CN101512563B - 通过至少一条线路将电能从第一电路供给第二电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种从第一电路(10)向第二电路(20)提供电能的方法，所述第一电路(10)和第二电路(20)通过通信接口(30)连接，所述接口(30)包括射频识别通信设备(1)内的至少一条有线线路(31)，所述方法包括步骤：在第一电路(10)中提供编码的高频数据信号(S1)；通过所述通信接口(30)将包含数据和时钟信息的所述编码的高频数据信号(S1)从所述第一电路(10)发送到所述第二电路(20)；通过所述第二电路(20)中的整流器装置(21)对所发送的编码的高频数据信号(S1)进行整流，以提供经整流的功率信号(RS)；以及将包含在经整流的功率信号(RS)中的电能提供给第二电路(20)。

Description

通过至少一条线路将电能从第一电路供给第二电路的方法
技术领域
本发明涉及一种通过通信接口的至少一条线路将电能从第一电路提供给第二电路的方法。
本发明还涉及一种通信设备。
背景技术
非接触识别系统或所谓射频识别(RFID)系统在后勤、商业、和工业制造领域受到越来越多的重视。因此，在这些领域中实施非接触识别系统或RFID系统。识别系统的其它应用涉及食品、人员、和动物的识别。另外，即将出现的近场通信(NFC)技术也被应用于相同的技术领域。
尤其是，这样的系统适于以快速方式进行无需线缆连接的无线数据传输，并且包括至少一个被称作基站的读取器/写入器设备、和一个或多个被称作应答器的通信设备。从现有技术，尤其根据其供能方式已知有不同类型的应答器。所述应答器中的一些不具有自身的电源，因此被称作无源应答器。无源应答器从至少一个基站所提供的电磁场获取它们自身的供电所需要的电能。为此目的，应答器必须被移动到所述基站的电磁场中。
为了进行数据传输，通信设备感应地耦接到所述读取器/写入器设备，并且包括至少一个第一电路，通常是连接到用作天线的大面积线圈的微芯片。第一电路可通过内部通信接口连接到第二电路，第二电路例如是类似于用户身份识别模块(SIM)的智能卡或用于在第一电路和第二电路之间交换数据的类似装置。如果通信设备移动到由读取器/写入器设备提供的电磁场内，则在大面积线圈中感生电流并且为第一电路供电。
在近场通信(NFC)技术领域中，欧洲计算机制造商协会(ECMA)已经将被称作近场通信有线接口(NFC-WI)的接口标准化，近场通信有线接口规定了在连接到天线的所述第一电路和所述通信设备的第二电路之间的数字线路接口。第一电路可以是前端装置，其通过信号输出数据线驱动第一高频信号，并且通过通信接口的信号输入数据线接收第二高频信号。第二电路可以是收发器单元，其通过所述信号输入数据线驱动所述第二高频信号，并且通过所述通信接口的信号输出数据线接收所述第一高频信号。NFC-WI规定了信号输入数据线和信号输出数据线的定时和信号要求、以及第一电路和第二电路之间通过通信接口的握手。
向第一电路供电所需要的电能是从由读取器/写入器设备提供的电磁场获取的，而第二电路可由第一电路通过蓄能器单元或通过通信接口的附加线路供电。尤其是，在第二电路被实现为具有包括八个有线线路端口的7816接口的SIM卡的情况下，只有两个单独的有线线路输入端口被留下用来实现所述通信接口。然而，对于所述通信接口的实现来讲，所述第一和第二数据信号以及时钟信号必须被发送。如果由第一电路供电，那么需要用来对SIM卡供电的附加有线线路。
在被称作4/20mA接口的现有技术中，能够通过至少一条有线线路向电路供电的两线通信接口是公知的。然而，在非接触RFID通信系统中，从RFID通信系统的电磁场获取的电能不足以驱动这样的4/20mA接口。而且，所述4/20mA接口的电流消耗过高而不能由蓄能器单元驱动，因此，不适于应用在非接触RFID通信系统中。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种通过无线通信设备内的通信接口的至少一条有线线路将电能从第一电路提供给第二电路从而克服了上述技术缺陷的方法。
为了实现上述目的，根据本发明的方法的特征在于以下限定的方式，即：
一种将电能从第一电路提供给通过通信接口连接的第二电路的方法，所述接口包括无线通信设备内的至少一条有线线路，所述方法包括步骤：
在第一电路中从接收的电磁波信号获得需要向第一电路供电的电能；
根据数字编码方案在第一电路中提供编码的高频数据信号；
通过控制装置及所述通信接口的一条有线线路将包含数据、时钟信息、和电能的所述编码的高频数据信号从所述第一电路发送到所述第二电路；
