CN103516505A - 进行受pll控制的主动负载调制的nfc装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及进行受锁相环控制的主动负载调制的近场通信装置，其中，经由主动负载调制在近场通信的无线通信装置包括：天线，被配置为接收磁场；恢复装置，被配置为从磁场恢复时钟；以及多工器，被配置为接收所恢复的时钟和参考时钟，并且基于无线通信装置的当前操作状态输出所恢复的时钟和参考时钟中的一个。该无线通信装置还包括：并联调节器，被配置为通过调制无线通信装置的阻抗产生主动负载调制；锁相环（PLL），被配置为接收所恢复的时钟和参考时钟中的一个并且利用所接收的时钟以控制主动负载调制；以及驱动器，被配置为通过调整天线两端电压的幅度来贡献于主动负载调制。

Description

进行受PLL控制的主动负载调制的NFC装置
技术领域
本公开总体上涉及近场无线通信（NFC），并且更具体地涉及用于进行使用锁相环（PLL）控制的主动负载调制的NFC装置。
背景技术
以移动装置为例，近场无线通信（NFC）装置正被结合进通信装置以方便使用这些通信装置进行日常交易。例如，不同于携带许多信用卡，这些信用卡所提供的信用信息可以储存在NFC装置上。该NFC装置简单地轻触信用卡终端，从而传达信用信息到该终端以完成交易。如另一示例，开票系统（诸如在公交车或火车终端上使用的那些）可以简单地将票价信息写入NFC装置而非将票提供给旅客。旅客可以简单地把NFC装置轻触阅读器以搭乘公交车或火车而不需要使用纸质票。
通常，NFC要求NFC装置彼此存在于较近的距离内，以便他们相应的磁场可以交换信息。典型地，第一NFC装置发送或产生调制有诸如信用信息或票价信息的信息的磁场。该磁场将该信息感应地耦合到离第一NFC装置邻近的第二NFC装置，这些信息通过第二NFC装置的天线接收。第二NFC装置可以通过将它的相应信息感应地耦合到第一NFC装置的天线上来响应第一NFC装置。
然而，在NFC领域中，产品越来越具有多样性，尤其是在天线有效面积的方面。特别地，存在虽使用更小天线的解决方案的强烈需求。因此，尽管人们普遍希望与通常具有较大天线的传统装置交互并且通过以这些较大天线定义的测试规格，但是NFC装置被实现为具有越来越小的天线。
天线尺寸的差异通常导致小和大天线之间弱的磁场耦合，这抑制了从一个天线向另一个天线传送能量的能力。当具有小天线的装置尝试使用负载调制发送时，该能量转移问题在弱磁场中变得复杂。
另外，与响应信号关联的电压可以根据第一和第二NFC装置之间的距离而变化，这反过来改变这些NFC装置之间的磁耦合。装置之间大的距离通常引起所接收的响应信号具有小的电压，并且因此会在装置之间引起弱的磁耦合。
当NFC装置经历弱的磁耦合时通常出现几个问题。例如，当从第一NFC装置发送的能量仅有一小部分被第二NFC装置实际接收时，第二装置变得难以从磁场中对自身供电。另外，弱磁场耦合会抑制NFC装置进行负载调制的能力，这是因为第二NFC装置可能只能够影响由第一NFC装置实际发送的总能量的一小部分。因此，第一NFC装置识别的返回的净有效能量可能较小。
因此，存在对即使在弱磁耦合存在的情况下也能够彼此通信的NFC装置的需求。
发明内容
本发明提供了一种无线通信装置，该无线通信装置包括：天线，被配置为接收磁场；恢复装置，被配置为从磁场恢复时钟；多工器，被配置为接收所恢复的时钟和参考时钟，并且基于无线通信装置的当前操作状态输出所恢复的时钟和参考时钟中的一个；并联调节器，被配置为通过主动地调制无线通信装置的阻抗来产生主动负载调制；锁相环，被配置为接收所恢复的时钟和参考时钟中的一个并且利用所接收的时钟来控制主动负载调制；以及驱动器，被配置为通过调整天线两端电压的幅度来贡献于主动负载调制。
优选地，该无线通信装置是目标近场通信装置。
优选地，该并联调节器还被配置为基于与天线相关联的负载来改变阻抗。
优选地，该并联调节器还被配置为使用反馈机制增加负载以维持天线上的安全电压电平。
优选地，该多工器被配置为在无线通信装置的当前操作状态是目标的操作状态时输出所恢复的时钟。
优选地，该多工器被配置为在无线通信装置的当前操作状态是启动器的操作状态时输出参考时钟。
优选地，该锁相环还被配置为在信息包的发送和接收之间进行锁定状态和记忆模式之间的转变。
优选地，该锁相环在主动负载调制的发送期间工作在记忆模式，并且在所有其他时间工作在锁定状态。
优选地，该无线通信装置是目标射频识别装置。
本发明提供了一种无线通信系统，该无线通信系统包括：具有启动器电路的第一无线通信装置，被配置为驱动第一天线以创造第一磁场；以及具有目标电路的第二无线通信装置，被配置为在第二天线接收第一磁场，从而从第一磁场恢复时钟、基于所恢复的时钟进行主动负载调制并且基于主动负载调制来驱动第二天线以创造第二磁场，其中第一无线通信装置还被配置为接收第二磁场和使用解调技术解调第二磁场。
优选地，该启动器电路包括：解调器，被配置为解调第二磁场；第一锁相环，被配置为合成正弦波；以及第一驱动器，被配置为将所合成的正弦波驱动到第一天线上以创造第一磁场，并且目标电路包括：恢复装置，被配置为从第二磁场恢复时钟；多工器，被配置为基于第二无线通信装置的当前操作状态来输出所恢复的时钟和参考时钟中的一个；并联调节器，被配置为通过主动地调制第二无线通信装置的阻抗来产生主动负载调制；第二锁相环，被配置为接收所恢复的时钟和参考时钟中的一个并且利用所恢复的时钟来控制主动负载调制；以及第二驱动器，被配置为通过调整第二天线两端电压的幅度来贡献于主动负载调制。
优选地，该第一无线信装置和该第二无线通信装置形成变换器。
优选地，该第一无线通信装置被配置为通过调整正弦波的电压来创造第一磁场。
