CN102237902A - 通信设备和通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在向通信介质提供功率的时候与通信介质进行通信的通信设备，该设备包括：通信距离检测单元，配置来用于检测到通信介质的距离；传输功率控制单元，配置来用于根据检测到的距离来控制传输放大器的传输功率。

Description

通信设备和通信方法

技术领域

本发明涉及通信设备和通信方法，尤其涉及与诸如在其上安装了非接触集成电路(IC)芯片的卡的通信介质或移动装置进行通信的通信设备和通信方法。

背景技术

例如，将起着阅读器和记录器作用的通信设备组装到自动检票门(ticketgate)中。在通信介质接近通信设备时，通信设备通过向通信介质提供功率与通信介质相互通信。

图10是方块图，该图示出了通信设备和通信介质的常用结构的例子。

通信设备100包括用于处理要发送和要接收的数据的数据处理单元101，根据要发送的数据产生调制信号的调制产生电路102，以及用于产生载波的载波产生电路103。将调制产生电路102和载波产生电路103的输出输入到调制器104中，使用由调制产生电路102产生的信号来调制由载波产生电路103产生的载波。用传输放大器105来放大调制了的信号并将此信号输出到天线106上。天线106与用于检测接收到的信号的检测电路107相连，并用解调电路108来解调检测过的信号，然后将此信号发送到数据处理单元101上。

另一方面，通信介质110具有天线111，该天线通过电磁感应与通信设备100的天线106进行电磁感应连接来提供功率并发送和接收数据。此外，通信介质110具有检测/解调电路112，它从由天线111接收的信号中提取数据；数据处理单元113，用于处理所提取的数据；调制电路114，调制处理过的响应数据并将此数据发送给天线111。

在通信介质110接近通信设备100时，通信设备100能够与通信介质110进行非接触通信。如果在通信时通信设备100和通信介质110之间的距离发生改变，那么，通信条件也会发生改变，相应地，通信质量也会发生改变。例如，在通信介质接近通信设备100时，就会出现调谐频率偏移的现象，相应地，随着通信介质110接近通信设备100，通信质量就会变坏。对于这样的现象，已经提供了一项技术，在此技术中，即使通信设备100和通信介质110之间的距离发生改变，调谐频率也不改变，因此，就稳定了通信质量(例如，参见未经审查的日本专利申请出版物No.2007-329674)。

此外，为了用通信介质110来进行高速处理，通信设备110配置成具有宽的可通信范围，以使其能够在某个特定距离上开始通信。这一点可以通过增加通信设备100的传输放大器的传输功率来实现。通过增加传输放大器的传输功率，通信设备100能够与位于通信范围内的通信介质110进行稳定的通信。然而，由于在通信介质110和通信设备100分开最大的可通信距离时，通信设备100为通信介质110提供内部电路运行所必须的最小功率，因此如当通信介质110位于接近通信设备100的位置上时，通信设备100就会为通信介质110提供不必要的大功率。因此，通信介质110具有保护电路，以防止即使在提供过高功率情况下内部电路遭到破坏。

发明内容

通信介质整流接收到的功率，以便将所接收到的功率调整为电源电压，该电源电压应与通信介质的内部电路的额定功率相适应。如果接收到的功率过高，保护电路就开始运行，以迫使过高的电位降到特定的电位。然而，用保护电路来降低电位时一定会伴有热的产生。因此，如果在一段持续的时间(例如，通信介质留在通信设备上的时间)内所接收到的功率一直保持过高，通信介质就会因受热而损坏。由于这个缘故，存在这样一个不希望有的问题，这就是要增加在通信设备中的传输放大器的传输功率。

希望提供一种通信设备和通信方法，它们能够使传输放大器保持高的传输功率，并同时能够防止通信介质的性能由于受热而损坏或衰退，即使通信介质在一段持续的时间中位于接近通信设备的位置上时也是这样。

为了解决上述的问题，在本发明中，提供一种通信设备，它能够在向通信介质提供功率的同时，与通信介质相互通信。该通信设备包括以下部分：通信距离检测单元，配置来用于检测到通信介质的距离；传输功率控制单元，配置来用于根据检测到的距离来控制传输放大器的传输功率。

