CN104052587B - 在配备rfid设备中的时钟同步 - Google Patents

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Abstract

描述了用于在配备射频识别RFID的设备中进行时钟同步的方法、配备RFID的设备和手持通信设备的实施例。在一个实施例中，用于在配备RFID的设备中进行时钟同步的方法涉及：测量从外部时钟产生的场时钟频率和从内部时钟产生的内部时钟频率之间的差值，并响应于所测量差值，在配备RFID的设备中产生输出比特。产生输出比特涉及响应于所测量差值，调整输出比特中的至少一个的比特长度。同样描述了其它实施例。

Description

在配备RFID设备中的时钟同步
技术领域
本发明实施例总体上涉及处理系统和方法，更具体地，涉及用于时钟同步的系统和方法。
背景技术
配备射频识别(RFID)的设备包括能够用于存储信息的嵌入式集成电路。例如，RFID标签用于金融、交通、安全、医疗或其它应用，以便提供识别和认证信息。配备RFID的设备包括例如电感型天线等天线，以便通过磁场或电磁场接收并发送无线信号。
例如智能电话等手持通信设备越来越多地包括用于识别和认证的内置RFID模块。然而，将RFID模块集成到移动设备提出了挑战。例如，RFID模块通常具有较大物理尺寸的天线，例如大约8×5厘米(cm)。将较大天线安装到紧凑手持设备中是具有挑战性的。为了令RFID模块适合手持设备，RFID模块的天线尺寸需要在可接受范围内，例如大约1×1cm。然而，降低RFID模块的天线尺寸会减小天线耦合因子，因此，降低对应无线信号的边带等级。当对应无线信号的边带等级降低到特定阈值以下时，通常无法将负载调制用于调制RFID模块的输出信号。
为了解决RFID模块中降低的边带等级，可以将主动调制用于调制输出无线信号。相较于涉及改变从电磁场取出的能量的负载调制而言，主动调制涉及产生电磁场并通过该电磁场发送信号。通常，主动调制使用至少一个主动组件，例如，放大器或振荡器，以便产生或发送调制后的信号。主动调制可以涉及例如幅度调制(AN4)、频率调制(FM)或相位调制(PM)等模拟调制方案，或例如幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)或相移键控(PSK)等数字调制方案。然而，在配备RFID的设备中实现主动调制需要精确的时钟同步。
发明内容
描述了用于在配备RFID的设备中进行时钟同步的方法、配备RFID的设备和手持通信设备的实施例。在一个实施例中，用于在配备RFID的设备中进行时钟同步的方法涉及：测量从外部时钟产生的场时钟频率(field clock frequency)和从内部时钟产生的内部时钟频率之间的差值，并响应于所测量差值，在配备RFID的设备中产生输出比特。产生输出比特涉及响应于所测量差值，调整输出比特中的至少一个的比特长度。响应于所测量时钟差值调整输出比特中的至少一个的比特长度允许将输出比例的平均比特长度误差保持在可接受等级内。通过将输出比特的平均比特长度误差保持在可接受等级内，外部无线设备可以实现对调制后比特的稳定接收。同样描述了其它实施例。
在实施例中，用于在配备RFID的设备中进行时钟同步的方法包括：测量从外部时钟产生的场时钟频率和从内部时钟产生的内部时钟频率之间的差值；并响应于所测量差值，在配备RFID的设备中产生输出比特。产生输出比特涉及响应于所测量差值，调整输出比特中的至少一个的比特长度。
在实施例中，配备RFID的设备包括：时钟差值测量单元，配置为测量从外部时钟产生的场时钟频率和从内部时钟产生的内部时钟频率之间的差值；以及调制器，配置为响应于所测量差值，产生输出比特。该调制器包括：比特长度调整单元，配置为响应于所测量差值，调整输出比特中的至少一个的比特长度。
在实施例中，手持通信设备包括：晶体振荡器，配置为提供内部时钟信号；以及近场通信(NFC)模块。NFC模块包括：天线，配置为接收NFC无线信号；时钟差值测量单元，配置为从所接收NFC无线信号得到外部场时钟频率并测量外部场时钟频率和内部时钟信号的内部时钟频率之间的差值；以及调制器，配置为响应于所测量差值，产生输出比特。该调制器包括比特长度调整单元，配置为响应于所测量差值，向输出比特之一添加时钟周期，或从输出比特之一移除时钟周期。
以下详细描述结合附图示例性地描述了本发明原理，通过以下详细描述，将更清楚本发明实施例的其他方面和优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例的配备RFID设备的示意性框图。
图2示出了图1中示出的配备RFID的设备的实施例。
图3-5示出了在时钟同步之前和之后在图2的配备RFID的设备中产生的示例比特帧。
