CN101582759B - 在单线通信协议中检测由主设备接收的数据 - Google Patents

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Abstract

一种由能够经由单线连接向第二设备传送双态信号的第一设备来确定由第二设备经由所述连接传送的数据的二元状态的方法，其中所述状态根据所述双态信号的上升沿的斜坡来确定。

Description

在单线通信协议中检测由主设备接收的数据
技术领域
本发明通常涉及电子电路，更具体地说涉及经由单线连接在两个设备之间进行数据传输。本发明更具体地说应用在用于实现被称为单线协议(SWP)的协议的系统。
背景技术
单线通信协议被定义在主设备与从设备之间，二者共享单线连接以便采用同时双向方式(全双工)向彼此传送数据。大多数情况下，主设备向从设备更进一步传送的信号是允许使交换同步的时钟信号。在主设备到从设备方向中，根据要传送的二元状态来调制周期信号的负载周期。在从设备到主设备方向中，从设备根据其传送的数据的二元状态来调制其在连接上显示出的电荷。由从设备进行的检测通过测量负载周期来实现。由主设备进行的检测通过把从设备从连接中获得的电流的电平与阈值进行比较来实现。通过在低态期间对电荷进行定位，由从设备进行的电荷调制通常以周期信号的速率来进行，以便要由主设备检测的电荷始终呈现信号的高态。
文献US-A-5903607描述了一种在主电路和从电路之间进行数据编码和传送的例子。
其中，单线协议中的通信率与在主设备端进行检测所需的延迟有关。需要等待在信号的上升沿之后进行电平稳定以执行比较。
此外，电平检测对线路噪声很敏感，其根据不同的电平带来了相对较大的安全空白。
发明内容
需要一种能够克服常见系统的全部或者部分缺点的单线通信协议。
尤其需要具有提高的通信速率。
此外，还需要一种对线路噪声不那么敏感的、主设备端上的检测机制。
为了实现全部或部分的这些目的及其他目的，本发明的至少一个实施例提供了一种由能够经由单线连接向第二设备传送双态信号的第一设备来确定由第二设备经由所述连接传送的数据的二元状态的方法，所述状态根据所述双态信号的上升沿的斜坡来确定。
根据实施例，该斜坡根据出现上升沿时电容元件的充电电平来确定。
根据实施例，把充电电平与阈值相比较以确定所接收的状态。
根据实施例，上升沿的斜坡被中止于第一二元状态甚至中止于第二状态。
根据实施例，第二设备根据其传送的二元状态来调制其在连接上显示出的电荷。
根据实施例，所述信号由第二设备用作时钟信号。
根据实施例，所述信号根据从第一设备传送到第二设备的数据来调制其负载周期。
本发明的至少一个实施例还提供了一种经由单线连接进行传送接收的设备，其能够向另一个设备传送双态信号，所述另一个设备用于根据其传回的二进制数据状态来修改其在连接上显示出的电荷，所述经由单线连接进行传送接收的设备包括：
用于测量表示所述信号的上升沿的斜坡的信息的元件；以及
用于把所述信息与阈值进行比较的元件。
根据实施例，该设备还包括用于切换放大器的功率以传送所述信号的元件，所述信号在检测到与第二设备的电荷相对应的状态之后被触发。
本发明还提供了一种经由单线连接在主设备和从设备之间进行同时双向传输的系统。
结合附图在对特定实施例的下述非限制性描述中，详细地论述了本发明的上述目的、特征和优点。
附图说明
图1是射频通信系统的框图，具有至少一个系统的元件，所述元件内部地实现了该系统所包括的设备之间的单线通信协议；
图2是在主电路与从电路之间进行单线通信的系统的框图；
图3例示了一个由主设备传送的数据信号的形状的例子；
图4A、4B和4C例示了在近场通信路由器类型的应用中的电压和电流电平的例子；
图5是主设备的实施例的功能性部分框图；
图6示意地显示了图5的检测电路的实施例；以及
图7A到7E是例示图6的电路的操作的时序图。
具体实施方式
在不同的附图中利用相同的参考标号指定相同的元件，其中时序图未按比例绘制。为了清楚的目的，仅显示和描述了对理解本发明有用的那些步骤与元件。尤其是，没有详细描述要传送的数据和接收的数据的生成和利用机制，本发明适合常见的机制。此外，也没有详细能够实现所描述实施例的不同硬件系统和设备，本发明的实现适合于能够实现单线协议(SWP)的任何系统或设备。
图1是在第一元件1和另一个元件2之间进行射频通信的系统的框图，每个元件都具有收发电路以借助于天线11或21进行通信。例如是通过电感耦合进行射频通信的系统。例如，元件2是非接触式卡片或者读取器类型的射频工具，元件1是包括接触型处理部分(安全标识模块(SIM)，蜂窝电话处理电路等等)的类似对象。
