CN102118175A

CN102118175A - 天线匹配电路及近距离无线通信的实现方法

Info

Publication number: CN102118175A
Application number: CN200910260779XA
Authority: CN
Inventors: 张蔓
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: WO2011079599A1; CN102118175B

Abstract

本发明公开了一种天线匹配电路及近距离无线通信的实现方法。上述电路应用于近距离无线通信终端，除了包括：负载电阻和电容之外，该电路还包括：可编程控制电容器，与负载电阻并联连接，并与电容串联连接，用于调节容值以调节终端的天线谐振频率。根据本发明提供的技术方案，可以大幅提高NFC天线频响范围，从而改善NFC终端在实现卡时的性能。

Description

天线匹配电路及近距离无线通信的实现方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种天线匹配电路及近距离无线通信的实现方法。

背景技术

近距离无线通信(Near Field Communication，简称为NFC)是由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术。NFC由非接触式射频识别(Radio Frequency Indentification，简称为RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。NFC芯片装在终端(例如，手机)上，手机就可以实现小额电子支付和读取其他NFC设备或标签的信息等一系列功能。目前这一类型的手机，作为一种新的发展方向，发展态势相当迅猛。

NFC作为一种通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递的通信方式，为了达到更好的通信效果，通信双方的要尽可能保障谐振频率的一致性。虽然在ISO 14443中，建议的工作频率是13.56M，但市面上各种NFC产品的质量良莠不齐，工作频率大概在12M～17M范围内。手机，由于体积、造型等多方面因素的限制，不可能无限制地通过增大天线空间实现对各种NFC设备的兼容。因此通过其他方案，提高手机对NFC阅读器兼容性的需求显得非常迫切。目前尚未提出有效的技术方案。

发明内容

针对相关技术中NFC终端因为天线频率限制，引发的适应性不强的问题，本发明提供了一种天线匹配电路及近距离无线通信的实现方法，以解决上述问题至少之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种天线匹配电路。

根据本发明的天线匹配电路，应用于近距离无线通信终端，该电路除了包括：负载电阻和电容之外，该电路还包括：可编程控制电容器，与负载电阻并联连接，并与电容串联连接，用于调节容值以调节终端的天线谐振频率。

根据本发明的另一方面，提供了一种近距离无线通信的实现方法。

根据本发明的近距离无线通信的实现方法包括：在终端处于卡模拟状态且无法接收来自于阅读器的触发信号时，调节可编程控制电容器的容值以调节终端的天线谐振频率；确定能够接收到来自于阅读器的触发信号，并向阅读器返回响应信号。

通过本发明，通过可编程的频率扫描，解决了相关技术中NFC终端因为天线谐振频率限制，引发的适应性不强的问题，进而可以大幅提高NFC天线频响范围，从而改善NFC终端在实现卡时的性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是NFC天线的框架结构示意图；

图2是根据本发明实施例的天线匹配电路的结构框图；

图3是根据本发明实施例的NFC天线的框架结构示意图；

图4是根据本发明实施例的近距离无线通信的实现方法的流程图；

图5为根据本发明实施例的NFC通信流程示意图；

图6是根据本发明优选实施例的近距离无线通信的实现方法的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

首先结合图1对NFC天线的框架结构进行描述。图1是NFC天线的框架结构示意图。由于NFC是一种通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递的通信方式。它的工作原理类似变压器，所以，可以将NFC天线看作一个绕线线圈，等效电路可以表示为一个电感。

在具体实施过程中，可以通过调节天线匹配电路的电容来改变LC振荡器的谐振点。图1示出了单端输入的NFC天线的框架结构。

通常情况下，要求谐振频率F0＝13.56MHz。R_P为用来控制天线Q值的负载电阻，C1，C2为根据天线的电感L调节天线的谐振点以及谐振点上的S参数的电容。其中，LC谐振电路的公式如下：

R_{p} \approx \frac{{(2 . π . f_{0} . L)}^{2}}{r_{s}}

C_{1} = \frac{1}{\sqrt{Z_{OUT} . R_{p}} 2 . π . f_{0}}

and

C_{2} = \frac{1}{L . {(2 . π . f_{0})}^{2}} - C_{1}

不难得出，在天线感值L及负载电阻R_P一定的情况下，仅通过调节C₂就可以调整系统的谐振频率f₀。因此，可以得出以下结论：图1中的电容C₂是决定天线谐振点的一个关键因素。

