＲ２０６の下側電極２２０に電気接続される。ＦＢＡＲ２０８及び２２６は、直列に電気的に相互接続され、変成器出力信号ＶＴＲＡＮが生じる出力端子２４６と２４８の対を有する。より具体的には、ＦＢＡＲ２０８の下側電極２１４は、ＦＢＡＲ２２６の下側電極２３２に電気接続され、ＦＢＡＲ２０８の上側電極２１２は出力端子２４６に対応する一方で、ＦＢＡＲ２２６の上側電極２３０は出力端子２４８に対応する。
【００２１】
音響絶縁変成器２００において、ＳＢＡＲ２０２及び２０４は、基板２５２に画定されたキャビティ２５０の上に浮いている。キャビティ２５０の上にＳＢＡＲ２０２及び２０４を浮かせることにより、これらＳＢＡＲのＦＢＡＲ２０６、２０８、２２４及び２２６の共振が基板２５２から絶縁される（切り離される）。ＦＢＡＲ２０６、２０８、２２４、及び２２６の共振を基板から絶縁する他の絶縁方式は、Lakinに対する特許文献１及びRuby他に対する特許文献２に開示されるように可能であり、それら特許文献は参照により本明細書に援用される。
【００２２】
音響絶縁変成器２００の動作において、変調信号ＶＭＯＤが入力端子２４２と２４４の両端に印加され、この信号に応答して、ＦＢＡＲ２０６の圧電材料２２２及びＦＢＡＲ２２４の圧電材料２４０が音波を生成する。これら音波はそれぞれ、個々の音響結合層２１０及び２２８を介して、ＦＢＡＲ２０８及び２２６の圧電材料２１６及び２３４に伝播する。これら音波により、圧電材料２１６及び２３４の機械的振動が生じ、振動が、出力端子２４６及び２４８の両端における変成器出力信号ＶＴＲＡＮの形態で電気エネルギーに変換される。音響絶縁変成器２００の種々の適切な実施形態の詳細な動作理論は、上記の援用される特許文献に説明されており、従って簡潔にするために、より詳細に説明されない。
【００２３】
留意すべきは、音響絶縁変成器２００の代替の実施形態において、ＦＢＡＲ２０６と２２４との間の電気相互接続、及びＦＢＡＲ２０８と２２６との間の電気相互接続は変更される。例えば、別の実施形態において、ＦＢＡＲ２０６及び２２４は、直列に接続されるが、ＦＢＡＲ２０８及び２２６は逆並列に接続され、それは図２の実施形態において端子２４６及び２４８を入力端子にし、図２の実施形態において端子２４２及び２４４を出力端子にすることに類似する。当業者には理解されるように、一般に、音響絶縁変成器２００の多数の特定の実施形態により、端子対を入力端子又は出力端子として使用することを入れ換えることが可能である。
【００２４】
音響絶縁変成器２００の代替の実施形態は、Larson他に対する特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３、特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、及び特許文献２１に詳細に説明されており、これら特許文献の全ては、参照により本明細書に援用される。要するに、図２の音響絶縁変成器は、図１の音響絶縁変成器１０２のより詳細な一実施形態を単に示すために図示されている。音響絶縁変成器２００のこの説明と例図は、図１の音響データカプラー１００で使用され得る音響絶縁変成器のタイプを制限することが意図されていない。
【００２５】
音響絶縁変成器１０２は、図２の実施形態においてのように、及び上述したようにスタック型ＦＢＡＲを含む必要はないが、代わりに他の知られた音響絶縁変成器の構造を含むことができる。例えば、スタック型ＦＢＡＲは動作において振動の厚さ膨張モードを利用するが、音響絶縁変成器の他の構造は、動作中に、たわみ振動モード、長さ振動モード、面積膨張振動モード、厚さの剪断振動モード、弾性表面波振動モード、又は等高線膨張振動モードを利用する。また、音響絶縁変成器１０２の更なる構造において、他の振動動作モードも利用することができる。更に、音響絶縁変成器２００の種々の実施形態において、例えば、ＡｌＮ、ＺｎＯ、及びＰＺＴのような種々のタイプの圧電材料が使用され得る。
【００２６】
音響絶縁変成器１０２のいくつかの実施形態において、２つの音響変成器を利用して、全体的な差動動作を提供し、それにより入力と出力の接地基準との間でノイズ除去が増大される。例えば、図２の実施形態において、各スタック型薄膜バルク音響共振器（ＳＢＡＲ）２０２及び２０４はそれ自体、音響変成器であり、２つの変成器が差動的に相互接続されている。２つの係る差動的に相互接続された音響変成器は、係る差動的な相互接続により提供される増大したノイズ除去を実現するために、動作の種々の振動モードを利用する上述した任意の実施形態において利用され得る。
【００２７】
また、留意すべきは、音響絶縁変成器１０２のいくつかの実施形態に関して、音響結合層２１０及び２２８（図２）のような別個の音響結合層は必要とされない場合がある。代わりに、いくつかの実施形態において、圧電材料自体が、音響結合層により提供される音響結合及び電気絶縁機能を実施することができる。例えば、入力トランスデューサが圧電層の第１の部分に形成され、第１の部分から物理的に分離された、同じ圧電層の第２の部分に、出力トランスデューサが形成される。係る実施形態において、利用される特定の振動モードが、圧電層を介して入力変成器から出力変成器に伝播するが、圧電層は、任意の独立した音響結合層を必要とせずに、入力変成器と出力変成器との間に所望の電気絶縁も提供する。要するに、直列接続された変成器、又は直列接続された変成器と並列接続された変成器の組合せのような任意の他の既存の構造、又は音響絶縁変成器の任意の将来的に開発される構造は、図１のデータカプラー１００及び図２の音響絶縁変成器２００において音響絶縁変成器１０２として使用されることができ、この場合、変成器２００は変成器１０２の１つの例示的な実施形態に過ぎない。
【００２８】
音響絶縁変成器２００は、ＳＢＡＲ２０２及び２０４に対応する２つの個々の変成器により形成された差動音響変成器である。当然のことながら、上述したように、音響絶縁変成器１０２（図１）に対する他の差動音響変成器構造が可能である。留意すべきは、変成器２００のような任意の係る差動音響変成器は、２つの入力トランスデューサ及び２つの出力トランスデューサを含む単一の変成器とみなされることができ、この場合、１つの入力トランスデューサと１つの出力トランスデューサの各対は、個々の音響変成器として機能する。次いで、これら個々の音響変成器は、望み通りに相互接続され、差動音響変成器を形成する。例えば、図２の変成器２００において、各ＦＢＡＲ２０６及び２２４は、入力トランスデューサと呼ばれ、各ＦＢＡＲ２０８及び２２６は、出力トランスデューサと呼ばれ得る。従って、入力トランスデューサと出力トランスデューサの各対、即ちトランスデューサ２０６及び２０８の対、及びトランスデューサ２２４及び２２６の対は、図２の実施形態においてＳＢＡＲ２０２及び２０４に対応する個々の変成器を形成する。
【００２９】