优选地，该第一无线通信装置被配置为使用电流感应功能来解调第二磁场。
优选地，该第一无线通信装置和该第二无线通信装置被配置为在存在强磁场和弱磁场的情况下使用主动负载调制进行通信。
优选地，该第一无线通信装置和该第二无线通信装置具有弱磁耦合。
本发明提供了一种进行主动负载调制的方法，该方法包括：在无线通信装置接收磁场；从磁场恢复时钟；基于无线通信装置的操作状态将所恢复的时钟和参考时钟中的一个输入到位于无线通信装置内的锁相环；基于无线通信装置的操作状态将锁相环置于锁定状态和记忆模式中的一个；调整由无线通信装置产生的电压向量的至少一个特征；基于所调整的电压向量创造调制的磁场；以及贡献于调制的磁场的驱动。
优选地，将锁相环置于锁定状态和记忆模式中的一个包括：在调制的磁场的发送期间，通过使锁相环开路来将锁相环置于记忆模式；以及在其他时间将锁相环置于锁定状态，使得锁相环锁定到所恢复的时钟，其中锁相环被配置为在处于记忆模式时记住所恢复的时钟的相位和频率。
优选地，该方法还包括通过反馈机制来加载位于无线通信装置上的天线以维持天线两端的安全电压电平，其中在磁场强时进行加载。
优选地，该方法还包括：将调制的磁场从无线通信装置发送至第二无线通信装置；以及在第二无线通信装置内使用电流感应功能来解调调制的磁场。
附图说明
参考附图描述本公开的实施方式。在附图中，相同参考数字指示相同或功能相似的元件。另外，参考数字最左边的数位指示第一次出现该参考数字的附图。
图1示出了根据本公开的示例性实施方式的NFC环境的框图。
图2A示出了根据本公开的示例性实施方式的实现为NFC环境的一部的启动器NFC装置的框图。
图2B示出了根据本公开的示例性实施方式的实现为NFC环境的一部分的目标NFC装置的框图。
图3示出了根据本公开的示例性实施方式的受限于主动负载调制的调制向量的图形表示。
图4示出了根据本公开的示例性实施方式的实现为NFC装置的一部分的锁相环（PLL）的框图。
图5是根据本公开的示例性实施方式的进行主动负载调制的示例性操作步骤的流程图。
现将参考附图描述本公开的实施方式。在附图中，相似参考数字通常表示相同、功能相似和/或结构相似的要素。要素第一次出现的附图由该参考数字中最左边的数字指示。
具体实施方式
下面的具体描述参考附图来示出与本公开一致的示例性实施方式。在具体实施方式部分中对“一个示例性实施方式”、“示例性实施方式”、“实例示例性实施方式”的提及表示所描述的示例性实施方式可以包括特定的特征、结构或特点，但是每个示例性实施方式可以不必包括该特征、结构或特点。另外，这些短语不必指示相同的示例性实施方式。还有，当结合示例性实施方式描述特定的特征、结构或特点时，不论是否明确描述，可使这些特征、结构或特点与其他示例性实施方式相结合，这在相关领域的技术人员的知识范围内。
本文中描述的示例性实施方式为了说明的目的提供，而非在于限制。其他示例性实施方式是可能的，并且在本公开的实质和范围内可以对示例性实施方式做出修改。因此，所述具体实施方式部分不意味着限制本公开。而是，本公开范围的定义仅依照所附权利要求和其等同物。
本公开的实施方式可以通过硬件、固件、软件或任何它们的组合来实现。本公开的实施方式也可以作为储存在机器可读介质中的指令来实现，这些指令可以被一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括任何以可由机器（例如，计算装置）读取的形式来储存或传输信息的机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器（ROM）；随机存取存储器（RAM）；磁盘存储介质；光学存储介质；闪速存储器装置；电学、光学、声学或其他形式的传播信号（例如，载波、红外信号、数字信号等），以及其他。另外，固件、软件、例行程序、指令在本文中可以被描述为进行特定动作。然而，应该理解的是这些描述只是为了方便，并且事实上该动作是计算装置、处理器、控制器或其他装置执行所述固件、软件、例行程序、指令等的结果。
下面本公开的具体实现部分将全面展示本公开的一般性，以至于其他人在不做过量的实验、不偏离本公开的实质和范围的条件下可以通过应用相关领域技术人员的知识对不同的应用改变和/或调整这些示例性实施方式。因此，这些调整和变型倾向于在基于本文中提出的教导和指导的示例性实施方式的意义和多个等同物的范围内。应该理解，本文中的措辞或用语为了描述而非限制的目的，从而本说明书的措辞或用语通过本文中的教导可以由相关领域的技术人员理解。
尽管本公开的描述将在近场通信（NFC）方面描述，但是相关领域的技术人员将意识到在不偏离本公开的实质与范围的条件下，本公开可以应用于使用近场和/或远场的其他通信。例如，尽管本公开将使用NFC功能通信装置来描述，但是相关领域的技术人员将意识到在不偏离本公开的实质与范围的条件下，这些NFC功能通信装置的功能能够应用于使用近场和/或远场的其他通信装置。
示例性近场无线通信（NFC）环境
图1示出了根据本公开的示例性实施方式的NFC环境的框图。NFC环境100在彼此足够接近的第一NFC装置110和第二NFC装置120之间提供诸如一个或多个命令和/或数据的信息的无线通信。第一NFC装置110和/或第二NFC装置120可以实现为独立或分立装置，或者可以并入或耦合到另一电子装置或主机装置，这些装置诸如：移动电话，便携式计算装置，诸如个人数字助理、便携式计算机或台式计算机的另一计算装置，诸如打印机、便携式音频和/或视频播放器、支付系统的计算机周边产品，诸如停车票系统、公交售票系统、铁路售票系统或门票售票系统（提供一些示例）的开票系统，或者读票系统，玩具，游戏，海报，包装，广告材料，产品清单检查系统和/或任何其他适合的电子装置，这些装置在不偏离本公开的实质和范围的条件下对于相关领域技术人员是显而易见的。
