DE112017008338T5

DE112017008338T5 - Niedriggewicht-einzel-mm-wellen-dielektrikums-wellenleiter-verbindungsarchitektur in autonomen autos

Info

Publication number: DE112017008338T5
Application number: DE112017008338.9T
Authority: DE
Inventors: Georgios C. Dogiamis; Sasha N. OSTER; Adel A. Elsherbini; Erich N. Ewy; Johanna M. Swan; Telesphor Kamgaing
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2017-12-30
Filing date: 2017-12-30
Publication date: 2020-09-10
Also published as: US11575749B2; WO2019133020A1; US20210194966A1

Abstract

Ausführungsbeispiele umfassen einen Sensorknoten, einen aktiven Sensorknoten und ein Fahrzeug mit einem Kommunikationssystem, das Sensorknoten umfasst. Der Sensorknoten umfasst ein Package-Substrat, einen Diplexer-/Kombinierer-Block auf dem Package-Substrat, einen Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist, und einen ersten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist. Der Sensorknoten kann einen Sensor aufweisen, der kommunikativ mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist, wobei der Sensor durch ein elektrisches Kabel kommunikativ mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist und auf dem Package-Substrat positioniert ist. Der Sensorknoten kann umfassen, dass der Sensor zum Kommunizieren mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU), die kommunikativ mit dem Sensorknoten gekoppelt ist, bei einem Frequenzband arbeitet. Der Sensorknoten kann ein Filter aufweisen, das kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block und dem mit dem Filter kommunikativ gekoppelten Sendeempfänger gekoppelt ist, wobei das Filter im Wesentlichen Frequenzen von RF-Signalen abgesehen von dem Frequenzband des Sensors entfernt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen das Gebiet von Halbleiter-Packaging und insbesondere einer Bildung von mm-Wellen-Verbindungen zur Verwendung in Automobilanwendungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Automobilindustrie entwickelt sich schnell in Richtung der Fertigung von autonomen und/oder selbstfahrenden Fahrzeugen. Autonome Fahrzeuge verwenden viele Sensoren, die Daten bezüglich der Position des Fahrzeugs relativ zu umliegenden Objekten erzeugen, wie beispielsweise der Straße, anderen Fahrzeugen, Verkehrssignalen, Fahrbahnmarkierungen, Fußgängern und Ähnlichem. Wie in 1 dargestellt, kann ein Fahrzeug 100 irgendeine Anzahl von Sensoren 102, Videokameras 103 und Positionierungssystemen 104, wie beispielsweise GPS (global positioning system; globales Positionierungssystem), umfassen. Zum Beispiel können Sensoren 102 Videosensoren, Bildsensoren, Ultraschallsensoren, Radarsensoren, Lichtdetektions- und Abstandsmessungs- (LIDAR; light detection and ranging) Sensoren oder Ähnliches umfassen. Die von diesen Komponenten erzeugten Daten müssen verarbeitet werden, um zu bestimmen, wie das Fahrzeug reagieren muss. Somit werden die erzeugten Daten von den Peripheriekomponenten an eine elektronische Steuerungseinheit (ECU; electronic control unit) 105 über einer Mehrzahl von Verbindungen 107 übertragen. Dementsprechend führen die zusätzlichen Peripheriesensoren und anderen Komponenten, die für autonome und/oder selbstfahrende Fahrzeuge benötigt werden, zu einem signifikanten Anstieg der Menge an Daten, die innerhalb des Fahrzeugs übertragen werden.
Aktuell verwenden autonome Fahrzeuge, die getestet werden, Datentransfers mit Raten zwischen ungefähr 1,0 Gbps und 1,5 Gbps und verwenden vier verschiedene Low-Voltage Differential Signaling- (LVDS) Spuren, um eine Gesamt-Datenrate zwischen ungefähr 4,0 Gbps und 6,0 Gbps zu erlauben. Es wird jedoch erwartet, dass die in den folgenden Generationen von autonomen Fahrzeugen benötigte Datenrate sich auf ungefähr 10 Gbps oder mehr (d. h. ungefähr 2,5 Gbps unter Verwendung von vier differenziellen LVDS-Spuren) erhöhen wird. Dieser Anstieg der Datenrate übersteigt die Datenrate existierender Systeme in aktuell verfügbaren Fahrzeugen deutlich. Zum Beispiel hat der Standard für Multimedia- und Infotainment-Networking in Fahrzeugen, d. h. Media Oriented Systems Transport- (MOST) Bus, eine Datentransferrate von 150 Mbps.
Einige Lösungen zum Bereitstellen von High-Speed-Verbindungen umfassen elektrische Verbindungen und optische Verbindungen. Beide weisen jedoch erhebliche Nachteile auf, wenn sie in der Automobilindustrie verwendet werden. Elektrische Verbindungen wie beispielsweise Ethernet, können durch den Einsatz von multiplen Spuren (d. h. Kabeln) verwendet werden, um die erforderliche Bandbreite zu erreichen. Dies wird jedoch immer teurer und leistungshungriger, um die erforderlichen Datenraten für kurze bis mittlere (z. B. 5 m - 10 m) Verbindungen, die in der Automobilindustrie benötigt werden, zu unterstützen. Um die Länge eines Kabels oder die gegebene Bandbreite auf einem Kabel zu erweitern, ist es zum Beispiel möglicherweise erforderlich, Kabel höherer Qualität zu verwenden oder fortgeschrittene Entzerrungs-, Modulations- und/oder Datenkorrekturtechniken anzuwenden. Leider erfordern diese Lösungen zusätzliche Leistung und erhöhen die Latenz des Systems. Latenzanstiege sind in autonomen Fahrzeugen besonders problematisch aufgrund der Notwendigkeit, schnelle Entscheidungen zu treffen (z. B. Bremsen, Ausweichmanöver, Antriebskorrekturen usw.), die notwendig sind, um die Sicherheit von Insassen innerhalb des Fahrzeugs und/oder Personen und/oder Objekten außerhalb des Fahrzeugs sicherzustellen.
Optische Übertragung über Faser ist in der Lage, die erforderlichen Datenraten und Distanzen zu unterstützen, die für autonome und/oder selbstfahrende Fahrzeuge benötigt werden. Die Verwendung von optischen Verbindungen führt jedoch zu einer erheblichen Leistungs- und Kostenbelastung, insbesondere für kurze bis mittlere Distanzen (z. B. 5m - 10m), aufgrund des Bedarfs an Wandlung zwischen optischen und elektrischen Signalen. Ferner muss die Ausrichtung von optischen Verbindungen präzise beibehalten werden. Dies erweist sich als schwierig in Automobilanwendungen aufgrund von Vibrationen und anderen Umgebungsbedingungen, die die Ausrichtung der optischen Verbindungen verändern können, und reduziert daher die Zuverlässigkeit von optischen Verbindungen.
Entsprechend sind beide Technologien (herkömmlich elektrisch und optisch) nicht optimal für autonome und/oder selbstfahrende Fahrzeuge, die eine hohe Datenrate, niedrige Latenz und niedrige Leistungsverbindungsleitungen zwischen Peripheriesensoren und der ECU erfordern.
Figurenliste

1 ist ein Schema eines Automobils, das eine Mehrzahl von Sensoren und anderen Peripheriekomponenten umfasst, die mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU; electronic control unit) kommunikativ verbunden sind.