留意すべきは、本明細書で使用される際に用語「差動音響変成器」は、広く使用され、変成器がいくつの入力トランスデューサ及び出力トランスデューサを含むかに関係なく係る変成器の任意の構造を網羅することが意図されている。いくつかの実施形態において、単一の入力トランスデューサが２つ又は多数のトランスデューサ部分に物理的に分割されることができ、同様なことが単一の出力トランスデューサにも当てはまる。振動動作モードに応じて、入力トランスデューサの各部分は、信号を出力トランスデューサの多数の部分に伝達し、全体的な構造体は、差動性能の完全な利益を有する差動態様で依然として動作している。しかしながら、この場合、１つの入力トランスデューサ部分と１つの出力トランスデューサ部分は、それら部分間のクロスカップリングに起因して、「絶縁された」変成器を形成しない。前と同じように、本明細書で使用される際、用語「差動音響変成器」は、入力トランスデューサ及び出力トランスデューサの数に関係なく、任意の適切な構造を網羅することが意図されている。
【００３０】
図３は、本発明の一実施形態による図２の送信機１０６をより詳細に示す、図１の音響データカプラー１００の機能ブロック図である。図２と図３に共通するコンポーネントには、同じ参照符号が与えられている。図３の実施形態において、送信機１０６は最初に、印加される入力制御信号ＶＣＮＴＲＬのオン／オフキーイング（On／Off Keying：ＯＯＫ）変調を実施するものとして説明される。ＯＯＫ変調を実施するために、送信機１０６は発振回路３０２により形成された発振器３００を含む。発振器の発振周波数は、発振器の構造及びシステムの要件に依存する多数の様々な設計パラメータにより決定され得る。発振周波数に厳格な制御を必要とするシステムにおいて、水晶共振子が一般に利用され、共振子の振幅と位相の周波数応答に起因して、安定した動作周波数が提供される。発振器３００の実施形態において、ＦＢＡＲ３０４はこの共振子の役目を果たす。発振回路３０２は、入力バッファに印加されたＤＡＴＡＩＮ信号に応答して入力バッファ１０４からＶＣＮＴＲＬを受け取る。ＶＣＮＴＲＬ信号に応答して、発振回路３０２は、音響絶縁変成器２００に印加されるＶＭＯＤ信号を生成する。留意すべきは、発振器３００は、ピアス発振器又はコルピッツ発振器のような任意の適切なタイプの発振器とすることができ、発振回路３０２の特定の構造は、所望のタイプの発振器を形成するために変化する。
【００３１】
ここで、ＯＯＫ変調を実施する際の送信機１０６の動作、及び図３の音響データカプラー１００の全体的な動作を、図４のＡ〜Ｄの信号図に関連してより詳細に説明する。送信機１０６の動作において、発振器３００は、ＶＭＯＤ信号用の概して正弦波である周期信号を生成し、この場合、正弦波信号はＦＢＡＲ３０４の共振周波数に対応する周波数を有する。前述されたように、様々なタイプの発振器が発振器３００を形成することができ、係る様々なタイプの発振器の理論及び詳細な動作は、当業者により理解され、従って、簡潔にするために、詳細に説明されない。
【００３２】
発振器３００において、ＦＢＡＲ３０４は、音響絶縁変成器２００のＦＢＡＲ２０６、２０８、２２４、及び２２６と同様に構築される。この結果、説明されるＯＯＫ実施形態において、発振器３００は、変成器の効率的な動作に必要な、ＦＢＡＲ２０６、２０８、２２４、及び２２６でもって形成される音響絶縁変成器２００の通過帯域内の正弦波信号を生成する。一実施形態において、ＦＢＡＲ３０４は、音響絶縁変成器２００のＦＢＡＲ２０６、２０８、２２４、及び２２６と共に、共通の基板（図示せず）上に形成される。同じ基板上に、及び同じ製造プロセスの間に、これらＦＢＡＲの全てを形成することにより、各ＦＢＡＲの特性ができるだけほぼ等しくなることが保証される。更に、これらＦＢＡＲを同じ基板上に配置することにより、温度の変動、及び前述した製造プロセスのばらつきのような、音響データカプラーの動作中に生じるＦＢＡＲの特性のばらつきが、ＦＢＡＲ間で首尾一貫する。従って、ＦＢＡＲ間のこれらばらつきは、互いに追跡される。例えば、温度の増加又はプロセスのばらつきにより、ＦＢＡＲ２０６、２０８、２２４、及び２２６の共振周波数が増加する場合、ＦＢＡＲ３０４の共振周波数も増加し、これによりＶＭＯＤ信号の周波数は、音響絶縁変成器２００のＦＢＡＲの共振周波数における変化を追跡する。
【００３３】
図４のＡ〜Ｄは、音響データカプラー１００の種々の点における信号を示し、ここで、音響データカプラーの全体的な動作を説明するために使用される。図４のＡは、ＤＡＴＡＩＮ信号の例を示し、ＤＡＴＡＩＮ信号は、音響データカプラー１００を介してシステムの第２の部分に転送されるべき、システムの第１の部分から受信された、論理「０」の状態と論理「１」の状態との間で遷移する非同期データを表す。ＤＡＴＡＩＮ信号が図示されるように時間ｔ１まで、論理「０」状態に対応するローである場合、入力バッファ１０４は、ＶＣＮＴＲＬ信号をローに駆動し、発振器３００からの出力信号をオフにする。オフにされると、発振器３００の出力はＶＭＯＤ信号を安定した状態のＤＣ、即ち図４のＢに示されるような非変調信号に駆動し、非変調信号は、安定した状態のＤＣ又は非変調信号として応答するＶＴＲＡＮ、ＶＤＥＭ、及びＤＡＴＡＯＵＴ信号という結果になり、ＶＤＥＭ、及びＤＡＴＡＯＵＴ信号については図４のＣとＤに示される。
【００３４】
ＤＡＴＡＩＮ信号が時間ｔ１において、論理１状態を示すハイになる場合、発振器３００の出力は、オンにされ、図４のＢに示されるＶＭＯＤ信号として正弦波発振信号を出力する。ＶＭＯＤ信号に応答して、音響絶縁変成器１０２がＶＴＲＡＮ信号を生じ、この場合、ＶＭＯＤ信号に対するＶＴＲＡＮ信号の値は、使用される音響絶縁変成器の特定の実施形態に依存する。復調器／検出器と呼ばれる図３の受信機１０８は、音響絶縁変成器１０２からＶＴＲＡＮ信号を受け取って、この信号を復調し、図４のＣに示されるようなＶＤＥＭ信号を生成する。
【００３５】
図４のＣの例において、復調器／検出器１０８は、整流器（図示せず）を使用する振幅変調検出器である。従って、復調器／検出器１０８は、ＶＭＯＤ信号の各立ち上がり部分に応答してＶＤＥＭ信号をハイの値に駆動し、ＶＤＥＭ信号はＶＭＯＤ信号の各立ち下がり部分の間に、このハイの値から減衰する。この状況において、以下の説明では、復調器／検出器１０８からのＶＤＥＭ信号出力は、ただ単にハイのＶＤＥＭ信号と呼ばれる。ハイのＶＤＥＭ信号に応答して、出力バッファ１１０は、図４のＤに示されるように、ＤＡＴＡＯＵＴ信号をハイに駆動する。図４のＡとＤを比較することにより看取されるように、ＤＡＴＡＩＮ信号の最初のローからハイへの遷移は、ＤＡＴＡＯＵＴ信号の対応するローからハイへの遷移という結果になる。当業者には理解されるように、図４のＡ〜Ｄを簡略化するために、これらの図面は、データカプラーの動作中に本質的に存在する信号間の遅延を示していない。例えば、図４のＡ〜Ｄに示されないが、時間ｔ１におけるＤＡＴＡＩＮ信号のローからハイへの遷移とＤＡＴＡＯＵＴ信号の対応するローからハイへの遷移との間には、遅延が存在する。ＤＡＴＡＩＮ信号がハイである限り、発振器３００からの出力は、ＶＭＯＤ信号として音響絶縁変成器１０２に印加され、図４のＣとＤに示されるように、ハイのＶＤＥＭ信号とハイのＤＡＴＡＯＵＴ信号という結果になる。
【００３６】
