CN103580728B - Nfc部件、电子系统、电子设备、和检查天线匹配的方法 - Google Patents
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Abstract
NFC部件包括可以在读取器模式中使用并且旨在经由阻抗匹配外部电路(C1‑C3)连接至天线(ANT2)的第一接口(TX1、TX2)，以及可以在卡片模式和读取器模式中使用并且旨在经由阻抗匹配外部电路连接至天线和第一接口的第二接口(RX1、RX2)。NFC部件还包括内部模块(MTD)，包括至少第一检测装置，第一检测装置被配置成当阻抗匹配外部电路和天线确实连接在第一接口和第二接口之间时递送表示相位天线匹配质量的第一检测信号，内部模块还被配置成递送至少来自第一检测信号的校验信号(CHCKS)。
Description
技术领域
本发明涉及连接到天线的电子部件，特别是配置为根据无接触通信协议经由所述天线与外部设备交换信息的部件。
背景技术
这些部件由语言误用而通常简称为“无接触部件”，并且例如可以是所谓“NFC”部件，也即与NFC(近场通信)技术可兼容的部件。
NFC部件例如可以是NFC微控制器。
首字母缩写NFC(近场通信)涉及用于在短距离(例如10cm)之内的两个无接触设备之间交换数据的短距离、高频率无线通信技术。
NFC技术在文献ISO/IEC 18 092和ISO/IEC 21 481中被标准化，但是结合了多种已有的标准，包括ISO/IEC 14 443标准的A类型协议和B类型协议。
通常可以在“读取器”模式或“卡片”模式下使用NFC微控制器，以便例如通过使用诸如ISO/IEC 14 443标准的A类型协议之类的无接触通信协议而与另一无接触设备通信。
在“读取器”模式下，NFC部件用作对于随后可以是卡片或标签的无接触外部设备的读取器。在读取器模式下，NFC部件随后可以读取外部设备的内容并且在外部设备中写入信息。
在“卡片”模式下，NFC部件随后用作卡片或标签，并且与在这种情形下作为读取器的外部设备通信。
NFC微控制器例如可以并入在蜂窝移动电话中，并且后者除了其传统的电话功能之外还可以用于与无接触外部设备交换信息。
因此许多用途是可能的，诸如通过运输收费处检票口(移动电话用作运输票据)或者支付用途(移动电话用作信用卡)。
为了优化射频通信的目的，诸如NFC部件之类的无接触部件通常经由阻抗匹配电路连接至天线。此外，在该阻抗匹配电路中使用的这些外部部件必须严格良好地规划尺寸，以便提供最大的性能。
当部件必须集成时，可以引起工业生产的问题。当然，需要能够检查阻抗匹配电路是否正确地制造并且在制造中正确地操作，并且因此检查是否不存在由于例如焊接部件问题而引起的匹配问题。
发明内容
根据一个实施例，提供了一种无接触部件，例如NFC部件，其可以原位地检测天线匹配质量。
根据另一实施例，提供了一种无接触部件，诸如NFC部件，其可以原位地、实时地调整天线的匹配，以便在射频通信层次上维持极其优良的性能。
根据一个实施例，提供了一种无接触部件，例如NFC部件，包括第一接口和第二接口，第一接口可以用于读取器模式(接口TX)并且旨在经由阻抗匹配外部电路连接至天线，第二接口可以用于卡片模式和读取器模式(接口RX)并且旨在经由阻抗匹配外部电路连接至天线和第一接口。
根据该方面的总体特征，部件进一步包括内部模块，内部模块至少包括第一检测装置，该第一检测装置被配置成当阻抗匹配外部电路和天线确实连接在第一接口和第二接口之间时递送表示相位天线匹配质量的第一检测信号；内部模块还被配置成递送至少来自第一检测信号的校验信号。
当仅对于相位天线匹配质量感兴趣时，校验信号是第一检测信号。
但是，根据另一实施例，尤其有利地在于，内部模块还包括第二检测装置，该第二检测装置被配置成当阻抗匹配外部电路和天线 确实连接在第一接口和第二接口之间时递送表示幅度天线匹配质量的第二检测信号。
内部模块继而还被配置成递送来自第一检测信号和来自第二检测信号的校验信号。
根据一个实施例，第一检测装置(检测相位匹配)包括被配置为在第一接口上产生包括上升边缘的第一电压信号的发生器，以及连接至发生器和第二接口以便在第二接口处接收由在第一接口上产生的第一电压信号导致的第二电压信号的第一处理组块。