图6是示出了根据本发明实施例的用于在配备RFID的设备中进行时钟同步的方法的处理流程图。
贯穿本说明，相同的附图标记可以用于标识相同的元件。
具体实施方式
将容易理解这里通常所述的和附图中所示的实施例的组件可以布置并设计为许多种不同配置。因此，在附图中呈现的对多种实施例的以下详细描述不是意在限制本公开的范围，而仅代表多种实施例。尽管在附图中呈现了实施例的多个方面，然而除非明确指示，否则附图并不是必须按比例绘制的。
在任何情况下，所述实施例都应理解为说明性的，而不是限制性的。因此，由所附权利要求而不是该具体描述来指示本发明的范围。在权利要求的等同含义和范围内的所有改变都包括在该范围内。
贯穿本说明书，对特征、优点的引用或类似语言并不意味着本发明可以实现的所有特征和优点应在或在任何单个实施例中。相反，涉及特征和优点的语言应理解为意味着结合实施例描述的具体特征、优点或特点包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书，对特征和优点的描述和类似语言可以是指相同实施例，且这并非必须性的。
此外，在一个或多个实施例中，可以以任何适合方式结合本发明的所述特征、优点和特点。根据这里的描述，相关领域技术人员应认识到，可以在没有特定实施例的一个或多个具体特征或优点的前提下实践本发明。在其它示例中，可以在特定实施例中识别附加特征和优点，且这些附加特征和优点可以不呈现在本发明的所有实施例中。
贯穿本说明书，对“一个实施例”、“实施例”的引述或类似语言意味着结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特点包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”和类似语言都可以是指相同实施例，且这并非必须性的。
图1是根据本发明实施例的配备RFID的设备100的示意性框图。配备RFID的设备可以在RFID系统130中用于金融、交通、安全、医疗或其它应用，以便提供识别和认证。在图1中示出的实施例中，配备RFID的设备使用磁场或电磁场与读取器112无线通信以便形成RFID系统130。可以使用磁场或电磁场实现配备RFID的设备的数据通信，而不使用物理接触。在实施例中，将配备RFID的设备用于近场通信(NFC)应用中。例如，配备RFID的设备和读取器经由国际标准化组织(ISO)定义的NFC通信标准和国际电工委员会(IEC)14443标准进行通信。在一个实施例中，配备RFID的设备包括内部电源(未示出)，可以是例如锂离子电池的电池。然而，在一些其它实施例中，例如智能卡，配备RFID设备可以不包括内部电源，在该情况下由感应来产生电力。
配备RFID的设备100可以是便携式或手持通信设备，例如智能电话、平板计算机、膝上笔记本等。在图1示出的实施例中，配备RFID的设备100包括支持RFID通信的RFID模块102。除了RFID模块102之外，配备RFID的设备100也可以包括：另一无线通信单元126，配置为促使配备RFID的设备100和另一无线通信设备(例如，3G、4G和/或WiFI设备)之间进行无线通信。例如，无线通信单元可以支持多种不同RF通信协议，包括但不限于，GSM、UMTS、CDMA、WiMax和由3GPP、3GPP2或IEEE802.16定义的通信协议。无线通信单元126是可选的。在一些实施例中，配备RFID的设备100不包括无线通信单元126。例如，配备RFID的设备100可以是RFID卡或不具有3G、4G或WiFi通信能力的其它NFC设备。
RFID模块102可以实现为多种物理形式。例如，RFID模块102可以包括例如NFC IC芯片等集成电路(IC)芯片和天线单元。在一些实施例中，RFID模块102可以是智能卡，具有安全管理、存储并提供对卡片上的数据的访问、执行卡上功能(例如加密、认证和授权)、以及与智能卡读取器进行智能交互的能力。在图1中示出的实施例中，RFID模块102包括天线104、RFID收发器106和时钟同步模块108。
RFID模块102的天线104配置为从读取器112接收/向读取器112发送无线信号，该读取器112可以是智能卡读取器或其它信息询问器。天线可以经由磁场或电磁场进行通信，该天线可以是NFC天线。在实施例中，天线是从读取器捕获询问信号以便向RFID模块102供电的线圈型天线。
对于读取器112而言，需要将从RFID模块102接收的每个比特的长度保持在可接受阈值范围内。对于配备RFID的设备100而言，将数据比特保持在统一长度也称作保持比特网格(holding the bitgrid)。在配备RFID的设备100处保持比特网格对读取器处的适当接收和解调而言是非常重要的。如果连续比特具有长度误差，则可以累积长度误差。例如，如果平均地比特具有大约1％的不正确长度，则在发送10个比特之后，长度误差是单个比特长度的10％。在根据本发明的实施例中，RFID模块可以使用RFID收发器106和时钟同步模块108，保持比特网格，如下文进一步所详述。