図４のＡに示されるように、時間ｔ２において、ＤＡＴＡＩＮ信号は、ローになり、論理０状態に戻ることを示す。ローのＤＡＴＡＩＮ信号及び対応するローのＶＣＮＴＲＬ信号に応答して、発振器３００の出力はオフになり、それによりＶＭＯＤ信号は、図４のＢに示されるように、安定した状態のＤＣ又は非変調信号に戻る。音響絶縁変成器１０２は、ＶＭＯＤ信号に応答してＶＴＲＡＮ信号を安定した状態の出力に駆動し、ＶＴＲＡＮ信号に応答して復調器／検出器１０８は、図４のＣに示されるように、ＶＤＥＭ信号をローに駆動する。ローのＶＤＥＭ信号に応答して、出力バッファ１１０はＤＡＴＡＯＵＴ信号をローに駆動する。再度、図４のＡとＤを比較すると、図４のＡとＤは、ＤＡＴＡＩＮ信号のハイからローへの遷移が、図３の音響データカプラー１００におけるＤＡＴＡＯＵＴ信号の対応するハイからローへの遷移という結果になることを示す。
【００３７】
図５のＡ〜Ｄは、本発明の個々の異なる実施形態による、図１の送信機１０６により生じる変調信号ＶＭＯＤを示す信号図である。より具体的には、図５のＡはＤＡＴＡＩＮ信号の例を示し、図５のＢ〜Ｄは、図１の送信機１０６により実施される種々の変調技術に対するＶＭＯＤ信号の対応する値を示す。図５のＢは、図３と図４に関連して前述されたようなオン／オフキーイングに関するＶＭＯＤ信号を示す。図５のＣは、送信機１０６により生成されたＶＭＯＤ信号を示し、この場合、送信機は、印加されたＶＣＮＴＲＬ信号の周波数偏移変調（ＦＳＫ）を実施する。従って、ＤＡＴＡＩＮ信号がローである場合、ＶＭＯＤ信号は第１の周波数を有する正弦波信号であり、ＤＡＴＡＩＮ信号が時間ｔ１でハイに遷移する場合、ＶＭＯＤ信号は第２の周波数を有する正弦波信号に遷移し、この場合、第２の周波数は第１の周波数よりも高い。音響絶縁変成器１０２は、ＶＭＯＤ信号に応答してＶＴＲＡＮ信号を生成し、受信機１０８はこの信号を適切に復調して、ＶＤＥＭ信号を生成する。従って、この実施形態において、受信機１０８は、ＦＳＫ変調されたＶＴＲＡＮ信号を適切に復調するための復調器である。留意すべきは、ＦＳＫ変調は、周波数変調（ＦＭ）の１つのタイプであり、音響データカプラー１００の他の実施形態において、送信機１０６及び受信機１０８は、他のタイプの周波数変調及び復調を実施する。
【００３８】
図５のＤは、送信機１０６により生成されたＶＭＯＤ信号を示し、この場合、送信機は、印加されたＶＣＮＴＲＬ信号の振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）を実施する。従って、ＤＡＴＡＩＮ信号がローである場合、ＶＭＯＤ信号は第１の振幅を有する正弦波信号であり、ＤＡＴＡＩＮ信号が時間ｔ１でハイに遷移する場合、ＶＭＯＤ信号は第２の振幅を有する正弦波信号に遷移し、この場合、図５のＤの例において、第２の振幅は第１の振幅よりも大きい。ここでも、音響絶縁変成器１０２は、ＶＭＯＤ信号に対応するＶＴＲＡＮ信号を生成し、受信機１０８はＡＳＫ変調されたＶＴＲＡＮ信号を適切に復調して、ＶＤＥＭ信号を生成する。この実施形態において、受信機１０８は、ＡＳＫ復調器である。振幅シフトキーイングは、振幅変調（ＡＭ）の１つのタイプであり、音響データカプラー１００の他の実施形態において、送信機１０６及び受信機１０８は、他のタイプの振幅変調及び復調を実施する。
【００３９】
当然のことながら、例えば位相偏移変調の実施形態のような、送信機１０６及び受信機１０８の更なる実施形態が可能であり、この場合、当業者には理解されるように、係る位相変調の実施形態において通信される非同期データ又は同期データには、追加の基準位相チャネルが恐らく必要とされる。音響データカプラー１００の更に他の実施形態においてのように、他のタイプの変調技術が送信機１０６及び受信機１０８により実施され得る。当然のことながら、これら実施形態のいくつかは、非同期データの代わりに同期データの通信を必要とする場合がある。他の実施形態において、送信機１０６及び受信機１０８は、直交振幅変調（ＱＡＭ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、ディスクリートマルチトーン（ＤＭＴ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、ガウス最小シフトキーイング（ＧＭＳＫ）、並びに他のタイプの既知の、又は将来に開発される変調技術を実施する。これら種々の実施形態において、必要な変調及び復調を行うために送信機１０６及び受信機１０８を形成するための適切な回路は、当業者ならば理解され、従って、簡潔にするために、係る回路はより詳細に説明されない。当業者には理解されるように、これら変調方式のいくつかは、比較的複雑であり、従って、他の実施形態及びデータカプラーの一般的な要件に比べて、実施するのに比較的コストがかかる。
【００４０】
図６は、本発明の別の実施形態による、二重経路音響データカプラー６００の機能ブロック図である。二重経路音響データカプラー６００は、２つの音響絶縁変成器６０２Ａ及び６０２Ｂを含み、係る音響絶縁変成器のそれぞれは、図２の音響絶縁変成器２００に対応する。音響データカプラー６００は本質的に、図３の音響データカプラー１００の差動バージョンである。入力バッファ６０３はデータ入力信号ＤＡＴＡＩＮを受け取り、第１の送信機６０４Ａに印加される入力制御信号ＶＣＮＴＲＬを生成する。入力制御信号ＶＣＮＴＲＬに応答して、第１の送信機６０４Ａは、音響絶縁変成器６０２Ａに印加される第１の変調信号ＶＭＯＤ−Ａを生成する。また、入力制御信号ＶＣＮＴＲＬは、インバータ６０６を介して印加され、相補的な入力制御信号入力制御信号ＶＣＮＴＲＬ＊が生成される。相補的な入力制御信号入力制御信号ＶＣＮＴＲＬ＊は第２の送信機６０４Ｂに印加され、第２の送信機６０４Ｂは、音響絶縁変成器６０２Ｂに印加される第２の変調信号ＶＭＯＤ−Ｂを生成する。ＶＣＮＴＲＬ及びＶＣＮＴＲＬ＊信号は相補信号であり、これは、例えば一方の信号が他方の信号の反転であるデジタル信号の場合においてのように、一方の信号が他方の信号に対して電気的に反転されていることを意味する（即ち、ＶＣＮＴＲＬがハイの場合、ＶＣＮＴＲＬ＊信号はローであり、逆の場合も同様である）。
【００４１】
音響絶縁変成器６０２Ａは第１の変調信号ＶＭＯＤ−Ａに応答して第１の変成器出力信号ＶＴＲＡＮ−Ａを生成し、音響絶縁変成器６０２Ｂは第２の変調信号ＶＭＯＤ−Ｂに応答して第２の変成器出力信号ＶＴＲＡＮ−Ｂを生成する。第１の受信機６０８Ａは第１の変成器出力信号ＶＴＲＡＮ−Ａを復調して第１の復調出力信号ＶＤＥＭ−Ａを生成するが、第２の受信機６０８Ｂは第２の変成器出力信号ＶＴＲＡＮ−Ｂを復調して第２の復調出力信号ＶＤＥＭ−Ｂを生成する。第１及び第２の復調出力信号ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂは互いに、音響データカプラー６００の差動出力を表す。出力決定回路６１０が、第１及び第２の復調信号ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂを受け取り、復調信号に応答してデータ出力信号ＤＡＴＡＯＵＴを生成する。ＤＡＴＡＯＵＴ信号は、ＤＡＴＡＩＮ信号に対応するが、音響絶縁変成器６０２Ａ及び６０２Ｂに起因して、ＤＡＴＡＩＮ信号を供給する回路から電気的に絶縁される。
【００４２】