该第一处理组块包括：
-生成(development)装置，被配置为生成分别在第二电压信号的最大值附近的预定时间窗口，以及
-第一检测模块，被配置为当第一电压信号的上升边缘的位置位于时间窗口内时递送具有第一状态的第一检测信号。
根据一个实施例，生成装置包括：
-整流模块(例如二极管电桥)，其连接至第二接口并且旨在递送具有电压预定电平的第二电压整流信号，以及
-比较器，具有连接至整流模块的输出的第一输入以及连接至第二接口的第二输入；
-第一检测模块继而包括逻辑门，该逻辑门具有连接至比较器的输出的第一输入以及连接至发生器的输出的第二输入。
至于第二检测装置(检测幅度匹配)，根据一个实施例，其包括第二比较器，该第二比较器被配置成将第二整流信号值与参考值进行比较，并且如果第二整流信号值大于所述参考值则递送具有第一状态的第二检测信号。
根据一个尤其有利的优选实施例，部件进一步包括匹配调整装置，该匹配调整装置被配置成基于由内部模块递送的校验信号而调整天线匹配。
在某种程度上，这使得能够原位并且实时地执行自动调整，这允许改进射频性能，并且提高部件的互用性，而防止了具有极低功 耗的无接触产品的失配，并且这进一步允许了改进读取器的功耗。
调整装置例如包括切换电容器的连接在两个接口之间以及在第二接口的两个端子之间的内部电路，以及被配置为基于来自由校验信号和两个检测信号形成的组的至少一个信号而控制所述电容器切换的控制装置。
根据另一方面，提供了一种系统，其包括上述部件、连接至部件的第二接口的天线、以及连接至部件的第一接口和天线的阻抗匹配外部电路。
根据另一方面，也提供了一种装置(诸如蜂窝移动电话)，包括上述系统。
根据另一方面，提供了一种用于检查天线匹配的方法，天线经由阻抗匹配外部电路连接至可以在读取器模式下使用的NFC部件的第一接口，并且连接至可以在卡片模式和读取器模式下使用的NFC部件的第二接口，该方法包括在NFC部件内对表示相位天线匹配质量的第一检测信号的至少第一生成，以及对来自第一检测信号的校验信号的生成。
根据一种实施方式，所述第一生成包括：
-在第一接口上产生包括上升边缘的第一电压信号，
-在第二接口处接收由在第一接口上产生的第一电压信号导致的第二电压信号，以及
-当第一电压信号的上升边缘的位置位于第二电压信号的最大值的预定时间窗口内时递送处于第一状态的第一检测信号。
根据一种实施方式，该方法还包括在NFC部件内对表示幅度天线匹配质量的第二检测信号的第二生成，以及基于第一检测信号和第二检测信号对表示相位和幅度天线匹配质量的总检测信号(或校验信号)的第三生成。
根据一种实施方式，第二生成包括第二电压整流信号值与参考值的比较，并且如果第二整流信号值大于所述参考值则递送处于第一状态的第二检测信号。
根据一种实施方式，该方法进一步包括基于校验信号调整天线的所述匹配。
根据一种实施方式，所述调整包括切换连接在两个接口之间以及在NFC部件的第二接口的两个端子之间的切换电容器的内部电路的至少一个切换电容器，根据来自由校验信号和两个检测信号形成的组中至少一个信号控制所述切换。
附图说明
本发明的其它优点和特征将显示在非限定性的实施例和实施方式的详细说明以及附图中，其中：
-图1至图5示意性示出了根据本发明的NFC部件的各种实施例以及根据本发明的实施该方法的各种实施方式。
具体实施方式
在图1中，在此情形下，标记WP指代一种通信设备，例如蜂窝移动电话，具有用于建立电话通信的天线ANT1。
在本例中，电话WP也包括NFC系统，NFC系统包括NFC无接触部件CMP，例如NFC微控制器。在该情形下，微控制器CMP具有由可以在读取器模式下使用的两个接触TX1、TX2形成的第一接口，以及在该情形下，具有由可以在读取器模式和卡片模式下使用的两个其它接触RX1、RX2形成的第二接口。
就这点而言，部件CMP可以具有内部切换，用于旁路(bypass)用于在卡片模式下操作的端子TX1和TX2，或者用于不旁路端子以允许在读取器模式下操作。
电容器C1连接在接触TX1和RX1之间。同样，电容器C2连接在接触TX2和RX2之间，电容器C3连接在第二接口的接触RX1和RX2之间。
