CN105550611A - 用于管理对象的操作的方法、设备以及包括该设备的对象 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于管理对象的操作的方法、设备以及包括该设备的对象。特别地，公开了一种用于管理能够与被磁耦合到对象的读取器进行非接触式通信的所述对象的操作的方法，该方法包括用于从所述对象到所述读取器的传输信息的至少一个阶段，所述至少一个阶段包括对跨过所述对象的天线的端子而连接的负载的阻抗的调制。该方法此外包括控制阶段(S30)，所述控制阶段(S30)包括在所述对象与所述读取器之间的距离的估计(S300)和根据估计的距离对所述负载的阻抗的调整(S301)。

Description

用于管理对象的操作的方法、设备以及包括该设备的对象

技术领域

本发明的各种实施例及其实施方式涉及读取器与对象之间的无线通信，所述对象例如是标签类的应答器、非接触式智能卡或者在卡模式下模拟的移动电话，其中这些示例是非限制性的，并且更特别地涉及在此类对象、特别是NFC(近场通信)类型的对象内执行的负载调制的管理。

背景技术

以缩写NFC为本领域的技术人员所知的近场通信是一种无线连接技术，该无线连接技术使得能够实现电子设备(例如非接触式智能卡或在卡模式下模拟的移动电话)与读取器之间的短距离(例如10cm内)的通信。

NFC技术特别适合于连接任何类型的用户设备，并且使得能够实现快速且容易的通信。

非接触式对象是能够根据非接触式通信协议经由天线与例如读取器之类的另一非接触式对象交换信息的对象。

作为一种非接触式对象的NFC对象是与NFC技术兼容的对象。

NFC技术是在ISO/IEC18092和ISO/IEC21481标准中被标准化的开放技术平台，但是结合了许多现有标准，例如在ISO-14443中所定义的类型A和类型B协议，这些标准可以是在NFC技术中可用的通信协议。

除其常规电话功能之外，可以将蜂窝式移动电话(如果其装配有特定装置的话)用于使用在NFC技术中可用的非接触式通信协议来与例如非接触式读取器之类的另一非接触式设备进行交换信息。

这允许在非接触式读取器与位于移动电话内的安全元件之间交换信息。因此可以实现许多应用，诸如公共运输中的移动票务(移动电话充当旅行票据)或者移动支付(移动电话充当支付卡)。

在读取器与在标签或卡模式下模拟的对象之间的信息传输期间，读取器借助于其天线来产生磁场，该天线一般地在常规使用的标准中是13.56MHz的正弦波。磁场的强度在0.5和7.5安培/米RMS(均方根)之间的范围内。

另一方面，模拟标签的对象的天线对由读取器产生的场进行调制。

通过修改连接到对象的天线端子的负载来执行此调制。

通过修改跨过对象的天线端子的负载，读取器的天线的输出阻抗由于两个天线之间的磁耦合而改变。这导致存在于读取器和对象的天线上的电压和电流的振幅和/或相位的改变。因此，以此方式，经由对读取器的天线电流的负载调制而传输要从对象传输到读取器的信息。

在负载调制期间执行的负载的变化导致读取器的天线上的信号(电压或电流)的振幅和/或相位调制。生成天线电流的副本并将其注入到读取器的接收机链中，在那里天线电流的副本被调制和处理以便提取传输的信息。

当标签装配有与读取器的谐振电路匹配的电路且本身在由读取器传输的信号的频率(例如13.56MHz)下谐振时，获得读取器与标签之间的最佳功率传输。

然而，当标签过于接近于读取器时，读取器的谐振电路的谐振频率将由于读取器和标签的两个谐振电路之间的磁耦合而朝着频率的另一值移位。这因此导致效率的降低并因而导致由读取器传输的功率的降低，这在某些情况下可导致读取器与标签之间的链路的损耗。

