CN101276399A - 将非接触集成电路耦合到近场通信组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将非接触操作型主集成电路(ICC)耦合到包含天线电路(ACT)的NFC组件(NFCM1)的方法，其中该天线电路(ACT)用于不接触地接收和发送数据，主集成电路包含天线连接终端(TA、TB)。根据本发明，集成电路的至少一个天线连接终端(TA、TB)连接至NFC组件的天线终端(DT1、DT2)。应用于实现NFC芯片组，具体说是移动电话。
Description
技术领域
本发明涉及近场通信(NFC，Near Field Communication)技术的开发和改进。
背景技术
目前，NFC技术由名为NFC论坛(http://www.nfc-forum.org)的工业协会开发。NFC技术源于RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术，使用具有非接触通信接口(非接触数据发送/接收)和多种操作模式的NFC组件，上述多种操作模式即“读取器”模式、“卡仿真”模式和“装置”模式(也被称为“装置-装置”模式)。在读取器模式或有源模式下，NFC组件运作以类似常规RFID读取器来读取或写入访问RFID芯片(具体说为芯片卡或非接触式标签)。该NFC组件发出磁场，通过调制磁场幅度发送数据，并接收逆向调制(retromodulation)(load modulation，负载调制)发送的数据。在申请人的EP1 327 222号专利已经说明的仿真模式或无源模式下，NFC组件像收发机一样运行，以与有源模式下的读取器或NFC组件对话，并被其它读取器或NFC组件视为RFID芯片。组件在无源模式下不发出任何磁场，通过解调其他读取器发出的磁场接收数据，并通过逆向调制发送数据。在很少使用的装置模式下，NFC组件处于有源模式以发送数据和无源模式以接收数据。
除了上述工作模式之外，NFC组件还可以实施多种非接触式通信协议，例如可以根据ISO 14443-A协议和ISO 14443-B协议等各种协议交换数据。每个协议都定义磁场发射频率、用以在有源模式下发送数据的磁场幅度调制方法，以及用以在无源模式下发送数据的逆向调制方法。因而，NFC组件为多模式多协议装置。例如申请人销售的名为″微读(MicroRead)″的NFC组件。
由于NFC组件的广大通信能力，其可以集成在像手机或PDA(个人数字助理)的便携式装置中。因而，生产出了图1所示类型的芯片组，其将标记为NFCM的NFC组件与至少一个第一主处理器HP1连接。如图所示，在多种应用中，NFC芯片组还包含第二主处理器HP2，有时还可以包含第三或更多的主处理器。
主处理器HP1例如安全集成电路，就像SIM(Subscriber IdentityModule，用户身份模块)卡的集成电路，主处理器HP2例如是像移动电话的基带电路(“组件”或无线电话电路)的非安全处理器。NFC组件的资源受处理器HP1、HP2支配，以使处理器能够管理非接触式应用。上述应用如图2所示，其表示装配有图1中的NFC芯片组的移动电话30，其包含NFC组件和主处理器HP1、HP2。该图表示了AP1、AP2和AP3型应用。在AP1型应用中，NFC组件在读取模式下读取或写入非接触式集成电路CLCT，例如电子商务卡或广告标志。在这种情况下，移动电话像RFID读取器一样使用。在AP2型应用中，电话30的NFC组件处于卡仿真模式，以被传统RD读取器读取。它们通常是付费或付费通道控制应用(付款机，地铁入口等)。这样，移动电话30像芯片卡一样使用。在AP3型应用中，电话30的NFC组件处于装置模式下，与其他装置、例如集成到另一移动电话31或电脑32中的另一组件NFCM’对话。
AP1和AP3型应用通常由非安全处理器HP2管理，而AP2型应用因为访问服务需要用户的安全识别，所以通常由安全处理器HP1管理，如图1所示。自由和非安全的AP2型应用也可以由处理器HP2管理，例如读取电话中的“详细资料”型的数据(地址和电话号码)等等。
因此，实现NFC芯片组需要提供NFC组件和各主处理器HP1、HP2之间的数据流的路由。这些数据流包含NFC组件通过其非接触通信接口接收并向主处理器路由的输入数据，以及由主处理器发送并为之向NFC组件路由、以将其通过非接触通信接口发送的输出数据。
在NFC组件和“基带”型主处理器HP2之间建立数据通路通常不会引起任何技术问题，因为集成到移动电话中的主处理器具有扩展通信装置，例如允许数据高速传输的UART(Universal Asynchronous ReceivingTransmitting，通用异步收发)通信端口。
在NFC组件以及作为主处理器HP1的安全集成电路IC之间建立数据通路示于图3，其示意性表示图1中组件NFCM的构造以及与集成电路IC的连接。