第一NFC装置110和第二NFC装置120以对等（P2P）通信模式或读/写（R/W）通信模式彼此交互从而交换信息。在P2P通信模式中，第一NFC装置110和第二NFC装置120被配置为根据主动通信模式和/或被动通信模式操作。第一NFC装置110将其相应信息调制到第一载波上，这称为调制信息通信，并且通过将调制信息通信应用到第一天线来产生第一磁场从而提供第一信息通信111。在主动通信模式中，第一NFC装置110将其相应信息发送到第二NFC装置120后停止产生第一磁场。可选地，在被动通信模式中，第一NFC装置110继续应用没有相应信息的第一载波（称为未调制信息通信）从而在该信息被传送到第二NFC装置120时继续提供第一信息通信111。
第一NFC装置110足够接近第二NFC装置120使得第一信息通信111感应地耦合至第二NFC装置120的第二天线上。第二NFC装置120解调第一信息通信111以恢复信息。在主动通信模式中，第二NFC装置120可以通过将其相应信息调制在第二载波上并且通过将该调制信息通信施加到第二天线产生第二磁场从而提供第二信息通信121来响应于该信息。可选地，在被动通信模式中，第二NFC装置120可以通过以它的信息调制第二天线从而调制第一载波以提供第二信息通信121来响应该信息。
在R/W通信模式中，第一NFC装置110被配置为以启动器或阅读器的操作模式来操作并且第二NFC装置120被配置为以目标或标签的操作模式来操作。然而，该示例不受限制。在不偏离本公开的实质和范围的条件下依照本文中的教导，相关领域的技术人员将意识到第一NFC装置110可以被配置为以标签模式操作并且第二NFC装置120可以被配置为以阅读器模式操作。第一NFC装置110将它的相应信息调制到第一载波上并且通过将调制信息通信应用到第一天线来产生第一磁场从而提供第一信息通信111。该第一NFC装置110继续应用没有其相应信息的第一载波从而在该信息被传输到第二NFC装置120时继续提供第一信息通信111。第一通信装置110足够接近第二NFC装置120使得第一信息通信111感应地耦合到第二NFC装置120的第二天线上。
第二NFC装置120从第一信息通信111中得到或收获功率，以恢复和/或处理所接收的信息和/或以提供对该信息的响应。第二NFC装置120解调第一信息通信111以恢复和/或以处理该信息。第二NFC装置120可以通过以其相应信息调制第二天线来调制第一载波从而提供第二信息通信121来响应该信息。
第一NFC装置110和/或第二NFC装置120的其他操作可以在下面的公开中描述：International Standard ISO/IE18092:2004(E)：“InformationTechnology-Telecommunications and Information Exchange BetweenSystems-Near Field Communication-Interface and Protocol(NFCIP-1)”，其在2004年4月1日出版；International Standard ISO/IE21481:2005(E)：“Information Technology-Telecommunications and Information ExchangeBetween Systems-Near Field Communication-Interface andProtocol-2(NFCIP-2)”，其在2005年1月15日出版，它们的每一篇的全部内容都通过引用结合于此。
示例性启动器NFC装置和目标NFC装置
图2A示出了根据本公开的示例性实施方式的实现为NFC环境100的一部分的启动器NFC装置200的框图。图2B示出了根据本公开的示例性实施方式的实现为NFC环境100的一部分实现的目标NFC装置220的框图。启动器NFC装置200和目标NFC装置220可以分别表示第一NFC装置110和第二NFC装置120的示例性实施方式。
图2A中所示的启动器NFC装置200和图2B中所示的目标NFC装置220可以是NFC对等（NFC peers）。NFC是不对称的接口，这意味着NFC装置的一个将总会被分配创造磁场234的任务，而NFC装置的另一个将总会被配置为接收磁场234。然而，当制造NFC装置时，没有定义哪个NFC进行哪个功能。因此，启动器NFC装置200和目标NFC装置220可以各自具有双重功能（例如可以起到启动器NFC和目标NFC两者的功能）。在图2A中，启动器NFC装置200起到启动器的作用，并且因此启动器NFC装置200的目标电路（负载调制器电阻210、并联调节器212和恢复装置214）是不活动的并且因此用虚线示出。相似地，在图2B中，目标NFC装置220起到目标的作用，并且因此目标NFC装置220的启动器电路（解调器228）被假设为高阻并且因此也用虚线示出。
如上面讨论的，几个因素可以潜在地导致启动器NFC装置200和目标NFC装置220之间的弱磁耦合（例如，每个NFC装置天线尺寸的不同和/或两天线之间相对大的距离），该弱磁耦合可以抑制在启动器NFC装置200和目标NFC装置220之间传递能量的能力。如上面所讨论的，当NFC装置中的一个尝试使用负载调制（例如，目标装置220尝试改变正被发送的能量）发送时，该能量传递问题在弱磁场中最严重。