同样地，当标签距离读取器非常远时，并且即使标签的谐振电路的谐振频率等于传输频率(例如，13.56MHz)，由于读取器与标签之间的磁耦合的减少，这仍将导致读取器的谐振电路的谐振频率的修改，尽管程度较小。

发明内容

根据一个实施例及其实施方式，思想是尽可能地限制或者甚至消除因读取器与标签之间的特定相对位置而引起的由读取器传输的功率的减少。

根据一个方面，提供了一种用于管理对象的操作的方法，所述对象能够与被磁耦合到所述对象的读取器进行非接触式通信，所述方法包括用于从所述对象到所述读取器的信息传输的至少一个阶段，所述至少一个阶段包括调制跨过所述对象的天线的端子连接的负载的阻抗。

根据这方面的一般特征，该方法此外包括控制阶段，该控制阶段包括估计所述对象与所述读取器之间的距离和根据估计的距离进行对所述负载的阻抗的调整。

因此，根据读取器与标签之间的估计距离进行的负载的阻抗的调整允许克服由读取器和标签的各自天线之间的磁耦合引起的由读取器传输的功率的上述潜在变化。

可以在传输阶段之前执行控制阶段，或者潜在地在此传输阶段期间创建，以便考虑到在传输阶段期间的对象的任何位移。

此外，当提供了用于在对象与读取器之间的信息传输的多个阶段时，优选以如下方式在每个传输阶段之前执行控制阶段，所述方式使得因此考虑到两个传输阶段之间的对象与读取器之间的任何可能的距离变化。

负载阻抗的调整有利地包括在与距离变化相同方向上的负载阻抗的变化。换言之，读取器与对象之间的距离减小越大，阻抗将减小越大。相反地，距离增加越多，阻抗将增加越多。

可以实现用于估计对象与读取器之间的距离的多个解决方案。

因此，根据第一可能性，距离的估计包括被所述对象接收且因由读取器所辐射的磁场而引起的能量的估计和此能量的水平与至少一个阈值的比较。

在这种情况下，根据其中所述对象包括经由整流器元件连接到天线的处理电路的一个实施例中，能量的估计包括确定跨过电容器的端子的电压，所述电容器充当储能部件并连接在整流器元件与处理电路之间。

一般地，所述对象还包括跨天线的端子连接并被设计成吸收任何潜在过电压的可控限压电路(由于术语“削波器件”、“削波电路”或“削波器”而更好地为本领域的技术人员所知)。

在这种情况下，根据另一可能性，所述距离的估计包括确定削波器件的活动水平和将此活动水平与至少一个阈值相比较。

通信可以是例如NFC类型的近场通信。

根据另一方面，提供了一种用于管理对象的操作的设备，所述对象能够与被磁耦合到所述对象的读取器进行非接触式通信，所述设备包括被配置成用于在用于从所述对象到读取器的信息传输的阶段期间，对跨过天线的端子连接的负载的阻抗施加调制的第一装置。

根据本另一方面的一个一般性特征，所述设备此外包括控制装置，该控制装置包括被配置成用于执行对在所述对象与读取器之间的距离的估计的估计模块和被配置成用于根据估计的距离来执行对所述负载的阻抗的调整的调整模块。

所述第一装置(反馈调制步骤)和所述调整模块有利地包括公共元件。

根据一个实施例，所述调整模块被配置成用于使得负载的阻抗在与距离的变化相同的方向上改变。

根据一个实施例，所述调整模块包括跨过天线的端子连接的、可由表示所述估计距离的控制信息选择性地控制的电阻和/或电容网络。

根据一个可能变型，所述估计模块被配置成用于执行由所述对象接收且因由读取器所辐射的磁场而引起的能量的估计以及此能量的水平与至少一个阈值的比较。

在此类变型中，并且根据其中所述对象包括经由整流器元件连接到天线的处理电路的一个实施例，所述估计模块包括充当储能部件并连接在整流器元件与所述处理电路之间的电容器，以及被配置成用于将所述电压与所述至少一个阈值相比较的装置。