图2是根据本发明实施例的天线匹配电路的结构框图。如图2所示，根据本发明实施例的可编程电容匹配电路，应用于近距离无线通信终端，该电路包括：可编程控制电容器C₃，与负载电阻R_P并联连接，并与电容C₁串联连接，用于调节容值以调节终端的天线谐振频率。

其中，上述负载电阻由于图1中的电容C₂是决定天线谐振点的一个关键因素，因而可以使用可编程控制的电容器C₃，替代天线谐振频率的关键因素C₂。

因而，上述天线匹配电路不同于相关技术中的天线匹配电路，在天线匹配电路中设置一个可编程控制电容器C₃，用于调节容值以调节终端的天线谐振频率，可以解决现有技术中终端只采用一个固定谐振频率点，无法适应更多场合的NFC通信的问题。进而可以大幅提高NFC天线频响范围，从而改善NFC终端在实现卡时的性能。

优选地，上述可编程控制电容器C₃可以进一步包括：并联电容、逻辑可控制开关电路。

在具体实施过程中，可编程控制电容器调节电容的容值的方式包括以下至少之一：获取寄存器中存储的控制取值以改变电容的容值；通过容值的扫描和校准以改变电容的容值。

其中，寄存器中通常存储的是控制可编程电容器容值的控制取值。而并非是实际电容值。因而还需要在可编程控制电容器规格书中的真值表查找与控制取值对应的实际电容值。

其中，可编程控制电容器通过以下至少之一方式进行电容值的扫描和校准以改变电容的容值：选择并联电容的数量，和/或，改变逻辑可控制开关电路的值。

在具体实施过程中，通过软件控制GPIO/GPO的配置，改变上述逻辑控制开关的值，就可以得到一组可编程电容器C3的值。从而可以得到一系列带宽相似、谐振频率渐变的频响。其中，上述GPIO/GPO是为手机系统提供的逻辑控制管脚，可直接连接到C3的控制管脚上。

图3是根据本发明实施例的NFC天线的框架结构示意图。如图3所示，该NFC天线包括图2中所示的天线匹配电路，其中，使用可编程控制的电容器C3，替代图1中的电容C2。在改进的天线匹配电路中调节可编程电容器的容值，可以大幅提高NFC终端天线的频响范围，改善终端作为卡时对不同阅读器的适应能力。

图4是根据本发明实施例的近距离无线通信的实现方法的流程图。如图4所示，根据本发明实施例的近距离无线通信方法包括以下处理(步骤S401-步骤S403)：

步骤S401：在终端处于卡模拟状态且无法接收来自于阅读器的触发信号时，调节可编程控制电容器的容值以调节终端的天线谐振频率；

步骤S403：确定能够接收到来自于阅读器的触发信号，并向阅读器返回响应信号。

在上述近距离无线通信方法中，通过调节可编程控制电容器的容值，可以有效提高NFC有效工作带宽，提高系统适应性。

优选地，在执行步骤S401之前，还可以包括以下处理：

(1)判断终端是否处于卡模拟状态；

(2)如果是，则获取存储器中预先存储的可编程控制电容器的初始控制取值，初始化终端的天线谐振频率，其中，每个控制取值分别对应一个电容值；

(3)判断能否接收到来自于阅读器的触发信号。

优选地，步骤S403中在确定能够接收到来自于阅读器的触发信号之后，还可以包括以下处理：将当前获取的可编程控制电容器的控制取值保存至寄存器中。

通过上述处理，在进行下一次工作时，例如，阅读器频率未变更，则可以以最快的速度查找到合适的频点。

优选地，上述步骤S401中调节可编程控制电容器的容值包括以下至少之一：获取寄存器中存储的控制取值以改变电容的容值；通过容值的扫描和校准以改变电容的容值。

在具体实施过程中，通过容值的扫描和校准以改变电容的容值包括以下处理：选择并联电容的数量，和/或，改变逻辑可控制开关电路的值。

优选地，改变逻辑可控制开关电路的值可以进一步包括以下处理：通过软件更新通用输入输出(General Purpose Input Output，简称为GPIO/通用输出(General Purpose Output，简称为GPO)接口的配置，改变上述逻辑控制开关的值。

