DE112006001332T5 - Akustische Kommunikation von Datensignalen über eine elektrische Trennstrecke - Google Patents

Akustische Kommunikation von Datensignalen über eine elektrische Trennstrecke Download PDF

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Abstract

System zum Kommunizieren eines Datensignals über eine elektrische Trennstrecke hinweg, aufweisend:
– einen Modulator, der betreibbar ist, ein Trägersignal, das eine Frequenz in einem Betriebsfrequenzbereich hat, in Reaktion auf ein Dateneingangssignal zu modulieren, und das modulierte Trägersignal an einem Modulatorausgang bereitzustellen;
– ein integrierter Akustik-Datenkoppler, der eine akustische Resonanzstruktur aufweist, die eine oder mehrere akustische Resonanzfrequenzen in dem Betriebsfrequenzbereich hat, wobei die akustische Resonanzstruktur folgendes aufweist:
– einen ersten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler, der elektrisch mit dem Modulatorausgang gekoppelt ist,
– einen zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler, und
– ein Substrat, das eine elektrische Trennstrecke zwischen den ersten und zweiten Elektroakustik-Wandlern trägt, akustisch koppelt und bereitstellt; und
– einen Demodulator mit einem Demodulatoreingang, der mit dem zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler gekoppelt ist und betreibbar ist, ein Datenausgabesignal aus einem an dem Demodulatoreingang empfangenen Eingangssignal zu erzeugen.

Description

  • Kreuzverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft die ebenfalls anhängige US Patentanmeldung Nr. 10/971,169 , eingereicht am 22. Oktober 2004, von John D. Larson, III et al. et al., unter dem Titel "Piezoelectric Isolating Transformer", die hiermit hierin zum Zwecke der Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Hintergrund
  • Eine elektrische Trennstrecke (isolation barrier) (auch als galvanische Trennstrecke bezeichnet) wird verwendet, um einen elektronischen Schaltkreis von einem anderen elektronischen Schaltkreis elektrisch zu trennen. Zwei elektronische Schaltkreise werden als elektrisch getrennt angesehen, wenn höchstens ein Schwellenpegel von Strom als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung oberhalb einer Schwellenspannung an einem beliebigen Knoten des ersten elektronischen Schaltkreises und einem beliebigen Knoten des zweiten elektronischen Schaltkreises fließt. Bei typischen Telekommunikationsanwendungen liegt die Stromschwelle bei 10 Milliampere (mA) oder weniger, und die Spannungsschwelle liegt bei 1000 Volt (V) oder mehr. Andere Anwendungen, insbesondere diejenigen, welche medizinische Geräte betreffen, erfordern viel niedrigere Stromschwellenpegel. Elektrische Trennstrecken werden bei vielen verschiedenen Anwendungen verwendet, zu denen das Trennen von Messinstrumenten von Sensoren, die in ungünstigen Umgebungen operieren, das Trennen von Patienten von Hochspannungen, die in Messinstrumenten vorhanden sind, und das Trennen von unmittelbar an eine Wohnungssteckdose angeschlossenen Schaltungen von unmittelbar an das Standardzweidraht-Telefonnetz angeschlossenen Schaltungen gehören.
  • Datensignale werden typischerweise über eine elektrische Trennstrecke hinweg mitgeteilt unter Verwendung einer optischen Kopplung, einer elektrostatischen Kopplung oder einer magnetischen Kopplung. Es wurde eine akustische Kopplung von Datensignalen über Ultraschallkopplungsmedien in großem Maßstab, wie etwa die Wand eines Luftfahrzeug- oder Raketenbrennstofftanks vorgeschlagen. Die akustischen Wandler, die bei diesen Lösungsansätzen verwendet werden, werden aus Volumenkristallresonatoren (bulk crystal resonators) gebildet, die groß sind (z.B. mit einem Durchmesser von 12,6 Millimetern (mm)) und auf Anwendungen mit niedrigen Frequenzen und Bandbreiten (z.B. in der Größenordnung von 1 Megahertz (MHz) oder weniger) beschränkt sind. Zudem können die Herstellungstechniken, die verwendet werden, um derartige Volumenkristallresonatoren herzustellen, typischerweise nicht die Operationscharakteristiken oder Betriebswerte dieser Vorrichtungen mit engen Toleranzen steuern oder überwachen.
  • Was benötigt wird, ist ein Lösungsansatz für eine kostengünstige, kompakte, elektrische Trennung, die zur Hochfrequenz Datenübertragung und großer Bandbreite fähig ist und mit engen Toleranzen für Operationscharakteristiken oder Betriebswerte hergestellt werden kann. Es wäre zudem wünschenswert, wenn ein derartiger Lösungsansatz verwendet werden könnte, um genügend elektrische Energie zu liefern, um elektronische Hilfsschaltkreise und Bauteile auf der getrennten Seite der elektrischen Trennstrecke zu betreiben.
  • Zusammenfassung
  • Nach einem Aspekt betrifft die Erfindung ein System zum Kommunizieren eines Datensignals über eine elektrische Trennstrecke hinweg. Das System weist einen Modulator, einen integrierten Akustik-Datenkoppler und einen Demodulator auf. Der Modulator ist betreibbar, um ein Trägersignal mit einer Frequenz in einem Betriebsfrequenzbereich als Reaktion auf ein Dateneingangssignal zu modulieren und das modulierte Trägersignal an einem Modulatorausgang bereitzustellen. Der integrierte Akustik-Datenkoppler weist eine akustische Resonanzstruktur auf, die eine oder mehrere akustische Resonanzfrequenzen in dem Betriebsfrequenzbereich aufweist. Die akustische Resonanzstruktur weist einen ersten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler, der elektrisch mit dem Modulatorausgang gekoppelt ist, einen zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler und ein Substrat auf. Das Substrat trägt, koppelt akustisch und schafft eine elektrische Trennstrecke zwischen dem ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler. Der Demodulator verfügt über einen Demodulatoreingang, der an dem zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler gekoppelt ist und betreibbar ist, um aus einem am Demodulatoreingang empfangenen Eingangssignal ein Datenausgabesignal zu erzeugen.