根据另一可能变型，所述估计模块包括跨过天线的端子连接的可控削波电路、被配置成用于确定削波电路的活动水平的装置和被配置成用于将此活动水平与至少一个阈值相比较的比较级。

可以有利地以集成方式来制造诸如上文所定义的设备。

根据另一方面，提供了一种并入有诸如上文定义的设备的对象，所述对象例如是智能卡、标签、能够在卡模式下模拟的蜂窝式移动电话。

附图说明

在研究实施例及其实施方式(其是非限制性的)的详细描述以及附图时，本发明的其它优点和特征将变得显而易见，在所述附图中：

图1至10示意性地图示出本发明的实施例及其实施方式的图示。

具体实施方式

在图1，参考标号1表示读取器，例如但不限于在读取器模式下模拟的蜂窝式移动电话或者非接触式智能卡或诸如徽章之类的标签的常规读取器，所述读取器包括天线10以及矢量解调器11，该矢量解调器11被配置成用于执行信号的振幅和/或相位调制，所述信号能够在振幅方面和/或在相位方面被调制且在天线10上接收，所述信号例如是跨过此天线的端子的电压。读取器1被设计成辐射磁场。

参考标号2表示对象，例如在卡模式状态下模拟的蜂窝式移动电话，以及更一般地诸如标签或徽章之类的电磁应答器。

在这里，此对象2包括在这里被连接至在集成电路外部的天线200并磁耦合到读取器1的天线10的集成电路20。

在图2中，可以看到这里的集成电路包括电容器201，该电容器与线圈200形成允许利用反馈调制级202来调制由读取器的振荡电路生成的磁场的并联谐振电路。此谐振电路200-201被连接到二极管整流器电桥204的两个替换输入端。作为变型，将可以使整流元件成为单替换整流元件。

当对象进入读取器的磁场时，跨过谐振电路200-201的端子产生高频电压。被整流器电桥204整流的此电压向对象的电子电路206提供电源电压VDD，所述电子电路206可以例如包含至少一个存储器和处理器。

此外，被用作储能部件的电容器205(“缓冲电容器”)还与电子电路206并联连接在电源电压VDD与接地GND之间。

一般地，集成电路还包括削波电路203，削波电路203的两个端子PN3和PN4被连接到谐振电路200-201的两个端子。此削波电路可由在本实施例中源自于电子电路206的控制信号SCT来控制。

为了允许从对象到读取器1的数据传输，电子电路206借助于控制信号SCM向谐振电路200-201的反馈调制级202发送命令。如在下面将更详细地看到的，此级202包括由信号SCM控制的一组电子开关和以如下方式可借助于开关而被选择性地控制的电阻和/或电容电路，所述控制方式使得改变跨过天线200的端子连接的负载，并且因此在一方面允许被读取器检测，以及在另一方面允许根据读取器与对象之间的距离对此负载的阻抗的调整。

现在更特别地对图3进行参考以便描述削波器件的一个实施例，本示例绝不是限制性的。

如上文所指示的，当读取器产生电磁场时，例如处于13.56MHz，此磁场将感生出跨过对象天线的电感200的端子的电压。此感生电压的值取决于读取器和对象的天线之间的耦合系数、被读取器用于产生电磁场的电流的强度和电感L的值。

当将对象非常接近于读取器放置时，感生电压可能变得如此之大，以致于如果不采取预防措施的话，其可能显著地毁坏电子电路206。

集成电路之所以通常装配有削波电路203也正是由于此原因。在功能上，一旦感生的跨过对象天线的电阻的电压达到预定义值，削波电路将切换到如下模式，在该模式中，削波电路将以使得限制感生电压的方式来修改天线的阻抗。实际上，削波电路的阻抗将会下降。

在图3中，可以看到削波电路203包括连接在端子PN3与接地GND之间的第一NMOS晶体管T1和连接在端子PN4与节点GND之间的第二NMOS晶体管T2。这两个晶体管的栅极由例如被结合到电子电路206中的控制模块2060所传送的控制信号SCT的控制。

