CN101635577A - 在终端范围内检测无线通信元件是否存在的方法和电路 - Google Patents

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Abstract

一种通过终端辐射电磁场检测无线通信元件存在的方法，其中终端的振荡电路在振荡电路的额定调谐频率附近的两个值之间的可变频率上被激励；代表振荡电路负载的信号被解析为检测到未超过参考电压，表示场内存在无线通信元件。

Description

在终端范围内检测无线通信元件是否存在的方法和电路
技术领域
本发明一般涉及电子线路，以及更具体地，涉及具有电磁应答器类型远程元件的无线通信的终端。
更具体地，本发明应用于短距离通信系统(距离小于几米)，例如近场通信(NFC)系统。
背景技术
在近场通信系统中，终端功耗并未受到关注题，所述终端向可能被置于该场内的应答器周期性地发送(例如每半秒)询问帧。当应答器接收到该帧时对其作出响应。询问帧相当于根据预定义的编码调制的载波。该载波在频率上对应一个A.C.信号，终端和应答器的振荡电路被调谐在该载波上。
对于期望最小化终端功耗的系统而言，这种询问帧仅在应答器已经预先被终端检测到时发送。为此，即使在没有发送的情况下，包括应答器组成的谐振电路也会构成在终端所在的场内的终端的振荡电路上的负载。从而，应答器的存在导致的负载的变化被检测到，认为应答器存在于场内并且能够与终端进行通信。通常，终端在不调整载波数据的情况下周期性地(例如每半秒)激励其振荡电路，并且检测到天线电压相对于参考值的可能的减小，可降低终端的功耗。
而对于可靠的检测，振荡电路激励频率必须精确。这种频率的生成按照常规需要石英晶体振荡器。在每次开启石英晶体振荡器时，这种振荡器产生相对高的功耗。
进一步地，检测具有非理想调谐的谐振电路的应答器的存在具有检测失误的危险。
发明内容
期望提供实现用于检测在终端的场内的电磁应答器是否存在的电路，克服所有或部分常规电路的缺点。
具体地，期望在存在检测阶段避免使用石英晶体振荡器。
进一步地，期望检测器的工作不受终端或应答器的谐振电路的调谐频率的飘移的约束。
为实现所有或部分以及其它目标，本发明的一种实施方式提供了通过终端辐射电磁场来检测无线通信元件是否存在的一种方法，其中：
终端的振荡电路被激励至振荡电路的额定调谐频率附近的两个值之间可变的频率上；以及
代表振荡电路负载的信号被解析为检测到未超过参考电压，表示场内存在元件。
根据本发明的一种实施方式，在可变频率上的多个周期激励被以规则间隔发送。
根据本发明的一种实施方式，代表信号是用于辐射场的天线的电压。
本发明的一种实施方式也提供了一种用于控制终端辐射电磁场的方法，该电磁场用于与无线元件通信，其中，当元件被检测到位于场内时，通信阶段被触发，石英晶体振荡器在通信阶段被使用。
本发明的一种实施方式也提供了通过终端辐射射频场检测无线通信元件是否存在的电路，包括：
可变频率振荡器，用于激励终端的振荡电路；以及
比较器，具有代表振荡器负载相对于参考值的量。
根据本发明的一种实施方式，该电路能够实施存在检测方法。
本发明的一种实施方式也提供了具有至少一个无线通信元件的终端，包括所述检测电路。
根据本发明的一种实施方式，终端进一步包括石英晶体振荡器。
以下将参照附图在具体实施方式的非限制性描述中详细讨论本发明的上述目标、特点以及优点。
附图说明
图1是一种类型的通信系统的框图，作为本发明应用于通信系统的所述类型的一个实施例。
图2是检测终端场中应答器存在的常用检测器的部分简图。
图3是检测终端场中的无线通信元件存在的检测器的一种实施方式的简化框图。
图4A、4B、4C和4D是示出了无线通信元件检测方法的一种实施方式的时序图；以及
图5是存在检测方法的一种实施方式的框图。
具体实施方式
在不同的图示中，相同的元件用相同的参考数字来表示，并且图4A-4D的时序图未按比例示出。
为清晰起见，只示出并将描述对本发明的理解有用的步骤和元件。具体地，通过终端对应答器的存在检测的解析未详细描述，本发明与任何类似检测的常规开发相兼容。进一步地，终端和应答器之间的通信帧也未详细说明，本发明也与传统的通信模式相兼容。
图1是在读取或读写终端2(读取器，READER)和无线通信元件或应答器3(在该实施例中为芯片)之间进行近场通信的系统1的简化表示。应答器3一般包括一个或多个电子线路31和天线32，所述天线32能够感测终端2的天线22的辐射场。通常，应答器的电路31从终端2的辐射场提取其工作所需的电源。
例如，应答器3是一种非接触式卡、微型或便携式电子线路等，终端2是一种接入终端或票务验证终端、支付终端等。应用的另一个实施例是终端本身由电池供电的便携式设备构成(例如手机)。
图2是终端2’元件的部分简化框图，现用于检测天线22的辐射场内的应答器存在。石英晶体振荡器23一般用于利用放大器24激发终端(仅示出天线22)的振荡电路。比较(比较器25)天线22的电压与参考值Ref以检测可能存在的应答器。应答器的存在解析为天线电压值的变化，即当存在应答器时，天线电压值小于参考值并生成比较器25的输出信号(输出，OUT)在其两个二进制状态之间的切换。