  • Nach einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kommunizieren eines Datensignals über eine elektrische Trennstrecke hinweg. Nach diesem erfinderischen Verfahren wird ein Trägersignal mit einer Frequenz von mindestens 10 MHz als Reaktion auf ein Dateneingangssignal moduliert. Ein elektrisches Eingangssignal, das dem modulierten Trägersignal entspricht, wird in akustische Energie gewandelt. Die akustische Energie wird über eine elektrische Trennstrecke hinweg gekoppelt. Die über die elektrische Trennstrecke hinweg gekoppelte akustische Energie wird in ein ausgegebenes elektrisches Signal gewandelt. Ein Ausgabedatensignal wird aus dem ausgegebenen elektrischen Signal erzeugt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung inklusive der Zeichnungen und den Ansprüchen hervorgehen.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, das einen Modulator, einen integrierten Akustik-Datenkoppler und einen Demodulator aufweist.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum akustischen Kommunizieren von Datensignalen über eine elektrische Trennstrecke hinweg.
  • 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines integrierten Akustik-Datenkopplers, der zwischen einem Modulator und einem Demodulator gekoppelt ist.
  • 4 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, das einen Frequenzmodulator und einen Frequenzdemodulator aufweist.
  • 5 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, das einen Amplitudenmodulator und einen Amplitudendemodulator aufweist.
  • 6 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, das einen Phasenmodulator und einen Phasendemodulator aufweist.
  • 7 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, das zum bidirektionalen Kommunizieren über eine elektrische Trennstrecke hinweg fähig ist.
  • 8 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, das einen Akustik-Leistungstransformator (acoustic power transformer) aufweist, um elektrische Energie von einer Seite einer elektrischen Trennstrecke auf die andere Seite der elektrischen Trennstrecke zu übertragen.
  • 9A zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, bei dem ein Sendeschaltkreis auf einem ersten Substrat montiert ist, ein integrierter Akustik-Datenkoppler auf einem zweiten Substrat montiert ist und ein Empfangsschaltkreis auf einem dritten Substrat montiert ist.
  • 9B zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, bei dem ein Sendeschaltkreis, ein integrierter Akustik-Datenkoppler und ein Empfangsschaltkreis auf demselben Substrat montiert sind.
  • 10 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, bei dem ein Sendeschaltkreis und ein Empfangsschaltkreis auf entgegengesetzten Seiten desselben Substrats zusammen mit einem Akustik-Datenkoppler integriert sind.
  • 11 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, bei dem ein Sendeschaltkreis und ein Empfangsschaltkreis auf einer Seite eines Substrats integriert sind, das einen Akustik-Datenkoppler trägt.
  • 12 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems, das einen Akustik-Datenkoppler aufweist, der eine elektrische Trennstrecke mit einer einstückigen geerdeten Elektrode aufweist.
  • Ausführliche Beschreibung
  • In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Elemente zu identifizieren. Ferner sind die Zeichnungen dazu gedacht, die Hauptmerkmale der Beispielausführungen auf schematische Art und Weise abzubilden. Die Zeichnungen sind nicht dazu gedacht, jedes Merkmal der eigentlichen Ausführungen oder die relativen Abmessungen der dargestellten Elemente, die nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind, darzustellen. Elemente, die gestrichelt gezeigt sind, sind optionale Elemente in den abgebildeten Ausführungsformen, die derartige Elemente integrieren.
  • Die Ausführungsformen, die nachstehend ausführlich beschrieben werden, weisen integrierte Akustik-Datenkoppler auf, die eine elektrische Trennstrecke zwischen elektronischen Schaltkreisen und Vorrichtungen bereitstellen, Daten auf hohen Frequenzen (z.B. in der Größenordnung von 1 GHz oder mehr) übertragen und mit engen Toleranzen für Operationscharakteristiken, Betriebswerte oder Betriebsparameter hergestellt werden können. Einige dieser Ausführungsformen weisen zudem integrierte Akustik-Leistungstransformatoren auf, die in der Lage sind, genügend elektrische Energie zu liefern, um elektronische Hilfsschaltungen und Bauteile auf der getrennten Seite einer elektrischen Trennstrecke zu betreiben.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 10, das zwischen einer ersten Vorrichtung 12 und einer zweiten Vorrichtung 14 gekoppelt ist. Die ersten und zweiten Vorrichtungen 12, 14 können eine beliebige Art von Vorrichtungen oder Schaltkreisen sein, die durch eine elektrische Trennstrecke zu trennen sind. Die ersten und zweiten Vorrichtungen 12, 14 weisen erste bzw. zweite Datenprozessoren 16, 18 zum Senden und Empfangen von Datensignalen 20, 22 auf. Das Datenkommunikationssystem 10 weist einen Modulator 24, einen integrierten Akustik-Datenkoppler 26 und einen Demodulator 28 auf. Der integrierte Akustik-Datenkoppler 26 weist eine elektrische Trennstrecke auf, welche die ersten und zweiten Vorrichtungen 12, 14 elektrisch trennt. Die Operationscharakteristiken der elektrischen Trennstrecke sind anwendungsbedingt. Bei manchen Ausführungsformen lässt die elektrische Trennstrecke einen Strom von höchstens 10 mA als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung von 1000 V über die geerdeten Elektroden eines Paars von Elektro-Akustik-Wandlern auf entgegengesetzten Seiten der elektrischen Trennstrecke hinweg fließen. Andere Ausführungsformen erfordern eine niedrigere Grenze für den Wert des Stroms, der über die elektrische Trennstrecke hinweg als Reaktion auf das Anlegen der Spannung fließt. Wie nachstehend ausführlich erklärt wird, überträgt der integrierte Akustik-Datenkoppler 26 das Datensignal 20 von der ersten Vorrichtung 12 über die elektrische Trennstrecke hinweg auf die zweite Vorrichtung 14.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens, mittels welchem das Datenkommunikationssystem 10 Datensignale von der ersten Vorrichtung 12 an die zweite Vorrichtung 14 überträgt. Gemäß diesem Verfahren moduliert der Modulator 24 ein Trägersignal 30, das auf dem Datensignal 22 basiert, das von dem ersten Datenprozessor 16 erzeugt wird (Block 32). Der Modulator 24 mag das Trägersignal 30 gemäß einer oder mehreren Modulationstechniken modulieren, zu denen Frequenzmodulationstechniken, Amplitudenmodulationstechniken und Phasenmodulationstechniken gehören. Ein moduliertes Trägersignal 34 wird an den integrierten Datenkoppler 26 übertragen. Bei manchen Ausführungen wird das modulierte Trägersignal 34 verstärkt, gefiltert oder bearbeitet, bevor es an den integrierten Akustik-Datenkoppler 26 übertragen wird. Der integrierte Akustik-Datenkoppler 26 wandelt das modulierte Trägersignal 34 in Akustik-Energie (Block 36), koppelt die Akustik-Energie über eine elektrische Trennstrecke (Block 38) hinweg, und wandelt die über die elektrische Trennstrecke hinweg gekoppelte Akustik-Energie in ein elektrisches Ausgabesignal oder ein ausgegebenes elektrisches Signal 40 (Block 42). Bei manchen Ausführungen wird das elektrische Ausgabesignal 40 verstärkt, gefiltert oder bearbeitet, ehe es an den Demodulator 28 übertragen wird. Der Demodulator 28 erzeugt das Datenausgabesignal 22 aus dem elektrischen Ausgabessignal 40, das von dem integrierten Akustik-Koppler 26 (Block 44) empfangen wird. Der Demodulator 28 kann das Originaldatensignal 22 aus dem empfangenen elektrischen Datenausgabesignal 40 gemäß einer passenden Demodulationstechnik demodulieren, die der Modulationstechnik entspricht, die vom Modulator 24 verwendet wird.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform des integrierten Akustik-Datenkopplers 26, die eine akustische Resonanzstruktur 46 aufweist, die aus einem ersten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48 und einem zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 50 auf entgegengesetzten Seiten eines Substrats 51 gebildet wird.