RFID模块102的RFID收发器106配置为处理从天线104接收的信号和/或产生天线的输出信号。RFID收发器包括：调制器110，配置为用加调制信号(modultating signal)调制或修改例如载波等载波信号，以便产生调制后的信号。加调制信号也称作调制信号。在图1示出的实施例中，加调制信号表示携带要传达的信息的数字比特。在实施例中，调制器配置为使用主动调制，利用载波信号来调制输出比特，以便在配备RFID的设备100中产生调制后的信号。在主动调制中，产生电磁场并通过该电磁场发送主动调制的信号。
除了调制器110之外，RFID收发器106可以包括附加组件，例如模拟前端、数字信号处理(DSP)单元、和/或处理器。例如，RFID收发器可以包括：模拟前端，配置为处理并将从天线接收的模拟信号转换为数字信号；DSP单元，配置为对来自模拟前端的数字信号执行数字信号处理；和/或处理器，配置为根据一个或多个协议处理来自DSP单元的数字信号。处理器可以是例如中央处理单元(CPU)的微处理器，提供对RFID模块102的微指令和数据处理能力。处理器可以使用的协议示例包括但不限于一个或多个通信协议栈、密码协议和数据压缩协议。
时钟同步模块108用于配备RFID的设备100的时钟同步。配备RFID的设备100具有内部时钟源，例如由晶体振荡器提供的稳定时钟源。除了内部时钟源之外，配备RFID的设备100获得从外部时钟(例如读取器112)产生的场时钟频率。例如，RFID模块102可以从自天线104接收的无线信号得到场时钟频率，例如所述无线信号是从读取器112发送的。为了令配备RFID的设备成为同步设备，时钟同步模块保持场时钟频率接近内部时钟频率。例如，时钟同步模块将场时钟定时保持在相对内部时钟定时的基本时间单位(ETU)的容限内，基本时间单位通常是单个调制比特的长度。在实施例中，如果数据帧内调制比特的位置与理想位置相差小于基本时间单位的1/4，则读取器112可以可靠地接收并解码调制比特。
通常，在从配备RFID的设备100发送信号之前，开启外部RF场时钟。在开启场时钟和从配备RFID的设备发送信号之间的时间段内，可以进行对场时钟频率和内部时钟频率之间的差值的精确测量。在实施例中，时钟同步模块106通过以下操作来同步配备RFID的设备100：测量场时钟频率和配备RFID的设备的内部时钟频率之间的差值，并响应于场时钟频率和内部时钟频率之间的差值，引起设置调制比特(即，由载波信号调制的输出比例)中的至少一个的比特长度。例如，配备RFID的设备可以通过向至少一个输出比特添加一个或多个时钟周期或从至少一个调制后比特移除一个或多个时钟周期来调整输出比特中的至少一个的比特长度。在一些实施例中，配备RFID的设备调整输出比特中的至少一个的比特长度，以便将平均比特长度误差保持在可接受等级内。通过将数据帧的平均比特长度误差保持在可接受等级内，读取器112可以可靠地对调制后的比特进行解码。
图2描述了图1示出的配备RFID的设备100的实施例，配备RFID的设备100配置为测量场时钟频率和内部时钟频率之间的差值，并相应地调节输出比特的比特长度。在图2所示实施例中，配备RFID的设备200和读取器212形成RFID系统230。配备RFID的设备200包括：RFID模块202，可以与读取器212通信并由读取器212供电；以及可选无线通信单元226，配置为促使使用例如3G、4G和/或WiFi的无线通信。在一些实施例中，配备RFID的设备200不包括无线通信单元226。例如，配备RFID的设备200可以是RFID卡或不具有3G、4G或WiFi通信能力的其它NFC设备。RFID模块202可以包括例如NFC IC芯片等IC芯片和天线单元。在实施例中，RFID模块202和读取器212经由国际标准化组织(ISO)定义的NFC通信标准和国际电工委员会(IEC)14443标准进行通信。在一些情况下，RFID模块202是非接触智能卡，不包括内部电源，但使用电感型天线来捕获电磁询问信号，以便对智能卡的电子电路供电。
RFID模块202包括线圈天线204、RFID收发器206和时钟同步模块208。线圈天线204配置为从读取器212接收无线信号，并向读取器发送无线信号。时钟同步模块208包括时钟差值测量单元216和比特长度调整计算器218。时钟差值测量单元216配置为从自读取器接收的无线信号得到外部场时钟频率，并测量场时钟频率和由振荡器214提供的内部时钟源的内部时钟频率之间的差值。比特长度调整计算器218配置为响应于测量到的差值，计算对输出比特的比特长度调整。时钟同步模块208可以实现为处理器，例如微处理器或微控制器。