通过所述第二电路中的整流器装置对所发送的编码的高频数据信号进行整流，以提供经整流的功率信号；以及
将包含在经整流的功率信号中的电能提供给第二电路。
这样，提出把电能提供给电路(例如非接触RFID通信设备的SIM卡)的方法，其中，从通过通信接口的单有线线路发送的编码的高频数据信号导出数据、时钟信息和电能。只要非接触RFID通信设备进入读取器/写入器设备的电磁场，所述编码的高频数据信号就被发送到例如SIM卡的第二电路。因此，一条单有线线路被有利地用于将数据、时钟信息、和电能从第一电路同时发送到SIM卡。例如，当在例如SIM卡的第二电路中提供了外部蓄能器并且所述蓄能器失效的情况下，仍然确保了由第一电路通过通信接口提供给SIM卡的电能。而且，在不能由外部蓄能器单元对SIM卡供能的情况下，只要包括所述SIM卡的所述RFID通信设备进入RFID系统的读取器/写入器设备的电磁场，就可以从SIM卡读取存储在SIM卡中的数据。
而且，有利的是，所述经整流的功率信号被用于对第二电路中的储能装置供能，而所述储能装置可被实现为储能电容器。
根据本发明的方法的另一方面，在所述第二电路中根据编码的高频数据信号中所发送的时钟信息导出时钟信号。可选的是，通过所述第二电路中所提供的锁相环(PLL)电路导出所述时钟信号。
在本发明的方法的另一有利方面，根据改进Miller编码方案对包含在所述编码的高频数据信号中的数据进行编码。改进Miller编码方案具有非常短的脉冲，这导致通过所述经整流的功率信号对第二电路进行几乎连续的供能。
而且，包括第一电路和第二电路的通信设备实现了本发明的目的，其中第一电路和第二电路通过包括至少一条有线线路的通信接口连接，其中，
所述第一电路包括控制装置，用于从接收的电磁波信号获得需要向第一电路供电的电能，并通过通信接口的一条有线线路提供根据数字编码方案的包含数据和时钟信息的编码的高频数据信号，
所述第二电路包括整流器装置，用于在通过所述通信接口进行的发送之后对所述第二电路中的所述高频数据信号进行整流，以提供经整流的功率信号；其中，经整流的功率信号的电能被用于对第二电路供能。
有利的是，所述第二电路包括用于存储包含在经整流的功率信号中的电能的储能装置，并且整流器装置可被实现为包括四个整流二极管的整流电路。
而且，有利的是，所述控制装置能够根据改进Miller编码方案对通过所述编码的高频数据信号发送的数据进行编码，所述第一电路包括至少一个放大器单元，用于在通过所述通信接口进行的发送之前对编码的高频数据信号的能级进行调整。
从以下将被描述的实施例的示例，本发明的上述方面和其它方面将变得清楚，并且将参照这些实施例的示例进行说明。
附图说明
以下将参照附图中所示的实施例，通过非限制性示例更详细地描述本发明。
图1示出了RFID通信设备的框图；以及
图2示出了编码的高频数据信号的视图。
具体实施方式
图1通过框图中的示例示出了通信设备1，尤其是包括第一电路10和第二电路20的射频识别(RFID)或近场通信(NFC)设备1。第一电路10通过包括第一有线线路31和第二有线线路32以及地电位线33的通信接口30与所述第二电路20相连接。通过所述第一有线线路31，第一编码的高频数据信号S1被从第一电路10发送到第二电路。通过所述第二有线线路32，第二编码的高频数据信号S2被从第二电路20发送到第一电路10。根据数字编码方案对包含在所述第一编码的高频数据信号S1和所述第二编码的高频数据信号S2中的数据进行编码。地电位线33被附接到第一电路10和第二电路20，并且形成基准或地电位。
第一电路10能够通过无线空中接口从读取器/写入器设备(图1中未示出)接收数据，和/或通过无线空中接口把数据发送到读取器/写入器设备。通过所述读取器/写入器设备，提供电磁场用于读取器/写入器设备和通信设备1之间的无线数据通信，并且用于在通信设备1构造为无源设备的情况下为通信设备1供能。
通过第一模拟端口10a和第二模拟端口10b将第一电路10连接到天线40，天线40用于接收和发送由读取器/写入器设备提供的至少一个电磁波信号。所述电磁波信号可具有例如13.56MHz的频率。
天线40从读取器/写入器设备接收电磁波信号，并且将该信号传送到附接到第一模拟端口10a和第二模拟端口10b的控制模块11。通常，控制模块11从接收到的电磁波信号导出为第一电路10供电所需的电能，并且恢复包含在该电磁波信号中的数据。另外，通过第一电路10和第二电路20之间的所述通信接口30进行的数据交换被所述控制模块11控制。由控制模块11提供第一编码的高频数据信号S1。