至少一个元件(例如，元件1)包括所谓的NFC路由器13(近场通信)，其能够管理射频部分12(RF PART)与处理部分14(PROC PART)之间的通信。除此之外，路由器13还具有用作射频部分与处理部分14之间的接口的目的，其利用该射频部分进行双向通信，其经由单线3与处理部分14进行通信。
在这类应用中，用于路由器13与处理部分14之间的通信的全双工协议是SWP协议。路由器起主设备的作用并向电路14发送数据，所述电路14用作从设备。
图2显示了经由单线连接3在主设备13(MD)之间与从设备14(SD)之间进行单线通信的系统的实施例的框图。该附图一般地说例示了要描述的实施例可应用于任何类型的系统，假定该系统利用单线通信协议。
图3是例示周期信号S1的形状的例子，所述周期信号S1经由线3由主设备13提供且具有负载周期，所述负载周期是要传送的一系列数字数据的函数。在图3的例子中，由大约四分之三时钟周期T的高电平H(低电平L经过四分之一的周期T)执行状态1的传送，同时由仅仅大约四分之一的这个时钟周期的高电平H(低电平L经过剩余的四分之三)执行状态0的传送。由主设备借助于输出放大器以电压VMD的形式来传送信号S1。
图4A、4B和4C例示了单线协议所采用的电压和电流电平的例子以区别所传送的二元状态。这些电平不考虑信号的稳定时间(settlingtimes)。
图4A例示了信号VMD的电压电平，分别为高H和低L。该协议以标准化方式定义了周期信号的低电平和高电平的电压范围(对于低电平L在电平VOLmin与电平VOLmax之间，以及对于高电平H在电平VOHmin与电平VOHmax之间)。在特定例子中(对于介于1.62伏与1.98伏(C类)的范围中间的电源电压Vdd的SWP标准)，电平VOHmax与VOHmin分别是Vdd(例如，1.98伏)与0.85*Vdd(例如，1.377伏)，电平VOLmax是0.15*Vdd(例如，0.297伏)，电平VOLmin接地(0伏)。
图4B例示了与从设备14的输入电压相对应、因而与从设备端上的信号VMD的映像相对应的信号VSD的电压范围。这些范围定义了电压，在该范围内设备14认为接收信号处于高电平H或者低电平L。这些范围由电平VILmin和VILmax定义以考虑处于高电平H的信号，以及由电平VIHmin和VIHmax以考虑处于低电平L的信号。范围VOLmin-VOLmax和VOHmin-VOHmax当然分别在范围VILmin-VILmax和VIHmin-VIHmax之内。由从设备进行的信号VSD的电平的检测允许其修复信号S1。从设备14利用这个信号既作为用于将其交换与主设备同步的信号，又在低电平持续时间中检测由该信号所承载的数据。
图3C例示了由从设备14在单线连接3上执行的电荷调制以便向主设备13传送数据。这个附图例示了线3上的电流IW的范围ILmin-ILmax和IHmin-IHmax，其定义了由从设备传送的数据的二元状态0和1。参考系统性获取程序(systematic acquisition program)的上述例子，阈值ILmin和ILmax分别是0和大约20微安，阈值IHmin和IHmax分别是大约600微安和大约1毫安。
就时间而言，从设备14利用信号VSD为低的时期来定位其应用于线上的电荷(以及因而定义电流IW)。因此，当主设备13把信号VMD的状态切换为高态时，其可估计出线上的电流。
在常见的设备中，可以看到，为了检测这个电流电平，信号VMD必须已经稳定成高电平。因此，这个稳定时间(其取决于从设备施加的电荷)就决定了信号VMD的高电平的最小持续时间，以及因此决定了用于所传送的位0的高电平的最小持续时间，以及因此决定了系统流量。
图5是主设备的部分框图，其用于例示电路4的实施例，所述电路4用于传送周期流S1和用于确定反之接收的数据的二元状态S2。要传送的信号(例如，图3的形状)以数字链S1的形式被提供给输出放大器41(输出缓冲器-OB)。这个输出放大器在连接的单个焊盘(single pad)42上向线3提供电压VMD。焊盘42上呈现的信号进一步由主设备本身使用，以估计上升沿的斜坡。在图5的例子中，信号VMD用来导通开关K，所述开关K用于对斜坡检测电路43的电容元件431进行充电。开关K和电容元件431与电流源432串联在施加电源电压Vdd的两端之间。元件431的充电电平由测量电路44(MES)来估计，所述测量电路44提供与所接收数据相对应的二元信号S2。
