CN107026663B - 用于无线电调制器和天线驱动器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于无线电调制器和天线驱动器的方法和装置。一种通信设备包括脉宽调制器，该脉宽调制器被提供有处于通信载频的振荡器信号。脉宽调制器输入是由反馈回路调节的经放大的参考电压。调制控制提供了要被传输的数据信号。调制控制可以与参考电压混合而被提供给放大器，也可被提供给脉宽调制器。功率晶体管接收脉宽调制器输出，并生成芯片输出信号。外部滤波器被连接在芯片输出处以对提供给通信天线的信号进行滤波，并产生载波正弦曲线，该载波正弦曲线的振幅与由电压调节和调制数据输入所调制的脉宽成比例。电源被连接至外部滤波器。差分版本包括差分输出，差分输出从脉宽调制器到两个功率晶体管，并经过两个外部滤波器到差分天线。

Description

用于无线电调制器和天线驱动器的方法和装置
技术领域
本公开一般地涉及用于电子通信的方法和装置，并且更具体地涉及用于近场无线电通信的方法和装置。
背景技术
一些智能电话和其他设备(尤其是便携式设备)能够用近场通信(NFC)彼此通信。当使设备接触在一起时或者通过将设备彼此靠近，这些设备可以彼此通信。在某些示例中，用于近场通信的通信范围大约是10厘米。根据一个标准，近场通信设备使用相应设备中的两个回路天线之间的电磁感应来以13.56MHz的射频带进行通信。这些设备中的一些可以是无源的，它们没有自己的电池，但可以通过磁感应从另一通信设备获得能量以用于它们的操作。
有效的近场通信需要例如由天线产生相对较大的磁场，以能够为无电池的无源NFC设备供电。便携式设备(例如智能电话)倾向于具有较小的体积，在这些体积中安装天线。从利用电池而工作的设备中的较小天线产生大磁场的需求使得近场通信电路具有较高成本，尤其是对于近场通信设备的射频(RF)功率放大器组件和电压调节器组件。除了高成本之外，由于RF功率放大器和电压调节器中相对较低的效率，运行近场通信设备导致高功耗，从而导致电池耗竭。由低效率组件的功耗产生的热量产生散热问题，即需要提供冷却并且需要提供在经受散热问题时运行的电路元件。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种通信设备，包括：用于对电压参考和反馈信号进行比较以获得输入信号的装置；用于根据输入信号和振荡器信号来生成经调制的输出的装置，该装置基于调制控制信号来生成经调制的输出；功率晶体管，该功率晶体管具有被连接以接收经调制的输出的输入端并且具有输出端；以及用于对功率晶体管的输出进行滤波以提供经滤波的输出的装置，经滤波的输出被连接至通信天线。
根据本公开的一个方面，提供了一种通信设备，包括：放大器，被连接以接收电压参考和反馈信号，并且可操作为生成输入信号；脉宽调制器，被连接以接收振荡器信号和输入信号并且可操作为生成经调制的输出；功率晶体管，具有被连接以接收经调制的输出的输入端，并且具有输出端；以及滤波器，被连接到功率晶体管的输出端并且可操作为提供经滤波的输出，经滤波的输出被配置用于连接至天线。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于生成通信信号的方法，包括：生成参考电压；通过调制信号来调制参考电压以生成经调制的参考信号；对经调制的参考信号进行放大以提供经放大的信号；生成处于载频的振荡信号；使用振荡信号在载频处对经放大的信号进行脉宽调制以获得脉宽调制载波信号；对脉宽调制载波信号进行放大以提供输出信号；基于输出信号对经放大的信号进行调节；对输出信号进行滤波以获得经滤波的输出信号；以及将经滤波的输出信号供应至通信天线。
根据本公开的一个方面，提供了一种用于生成通信信号的方法，包括：生成参考电压；对参考电压进行放大以提供经放大的信号；生成处于载频的振荡信号；使用振荡信号和调制信号在载频处对经放大的信号进行脉宽调制以获得调制载波信号；对调制载波信号进行放大以提供输出信号；基于输出信号对经放大的信号进行调节；对输出信号进行滤波以获得经滤波的输出信号；以及将经滤波的输出信号供应至通信天线。
附图说明