RFID模块202的RFID收发器206包括：调制器210，配置为响应于从时钟差值测量单元216测量到的差值，使用主动调制产生调制后的信号。在图2所示的实施例中，调制器210包括：比特长度设置单元220，配置为响应于测量到的差值，设置/调整输出比特中的至少一个的比特长度。调制器210可以用载波信号调制输出比特，以便产生调制后的信号。
在实施例中，比特长度设置单元220响应于测量到的时钟差值，向输出比特中的至少一个添加一个或多个时钟周期或从输出比特中的至少一个移除一个或多个时钟周期。比特长度设置单元可以添加/移除比特时钟周期，使得输出比特的平均比特长度误差在预定阈值以下。例如，比特长度设置单元可以添加/移除比特时钟周期，使得预定数量的数据帧的平均比特长度误差在阈值以下。在示例操作中，如果外部场时钟频率低于由振荡器214提供的内部时钟频率，则比特长度设置单元向输出比特添加时钟周期；且如果场时钟频率高于内部时钟频率，则从输出比特移除时钟周期。可以在数据比特帧之间添加或移除单个时钟周期，而不负面影响比特解码。尽管长度误差可以随着每个比特改变，然而每个数据帧的平均比特长度误差保持在可接受等级以下。示出了时钟同步之前和之后在RFID模块202中产生的示例比特帧。在图3-5所述的实施例中，调制器210的载波信号具有大约73.56MHz的频率，而调制器的加调制信号(即，携带要传达的信息的输出比特)具有大约848KHz的频率。比特1、2和3位于数据帧300内。每个比特具有大约128个时钟周期的比特长度，并包括移位信号部分B11、B21或B31和非移位信号部分B12、B22或B32。
图3示出了时钟同步之前数据帧330中的三个比特。在图3所示实施例中，比特1包括移位信号部分B11和非移位信号部分B12，比特2包括移位信号部分B21和非移位信号部分B22，比特3包括移位信号部分B31和非移位信号部分B32。信号部分B11、B21、B31、B12、B22、B32中的每个具有64个时钟周期。
无线设备(例如读取器212)需要检测来自配备RFID的设备200的信号包络。为了允许无线设备正确检测来自配备RFID的设备200的信号包络，针对调制器设置比特长度波动的容限阈值。例如，通常无线设备可以容忍在单个比特长度10％到25％之间的长度误差。对于具有128个时钟周期的比特而言，单个比特长度的10％大约为13个时钟。对于每个比特而言，需要向比特添加或从比特移除一个或多个时钟周期，同时比特的长度误差仍在典型长度误差容限以下。因此，可以调整输出比特的比特长度，而不影响对比特的适当解码。
图4示出了当确定内部时钟频率高于场时钟频率时在时钟同步之后的数据帧330。在图4所示实施例中，向数据帧330中的比特之一添加时钟周期。具体地，向比特3的非移位信号部分B32添加一个时钟周期。在比特长度调整之后，比特1、比特2和比特3分别具有128、128和129个时钟周期。比特长度调整可以降低大量数据帧的平均比特长度误差。
图5示出了当确定内部时钟频率低于场时钟频率时在时钟同步之后的数据帧330。在图5所示实施例中，从数据帧330中的比特之一移除时钟周期。具体地，从比特3的非移位信号部分B32移除一个时钟周期。在比特长度调整之后，比特1、比特2和比特3分别具有128、128和127个时钟周期。比特长度调整可以降低大量数据帧的平均比特长度误差。尽管在图4和5所示实施例中调整了数据帧330中比特3的比特长度，然而在一些实施例中，调整比特1或比特2的长度。此外，尽管在图4和5所示的实施例中调整了数据帧330中的一个比特的比特长度，然而在一些实施例中，调整多于一个的比特是有必要的。
图6是示出了根据本发明实施例的用于在配备RFID的设备中进行时钟同步的方法的处理流程图。配备RFID的设备可以是图1所示的配备RFID的设备100或图2所示的配备RFID的设备200。在块602，测量从外部时钟产生的场时钟频率和从内部时钟产生的内部时钟频率之间的差值。在块604，响应于所测量差值，在配备RFID的设备中产生输出比特。具体地，响应于所测量差值调整输出比特中的至少一个的比特长度。
尽管以特定顺序示出并描述了这里所述方法的操作，然而可以改变该方法的操作顺序使得可以以相反顺序执行特定操作，或使得可以至少部分地与其它操作同时执行特定操作。在其它实施例中，可以以间歇和/或交替方式实现不同操作的指令或子操作。
此外，尽管所描述或描绘的本发明的特定实施例包括这里所述或所示的若干组件，然而本发明其它实施例可以包括更少或更多组件，来实现更少或更多特征。
此外，尽管描述并描绘了本发明特定实施例，然而本发明不限于所述和所示部件的特定形式或排列。本发明的范围由这里所附权利要求及其等同物来定义。