最终，可以用于与外部设备无接触通信的天线ANT2连接在第二接口的两个端子RX1、RX2之间。
在此情形下，电容器C1、C2、C3形成阻抗匹配外部电路。
为了优化操作，部件CMP与天线和阻抗匹配外部电路形成了谐振电路，谐振电路具有等于载波频率的谐振频率f，例如在标准ISO/IEC 14 443中限定的类型A或B通信协议的情形下为13.56MHz。
但是，在类型A传输协议的情形下，包含在载波频率的上下15％范围内的谐振频率可以视作可接受的谐振频率。
除了形成NFC微控制器的内部结构的传统和已知装置之外，NFC微控制器例如可以是在参考ST 21 NFC A下由意法半导体公司销售的微控制器，在此情形下部件CMP包括内部模块MTD，稍后将详细说明其结构和功能，并且内部模块MTD旨在递送表示相位和/或幅度天线匹配质量的校验信号。
最终，如在一些情形下传统的那样，NFC微控制器CMP与诸如微处理器之类的旨在具体地管理用户接口的主机设备HD通信，以及与SE、或UICC、安全元件通信。如在文献ETSITR 102 216 V3.0.0(09 2003)中限定的UICC(并非是缩写或首字母缩写词)指代依照由技术委员会ETSI SCP(智能卡平台)撰写和维护的规范的芯片卡。
图2示意性示出了其中校正了相位天线匹配的情形。
更准确地而言，在使用13.56MHz载波频率的通信协议的情形下，当具有由70纳秒(对应于13.56MHz频率)分隔开的上升边缘RE的第一矩形脉冲电压信号S1在第一接口TX1、TX2上传送时，考虑到存在匹配外部电路C1-C3以及天线ANT2，在第二接口RX1、RX2上接收第二正弦电压信号S2，其峰值或者最大值MXV由70纳秒(对应于13.56MHz的载波频率)相等地间隔开。
天线的最佳相位匹配导致第一信号S1的上升边缘RE与信号S2的相应最大值MXV对准。
但是，在此情形下考虑到的是，如果第一信号S1的上升边缘RE分别位于第二信号S2的最大值MXV附近的时间窗口TW内，则相位匹配是正确的。
在此情形下所述的示例中，如下文更详细说明可见，窗口的宽 度由对应于第二整流信号S2的电压值的电压RECV的值来限定。
与最大值MXV相关的值RECV越高，则窗口TW越窄，而与最大值MXV相关的值RECV越低，则窗口TW越宽。
实际上，例如选择窗口TW为具有10纳秒的宽度，这对应于在10-12伏区域中的最大值MXV，并且对应于在9-11伏区域中的值RECV。
此外，将在NFC部件内生成表示相位天线匹配质量的第一检测信号。此外，如下文详述可见的那样，第一检测信号是当第一电压信号S1的上升边缘RE的位置位于时间窗口TW内时具有第一状态(例如逻辑值“1”)的数字信号，这继而对应于正确的相位匹配。
实际上，递送第一检测信号DS1的第一检测装置DTM1可以如图3示意性所示的那样来产生。
更准确地，第一检测装置DTM1包括在第一接口TX1、TX2上递送第一电压信号S1的发生器GEN。
第一检测装置DTM1也包括被配置为生成预定的时间窗口TW的生成装置DVM。
这些生成装置DVM在此情形下包括由连接在第二接口的两个接触RX1、RX2之间的二极管BD的电桥形成的整流模块RCTM，其输出连接至电容器C5。
生成装置DVM也包括比较器CP1，比较器CP1具有连接至整流模块RCTM的输出以接收第二电压整流信号RECV的第一输入，以及连接至第二接口(此处连接至接触RX2)以便接收第二未整流信号S2的第二输入。
因此可见，如图2所示，当信号S2在整流电压RECV之上时，比较器CP1的输出是“1”，这的确允许了限定时间窗口。
在此情形下，第一检测装置DTM1也包括AND逻辑门，称作LG1，AND逻辑门具有连接至比较器CP1的输出的一个输入以及连接至发生器GEN的输出的另一输入。
该逻辑门LG1在此情形下形成了被配置为递送第一检测信号DS1的检测模块。
当逻辑门LG1的两个输入均处于“1”时，该第一检测信号DS1具有第一状态(逻辑值1)，第一状态对应于第一电压信号S1的位于时间窗口TW内的上升边缘RE。
图4所示实施例允许同时检测良好的相位天线匹配和良好的幅度天线匹配。
当然，第二电压整流信号RECV的幅度取决于所使用的天线。此外，如果在天线的匹配外部电路的部件处出现焊接缺陷，这可以导致信号S2的电平的降低，并且因此导致整流信号S2的电平(也即电压RECV)的降低。