图1A是近场通信系统的功能性框图，本设备相对于该设备有所改善；
图1B是近场通信设备的功能性框图，本设备相对于该设备有所改善；
图2是另一近场通信设备的功能性框图，本设备相对于该设备有所改善；
图3是示出近场通信设备的功能元件的芯片位置的功能性框图，本设备相对于该设备有所改善；
图4是根据本公开的一方面，示出近场通信设备的组件的芯片位置的功能性框图；
图5是现有技术的近场通信设备的电路图；
图6是根据本公开的一方面的近场通信设备的电路图；
图7是根据本公开的另一方面的近场通信设备的电路图；
图8是根据本公开的另一方面的近场通信设备的电路图，类似于图6和图7的电路的元件被示为省略号；
图9a、9b、9c和9d是由图8的电路根据4伏电池电量水平的仿真而生成的信号图；以及
图10a、10b、10c和10d是由图8的电路根据2.2伏电池电量水平的仿真而生成的信号图。
具体实施方式
对于利用电池而操作的设备(例如，智能电话、平板、个人电子设备和其他移动和非移动设备)，近场通信(NFC)需要由小天线产生大磁场，通常使用电池产生。近场通信电路通常包括射频(RF)功率放大器以产生处于足够的电压和电流等级的射频信号，从而通过天线向另一设备提供感应通信。近场通信电路通常还包括电压调节器以产生经调节的电压以供应给RF功率放大器。在有噪声的电源(例如来自电池的输出)被用作电源的情形中，电压调节器可以是近场通信设备的重要部分。
为了更好地理解根据本公开的近场通信设备的优势，下文将首先呈现传统近场通信设备的典型示例。在一些典型的传统设备中，RF功率放大器和电源必须被提供有滤波器以对输出信号进行过滤，从而防止电磁干扰(EMI)。对输出信号附加滤波增加了近场通信设备的成本。在一些传统的近场通信设备中，所使用的功率放大器和功率调节器具有较低效率，从而导致较高的功耗。高功耗使得设备产生热量，这一问题必须通过例如可能增加设备成本的措施来解决。
解决近场通信设备中的功耗问题的努力使得D类放大器被用作RF功率放大器组件，但是在射频处D类放大器的ON-OFF开关产生不想要的电磁信号，这需要在射频输出处添加EMI(电磁干扰)滤波器。如上所述，添加滤波器增加了设备的开销。滤波器还被用于D类放大器以适应天线匹配网络的阻抗。当卡或其他设备移入由天线产生的场时，该阻抗变化显著。因为D类放大器的输出电流取决于阻抗，因此滤波器被添加以在卡或其他设备移入天线场时，降低由滤波器所看到的阻抗的变化。
在另一近场通信设备中，降低设备成本的努力使得A类放大器被用作RF功率放大器，但A类放大器具有较低效率，这使得设备产生更高功耗。高功耗需要解决所产生的热量的措施，例如需要添加散热设备。
在其他近场通信设备中，电压调节器组件位于电路芯片外，在该电路芯片上提供了近场通信设备的其他组件。电压调节器的芯片外位置将一些热源移到近场通信芯片外，但是在芯片外位置提供电压调节器的要求导致更高的设备成本。如果所使用的电压调节器是DCDC转换器，则电压调节器通常具有较好的效率，并且功耗可能不是问题。
图1A示出了一种近场通信(NFC)系统，该系统包括具有NFC通信功能的第一无线通信设备1和具有NFC通信功能的第二无线通信设备2。第一无线通信设备1和第二无线通信设备2被配置为根据NFC协议进行通信。
图1B示出了用于便携式设备(例如，智能电话、平板、计算机、个人电子设备或其他设备)的NFC设备18。说明书此处和其他地方所描述的NFC设备18提供了发送器部分以用于发送信息。NFC设备的接收器部分未被示出，尽管接收器可被提供并且甚至可与发送器共享一些组件。近场通信设备18由电池20供电，在该示例中电池20是3.6伏电池。电池20通过电感器22连接至DCDC电压调节器24。DCDC控制器电路也由该电池供电，以便驱动功率开关。此处未示出电能连接，但本领域技术人员将理解该电能连接。DCDC电压调节器24的输出被连接至电容器26，电容器26的另一端接地。电感器22和电容器26一起形成针对电压调节器24的滤波器。电压调节器24操作为在其输出端处提供比4V大的经调节的电压。