图5例示了输出放大器41的优选实施例，根据该优选实施例，所述放大器在由从设备施加了明显充电(significant charge)的情况下改变其传送功率。其目的是，一旦已经执行了信号S2的检测，就结束上升沿的相对较强斜坡，以避免延迟调整电压VMD的稳定电平，所述电压VMD还被用在从设备端以测量在主-从方向中传送的数据。
这种功能是例如通过在输出放大器41中切换用于设置到高电平的电路(通常为P-沟道MOS晶体管)和/或用于设置到低电平的电路(通常为N沟道MOS晶体管)以改变输出功率来获得的。在所显示的例子中，假定存在为最高功率设计的、用于设置到低电平411的单个电路，和为相对较低功率(SP)和为相对较高功率(BP)设计的用于设置到高电平的两个电路412和413。例如，对构成电路412和413的P沟道MOS晶体管提供不同的尺寸，以及使构成电路411的N沟道MOS晶体管与P沟道晶体管的尺寸之和相同。反之也可。
主设备开始于通过利用具备低功率电路413的放大器41进行传送，以便由线上呈现的、因而由从设备施加的电荷来决定信号稳定斜坡。一旦已经执行了检测，如果测量设备44指示放大器41呈现状态1，则放大器41切换到高功率电路411。因此能够输出更大的电流。因此，即使具有更大的电荷，上升沿的斜坡也足够了。
明显充电加速上升沿的事实允许提高传送速率。
然而，输出放大器41的开关仍然是可选的，尤其是对于不希望这个速率提高的情况。用上升沿的斜坡的解释来决定状态也使得系统对噪声不那么敏感。
在从设备端，在上升沿的斜坡上进行干涉(intervention)决不是有损害的。相反，输出放大器41的电路可以设计成：以便通过在高电荷上的上升沿的末端带来更强的斜坡、以在大约与低电荷的情况下相同的时刻处结合高电平，使得信号VMD的稳定时间在两种电荷的情况下相同。由于然后有可能公平地检测其中的高态或低态的持续时间以还原周期信号并解码所接收的信号，所以这使得从设备的构成更加地灵活。
图7例示了电路43和44的实施例，其中开关K(例如MOS或者双极型晶体管)被控制由比较器435来断开，所述比较器435用于把端子42上呈现的电压与阈值Ref进行比较。焊盘42上的信号反相器436控制与电容431并联放置的另一个开关K’以将其短路。因此，当信号VMD为低时，开关K’导通。当出现信号VMD的上升沿时(忽略元件435和436中信号的稳定时间)，开关K导通、而开关K’断开。因而，电容431充电。当信号VMD的电平达到阈值Ref时，其充电中断。电路44包括将电容431两端的电压电平与阈值TH进行比较的比较器441。比较器441提供信号S2。
图7A到7E是例示图6的电路的操作的时序图。这些时序图分别显示了主设备的信号S1的形状以传送流1010的例子、由从设备在线上显示出的充电电平R2以传送流0011的例子、电压VMD的例子、电容元件431两端的电压V431的例子、以及由主设备检测的信号S2的例子。为了简化以下描述，忽略了通过电路的传播次数。
在信号S1的每个周期T，所述信号在时刻t1切换到高电平，然后在时刻t20切换到低电平以便传送0或者在后来的时刻t21切换到低电平以便传送1。在每个时刻t1之前的时刻t0处，即在前一个周期T的低态L的部分的期间，从设备将其电荷定位在最大电荷或者相对高电荷之间，例如以便传送1，或者定位在最小电荷或者相对低电荷之间(与相对高电荷相比)以便然后传送0。用信号R2的两个电平S(低电荷)和B(强电荷)来例示这一点(图7B)。在该例子中，假定在每个时刻t0，如果有必要则信号R2从一个电平切换到另一个电平。通常在SWP协议中，存在一种通信等待状态，其中信号S1和S2分别为1和0。从设备通过切换其电荷来停止这个状态。
在每个时刻t1，信号VMD开始升高，其断开开关K’(实际上，一旦电压电平足以切换反相器436就进行断开)并导通开关K。因而，电容431的充电大约开始于时刻t1。由电流源432最好是以恒定电流来设置电压V431的斜坡。然而，电压VMD的斜坡取决于由从设备施加的电荷的电平B或者S。优点从这个斜坡差值中获得，以检测所传送的电平0或1。
与利用强电荷B(状态1的传送)相比，利用低电荷S(状态0的传送)，斜坡更大。因此，电压VMD在时刻t30达到阈值Ref，其比在电荷B的情况下达到阈值(时间t31)更快。
在电流的强斜坡情况下(以及因此在电压VMD的情况下)，当断开开关K时，比较器441的阈值TH被选择成比电容431两端的电压电平更大。因此，信号S2仍然处于用于指示所接收的二元状态0的低电平L。