Claims (16)

1.一种用于在配备射频识别RFID的设备中进行时钟同步的方法，所述方法包括：
测量从外部时钟产生的场时钟频率和从内部时钟产生的内部时钟频率之间的差值；以及
响应于所测量差值，在配备RFID的设备中产生输出比特，其中所述产生输出比特包括响应于所测量差值，调整输出比特中的至少一个的比特长度，使得输出比特的平均比特长度误差在预定阈值以下，其中所述调整输出比特中的至少一个的比特长度包括：向输出比特中的至少一个的非移位信号部分添加时钟周期，或从输出比特中的至少一个的非移位信号部分移除时钟周期。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整输出比特中的至少一个的比特长度包括：
如果外部场时钟频率小于内部时钟频率，则向输出比特中的至少一个的非移位信号部分添加时钟周期；以及
如果外部场时钟频率大于内部时钟频率，则从输出比特中的至少一个的非移位信号部分移除时钟周期。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用主动调制将输出比特调制为调制后的信号，其中所述调制输出比特包括产生电磁场；以及
通过所述电磁场发送调制后的信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述配备RFID的设备包括非接触智能卡。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过配备RFID的设备的天线接收无线信号；以及
从所接收的无线信号得到外部场时钟频率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述配备RFID的设备包括近场通信NFC模块，并且所述方法还包括：
通过NFC模块的天线接收NFC无线信号；以及
从所接收的NFC无线信号得到外部场时钟频率。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述配备RFID的设备包括：晶体振荡器，配置为提供具有内部时钟频率的内部时钟信号。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述配备RFID的设备是移动手持通信设备。
9.一种配备射频识别RFID的设备，包括：
时钟差值测量单元，配置为测量从外部时钟产生的场时钟频率和从内部时钟产生的内部时钟频率之间的差值；以及
调制器，配置为响应于所测量差值，产生输出比特，其中所述调制器包括：比特长度调整单元，配置为响应于所测量差值，调整输出比特中的至少一个的比特长度，使得输出比特的平均比特长度误差在预定阈值以下，其中所述比特长度调整单元还配置为向输出比特中的至少一个的非移位信号部分添加时钟周期，或从输出比特中的至少一个的非移位信号部分移除时钟周期。
10.根据权利要求9所述的配备RFID的设备，其中所述比特长度调整单元还配置为：
如果外部场时钟频率小于内部时钟频率，则向输出比特中的至少一个的非移位信号部分添加时钟周期；以及
如果外部场时钟频率大于内部时钟频率，则从输出比特中的至少一个的非移位信号部分移除时钟周期。
11.根据权利要求9所述的配备RFID的设备，其中所述配备RFID的设备包括非接触智能卡。
12.根据权利要求9所述的配备RFID的设备，还包括配置为接收无线信号的天线，其中所述时钟差值测量单元还配置为从所接收的无线信号得到外部场时钟频率。
13.根据权利要求9所述的配备RFID的设备，其中所述配备RFID的设备包括近场通信NFC模块，其中所述NFC模块包括配置为接收NFC无线信号的天线，且其中所述时钟差值测量单元还配置为从所接收的NFC无线信号得到外部场时钟频率。
14.根据权利要求9所述的配备RFID的设备，还包括：晶体振荡器，配置为提供具有内部时钟频率的内部时钟信号。
15.一种手持通信设备，包括权利要求9所述的配备RFID的设备。
16.一种手持通信设备，包括：
晶体振荡器，配置为提供内部时钟信号；以及
近场通信NFC模块，包括：
天线，配置为接收NFC无线信号；
时钟差值测量单元，配置为从所接收的NFC无线信号得到外部场时钟频率，并测量外部场时钟频率和内部时钟信号的内部时钟频率之间的差值；以及
调制器，配置为响应于所测量差值，产生输出比特，其中所述调制器包括：比特长度调整单元，配置为响应于所测量差值，向输出比特之一的非移位信号部分添加时钟周期或从输出比特之一的非移位信号部分移除时钟周期，使得输出比特的平均比特长度误差在预定阈值以下。
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