DCDC电压调节器24的经调节的输出被连接至非线性射频功率放大器28。射频(RF)功率放大器操作为产生NFC(近场通信)频率处的射频信号。射频信号由数据信号或要被传输的其他信息调制。数据信号或其他信息由调制器30提供给射频功率放大器28，调制器30将经调制的信号或调制器信号供应给功率放大器28的调制器输入。功率放大器28的经调制的射频输出由EMI(电磁干扰)滤波器滤波，EMI滤波器由串联的电感器32和电容器34形成，EMI滤波器的另一端接地。EMI滤波器32和34移除不想要的谐波和可能以其他方式干扰其他电子设备的信号的其他高频分量。
经滤波的输出被提供至天线匹配电路36，天线匹配电路36将电路的输出阻抗匹配至近场通信天线38的输入阻抗。天线38发射近场信号，该近场信号可被用于以非接触方式向其他近场通信设备和从其他近场通信设备以感应的方式传输信息。在图1B的示例中，非线性射频功率放大器28是在RF输出端处需要EMI滤波器的类型，例如D类放大器。
在图2中，近场通信(NFC)设备39被提供用于移动设备或其他设备。近场通信设备39由电池40供电，电池40被连接至串联电感器42，电感器42进而被连接在DCDC电压调节器44的输入端。在该示例中电池40是3.6伏电池。便携式设备中的典型电池提供大约3伏。DCDC调节器操作为将3伏信号转换为5伏。所示DCDC调节器是升压DCDC调节器。相反，降压调节器一般在调节器的输出端和电容器之间连接有电感器。电压调节器44在其输出端处提供经调节的电压。DCDC电压调节器44的输出端连接电容器46，电容器46的另一端接地。电感器42和电容器46一起对电压调节器44的输出信号进行滤波。
电压调节器44的经调节的输出被连接至线性射频(RF)功率放大器48的输入端。要由近场通信设备39传输的数据或其他信息作为来自调制器50的经调制的信号被提供至RF功率放大器48。所示这方面的线性RF功率放大器48是在输出端处不需要EMI滤波的类型，并且例如可以是A类放大器。功率放大器48的输出端被连接至天线匹配电路52，天线匹配电路52将信号耦合至近场通信天线54。近场通信设备39操作为与其他近场通信设备感应通信。在图2的示例中，线性功率放大器可以是A类放大器，其可能因为放大器的低效而产生过多的热量。
转到图3，例如可被用于移动设备或其他设备的近场通信设备55由电池56供电，电池56由电感器58连接至DCDC电压调节器60的输入端。电压调节器的输出端被连接至电容器62，电容器62的另一端接地。电感器58和电容器62对电压调节器的经调节的输出进行滤波。DCDC电压调节器60的经调节的输出被供应至芯片64，芯片64由框示意性地指示。在所示示例中，经调节的电压是5伏。包括电压调节器60在内的电源在芯片64外部。
在芯片64上，经调节的电压信号被提供至LDO(low dropout，低压差)调节器66。LDO调节器66的输出被提供给射频(RF)功率放大器68的输入端，RF功率放大器68也在芯片64上。LDO调节器66的输出端还被连接至电容器70，电容器70的另一端接地。电容器70被安装在芯片外。片上调制器72向功率放大器68提供调制器信号，功率放大器的射频输出通过调制器信号从而由数据或其他信息调制。功率放大器68的经调制的输出在芯片外被发送至EMI滤波器和天线匹配电路74，EMI滤波器和天线匹配电路74进而将信号供应至近场通信天线76。
如上所述，电压调节器60被移到功率放大器的芯片外，以降低芯片上的热压力。使用片外组件和片外电压调节器增加了近场通信设备的成本。
参考图4，示出了用于智能电话、平板、个人电子设备或其他移动或非移动设备的近场通信设备80。具体地，所示设备80提供了发送器部分。双向近场通信还利用接收器部分，本申请未示出该接收器部分。接收器部分可共享发送器部分所使用的一些组件。对于传入近场通信，传入信号可以是负载调制信号，如本领域技术人员将理解的那样。近场通信发送器设备由电池82供电，电池82被连接至串联电感器84，电感器84进而连接到无调节器近场通信调制器和天线驱动器86的输出端88。经由被供应至输出端88的电池电能，电能被供应给调制器和天线驱动器86。输出端88被连接至电容器90，电容器90的另一端接地。输出端88还被连接至天线匹配电路92，天线匹配电路92将输出端88的输出阻抗匹配至近场天线94的阻抗。无调节器近场通信调制器和天线驱动器86被提供在芯片96上。在所示近场通信设备中，无调节器近场通信调制器和天线驱动器86被完全包含在芯片96上，仅电感器84、电容器90、电池82、天线匹配电路92和天线94被提供在芯片外。减少片外组件降低了近场通信设备的成本。