为了在启动器NFC装置200和目标NFC装置220之间产生耦合，启动器NFC装置200（或目标NFC装置220）使交流电通过天线216（或天线240）。这导致交流磁场234（或磁场234’）。当目标NFC装置220（或启动器NFC200）放置在交流磁场234（或磁场234’）内时，在天线240（或天线216）两端将出现交流电压。然后该电压可以被整流并且耦合到并联调节器242（或并联调节器212）使得电荷库（a reservoir of charge）积累，目标NFC装置220（或启动器NFC装置200）然后可以用该电荷库进行负载调制。特别地，通过调制如启动器NFC装置200（或目标NFC装置220）所见的目标NFC装置220（或启动器NFC装置200）的阻抗来实现负载调制。在一些实施方式中，可以通过允许并联调节器242（或并联调节器212）主动调制目标NFC装置220（或启动器NFC装置200）的阻抗来进行负载调制。
在实施方式中，因为目标NFC装置220（或启动器NFC装置200）可使用希望的负载调制技术将数据送回启动器NFC装置200（或目标NFC装置220），所以经由负载调制来实现在NFC装置之间的成功通信。经由负载调制的在NFC装置间的通信可以实现是因为从天线240（或天线216）中抽取的电流将引起它的相对小的磁场，该磁场会反作用于启动器NFC装置200的（或目标NFC装置220的）场。随着通过解调电路206（或解调电路228）检测的流经天线216（或天线240）电流的较小的上升或下降，天线216（或天线240）可以检测到磁场中的这种小变化。然后该电流将与应用到天线240（或天线216）的负载成比例。在实施方式中，即使在存在弱磁场的情况下，启动器NFC装置200和目标NFC装置220也各自被配置为使用负载调制通信。
启动器NFC装置200的启动器电路包括锁相环（PLL）202、数模转换器（DAC）204、解调器206、驱动器208和天线216（例如，电感）。
PLL202被配置为接收参考时钟218，并且输出信号到DAC204。在一些实施方式中，除了其他功能以外，PLL202可以实现为由可变频率振荡器和鉴相器组成的电子电路。PLL202将在下面参考图4更详细地讨论。
DAC204被配置为进行启动器发送信号236和从PLL202接收的信号的数模转换，以便使用驱动器208来滤波并且驱动作为结果的模拟信号。在一些实施方式中，启动发送信号236可以表示数字比特形式的正弦波或方波，并且从DAC204输出的模拟信号输出在模拟域中可以表示为调制正弦波。因此，驱动器208可以是调制的正弦驱动器和/或可变增益放大器。
在启动器NFC装置200接收负载调制期间，启动器NFC装置200被配置为驱动天线216以创造磁场234。特别地，在正弦波进入驱动器208之前，启动器NFC装置200可以使用PLL202和DAC204合成该正弦波。然后驱动器208可以对正弦波滤波并且将该正弦波驱动到天线上。
在正弦波从驱动器208输出后，然后该正弦波可以表示启动器电压然后该正弦波在到达天线216之前传播通过匹配接口，在那里该正弦波表现为跨天线216的引脚的电压
Figure BDA00003389611100122
因此，正弦波被配置为创造流经天线216的电流，该电流然后转化为磁场234。
如上所述，可以通过调制如启动器NFC装置200所见的目标NFC装置220的阻抗（ZTarget）来实现负载调制，并且可以通过允许并联调节器242主动调制ZTarget来进行负载调制。因此当NFC装置使用负载调制通信时，解调器206可被配置为解调可以由并联调节器242的ZTarget的主动调制引起的通过天线216的电流的变化。解调器206还被配置为输出启动器NFC装置200的启动器接收信号238，该启动器接收信号238表示由目标NFC装置220引起的阻抗变化。
随着自天线216的磁场234的发送，也可以在位于目标NFC装置220的天线240接收磁场234。然后该接收的磁场234可以在天线240两端诱发相应的电压。然后该电压在由目标NFC装置220的目标电路处理前传播通过另一个匹配接口。从启动器NFC装置200的磁场234的发送和由目标NFC装置的磁场234的接收可以形成变换器。例如，根据耦合的量，启动器NFC装置200和目标NFC装置220可以形成其间具有不同程度耦合的变换器。
与启动器NFC装置200相似，目标NFC装置220的目标电路包括锁相环（PLL）222、数模转换器（DAC）226、驱动器232和天线240。目标NFC装置220的目标电路还包括恢复装置224、并联调节器242和多工器（MUX）230。PLL222、DAC226和驱动器232被配置为分别起到基本类似PLL202、DAC204和驱动器208的功能。例如，DAC226被配置为进行启动器/目标发送信号224和从PLL222输出的信号的数模转换，以便可以使用驱动器232来滤波和驱动作为结果的模拟信号。在一些实施方式中，启动器/目标发送信号244可以表示数字比特形式的正弦波或方波，并且从DAC226输出的模拟信号在模拟域中可以表示为调制正弦波。因此，驱动器232可以是调制正弦驱动器，和/或可变增益放大器。PLL222的功能也将在下面参考图4更详细地讨论。
在一些实施方式中，在目标NFC装置220内实现驱动器232可以允许从目标NFC装置220中省略一些传统功能。例如，通过再使用驱动器232以帮助磁场234的调制和解调，可以在没有可变电阻、负载调制电阻和其他负载调制器装置的情况下实现目标NFC装置220。另外，驱动器232还可以起到放大器的作用，并且可以被配置为主动向磁场234驱动能量。
如上所述，并联调节器242可以被配置为主动调制ZTarget以便负载调制可以进行。另外，并联调节器242被配置为维持目标NFC装置220内的安全电压电平。例如，并联调节器242被配置为根据与目标NFC装置220相关联的负载改变它的阻抗，这可以允许目标NFC装置220得出电压（Vtarget(θ)）。在一些实施方式中，当使用并联调节器242进行被动负载调制时，Vtarget(θ)可以从