  • Bei der abgebildeten Ausführungsform wird jeder der Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48, 50 aus einer jeweiligen Dünnschicht-Piezoelektrik-Struktur 52, 54 gebildet, die sich zwischen einer jeweiligen oberen Elektrode 56, 68 und einer jeweiligen unteren Elektrode 60, 62 befindet. Jede der Piezoelektrik-Strukturen 52, 54 kann aus einer oder mehreren Schichten eines piezoelektrischen Materials gebildet werden. Die eine bzw. mehreren piezoelektrischen Schichten mögen aus einem wurtzitartigen hexagonalen Kristall, wie etwa Kadmiumsulfid, Kadmiumselenid, Zinkoxid, Berylliumoxid, Aluminiumnitrid und Wurtzit-Zink-Sulfid sowie festen Lösungen davon und aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) gebildet werden. Alternativ mögen die eine bzw. mehreren piezoelektrischen Schichten aus einem nicht wurtzitartigen hexagonalen piezoelektrischen Kristallmaterial, wie etwa aus einem kubischen Sphaleritkristall, gebildet werden. Die oberen Elektroden 56, 58 und die unteren Elektroden 60, 62 mögen aus einer oder mehreren Schichten aus Mo, Al, Au, Pt, Ti und Legierungen davon gebildet werden. Jeder der Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48, 50 mag unter Verwendung einer oder mehrerer Dünnschichtdepositionstechniken, photolithographischen Techniken und Mikromaterialbearbeitungstechniken hergestellt werden.
  • Das Substrat 51 mag aus Aluminiumoxid, Glas, Keramik, Saphir oder einem oder mehreren einer beliebigen Anzahl von elektrisch oder galvanisch isolierenden Materialien gebildet werden. Alternativ mag das Substrat 51 aus einem Material, das zumindest teilweise elektrisch leitend ist, und zumindest einer elektrisch isolierenden Schicht bestehen. Zum Beispiel wird bei manchen Ausführungsformen das Substrat aus einem Hoch-Widerstands-Siliziumsubstrat gebildet, das eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten trägt, die aus einem dielektrischen Material gebildet sind, wie etwa Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Das Substrat 51 isoliert den ersten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48 elektrisch von dem zweiten elektrisch 50. Bei manchen Ausführungsformen stellt das Substrat 51 eine elektrische Trennstrecke bereit, die einen Strom von höchstens 10 mA als Reaktion auf das Anlegen einer Spannung von 1000 V über die unteren geerdeten Elektroden 60, 62 fließen lässt. Bei manchen Ausführungsformen hat das Substrat 51 senkrecht zu Oberflächen des Substrats, die jeweils die ersten und zweiten elektroakustischen Dünnschichtwandler 48, 50 tragen, eine Dicke in einem Intervall oder Bereich von 0,1 μm bis 1000 μm.
  • Im Allgemeinen werden die Resonanzfrequenzen der ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48, 50 zuerst durch die Dicken der Piezoelektrik-Strukturen 52, 54 und zweitrangig durch die Dicken und die Materialzusammensetzungen der anderen Schichten bestimmt. Die akustische Resonanzstruktur 46 ist gekennzeichnet durch mindestens eine mechanische Resonanzfrequenz, die der Frequenz entspricht, bei der die halbe Wellenlänge (oder ganzzahlige Vielfache einer halben Wellenlänge) einer Schallwelle, die sich in der akustischen Resonanzstruktur 46 fortpflanzt, ungefähr gleich der Gesamtdicke der akustischen Resonanzstruktur 46 ist. Bei manchen Ausführungsformen werden die Dicken und Zusammensetzungen der konstituierenden Schichten der ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48, 50 und des Substrats 51 derart gewählt, dass die akustische Resonanzstruktur 46 eine Grundresonanzfrequenz aufweist, die im Wesentlichen mit einer spezifizierten Zielfrequenz des Trägersignals 30 übereinstimmt (d.h. innerhalb eines Bereichs von 99 % bis 101 % der Trägersignalfrequenz), und eine Bandbreite, die den Frequenzbereich des modulierten Trägersignals 34 einbezieht. Bei manchen Ausführungsformen werden die ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48, 50 aufgebaut und angeordnet, um Qualitätsfaktorwerte (bzw. Q-Werte) aufzuweisen, die niedriger sind als der Q-Wert der Akustik-Resonanzstruktur 46 insgesamt. Der Q-Wert misst das Verhältnis zwischen der gespeicherten Energie und der verlorenen Energie in einem akustischen Resonator. Der Q-Wert eines Resonators wird stark durch die Qualität der deponierten oder abgeschiedenen Elektroden und der piezoelektrischen Schichten beeinflusst.