在图5中提供了传统近场通信设备的更具体的视图。功能框100中有DCDC电压调节器，该DCDC电压调节器包括电压参考102，电压参考102连接至放大器(例如运算放大器104)的输入端。运算放大器104在此处作为误差放大器，其输出端连接至脉宽调制器(PWM)106，PWM106具有连接至振荡器108的参考信号输入端。所示示例的振荡器108是2.5MHz振荡器，但是当然可使用其他振荡器。脉宽调制器106的输出被提供至FET(场效应晶体管)110的栅极。一对晶体管112(这里为N-FET和P-FET)以开关配置方式在电感器118和电容器120之间连接。由三个功率晶体管110和112、脉宽调节器106和振荡器108以及线性控制回路提供升压和调节功能。
DCDC电压调节器100由电池电压114供电，例如从电池供电。输出电压作为反馈电压被提供给运算放大器104的第二输入端，以使用放大器作为误差放大器形成控制回路。注意，从电池电压114到电感器118的导线与用于输出电压反馈的导线交叉但不连接，如没有指示连接的点所指示的那样。电压调节器100的输出被提供至外部DCDC滤波器116，外部DCDC滤波器116包括电感器118，电感器118从电池电压114串联以向晶体管110和112提供电能。晶体管对112的输出被连接至电容器120，电容器120的另一端接地。电感器118和电容器120操作为对来自电压调节器100的输出信号进行滤波。滤波器116为电压调节器100的DCDC输出提供LC滤波。
滤波器116的输出是经调节的电压，该经调节的电压被连接至功率放大器122的输入端。功率放大器122包括一对功率晶体管124和126，功率晶体管124和126的栅极连接至13.56MHz振荡器128。数据或信息信号由调制控制器130调制到射频信号上，调制控制器130间接连接到功率晶体管124和126。调制控制器130例如以改变功率晶体管124和126的阻抗的方式进行连接。在一些惯例中，间接连接由虚线示出。功率放大器122被配置为D类功率放大器，具有两个功率晶体管124和126、载波频率振荡器128和振幅调制控制设备130。
功率放大器122产生不想要的信号，这些不想要的信号由外部EMI滤波器132去除，外部EMI滤波器132包括电容器136和与功率放大器122的输出端串联的电感器134，电容器136的另一端接地。外部EMI滤波器132减少了虚假(spurious)的信号发射。
滤波器132的输出端被连接至近场通信天线和调谐网络138，近场通信天线和调谐网络138包括与输入信号串联的电容器140、电容器142(其另一端接地)和天线144。天线144是近场通信回路天线。天线和调谐网络138类似于用于本文所描述的其他电路的天线和调谐电路。
图4的近场通信设备的更详细的视图被示于图6中，具体示出了近场通信设备的发送器部分。在该示例中，集成电路150具有在其上形成的组件。这些组件包括电压参考152，电压参考152的输出端连接至乘法器154。混合器或乘法器154的另一输入端被连接至调制控制器156。调制控制器156被示为方框，该方框可以表示信号源和用于向混合器或乘法器154传输信号的装置二者。调制控制器156可表示被连接以从信号源(未示出)接收用于经由近场通信进行传输的信号的装置或电路。信号源可提供所存储的信号，或所生成的信号，或检测到的信号。在某些示例中，调制控制器156提供要被传输的、经行编码(line encoded)的比特序列。信号的源可在NFC控制器设备内，或来自NFC控制器设备外。在最实际的实现方式中，该源在NFC控制器设备内。混合器或乘法器154的输出端向放大器158的输入端供应经调制的信号。某些方面的放大器158可以是运算放大器。包络检测器160的输出端提供放大器158的另一输入，包络检测器160被连接至集成电路150的输出端以提供反馈回路。在一些方面，可提供峰值检测器以代替包络检测器。配置反馈回路使得对天线网络进行驱动的发送器信号Tx的峰值处于或接近芯片可忍受的最大电压。在某些方面，峰值电压是5伏。因为发送器信号Tx接近方波，因此反馈或控制回路需要峰值或包络振幅。