此外，在本发明中，提出一种通信方法，其中，通信设备在向通信介质提供功率的同时，与通信介质相互通信。该通信方法包括以下步骤：检测通信介质和通信设备之间的距离，并随着检测到的距离的变小而降低通信设备的传输放大器的传输功率。

根据这样的通信设备和通信方法，如果通信介质不在接近通信设备的位置上，但由于能够使通信设备的传输放大器的传输功率最大化，因此，能够扩大最大的通信距离。此外，随着通信介质接近通信设备，就减少通信设备的传输放大器的传输功率，从而能够防止通信介质接收不正常的高功率。

由于具有上述配置的通信设备和通信方法能够使传输放大器保持高的传输功率，因此，在通信介质远离通信设备的情况下，能够保证最大的通信距离。另一方面，在通信介质接近通信设备的情况下，由于可将通信设备的传输功率降低到能与通信介质相互通信所必须的传输功率，因此，能够防止通信介质受到损坏或者由于接收过量的功率而使其性能衰退，并能降低通信设备的功率消耗，而这正是我们所想要的。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施例通信设备的主要结构的方块图。

图2是示出了在通信介质接近通信设备时在天线中的载波电压的变化的示意图。

图3是示出了根据第一实施例通信设备的结构的例子的电路示意图。

图4是示出了根据本发明的第一实施例与通信设备所用的通信距离相关的传输功率的控制模式的示意图。

图5是示出了与通信距离相关的监控电压和载波中的变化的检测图像的示意图。

图6是示出了通信介质的接收电压特性的示意图。

图7是示出了根据第二实施例通信设备的结构的例子的电路示意图。

图8是示出了根据本发明的第二实施例的与通信设备所用的通信距离相关的传输功率的控制模式的示意图。

图9是示出了根据第三实施例通信设备的结构的例子的电路示意图。

图10是示出了通信设备和通信介质的总体结构的例子的方块图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图1是方块图，示出了根据本发明的实施例通信设备的主要结构。图2示出了与通信介质的靠近相关的天线中载波电压的变化。

通信设备10具有数据处理单元11、调制产生电路12、载波产生电路13、调制器14、传输放大器15、天线16、检测电路17和解调电路18，并具有与图10所示的结构相同的结构。根据本发明的实施例的通信设备10进而包括通信距离检测单元19，它通过监测天线16中的载波电压来检测到通信介质30的距离，传输功率控制单元20，它控制传输放大器15的传输功率。通信介质30具有天线31、检测/解调电路32、数据处理单元33和调制电路34，它具有与图10所示的结构相同的结构。

在通信介质进入到可与通信设备10相互通信的范围时，通信设备10通过传输放大器15和天线16向通信介质30发送由载波产生电路13产生的载波。通信介质30调整由天线31接收的载波，将载波调整到某个特定的电压，并产生功率。

在此，在将由数据处理单元11处理过的数据发送给通信介质30时，调制产生电路12将数据转换成具有二元波形(binary waveform)的基带信号，调制器14用基带信号调制载波。然后，通过传输放大器15和天线16来发送调制系数约为10％的振幅键控(ASK)信号，该信号是通过调制得到的信号。

在通信介质30中，调制/解调电路32检测和解调由天线31接收到的振幅键控(ASK)信号，以便恢复数据。然后，将此数据输入到数据处理单元33中并对其进行数据处理。

在通信介质30向通信设备上10发送数据时，在通信介质30从通信设备10上接收未调制的载波的情况下，该数据被调制电路34调制，以使得由天线31接收的载波发生变化。在通信设备10中，由于在通信介质30一方上的变化对于天线16而言看来像电流的变化，因此，用检测电路17来检测此变化，并用解调电路18来解调数据，以便恢复数据。然后，将此数据发送给数据处理单元11。

此外，如图2所示，对于通信设备10的天线16中的载波电压而言，在通信介质30位于通信设备10的最大通信距离之外的时候，载波的振幅最大。另一方面，在将通信介质30放在接近通信设备10的位置上的时候，载波的振幅减小。在此，有这样的一种相互关系，这就是振幅衰减的程度随着通信设备10和通信介质30的距离而变化。根据这样的变化特征，通信距离检测单元19就能通过监测在天线16中的载波电压来检测到通信介质30的距离。