2A ist eine schematische Darstellung eines Automobils, das eine Mehrzahl von Sensoren umfasst, die mit einer ECU in einer Ringarchitektur kommunikativ verbunden sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2B ist eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Sensorknoten, die mit einer ECU in einer Ringarchitektur gekoppelt sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2C-2E sind Graphen, die die Frequenzbänder darstellen, die entlang des dielektrischen Wellenleiters an verschiedenen Stellen ausgebreitet sein können, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3A ist ein Schema eines passiven Sensorknotens, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3B ist ein Schema eines aktiven Sensorknotens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 ist ein Schema einer Rechenvorrichtung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gebaut ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hierin beschrieben sind Systeme, die dielektrische Wellenleiter umfassen, die Sensorknoten kommunikativ mit einer ECU in einer Ringarchitektur koppeln, die gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung in autonomen und/oder selbstfahrenden Fahrzeugen verwendet werden. In der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der darstellenden Implementierungen unter Verwendung von Begriffen beschrieben, die gemeinhin von Fachleuten auf dem Gebiet verwendet werden, um die Substanz ihrer Arbeit anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu übermitteln. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung mit nur einigen der beschriebenen Aspekte ausgeführt werden kann. Zu Erklärungszwecken werden spezifische Zahlen, Materialien und Konfigurationen ausgeführt, um ein tiefgreifendes Verständnis der darstellenden Implementierungen bereitzustellen. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne die spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen werden bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht, um die darstellenden Implementierungen nicht zu verunklaren.
Verschiedene Operationen sind wiederum als mehrere diskrete Operationen beschrieben, in einer Weise, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung am hilfreichsten ist, jedoch sollte die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass diese Operationen zwingend von der Reihenfolge abhängig sind. Insbesondere müssen diese Operationen nicht in der vorliegenden Reihenfolge ausgeführt werden.
Wie vorangehend erwähnt wurde, entsprechen aktuell verfügbare Verbindungslösungen (d. h. elektrische Kabel und optische Kabel) nicht der Datenrate, dem Leistungsverbrauch, der Latenz und den Kostenzielen, die für autonome und/oder selbstfahrende Fahrzeuge benötigt werden (z. B. Autos, LKWs, Züge, Boote, Flugzeuge und irgendein anderes autonomes Transport-/Frachtfahrzeug). Dementsprechend umfassen Ausführungsbeispiele der Erfindung Millimeterwellen-Wellenleiter- (mm-Wellen-Wellenleiter) Verbindungslösungen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der mm-Wellen-Wellenleiter einen dielektrischen Wellenleiter, der aus verlustarmen beschichteten oder unbeschichteten dielektrischen Materialien hergestellt ist und für den Betrieb in dem mm-Wellen- oder Sub-THz-Frequenzbereich entworfen ist. Die Wellenleiter können an beiden Enden mit einem Package gekoppelt sein, das eine mm-Wellen-Funktionseinheit (mm-wave engine) umfasst. Bei kurzen bis mittellangen Kabeln (z. B. 0,5 - 15 Meter oder größer) bieten die mm-Wellenleiterkabel eine leistungsarme, latenzarme, schnelle und kostengünstige Lösung. Insbesondere, da Signale nicht in ein optisches Signal aufwärts gewandelt werden müssen, ist der Leistungsverbrauch deutlich geringer als der Leistungsverbrauch der alternativen Glasfaserverbindungstechnik. Zusätzlich ist in den kurzen bis mittellangen Kabeln möglicherweise keine Fehlerkorrektur (EC; error correction) notwendig, da erreichte Bit-Fehlerraten-Pegel-Raten sehr niedrig sind (unter 10E-12). Daher kann die erreichte Latenz deutlich niedriger sein im Vergleich zu der traditionellen elektrischen Verbindung, insbesondere bei hohen Datenraten, bei denen EC benötigt wird.
Ferner führt die erhöhte Anzahl von Verbindungsleitungen, die benötigt werden, um viele Sensoren mit der ECU zu verbinden, zu zusätzlichem Gewicht und Kosten des Systems. Insbesondere wenn jeder Sensor eine dedizierte Verbindungsleitung erfordert, erhöht jeder zusätzliche Sensor die Gesamtkosten des Systems, da eine neue Verbindungsleitung benötigt wird. Zusätzlich dazu würde jeder zusätzliche Sensor einen verfügbaren Verbinder an der ECU erfordern. Somit sind zukünftige Modifikationen an dem Fahrzeug (z. B. um zusätzliche Sensoren oder Ähnliches bereitzustellen) möglicherweise nicht möglich.
Dementsprechend umfassen Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Mehrzahl von Sensoren, die jeweils durch einen dielektrischen Wellenleiter in einer Ringarchitektur kommunikativ mit der ECU gekoppelt sind. Ein Schema eines solchen Ausführungsbeispiels ist in 2A dargestellt. Wie dargestellt, breitet ein dielektrischer Wellenleiter 227 das Signal von der ECU 205 an jeden Sensor 202 oder andere Komponente 203, 204 aus. Jeder der Sensoren wird dann mit dem dielektrischen Wellenleiter durch den Link 223 gekoppelt. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, kann jeder Link 223 einen Sensorknoten umfassen und optional ein elektrisches Kabel, das den Sensor 203 kommunikativ mit dem Sensorknoten koppelt. Somit muss nur ein einzelner dielektrischer Wellenleiter 227 direkt mit der ECU 205 verbunden sein.
Aktuell sind Kommunikationssysteme wie die in 2A dargestellten einfach Leistungs-Splitter und sind nicht wellenlängen-selektiv. Daher wird bei jedem Leistungs-Splitter ein Abschnitt des gesamten Signals weggeleitet. Daher hängt die Menge an RF-Leistung, die von der ECU gesendet wird, von der Anzahl der Sensoren 202 ab. Zum Beispiel würde ein System mit vier Sensoren 202 bis zu drei Leistungs-Splitter erfordern. Wenn jeder Splitter ein 50/50-Splitter ist, würde der vierte Sensor in der Kette ein Achtel der einfallenden Leistung und ein Viertel der Leistung des ersten Sensors 202 empfangen. Dies erfordert eine deutliche zusätzliche Verstärkung des Signals und Verstärker (Amp; amplifier), die über eine signifikante Eingangsleistung arbeiten, was somit das System eher ineffizient macht. Sogar wenn intelligentere Kopplerverhältnisse gewählt werden, wird ein Sensor immer weniger als 1/N der einfallenden Leistung empfangen.