组件NFCM包含非接触式接口电路CLINT，连接至电路CLINT、包含天线线圈Lr的天线电路ACT、主要处理器NFCC(微处理器或微控制器)以及要与集成电路IC连接的接口电路INT1。在有源模式中，NFC组件的天线线圈以载波频率Fc向例如非接触式集成电路CLCT的外部装置EXTD发射磁场FLD1(图1)。在无源模式中，天线线圈通过电感耦合接收由例如阅读器RD或另一组件NFCM′的外部装置EXTD发射的载波频率FC的磁场FLD2(图1)。
图4A表示组件NFCM与ISO 7816型接触式集成电路IC1的连接，包含ISO 7816接触垫，即VCC、GND、IO、RST、CLK(电源、接地、数据输入/输出、重置和时钟)。这些最初设计成用来通过ISO 7816总线与读卡器交换数据的接触垫在此连接至接口电路INT1，该接口电路INT1设置成确保ISO 7816总线的管理、并转换总线承载的输入和输出数据。
为了使非接触式集成电路耦合至NFC组件，提出了一种特殊的通信总线，称为总线S2C，以及图4B所示类型的连接。所示的非接触式集成电路IC2通过专用的接点连接至接口电路INT1。电路INT1在此设置成确保总线S2C承载的输入和输出数据的转换。总线S2C包含由集成电路发送的信号1和由NFC组件发送的信号SIGOUT。信号1承载数据载波逆向调制信号的包络，组件NFCM必须将其施加到其天线电路。信号SIGOUT为振荡信号，其具有PSK(Phase Shift Keying，移相键控)调制，代表无源模式中组件NFCM接收的磁场的幅度的变动，从而代表组件NFCM接收的数据。
然而，总线S2C具有多种缺点。一方面，其需要通过增加接口电路SC2调整现有的非接触式集成电路。因此，制造商必须一方面制造成批的用于非接触式应用的集成电路，另一方面，制造成批的装有接口SC2的改造的集成电路。提供不但能以传统方式使用而又能集成到NFC芯片组中的非接触式集成电路、而不产生会影响成本的集成电路设计的差异性非常重要。此外，总线S2C不能形成能量传输。因此，如果集成电路完全无源，则必须提供附加的连接Vcc和GND，以提供供电电压Vcc和相应的接地GND，如图4B所示。
因此，本发明以一种在NFC组件和非接触式集成电路之间交换数据的方法为目标，其给集成电路带来的改变最小，以使非接触式集成电路的生产合理化。
发明内容
为了达到此目的，本发明提供一种将非接触操作型主集成电路耦合到包含天线电路的NFC组件的方法，其中该天线电路用于不接触地接收和发送数据，主集成电路包含天线连接终端，该方法包含将主集成电路的至少一个天线连接终端连接至NFC组件的天线终端的步骤。
根据一实施例，该方法包含将主集成电路的至少一个天线连接终端通过由NFC组件驱动的开关连接至NFC组件的天线终端的步骤。
根据一实施例，该方法包含将主集成电路的天线连接终端通过向主集成电路供应供电电压的整流电路连接至NFC组件的天线终端的步骤。
根据一实施例，该方法包含将主集成电路的天线连接终端通过适配电容器连接至NFC组件的天线终端、并考虑适配电容器在工作频率调谐天线电路的步骤。
根据一实施例，该方法包含在NFC组件中提供监视电路、并将监视电路的至少一个终端连接至NFC组件的天线终端的步骤。
根据一实施例，该方法包含：为了将主集成电路耦合至NFC组件并在主电路和NFC组件间实现数据通路，使NFC组件向其天线电路施加根据将要发送到主集成电路的数据而调制的天线信号、并使主集成电路解调该天线信号以提取NFC组件发送的数据的步骤。
根据一实施例，该方法还包含使主集成电路根据将要发送到NFC模块的数据来调制天线信号、并使NFC组件解调该天线信号以提取该集成电路发送的数据的步骤。
根据一实施例，为了将主集成电路耦合至NFC组件并在主电路和包含天线电路的外部NFC组件间建立数据通路，该方法包含以下步骤：使外部NFC组件发送根据将要发送到主集成电路的数据而调制的电感耦合或电耦合信号，通过NFC组件的天线电路接收电感耦合或电耦合信号，以及使主集成电路解调该天线信号以提取外部NFC组件发送的数据。
根据一实施例，该方法包含以下步骤：在NFC组件中提供监视电路，也使监视电路解调该天线信号，并提取数据，以及向NFC组件提供该监视电路提取的数据。
根据一实施例，该方法包含以下步骤：使主集成电路根据将要发送到外部NFC组件的数据调制天线信号，通过外部NFC组件的天线电路接收调制信号，以及使外部NFC组件解调该调制信号以提取主集成电路发送的数据。
本发明还涉及一种包含NFC组件的NFC芯片组，其中该NFC组件包含用于不接触地接收和发送数据的天线电路，以及包含天线连接终端的非接触操作型主集成电路，其中，该主集成电路的至少一个天线连接终端连接至NFC组件的天线终端。
根据一实施例，主集成电路的至少一个天线连接终端通过由NFC组件驱动的开关连接至NFC组件的天线终端。
根据一实施例，主集成电路的天线连接终端通过向主集成电路供应供电电压的整流电路连接至NFC组件的天线终端。
根据一实施例，主集成电路的天线连接终端通过适配电容器连接至NFC组件的天线终端，该适配电容器形成NFC组件天线电路的一部分，用以在工作频率调谐天线电路。