传输功率控制单元20根据到通信介质30的距离(该距离是由通信距离检测单元19检测到的)来控制传输放大器15的功率。此时，传输功率控制单元20控制传输放大器15的传输功率，以使得传输功率保持固定的最大值，直到所述到通信介质30的距离达到某个特定的值为止，当所述到通信介质30的距离变得小于某个特定的值，传输功率控制单元20就控制传输放大器15，以使其传输功率下降。

照此办理，如果通信介质30在远离通信设备10的位置上，由于传输放大器15的传输功率保持在最大值而没有受到限制，因此，能够保证最大通信距离。如果通信介质30在接近通信设备10的位置上，由于传输放大器15的传输功率减少到可与通信介质30通信所必须的传输功率，因而能够减少通信设备10的功率消耗。对于通信介质30而言，即使它在接近通信设备10的位置上，由于所接收的功率并不过量，没有出现由于保护电路的运行而产生的热，因此，能防止由于接收过量的功率而引起的损坏和性能的衰退。

图3是电路示意图，该图根据第一实施例示出了通信设备的结构的例子。图4根据本发明的第一实施例示出了与通信设备所采取的通信距离相关的传输功率的控制模式。图5示出了载波变化的检测图像以及与通信距离相关的监控电压。图6示出了通信介质30所接收的电压的特性。应当说明的是，在图4中，水平轴代表在通信设备10和通信介质30之间的距离，垂直轴代表传输放大器15的传输功率。在图5中，水平轴代表在通信设备10和通信介质30之间的距离，垂直轴代表载波电压和监控电压。在图6中，水平轴代表在通信设备10和通信介质30之间的距离，垂直轴代表通信介质30所接收的电压。

在根据第一实施例的通信设备10中，通过控制含于传输放大器15中的晶体管的基极偏压，实现了传输放大器15的传输功率的控制。

传输放大器15具有两个晶体管T1和T2，它们构成了具有某个频率的微分放大电路。接收基极偏压的电阻R1和R2与晶体管T1和T2的基极连接，并通过电阻R3和R4将晶体管T1和T2的发射极接地。通过电感器L1和L2将晶体管T1和T2的集电极连接到电源上并连接到天线16上。对于天线16而言，与含于并行共振电路中的电容器C连接。

将在天线16两端上的端头连接到整流器电路40上，该电路相当于图1的通信距离检测单元19。整流器电路40按照适合的划分比(division ratio)来减弱由天线16产生的载波电压，以便在其后的阶段中，使交流电压适合于功率控制电路50的工作电压。通过整流衰减了的交流电压，整流器电路40将此电压转换为与在通信设备10和通信介质30之间的距离相应的直流值。向功率控制电路50提供表示到通信介质30的距离的信号，并以此作为监控电压。

功率控制电路50相应于图1的传输功率控制单元20，并具有缓冲电路51，该电路接收来自整流器电路40的信号。将缓冲电路51的输出连接到低通滤波器(LPF)52上，该低通滤波器除去其中的不必要的噪声。一方面，将低通滤波器的输出通过二极管D1连接到传输放大器15的电阻R1和R2上，另一方面，连接到比较器53的非逆转输入上。将比较器53的逆转输入与参考电压Vref相连。参考电压Vref的电压值相应于功率监控点上的电压，在功率监控点上切换传输放大器15的传输功率的固定控制和可变控制。通过电阻器R5将比较器53的输出连接到晶体管T3的基极上，通过电阻器R6将晶体管T3的基极接地，晶体管T3的发射极直接接地。通过电阻器R7将晶体管T3的集电极连接到晶体管T4的栅极上并连接到具有固定电压的电源上。通过二极管D2将晶体管T4的源极上连接到具有固定电压的电源上，并将晶体管T4的漏极连接到传输放大器15的电阻器R1和R2上。晶体管T3和T4构成了开关元件，它根据比较器53的输出来输出固定的电压或者阻止固定电压的输出。二极管D1和D2构成了“或”(OR)电路，并将在阳极上具有较高电位的二极管的电压作为基极偏压提供给传输放大器15。