Somit ersetzen Ausführungsbeispiele der Erfindung Leistungs-Splitter mit Sensorknoten, die derart ausgebildet sein können, dass jeder Sensorknoten in der Lage ist, einen bestimmten Abschnitt des Datenstroms in das Signal, das über den dielektrischen Wellenleiter transportiert wird (z. B. durch Verwenden von Frequenzmultiplexverfahren (FDM; frequency-division multiplexing), Zeit-Multiplexverfahren (FDM; time-division multiplexing) oder Polarisierungs-Multiplexverfahren (PDM; polarization-division multiplexing), selektiv zu entfernen oder hinzuzufügen. Diese Architektur kann ein Niedriggewicht-Gesamtsystem erreichen, das hohe Datenraten-Übertragungen unterstützt, da es einen einzelnen dielektrischen Wellenleiter mit hoher Bandbreite in einer Ring-Topologie unter Verwendung von FDM, TDM oder PDM verwendet. Ausführungsbeispiele der Erfindung beruhen auf der Verwendung von mm-Wellen-RF-Sendern, die den Niedrigfrequenzdatenstrom, der durch einen Sensor oder die ECU, Wellen-Ankoppler, Diplexer und dielektrische Wellenleiter mit hoher Bandbreite erzeugt wird, aufwärts wandeln. Zum Beispiel wird in dem FDM-Fall das aufwärts gewandelte Signal eines Sensors bei einer Mittenfrequenz f₁ mit dem Signal, das schon durch den dielektrischen Wellenleiter läuft (bei Mittenfrequenzen f₂ , f₃ , usw.), gediplext und wieder in den dielektrischen Wellenleiter angekoppelt. Der RF-Empfänger-Chip an der ECU wird die verschiedenen Bänder (f₁ , f₂ , f₃ , usw.) de-multiplexen und jeden von ihnen abwärts wandeln, um den Niedrigfrequenz-Datenstrom wiederherzustellen, der von jedem der Sensorknoten stammt.
Die allgemeine Systemarchitektur für Automobilanwendungen hat Vorteile wie beispielsweise ein niedriges Gewicht (da ein dielektrischer Wellenleiter typischerweise ein niedrigeres Gewicht hat im Vergleich zu einem elektrischen Kabel, das ähnliche Datenraten unterstützt, und nur ein Wellenleiter notwendig wäre), niedrige Kosten (hauptsächlich aufgrund niedrigerer mit dem Kabel verbundener Kosten) und Leistungseinsparung. Ausführungsbeispiele der Erfindung bieten auch hohe Datenraten bei den benötigten Distanzen, während sie eine skalierbare Lösung darstellen. Zum Beispiel können zusätzliche RF-Bänder hinzugefügt werden, um zusätzliche Sensoren aufzunehmen, bis die gesamte Bandbreiten-Kapazität des dielektrischen Wellenleiters erreicht wird. Ferner stellen mm-Wellen-Verbindungen, die dielektrische Wellenleiter verwenden, im Vergleich zu optischen Verbindungen eine erhöhte Fehlausrichtungs-Toleranz an der Verbinder-/Wellenleiterschnittstelle bereit. Dies würde ferner zu niedrigeren Verbindungskosten im Vergleich zu den optischen Verbindungen führen.
Bezugnehmend nun auf 2B ist eine schematische Darstellung eines dielektrischen Wellenleiters 227 gezeigt, der in eine ECU 210 eingesteckt ist und durch die Sensorknoten 285_A-285_C mit einer Mehrzahl von Sensoren 230_A-230_C gekoppelt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Während drei Sensoren 230 dargestellt sind, wird darauf hingewiesen, dass irgendeine Anzahl von Sensoren 230 verwendet werden kann, solange die Bandbreite des dielektrischen Wellenleiters 227 nicht überschritten wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der dielektrische Wellenleiter 227 geeignet sein zum Ausbreiten von mm-Wellensignalen. Der dielektrische Wellenleiter 227 kann irgendein geeignetes dielektrisches Material sein, wie etwa ein Flüssigkristallpolymer (LCP; liquid crystal polymer), eine auf niedriger Temperatur erhitzte Keramik (LTCC; low-temperature co-fired ceramic), eine auf hoher Temperatur erhitzte Keramik (HTCC; high temperature co-fired ceramic), Glas, Polytetrafluorethylen (PTFE), erweitertes PTFE, PTFE mit niedriger Dichte, Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP), Polyether-Ether-Keton (PEEK), Perfluoralkoxy-Alkane (PFA), Kombinationen derselben oder Ähnliches. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der dielektrische Wellenleiter 227 irgendeine Querschnittsform aufweisen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, rechteckig (mit oder ohne abgerundete Ecken), quadratisch, rund, oval, unter anderem. Während er als einzelner dielektrischer Wellenleiter bezeichnet wird, wird darauf hingewiesen, dass der dielektrische Wellenleiter 227 eine Mehrzahl von individuellen dielektrischen Wellenleitern umfassen kann. Zum Beispiel kann ein erster dielektrischer Wellenleiter die ECU 210 mit einem ersten Sensorknoten 285_A koppeln und nachfolgende dielektrische Wellenleiter 227 können jeden der nachfolgenden Sensorknoten 285 miteinander in einer Ringarchitektur koppeln, wie in 2B gezeigt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der dielektrische Wellenleiter 227 auch eine metallische Beschichtung (nicht gezeigt) umfassen, um eine elektrische Abschirmung des dielektrischen Wellenleiters bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die metallische Beschichtung als Leistungsleitung verwendet werden. Zum Beispiel kann Leistung auf einen Schirm entlang des dielektrischen Wellenleiters 227 oder der elektrischen Kabel 222 angewendet werden. Obwohl ein einzelner dielektrischer Wellenleiter 227 als sich erstreckend von einem Verbinder 225 gezeigt ist, wird darauf hingewiesen, dass ein Bündel von zwei oder mehr dielektrischen Wellenleitern 227 mit dem Verbinder 225 gekoppelt sein kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel belegt jeder Sensor 230 ein unterschiedliches Frequenzband, um mit der ECU 210 zu kommunizieren. Der Sensor 230 sendet Daten an einen Sensorknoten 285, wo die Daten durch einen Sendeempfänger aufwärts gewandelt und gefiltert werden. Bei 2B ist jeder Sensorknoten 285 als ein generischer Block dargestellt und eine detailliertere Repräsentation der Komponenten des Sensorknotens 285 wird nachfolgend detaillierter bereitgestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein elektrisches Kabel 222 verwendet, um das Niedrigfrequenzsignal an den Sensorknoten 285 zu senden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Sensor 285 bei einigen Ausführungsbeispielen direkt auf den Sensorknoten 285 gepackaged sein kann. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann das elektrische Kabel 222 weggelassen werden. Nachdem das Signal in ein RF-Signal aufwärts gewandelt und gefiltert wurde, wird das RF-Signal mit anderen RF-Signalen kombiniert, die sich bereits durch den dielektrischen Wellenleiter bewegen (von den anderen Sensoren 285 auf anderen RF-Bändern). Das kombinierte Signal kann dann wieder auf den dielektrischen Wellenleiter 227 angekoppelt werden (durch einen Ankoppler und Verbinder).