根据一实施例，NFC组件包含监视电路，该监视电路连接至NFC组件的天线终端，配置成解调主集成电路接收的数据。
根据一实施例，NFC组件设置成包含操作模式，在该模式中，NFC组件向天线电路施加根据将要发送到主集成电路的数据而调制的天线信号，并从天线电路中提取主集成电路发送的数据载波调制信号。
根据一实施例，主集成电路设置成解调该天线信号以提取由外部NFC组件或NFC组件发送的数据。
根据一实施例，主集成电路设置成根据将要发送到外部NFC组件或NFC组件的数据来调制天线信号。
本发明还涉及包含根据本发明的芯片组的电子物品，具体说是移动电话或PDA。
本发明还涉及一种NFC组件，其包含用于不接触地接收和发送数据的天线电路，以及用于使NFC组件与包含天线连接终端的非接触操作型主集成电路耦合的适配模块，其中适配模块包含：连接至NFC组件的天线终端的第一终端，用于连接至主集成电路天线连接终端的主集成电路的第二连接终端，以及第一和第二终端之间的电连接。
根据一实施例，电连接包含由NFC组件驱动的开关。
根据一实施例，电连接包含配置在适配电路的第一终端和第二终端之间的整流电路，其用于向主集成电路提供供电电压。
根据一实施例，电连接包含配置在适配电路的第一终端和第二终端之间的适配电容器，该适配电容器形成天线电路的一部分，用以在工作频率调谐天线电路。
根据一实施例，NFC组件包含连接至适配模块第一终端的监视电路。
根据一实施例，该监视电路设置成解调天线信号并提取天线信号中存在的数据。
以下将对实施本发明方法的实例进行说明。这些实例结合、但不限于以下附图进行说明：
附图说明
前述图1以框图的形式表示NFC芯片组的传统构造，
前述图2表示集成到移动电话中的NFC芯片组的各种应用，
前述图3以框图的形式表示连接至主集成电路的NFC组件的传统构造，
前述图4A、4B表示主集成电路连接至图3的NFC组件的两种传统连接模式，
图5A表示根据本发明的NFC组件的实例，其根据本发明的方法连接至主集成电路，
图5B表示根据本发明的NFC组件的第二实例，其根据本发明的方法的变型连接至主集成电路，
图5C表示根据本发明的NFC组件的第三实例，其根据本发明的方法的另一变型连接至主集成电路，
图6A与图5C相同，以粗线表示NFC组件第一操作模式中的有源链接，
图6B与图5C相同，以粗线表示NFC组件第二操作模式中的有源链接，
图6C与图5C相同，以粗线表示NFC组件第三操作模式中的有源链接，
图7A、7B、8A、8B、9A、9B、10A、10B表示主集成电路接收或发送数据时显示在NFC组件中的电信号，
图11A、11B表示非接触集成电路的两种传统构造，
图12A、12B分别表示根据图11A、11B连接至图5C的NFC组件的非接触集成电路，以及
图13、14、15表示根据本发明的NFC组件的其它实例。
具体实施方式
第一实施例
图5A示意性表示根据本发明的方法连接至非接触集成电路ICC、标记为“NFCM1”的NFC组件。集成电路ICC包含两个用于连接至天线线圈的天线终端TA、TB。集成电路ICC可以选择地为混合(或组合)型，并且还包含ISO 7816接点(VCC、GND、CLK、RST、IO)，尽管因为前述ISO 7816总线的缺点而在此不使用这些接点来将电路ICC耦合至NFCC组件。
组件NFCM1包含控制器NFCC、接口电路CLINT和在工作频率Fc调谐的天线电路ACT，其中天线电路包含天线线圈Lr。接口电路CLINT连接至天线电路ACT，它们形成组件的非接触式通信接口(或非接触式数据发送/接收接口)。电路CLINT包含标记为“RFE”的RF发射器和标记为“RFR”的接收器。
天线电路例如是平衡型的，线圈Lr包含接地的中点。串联的两个电容器C1、C2配置在线圈的终端，也具有接地的中点。此处天线电路还包含将线圈Lr的终端通过电路EMC(电磁兼容性电路)连接至发射器RFE的调制输出端MO1的第一串联(高通)电容器C3。第二串联容器C4将线圈Lr的另一终端也通过电路EMC连接至发射器RFE的调制输出端MO2。
天线电路还可以是单端的。这种情况下，天线线圈的下终端将接地，因此不再需要电容器C2、C4(天线电路将对应于所示天线电路从接地处分开的一半)。
组件NFCM1还包含低通滤波器LFF，其例如包含与电阻器串联的电容器。滤波器LFF将线圈Lr的终端连接至接收器RFR的解调输入端DI1。
当NFC组件处于有源模式并发射磁场FLD1(Fc)时，振荡器FGEN向发射器RFE提供对应于天线电路的调谐频率的频率Fc、例如13.56MHz的触发信号S1(Fc)。发射器RFE被控制器NFCC提供的信号ON1激活，接收器RFR被控制器NFCC提供的信号ON2激活。控制器NFCC还向发射器RFE提供将要发送的数据DTx。发射器RFE通过其调制输出端MO1、MO2向天线电路ACT施加根据数据DTx调制的形式的触发信号S1。该调制可以以各种公知的方式做出，例如“ISO-A”或“ISO-B”型(ISO14443-A和ISO14443-B)调幅。另外，由外部装置EXTD发送的逆向调制和数据DTr载波信号在滤波器LFF消除了载波Fc之后被接收器RFR接收。接收器RFR解码该逆向调制信号并将逆向调制接收的数据Dtr传输给控制器NFCC。外部装置例如是处于无源模式(也称为“卡仿真”模式)的非接触式集成电路或另一NFC组件。