ここで、音響データカプラー６００のいくつかの実施形態の動作を、図７のＡ〜Ｄの信号図に関連してより詳細に説明する。図７のＡ〜Ｄは、ここでより詳細に説明されるように、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂにより生じる変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂが異なるタイプの周期的変調信号である実施形態を示す信号図である。図７のＡは、ＤＡＴＡＩＮ信号の例を示し、ＤＡＴＡＩＮ信号は、音響データカプラー６００を介してシステムの第２の部分に転送されるべき、システムの第１の部分から受信された論理状態「０」と論理状態「１」との間の遷移からなる非同期データを表す。入力バッファ６０３により導入される任意の遅延及び歪みを無視すると、ＶＣＮＴＲＬ信号はＤＡＴＡＩＮ信号に対応し、従って、図７のＡの信号はＶＣＮＴＲＬ信号も示す。
【００４３】
図７のＢに示された信号図は、データカプラー６００のオン／オフキーイング（ＯＯＫ）の実施形態における変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂを示す。この実施形態において、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂはそれぞれ、ＤＡＴＡＩＮ信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジに応じて、ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号の連続的な周期信号を生成する。各送信機６０４Ａ及び６０４Ｂは本質的に、図３の送信機１０６に関して前述されたような同じ態様で動作する。より具体的には、時間ｔ１におけるＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、送信機６０４Ａは、図７のＢの上側信号図に示されるような正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ａを生じる。留意すべきは、時間ｔ１において、インバータ６０６が、ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、ＶＣＮＴＲＬ＊（図６）信号の立ち下がりエッジも生成する。ＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち下がりエッジに応答して、送信機６０４Ｂは、時間ｔ１において正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂの生成を停止し、ＶＭＯＤ−Ｂ信号をただ単に安定した状態のＤＣ又は非変調レベルに駆動する。
【００４４】
図７のＢで看取されるように、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂは、相補的な態様で動作する。ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、送信機６０４Ａは正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ａを生成するが、送信機６０４Ｂは正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂの生成を終了させる。時間ｔ２において、ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち下がりエッジに応答して、送信機６０４Ａは正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ａの生成を終了させるが、送信機６０４Ｂは、時間ｔ２におけるＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち上がりエッジに応答して、正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂの生成を開始する。送信機６０４Ｂは、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジが生じる時間ｔ３まで、正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂを生成し、その点において、送信機６０４Ｂは正弦波出力信号ＶＭＯＤ−Ｂの生成を終了させ、送信機６０４Ａは再び、ＶＭＯＤ−Ａ信号の生成を開始する。
【００４５】
ここで、図６及び図７のＢを参照すると、音響データカプラー６００のこのオン／オフキーイングの実施形態の場合、第１及び第２の受信機６０８Ａ及び６０８Ｂは、ＶＭＯＤ−Ａ信号及びＶＭＯＤ−Ｂ信号に応答して音響絶縁変成器６０２Ａ及び６０２Ｂにより生成された相補的な正弦波変成器出力信号ＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂを復調するための適切な復調器回路を含む。例えば、受信機６０８Ａ及び６０８Ｂは、この実施形態において、直列接続されたダイオードとコンデンサに結合された増幅器（図示せず）を含み、この場合、コンデンサの両端に生じる電圧は、ＶＤＥＭ−Ａ又はＶＤＥＭ−Ｂ信号の何れかに対応する。ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号に応答して、出力決定回路６１０がＤＡＴＡＯＵＴ信号を生成する。留意すべきは、出力決定回路６１０は、ＶＤＥＭ−Ａ又はＶＤＥＭ−Ｂ信号の何れかの情報を実際に使用して、ＤＡＴＡＯＵＴ信号を生成することができる。この状況において、出力決定回路６１０は、ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号の双方を使用して、これら信号が反対の状態を有する場合にデータカプラー６００が適切に動作していることを判定し、これら信号が同じ状態を有する場合にエラー状態のフラグを立てる。
【００４６】
図７のＣに示された信号図は、データカプラー６００の周波数偏移変調（ＦＳＫ）の実施形態における変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂを示す。この実施形態において、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂは、ＤＡＴＡＩＮ信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにそれぞれ応答して、ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号の相補的な周波数変調信号を生成する。図７のＣに示されるように、時間ｔ１におけるＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、送信機６０４Ａは、図７のＣの上側信号図に示されるように、第１の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ａを生じる。また、時間ｔ１において、インバータ６０６が、ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、ＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち下がりエッジも生成する。ＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち下がりエッジに応答して、送信機６０４Ｂは、第２の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂの生成を開始し、この場合、図７のＣの例において、第１の周波数は第２の周波数より大きい。