2C-2E stellen die Signale dar, die sich gemäß einem Ausführungsbeispiel entlang des dielektrischen Wellenleiters 227 an verschiedenen Stellen 291-293, die in 2B dargestellt sind, ausbreiten. Zum Beispiel breitet sich an Stelle 291, die in 2C dargestellt ist, ein Signal mit einer ersten Mittenfrequenz f₁ entlang des dielektrischen Wellenleiters 227 zwischen einem ersten Sensorknoten 285_A und einem zweiten Sensorknoten 285_B aus. Das Signal mit der ersten Mittenfrequenz f₁ kann durch den ersten Sensorknoten 285_A in den dielektrischen Wellenleiter 227 angekoppelt werden. Danach, an der Stelle 292, die in 2D dargestellt ist, wird ein Signal mit einer zweiten Mittenfrequenz f₂ zwischen dem zweiten Sensorknoten 285_B und dem dritten Sensorknoten 285_C zu dem dielektrischen Wellenleiter 227 hinzugefügt. Schließlich wird an Stelle 293, die in 2E dargestellt ist, ein Signal mit einer dritten Frequenz f₃ zwischen dem dritten Sensorknoten 285_C und der ECU 210 zu dem dielektrischen Wellenleiter 227 hinzugefügt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen weist jedes der Signale eine im Wesentlichen ähnliche Bandbreite auf. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass nicht jedes Signal die gleiche Bandbreite haben muss. Zum Beispiel kann ein Sensor, der mehr Daten erzeugt, eine größere Frequenzbandzuordnung aufweisen. Zusätzlich dazu können, obwohl das darstellende Beispiel Frequenzbänder für FDM umfasst, andere Ausführungsbeispiele PDM, TDM oder Ähnliches in einer im Wesentlichen ähnlichen Weise verwenden.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Ende des dielektrischen Wellenleiters 227 mit einem Verbinder 225 gekoppelt sein, der eine Schnittstelle mit der ECU 210 bildet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Verbinder 225 eine mm-Wellen-Funktionseinheit 228, die auf einem mm-Wellen-Substrat 229 gepackaged ist. Bei einem Ausführungsbeispiel können Signale von der mm-Wellen-Funktionseinheit 228 mit einem Wellenleiter-Ankoppler 237 kommunikativ gekoppelt sein, der das Signal in den dielektrischen Wellenleiter 227 ausbreitet. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der dielektrische Wellenleiter mit dem Ankoppler 237 durch einen Verbinder gekoppelt sein, der nicht gezeigt ist, um Ausführungsbeispiele der Erfindung nicht zu verunklaren. Obwohl dargestellt als eingebettet innerhalb eines mm-Wellen-Packaging-Substrats 229, ist es zu beachten, dass der Wellenleiter-Ankoppler 237 und der Verbinder an irgendeiner Stelle gebildet sein können, einschließlich der oberen oder unteren Oberfläche des mm-Wellen-Packaging-Substrats 229. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verbinder 225 ohne eine schützende Umhüllung dargestellt, um die Figur nicht zu verunklaren. Es ist jedoch zu beachten, dass der Verbinder 225 mehrere verschiedene Packaging-Substrate, schützende Umhüllungen, Überformen, Wärmemanagementlösungen und/oder andere benötigte Komponenten umfassen kann. So kann beispielsweise die mm-Wellen-Funktionseinheit 228 auf einem Packaging-Substrat 229 gepackaged und im Wesentlichen von einem Schutzgehäuse umschlossen sein. Ferner, obwohl die mm-Wellen-Funktionseinheit 228 als ein einzelner Block dargestellt ist, ist es zu beachten, dass die mm-Wellen-Funktionseinheit 228 eine beliebige Anzahl von diskreten Dies, Verbindungen und/oder anderen Komponenten umfassen kann. Zusätzlich dazu, obwohl jeder dielektrische Wellenleiter 227 als direkt mit einem Sensorknoten 285 verbunden dargestellt ist, wird darauf hingewiesen, dass der dielektrische Wellenleiter 227 mit dem Sensorknoten 285 durch einen Verbinder (ähnlich dem Verbinder 225) gekoppelt sein kann. Gemäß einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel umfasst der Verbinder 225 möglicherweise keine mm-Wellen-Funktionseinheit. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann die mm-Wellen-Funktionseinheit 228 innerhalb der ECU 210 und/oder des Sensorknotens 285 gepackaged sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die ECU 210 einen zentrale Verarbeitungseinheit- (CPU; central processing unit) Die 244 umfassen, der auf einem Packaging-Substrat 243 gepackaged ist. Das Packaging-Substrat 243 kann mit einer gedruckten ECU-Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) 240 durch Lötkugeln 242, wie beispielsweise ein Kugelgitterarray (BGA; ball grid array), ein Land Grid Array (LGA), eine Buchse oder irgendeine andere bekannte Verbindung gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein vordefinierter digitaler Verbindungsschnittstellen-Die 246, der elektrisch zwischen CPU-Die 244 und die mm-Wellen-Funktionseinheit 228 gekoppelt ist, auch auf demselben Packaging-Substrat 243 gepackaged sein, auf dem der CPU-Die 244 gepackaged ist. So kann beispielsweise der vordefinierte digitale Verbindungsschnittstellen-Die 246 ein Signal übersetzen und/oder konditionieren, so dass Signale zwischen dem CPU-Die 244 und der mm-Wellen-Funktionseinheit 228 übertragen werden können, selbst wenn die Ausgabe entweder des CPU-Dies 244 oder der mm-Wellen-Funktionseinheit 228 nicht mit der Art der von der anderen Komponente erwarteten Eingabe übereinstimmt. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann auch eine Wärmesenke 248 oder irgendeine andere Wärmemanagementtechnologie in der ECU 210 umfasst sein. So kann beispielsweise die Wärmesenke 248 eine flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke 248 sein, wie beispielsweise eine, die mit den Kühlsystemen in dem autonomen Fahrzeug verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Wärmesenke 248 über einer Oberfläche einer ECU-Umhüllung 211 gebildet. Die Wärmesenke 248 kann sich jedoch bei einigen Ausführungsbeispiel der Erfindung innerhalb der ECU-Umhüllung 211 befinden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können eine vordefinierte Schnittstelle 252 umfassen, die das CPU-Packaging-Substrat 243 mit einem ersten Ende eines internen Kabels 254 koppelt. Das interne Kabel 254 kann sich bis zu dem Rand der ECU-Umhüllung 211 erstrecken, wo es mit einer externen vordefinierten Schnittstelle 256 gekoppelt ist. Die externe vordefinierte Schnittstelle 256 kann irgendeine geeignete Schnittstelle sein. So kann beispielsweise die externe vordefinierte Schnittstelle 256 ein SFP, ein QSFP oder dergleichen sein.