放大器158的经放大的输出被连接至脉宽调制器(PWM)162。脉宽调制器162的参考输入端被连接以接收振荡器164的输出。在所示示例中，振荡器164是13.56MHz振荡器，即通常用于近场通信的载频。可使用产生用于感应或近场通信的任何频率的振荡器。脉宽调制器162将调节功能和调制功能集成到调制器中。这两个输入被结合以控制所传输的近场通信信号。尤其是，脉宽调制器162所集成的调节和调制功能根据调制和对来自电源的任何噪声(例如来自电池电源的噪声)的补偿来调节输出。脉宽调制器162的输出被提供至功率晶体管166的栅极，功率晶体管166在168处提供该电路的经放大的输出。
脉宽调制器可由三角波发生器和比较器制成，三角波发生器和比较器被连接以将运算放大器的输出与三角波进行比较。在某些方面，具有两个输入的脉宽调制器可通过在与三角波比较电平之前将运算放大器的输出乘以振幅因子(以数字方式或在模拟域)来实现。振幅因子将基于需要被表示的比特位而不同。两输入脉宽调制器可以很多不同的方面构建以实现想要的结果，如本领域技术人员将理解的那样。
集成的脉宽调制器162驱动单个功率晶体管166。脉宽调制器162由振荡器164提供近场通信设备的载频。包络检测器160或线性滤波器提供模拟控制回路。
电池电压170(例如由电池提供)为电路供电。电池电压经由外部滤波器172提供，外部滤波器172包括电感器174，电池电压通过电感器174被提供至集成电路150的输出端168。电容器176从输出端168接地以完成滤波器。提供给外部滤波器的电池电压是用于NFC发送器的功率放大器的唯一电源。NFC电路的其他部分(包括发送器的其他部分)具有它们自身的调节器，这些调节器是来自相同电池的电源。这些其他部分不需要像功率放大器那么多的电流。LC滤波器174和176在芯片外部，并且对经转换的电压输出进行滤波以移除虚假的信号。输出信号是具有以下包络的信号：该包络表示由调制控制器156输入的经行编码的数据比特位。外部滤波器172的经滤波的输出被连接至近场通信(NFC)天线和调谐电路178，NFC天线和调谐电路178包括电容器180和182和天线184。天线和调谐电路178类似于本公开其他地方示出的天线。
DCDC电压调节器、NFC调制器和功率放大器的功能被结合到集成电路上(例如在单个集成电路芯片上)的单个电路中。经结合的电路既提供了比传统设备可用的电能效率更高的电能效率，又提供更低的设备成本。在这种配置中，提供DCDC电压调节的开关功能还被用于生成近场通信载波信号。在DCDC电压调节器中提供电压调节的脉宽调制功能还用于调制用于近场通信数据和信息传输的信号。在DCDC调节器中，电感器用于将电池电压提升至更高的供电电压。电感器的主要角色是用于升压。电容器与升压电感器结合以作为滤波器来减少虚假信号。电感器和电容器被用于对传统设备的DCDC电压调节器的输出电压进行滤波。在本示例中，电感器和电容器的结合可作为近场通信前端的EMI滤波器。
该近场通信设备的一些方面结合调制器和功率放大器的功能。该近场通信设备跳过图5中所示的传统途径中生成5伏DC信号的步骤，而直接通过电感来削减(chop)电池电压。该削减直接提供了升压至5伏的D类信号。该方面的近场通信设备消除了传统DCDC电压调节器中所使用的电感器。在近场通信设备的一些方面，使用了电容器，但在该设备中所需要的电容器具有比传统设备中所使用的电容器更小的电容。根据本公开的近场通信设备的电容器操作为提供虚假信号滤波。该电容器可具有比传统设备中的电容器更低的电容值。在传统DCDC电压调节器中，使用具有大于1微法(1μF)的值的电容器，但是在本电路的一些方面中所使用的电容器可使用大约10纳法(10nF)的电容器。
DCDC升压功能在与传统近场通信设备的D类功率放大器功能相同的频率处执行。在某些方面，处于13.56MHz近场通信载波频率的信号既被用于电压调节功能，又被用于直接生成近场通信射频信号。