Figure BDA00003389611100131
变换，并且因此将得出Vtarget(θ)。当使用主动负载调制时该结果可以不同，因为当使用主动负载调制时Vtarget(θ)是被输出（而不是得出）。另外，在一些实施方式中，并联调节器242在启动器NFC装置200和目标NFC装置220之间的主动通信阶段期间可以是静态的。另外，并联调节器242可以是金属氧化半导体场效应晶体管（MOSFET）。并联调节器242还可以包括钳位器（clamp）。
恢复装置224被配置为当在天线240接收磁场234时从磁场234恢复时钟（例如，目标恢复时钟246），并且然后将目标恢复时钟246输出到MUX230。恢复装置224还可以被配置为输出目标恢复时钟246以便从目标NFC装置220输出目标恢复时钟246。在一些实施方式中，恢复装置224可以是差分信号比较器。另外，目标NFC装置220还可以包括被配置为提供输入信号Vtarget(θ)的峰值电压电平的指示的整流器（图2B中未示出）。从该峰值电平减去参考电平，并且起到误差放大器的功能的该峰值电平控制并联调节器242开启的强度。
MUX230被配置为接收目标恢复时钟246和参考时钟248。MUX230还被配置为根据目标NFC装置220的当前操作状态来选择目标恢复时钟246或参考时钟248，并且然后将所选中的时钟（例如目标恢复时钟246或参考时钟248）输出到PLL222。
在一些实施方式中，启动器NFC装置200和目标NFC装置220被配置为在相反的方向上操作。例如，目标NFC装置220被配置为将磁场234’发送回启动器NFC装置200。在使用驱动器232来驱动之前，目标NFC装置220也可以通过使用调制信号244调制由PLL222和DAC226产生的正弦波来这样做。
根据多种不同的技术，启动器NFC装置200可以被配置为解调从目标NFC装置220接收的磁场234’。例如，启动器NFC装置200可以包括电流感应功能。特别地，如果启动器NFC装置200提供具有基本恒定幅度的电压，那么驱动电流
Figure BDA00003389611100142
因此，如果Load_Resistance改变，则驱动电流（ID）中的相应变化可以由启动器NFC装置200检测到。在实施方式中，驱动器208可以是线性驱动器，在这种情况下，驱动电流（ID）可被再生并反馈至解调器206中。因此，通过在启动器NFC装置200内包括该电流感应功能，可以减少植入天线216的引脚的数量（例如从6个引脚到2个引脚），并且还可以减少外部组件的数量。
在一些实施方式中，启动器NFC装置200和目标NFC装置220被配置为在存在强磁场的情况下以及如上所述的在存在弱磁场的情况下进行负载调制，其中在强磁场中可以存在强耦合。
当存在强磁场时，在天线240的电压会持续增加并且最终可能变得过高。因此，并联调节器242可以被配置为通过反馈机制来装载天线240的引脚直到天线240两端的电压达到安全电平。为了维持天线240两端的安全电压电平，目标NFC装置220被配置为首先测量天线240各个引脚上的电压。例如，可以整流或包络检测天线240的引脚以测量天线240两端的电压。根据所测量的天线240两端的电压，并联调节器242然后被配置为在天线240的引脚之间分流相应的电流直到跨天线240的引脚的电压达到安全电平。
在示例性实施方式中，启动器NFC装置200和目标NFC装置220可以由启动器射频识别（RFID）装置和目标RFID代替。该启动器RFID装置和目标RFID装置被配置为起到与启动器NFC装置200和目标NFC装置220基本相似的作用；然而，RFID装置可以不包括双重功能。例如，启动器RFID装置可以仅包括启动器电路，并且目标RFID装置可以仅包括目标电路。
示例性调制向量
图3示出了根据本公开的示例性实施方式的受限于主动负载调制的调制向量300的图形表示。
如上所述，启动器NFC装置200可以被配置为发送调制的磁场234，并且在由目标NFC装置220接收到调制的磁场234时，目标NFC装置220可以被配置为解调磁场234，和/或将调制的磁场234’发送回启动器NFC装置200。
在实施方式中，启动器NFC装置200被配置为通过解调调制向量300来进行磁场234’的解调。调制向量300表示未调制启动输出电流（未调制电流）302和调制的启动输出电流（调制的电流）304之间的偏移。未调制电流302表示当目标NFC装置220不进行负载调制时，从启动器NFC装置200输出的电流的幅度和相位。相反地，调制的电流304表示当目标NFC装置220当前在进行负载调制时，从启动器NFC装置200输出的电流的幅度和相位。在一些实施方式中，未调制电流302可以与未调制的磁场234直接成比例，同时调制的电流304可以与调制的磁场234’直接成比例。
为了合适地解调调制向量300而计算调制向量300的幅度。仅为了简单和说明的目的，可以由Vtarget(θ)/Ztarget的模数（例如，幅度∝|Vtarget(θ)/Ztarget）表示调制向量的幅度。Vtarget(θ)和Ztarget分别表示在启动器NFC装置200发送磁场234时，在目标NFC装置220接收的电压和存在的阻抗。调制向量300的幅度的函数表示是暂时忽略并联调节器242的影响的简化的函数。因此，当使用并联调节器242被动地进行负载调制时，Vtarget(θ)与
Figure BDA00003389611100161
和启动器NFC装置200与目标NFC装置220之间耦合的积近似成比例。因此，如果启动器NFC装置200与目标NFC装置220之间的耦合减少，那么Vtarget(θ)和调制向量300的幅度也会减少。然而，当使用MUX230、PLL222、DAC226和驱动器232进行主动负载调制时，Vtarget(θ)可以与磁场234的强度、NFC装置之间的耦合和