这是第二检测装置DTM2位于内部模块MTD内的原因，第二检测装置DTM2被配置成递送表示幅度天线匹配质量的第二检测信号DS2。
该第二检测信号DS2的生成包括将第二整流电压信号RECV的值与参考值Refv进行比较。如果第二信号RECV的整流值大于参考值Refv，则第二检测信号DS2将具有第一状态(例如逻辑值“1”)，这对应于正确的幅度匹配。
作为指示，Refv可以在RECV的85％的范围内选择。
在实践中，如图4所示，第二检测装置DTM2可以包括存储参考值Refv的寄存器RG，以及连接至整流模块RCTM的输出并且旨在数字化第二整流电压信号RECV的模拟-数字转换器ADC。
第二比较器CP2具有连接至转换器ADC的输出的第一输入，以及连接至寄存器RG的输出的第二输入。
比较器CP2的输出递送第二检测信号DS2。
也可能的是，如图4所示，递送表示幅度和相位这两者的天线匹配质量的校验信号CHCKS。
该校验信号CHCKS由信号DS1和DS2生成。在实践中，在该情形下由AND逻辑门形成的输出装置(标记为LG2)接收信号DS1和信号DS2并且递送校验信号CHCKS。
当两个信号DS1和DS2处于其第一状态(例如逻辑值“1”)时，信号CHCKS随后也处于第一状态(逻辑值“1”)。
此外，特别有利的是能够原位、实时地调整天线的匹配，以考虑到匹配外部电路部件的可能的离散以及考虑到由位于天线场中外部产品提供的可能的部件加载。
更准确地，如图5所示，部件CMP包括调整装置，在此情形下调整装置包括切换电容器的内部电路。该切换电容器的内部电路包括连接在两个接口RX1、TX1和RX2、TX2之间的切换电容器的第一组CM1和第二组CM2，以及连接在第二接口的两个端子RX1和RX2之间的切换电容器的第三组CM3。
这些各种组切换电容器由控制装置控制，并且可以基于由内部模块MTD递送的校验信号CHCKS的值来执行各个电容器的切换。
组CM3的电容器的至少一个的切换对于相位调整是首要的，而组CM1和CM2的电容器的至少一个的切换对于幅度调整是首要的。
用于执行该调整的第一方案可以包括每次按预定顺序测试各个切换电容器的切换：信号CHCKS的值等于“0”，并且一旦信号CHCKS返回1，则停止该过程。另一方案可以包括分析信号CHCKS和信号DS1和DS2，以便确定不正确匹配的源头并且因此调整切换电容器的过程。
Claims (15)
1.一种NFC部件，包括在读取器模式中使用并且旨在经由阻抗匹配外部电路(C1－C3)连接至天线(ANT2)的第一接口(TX1、TX2)，以及在卡片模式和读取器模式中使用并且旨在经由所述阻抗匹配外部电路连接至所述天线和所述第一接口的第二接口(RX1、RX2)，其特征在于所述NFC部件进一步包括内部模块(MTD)，所述内部模块至少包括第一检测装置(DTM1)，所述第一检测装置(DTM1)被配置成当所述阻抗匹配外部电路和所述天线确实连接在所述第一接口和所述第二接口之间时递送表示相位天线匹配质量的第一检测信号(DS1)，所述内部模块还被配置成递送至少来自所述第一检测信号的校验信号(CHCKS)，
其中所述第一检测信号是当所述第一接口处的第一电压信号(S1)的上升边缘的位置位于所述第二接口处的第二电压信号(S2)的最大值(MXV)附近的预定时间窗口(TW)内时具有第一状态的数字信号。
2.根据权利要求1所述的NFC部件，其中，所述第一检测装置(DTM1)包括：被配置为在所述第一接口上产生包含上升边缘(RE)的所述第一电压信号(S1)的发生器(GEN)，以及连接至所述发生器和所述第二接口以便在所述第二接口处接收由在所述第一接口上产生的第一电压信号导致的第二电压信号(S2)的第一处理组块，并且包括被配置为生成分别在所述第二电压信号(S2)的最大值(MXV)附近的所述预定时间窗口(TW)的生成装置(DVM)，以及被配置为当所述第一电压信号的上升边缘的位置位于所述时间窗口内时递送具有第一状态的第一检测信号的第一检测模块。