【００４７】
図７のＣは、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂがやはり相補的な態様で動作することを示す。ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、送信機６０４Ａは、第１の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ａを生成するが、送信機６０４Ｂは第２の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂを生成する。時間ｔ２において、ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち下がりエッジに応答して、送信機６０４Ａは第１の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ａの生成を終了させて、第２の周波数を有するＶＭＯＤ−Ａ信号の生成を開始する。また、時間ｔ２において、送信機６０４Ｂは、第１の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂの生成を開始し、第２の周波数を有するこの信号の生成を終了させる。送信機６０４Ｂは、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジが生じる時間ｔ３まで、第１の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂを生成し、その点において、送信機６０４Ｂは第１の周波数を有する正弦波変調信号ＶＭＯＤ−Ｂの生成を終了させて、第２の周波数を有するこの信号の生成を開始する。また、時間ｔ３において、送信機６０４Ａは再び、第１の周波数を有するＶＭＯＤ−Ａ信号の生成を開始する。
【００４８】
音響データカプラー６００のこの実施形態において、第１及び第２の受信機６０８Ａ及び６０８Ｂはやはり、ＶＭＯＤ−Ａ信号及びＶＭＯＤ−Ｂ信号に応答して音響絶縁変成器１０２により生成された相補的な正弦波変成器出力信号ＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂを復調するための適切な復調回路を含む。例えば、受信機６０８Ａ及び６０８Ｂはそれぞれ、第１の周波数を有する対応するＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂ信号に応答して、ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号の第１の電圧を生じ、第２の周波数を有する対応するＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂ信号に応答して、ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号の第２の電圧を生じる。第１及び第２の周波数を有するＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号に応答して、出力決定回路６１０は、第１の論理状態を示すＤＡＴＡＯＵＴ信号を生じる。出力決定回路６１０は、ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号がそれぞれ第２の周波数及び第１の周波数を有する場合に、相補的な論理状態を示すＤＡＴＡＯＵＴ信号を生じる。
【００４９】
図７のＤは、図６の音響データカプラー６００のバースト周期オン／オフキーイング（Burst Periodic On/Off-Keying：ＢＰ−ＯＯＫ）の実施形態における変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂの信号図を示す。この実施形態において、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂは、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにそれぞれ応じて、ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号のバースト周期信号を生成する。図７のＢに関連して前述されたＯＯＫ実施形態とは対照的に、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂは、図７のＤの実施形態において、ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号の「バースト周期」信号を生成する。ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号はそれぞれ、信号が周期的（図７のＤの例において正弦波信号）であるという理由でバースト周期的であり、且つ信号の持続時間がＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の次の遷移までの持続時間より短いという理由でバースト信号である。例えば、送信機６０４Ａは、時間ｔ１において、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、周期ＶＭＯＤ−Ａ信号の生成を開始する。この周期ＶＭＯＤ−Ａ信号は、時間ｔ４で終了するバーストであり、この場合、バーストの持続時間（ｔ４−ｔ１）は、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の次の遷移が時間ｔ２である場合の持続時間（ｔ２−ｔ１）より短い。送信機６０４Ｂは、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち下がりエッジに応答して、持続時間（ｔ４−ｔ１）の周期バーストを生成するように同じ態様で動作し、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち下がりエッジは、ＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち上がりエッジに対応する。
【００５０】
ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号がバースト周期信号である場合、対応するＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂは、同様にバースト周期信号である。受信機６０８Ａ及び６０８Ｂは一般に、出力決定回路６１０に印加されるバーストＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号を生成する。これらバーストＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号の持続時間がＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の次の遷移までの時間よりも本質的に短いので、出力決定回路６１０は、必要な時間の間に所望のレベルにＤＡＴＡＯＵＴ信号を維持するために、ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号の状態をラッチしなければならない。例えば、図７のＤにおいて、ＶＭＯＤ−Ａ信号のバーストは時間ｔ４で終了するが、出力決定回路６１０は、時間ｔ２まで、このバーストに対応するレベルにＤＡＴＡＯＵＴ信号を維持しなければならない。一実施形態において、出力決定回路６１０は、リセット入力でバーストＶＤＥＭ−Ａ信号を受け取り、セット入力でＶＤＥＭ−Ｂ信号を受け取るＲＳラッチである。ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号に応答して、ＲＳラッチは、対応するレベルでＤＡＴＡＯＵＴ信号をラッチする。係るラッチング機能は、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂがバースト信号を生成する場合、受信機６０８Ａと６０８Ｂ、又は出力決定回路６１０の何れかにより実施されなければならない。
【００５１】
図７のＤのバースト周期の実施形態は、図７のＢ及びＣに関して前述されたＯＯＫの実施形態及びＦＳＫの実施形態と比べた場合、音響データカプラー６００の全体的な消費電力を低減する。当業者ならば、バースト周期ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号に応答して音響絶縁変成器６０２Ａ及び６０２Ｂにより生成された相補的なバースト正弦波変成器出力信号ＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂを復調するために、第１及び第２の受信機６０８Ａ及び６０８Ｂを形成するための適切な復調回路は理解される。
【００５２】
ここで、音響データカプラー６００のいくつかの非周期バースト信号伝達の実施形態に関する動作を、図８のＡ〜Ｄの信号図に関連してより詳細に説明する。図８のＡ〜Ｄは、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂにより生じる変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂが様々なタイプの非周期バースト変調信号である音響データカプラーの実施形態を示す。図８のＡは、ＤＡＴＡＩＮ信号の例を示し、ＤＡＴＡＩＮ信号は、音響データカプラー６００を介してシステムの第２の部分に転送されるべき、システムの第１の部分から受信された論理「０」状態と論理「１」状態との間の非同期データ遷移を表す。ここでも、入力バッファ６０３により導入される任意の遅延及び歪みを無視すると、ＶＣＮＴＲＬ信号はＤＡＴＡＩＮ信号に対応し、従って、図８のＡの信号はＶＣＮＴＲＬ信号も示す。
【００５３】
図８のＢに示された信号図は、データカプラー６００のバースト非周期周波数エンベロープオン／オフキーイング（Burst Nonperiodic Frequency Envelope On/Off-Keying：ＢＮＰＦＥ−ＯＯＫ）の実施形態における変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂを示す。この実施形態において、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂは、ＤＡＴＡＩＮ信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにそれぞれ応じて、ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号のバースト非周期信号を生成する。ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号の非周期信号はそれぞれ、周波数エンベロープを有し、信号の周波数が、信号バーストの持続時間にわたって時間の関数として変化することを意味する。図８のＢの例において、各バースト非同期ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号の周波数は、バーストの開始点におけるより低い周波数からバーストの終点におけるより高い周波数まで変化する。また、ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号の係る信号は、当業者には理解されるように、「チャープ」とも呼ばれ得る。
【００５４】
送信機６０４Ａ及び６０４Ｂはそれぞれ、本質的に図７のＤの実施形態に関して前述されたような同じ態様で動作するが、送信機がバースト非周期周波数エンベロープオン／オフキーイング（ＢＮＰＦＥ−ＯＯＫ）のＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号を生成する点が異なる。より具体的には、時間ｔ１において、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、送信機６０４Ａは、図８のＢの上側信号図に示されるようなＢＮＰＦＥ−ＯＯＫ信号ＶＭＯＤ−Ａを生じる。また、留意すべきは、時間ｔ１において、インバータ６０６が、ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジに応答して、ＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち下がりエッジも生成する。ＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち下がりエッジに応答して、送信機６０４Ｂは、時間ｔ１において、ＶＭＯＤ−Ｂを安定した状態のＤＣ又は非変調レベルに維持する。
【００５５】
この実施形態において、送信機６０４Ａ及び６０４Ｂは、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにそれぞれ応じて、ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号のＢＮＰＦＥ−ＯＯＫ信号を生成する。ＶＣＮＴＲＬ＊信号の立ち上がりエッジに対応する、時間ｔ２におけるＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の立ち下がりエッジに応答して、送信機６０４Ｂは、図８のＢの下側信号図に示されるようなＢＮＰＦＥ−ＯＯＫ信号ＶＭＯＤ−Ｂを生じる。時間ｔ３において、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号は再びハイになり、これにより、送信機６０４ＡはＢＮＰＦＥ−ＯＯＫ信号ＶＭＯＤ−Ａを生成する。