在图5A所示的实施例中，天线电路包含两个终端DT1、DT2，其分别连接至线圈Lr的第一和第二终端。终端DT1、DT2分别连接至包含另外两个终端AT21、AT22的适配模块AMD的终端AT11、AT12。在该实施例中，终端AT11通过第一电导体(导线、印刷电路板通路等等)连接至终端AT21，终端AT12通过另一电导体连接至终端AT22。
集成电路ICC无天线线圈，通过其天线终端TA和TB电连接至组件NFCM1，终端TA连接至适配模块的终端AT21，终端TB连接至终端AT22。
该连接可以包含中间连接器，此处未表示，例如靠在集成电路天线终端TA、TB上的触头片。此外，“天线终端”可以是为实施本发明而特别提供的接触垫，其电连接至最初在集成电路中提供的天线连接垫，做出这种附加接触垫所带来的对集成电路的改动是很微小的。
因此，集成电路ICC连接至组件NFCM1的天线电路，更具体地说，连接至包含线圈Lr和电容器C1、C2的天线电路部分，NFC组件的该天线电路部分还形成集成电路ICC的天线电路。
在无源模式中，组件NFCM1不向天线电路ACT施加触发信号S1(Fc)，外部装置EXTD、例如有源模式下的另一NFC组件提供外部磁场FLD2(Fc)。控制器NFCC失活发射器RFE(ON1＝0)和接收器RFR(ON2＝0)，并将其天线电路ACT的一部分用作主集成电路的天线电路、使主集成电路起到确保在无源模式下与外部装置通信数据的作用。
组件NFCM1处于有源模式或无源模式，线圈Lr的终端出现交变电压Vac，典型地为从10到30伏特峰值的电压。这里天线电路为平衡型，该电压的出现被各终端DT1、DT2上天线信号ES1、ES2的出现所转换。各构成部分的振幅等于电压Vac相对于接地振幅的一半，即，例如5至15伏特峰值。单端天线电路时，终端TA、TB只有一个接收天线信号，另一个终端连接至组件的接地端。
第二实施例
图5B所示的组件NFCM2不同于图5A所示的组件NFCM1，其中的适配模块AMD包含两个开关PG1、PG2。开关PG1配置在模块AMD的终端AT11和AT21之间，开关PG2配置在终端AT12和AT22之间。开关PG1、PG2由控制器NFCC提供的信号PTH(PassThrough，通过)控制。开关可以是常开(不导电)或常闭(导电)型。例如假设这些开关是常开型，信号PTH必须设成有效值，例如“1”(对应于控制器NFCC的供电电压的逻辑值)，以使这些开关进入导电状态。
处于不导电状态的开关PG1、PG2使集成电路ICC与天线电路ACT绝缘。在组件NFCM2处于有源模式并发射磁场FLD1(Fc)以与处于无源模式的外部装置EXTD对话时使用该设置。
处于导电状态的开关PG1、PG2能在集成电路ICC和处于有源模式的外部装置EXTD之间建立数据连接。这种数据连接包含集成电路发送的输出数据DTx和外部装置发送的输入数据DTR。处于导电状态的开关PG1、PG2还能在控制器NFCC和集成电路ICC之间建立数据连接。这种数据连接包含控制器NFCC发送至主集成电路的数据DT12和主集成电路发送至控制器NFCC的数据DT21。
处于导电状态的开关PG1、PG2必须最好使天线信号ES1、ES2通过而无不能接收的电压降。如图5B所示的传统通门型(passgate)开关可以很好地适用于本发明。这种开关包含NMOS和PMOS晶体管的组合。其在非反向输入终端(NMOS晶体管的栅极终端)接收信号PTH，在其反向输入终端(PMOS晶体管的栅极终端)反转信号PTH。此处反转的信号PTH由反相栅极INV提供。开关PG1、PG2的其它实施例也可以由各种控制装置提供。例如，信号PTH可以通过升压泵增强，以提供高控制电压，达到防止天线信号ES1、ES2在开关中被削减的目的。
第三实施例
图5C所示的组件NFCM3不同于图5B所示的组件NFCM2，其中的适配模块AMD包含半波整流电路RDC，其配置在终端AT11和终端AT21之间的天线信号ES1通路上。整流电路RDC例如包含串联二极管D1和并联的电容器C5，其阴极接地。整流电路的输出端提供形成主集成电路供电电压的电压Vcc。电压Vcc因而通过开关PG1和适配模块的终端AT21加在其终端TA上。
在该实施例中，适配模块的终端AT12可以连接至天线电路一侧或其它侧，以向集成电路ICC的终端TB发送天线信号ES1或天线信号ES2。终端AT11可以同样地接收信号ES2而不是信号ES1，以生成电压Vcc。如图所示，信号ES1在此加到终端AT12上。此外，如果天线电路不是平衡的，则与接地端相对的天线线圈终端将用于接受天线信号并提供电压Vcc。