3.根据权利要求2所述的NFC部件，其中，所述生成装置(DVM)包括：连接至所述第二接口并且旨在递送具有电压预定电平的第二电压整流信号(RECV)的整流模块(RCTM)，以及具有连接至所述整流模块的输出的第一输入和连接至所述第二接口的第二输入的比较器(CP1)，并且所述检测模块包括逻辑门(LG1)，所述逻辑门具有连接至所述比较器的输出的第一输入和连接至所述发生器的输出的第二输入。
4.根据前述权利要求中任一项所述的NFC部件，其中，所述内部模块进一步包括第二检测装置(DTM2)，所述第二检测装置被配置成当所述阻抗匹配外部电路和所述天线确实连接在所述第一接口和所述第二接口之间时递送表示幅度天线匹配质量的第二检测信号(DS2)，所述内部模块还被配置成递送来自所述第一检测信号(DS1)以及来自所述第二检测信号(DS2)的校验信号(CHCKS)。
5.根据权利要求3所述的NFC部件，其中，所述内部模块进一步包括第二检测装置(DTM2)，其中，所述第二检测装置(DTM2)包括第二比较器(CP2)，所述第二比较器被配置成将所述第二电压整流信号的值与参考值进行比较，并且如果所述第二电压整流信号的值大于所述参考值则递送具有第一状态的所述第二检测信号。
6.根据权利要求4所述的NFC部件，其中，所述内部模块包括输出装置(LG2)，所述输出装置被配置成当所述第一检测信号和所述第二检测信号均处于其第一状态时，递送具有所述第一状态的校验信号。
7.根据权利要求1或2所述的NFC部件，还包括用于调整所述匹配的装置(CTM、CM1－CM3)，所述用于调整所述匹配的装置被配置成基于由所述内部模块递送的校验信号而调整天线匹配。
8.根据权利要求7所述的NFC部件，其中，所述调整装置包括切换电容器(CM1－CM3)的内部电路和控制装置(CTM)，所述内部电路连接在两个接口之间以及连接在所述第二接口的两个端子之间，所述控制装置被配置成基于来自由所述校验信号和两个检测信号形成的组的至少一个信号控制所述电容器的切换。
9.一种电子系统，包括根据权利要求1至8中任一项所述的NFC部件(CMP)、连接至所述部件的所述第二接口的天线、以及连接至所述部件的所述第一接口和所述天线的阻抗匹配外部电路。
10.一种电子设备，所述设备包括根据权利要求9所述的系统。
11.一种检查天线匹配的方法，所述天线经由阻抗匹配外部电路连接至在读取器模式中使用的NFC部件的第一接口并且连接至在卡片模式和读取器模式中使用的NFC部件的第二接口，所述方法包括在所述NFC部件内表示相位天线匹配质量的第一检测信号(DS1)的至少第一生成以及校验信号的生成，
其中，所述第一生成包括：在所述第一接口上产生包括上升边缘的第一电压信号(S1)，在所述第二接口处接收由在所述第一接口上产生的所述第一电压信号导致的第二电压信号(S2)，以及当所述第一电压信号的上升边缘的位置位于所述第二电压信号的最大值的预定时间窗口内时递送处于第一状态的第一检测信号(DS1)。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在所述NFC部件内的表示幅度天线匹配质量的第二检测信号(DS2)的第二生成，以及基于所述第一检测信号和所述第二检测信号的表示相位和幅度天线匹配质量的总检测信号(CHCKS)的第三生成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二生成包括将所述第二电压整流信号(RECV)的值与参考值(Refv)进行比较，并且如果所述第二电压整流信号的值大于所述参考值则递送处于第一状态的所述第二检测信号。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括基于来自由所述校验信号和所述第一检测信号和所述第二检测信号形成的组的至少一个信号调整所述天线的所述匹配。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述调整包括切换连接在所述两个接口之间以及连接在所述NFC的所述第二接口的所述两个端子之间的切换电容器的内部电路的至少一个切换电容器，根据来自由所述校验信号和所述第一检测信号和所述第二检测信号形成的组的至少一个信号控制所述切换。
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