利用从设备施加的更大电荷B，信号VMD的斜坡更低。
比较器435的阈值Ref被选择，以便在信号VMD的低斜坡的情况下，在电压VMD达到阈值Ref之前电容431两端的阈值V431会达到阈值TH。因此，比较器441在时刻t41切换，这会引起切换到信号S2的高态，其用于指示二元状态1。
在简化的实施例中，放大器41不改变其输出功率，以及电压VMD在时刻t31达到电平Ref。开关K断开，电容431的充电停止。
在所示优选实施例中，在时刻t41处信号S2的切换会引起输出放大器41(图5)切换到更大的功率。因此，可以观察到信号VMD(或者IW)的上升沿的斜坡变化，然后所述信号更快地达到高电平。这导致更快地停止电容431的充电。
在信号S1的每个下降沿(时刻t20、t21)，通过导通开关K’使电容431复位(放电)。
中断电容431的充电的好处是会降低检测电路的功耗。
由于在主设备端，所述设备不仅管理其自身的电路的同步，而且管理从设备的电路的同步，因此不同电路的同步也不是问题。
已经描述了各种实施例，并且不同的改变和改进都属于所属领域技术人员的能力范围之内。尤其是，根据以上所给出的功能性指示及根据本申请，同步时间以及电压电平和阈值的选择都属于所属领域技术人员的能力范围之内。此外，根据以上所给出的功能性指示的本发明的实际实现也属于所属领域技术人员的能力范围之内，尤其是不同增益的放大器输出级的形成。此外，所例示的二元状态0和1是一种常规，也可以相反。

Claims (10)

1.一种由能够经由单线连接(3)向第二设备(14)传送双态信号(VMD)的第一设备(13)来确定由第二设备经由所述连接传送的数据的二元状态的方法，所述方法包括：
通过对所述单线连接上的电荷进行调制，所述第二设备以与所述第一设备向所述第二设备传送所述双态信号同步地向所述第一设备传送数据，对所述电荷的调制使得所述双态信号的上升沿的斜坡根据所述第二设备所传送的所述数据的所述二元状态来变化；
所述第一设备确定所述双态信号的所述上升沿的所述斜坡；以及
所述第一设备根据所确定的所述双态信号的所述上升沿的所述斜坡来确定所述第二设备传送的所述数据的所述二元状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中根据出现上升沿时电容元件(431)的充电电平来确定斜坡。
3.根据权利要求2所述的方法，其中将充电电平与阈值(TH)相比较以确定所述二元状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其中上升沿的斜坡被中止于第一个二元状态(1)甚至中止于第二个二元状态(0)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中第二设备(14)根据其传送的数据的二元状态调制其在连接(3)上显示的电荷。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号(VMD)由第二设备(14)用作时钟信号。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号(VMD)根据要从第一设备(13)传送给第二设备(14)的数据(S1)来调制其负载周期。
8.一种经由单线连接(3)进行传送接收的设备(13)，其能够向另一个设备(14)传送双态信号(VMD)，所述另一个设备(14)被配置为通过对所述单线连接(3)上的电荷进行调制，以与所述设备(13)向所述另一个设备(14)传送所述双态信号同步地向所述设备(13)传送数据，对所述电荷的调制使得所述双态信号的上升沿的斜坡根据所述另一个设备(14)所传送的所述数据的二元状态来变化，所述经由单线连接进行传送接收的设备包括：
用于测量表示所述信号的上升沿的斜坡的信息的元件(43)；以及
用于将所述信息与阈值进行比较以便确定所述数据的所述二元状态的元件(44)。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括用于切换放大器(41)的功率以传送所述信号的元件，所述信号在检测到与第二设备的电荷相对应的状态之后被触发。
10.一种经由单线连接(3)在主设备(13)和从设备(14)之间同时进行双向传输的系统，其中所述主设备和所述从设备适合于实现权利要求1的方法。
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