Nun wird bezugnehmend auf 3A eine schematische Darstellung eines Sensorknotens 285 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausführlicher gezeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Sensorknoten 285 auf einem Package-Substrat 350 gefertigt sein. Das Package-Substrat 350 kann irgendein geeignetes Substrat sein und kann eine Umhüllung oder andere Schutzabdeckung (nicht gezeigt) umfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sensorknoten 285 mit dem Sensor 230 durch ein elektrisches Kabel 222 verbunden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Sensorknoten 285 und der Sensor 230 auf demselben Packaging-Substrat 350 ko-positioniert sein können und das elektrische Kabel 222 weggelassen werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Sensorknoten 285 nur passive Komponenten. Somit muss keine zusätzliche Leistung verbraucht werden, um RF-Signale zu verarbeiten und sie entlang des dielektrischen Wellenleiters 227 auszubreiten.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Sensorknoten 285 mit zwei dielektrischen Wellenleitern 227 gekoppelt. Ein erster dielektrischer Wellenleiter 227₁ kann mit einem ersten Verbinder-/Ankoppler-Block 374₁ gekoppelt sein. Der erste Verbinder-/Ankoppler-Block 374₁ umfasst Hardware zum physischen Koppeln des ersten dielektrischen Wellenleiters 227₁ mit dem Sensorknoten 285 und ein Ankoppler kann die Ausbreitung des mm-Wellen-Signals entlang des ersten dielektrischen Wellenleiters 227₁ ankoppeln und unterstützen. Der Ankoppler kann irgendein bekannter Ankoppler zum Initiieren der Ausbreitung von mm-Wellen oder Empfangen von mm-Wellen sein, wie etwa ein regulärer Patch-Ankoppler, ein Stapel-Patch-Ankoppler, ein Mikrostreifen-zu-Schlitz-Übergang-Ankoppler usw. Ähnlich kann ein zweiter dielektrischer Wellenleiter 227₂ mit dem Sensorknoten 285 durch einen zweiten Verbinder-Ankoppler-Block 374₂ gekoppelt sein, der im Wesentlichen ähnlich zu dem ersten Verbinder-/Ankoppler-Block 374₁ ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der erste dielektrische Wellenleiter 227₁ kommunikativ mit einem Diplexer-/Kombinierer-Block 373 durch den ersten Verbinder-/Ankoppler-Block 374₁ und die Leiterbahn 379 gekoppelt sein. Der Diplexer-/Kombinierer-Block 373 kann verwendet werden, um Signale von dem Sensor 230 zu dem ersten dielektrischen Wellenleiter 227₁ hinzuzufügen oder ein von der ECU über den ersten dielektrischen Wellenleiter 227₁ gesendetes Signal zu diplexen, das die gewünschte Frequenz zum Kommunizieren mit dem Sensor 230 enthält. So kann beispielsweise ein Signal, das sich entlang des zweiten dielektrischen Wellenleiters 227₂ ausbreitet, durch den zweiten Verbinder-/Ankoppler-Block 374₂ empfangen werden und an den Diplexer-/Kombinierer-Block 373 entlang der Leitung 377 gesendet werden. Das Signal von dem Sensor 230 kann an einen Sendeempfänger 371 gesendet werden, wo es durch eine mm-Wellen-Funktionseinheit in ein mm-Wellen-RF-Signal aufwärts gewandelt wird. Das aufwärtsgewandelte Signal kann dann optional bei Filter 372 gefiltert und an den Diplexer-/Kombinierer-Block 373 entlang der Leitung 378 gesendet werden, wo es mit dem von dem zweiten dielektrischen Wellenleiter 227₂ erhaltenen Signal kombiniert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass bei einigen Ausführungsbeispielen das Filter 372 weggelassen werden kann, wenn ein Diplexer verwendet wird, aber nicht, wenn ein Splitter/Kombinierer verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Diplexer-/Kombinierer-Block 373 dann das Signal entlang der Leitung 379 an den ersten Verbinder-/Ankoppler-Block senden, der dann das kombinierte Signal entlang des ersten dielektrischen Wellenleiters 227₁ ausbreitet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Größe des Sensorknotens 285 abhängig sein von der Betriebsfrequenz. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Signale eine Mehrzahl von Bändern umfassen, die Frequenzen zwischen ungefähr 30 GHz und 300 GHz belegen. Ausführungsbeispiele können Frequenzbänder umfassen, die Datenraten zwischen ungefähr 1 Gbps und 10 Gbps bereitstellen. So kann zum Beispiel bei einer Betriebsfrequenz von ungefähr 60 GHz der physische Bereich, der für Komponenten wie beispielsweise den Diplexer-/Kombinierer-Block 373 (z. B. einen Substrat-integrierter Wellenleiter- (SIW) Diplexer/Kombinierer oder einen Übertragungsleitungs-Diplexer/Kombinierer) benötigt wird, ungefähr 3 mm x 3 mm oder kleiner sein. Dementsprechend ist der Raum, der durch den Sensorknoten 285 belegt ist, nicht signifikant im Verhältnis zu der Gesamtgröße des Fahrzeugs. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Filter 372 und/oder der Diplexer/Kombinierer unter Verwendung von passiven Komponenten wie beispielsweise Übertragungsleitungen in einer Haarnadel-Struktur, einer Zickzack-Struktur, gekoppelten Mikrostreifenleitungen oder Ähnlichem entworfen sein. Zusätzliche Ausführungsbeispiele können auch Resonatoren mit offener Regelschleife für den Entwurf des Diplexers/Kombinierers 373 umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Package-Substrat 350 eine Mehrzahl von dielektrischen Schichten umfassen. Die dielektrischen Schichten können Schichten von Übertragungsleitungen teilen, die verwendet werden, um die in 3A dargestellten Komponenten zu bilden. So können zum Beispiel die dielektrischen Schichten irgendwelche geeigneten Schichten sein und können eine Dicke zwischen ungefähr 10 µm - 300 µm aufweisen.
Der in 3A dargestellte Sensorknoten 285 kann als passiver Sensorknoten bezeichnet werden (ohne den Sendeempfänger 371 zu berücksichtigen). Somit erfordert jede der Komponenten keine zusätzliche Leistung, um die Signale zu filtern und/oder anderweitig zu verarbeiten, die dieselben durchlaufen. Dementsprechend können solche Ausführungsbeispiele eine Signal-Leistungsableitung erleiden, wenn mehr Sensorknoten zu dem System hinzugefügt werden. In solchen Fällen kann es notwendig sein, dass die Leistung des von der ECU ausgehenden Signals verstärkt wird, wenn die Länge des dielektrischen Wellenleiters 227 sich über ungefähr 10m hinaus erstreckt und/oder die Anzahl von Sensorknoten erhöht ist.
Dementsprechend können alternative Ausführungsbeispiele auch aktive Sensorknoten verwenden, um Probleme mit erhöhtem Signal-Einfügungsverlust zu beseitigen. Bei solchen Ausführungsbeispielen können ein oder mehrere der Sensorknoten 285 in der Ringarchitektur einen Verstärker umfassen, um die Signalleistung zu verstärken, bevor das Signal wieder in den nächsten Abschnitt des dielektrischen Wellenleiters angekoppelt wird. 3B ist eine schematische Darstellung eines aktiven Sensorknotens 385 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Der in 3B dargestellte aktive Sensorknoten 385 ist im Wesentlichen ähnlich zu dem in 3A dargestellten passiven Sensorknoten 285, mit der Ausnahme, dass zusätzliche passive und aktive Komponenten umfasst sein können. So kann zum Beispiel der aktive Sensorknoten 385 auch einen Verstärker 392 und optional einen Leistungswandler 394 umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Verstärker 392 die RF-Signale lokal verstärken, um die Verluste zu kompensieren, die der passive Diplexer/Kombinierer 373 und/oder das Filter 372 erlitten haben. Um dem Sensorknoten 385 die Leistung bereitzustellen, die er benötigt, um den Verstärker 392 zu betreiben, kann Leistung über den dielektrischen Wellenleiter 227 geliefert werden. So kann zum Beispiel ein leitfähiger Schirm, der den dielektrischen Wellenleiter umgibt, als Leistungsleitung verwendet werden, um Leistung von der ECU 210 zu dem Sensorknoten 385 zu senden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Verstärker nicht Zwei-Wege-/bidirektionale Vorrichtungen. Dementsprechend kann während der Empfangszeit (d. h. ein Signal, das von der ECU 210 zu dem Sensor 230 gesendet wird) der Verstärker 392 ausgeschaltet / umgangen werden, sodass er die Kommunikation nicht verhindert. Alternative Ausführungsbeispiele können auch reversible Verstärker 392 (z. B. duale Verstärker) umfassen, die geschaltet werden können, um abhängig von dem Kommunikationszustand zu verstärken (d. h. davon, ob der Sendeempfänger sich in einem RX-Modus oder einem TX-Modus befindet).