ここでも、生成されたＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号はそれぞれ、ＶＭＯＤ−Ａ信号に関して時間ｔ１からｔ４まで示されるように、信号の持続時間がＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の次の遷移までの持続時間より短いという理由でバースト信号であり、この場合、バーストの持続時間（ｔ４−ｔ１）は、ＤＡＴＡＩＮ／ＶＣＮＴＲＬ信号の時間ｔ２における次の遷移までの持続時間（ｔ２−ｔ１）より短い。更に、生成されたＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号はそれぞれ、バースト非周期信号であり、この場合、周期信号Ｆは、Ｆ＝Ｆ（ｔ−τ）により数学的に定義され、ここで、τは信号の期間である。変化する周波数を有するＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号は、係る関係を満たさず、従って周期的でない。受信機６０８Ａ及び６０８Ｂ（図６）はやはり、ＢＮＰＦＥ−ＯＯＫのＶＭＯＤ−Ａ信号及びＶＭＯＤ−Ｂ信号に応答して音響絶縁変成器６０２Ａ及び６０２Ｂにより生成されたＢＮＰＦＥ−ＯＯＫのＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂ信号を復調するための適切な回路を含み、出力決定回路６１０はやはり、バーストＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号に応答して、適切なレベルにＤＡＴＡＯＵＴ信号をラッチするための適切な回路を含む。
【００５６】
図８のＣは、データカプラー６００の別の実施形態による、変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂが、バースト非周期振幅エンベロープオン／オフキーイング（Burst Nonperiodic Amplitude Envelope On/Off-Keying：ＢＮＰＡＥ−ＯＯＫ）信号である信号図を示す。この実施形態は、図８のＢに関連して今説明されたＢＮＰＦＥ−ＯＯＫに類似するが、バーストの持続時間にわたってバーストＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂ信号の周波数の代わりに振幅が変化する点が異なる。図８のＤは、データカプラー６００の更なる実施形態による、変調信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂが、バースト非周期ビット列オン／オフキーイング（Burst Nonperiodic Bit Sequence On/Off-Keying：ＢＮＰＢＳ−ＯＯＫ）信号である信号図を示す。図８のＤにおいてＶＭＯＤ−Ａ信号に関して時間ｔ１においてのように、これらビット列の任意の開始点から、時間ｔ４までの信号の持続時間にわたって、ビット列は非周期的である。図８のＣ及びＤの実施形態の双方に関して、受信機６０８Ａ及び６０８Ｂはやはり、ＢＮＰＡＥ−ＯＯＫ及びＢＮＰＢＳ−ＯＯＫのＶＭＯＤ−Ａ信号及びＶＭＯＤ−Ｂ信号に応答して音響絶縁変成器６０２Ａ及び６０２Ｂにより生成されたＢＮＰＡＥ−ＯＯＫ及びＢＮＰＢＳ−ＯＯＫのＶＴＲＡＮ−Ａ及びＶＴＲＡＮ−Ｂ信号を復調するための適切な回路を含み、出力決定回路６１０はやはり、バースト非周期ＶＤＥＭ−Ａ及びＶＤＥＭ−Ｂ信号に応答して、適切なレベルにＤＡＴＡＯＵＴ信号をラッチするための適切な回路を含む。
【００５７】
図８のＡ〜Ｄは、信号ＶＭＯＤ−Ａ及びＶＭＯＤ−Ｂに関する特定のバースト非周期信号の例を示すが、これらは単なる例であり、当業者ならば、他のバースト非周期信号が音響データカプラー６００の代替の実施形態において使用され得ることは理解される。更に、本発明の代替の実施形態において、容量性又は磁気的変成器のような、異なるタイプの絶縁変成器が、図１及び図６のデータカプラー１００及び６００における音響絶縁変成器１０２の代わりに使用され得る。係る実施形態において、送信機１０６、６０４は、異なるタイプの絶縁変成器を介して受信機１０８、６０８に印加される非周期信号を生成する。
【００５８】
図１の音響データカプラー１００の別の実施形態において、カプラーは、単一の送信機１０６、音響絶縁変成器１０２、及び受信機１０８を含む単一のデータ経路だけを含み、送信機はバースト周期変調信号ＶＭＯＤを生成する。データ入力信号ＤＡＴＡＩＮが入力バッファ１０４を介して印加され、送信機１０６に印加される入力制御信号ＶＣＮＴＲＬが生成される。ＶＣＮＴＲＬ信号に応答して、送信機１０６はバースト周期変調信号ＶＭＯＤを生成し、この場合、このバースト周期信号は、図７のＤに関連して前述されたバースト周期信号に類似する。
【００５９】
一実施形態において、ＶＣＮＴＲＬ信号がＤＡＴＡＩＮ信号の対応する遷移に応答して、第１のレベルから第２のレベルに遷移する場合、送信機１０６は第１の周波数を有するＶＭＯＤ信号を生成する。ＶＣＮＴＲＬ信号がＤＡＴＡＩＮ信号の対応する遷移に応答して、第２のレベルから第１のレベルに遷移する場合、送信機１０６は、第１の周波数とは異なる第２の周波数を有するＶＭＯＤ信号を生成する。音響絶縁変成器１０２は、バースト周期ＶＭＯＤ信号に応じて変成器出力信号ＶＴＲＡＮを生成し、受信機１０８は変成器出力信号を復調して復調信号ＶＤＥＭを生成し、この復調信号ＶＤＥＭは送信機１０６に印加された元のデータ入力信号ＤＡＴＡＩＮの遷移を表す。出力バッファ１１０は、復調信号ＶＤＥＭに応答して特定の状態にＤＡＴＡＯＵＴ信号をラッチする。ＶＤＥＭ信号は、ＶＭＯＤ信号及びＶＴＲＡＮ信号が第１の周波数を有する場合に第１の値を有し、ＶＭＯＤ信号及びＶＴＲＡＮ信号が第２の周波数を有する場合に第２の値を有する。この実施形態において、送信機１０６は時々、以前に送信されたものと同じバースト周期ＶＭＯＤ信号の形態で「リフレッシュパルス」を送信することができ、これにより受信機１０８は、ＤＡＴＡＩＮが変更されていない状態を有し、カプラー１００が依然として適切に動作していることを判定することが可能になる。
【００６０】
代替の実施形態において、カプラー１００は、今説明した態様と類似した態様で動作するが、送信機１０６がバースト非周期変調ＶＭＯＤ信号を生成する点で異なる。ＶＣＮＴＲＬ信号がＤＡＴＡＩＮ信号の対応する遷移に応答して、第１のレベルから第２のレベルに遷移する場合、送信機１０６は第１のプロファイルを有するバースト非周期ＶＭＯＤ信号を生成する。ＶＣＮＴＲＬ信号がＤＡＴＡＩＮ信号の対応する遷移に応答して、第２のレベルから第１のレベルに遷移する場合、送信機１０６は、第１のプロファイルとは異なる第２のプロファイルを有するＶＭＯＤ信号を生成する。例えば、第１のプロファイルは、図８のＢに示されたＶＭＯＤ−Ａ信号に対応することができる一方で、第２のプロファイルは、図８のＣに示されたＶＭＯＤ−Ａ信号に対応することができる。ＶＭＯＤひいてはＶＴＲＡＮ信号が第１のプロファイルを有する場合に第１の値を有し、且つＶＭＯＤひいてはＶＴＲＡＮ信号が第２のプロファイルを有する場合に第２の値をするＶＤＥＭを生成することを受信機１０８が可能にするように、第１及び第２のプロファイルは、十分に異なる必要がある。
【００６１】