  • Das Betriebsfrequenzband des integrierten Akustik-Datenkopplers 24 hegt typischerweise in dem Bereich von 10 MHz bis zu mehreren GHz, oder höher, je nach der gewünschten Größe des integrierten Akustik-Datenkopplers 26 und den Durchlassbandcharakteristiken des elektrisch isolierenden Substrats 51. Für typische Anwendungen kann der integrierte Akustik-Datenkoppler 26 auf einer Chipfläche oder Plättchenfläche ausgeführt werden, die von 50 μm × 50 μm bis 5000 μm × 5000 μm geht. Die Beschaffenheit des integrierten Akustik-Datenkopplers 26 ermöglicht seine Herstellung unter Verwendung von Massenherstellungsverfahren für integrierte Schaltungen, die für eine strenge Überwachung der Operationscharakteristiken des integrierten Akustik-Datenkopplers 26 sorgen. Zudem mögen manche Ausführungsformen des integrierten Akustik-Datenkopplers 26 auf demselben Substrat (z.B. Siliziumsubstrate) mit anderen integrierten Schaltkreiselementen (z.B. CMOS-Schaltkreisen und Vorrichtungen) hergestellt werden. Diese Merkmale des integrierten Akustik-Datenkopplers 26 senken die Herstellungskosten erheblich im Verhältnis zu anderen Arten von nicht integrierten elektrisch isolierenden Datenkopplern.
  • Wie oben erklärt mag das Datensignal 20, das von dem ersten Datenprozessor 16 erzeugt wird, dem Trägersignal 30 auf viele verschiedene Arten überlagert werden.
  • 4 zeigt eine Ausführung des Datenkommunikationssystems 10, wobei der Modulator 24 durch einen Frequenzmodulator und der Demodulator 28 durch einen Frequenzdemodulator ausgeführt ist. Der Frequenzmodulator 24 ändert die Frequenz des Trägersignals 30 basierend auf dem Wert des Datensignals 20. Bei dem abgebildeten Beispiel kann das Datensignal 20 einen von zwei Binärwerten haben, und das modulierte Trägersignal 34 hat eine erste Frequenz, die den ersten Binärwert darstellt, und eine zweite Frequenz, die den zweiten Binärwert darstellt. Der Frequenzmodulator 24 mag in irgendeinen von vielen verschiedenen Frequenzmodulatorschaltkreisen ausgeführt werden, einschließlich einem auf einem Varaktor basierende Frequenzmodulationsschaltkreis, einem auf einem Phasenregelkreis (PLL) (phase-locked loop) basierenden Frequenzmodulatorschaltkreis und einen Vektormodulatorschaltkreis. Der Frequenzdemodulator 28 erzeugt das Ausgangsdatensignal 22 mittels Erfassens der Frequenzen des ausgegebenen elektrischen Signals oder elektrischen Ausgabesignal 40, das von dem integrierten Akustik-Koppler 26 empfangen wird. Der Frequenzdemodulator 28 mag in vielen verschiedenen Frequenzdemodulatorschaltkreisen ausgeführt werden, einschließlich einem auf einem Quadraturmischer basierenden Frequenzmodulationsdetektionsschaltkreis und einem auf einem PLL-Diskriminator basierenden Frequenzmodulationsdetektionsschaltkreis.
  • 5 zeigt eine Ausführung des Datenkommunikationssystems 10, wobei der Modulator 24 durch einen Amplitudenmodulator und der Demodulator 28 durch einen Amplitudendemodulator ausgeführt wird. Der Amplitudenmodulator 24 ändert die Amplitude des Trägersignals 30 basierend auf dem Wert des Datensignals 20. Bei dem abgebildeten Beispiel kann das Datensignal 20 einen von zwei Binärwerten haben, und das modulierte Trägersignal 34 hat eine erste Amplitude, die den ersten Binärwert darstellt, und eine zweite Amplitude, die den zweiten Binärwert darstellt. Der Amplitudenmodulator 24 mag durch einen von vielen verschiedenen Amplitudenmodulatorschaltkreisen ausgeführt werden, einschließlich einem auf Ein-Aus-Tastung (on-off-keying) basierenden Amplitudenmodulationsschaltkreis und einem auf einem Mischer basierende Amplitudenmodulationsschaltkreis, der auf den Werten des Datensignals 20 basierend einem Trägersignal 30 mit fester Amplitude ein vorgeformtes Datensignal überlagert. Der Amplitudendemodulator 28 erzeugt das Datenausgabesignal oder ausgegebene Datensignal 22 mittels Erfassens der Amplituden des elektrischen Ausgabesignals oder ausgegebenen elektrischen Signals 40, das von dem integrierten Akustik-Datenkoppler 26 empfangen wird. Der Amplitudendemodulator 28 mag durch viele verschiedene Amplitudendemodulatorschaltkreise ausgeführt werden, einschließlich einem Amplitudenmodulations-Hüllkurvendetektorschaltkreis und einem Amplitudenmodulations-Kohärenzdetektorschaltkreis.
  • 6 zeigt eine Ausführung des Datenkommunikationssystems 10, wobei der Modulator 24 von einem Phasenmodulator und der Demodulator 28 von einem Phasendemodulator ausgeführt ist. Der Phasenmodulator ändert die Phase des Trägersignals 30 basierend auf dem Wert des Datensignals 20. Bei dem abgebildeten Beispiel kann das Datensignal 20 einen von zwei Binärwerten haben, und das modulierte Trägersignal 34 hat eine erste Phase, die den ersten Binärwert darstellt, und eine zweite Phase, die den zweiten Binärwert darstellt. Der Phasenmodulator 24 mag durch einen beliebigen von vielen verschiedenen Amplitudenmodulatorschaltkreisen ausgeführt werden, einschließlich einem Schaltkreis, der einen Integrierer, der das Datensignal 20 empfängt, und einen Frequenzmodulator, der den Ausgang des Integrierers empfängt, aufweist. Der Phasendemodulator 28 erzeugt das Datenausgabesignal 22 mittels Erfassens der Phasen des ausgegebenen elektrischen Signals 40, das von dem integrierten Akustik-Koppler 26 empfangen wird. Der Phasendemodulator 28 mag durch viele verschiedene Phasendemodulatorschaltkreise ausgeführt sein, einschließlich einem Remodulations-Typ von Phasensynchronisierungsschaltkreis.