Figure BDA00003389611100162
无关。
为了在启动器NFC装置200与目标NFC装置220之间合适地发送和接收的调制的磁场234和234’，目标NFC装置200被配置为增加调制向量300的幅度。还有，通过增加调制向量300的幅度，目标NFC装置220可以满足关于负载调制的宽范围的通信标准，这些通信标准包括但不限于ISO/IEC18092/ECMA-340（近场通信接口和协议-1（NFCIP-1））、ISO/IEC21481/ECMA-352（近场通信接口和协议-2（NFCIP-2））、ISO/IEC14443和NFC数据交换格式（NDEF）。附加或可选地，可以增加调制向量300的幅度以改进启动器NFC装置200和目标NFC装置220与其他装置（例如，具有大和小天线两者的装置）的互操作性。
在一些实施方式中，目标NFC装置220被配置为通过进行主动负载调制来增加超过启动器NFC装置200贡献的调制向量300的幅度。例如，目标NFC装置220能够使用主动负载调制来主动地驱动Vtarget(θ)，其结果是对调制向量300的幅度做出贡献。使用传统的被动调制框架的目标NFC装置220早先不可能对调制向量300的幅度作出贡献。附加或可选地，主动负载调制允许目标NFC装置220对磁场234的驱动做出贡献，并且因此目标NFC装置220可以具有对磁场234的较大的影响。当主动地驱动Vtarget(θ)时，它可以具有显著的幅度，并且可以不受天线240引脚上诱发的幅度的限制。
目标NFC装置220也可被配置为主动控制调制向量300的相位(θ)。类似于调制向量300的幅度，调制向量300的相位(θ)在调制的磁场234的适当发送方面也是重要的。例如，如果θ设置为不正确的值，那么调制向量300的大小就无意中会归至0。然而，当合适地设置θ时，目标NFC装置220可以对调制向量300的大小作出贡献使得调制向量300达到它可能的最大大小。在实施方式中，目标NFC装置220被配置为通过实现存储未调制电流302（例如，入射未调制向量（the incident unmodulatedvector））的角度的功能来主动地控制调制向量300的相位(θ)。另外，目标NFC装置220也可被配置为以与未调制电流302大体相同的频率驱动θ。因此，目标NFC装置220可以被实现为具有PLL222从而主动地控制Vtarget(θ)的相位和频率，使得该相位和频率保持与未调制电流302（例如，入射未调制向量）的相位和频率相同。
示例性锁相环（PLL）
图4示出了根据本公开的示例性实施方式的可以实现为启动器NFC装置200和/或目标NFC装置220的一部分的示例性锁相环（PLL）400的框图。仅为了说明的目的，PLL400将参考目标NFC装置220内的PLL400的实现来描述；然而，下面对PLL400的描述类似地可应用于实现启动器NFC装置220内的PLL400。另外，PLL400可以表示PLL202和/或PLL222的示例性实施方式。
如PLL400中所示，参考信号从MUX230输入到鉴频鉴相器420。如上所述，MUX230被配置为根据目标NFC装置220的当前操作状态选择并且随后输出目标恢复时钟246或参考时钟248。因此，输入到鉴频鉴相器420的参考信号可以表示目标恢复时钟246或参考时钟248。例如，当目标NFC装置220作为启动器时，PLL400可以将参考时钟248输入到鉴频鉴相器420，并且当目标NFC装置220作为目标时，PLL400可以输入目标恢复时钟246。仅为了描述目的，将在下面讨论参考信号表示目标恢复时钟246的情况。
在正常操作下，鉴频鉴相器420检测在参考信号和由振荡器（例如，压控振荡器）450产生的信号之间的相位差和频率差。由振荡器450产生的信号可以表示合成的信号。然后电荷泵430产生用于调整振荡器450的相位和频率的调整信号，该调整信号在提供给振荡器450前由环路滤波器440（例如低通滤波器）滤波。环路滤波器440的输出可以是能够在提供给振荡器450之前储存在电容器中的电压。在实施方式中，该电容器可以包括在环路滤波器440内并且可以表示并联电容器。在将压控振荡器（VCO）450的输出提供到鉴频鉴相器420的反馈环中，可以包括分频器460以减少振荡器信号的频率，使得可以由鉴频鉴相器420将该频率连同相位与参考信号合适地比较。
PLL400可以被配置为锁定到目标恢复时钟246，使得PLL400再生到来的磁场234的时钟频率和相位。因此，PLL400可以在目标NFC装置220没有发送负载调制的情况下锁定到目标恢复时钟246上。因此，在PLL400锁定到目标恢复时钟246的这些情况下磁场234可以是稳定的。PLL400可以被配置为在信息包发送和接收之间从该锁定状态转变到未锁定的“记忆模式”。PLL400还可以被配置为通过在发送负载调制之前将PLL400实现为开环来从锁定状态转变到“记忆模式”。例如，环路滤波器440可以包括一系列电阻，它们可以开路从而创造开环PLL400。在PLL400内实现该开环可以将PLL400置于“记忆模式”中，使得PLL400记住它被锁定的状态。因此，PLL400可以继续震荡使得它产生信号460，该信号在负载调制的发送期间具有的频率和相位与由PLL400在发送负载调制之前的即刻产生的频率和相位相同。
PLL400被配置为通过禁用鉴频鉴相器420来输出信号460，从而保留环路滤波器440的输出（例如，储存在电容器上的电压）。因此，振荡器450可以继续在与它在鉴频鉴相器420被禁用前运行的相同的相位和频率运行。因为在负载调制的发送期间磁场234可以同时改变，所以在负载调制的发送期间（例如，当驱动Vtarget(θ)时）需要禁用鉴频鉴相器420。因此，在负载调制的发送期间，PLL400被配置为从振荡器450输出信号到DAC226。在实施方式中，在从振荡器450输出信号460后，信号420可以表示正弦波。然后DAC226可以合成信号460从而信号460（例如，正弦波）可以由驱动器232驱动。