在将未经调制的或调制过的载波作为互补类型的传输信号从调制器14输入到传输放大器15上时，用晶体管T1和T2放大此传输信号并提供给天线16。

由整流器电路40接收在天线16中的载波电压，并将其转换为表示在通信设备10和通信介质30之间的距离的信号。将转换了的信号作为监控电压输入到功率控制电路50的缓冲电路51中，并将缓冲电路51的输出输入到低通滤波器52中，在此除去信号中的噪声，并抑制监控电压的突然变化。

用比较器53来比较低通滤波器52的输出的监控电压和参考电压Vref。在通信介质30远离通信设备10的情况下，由于将传输放大器15的传输功率设置为最大值，并且监控电压高于参考电压Vref，于是，比较器53输出高电平信号。相应地，打开晶体管T3，也打开晶体管T4，由此，通过二极管D2将基本上等于固定电压的电压提供给传输放大器15的电阻器R1和R2。将此电压作为基极偏压提供给晶体管T1和T2的基极，相应地，传输放大器15将载波放大到最大值并将其提供给天线16。如图4所示，使传输放大器15的传输功率保持在最大值的控制继续到通信介质30达到称为“功率监控点”的那一点为止，通信设备10在与该点相距某个距离的位置上。此后，如同图2所示的衰减情况那样，随着通信介质30接近通信设备10，载波电压逐渐降低，因此，如图5所示，随着通信介质30接近通信设备10，监控电压也逐渐降低。

在通信介质30进一步接近通信设备10时，相应地，监控电压就降到低于功率监控点的参考电压，反转比较器53的输出，比较器53输出低电平信号。相应地，关闭晶体管T3，也关闭晶体管T4，由此，使得通过二极管D2提供给传输放大器15的电阻R1和R2的固定电压变为零。除此之外，也可通过二极管D1将低通滤波器52的输出的监控电压提供给传输放大器15的电阻R1和R2。如图5所示，由于监控电压随着到通信介质30的距离变小而逐渐下降，作为基极偏压提供给晶体管T1和T2的基极的电压也逐渐降低。于是，如图4所示，进行传输功率的可变控制，其中，传输放大器15的传输功率随着到通信介质30的距离变小而下降。

在通信介质30接近通信设备10的时候，通过进行控制以使得在某个特定的点之前将传输功率固定在最大值上，然后，通过进行可变控制以使得传输功率下降，从而，在防止要接收的功率变得过量的同时，能够保证通信介质30能够接收到功率的最大通信距离。这就是说，一方面，如果通信设备10进行传输而不控制传输功率，那么，在通信介质30从图6中的曲线P0所示的某个特定距离上接近通信设备10的时候，它所接收的电压就会相应地增加。在通信介质30接近到超过通信介质30的保护电路开始工作的距离的时候，接收的电压就上升到大于保护电路开始工作的电压Vp。另一方面，通过控制通信设备10的传输放大器15的传输功率，以使得传输功率在点Pc上开始下降，在点Pc上电压低于保护电路开始工作的电压Vp，如图6中的曲线P1所示，通信介质30的接收电压没有超过保护电路开始工作的电压Vp。这样，就能防止由于接收过量的功率所产生的热而导致通信介质30受到损坏或者防止通信介质30性能的衰退。

图7是电路示意图，该图根据第二实施例示出了通信设备的结构的例子。图8根据第二实施例示出了与通信设备所采取的通信距离相关的传输功率的控制模式。在图7中，用相同的标号来表示与图3中的部件相同的部件，并不再对其详细说明。

在控制传输放大器15的传输功率，以使得传输功率随着通信介质30接近通信设备10而下降的情况下，根据第二实施例的通信设备10配置来用于保证最小功率，从而不会让传输放大器15的传输功率下降太多，而且也不会导致功率短缺。