控制模块11另外与至少一个放大器单元12的输入端i相连接，所述放大器单元12被用来放大第一编码的高频数据信号S1。所述通信接口30的第一有线线路31被附接到第一电路10的数字输出端口10c，所述数字输出端口10c与至少一个放大器单元12的输出端o相连接。另外，第一电路10包括与通信接口30的第二有线线路32相连接的数字输入端口10d，其中在第一电路10接收到所发送的第二编码的高频数据信号S2。
所述通信接口30的第一有线线路31还与第二电路20的数字输入端口20a相连接，并且第二有线线路32还与第二电路20的数字输出端口20b相连接，而数字输入端口20a附接到整流器装置21。在一个优选实施例中，整流器装置21可被实现为包括四个整流二极管(图1中未示出)的整流电路。整流二极管中的两个与所述基准或地电位相连接，而另两个整流二极管被连接到一起，并且形成了第二电路20的电源。
整流器装置21连接到储能装置22。在一个优选实施例中，储能装置22由储能电容器形成，其中，存储了通过通信接口30从第一电路10提供到第二电路20的电能。储能电容器被附接到第一有线线路31并附接到地电位线33。整流器装置21和储能装置22连接到第二电路20的控制模块23。
在放大之后，通过所述通信接口30将第一编码的高频数据信号S1从第一电路10提供到第二电路20。除了要被发送的数据之外，由第一电路10提供的第一编码的高频数据信号S1还包含时钟信息以及电能。换言之：通过第一编码的高频数据信号S1，除了编码的数据之外，通过单有线线路31将时钟信息和电能同时从所述第一电路10发送到所述第二电路20，导致通过所述通信接口30进行的数据交换所需的有线线路的数量减少。
图2示出了说明相对于时间t所绘出的所述第一编码的高频数据信号S1的信号幅度A的示图。根据数字编码方案来编码包含在被发送的第一高频信号S1中的数据。高频信号S1的时钟频率可以是例如13.56MHz，并且改进Miller编码方案可被用作数字编码方案。根据所使用的数字编码方案对数据进行编码产生了间隔变化的从逻辑高到逻辑低(或相反)的转变，表示所采用的编码方案的不同符号。
通过产生了经整流的功率信号RS的所述整流器装置21对所述第一编码的高频数据信号S1进行整流，功率信号RS被应用于所述储能装置22。包含在所述经整流的功率信号RS中的电能被首先存储在所述储能装置22中。储能装置22接管了第二电路20的电源，尤其是在根据被用于第一编码的高频数据信号S1的编码方案的信号暂停的情况下。
在第二电路20接收到第一高频信号S1之后，第一高频信号S1被转发到控制模块23，其中，从所发送的第一高频信号S1导出时钟信号以将其发送到控制模块23。另外，包含在所发送的第一编码的高频数据信号S1中的数据被解码，这意味着在第二电路20的控制模块23中从所发送的第一高频信号S1导出数据信号。
在一个优选实施例中，锁相环(PLL)电路24可被布置在第二电路20的数字输入端口20a和控制模块23之间，以基于包含在第一编码的高频数据信号S1中的时钟信息恢复稳定的时钟信号。
通过示例，可根据标准化的近场通信有线接口(NFC-WI)实现在第一电路10和第二电路20之间通过所述通信接口30进行的数据交换，并且可由包括ISO 7816接口25的用户身份识别模块(SIM)形成第二电路20，其中，数字输入端口20a和数字输出端口20b可以是所述ISO 7816接口25的端口。所述SIM模块可提供安全仿真非接触卡功能。
因此，所述SIM模块包含高安全性处理器，所述处理器用作类似于卡持有人数据(例如，名称、账户号码等)的安全存储装置。仅当将卡插入通信设备1内的读取/写入终端时，才可访问这些数据。
可根据ISO 15693或ISO 14443将通信设备1设计为用于与读取/写入终端进行通信。
最终，应该注意到，上述实施例是说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下设计很多替代实施例。在这些权利要求中，放置在括号内的任何标号不应该被构造为限制所述权利要求。词“包括”等不排除作为一个整体的任何权利要求或说明书中所列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件的单数引用并不排除这些元件的复数引用，反之亦然。在一个列举了几个装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可被软件或硬件的同一项目实现。唯一的事实是，在相互不同的从属权利要求中叙述了某些措施，该事实不表示不能使用这些措施的组合来获得优势。

Claims (15)