适配模块AMD还包含适配电容器ACAP，其配置在适配电路终端AT12和终端AT22之间的天线信号ES1通路上。较佳地，将电容器ACAP制成天线电路ACT的组成部分，这也就意味着考虑该电容器在工作频率Fc调谐天线电路。电容器ACAP可以消除或限制集成电路ICC终端TA和TB之间出现的调谐电容Ca对天线电路ACT调频的影响。电容器ACAP例如可以使组件NFCM3耦合至不同生产商的具有不同调谐电容Ca的主集成电路，而不十分明显地影响天线电路ACT的调频，从而也不难以接受地影响其性能，具体说是电压Vac的峰值和通信距离。
这里适配电路AMD还包含数据发送/接收电路CCR，其连接至适配模块的终端AT21和AT22，这里与主集成电路的终端TA、TB并联。电路CCR与终端AT21、AT22的连接最好在开关PG1、PG2的上游制成，以在开关PG1、PG2断开时能够利用此电路而不是集成电路。电路CCR与电路ICC具有相同的总体结构，包含解调和逆向调制电路，用以通过天线电路ACT接收或发送数据。电路CCR由控制器NFCC发送的触发信号ON3控制，当该信号例如为0时保持在不激活的状态。一旦激活，其向控制器NFCC提供经天线电路ACT接收的数据DTr，并从控制器NFCC接收将通过天线电路ACT由逆向调制发送的数据DTx。
电路CCR在无源模式中可以用作通信电路，其避免了在接口电路CLINT中提供无源模式(卡仿真模式)管理线路。有利地，在主集成电路与外部装置EXTD交换数据DTx、DTr时，电路CCR还可以用作监视电路或“侦测电路(spy circuit)”。
组件NFCM3与集成电路ICC连接后可以具有不同的操作模式。操作模式的实施例
图6A至6C表示就适配电路AMD的结构来说与图5C相同的实例。
模式M1：控制器NFCC和主集成电路ICC之间通信
此操作模式示于图6A。有效链接以粗线表示。开关PG1、PG2闭合(PTH＝1)。控制器NFCC激活发射器RFE(ON1＝1)和接收器(ON2＝1)以及振荡发生器FGEN。控制器NFCC就像其通过电感耦合向外部装置发送数据一样向集成电路ICC发送数据DT12。主集成电路经天线信号ES1接收这些数据(信号ES1还经过整流以提供供电电压Vcc)。天线信号ES1以适合集成电路特征的方式调制。例如其如果与ISO-A或ISO-B兼容，则将ISO-A或ISO-B型调幅通过发射器RFE应用于天线电路来发送数据DT12。
主集成电路通过逆向调制(负载调制)发送数据DT21。逆向调制信号由滤波器LFF提取，并由接收器RFR解码，然后其将数据DT21施加至控制器NFCC。
因此，主集成电路和控制器NFCC之间的通信得以建立，就像主集成电路具有其自身的天线线圈一样，而且就像该天线线圈通过电感耦合连接至组件NFCM3的天线线圈Lr一样。应该注意，在此操作模式中未使用电路CCR，而且在图中也未显示。然而，电路CCR的激活可以使控制器NFCC检查其发送到主集成电路的数据被适配模块AMD再发送，其例如能检查整流器RDC或连接电容器ACAP的缺陷。
模式M2：主集成电路ICC和外部装置EXTD之间通信，控制器NFCC处于通透模式
此操作模式示于图6B。模块NFCM3的有效链接以粗线表示。此处外部装置EXDT处于有源模式，并发射磁场FLD2。开关PG1、PG2闭合(PTH＝1)。控制器NFCC失活发射器RFE(ON1＝0)和接收器(ON2＝0)以及振荡发生器FGEN(S1(Fc)＝0)。外部装置EXDT就像向装有自身天线线圈的传统非接触集成电路发送数据一样向主集成电路发送数据DTr。天线信号ES1调制中的磁场调制适合集成电路的特征。例如，如果其与ISO-A或ISO-B兼容，则将ISO-A或ISO-B型调幅由发射器RFE保证来发送数据DTr。如前所述，主集成电路经天线信号ES1接收数据，信号ES1也被整流以提供供电电压Vcc。
主集成电路通过逆向调制(负载调制)向外部装置EXTD重新发送数据DTx。装置EXTD从其自身天线信号提取逆向调制信号，并对其进行解码以发现数据DTx。显然，只要模块NFCM3的天线电路ACT与装置EXTD的天线电路耦合，主集成电路与外部装置EXTD间的通信即得以建立，就像主集成电路具有自身的天线线圈一样。电路CCR在此操作模式中未使用，在图6B中未表示以简化附图。
如前所述，天线信号ES1还可以仅用于承载数据，信号ES2用于生成电压Vcc。天线信号ES2也可以用于承载数据，信号ES1用于生成电压Vcc。此外，信号ES2可以用于承载数据并生成电压Vcc。
模式M3：集成电路ICC和外部装置EXTD之间通信，控制器NFCC处于“监听(listening)”模式
此操作模式示于图6C。其与模式M2相同之处在于其涉及主集成电路和外部装置，不同之处在于控制器NFCC激活电路CCR(ON3＝1)，该激活电路CCR解调输入DTr或输出DTx数据、并将其传输到控制器NFCC(无源监听模式)而不影响通信。然而，控制器NFCC，而不是主集成电路，可以利用电路CCR发送通信结束的数据或信号来决定结束通信(有源监听模式)。
模式M4：组件NFCM3处于无源模式不受主集成电路干涉