因此，PLL400从锁定状态转变到记忆模式（例如开环）的能力允许其控制Vtarget(θ)的相位。在实施方式中，PLL400可以被配置为得出到来磁场234的相位延迟、相位提前或相位180度翻转的形式。然后，该得出的磁场234的形式可以用于控制Vtarget(θ)的相位。另外，在一些实施方式中，驱动器232可以是具有可以电子设置的电压增益的可变增益放大器。这里，PLL400可以是可变增益放大器232的功能源，并且因此PLL400被配置为确定并且主动控制Vtarget(θ)的相位，而其他配置设置设定可变增益放大器232的电压增益。通过控制Vtarget(θ)的幅度和相位，PLL400可以控制调制向量300的幅度。因此，PLL400的实现允许磁场234和Vtarget(θ)之间精确的相位控制，这反过来即使在弱磁耦合存在的情况下也允许改善从目标NFC装置220到启动器NFC装置200的信号传递。
在目标NFC装置220内实现PLL400允许根据多个不同技术进行负载调制。例如，可以在希望负载调制的情况下启动驱动器232，或者可以将驱动器232一直置于启动状态中，其中在希望负载调制时可以调制驱动器232的幅度和/或角度。特别地，可以通过调制驱动器232的幅度和/或角度来调制Vtarget(θ)的幅度和/或角度。在实施方式中，通过实现具有开环的PLL400，驱动器232的相位和频率可以被配置为与来自启动器NFC装置200的到来磁场234的相位和频率匹配。
然而，当产生并且驱动Vtarget(θ)时（例如在负载调制的主动发送期间），未调制电流302变为调制的电流304，并且然后调制的电流304被馈入通过恢复装置224。因此，通过产生和驱动Vtarget(θ)，目标恢复时钟246改变，并且因此输入到PLL400中的参考信号也改变。因此，为了在负载调制的发送期间合适地确保目标NFC装置220的功能，PLL400被配置为在该负载调制的发送期间不受目标恢复时钟246的相位和/或频率变化的影响。
在一些实施方式中，目标NFC装置220可以被实现为使得所调制的数据信号可以直接施加到PLL400的鉴频鉴相器420上。这可以改变PLL400的锁定状态，并且还可以改变PLL400对负载调制的控制。附加或可选地，PLL400可以被配置为锁定由过采样控制的振荡器从而合成高频率。然后，该高频率可以用于数字地合成正弦波。相反地，PLL400可以被设计为直接在参考时钟频率（例如，13.56MHz）震荡并且然后可以使用模拟滤波来控制Vtarget(θ)的相位。
另外，如上所述，主动地控制调制向量300的幅度可以允许目标NFC装置220满足关于负载调制的宽范围的通信标准。因此，在目标NFC装置220内实现PLL400以主动控制Vtarget(θ)允许目标NFC装置220（和/或启动器NFC装置200）遵从关于负载调制的通信标准，这些通信标准包括但不限于ISO/IEC18092/ECMA-340（近场通信接口和协议-1（NFCIP-1））、ISO/IEC21481/ECMA-352（近场通信接口和协议-2（NFCIP-2））、ISO/IEC14443和NFC数据交换格式（NDEF）。
正在进行主动负载调制的肯定指示可以从由NFC装置抽取的电流量得出。例如，当使用主动负载调制时，NFC装置的供电可以抽取大量电流。另外，NFC装置的供电电流可以与使用主动负载调制发送的数据密切相关。在一些实施方式中，还可以直接监控由PLL使用的供电电流以确定PLL是启动还是停止。
进行主动负载调制的示例性方法
图5是根据本公开的示例性实施方式进行主动负载调制的示例性操作步骤的流程图。本公开不限于该操作描述。而是通过本文中的教导，对于相关领域中的技术人员显而易见的是，其他操作控制流程也在本公开的范围和实质内。下面的讨论描述图5中的步骤。图5的流程图参考图1-4的实施方式来描述。然而，方法500不限于这些实施方式。
方法500开始于步骤502，其中在目标NFC装置220的天线240接收磁场234。
在步骤504中，恢复装置224从磁场234恢复目标恢复时钟246。
在步骤506中，对于目标NFC装置220当前是否作为目标（例如，从启动器NFC装置200接收磁场234）或目标NFC装置220当前是否作为启动器（例如，发送调制的磁场234’）做出确定。如果目标装置220当前作为目标，那么该方法进行到步骤508。
在步骤508中，PLL222被配置为从MUX接收目标恢复时钟246，并且将目标恢复时钟246输入到鉴频鉴相器420中。
可选地，如果在步骤506确定目标NFC装置220当前作为启动器，那么该方法进行到步骤510。在步骤510中，PLL222被配置为从MUX230接收参考时钟248并且将参考时钟248输入到鉴频鉴相器420中。
在步骤512中，对于目标NFC装置当前是否正在发送负载调制做出确定。如上所述，因为在负载调制的发送期间磁场234可以同时改变，所以可能必须做出该确定。如果目标NFC装置220当前没有在发送负载调制，那么该方法进行到步骤514。
在步骤514中，将PLL400置于其中PLL400锁定到目标恢复时钟246的锁定状态，使得PLL400再产生到来磁场234的时钟频率和相位。因此，在PLL400锁定到目标恢复时钟246的情况下磁场234可以是稳定的。