此处，该控制模块2060包括由两个电阻R形成的分压器，所述两个电阻R被串联地连接在电压VDD与接地GND之间，并且其中点被连接到比较器CMP的正输入端，此比较器CMP的负输入端接收预定义参考电压VRF，例如1.2伏。

如果电压VDD具有小于参考电压VRF的值的两倍的值，则信号SCT将始终具有逻辑电平“0”，NMOS晶体管T1和T2于是被关断。

另一方面，如果电压VDD超过参考电压的值的两倍，则晶体管T1和T2将进行导电，这将具有使得从天线角度看的阻抗下降并因此减小感生电压的效果。

虽然在这里为了简化起见描述了“OFF-ON”类型的器件，但是在如下的意义上控制回路实际上可以更多地是“模拟”类型的：如果电压VDD具有略微高于值VRF的两倍的值则由与电感200并联的晶体管T1和T2所呈现的阻抗将具有相对高的值，而如果电压VDD明显高于两倍的VRF，则晶体管T1和T2的阻抗将低得多。

总之，跨过形成储能部件的电容器205的端子的电压VDD将具有小于或等于电压VRF的值的两倍的值。

当对象非常接近于读取器时，电压VDD将局限于2VRF。当读取器与对象之间的距离增加时，此电压VDD将保持在值2VRF处直至其值低到足以使削波电路的晶体管被连续地关断为止。然后，从此处开始，当该距离进一步增加时，电压VDD将开始下降。

因此可以使用电压VDD的值作为读取器与对象之间的距离的指示符。

用于管理对象的操作的设备包括控制装置，所述控制装置被至少部分地结合在电子电路206内，被配置成用于执行控制阶段，该控制阶段包括估计对象与读取器之间的距离，并根据估计的距离来调整跨过天线的端子连所接的负载的阻抗。

在图4中，在传输阶段S31之前执行控制阶段S30。然而，还可以在传输阶段期间执行控制阶段。

如果存在多个连续传输阶段，则将例如在每个传输阶段S31之前执行控制阶段S30，从而考虑对象在每个数据传输阶段之间相对于读取器的任何潜在移动。

如在图5中示意性地所示，控制阶段S30包括估计S300在读取器与对象之间的距离和根据估计的距离来调整S301连接到天线的负载的阻抗。

现在，更特别地对图6进行参考，以便描述反馈调制级202的一个实施例。

在本示例中，反馈调制级是纯电阻性的。然而，在其它情况下，其可以是电阻性和电容性的，或者是纯电容性的。

在本示例性实施例中，反馈调制级202包括被连接且可由控制信息SCM选择性地控制的电阻网络R1、R2、R3，所述控制信息SCM将被视为表示估计的距离。此选择性可控电阻网络因此形成调整模块的一部分，所述调整模块被配置成用于根据对象与读取器之间的估计距离来执行对跨过对象的天线200的端子所连接的负载的阻抗的调整。

更确切地，电阻网络包括第一对电阻器R1，所述第一对电阻器R1借助于一对开关SW1(例如晶体管)而串联地连接在端子PN1和PN2之间。此结构的中点被接地。

电阻网络还包括第二对电阻器R2，所述第二对电阻器R2也借助于一对第二开关SW2而串联地连接在端子PN1和PN2之间。此处，此结构的中点也被接地。

最后，所述调整模块包括第三对电阻器R3，所述第三对电阻器R3借助于第三对开关SW3串联地连接在端子PN1和PN2之间。此处，此结构的中点也被接地。

调整模块此外在这里包括三个逻辑门PL1、PL2、PL3的组件，此处为AND门，其各自的输出端提供分别地控制开关SW1、SW2和SW3的三个控制信号SC1、SC2、SC3。