1.一种从第一电路(10)向第二电路(20)提供电能的方法，所述第一电路(10)和第二电路(20)通过通信接口(30)连接，所述接口(30)包括无线通信设备(1)内的至少一条有线线路(31,32)，
所述方法包括步骤：
在第一电路(10)中从接收的电磁波信号获得需要向第一电路(10)供电的电能；
根据数字编码方案在第一电路(10)中提供第一编码的高频数据信号(S1)；
通过控制装置(11)及所述通信接口(30)的第一有线线路(31)将包含电能、数据和时钟信息的所述第一编码的高频数据信号(S1)从所述第一电路(10)发送到所述第二电路(20)；
通过所述第二电路(20)中的整流器装置(21)对所发送的第一编码的高频数据信号(S1)进行整流，以提供经整流的功率信号(RS)；以及
将包含在经整流的功率信号(RS)中的电能提供给第二电路(20)，
通过第二有线线路(32)，第二编码的高频数据信号(S2)被从第二电路(20)发送到第一电路(10)。
2.如权利要求1所述的方法，包括步骤：
把所述经整流的功率信号(RS)施加至第二电路(20)中的储能装置(22)。
3.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：
在所述第二电路(20)中根据所发送的第一编码的高频数据信号(S1)中所包含的时钟信息导出时钟信号。
4.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：
通过所述第二电路(20)中所提供的锁相环电路(24)从所发送的第一编码的高频数据信号(S1)中所包含的时钟信息中导出时钟信号。
5.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：
在第二电路(20)中恢复所发送的第一编码的高频数据信号(S1)中所包含的数据。
6.如权利要求1或2所述的方法，其中：
根据改进Miller编码方案对包含在第一编码的高频数据信号(S1)中的数据进行编码。
7.如权利要求1或2所述的方法，包括步骤：
通过第一电路(10)中的至少一个放大器单元(12)对包含在第一编码的高频数据信号(S1)中的能级进行调整。
8.一种包括第一电路(10)和第二电路(20)的通信设备(1)，其中第一电路(10)和第二电路(20)通过包括至少一条有线线路(31,32)的通信接口(30)连接，其中，
所述第一电路(10)包括控制装置(11)，用于从接收的电磁波信号获得需要向第一电路(10)供电的电能，并通过通信接口(30)的第一有线线路(31)将根据数字编码方案的包含电能、数据和时钟信息的第一编码的高频数据信号(S1)从所述第一电路(10)发送到所述第二电路(20)，
所述第二电路(20)包括整流器装置(21)，用于在通过所述通信接口(30)进行的发送之后，在所述第二电路(20)中对所述第一编码的高频数据信号(S1)进行整流，以提供经整流的功率信号(RS)；并且
其中，经整流的功率信号(RS)的电能被用于对第二电路(20)供能；
通过第二有线线路(32)，第二编码的高频数据信号(S2)被从第二电路(20)发送到第一电路(10)。
9.根据权利要求8所述的通信设备(1)，其中，所述第二电路(20)包括用于存储包含在经整流的功率信号(RS)中的电能的储能装置(22)。
10.根据权利要求8或9所述的通信设备(1)，其中，通信设备(1)被设计用于射频识别系统。
11.根据权利要求8或9所述的通信设备(1)，其中，整流器装置(21)被实现为包括整流二极管的整流电路。
12.根据权利要求8或9所述的通信设备(1)，其中，所述控制装置(11)能够根据改进Miller编码方案对通过所述第一编码的高频数据信号(S1)发送的数据进行编码。
13.根据权利要求8或9所述的通信设备(1)，其中，所述第一电路(10)通过第一和第二模拟端口(10a，10b)连接到天线(40)，所述天线(40)用于接收和/或发送至少一个电磁波信号。
14.根据权利要求8或9所述的通信设备(1)，其中，所述第一电路(10)包括至少一个放大器单元(12)，用于在通过所述通信接口(30)进行的发送之前对第一编码的高频数据信号(S1)的能级进行调整。
15.根据权利要求8或9所述的通信设备(1)，其中，所述第二电路(20)包括锁相环电路(24)，该锁相环电路(24)用于从所发送的第一编码的高频数据信号(S1)所包含的时钟信息中导出时钟信号。
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