Bei einem Ausführungsbeispiel kann jeder Sensorknoten 385 in der Ringarchitektur einen Verstärker 392 umfassen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass nicht alle Sensorknoten aktive Sensorknoten 385 sein müssen. So kann zum Beispiel jeder zweite Sensorknoten ein aktiver Sensorknoten 385 sein, nur ein Sensorknoten kann ein aktiver Sensorknoten 385 sein oder es kann jede andere Kombination von aktiven Sensorknoten 385 und passiven Sensorknoten 285 verwendet werden, abhängig von der Anzahl von verwendeten Sensoren, den Verlusten im System, der Länge des dielektrischen Wellenleiters oder irgendeinem anderen gewünschten Entwurfsgesichtspunkt.
Ferner können aktive Sensorknoten 385 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auch Leistungswandler 394 umfassen. Das Umfassen von Leistungswandlern 394 auf den aktiven Sensorknoten 385 kann es erlauben, dass verschiedene Leistungsdomänen auf verschiedenen Sensorknoten erzeugt werden, um eine gewünschte Spannung zu dem Sensor 230, der mit jedem Sensorknoten 385 verbunden ist, zu liefern. Somit wird die Notwendigkeit, mehrere Leistungsdomänen über den Wellenleiter zu übertragen, um Sensoren aufzunehmen, die bei verschiedenen Spannungen arbeiten, beseitigt. Dies erlaubt eine Flexibilität mit dem Entwurf und der Auswahl der Sensoren 230 in dem System, weil nicht jeder Sensor 230 bei den gleichen Spannungspegeln arbeiten muss. Dementsprechend kann ein solches System als Sensor-agnostisch betrachtet werden. So können zum Beispiel die Leistungswandler 394 auf jedem Sensorknoten 385 einen LDO- oder DC2DC-Wandler umfassen, um den von dem Sensor benötigten Spannungspegel zu erzeugen.
Obwohl der aktive Sensorknoten 385 in 3B als umfassend sowohl einen Verstärker 392 als auch einen Leistungswandler 394 dargestellt ist, sind Ausführungsbeispiele nicht auf solche Konfigurationen beschränkt. So kann zum Beispiel ein aktiver Sensorknoten 385 entweder nur einen Verstärker 392 oder nur einen Leistungswandler 394 umfassen. Zusätzlich dazu müssen nicht alle aktiven Sensorknoten 385 in einem System die gleichen Komponenten aufweisen. So umfassen zum Beispiel einige aktive Sensorknoten 385 möglicherweise einen Verstärker 392 und einen Leistungswandler 394 und andere aktive Sensorknoten 385 umfassen möglicherweise nur einen Leistungswandler 394. Ähnlich umfassen einige aktive Sensorknoten 385 möglicherweise einen Verstärker 392 und einen Leistungswandler 394 und andere aktive Sensorknoten 385 umfassen möglicherweise nur einen Verstärker 392.
4 stellt eine Rechenvorrichtung 400 gemäß einer Implementierung der Erfindung dar. Die Rechenvorrichtung 400 häust eine Platine 402. Die Platine 402 kann eine Anzahl von Komponenten umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Prozessor 404 und zumindest einen Kommunikationschip 406. Der Prozessor 404 ist physisch und elektrisch mit der Platine 402 gekoppelt. Bei einigen Implementierungen kann der zumindest eine Kommunikationschip 406 auch physisch und elektrisch mit der Platine 402 gekoppelt sein. Bei weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip 406 Teil des Prozessors 404. Bei wiederum einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Kommunikationschip 406 als eine vordefinierte Schnittstelle (z. B. ein Serialisierer/Deserialisierer oder Ähnliches) fungieren.
Abhängig von ihren Anwendungen kann die Rechenvorrichtung 400 andere Komponenten umfassen, die physisch und elektrisch mit der Platine 402 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf einen flüchtigen Speicher (z. B. DRAM), einen nichtflüchtigen Speicher (z. B. ROM), einen Flash-Speicher, einen Graphikprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Krypto-Prozessor, einen Chipsatz, eine Antenne, ein Display, eine Touchscreen-Anzeige, eine Touchscreen-Steuerung, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, ein GPS-Bauelement (global positioning system; globales Positionierungssystem), einen Kompass, ein Akzelerometer, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera und eine Massenspeichervorrichtung (wie beispielsweise Festplattenlaufwerk, CD (compact disk), DVD (digital versatile disk) usw.).
Der Kommunikationschip 406 ermöglicht eine drahtlose Kommunikation für die Übertragung von Daten zu und von der Rechenvorrichtung 400. Der Ausdruck „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltungen, Bauelemente, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle usw. zu beschreiben, die Daten durch die Verwendung modulierter elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium kommunizieren können. Der Ausdruck impliziert nicht, dass die zugeordneten Bauelemente nicht irgendwelche Drähte umfassen, obwohl sie dies bei einigen Ausführungsbeispielen möglicherweise nicht tun. Der Kommunikationschip 406 kann irgendwelche einer Anzahl von drahtlosen Standards oder Protokollen implementieren, umfassend, aber nicht beschränkt auf Wi-Fi (IEEE 802.11 Familie), WiMAX (IEEE 802.16 Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Ableitungen davon, sowie irgendwelche anderen drahtlosen Protokolle, die bezeichnet werden als 3G, 4G, 5G, und darüber hinaus. Die Rechenvorrichtung 400 kann eine Mehrzahl von Kommunikationschips 406 umfassen. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikationschip 406 zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikationen mit kürzerem Bereich, wie beispielsweise Wi-Fi und Bluetooth, und ein zweiter Kommunikationschip 406 kann zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikationen mit längerem Bereich, wie beispielsweise GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, und andere.
Der Prozessor 404 der Rechenvorrichtung 400 umfasst einen integrierten Schaltungs-Die, der innerhalb des Prozessors 404 gepackaged ist. Bei einigen Implementierungen der Erfindung kann der integrierte Schaltungs-Die des Prozessors auf einem organischen Substrat gepackaged sein und Signale bereitstellen, die in ein mm-Wellen-Signal umgewandelt werden und sich entlang eines dielektrischen Wellenleiters zu einer Mehrzahl von Sensorknoten ausbreiten, die in einer Ringarchitektur angeordnet sind, gemäß Implementierungen der Erfindung. Der Ausdruck „Prozessor“ kann sich auf irgendein Bauelement oder Abschnitt eines Bauelements beziehen, das/der elektronische Daten aus Registern und/oder Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren, die in Registern und/oder Speichern gespeichert werden können.
Der Kommunikationschip 406 umfasst auch einen Integrierte-Schaltungs-Die, der innerhalb des Kommunikationschips 406 gepackaged ist. Gemäß einer anderen Implementierung der Erfindung kann der integrierte Schaltungs-Die des Kommunikationschips auf einem organischen Substrat gepackaged sein und Signale bereitstellen, die in ein mm-Wellen-Signal umgewandelt werden und sich entlang eines dielektrischen Wellenleiters zu einer Mehrzahl von Sensorknoten ausbreiten, die in einer Ringarchitektur angeordnet sind, gemäß Implementierungen der Erfindung.