  • 7 zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 70, das zu einer bidirektionalen Datenkommunikation über eine elektrische Trennstrecke hinweg fähig ist. Das Datenkommunikationssystem 70 weist einen ersten Modulator/Demodulator (bzw. "Modem") 72, einen zweiten Modulator/Demodulator 74 und einen elektrisch isolierenden Akustik-Wandler 76 auf. Jeder der Modulatoren moduliert ein jeweiliges Trägersignal 78, 80 basierend auf einem jeweiligen Eingangsdatendsignal 82, 84, das von einer jeweiligen Vorrichtung der ersten und zweiten Vorrichtungen 12, 14 empfangen wird. Jeder der Demodulatoren erzeugt ein jeweiliges Datenausgabesignal 86, 88 aus einem jeweiligen Eingangssignal 90, 92, das von dem akustischen Wandler 76 empfangen wird.
  • Der akustische Wandler 76 weist einen ersten Akustik-Datenkoppler 94 und einen zweiten Akustik-Datenkoppler 96 auf. Jeder der ersten und zweiten Akustik-Datenkoppler 94 und 96 weist eine jeweilige akustische Resonanzstruktur 97, 99 auf, die ein jeweiliges Paar von Elektroakustik-Wandlern 98, 100 und 102, 104 auf entgegengesetzten Seiten des Substrats 51 aufweist. Jeder der Elektroakustik-Wandler 98 bis 104 mag eine beliebige Art von akustischen Resonator sein, einschließlich Resonatoren, die mit akustischen Volumenwellen arbeitet (Bulk Acoustic Wave, BAW), die aus einer oder mehreren piezoelektrischen Schichten gebildet werden, die zwischen zwei Elektroden angeordnet sind. Bei der in 7 gezeigten Beispielausführung wird jeder der Elektroakustik-Wandler 98 bis 104 aus einer jeweiligen Dünnschicht-Piezoelektrik-Struktur gebildet, die sich zwischen einer jeweiligen oberen Elektrode und einer jeweiligen unteren Elektrode befindet, wie oben in Verbindung mit den in 3 gezeigten Elektroakustik-Wandlern 48, 50 beschrieben.
  • Die akustischen Resonanzstrukturen 97, 99 haben jeweilige akustische Grundresonanzfrequenzen, die gleich oder unterschiedlich sein mögen. Die Auswahl der akustischen Grundresonanzfrequenzen der akustischen Resonanzstrukturen 97, 99 mag von mehreren Faktoren abhängig sein, einschließlich die laterale Separation zwischen den akustischen Resonanzstrukturen 97, 99, die Materialzusammensetzungen der Komponenten der akustischen Resonanzstrukturen 97, 99 und die Art der Modulation, die verwendet wird, um die Datensignale 82, 84 über die elektrische Trennstrecke hinweg zu übertragen. Die Dicken und Materialzusammensetzungen der konstituierenden Schichten der akustischen Resonanzstrukturen 97, 99 werden derart gewählt, dass die akustischen Resonanzstrukturen 97, 99 die ausgewählten akustischen Grundresonanzfrequenzen haben.
  • 8 zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 110, das den in 1 gezeigten Akustik-Datenkoppler 10 aufweist, der mit einem Akustik-Leistungswandler 112 auf dem Substrat 51 integriert ist. Der Akustik-Leistungswandler 112 überträgt elektrische Energie von einem Energiequellen schaltkreis 114 über die elektrische Trennstrecke hinweg, die durch das Substrat 51 bereitgestellt wird, an einen Energieextraktionsschaltkreis 116.
  • Der Akustik-Leistungswandler 112 weist ein Paar Elektroakustik-Wandler 118, 120 auf entgegengesetzten Seiten des Substrats 51 auf. Jeder der Elektroakustik-Wandler 118, 120 mag ein beliebiger akustischer Resonator sein, einschließlich Resonatoren, die mit akustischen Volumenwellen arbeiten (BAW), die aus einer oder mehreren Piezoelektrik-Schichten gebildet werden, die zwischen zwei Elektroden angeordnet sind. Bei der in 8 gezeigten Beispielausführung wird jeder der Elektroakustik-Wandler 118, 120 aus einer jeweiligen Dünnschicht-Piezoelektrik-Struktur gebildet, die sich zwischen einer jeweiligen oberen Elektrode und einer jeweiligen unteren Elektrode wie oben in Verbindung mit den in 3 gezeigten Elektroakustik-Wandlern 48, 50 beschrieben befindet.
  • Die akustischen Resonanzstrukturen 46, 124 des Akustik-Datenkopplers 26 und des Akustik-Leistungswandlers 112 haben jeweilige akustische Grundresonanzfrequenzen, die gleich oder unterschiedlich sein mögen. Die Auswahl der akustischen Grundresonanzfrequenzen der akustischen Resonanzstrukturen 46, 124 mag von mehreren Faktoren abhängig sein, einschließlich der Frequenzabhängigkeit der Kopplungseffizienz der Energie- und Datensignale über die elektrische Trennstrecke hinweg, der lateralen Trennung zwischen den akustischen Resonanzstrukturen 46, 124, den Materialzusammensetzungen der Komponenten der akustischen Resonanzstrukturen 46, 124, und die Art der Modulation, die verwendet wird, um das Datensignal 20 über die elektrische Trennstrecke hinweg zu übertragen. Die Dicken und Materialzusammensetzungen der konstituierenden Schichten der akustischen Resonanzstrukturen 46, 124 werden derart gewählt, dass die akustischen Resonanzstrukturen 46, 124 die ausgewählten akustischen Grundresonanzfrequenzen haben.