通过执行上述步骤，实现了处于卡模拟状态时的终端(也可以看作NFC卡)与NFC阅读器的通信，具体通信流程示意图可以参见图5。

图5为根据本发明实施例的NFC通信流程示意图。如图5所示，NFC阅读器以一定的时间间隔，做有规律的信号输出，只要接收到NFC卡的应答，就可以完成通信的全过程。用户体验良好的卡应答时间在0.1S以内。主频为104M的手机，完成控制电容器做从250P到500P，步长为5P的容值扫描，所需时间不超过1μS，完全可以保证良好的用户体验。

图6是根据本发明优选实施例的近距离无线通信的实现方法的流程图。如图6所示，根据本发明优选实施例的近距离无线通信的实现方法包括以下处理(步骤S601-步骤S613)：

步骤S601：先判断NFC终端是否处在卡模拟状态下；

步骤S603：读取寄存器中相应位置的C3初始值，初始化NFC天线的谐振频率；

步骤S605：判断是否受到了阅读器触发信号？如果否，进入步骤S607，如果是，进入步骤S609；

步骤S607：通过改变C3的控制管脚的输入，改变C3的电容值，改变NFC天线的频率，返回步骤S605；

步骤S609：向阅读器提交相应数据，完成数据交换。

步骤S611：将目前的C3控制值写入寄存器。以便下一次工作时，如阅读器频率未变更，则可以以最快的速度找到合适的频点。

步骤S613：返回NFC卡模拟状态待机模式。

通过上述实施例，提供的近距离无线通信的实现方法，通过提高NFC天线工作带宽，提高了系统适应性，并可以使NFC终端适应更多场合下的NFC通信要求，进而有效实现了处于卡模拟状态时的终端(也可以看作NFC卡)与NFC阅读器的通信。

综上所述，由于相关技术中大多数手机NFC系统中都采用固定谐振频率点的方法，无法适应更多场合下的NFC通信要求，且研发调试周期长，通信质量很难得以提高，也无法对产品一致性作出可靠保障，借助本发明提供的上述技术方案，可以有效提高NFC有效工作带宽，提高系统适应性，并且节约了手机研发过程中NFC天线的调试时间，提高了电路通用性，从而可以节约研发及生产成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种天线匹配电路，应用于近距离无线通信终端，所述电路包括：负载电阻、电容，其特征在于，所述电路还包括：

可编程控制电容器，与所述负载电阻并联连接，并与所述电容串联连接，用于调节容值以调节所述终端的天线谐振频率。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述可编程控制电容器包括：

并联电容、逻辑可控制开关电路。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述可编程控制电容器调节电容的容值的方式包括以下至少之一：

获取寄存器中存储的控制取值以改变电容的容值；

通过容值的扫描和校准以改变电容的容值。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述可编程控制电容器通过以下至少之一方式进行电容值的扫描和校准以改变电容的容值：

选择所述并联电容的数量，和/或，改变所述逻辑可控制开关电路的值。

5.一种近距离无线通信的实现方法，其特征在于，所述方法包括：

在终端处于卡模拟状态且无法接收来自于阅读器的触发信号时，调节可编程控制电容器的容值以调节所述终端的天线谐振频率；

确定能够接收到来自于所述阅读器的所述触发信号，并向所述阅读器返回响应信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在调节可编程控制电容器的容值以调节天线谐振频率之前，所述方法还包括：

判断所述终端是否处于卡模拟状态；

如果是，则获取存储器中预先存储的所述可编程控制电容器的初始控制取值，初始化所述终端的天线谐振频率，其中，每个控制取值分别对应一个电容值；

判断能否接收到来自于所述阅读器的所述触发信号。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在确定能够接收到来自于所述阅读器的所述触发信号之后，所述方法还包括：

将当前获取的可编程控制电容器的控制取值保存至寄存器中。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调节可编程控制电容器的容值包括以下至少之一：

获取寄存器中存储的控制取值以改变电容的容值；

通过容值的扫描和校准以改变电容的容值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过容值的扫描和校准以改变电容的容值包括：

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述改变所述逻辑可控制开关电路的值包括：

通过软件更新通用输入输出接口/通用输出接口的配置以改变所述逻辑控制开关的值。