Die obige Beschreibung von dargestellten Implementierungen der Erfindung, umfassend, was in der Zusammenfassung beschrieben ist, soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarten genauen Formen begrenzen. Während bestimmte Implementierungen von und Beispiele für die Erfindung hierin zu Veranschaulichungszwecken beschrieben sind, sind verschiedene äquivalente Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich, wie Fachleute auf dem relevanten Gebiet erkennen können.
Diese Modifikationen können an der Erfindung im Hinblick auf die obige, detaillierte Beschreibung vorgenommen werden. Die Ausdrücke, die in den folgenden Ansprüchen verwendet werden, sollten nicht derart betrachtet werden, dass sie die Erfindung auf die spezifischen Implementierungen beschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart sind. Stattdessen soll der Schutzbereich der Erfindung vollständig durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt sein, die gemäß etablierter Vorgaben der Anspruchsinterpretation ausgelegt werden sollen.
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele. Die verschiedenen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele können verschieden kombiniert werden, wobei einige Merkmale umfasst sind und andere ausgeschlossen sind, um für eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen zu passen.
Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele:

Beispiel 1 ist ein Sensorknoten, umfassend ein Package-Substrat; einen Diplexer-/Kombinierer-Block auf dem Package-Substrat; einen Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und einen ersten mm-Wellen-Ankoppler, gekoppelt mit dem Di plexer -/Kombinierer- Block.
Bei Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 2 optional ferner einen Sensor umfassen, der mit dem Sendeempfänger kommunikativ gekoppelt ist.
Bei Beispiel 3 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-2 optional umfassen, dass der Sensor durch ein elektrisches Kabel mit dem Sendeempfänger kommunikativ gekoppelt ist.
Bei Beispiel 4 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-3 optional umfassen, dass der Sensor auf dem Package-Substrat positioniert ist.
Bei Beispiel 5 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-4 optional ferner umfassen ein Filter, das kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und den Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Filter gekoppelt ist.
Bei Beispiel 6 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-5 optional umfassen, dass der Sensor zum Kommunizieren mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU; electronic control unit), die mit dem Sensorknoten kommunikativ gekoppelt ist, bei einem Frequenzband arbeitet.
Bei Beispiel 7 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-6 optional umfassen, dass das Filter im Wesentlichen Frequenzen von RF-Signalen abgesehen von dem Frequenzband des Sensors entfernt.
Bei Beispiel 8 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-7 optional umfassen, dass das Frequenzband eine Datenrate zwischen 1 Gbps und 10 Gbps aufweist.
Bei Beispiel 9 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-8 optional umfassen, dass der Diplexer-/Kombinierer-Block mit einem ersten dielektrischen Wellenleiter gekoppelt ist. Bei Beispiel 10 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-9 optional den ersten dielektrischen Wellenleiter umfassen, der mit dem Package-Substrat durch einen Wellenleiterverbinder gekoppelt ist. Ein zweiter mm-Wellen-Ankoppler ist zwischen dem ersten dielektrischen Wellenleiter und dem Diplexer-/Kombinierer-Block kommunikativ gekoppelt.
Bei Beispiel 11 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-10 optional ferner einen zweiten dielektrischen Wellenleiter umfassen, der mit dem ersten mm-Wellen-Ankoppler durch einen Wellenleiterverbinder kommunikativ gekoppelt ist.
Bei Beispiel 12 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 1-11 optional umfassen, dass der erste mm-Wellen-Ankoppler und der zweite mm-Wellen-Ankoppler Einzelschicht-Patch-Ankoppler, Stapel-Patch-Ankoppler oder Mikrostreifen-zu-Schlitz-Übergangs-Ankoppler sind.
Bei Beispiel 13 kann der Gegenstand von Beispiel 1 optional umfassen, dass das Filter und/oder der Diplexer-/Kombinierer-Block mit passiven Komponenten, wie beispielsweise Übergangsleitungen in einer Haarnadel-Struktur, einer Zickzack-Struktur, gekoppelte U-Streifen-Leitungen und/oder Resonatoren mit offener Regelschleife, gebildet werden.
Beispiel 14 ist ein aktiver Sensorknoten, umfassend ein Package-Substrat; einen Diplexer-/Kombinierer-Block auf dem Package-Substrat; einen Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; einen Sensor, der kommunikativ mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist; einen ersten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; einen ersten dielektrischen Wellenleiter, der mit dem ersten mm-Wellen-Ankoppler gekoppelt ist; einen zweiten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und einen Verstärker.
Bei Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 14 optional ferner einen dielektrischen Wellenleiter umfassen, der mit dem zweiten mm-Wellen-Ankoppler gekoppelt ist. Der dielektrische Wellenleiter umfasst eine Leistungsleitung.
Bei Beispiel 16 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 14-15 optional die Leistungsleitung als ein leitfähiges Material umfassen, das den dielektrischen Wellenleiter umgibt.
Bei Beispiel 17 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 14-16 optional umfassen, dass die Leistungsleitung Leistung von einer ECU zu dem Sensorknoten sendet.
Bei Beispiel 18 kann der Gegenstand von Beispiel 14 optional den Verstärker als einen reversiblen Verstärker umfassen.
Bei Beispiel 19 kann der Gegenstand von Beispiel 14 optional umfassen einen Leistungswandler; ein Filter, das kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und den Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Filter gekoppelt ist.
Bei Beispiel 20 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 14-19 optional den Leistungswandler als einen LDO- oder DC2DC- Leistungswandler umfassen.
Bei Beispiel 21 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 14-20 optional umfassen, dass der Leistungswandler eine eingehende Spannung in eine Spannung umwandelt, die der Sensor zum Arbeiten verwendet.
Beispiel 22 ist ein Fahrzeug, umfassend ein Kommunikationssystem, umfassend eine elektronische Steuerungseinheit (ECU); eine Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern, wobei ein erster dielektrischer Wellenleiter kommunikativ mit der ECU gekoppelt ist; eine Mehrzahl von Sensorknoten. Ein erster Sensorknoten ist kommunikativ durch den ersten dielektrischen Wellenleiter mit der ECU gekoppelt. Die nachfolgenden Sensorknoten sind jeweils miteinander in einer Ringarchitektur durch zusätzliche dielektrische Wellenleiter gekoppelt. Jeder Sensorknoten umfasst ein Package-Substrat; einen Diplexer-/Kombinierer-Block auf dem Package-Substrat; einen ersten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist. Der erste mm-Wellen-Ankoppler ist auch kommunikativ gekoppelt mit einem der Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern; einem Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und einem zweiten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist. Der zweite mm-Wellen-Ankoppler ist kommunikativ gekoppelt mit einem der Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern; und einer Mehrzahl von Sensoren. Jeder Sensor ist kommunikativ mit unterschiedlichen der Sendeempfänger gekoppelt. Jeder Sensor kommuniziert mit der ECU über ein unterschiedliches Frequenzband.
Bei Beispiel 23 kann der Gegenstand von Beispiel 22 optional ferner umfassen ein Filter, das kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und den Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Filter gekoppelt ist. Das Filter auf jedem Sensorknoten filtert Frequenzen abgesehen von dem Frequenzband des Sensors, mit dem der Sensorknoten gekoppelt ist, heraus.