未在附图中表示的此模式不涉及主集成电路，仅仅在于利用电路CCR管理组件NFCM3的无源模式。开关PG1、PG2断开，电路CCR取代主集成电路接收外部装置EXTD发送的数据DTr并通过逆向调制向外部装置发送数据DTx。此操作模式可以用于管理非安全应用，而操作模式M2或M3可以用于管理安全应用(如果主集成电路为安全电路)。
模式M5：组件NFCM3处于有源模式
未在附图中表示的此模式为组件NFCM3的通常有源模式。开关PG1、PG2断开，主集成电路从天线电路ACT分离。电路CCR在此通信模式中也未使用。
波形实施例
图7A和8A表示外部装置EXTD发射磁场FLD2、接收到数据DTr时，处于无源操作模式的组件NFCM3的天线电路中出现的感应电压Vac。此无源模式可以是有主集成电路干涉的模式M2或M3，或者是无主集成电路干涉的模式M4。图7A表示ISO-A型调幅，图8A表示ISO-B型调幅。图7A中，根据被称为“改良米勒(Modified Miller)”的编码接收数据DTr，对感应电压Vac进行100％调幅。电压Vac的峰值取决于通信距离(组件NFCM3与外部装置EXTD之间的距离)。图8A中，根据NRZ编码(Non Return to Zero，不归零制)接收数据DTr，对感应电压Vac进行10％调制，电压Vac相同。
图7B和8B表示发送到主集成电路或电路CCR(参见图6A-6C)的相应天线信号ES1。天线信号ES1是电压Vac的映像，但仅有正交变，其相对于接地(天线电路的电容器C3、C4的中点)测定。
图9A和10A表示通过逆向调制发送数据DTx时，处于无源操作模式的组件NFCM3的天线电路中出现的感应电压Vac。图9A表示ISO-A型逆向调制，图10A表示ISO-B型逆向调制。图9A中，电压Vac通过由主集成电路或电路CCR生成的副载波信号Fsc调幅，用交变Fsc/0(用副载波调制/不调制)编码“1”，用相反的0/Fsc(不调制/用副载波调制)编码“0”，或者相反。应该注意，为简单起见，图9A仅表示了一字节的数据。图10A中，电压Vac被副载波信号Fsc持久不变地调幅，“1”和“0”之间的转换由相移或无相移表示(PSK调制或移相键控)。图10A中也表示了一字节的数据。
图9B和10B表示发送到主集成电路或电路CCR(参见图6A-6C)的相应天线信号ES1。天线信号ES1是电压Vac的映像，并且也具有主集成电路或电路CCR施予的逆向调制。
主集成电路构造的实施例
图11A、11B表示传统的由电感耦合馈电的无源型集成电路ICC1、ICC2。此处所述的使用条件为传统的，集成电路置于由阅读器RD1发射的交变磁场FLD的出现中。
每个集成电路ICC1、ICC2包含天线电路ACT’，该天线电路ACT’包含天线线圈La和并联的调谐电容Ca，用以在工作频率Fc附近调谐天线电路。电容Ca通常集成到集成电路的半导体基体上，而天线线圈La是连接至每个集成电路的天线终端TA、TB的外部元件。磁场FLD存在时，在天线电路中出现频率FC的交变天线信号Sac。
每个集成电路还包含逆向调制开关SWm(例如开关晶体管或MOS型)、调制电流MCT、解调电路DMCT、中央单元UC(布线逻辑序列发生器或微处理器)以及存储器MEM。
存储器MEM含有一个或多个应用程序，并接收应用数据。中央单元UC向电路MCT提供输出数据DTx，该电路MCT向开关SWm的控制终端、例如MOS晶体管的栅极施加数据DTx载波信号SDTx。开关SWm连接至天线终端TA、TB，其闭合时(导电状态)触发天线电路终端部分短路(用串联电阻、例如MOS晶体管的固有电阻短路)，导致在天线电路中以数据载波信号SDTx的节律出现逆向调制(负载调制)信号。根据ISO-A和ISO-B标准，信号SDTx由副载波信号Fsc调制，该副载波信号Fsc以低于天线信号Sac频率Fc的频率Fsc振荡。信号S(Fsc)通过接收天线信号Sac的分频器DIVF提供给电路MCT。
集成电路ICC1与集成电路ICC2的不同之处在于，其包含用于对天线信号Sac进行半波整流的二极管Dr，而电路ICC2包含用于对天线信号Sac进行半波整流的二极管电桥Pd。在集成电路ICC1中，二极管Dr反向连接在天线终端TB与集成电路的接地之间。终端TA上出现经过半波整流的供电电压Vcc，并由连接在终端TA和集成电路的接地之间的电容器Cs使其平滑。在集成电路ICC2中，二极管电桥Pd包含连接至天线终端TA的第一终端、连接至天线终端TB的第二终端、连接至集成电路ICC2的接地的第三终端以及连接至平滑电容器Cs并提供集成电路供电电压Vcc的第四终端。
在每个集成电路ICC1、ICC2中，天线信号Sac都出现在天线终端TB上，该天线终端TB从而电连接至解调电路DMCT用于提取输入数据DTr，该数据DTr进而提供给中央单元UC。
集成电路ICC1、ICC2的兼容性
图11A和11B中的集成电路ICC1、ICC2与组件NFCM3的兼容性可以参照图12A、12B检查。这些附图分别表示连接至图5C中的组件NFCM3(这里以方框的形式表示)的集成电路ICC1和ICC2。因此，天线终端TA连接至组件NFCM3的终端AT21(适配模块的终端)，天线终端TB连接至组件NFCM3的终端AT22。