  • Der Energiequellenschaltkreis 114 weist einen Oszillator 126 und einen Verstärker 127 auf. Der Oszillator 126 hat einen Eingang, der über die Anschlussklemmen oder Terminals einer Gleichstromenergiequelle 128 hinweg gekoppelt ist, und einen Ausgang, der über die Eingangsanschlussklemmen des Verstärkers 127 hinweg gekoppelt ist. Der Ausgang des Verstärkers 127 ist mit der Eingangselektrode des Elektroakustik-Wandlers 118 gekoppelt. Der Energieextraktionsschaltkreis 116 weist einen Richt- und Glättungsschaltkreis 130 mit einem Eingang, der über die Elektroden des Elektroakustik-Wandlers 120 hinweg gekoppelt ist, und einem Ausgang, der Gleichstromenergie an den Demodulator 28 und die zweite Vorrichtung 14 liefert. Im Betrieb wandelt der Oszillator 126 die Gleichstromeingangsenergie oder Gleichstromeingangsleistung, die von der Gleichstromenergiequelle 128 empfangen wird, in Wechselstromenergie oder Wechselstromleistung. Der Verstärker 127 verstärkt die Wechselstromenergie aus dem Oszillator 126 und treibt den Elektroakustik-Wandler 118 mit verstärkter Wechselstromeingangsenergie an. Der Akustik-Leistungswandler 112 koppelt die Wechselstromeingangsenergie vom Ausgang des Energiequellenschaltkreises 114 über die elektrische Trennstrecke hinweg, die von dem Substrat 51 bereitgestellt wird, mit dem Eingang des Energieextraktionsschaltkreis bzw. Leistungsextraktionsschaltkreis 116. Der Richt- und Glättungsschaltkreis 130 richtet die von dem Akustik-Leistungswandler 122 empfangene Wechselstromenergie gleich, um ungefilterte Gleichstromenergie zu erzeugen, und filtert dann die ungefilterte Gleichstromenergie, um an den Ausgangsanschlussklemmen 136, 138, die an den Demodulator 28 und die zweite Vorrichtung 14 angeschlossen sind, Gleichstromausgangsenergie bereitzustellen.
  • Zusätzlich zu dem Akustik-Leistungswandler 112, dem Energiequellenschaltkreis 114 und dem Energiegewinnungsschaltkreis 116 mag das Datenkommunikationssystem 110 eine Rückkopplungsschaltung (nicht gezeigt) aufweisen, die ausgestaltet ist, die Frequenz der Wechselstromeingangsenergie so zu steuern, dass konstante Gleichstromenergie an den Verbraucher 134 geliefert werden kann, ungeachtet der Variationen, die durch Temperatur- und Arbeitsstromschwankungen hervorgerufen werden. Einzelheiten bezüglich Aufbau und Betrieb des Rückkopplungsschaltung sind der ebenfalls anhängigen amerikanischen Patentanmeldung Nr. 10/971,169 , eingereicht am 22. Oktober 2004, von John D. Larson, III et al. et al. unter dem Titel "Piezoelectric Isolating Transformer", zu entnehmen.
  • 9A zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 140, das einen Sendeschaltkreis 142, einen Akustik-Koppler 144 und einen Empfangsschaltkreis 146 aufweist. Der Sendeschaltkreis 142 weist einen Modulator 148 und einen Verstärker 150 auf, die auf einem ersten Substrat 152 (z.B. einer Leiterplatte) montiert sind. Der Modulator 148 kann ebenso wie der Modulator 24, der oben beschrieben und in 3 gezeigt ist, ausgeführt werden. Der Akustik-Koppler 144 wird auf einem zweiten Substrat 154 (z.B. einer Leiterplatte) montiert. Der Akustik-Koppler 144 stellt eine elektrische Trennstrecke zwischen den jeweiligen Bauteilen der Sende- und Empfangsschaltkreise 142, 146 bereit und ermöglicht dabei eine unidirektionale oder bidirektionale Datenkommunikation über die elektrische Trennstrecke hinweg. Der Akustik-Koppler 144 mag eine oder mehrere der Akustik-Kopplungsstrukturen 46, 97, 99 und 124 aufweisen, die oben beschrieben und in 3, 7 und 8 gezeigt werden. Der Empfangsschaltkreis 146 weist einen Verstärker 156 und einen Demodulator 158 auf, die auf einem dritten Substrat 160 (z.B. einer Leiterplatte) angebracht sind. Eine elektrische Verbindung 162 schaltet die Komponenten des ersten Substrats 152 elektrisch mit den Bauteilen auf einer Seite der elektrischen Trennstrecke zusammen, und eine elektrische Verbindung 164 schaltet die Komponenten des dritten Substrats 160 elektrisch mit den Bauteilen auf einer zweiten Seite der elektrischen Trennstrecke zusammen. Die ersten und dritten Substrate 152, 160 teilen nicht dieselbe elektrische Erdung und sind daher galvanisch voneinander getrennt.
  • 9B zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 166, das dem in 9A gezeigten Datenkommunikationssystem 140 entspricht, außer dass der Sendeschaltkreis 142, der Akustik-Koppler 144 und der Empfangsschaltkreis 146 auf demselben Substrat 168 montiert sind.
  • 10 zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 170, bei dem ein Sendeschaltkreis 172 und ein Empfangsschaltkreis 174 auf demselben Substrat 51 mit dem Akustik-Datenkoppler 10 integriert sind. Bei dieser Ausführungsform sind der Sendeschaltkreis 172 und der Empfangsschaltkreis 174 lateral mit den Elektroakustik-Wandlern des Akustik-Datenkopplers 10 integriert über die entgegengesetzten Oberflächen des Substrats 51. Bei anderen Ausführungsformen werden der Sendeschaltkreis 172 und der Empfangsschaltkreis 174 auf derselben Seite des Substrats 51 gebildet. Bei manchen Ausführungsformen werden die Elektroakustik-Wandler mit den Sende- und Empfangsschaltkreisen 172, 174 in eine einzige monolithische Vorrichtung vertikal (d.h. in einer Richtung, die im Wesentlichen zu der Schallwellenausbreitungsrichtung durch das Substrat 51 hindurch parallel ist) integriert.