石英晶体振荡器23应被调谐至系统的谐振频率(例如，13.56兆赫兹)上以能够检测存在应答器的场的变化，应答器本身具有调谐至13.56兆赫兹频率上的谐振电路。而在该谐振频率切换的情况下，电路面临着产生检测失误的危险。
进一步地，在等待通信阶段(即存在检测阶段)，使用石英晶体导致准永久性的相对高的功耗。
与图2相比，图3是示出了应答器存在检测器的一种实施方式，该应答器配有无线通信终端2。图3示出了可通过放大器24及所属振荡电路(由框图28示出)激励的天线22。
根据所述实施方式，当终端2处于存在检测模式时，其振荡电路由可变频率振荡器26(VARIABLE OSC)提供的信号激励。天线22的电压Vant与参考电压Vref相比较以检测(比较器27输出信号检测，DETECT)可能存在的应答器。
振荡器26由例如信号CTRL控制，例如，在搜索应答器期间，由可变电压源或电流源随时间周期性地改变其频率来控制振荡器26。由于检测期间调谐频率附近的全部频率范围被扫描，振荡器26不必是精确的。
终端各种组件的控制和检测的解析由例如处理电路29实现。所述电路是用于终端的其它作业例如数字处理器(微处理器或其它处理器)。所述电路的设计可生成可变频率激励信号的周期循环。
图4A、4B、4C和4D示出了图3的终端工作的一个实施例的时序图。图4A是可变振荡器26的控制信号CTRL的波形图的一个实施例。图4B是振荡器26提供的信号的频率f随时间变化的波形图的一个实施例。图4C和4D分别是场内不存在应答器以及场内存在应答器时，天线电压Vant的波形图的实施例。
假定存在检测阶段包括周期性地(例如，每一秒或每半秒)发射围绕终端振荡电路的理论谐振频率facc附近的频率f0和f1之间的可变频率信号。在图4A-4D的实施例中，假定所述频率改变在两个周期T期间实现，其中(图4B)频率在每个周期的前半周期从值f0增大至f1，在每个周期的后半周期减小。图4A示出了用于增大可变振荡器26的电压源或电流源的电压或电流的控制信号的实施例。所述控制信号从零值增大至最大值MAX，所述控制信号为零值时振荡器26的频率约对应为频率f0，所述控制信号为最大值MAX时振荡器的频率约对应为频率f1。
在场内不存在电磁应答器的情况下(图4C)，天线电压Vant从在频率f0上的最小值Vmin开始，当达到调谐频率时天线电压Vant达到最大值Vmax，然后在频率f1上降低至值Vmin1。值Vmin0和Vmin1无需相同。当频率从频率f1降低至f0时，电压Vant从电压Vmin1增大直到达到电压Vmax，然后降低至值Vmin0。
若应答器存在于场内(图4D)，主要在调谐频率facc上调整谐振电路的负载。从而，不必调整或仅作微小调整值Vmin0和Vmin1。然而，电压Vant未达到电压Vmax，但中止于较低的值Vint。
通过选择比较器在期望值Vint和Vmax之间的参考值Vref，除非存在应答器，则比较器27的输出在控制信号的每个周期T切换两次。
图5示出了检测方法的一种实施方式的简化的流程图。
一旦读取器被初始化(框图31，开始)，电子线路开启时间计数器(框图32，计数器，TIMER)以周期性地发送可变频率周期T(框图33，n周期T)的数字n(图4A中的实施例的2)。天线电压与参考电压比较(框图34，Vant＞Vref？)以检测是否存在所述参考电压的交叉。若所述交叉已经发生(框图34输出是)，进程恢复至时间计数器32的值。若所述交叉未发生(框图34输出否)，表示存在应答器，并且终端可通过发送通常的询问帧来发起通信(框图35，COM)。相当于以一种比检测模式功耗更多的模式激发终端的电路。具体地，终端使用其石英晶体生成精确的发送载波的频率(例如13.56MHz)。
考虑发送n循环的时间窗，比较34可以以同步形式实现。作为变量，平均电压Vant并相应地选择阈值Vref。
现在，无需石英晶体振荡器检测应答器存在是可能的。
带来的优点是若应答器和/或终端的振荡电路未调谐于额定值，仍可实现检测。实际上，无论谐振频率是频率f0还是f1，系统将必定通过天线的最大电压发送。相应地，足以合适地选择阈值Vref以能够检测应答器的存在，即便是在终端和应答器各自的调谐频率发生漂移的情况下。
未使用石英晶体振荡器的情况可在检测阶段使功耗降低。现在，检测阶段一般在终端的使用中被控制(通信周期相对于等待周期较短)。从而节省了大量功耗。
作为应用于额定谐振频率13.56兆赫兹的一种具体的实施方式，频率f0和f1约为8兆赫兹和20兆赫兹。
各种实施方式已经被描述，本领域的技术人员将想到各种修改和变更。具体地，基于给出的上述功能指示以及通过使用当前的电路，存在检测所需的电路的实际构成在所属领域的技术人员能力范围之内。例如，替代电压控制振荡器或电流控制振荡器，恒流电容元件的充电和放电可被用于获取可变频率振荡器。根据另一种具体的实施方式，振荡器由多个串联的逆变器构成并提供可变电压。
进一步地，尽管引用已经涉及天线电压(相对于接地)的测量，由构成在终端的场内的应答器的负载感应的任何信号可被开发。