图12A中，由组件NFCM3供给天线终端TA的电压Vcc显示直接进入集成电路ICC1的供电线。此外，二极管Dr反向极化，不阻止天线信号ES1施加到集成电路ICC1的解调电路DMCT的输入端。测试和仿真表明，组件NFCM3和集成电路ICC1的各接地电位通过集成电路的线路(中央单元UC、电路MCT、DMCT、存储器MEM等等)相互平衡。
图12B中，由组件NFCM3供给天线终端TA的电压Vcc也显示通过导电的二极管电桥Pd的二极管Dr1进入集成电路ICC2的供电线。此外，二极管电桥的某些二极管Dr2和Dr4反向极化，不阻止天线信号ES1施加到集成电路ICC2的解调电路DMCT的输入端。测试和仿真也表明：组件NFCM3和集成电路ICC2的各接地电位通过集成电路的线路相互平衡，二极管电桥的二极管Dr3对该平衡有贡献。
因此，这就证明了传统的非接触集成电路可以连接至作为主集成电路的NFC组件的天线电路，一方面用以在NFC组件和主集成电路间建立通信，另一方面可以使主集成电路将NFC组件的天线电路用作其自身天线电路与外部装置通信。在这样的通信过程中，NFC组件可以选择性地侦测主集成电路接收或发送的数据，并且还可以如前所述干涉通信(有源监听模式)。
其它实施例
本发明可以有各种不同的其它实施例。
具体说，在图5A至5C中，点线表示的模块界限AMD是概念性的，用以表示所述元件组的功能性。实践中，适配模块中的某些元件可以配置在不同的支承物上。例如，图13中，组件NFCM3制成集成电路ICNFC的形式，控制器NFCC、电路CLINT、监控电路CCR和开关PG1、PG2集成在该集成电路ICNFC中。适配电路的其它元件，即整流电路RDC的二极管D1和电容器C5、以及适配电容器ACAP，安装在接收天线电路ACT组件的印刷电路板上(或其它互联支承物上)。这些组件的安装可以通过固定终端实现，其能使这些组件被最终用户移除或随后固定、并且还能使二极管D1和电容器ACAP由简单母线替换。集成电路ICNFC包含上述终端AT21、AT22和连接终端T1至T6。终端T1将发射器RFE的调制输出端MO1连接至电容器C3和电路EMC，终端T2将发射器RFE的调制输出端MO2连接至电容器C4和电路EMC，终端T3将接收器RFR的输入端DI1连接至滤波器LFF，终端T5将开关PG1和监控电路CCR连接至电路RDC，终端T6将开关PG2和监控电路CCR连接至电容器ACAP。
此外，由电路RDC对天线信号ES1进行整流以提供电压Vcc并不是必不可少的。图14表示仅包含将天线信号ES1带到主集成电路ICC的终端TA的开关PG1的组件NFCM4。开关PG2、终端T5和监控电路CCR被消除或不使用。连接至主集成电路ICC终端TB的终端AT22连接至组件NFCM4的接地，使得主集成电路ICC和组件NFCM4具有共同的参考电位(该参考电位在电压Vcc施加到主集成电路时被隐藏)。
作为另一实施例，图15表示了组件NFCM5，其与组件NFCM4的不同之处仅在于保留了电路CCR，并将其连接至终端T6以接收天线信号ES1，终端AT22再次接地。
总体上，上述的适配装置，如整流器RDC，为本发明的可选元件，用于使为这种连接而设计的传统非接触集成电路(图11A、11B)的组件能够被连接。未来，可以设计出适合结构的集成电路，不需要在NFC组件中实施适配模块就能适用于NFC组件的天线电路。开关PG1、PG2可以集成到主集成电路中。可以在集成电路中提供附加的终端来控制开关。
开关甚至也可以通过提供主集成电路的失活终端而消除。此外，主集成电路的特定接地终端也可以连接至NFC组件的接地终端。
最后，本发明的实施并不限于上述NFC组件的天线电路ACT的结构。所属技术领域的技术人员可以提供适用于行业中使用的其它结构的天线电路的集成电路的适配电路和/或结构，具体说是设计用于UHF频率而不是RF频率的天线结构，以及由电耦合而不是电感耦合操作的天线结构。
根据本发明的芯片组可以用于各种应用，如移动电话和PDA，以及世界上任何便携式或非便携式电子物品以及任何包含NFC芯片组的计算机装置。
Claims (25)
1.一种将非接触操作型主集成电路耦合到包含天线电路的NFC组件的方法，其中该天线电路用于不接触地接收和发送数据，主集成电路包含天线连接终端，该方法包含将主集成电路的至少一个天线连接终端连接至NFC组件的天线终端的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，包含将主集成电路的至少一个天线连接终端通过由NFC组件驱动的开关连接至NFC组件的天线终端的步骤。
3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，包含将主集成电路的天线连接终端通过向主集成电路供应供电电压的整流电路连接至NFC组件的天线终端的步骤。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，包含以下步骤：