可选地，如果在步骤512确定目标NFC装置220当前正在发送负载调制，那么该方法进行至步骤516。在步骤516中，将PLL400置于“记忆模式”，使得PLL400记住其被锁定的状态。因此，PLL400可以继续震荡，使得它产生的信号460在负载调制的发送期间具有与PLL400在发送负载调制之前的即刻产生的频率和相位相同的频率和相位。
如上所述，PLL400可以被配置为在信息包发送和接收之间从锁定状态转变到“记忆模式”。PLL400还可以被配置为通过在发送负载调制之前将PLL400实现为开环来从锁定状态转变到该“记忆模式”。例如，环路滤波器440可以包括串联电阻，这些电阻可以开路以创造开环PLL400。
在步骤518中，使用PLL400的输出来调整Vtarget(θ)的至少一个特征。具体地，PLL400在锁定状态和记忆模式（例如，开环）这两种不同状态下运行能力允许它具有对Vtarget(θ)的相位的影响。具体地，PLL400可以得出到来磁场234的相位延迟、相位提前或相位180度翻转的形式，并且该得出的磁场234的形式可以随后用于控制Vtarget(θ)的相位。另外，PLL400可以被配置为作为驱动器232（例如，可变增益放大器232）的功能源来操作，并且因此PLL400可以被配置为通过设定可变增益放大器232的电压增益来确定和主动控制Vtarget(θ)的幅度。
在步骤520中，基于对Vtarget(θ)的相位和幅度的调整来创造调制的磁场234’。通过控制Vtarget(θ)的幅度和相位，PLL400可以控制调制向量300的大小，这反过来允许在磁场234’和Vtarget(θ)之间的精确相位控制。
在步骤522中，驱动器232通过向磁场234’主动驱动能量来对磁场234’的驱动作出贡献。
在步骤524中，调制的磁场234’从目标NFC装置220发送到启动器NFC装置200，在NFC装置200中调制的磁场234’可以被解调器206解调。如上所述，PLL400精确控制在磁场234’和Vtarget(θ)之间的相位的能力即使在弱磁耦合存在的情况下也允许从目标NFC装置220到启动器NFC装置220的最优信号传递。
结论
应理解，倾向于使用具体实现部分而非摘要部分来解释权利要求。摘要部分可以提出本公开的一个或多个但不是所有的示例性实施方式，并且因此不意在以任意方式来限制本公开和所附的权利要求。
本公开在示出了特定功能的实现和它们之间的关系的功能构建块的帮助下在以上描述。为了描述方便，本文中随意定义了这些功能构建块的界限。只要适当地进行规定的功能和它们之间关系，就可以定义替代的界限。
对于相关领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本公开的实质和范围的条件下可以对本文中的形式和细节做出各种改变。因此本公开不应受任何上述示例性实施方式的限制，而应当仅根据所附的权利要求和它们的等同物来定义。

Claims (10)

1.一种无线通信装置，包括：
天线，被配置为接收磁场；
恢复装置，被配置为从所述磁场恢复时钟；
多工器，被配置为接收所恢复的时钟和参考时钟，并且基于所述无线通信装置的当前操作状态输出所恢复的时钟和所述参考时钟中的一个；
并联调节器，被配置为通过主动地调制所述无线通信装置的阻抗来产生主动负载调制；
锁相环，被配置为接收所恢复的时钟和所述参考时钟中的一个并且利用所接收的时钟来控制所述主动负载调制；以及
驱动器，被配置为通过调整所述天线两端电压的幅度来贡献于所述主动负载调制。
2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述无线通信装置是目标近场通信（NFC）装置。
3.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述并联调节器还被配置为基于与所述天线相关联的负载来改变阻抗。
4.根据权利要求3所述的无线通信装置，其中，所述并联调节器还被配置为使用反馈机制增加负载以维持所述天线上的安全电压电平。
5.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述多工器被配置为在所述无线通信装置的当前操作状态是目标的操作状态时输出所恢复的时钟，或在所述无线通信装置的当前操作状态是启动器的操作状态时输出所述参考时钟。
6.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述锁相环还被配置为在信息包的发送和接收之间进行锁定状态和记忆模式之间的转变。
7.根据权利要求6所述的无线通信装置，其中，所述锁相环在所述主动负载调制的发送期间工作在所述记忆模式，并且在所有其他时间工作在所述锁定状态。
8.根据权利要求1所述的无线通信装置，其中，所述无线通信装置是目标射频识别（RFID）装置。
9.一种无线通信系统，包括：
具有启动器电路的第一无线通信装置，被配置为驱动第一天线以创造第一磁场；以及
具有目标电路的第二无线通信装置，被配置为在第二天线接收所述第一磁场，从而从所述第一磁场恢复时钟、基于所恢复的时钟进行主动负载调制并且基于所述主动负载调制来驱动所述第二天线以创造第二磁场，
其中第一无线通信装置还被配置为接收所述第二磁场和使用解调技术解调所述第二磁场。
10.一种进行主动负载调制的方法：
在无线通信装置接收磁场；
从所述磁场恢复时钟；
基于所述无线通信装置的操作状态将所恢复的时钟和参考时钟中的一个输入到位于所述无线通信装置内的锁相环；
基于所述无线通信装置的操作状态将所述锁相环置于锁定状态和记忆模式中的一个；
调整由所述无线通信装置产生的电压向量的至少一个特征；
基于所调整的电压向量创造调制的磁场；以及
贡献于所述调制的磁场的驱动。
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