三个逻辑门PL1-PL3被控制信号SCM控制，所述控制信号SCM包括由电子电路传送并被设计成根据要传输的数据对负载的阻抗进行逆向调制的基本逻辑信号LM。此基本信号LM被传送到逻辑门PL1-PL3的第一输入端中的每一个上。

控制信号SCM此外包括分别地被传送到三个逻辑门PL1-PL3的第二输入端上的三个其它基本信号b0、b1和b2。

基本信号LM、b0、b1和b2中的每一个能够取逻辑电平“0”或逻辑电平“1”。

根据基本信号b0、b1和b2的逻辑值，将选择成对电阻器其中之一。

在本示例性实施例中，电阻器R1的值低于电阻器R2的值，该电阻器R2的值本身低于电阻器R3的值。举例来说，例如可以取80欧的值用于电阻器R1，取110欧的值用于电阻器R2，以及取140欧的值用于电阻器R3。

如现在可以更详细地看到的，针对读取器与对象之间的短距离，将被选择用于执行反馈调制的是成对电阻器R1，而针对更大的距离，将被选择用于执行反馈调制的是成对电阻器R2，并且针对甚至更大的距离，将被选择用于执行反馈调制的则是成对电阻器R3。

因此，针对给定距离或距离范围，所述开关中的两个开关，例如开关SW2和SW3将恒定地打开，而其它开关SW1将根据基本信号LM的逻辑值而打开和闭合。

现在更特别地对图7进行参考以描述被配置成用于估计对象与读取器之间的距离的估计模块2061的第一实施例。

在本实施例中，估计模块2061被配置成用于执行被对象接收且因由读取器所辐射的磁场而引起的能量的估计，并且用于将此能量与至少一个阈值(在本例中为两个阈值)相比较，并且出于此目的，估计模块2061将使用跨过形成储能部件的电容器205的端子存在的电压VDD。

在这里使用例如等于2.5伏和3.5伏的两个电压阈值VR1和VR2。

比较级20610然后将电压VDD与这两个阈值VR1和VR2相比较以便传送基本控制信号b0b1和b2。

更特别地，如果电压VDD小于或等于VR1，则基本信号b0和基本信号b1取逻辑值“0”，而基本信号b2取逻辑值“1”。

如果电压VDD高于VR1并低于或等于VR2，则这次取值1的是逻辑信号b1，而逻辑信号b0和b2具有逻辑值0。

如果电压VDD高于VR2，则这次取逻辑值“1”的是控制基本信号B0，而基本控制信号b1和b2取逻辑值“0”。

现在，更特别地对图8和9进行参考，以便描述用于估计读取器与对象之间的距离的一个变型。

在本变型中，将基于削波电路的活动水平以及更特别地占空比来估计距离。

在这里再次地，此活动水平、更确切地占空比将与至少一个阈值相比较，以便确定控制信号SCM的基本信号b0、b1和b2的值。

更确切地，在这种情况下，如图8中所示，除已参考图2所述的元件之外，集成电路20还包括也跨外部天线200的端子连接并向控制模块2060供应已整流但未滤波电压VDD1的附加整流器电桥207，所述控制模块2060与已参考图3所描述的并且传送用于削波电路203的控制信号SCT的控制模块类似。

如在图8中可以看到的，这次，控制模块2060位于电子电路206之外，电子电路206向比较器CMP供应值VRF。

然后，定义削波电路203的占空比，该占空比将此削波电路的活动水平表示为在其期间晶体管T1和T2导电的时间与在其期间晶体管T1和T2被管段的时间之间的比例。

在图9中，图示出两个情形。

在情况1(图9的左侧)中，与情况2(图9的右侧)中相比，假设对象处于与对象相距中更远的距离处。

在这些情况中的每一个中，可以看到当电压VDD1超过电压VRF的两倍时，控制信号SCT取逻辑状态“1”以便使得晶体管T1和T2传电，并且针对相反的情况下取逻辑状态“0”。