  • Der Sendeschaltkreis 172 und der Empfangsschaltkreis 174 mögen unter Verwendung bekannter Verfahren zur Herstellung von elektronischen Schaltkreisen (z.B. CMOS-Herstellungsverfahren) gebildet werden, und die Elektroakustik-Wandler 48, 50 können unter Verwendung von bekannten Techniken zum Abscheiden oder Deponieren und Strukturieren von Dünnschichten gebildet werden. Im Allgemeinen sollten die Verfahren zum Bilden der elektronischen Schaltkreise der Sende- und Empfangsschaltkreise 172, 174 von Wärmegradienten und Schadstoffen, die aus irgendwelchen nicht kompatiblen Verfahren stammen, die verwendet werden, um die Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler 48, 50 herzustellen, getrennt sein.
  • In Ausführungsformen, bei denen die Sende- und Empfangsschaltkreise 172, 174 mit dem Akustik-Datenkoppler 10 integriert sind, sind die Strecken, welche die Signale zwischen den Elektroakustik-Wandlern 48, 50 und den elektronischen Schaltkreisen zurücklegen müssen wesentlich kürzer, und die Anzahl der Verbindungen ist wesentlich geringer als bei nicht integrierten Vorrichtungen, bei denen der Sendeschaltkreis 172, der Empfangsschaltkreis 174 und der Akustik-Datenkoppler 10 durch getrennte Komponenten ausgeführt sind. Daraus ergibt sich, dass die Leistung und Empfindlichkeit dieser Ausführungsformen wesentlich höher sind. Zudem mögen diese Ausführungsformen durch monolithische Vorrichtungen ausgeführt werden, die typischerweise kleiner sind als nicht integrierte Vorrichtungen, und sind bei der Herstellung durch größere Zuverlässigkeit und geringere Kosten gekennzeichnet.
  • 11 zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 176, das dem in 10 gezeigten Datenkommunikationssystem 170 entspricht, außer dass die Sende- und Empfangsschaltkreise 172, 174 auf einer Innenfläche einer Kappenstruktur 178 gebildet sind, die einer Seite des Substrats 51 zugewandt ist, wie z.B. in der US Patentanmeldung Nr. 2005/0 093 659 beschrieben. Die Kappenstruktur 178 dichtet den Elektroakustik-Wandler 178 ab und schützt ihn, wie z.B. in der US Patentanmeldung Nr. 2005/0 109 455 beschrieben. Die Kappenstruktur 178 stellt auch Kontakte bereit, die elektrisch an die Elektroakustik-Wandler 48, 50 und die Sende- und Empfangsschaltkreise 172, 174 angeschlossen sind. Die Kappenstruktur 178 mag aus einem Substrat gebildet werden (z.B. einem Wafer aus Halbleitermaterial, wie etwa Silizium), das unter Verwendung eines Metallklebers oder unter Verwendung eines nicht metallischen Klebematerials, wie etwa Benzocyclobuten (BCB), Polyimid oder eines amorphen Fluorkohlenstoffpolymers (z.B. CYTOP®), auf das Substrat 51 gebondet werden mag. Die Kappenstruktur 178 weist eine Unterseite mit einer Vertiefung, die einen oberen Teil des Hohlraums definiert, der den Elektroakustik-Wandler 48 enthält, und eine Oberseite auf, die Durchgänge aufweist, durch welche hindurch sich die externen Kontakte bis zu den Elektroden des Elektroakustik-Wandlers 48 erstrecken. Die elektrischen Kontakte für den Empfangsschaltkreis 174 mögen über Metallspuren, die sich durch das Substrat 51 hindurch erstrecken, oder über Metallspuren, die sich über die Seitenränder des Substrats 51 erstrecken, elektrisch an den Elektroakustik-Wandler 50 angeschlossen werden.
  • 12 zeigt eine Ausführungsform eines Datenkommunikationssystems 180, das dem in 10 gezeigten Datenkommunikationssystem 170 entspricht, außer dass das Datenkommunikationssystem 180 zusätzlich eine Elektrode 182 aufweist, die in das Substrat 51 integriert ist. Die Elektrode 182 ist elektrisch an eine Erdung 184 gelegt, die von den Erdungspfaden der Elektroakustik-Wandler 48, 50, des Sendeschaltkreises 172 und des Empfangsschaltkreises 174 elektrisch getrennt ist. Somit stellt die Elektrode 182 einen elektrostatischen Schild bereit, der die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroakustik-Wandlern 48, 50 und zwischen anderen elektrischen Komponenten auf entgegengesetzten Seiten des Substrats 51 reduziert.
  • Weitere Ausführungen sind im Umfang der Ansprüche inbegriffen.
  • Zusammenfassung
  • Nach einem Gesichtspunkt umfasst ein Datenkommunikationssystem einen Modulator, einen integrierten Akustik-Datenkoppler und einen Demodulator. Der Modulator moduliert ein Trägersignal mit einer Frequenz in einem Betriebsfrequenzbereich in Reaktion auf ein Dateneingangssignal und stellt das modulierte Trägersignal an einem Modulatorausgang bereit. Der integrierte Akustik-Datenkoppler umfasst eine akustische Resonanzstruktur, die eine oder mehrere akustische Resonanzfrequenzen im Betriebsfrequenzbereich hat. Die akustische Resonanzstruktur umfasst einen ersten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler, der elektrisch mit dem Modulatorausgang gekoppelt ist, einen zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler und ein Substrat. Das Substrat trägt, koppelt akustisch und schafft eine elektrische Trennstrecke zwischen den ersten und zweiten Elektroakustik-Wandler. Der Demodulator verfügt über einen Demodulatoreingang, der mit dem zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler gekoppelt ist und betreibbar ist, ein Datenausgabesignal aus einem Eingangssignal zu erzeugen, das an dem Demodulatoreingang empfangen wird.