近场通信信号的调制通过对DCDC电压调节器的操作进行同步调制来提供。结果是传统设备中发生的DCDC电压调节器操作频率和RF信号频率之间的干扰在本设备中被避免。这比那些设备提供了以下优势：DCDC电压调节器以大约3MHz到5MHz范围的频率操作，并且功率放大器以与电压调节器的频率异步的13.56MHz载波频率操作。使用同步电压调节和射频信号生成消除了显著的EMI发射源。
返回参考图5，传统近场通信设备使用三个功率晶体管用于电压调节器功能，并且使用两个功率晶体管用于功率放大器功能。在传统设备的示例中，DCDC电压调节器100使用一个大型NMOS功率晶体管和一个大型PMOS功率晶体管112和一个大型NMOS功率晶体管110以生成经升压和调节的电压。功率放大器122使用一个大型NMOS功率晶体管124和一个大型PMOS功率晶体管126。功率晶体管110、124和126和晶体管对112占用了硅芯片上的大量面积，大到使得传统NFC设备芯片的硅面积的大部分被用于功率晶体管。
通过比较图5和图6可以看出，根据所示方面的近场通信设备仅使用单个功率晶体管。这通过合并电压转换器和功率放大器的功能来完成。在一种示例中，单个功率晶体管是NMOS功率晶体管，但是当然也可以是其他功率晶体管。功率晶体管所需的芯片面积近似为传统电路芯片面积的五分之一。因为整个电路面积的那么多的部分用于功率晶体管，因此根据本方面的电路相比于传统电路在芯片面积方面提供了大约5比1的降低。芯片面积的降低可被称为第一顺序的模具节省(die savings)，其在考虑任何次级效果(这些效果可能引起额外的模具节省或模具尺寸增大)之前被估计。所需的较小芯片面积不仅降低成本，而且允许该设备所在的便携式设备做得更小或允许该便携式设备包括其他特征而不增加其尺寸。
如图5中可以看出，电池电流流过两个串联的MOS晶体管124和126，以向负载处的天线网络提供电流。然而在图6的电路中，电池电流直接连接至天线网络(此处经过外部滤波器)。电池电流在没有通过MOS晶体管连接的情况下被提供至负载。根据这一方面的电路和传统设备相比从电池到天线具有低得多IR下降(当电流(I)流过电阻(R)时电压的下降)，这提供了更好的效率和更好的性能。
与将电压调节功能集成在集成电路芯片上的传统设备相比，根据本方面的近场通信设备通过需要更小的硅芯片面积，提供了对传统近场通信设备的改善。在65nm芯片制造工艺技术中，根据本方面的电路提供了80％的芯片使用面积的降低。
通过直接从电池提供操作而无需来自用于DCDC电压调节的片外电压调节器的经调节的供电，根据本方面的近场通信设备提供了对传统近场通信设备的改善。
根据本方面的近场通信设备通过比传统设备少需要一个电感器，提供了对传统近场通信设备的改善。电感器可能占据印刷电路板(PCB)上相对较大的面积。例如，电感器可能具有0.06英寸乘0.03英寸的包装尺寸(包装尺寸码0603)。近场通信设备所需的电感器数量的减少允许更小的印刷电路板用于该设备。
根据本方面的近场通信设备的效率大于传统近场通信设备的效率，即使电压调节器与功率放大器集成在芯片上。
图6所示的方面在脉宽调制回路以外调制信号。换言之，调制器162所提供的脉宽调制功能是在回路中没有幅度调制的情况下被执行的。
图7示出了另一方面，其中幅度调制控制在脉宽调制回路内。具体地，集成电路200包括电压参考202，电压参考202向放大器204(例如运算放大器)的输入端提供参考信号。放大器204的另一输入是来自包络检测器206的输出，包络检测器206根据集成电路200的输出生成其信号以提供线性反馈或控制回路。放大器输出被提供至脉宽调制器208，脉宽调制器208以由振荡器210提供的频率工作。在所示示例中，振荡器频率是近场通信的载频，13.56MHz。数据和信息由调制控制器212调制到脉宽调制信号上，调制控制器212被提供到脉宽调制器208的输入端。因此调制控制在脉宽调制回路内。
其他组件相同或类似。脉宽调制器208的输出(其处于载频并且具有与外加于其上的调制数据或信息相对应的脉宽调制)被提供至功率晶体管214的栅极。这是本方面所需的唯一功率晶体管。通过外部滤波器222的电感器218和电容器220提供电池电压216，外部滤波器222位于集成电路200外并且位于芯片外。经滤波的输出被提供至近场通信天线和调谐网络224，近场通信天线和调谐网络224包括天线226和电容器228和230。因此，在所示出的这些方面，在脉宽调制回路之外或之内提供调制。