此外，对象与读取器之间的距离越短，占空比F将越高。

因此，可针对这些占空比的值定义两个阈值F1和F2，并且占空比与这两个阈值VF1、VF2的比较将允许确定基本信号b0、b1和b2的逻辑值。

实际上，如图10中所示，此比较是在估计模块2062的比较级20620中执行的。

Claims (16)

1.一种用于管理对象的操作的方法，所述对象能够与被磁耦合到所述对象的读取器进行非接触式通信，所述方法包括，

用于从所述对象(2)到所述读取器(1)的信息的传输(S31)的至少一个阶段，所述至少一个阶段包括调制跨过所述对象的天线的端子连接的负载的阻抗，其特征在于，所述方法此外包括至少一个控制阶段(S30)，所述至少一个控制阶段包括估计(S300)所述对象与所述读取器之间的距离并且根据估计的所述距离调整(S301)所述负载的阻抗。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述调整所述负载的阻抗包括在与距离变化相同的方向上对所述负载的阻抗的改变。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述估计(S300)所述距离包括估计被所述对象接收到且因由读取器所辐射的磁场而引起的能量，并且将此能量的水平与至少一个阈值(VR1、VR2)相比较。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述对象包括处理电路(206)，所述处理电路经由整流器元件(204)被连接到所述天线，并且所述估计所述能量包括确定跨过电容器(205)的端子的电压(VDD)，以及将此电压与所述至少一个阈值(VR1、VR2)相比较，所述电容器充当储能部件并被连接在所述整流器元件与所述处理电路之间。

5.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中所述对象(2)包括跨所述天线的端子连接的可控削波电路(203)，并且所述估计所述距离包括确定所述削波电路的活动水平(F)并将此活动水平(f)与至少一个阈值(F1、F2)相比较。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述通信是NFC类型的近场通信。

7.一种用于管理对象的操作的设备，所述对象能够与被磁耦合到所述对象的读取器进行非接触式通信，所述设备包括：第一装置(202)，所述第一装置被配置成用于在用于从所述对象到所述读取器的信息的传输的阶段期间，向跨天线的端子连接的负载的阻抗施加调制，其特征在于，所述设备此外包括控制装置，所述控制装置包括被配置成用于执行对在所述对象与所述读取器之间的距离的估计的估计模块(2061)以及被配置成用于根据估计的所述距离来执行对所述负载的阻抗的调整的调整模块(R1-R3、PL1-PL3)。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述调整模块包括为所述第一装置(202)所共用的元件(R1-R3)。

9.根据权利要求7和8中的任一项所述的设备，其中所述调整模块被配置成用于使得所述负载的阻抗在与所述距离的变化相同的方向上改变。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述调整模块包括电阻和/或电容网络(R1-R3)，所述电阻和/或电容网络被跨过所述天线的端子连接，能由表示估计的所述距离的控制信息(SCM)选择性地控制。

11.根据权利要求7至10中的任一项所述的设备，其中所述估计模块(2061)被配置成用于执行对由所述对象接收到且因由读取器所辐射的磁场而引起的能量的估计以及此能量的水平与至少一个阈值(VR1、VR2)的比较。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述对象包括处理电路(206)，所述处理电路经由整流器元件(204)被连接到所述天线，并且所述估计模块包括充当储能部件并被连接在整流器电桥与所述处理电路之间的电容器(205)，以及被配置成用于将跨所述电容器的端子的电压(VDD)与所述至少一个阈值(VR1、VR2)相比较的装置(20610)。

13.根据权利要求7至10中的任一项所述的设备，其中所述估计模块包括跨过所述天线的端子连接的可控削波电路(203)以及被配置成用于确定所述削波电路的活动水平(F)的装置(2062)和被配置成用于将此活动水平与至少一个阈值(F1、F2)相比较的比较级(20620)。

14.根据权利要求7至13中的任一项所述的设备，以集成方式制造。

15.一种包括根据权利要求7至14中的任一项所述的设备的对象。

16.根据权利要求15所述的对象，形成NFC对象。