因此，根据第二实施例的通信设备10在其功率控制电路50中具有最小功率保护电路54。最小功率保护电路54具有分压器，该分压器包括串联起来的两个电阻R8和R9，以及与在电阻R8和R9之间的节点相连的二极管D3。提供可变监控电压的二极管D1、提供固定高电压的二极管D2以及提供固定低电压以保证最小功率的二极管D3一起构成了“或”电路。将在阳极电位上具有最高电压的二极管的电压作为基极偏压提供给传输放大器15。

利用功率控制电路50并通过“或”电路向传输放大器15提供两个固定电压和一个可变电压中的任何一个，从而使通信设备10获得图8所示的传输功率特性。这就是说，在传输功率随着通信介质30接近通信设备10而降低的时候，如果作为低通滤波器52的输出的监控电压降到低于最小功率保护电路54的输出电压，就将基极偏压切换到最小功率保护电路54的固定电压，并且该电压不再下降。这样，通信设备10就不会受到功率短缺之害，即使在传输放大器15的传输功率随着通信介质30接近通信设备10而降低的时候也是如此，从而防止了与通信介质30的通信质量的衰退。

图9是电路示意图，示出了根据第三实施例通信设备的结构的例子。在图9中，用相同的标号来表示与图3和图7中的部件相同的部件，并不再对其详细说明。

根据第三实施例的通信设备10通过消减输入到传输放大器15中的信号的电平来控制传输放大器15的传输功率，也就是调制了的或未调制的载波的振幅。

在此实施例中，通过降低接收信号的输入电路的电源电压来消减输入到传输放大器15中的信号。这就是说，功率控制电路50具有电压调整器55，该电压调整器接收从低通滤波器52上输出的监控电压并将电源电压调整为可变输出电压，例如，传输放大器15在其输入级(input stage)上具有缓冲电路60。在此，构成传输放大器1 5的晶体管的基极偏压是固定的。

例如，电压调整器55所具有的控制特性与图8所示的相似，并在输入监控电压时，输出根据控制特性调整的输出电压。可变输出电压是传输放大器15的缓冲电路60的电源电压。缓冲电路60可以是由互补型金属氧化物半导体(CMOS)构成的逆变电路，从调制器14上接收的输入信号的振幅随着电压调整器55的输出电压而变化。这样，通过使输入到晶体管基极中的基极信号发生变化，传输放大器15就能够实现传输功率的可变控制，这与通过使基极偏压发生变化来实现传输功率的可变控制的情况相似。

应当说明的是，虽然，作为本实施例的例子，电压调整器55的控制特性与图8所示的相似，但是，这些控制特性也可以与图4所示的相似。

应当了解的是，虽然已参照本发明的推荐的实施例说明了本发明，不用说，本发明并非仅限于这些特定的实施例，只要不偏离本发明的精神，就可以用各种方式来进行变更和修改。例如，虽然通过硬件的配置实现了功率控制电路50，但是，也可用模拟/数字转换器将从整流器电路40上输出的监控电压转换为数据，并可通过用软件处理数据来控制传输放大器15所采用的放大比。此外，虽然功率控制电路50用比较器(它比较监控电压和参考电压Vref)来检测特定的固定功率监控点，但是，通过用软件来监测监控电压并根据情况动态地设置功率监控点，可以将功率监控点变为一个最佳点，这是因为功率监控点可以随设备和时间而变化。

本专利申请包含涉及于2010年4月28日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-103359中所揭示的主题内容相关的主题内容，其全部内容以参引方式结合于此。

那些熟悉工艺技术的人应当了解的是，只要在附后的权利要求及其等效条款所规定的范围内，就能根据设计要求和其它因素来进行各种修改、组合、次级组合和变更。

Claims (15)

1.一种通信设备，在向通信介质提供功率的同时与通信介质进行通信，所述通信设备包括：

通信距离检测单元，配置来用于检测到通信介质的距离；

传输功率控制单元，配置来根据所检测的距离来控制传输放大器的传输功率。

2.根据权利要求1的通信设备，

其中，所述传输功率控制单元进行控制，以使得所述传输放大器的传输功率随着由所述通信距离检测单元检测的所述到通信介质的距离的变小而降低。

3.根据权利要求1的通信设备，

其中，当由所述通信距离检测单元检测的所述到通信介质的距离大于一特定距离时，所述传输功率控制单元就进行固定控制，以便固定所述传输放大器的传输功率，如果所述到通信介质的距离小于所述特定距离，所述传输功率控制单元就进行可变控制，以使得所述传输放大器的传输功率随着所述到通信介质的距离的变小而降低。