参考图8，可提供差分天线配置。图8示出了如何连接脉宽调制器和其他元件以向差分天线提供信号。与本文所示的那些方面的元件相同或相似的元件以省略号表示。在某些方面中，集成电路240上由省略号表示的电路元件例如包括如图6或7所示那样连接的单个包络检测器和单个误差放大器。如果使用单个包络检测器，则仅单个包络检测器信号被反馈到脉宽调制器424中。替代地，可以使用两个包络检测器，并且两个包络检测器的输出均被提供至脉宽调制器424。其他元件可包括电压参考和调制控制。调制控制可以如上所述在脉宽调制回路的外部或内部提供。本领域技术人员将从本说明书的其他地方所描述的特征理解这些细节。
集成电路240包括脉宽调制器242，脉宽调制器242具有差分输出，或者更具体地说，具有两个相位相反的输出端244和246。某些方面的脉宽调制器242由振荡器248在载频13.56MHz处驱动。经调制的输出244和246被提供至功率晶体管250和252的栅极。功率晶体管250和252提供来自集成电路240的输出Txp和Txn。
由外部滤波器254对每个输出Txp和Txn进行滤波。外部滤波器254被连接至电池电压256，电池电压256通过电感器258和260被链接至输出Txp和Txn。滤波器由电容器262和264完成，电容器262和264接地。经滤波的输出被供应至以差分配置连接的近场通信天线和调谐网络266。具体地，输入导线通过电容器268和270连接。提供了天线线圈272，天线线圈272两端连接电容器274。
在近场通信操作的仿真中对图8所示的差分电路进行了操作。在仿真期间，输出信号由恒定频率周期信号进行调制，在一些实例中，该恒定频率周期信号可以是近似方波。对于第一次仿真运行，电池输出电压被设置为4伏。4伏电池输出可表示智能电话或其他便携式设备中完全充电的电池。
图9a示出了穿过近场通信天线272的天线电流信号282的图280。可以看到，调制信号被加在天线电流上，电流信号282的幅度随波峰284和波谷286周期性变化。作为天线的差分驱动的结果，电流在0轴288的两侧具有相等的幅度。如果天线由非差分设备驱动，则信号将仅在0轴的一侧出现。
图9b是示出差分设备的天线272两端的电压信号292的图290。电压按照由调制信号加到载波上的相同周期性变化，具有波峰294和波谷296。信号的包络表示由调制控制提供的经过行编码的数据比特位。电压在0轴298的两侧。注意，峰值电压大于4伏的电池电压。在该示例中，电压峰值在正负大约16伏。
图9c是示出电池电流信号302的图300。电池输出的变化追踪了天线电流的周期性信号的变化，包括波峰304和波谷306。电流信号302的平均值低于0轴308。
图9d是示出集成电路的输出端或驱动器的输出端处的输出电压信号312的图310。在所示示例中，电压信号312是图8的差分电路中的引脚Txp处的电压。电压信号312具有恒定或几乎恒定的大约5伏的最高电压电平。这比向电路供电的电池(在该仿真中被设置为4伏)的电压要大。脉冲下端包括波峰316和波谷318，波峰和波谷基于调制信号而变化。
第二次仿真针对差分电路运行，但这次电池电压为2.2伏。例如，这表示电池中的剩余电荷，或者电池需要充电。天线电流320被示于图10a的图322中。信号320的波峰324和波谷326表示外加调制信号。电流的幅度通过改变脉宽调制器的平均占空比而维持在与4伏仿真相同的水平。
图10b是以2.2伏电池供电的情况下通过天线的电压信号332的图330。即使在低电池电量的情况下，对于正电压和负电压而言，也在波峰334处维持了近似16伏的峰值电压。波谷336仍然足以区分，以有效地提供与另一设备的近场通信。
2.2伏电池供电情况下的电池电流信号340被示于图10c中的图342中。信号340包括波峰344和波谷346，但是信号340具有与4伏的电池电流不同的形状。