図９は、本発明の別の実施形態による、図１の音響データカプラー１００を含む音響的データ結合デバイス９００の簡易断面図である。デバイス９００は、プリント基板、チップキャリア、又は任意の他の適切な基板とすることができる基板９０２を含み、その基板上に音響絶縁変成器１０２が実装される。また、基板９０２上には、入力バッファ１０４及び送信機１０６（図１）を含む入力回路９０４、並びに受信機１０８及び出力バッファ１１０（図１）を含む出力回路９０６も実装される。一実施形態において、基板９０２は、必要に応じて入力回路９０４及び出力回路９０６にそれぞれ電気接続される導電性ボール９０８Ａ及び９０８Ｂを含み、それらはデバイス９００の外部回路（図示せず）に対する電気相互接続を提供する。導電性ワイヤ９１０は、入力回路９０４、音響絶縁変成器１０２、及び出力回路９０６を相互接続し、且つ入力回路及び出力回路を基板９０２に相互接続する。
【００６２】
前述したように、基板９０２は、フリップチップ基板のような、任意の適切なタイプの基板とすることができ、完全なデバイス９００はケースに入れられるか、又はデバイスを形成する一部としてカプセル封入され得る。更に、デバイス９００は、複数のデータカプラー１００を含むことができ、これらカプラーの一部又は全ては、図６のデータカプラー６００に対応する。更に、データカプラー１００及び／又は６００の一部又は全ては、音響絶縁変成器１０２と異なる絶縁障壁を含み、且つ係る絶縁障壁を介してバースト非周期信号を伝達するデータカプラーとすることができる。留意すべきは、当然のことながら、基板９０２のタイプに応じて、特定のタイプの導電性相互接続は変更され、導電性ボール９０８Ａ及び９０８Ｂは、単なる例示のために示されている。一実施形態において、基板９０２は、適切な導体、半導体、及び絶縁層を含む半導体基板であり、その基板には、入力回路９０４、出力回路９０６、及び音響絶縁変成器１０２のコンポーネントが形成される。
【００６３】
基板９０２は、プリント回路基板又は半導体基板を含む任意の適切なタイプの基板とすることができ、その基板には、入力回路９０４、及び出力回路９０６のコンポーネントの少なくとも一部が形成される。基板は、適切なコンポーネントがシリコンに形成されるシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板とすることができ、或いはセラミック又は他の適切なタイプの絶縁基板とすることができる。任意の他の適切な基板が、音響的データ結合デバイス９００を形成する際に使用され得る。
【００６４】
図１０は、本発明の一実施形態による、複数の図９のデータ結合デバイス９００を含む電子システム１０００の機能ブロック図である。第１の電子サブシステム１００２は、システム１０００の第１の部分に対する回路（例えば、コンピュータサブシステム）を含み、デバイス９００に対して入力を提供し、且つデバイス９００からの出力を受け取るように接続される。第２の電子サブシステム１００４は同様に、システム１０００の第２の部分に対する回路（例えば、コンピュータサブシステム）を含み、デバイス９００に対して入力を提供し、且つデバイス９００からの出力を受け取るように接続される。従って、音響的データ結合デバイス９００は、サブシステム１００２に接続された入力、及びサブシステム１００４に接続された出力を有するいくつかのデバイス、並びにサブシステム１００４に接続された入力、及びサブシステム１００２に接続された出力を有する、反対方向に結合されたいくつかのデバイスを含む。
【００６５】
システム１０００の動作中、サブシステム１００２は、サブシステム１００４から電気的に絶縁されなければならない。従って、サブシステム１００４に伝達されなければならない、サブシステム１００２で生じたデータ信号（図１のＤＡＴＡＩＮ信号に対応する）は、サブシステム１００２からＤＡＴＡＩＮ信号を受け取り、且つサブシステム１００４に対して対応するＤＡＴＡＯＵＴ信号を出力するように結合された音響的データ結合デバイス９００を介して、伝達される。反対に、サブシステム１００２に伝達されなければならない、サブシステム１００４で生じたデータ信号は、サブシステム１００４からＤＡＴＡＩＮ信号を受け取り、且つサブシステム１００２に対して対応するＤＡＴＡＯＵＴ信号を提供するように結合されたデバイス９００を介して伝達される。
【００６６】
本発明の様々な実施形態及び利点が上述されたにもかかわらず、上記の開示は単なる例示であり、変更を細部に行うことができ、依然として本発明の広い原理の範囲内にある。更に、当業者には理解されるように、実施形態のコンポーネントにより実施される機能は、より少ない数の要素により実施されるように、より多くの要素により分割されて実施されるように、又は本発明の他の実施形態における異なる機能ブロックに結合されるように組み合わせられ得る。また、上述したコンポーネントのいくつかは、デジタル又はアナログ回路の何れか、又は双方の回路の組合せを用いて実施されることができ、必要に応じて、適切な処理回路で実行するソフトウェアを通じて実現されてもよい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態による音響絶縁変成器を含む音響データカプラーの機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による、図１の音響絶縁変成器のより詳細な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、図１の送信機をより詳細に示す図２の音響データカプラーの機能ブロック図である。
【図４】データカプラーの動作中における、図３の音響データカプラーの種々の点における信号を示す信号図である。
【図５】本発明の個々の異なる実施形態による、図１の送信機により生じる変調信号を示す信号図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、図２の音響絶縁変成器を２つ含む二重経路音響データカプラーの機能ブロック図である。
【図７】本発明の個々の実施形態による、図６の二重経路音響データカプラーの送信機により生じる周期的変調信号を示す信号図である。
【図８】本発明の更なる個々の実施形態による、図６の二重経路音響データカプラーの送信機により生じる非周期バースト変調信号を示す信号図である。
【図９】本発明の別の実施形態による、図１又は図６のデータカプラーを含む音響的データ結合デバイスの簡易断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、複数の図９のデータ結合デバイスを含む電子システムの機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
100  音響データカプラー
102、200、602A、602B  音響絶縁変成器
104、603  入力バッファ
106、604A、604B  送信機
108、608A、608B  受信機
110  出力バッファ
600  二重経路音響データカプラー
606  インバータ
610  出力決定回路
900  音響的データ結合デバイス
902  基板
1000  電子システム
1002、1004  電子サブシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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