4.根据权利要求1的通信设备，

其中，当由所述通信距离检测单元检测的所述到通信介质的距离大于一第一特定距离时，所述传输功率控制单元就进行固定控制，以便固定所述传输放大器的传输功率；当所述到通信介质的距离等于或小于第一特定距离，并且等于或大于一个小于第一特定距离的第二特定距离时，所述传输功率控制单元就进行可变控制，以使得所述传输放大器的传输功率随着所述到通信介质的距离的变小而降低；当到通信介质的距离小于第二特定距离时，所述传输功率控制单元就进行固定控制，以便固定所述传输放大器的传输功率。

5.根据权利要求1的通信设备，

其中，所述通信距离检测单元检测载波电压，并根据载波电压的检测结果来检测所述到通信介质的距离。

6.根据权利要求5的通信设备，

其中，所述通信距离检测单元包括整流器电路，该整流器电路通过整流所检测的载波电压而输出其值与所述到通信介质的距离相对应的信号作为监控电压。

7.根据权利要求6的通信设备，

其中，在将所检测的载波电压减小到所述传输功率控制单元的工作电平之后，所述整流器电路进行整流。

8.根据权利要求6的通信设备，

其中，所述传输功率控制单元通过使提供给包含于所述传输放大器中的一晶体管的基极的偏压根据所述监控电压而变化，来控制所述传输放大器的传输功率。

9.根据权利要求8的通信设备，

其中，所述传输功率控制单元包括：

比较器，用于比较所述监控电压和参考电压，该参考电压的值相应于所述到通信介质的距离等于一特定距离时的电压值；

开关元件，用于在所述比较器检测到所述监控电压高于所述参考电压时，向所述传输放大器输出一特定固定电压作为偏压；

所述传输功率控制单元在所述比较器没有输出固定电压时向所述传输放大器输出所述监控电压作为偏压。

10.根据权利要求8的通信设备，

其中，所述传输功率控制单元包括：

比较器，用于比较所述监控电压和参考电压，该参考电压的值相应于所述到通信介质的距离等于一特定距离时的电压值；

开关元件，在所述比较器检测到所述监控电压高于所述参考电压时，向所述传输放大器输出一第一固定电压作为偏压；

最小功率保证电路，向所述传输放大器输出低于所述参考电压的第二固定电压作为偏压；

在所述比较器不输出第一固定电压而且所述最小功率保证电路不输出第二固定电压时，所述传输功率控制单元向传输放大器输出所述监控电压作为偏压。

11.根据权利要求6的通信设备，

其中，所述传输功率控制单元通过使得输入到传输放大器中的信号的振幅根据监控电压变化，来控制所述传输放大器的传输功率。

12.根据权利要求11的通信设备，

其中，所述输入到传输放大器中的信号的振幅通过使配置在所述传输放大器的输入级上的缓冲电路的电压变化来控制。

13.根据权利要求12的通信设备，

其中，所述传输功率控制单元具有电压调整器，在所述监控电压高于第一特定电压时，所述电压调整器输出第一固定电压作为所述缓冲电路的电源；在所述监控电压低于一个低于第一特定电压的第二特定电压时，所述电压调整器输出一个低于第一固定电压的第二固定电压作为所述缓冲电路的电源；在所述监控电压等于或低于第一特定电压并等于或大于第二特定电压时，所述电压调整器输出可变电压，该可变电压随着所述监控电压从第一特定电压变到第二特定电压而从第一固定电压变到第二固定电压。

14.一种通信方法，采用该方法，通信设备在向通信介质提供功率的同时与通信介质进行通信，该通信方法包括步骤：

使用所述通信设备来检测到通信介质的距离；

随着所检测的距离的变小，降低所述通信设备的传输放大器的传输功率。

15.根据权利要求14的通信方法，

其中，在所检测的距离小于一特定距离时，降低所述传输功率。

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