Claims (9)

1.一种通过终端(2)辐射电磁场来检测无线通信元件(3)是否存在的方法，其中：
终端的振荡电路(28)在频率(f)上被激励，所述频率(f)在围绕所述振荡电路的额定调谐频率(facc)附近的两个值(f1、f2)之间可变；以及
代表所述振荡电路负载的信号(Vant)被解析为检测到未超过参考电压(Vref)，表示场内存在无效元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述终端包括石英晶体振荡器，在所述终端的所述振荡电路被激励至所述可变频率上的阶段中不使用所述石英晶体振荡器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在可变频率上的多个周期(T)激励被以规则间隔发送。
4.根据权利要求1所述的方法，其中代表信号是用于辐射所述场的天线(22)的电压(Vant)。
5.一种控制终端(2)辐射电磁场与无线元件(3)进行通信的一种方法，其中，当根据权利要求1所述的方法检测到所述场内的元件时，通信阶段被触发，在通信阶段使用石英晶体振荡器(23)。
6.一种通过终端(2)辐射射频场检测无线通信元件(3)是否存在的电路，并且具有石英晶体振荡器，包括：
可变频率振荡器(26)，用于激励终端的振荡电路(28)；以及
比较器(27)，比较代表所述振荡电路的所述负载值(Vant)和参考值(Vref)。
7.根据权利要求6所述的电路，能够实施权利要求1所述的方法。
8.一种具有至少一个无线通信元件(3)的通信终端(2)，包括根据权利要求6中所述的电路。
9.根据权利要求8所述的终端(2)，进一步包括石英晶体振荡器(23)。
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