Claims (21)

  1. System zum Kommunizieren eines Datensignals über eine elektrische Trennstrecke hinweg, aufweisend: – einen Modulator, der betreibbar ist, ein Trägersignal, das eine Frequenz in einem Betriebsfrequenzbereich hat, in Reaktion auf ein Dateneingangssignal zu modulieren, und das modulierte Trägersignal an einem Modulatorausgang bereitzustellen; – ein integrierter Akustik-Datenkoppler, der eine akustische Resonanzstruktur aufweist, die eine oder mehrere akustische Resonanzfrequenzen in dem Betriebsfrequenzbereich hat, wobei die akustische Resonanzstruktur folgendes aufweist: – einen ersten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler, der elektrisch mit dem Modulatorausgang gekoppelt ist, – einen zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler, und – ein Substrat, das eine elektrische Trennstrecke zwischen den ersten und zweiten Elektroakustik-Wandlern trägt, akustisch koppelt und bereitstellt; und – einen Demodulator mit einem Demodulatoreingang, der mit dem zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler gekoppelt ist und betreibbar ist, ein Datenausgabesignal aus einem an dem Demodulatoreingang empfangenen Eingangssignal zu erzeugen.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei der Betriebsfrequenzbereich eine untere Grenze von 10 MHz hat.
  3. System gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die akustische Resonanzstruktur eine Grundresonanzfrequenz in einem Bereich von 99 % bis 101 % der Frequenz des Trägersignals hat.
  4. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat ein elektrisch isolierendes Material zwischen den ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler aufweist.
  5. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der integrierte Akustik-Datenkoppler einen Strom von höchstens 10 mA zieht, wenn 1000 V über den integrierten Akustik-Datenkoppler angelegt werden.
  6. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend einen ersten elektrischen Erdungspfad zwischen dem ersten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler und dem Modulator und einen zweiten elektrischen Erdungspfad zwischen dem zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler und dem Demodulator, wobei die ersten und zweiten elektrischen Erdungspfade voneinander elektrisch getrennt sind.
  7. System gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend einen dritten elektrischen Erdungspfad zwischen den ersten und zweiten elektrischen Erdungspfaden, wobei der dritte elektrische Erdungspfad sowohl von dem ersten als auch dem zweiten elektrischen Erdungspfad elektrisch isoliert ist.
  8. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler eine Schicht eines piezoelektrischen Materials zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode aufweist.
  9. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat eine Dicke in einem Intervall von 0,1 μm bis 1000 μm aufweist, die zu Oberflächen des Substrats, die jeweils die ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler tragen, senkrecht ist.
  10. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der ersten und zweiten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler mindestens eine jeweilige laterale Abmessung, die in einem Intervall von 50 μm bis 5000 μm liegt, in einer Ebene hat, die zu einer Oberfläche, die den jeweiligen Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler trägt, des Substrats senkrecht ist.
  11. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend einen ersten Verstärker, der zwischen dem Modulator und dem integrierten Akustik-Datenkoppler gekoppelt ist und betreibbar ist, das modulierte Trägersignal zu verstärken, und einen zweiten Verstärker, der zwischen dem Demodulator und dem integrierten akustischen Datenausgang gekoppelt ist und betreibbar ist, ein ausgegebenes elektrisches Signal zu verstärken, das von dem integrierten Akustik-Datenkoppler erzeugt wird.
  12. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Modulator einen Frequenzmodulator aufweist, der die Frequenz des Trägersignals in Reaktion auf das Dateneingangssignal moduliert.
  13. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Modulator einen Amplitudenmodulator aufweist, der die Amplitude des Trägersignals in Reaktion auf das Dateneingangssignal moduliert.
  14. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Modulator einen Phasenmodulator aufweist, der die Phase des Trägersignals in Reaktion auf das Dateneingangssignal moduliert.
  15. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Demodulator einen Frequenzmodulationsdetektor aufweist, der das Datenausgabesignal mit logischen Pegeln erzeugt, die auf Frequenzvariationen im Eingangssignal ansprechen, das an dem Demodulatoreingang empfangen wird.
  16. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Demodulator einen Amplitudenmodulationsdetektor aufweist, der das Datenausgabesignal mit logischen Pegeln erzeugt, die auf Amplitudenvariationen im Eingangssignal ansprechen, das an dem Demodulatoreingang empfangen wird.
  17. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Demodulator einen Phasenmodulationsdetektor aufweist, der das Datenausgabesignal mit logischen Pegeln erzeugt, die auf Phasenvariaionen im Eingangssignal ansprechen, das an dem Demodulatoreingang empfangen wird.
  18. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: – einen Oszillator, betreibbar ein elektrisches Wechselstromenergieeingangssignal auf einer Frequenz innerhalb des Betriebsfrequenzbereichs zu erzeugen; – einen dritten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler und einen vierten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler auf entgegengesetzten Seiten des Substrats, wobei der dritte Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler das elektrische Wechselstromenergieeingangssignal in akustische Energie wandelt, die über das Substrat hinweg gekoppelt ist, und von dem vierten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler in ein elektrisches Wechselstromenergieausgabesignal gewandelt wird; und – eine Richtschaltung, die mit dem vierten Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler gekoppelt ist und betreibbar ist, das elektrische Wechselstromenergieausgabesignal in elektrische Gleichstromenergie zu wandeln.
  19. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend ein zweites Substrat, ein drittes Substrat und ein viertes Substrat, wobei der Modulator auf dem zweiten Substrat, der integrierte Akustik-Datenkoppler auf dem dritten Substrat und der Demodulator auf dem vierten Substrat montiert ist.
  20. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Modulator und der erste Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler sich auf einer ersten Seite des Substrats befinden und der Demodulator und der zweite Dünnschicht-Elektroakustik-Wandler sich auf einer zweiten Seite des Substrats gegenüber der ersten Seite befinden.
  21. Verfahren zum Kommunizieren eines Datensignals über eine elektrische Trennstrecke, wobei das Verfahren aufweist: – Modulieren eines Trägersignals mit einer Frequenz von mindestens 10 MHz in Reaktion auf ein Dateneingangssignal; – Wandeln eines elektrischen Eingangssignals, das zu dem modulierten Trägersignal korrespondiert, in akustische Energie; – Koppeln der akustischen Energie über eine elektrische Trennstrecke hinweg; – Wandeln der akustischen Energie, die über die elektrische Trennstrecke hinweg gekoppelt ist, in ein elektrisches Ausgabessignal; und – Erzeugen eines Datenausgabesignals aus dem elektrischen Ausgabessignal.
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