-将主集成电路的天线连接终端通过适配电容器连接至NFC组件的天线终端，以及
-考虑适配电容器在工作频率调谐天线电路。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，包含以下步骤：
-在NFC组件中提供监视电路，以及
-将监视电路的至少一个终端连接至NFC组件的天线终端。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，为了将主集成电路耦合至NFC组件并在主电路和NFC组件间实现数据通路，包含以下步骤：
-使NFC组件向其天线电路施加根据将要发送到主集成电路的数据而调制的天线信号，以及
-使主集成电路解调该天线信号以提取NFC组件发送的数据。
7.根据权利要求6所述的方法，还包含以下步骤：
-使主集成电路根据将要发送到NFC模块的数据来调制天线信号，以及
-使NFC组件解调该天线信号以提取该集成电路发送的数据。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，为了将主集成电路耦合至NFC组件并在主电路和包含天线电路的外部NFC组件间建立数据通路，包含以下步骤：
-使外部NFC组件发送根据将要发送到主集成电路的数据而调制的电感耦合或电耦合信号，
-通过NFC组件的天线电路接收电感耦合或电耦合信号，以及
-使主集成电路解调该天线信号以提取外部NFC组件发送的数据。
9.根据权利要求8所述的方法，包含以下步骤：
-在NFC组件中提供监视电路，以及
-也使监视电路解调该天线信号，并提取数据，以及
-向NFC组件提供该监视电路提取的数据。
10.根据权利要求8和9中的一项所述的方法，还包含以下步骤：
-使主集成电路根据将要发送到外部NFC组件的数据调制天线信号，
-通过外部NFC组件的天线电路接收调制信号，以及
-使外部NFC组件解调该调制信号以提取主集成电路发送的数据。
11.一种包含NFC组件的NFC芯片组，其中该NFC组件包含用于不接触地接收和发送数据的天线电路，以及包含天线连接终端的非接触操作型主集成电路，其中，该主集成电路的至少一个天线连接终端连接至NFC组件的天线终端。
12.根据权利要求11所述的芯片组，其中主集成电路的至少一个天线连接终端通过由NFC组件驱动的开关连接至NFC组件的天线终端。
13.根据权利要求11和12中的一项所述的芯片组，其中主集成电路的天线连接终端通过向主集成电路供应供电电压的整流电路连接至NFC组件的天线终端。
14.根据权利要求11至13中的一项所述的芯片组，其中主集成电路的天线连接终端通过适配电容器连接至NFC组件的天线终端，该适配电容器形成NFC组件天线电路的一部分，用以在工作频率调谐天线电路。
15.根据权利要求11至14中的一项所述的芯片组，其中NFC组件包含监视电路，该监视电路连接至NFC组件的天线终端，配置成解调主集成电路接收的数据。
16.根据权利要求11至15中的一项所述的芯片组，其中NFC组件设置成包含操作模式，在该模式中，NFC组件向天线电路施加根据将要发送到主集成电路的数据而调制的天线信号，并从天线电路中提取主集成电路发送的数据载波调制信号。
17.根据权利要求11至16中的一项所述的芯片组，其中主集成电路设置成解调该天线信号以提取由外部NFC组件或NFC组件发送的数据。
18.根据权利要求11至17中的一项所述的芯片组，其中主集成电路设置成根据将要发送到外部NFC组件或NFC组件的数据来调制天线信号。
19.包含如权利要求11至18中的一项所述的芯片组之电子物品，尤其是移动电话或PDA。
20.NFC组件，其包含用于不接触地接收和发送数据的天线电路，以及用于使NFC组件与包含天线连接终端的非接触操作型主集成电路耦合的适配模块，
其中适配模块包含：
-连接至NFC组件的天线终端的第一终端，
-主集成电路的第二连接终端，其用于连接至主集成电路天线连接终端，以及
-第一和第二终端之间的电连接。
21.根据权利要求20所述的NFC组件，其中电连接包含由NFC组件驱动的开关。
22.根据权利要求20或21中的一项所述的NFC组件，其中电连接包含配置在适配电路的第一终端和第二终端之间的整流电路，其用于向主集成电路提供供电电压。
23.根据权利要求20至22中的一项所述的NFC组件，其中电连接包含配置在适配电路的第一终端和第二终端之间的适配电容器，该适配电容器形成天线电路的一部分，用以在工作频率调谐天线电路。
24.根据权利要求20至23中的一项所述的NFC组件，其中NFC组件包含连接至适配模块第一终端的监视电路。
25.根据权利要求24所述的NFC组件，其中该监视电路设置成解调天线信号并提取天线信号中存在的数据。
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Application publication date: 20081001 |