Bei Beispiel 24 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 22-23 optional einen oder mehrere der Mehrzahl von Sensorknoten umfassen, die aktive Sensorknoten sind. Die aktiven Sensorknoten umfassen ferner eine primäre elektronische Schaltung umfassend einen Verstärker. Die Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern umfassen eine Leistungsleitung, um einem oder mehreren der Sensorknoten Leistung bereitzustellen.
Bei Beispiel 25 kann der Gegenstand von irgendeinem der Beispiele 22-24 optional umfassen, dass einer oder mehrere der aktiven Sensorknoten ferner einen Leistungswandler umfassen. Der Leistungswandler wandelt eine Spannung von den Leistungsleitungen in eine Spannung um, die geeignet ist für den mit dem aktiven Sensor gekoppelten Sensor.

Claims

Ein Sensorknoten, umfassend: ein Package-Substrat; einen Diplexer-/Kombinierer-Block auf dem Package-Substrat; einen Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und einen ersten mm-Wellen-Ankoppler, gekoppelt mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 1, ferner umfassend einen Sensor, der kommunikativ mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 2, wobei der Sensor kommunikativ durch ein elektrisches Kabel mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 2, wobei der Sensor auf dem Package-Substrat positioniert ist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein Filter, das kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und den Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Filter gekoppelt ist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 2, wobei der Sensor zum Kommunizieren mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU), die mit dem Sensorknoten kommunikativ gekoppelt ist, bei einem Frequenzband arbeitet.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 6, wobei das Filter im Wesentlichen Frequenzen von RF-Signalen abgesehen von dem Frequenzband des Sensors entfernt.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 6, wobei das Frequenzband eine Datenrate zwischen 1 Gbps und 10 Gbps aufweist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 1, wobei der Diplexer-/Kombinierer-Block mit einem ersten dielektrischen Wellenleiter gekoppelt ist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 9, wobei der erste dielektrische Wellenleiter mit dem Package-Substrat durch einen Wellenleiterverbinder gekoppelt ist und wobei ein zweiter mm-Wellen-Ankoppler kommunikativ zwischen dem ersten dielektrischen Wellenleiter und dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 10, ferner umfassend einen zweiten dielektrischen Wellenleiter, der mit dem ersten mm-Wellen-Ankoppler durch einen Wellenleiterverbinder kommunikativ gekoppelt ist.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 11, wobei der erste mm-Wellen-Ankoppler und der zweite mm-Wellen-Ankoppler Einzelschicht-Patch-Ankoppler, Stapel-Patch-Ankoppler oder Mikrostreifen-zu-Schlitz-Übergang-Ankoppler sind.
Der Sensorknoten gemäß Anspruch 1, wobei das Filter und/oder der Diplexer-/Kombinierer-Block mit passiven Komponenten, wie beispielsweise Übergangsleitungen in einer Haarnadel-Struktur, einer Zickzack-Struktur, gekoppelte U-Streifen-Leitungen und/oder Resonatoren mit offener Regelschleife, gebildet werden.
Ein aktiver Sensorknoten, umfassend: ein Package-Substrat; einen Diplexer-/Kombinierer-Block auf dem Package-Substrat; einen Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; einen Sensor, der kommunikativ mit dem Sendeempfänger gekoppelt ist; einen ersten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; einen ersten dielektrischen Wellenleiter, der mit dem ersten mm-Wellen-Ankoppler gekoppelt ist; einen zweiten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und einen Verstärker.
Der aktive Sensorknoten gemäß Anspruch 14, ferner umfassend einen dielektrischen Wellenleiter, der mit dem zweiten mm-Wellen-Ankoppler gekoppelt ist, wobei der dielektrische Wellenleiter eine Leistungsleitung umfasst.
Der aktive Sensorknoten gemäß Anspruch 15, wobei die Leistungsleitung ein leitfähiges Material ist, das den dielektrischen Wellenleiter umgibt.
Der aktive Sensorknoten gemäß Anspruch 16, wobei die Leistungsleitung Leistung von einer ECU zu dem Sensorknoten sendet.
Der aktive Sensorknoten gemäß Anspruch 14, wobei der Verstärker ein reversibler Verstärker ist.
Der aktive Sensorknoten gemäß Anspruch 14, ferner umfassend: einen Leistungswandler; ein Filter, das kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und den Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Filter gekoppelt ist.
Der aktive Sensorknoten gemäß Anspruch 19, wobei der Leistungswandler ein LDO- oder DC2DC-Leistungswandler ist.
Der aktive Sensorknoten gemäß Anspruch 19, wobei der Leistungswandler eine eingehende Spannung in eine Spannung umwandelt, die der Sensor zum Arbeiten verwendet.
Ein Fahrzeug, umfassend ein Kommunikationssystem, umfassend: eine elektronische Steuerungseinheit (ECU); eine Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern, wobei ein erster dielektrischer Wellenleiter kommunikativ mit der ECU gekoppelt ist; eine Mehrzahl von Sensorknoten, wobei ein erster Sensorknoten kommunikativ durch den ersten dielektrischen Wellenleiter mit der ECU gekoppelt ist und wobei jeder der nachfolgenden Sensorknoten miteinander in einer Ringarchitektur durch zusätzliche dielektrische Wellenleiter gekoppelt ist, jeder Sensorknoten umfassend: ein Package-Substrat; einen Diplexer-/Kombinierer-Block auf dem Package-Substrat; einen ersten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist, wobei der erste mm-Wellen-Ankoppler auch kommunikativ mit einem der Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern gekoppelt ist; einen Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und einen zweiten mm-Wellen-Ankoppler, der mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist, wobei der zweite mm-Wellen-Ankoppler kommunikativ mit einem der Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern gekoppelt ist; und eine Mehrzahl von Sensoren, wobei jeder Sensor kommunikativ mit unterschiedlichen der Sendeempfänger gekoppelt ist und wobei jeder Sensor mit der ECU über ein unterschiedliches Frequenzband kommuniziert.
Das Fahrzeug gemäß Anspruch 22, ferner umfassend: ein Filter, das kommunikativ mit dem Diplexer-/Kombinierer-Block gekoppelt ist; und den Sendeempfänger, der kommunikativ mit dem Filter gekoppelt ist, wobei das Filter auf jedem Sensorknoten Frequenzen herausfiltert abgesehen von dem Frequenzband des Sensors, mit dem der Sensorknoten gekoppelt ist.
Das Fahrzeug gemäß Anspruch 23, wobei der eine oder die mehreren der Mehrzahl von Sensorknoten aktive Sensorknoten sind, wobei die aktiven Sensorknoten ferner eine primäre elektronische Schaltung umfassend einen Verstärker umfassen und wobei die Mehrzahl von dielektrischen Wellenleitern eine Leistungsleitung umfassen, um einem oder mehreren der Sensorknoten Leistung bereitzustellen.
Das Fahrzeug gemäß Anspruch 24, wobei einer oder mehrere der aktiven Sensorknoten ferner einen Leistungswandler umfassen, wobei der Leistungswandler eine Spannung von den Leistungsleitungen in eine Spannung umwandelt, die geeignet ist für den mit dem aktiven Sensor gekoppelten Sensor.