图10d在图352中示出了输出引脚Txp处的输出电压信号350。输出电压350低于4伏示例中的输出电压，但仍足以经由近场通信来传输数据。PWM的占空比被提供以控制Txp和Txn输出的峰值电压，并将其保持在大约5伏，使得天线中的电流最大化。
平均电池电流非常接近峰值天线电流。峰值天线电压大约是16伏差分。在一种示例中的天线电感是大约513nH，该天线是两匝的30乘50mm PCB迹线。设备的电流效率大约是70％(按RMS天线电流/平均电池电流来测量)。作为更高效率的结果，在使用近场通信时便携式设备的电池寿命增加。
因此，本文示出并描述了近场通信设备，该近场通信设备包括脉宽调制器，该脉宽调制器被提供有近场通信载频处的振荡器信号。脉宽调制器输入是由反馈回路调节的经放大的参考电压。调制控制提供要被传输的数据信号。调制控制可以与参考电压混合而被提供给放大器，也可被提供给脉宽调制器。功率晶体管接收脉宽调制器输出，并且生成芯片输出信号。外部滤波器被连接在芯片输出处以对信号进行滤波，从而提供了调幅正弦信号，正弦信号被提供至近场通信天线的调谐网络。电源被连接至外部滤波器。差分版本包括差分输出，该差分输出从脉宽调制器到两个功率晶体管并且经过两个外部滤波器到差分天线。
示例
示例1是一种通信设备，包括：放大器，被连接以接收电压参考和反馈信号，并且可操作为生成输入信号；脉宽调制器，被连接以接收振荡器信号和输入信号并且可操作为生成经调制的输出；功率晶体管，输入端和输出端，输入端被连接以接收经调制的输出；以及滤波器，被连接到功率晶体管的输出端并且可操作为提供经滤波的输出，经滤波的输出被配置用于连接至天线。
示例2包括示例1的主题，其中脉宽调制器接收与输入信号混合的调制控制信号，并且可操作为基于调制控制信号来改变经调制的输出。
示例3包括示例1的主题，其中脉宽调制器接收调制控制信号，并且可操作为基于调制控制信号来改变经调制的输出，并且包括单独输入端，该输入端被连接以接收调制控制信号。
示例4包括示例1的主题，其中脉宽调制器包括差分输出；其中功率晶体管是具有第一输出端的第一功率晶体管；并且该主题还包括：第二功率晶体管，该第二功率晶体管具有被连接以接收脉宽调制器的差分输出的输入端，该第二功率晶体管具有第二输出端，其中第一和第二输出端被配置用于连接至天线的第一和第二差分输入端。
示例5包括示例1的主题，还包括：包络检测器，被连接至功率晶体管的输出端，并且可操作为生成反馈信号以用于放大器。
示例6包括示例1的主题，其中放大器、脉宽调制器和功率晶体管在同一集成电路芯片上。
示例7包括示例1的主题，其中通信设备是近场通信设备。
示例8是一种通信设备，包括：集成电路芯片，该集成电路芯片具有芯片输出端，该集成电路芯片包括：脉宽调制器，该脉宽调制器形成于集成电路芯片上并且具有信号输入端和振荡器输入端和脉宽输出端；振荡器，该振荡器形成于集成电路芯片上并且能够以载频操作，该振荡器具有振荡器信号输出端，该振荡器信号输出端被连接至脉宽调制器的振荡器输入端，该振荡器以载频驱动脉宽调制器；功率晶体管，该功率晶体管形成于集成电路芯片上并且具有信号输入端，该信号输入端被连接至脉宽调制器的脉宽输出端，该功率晶体管具有输出端，该输出端被连接至集成电路芯片的芯片输出端；放大器，该放大器形成于集成电路芯片上并且具有信号输出端，该信号输出端被连接至脉宽调制器的信号输入端，该放大器具有第一和第二输入端；电压参考，该电压参考形成于集成电路芯片上并且具有参考电压输出端，该参考电压输出端被连接至放大器的第一输入端，该电压参考可操作为在参考电压输出端输出参考电压；反馈回路，该反馈回路连接在芯片输出端和放大器的第二输入端之间；调制控制器，该调制控制器形成于集成电路芯片上并且被连接以向脉宽调制器提供调制信号；以及外部滤波器，该外部滤波器被连接至芯片输出端并且具有天线输出端，该天线输出端被配置用于连接至通信天线，该外部滤波器具有输入端以用于连接至电源。
示例9包括示例8的主题，其中脉宽调制器包括调制输入端，并且其中调制控制器具有输出端，该输出端被连接至脉宽调制器的调制输入端，该脉宽调制器可操作为用来自调制控制器的信号输出来调制脉宽输出。
示例10包括示例8的主题，还包括：乘法器，该乘法器形成于集成电路芯片上并且具有第一输入端和第二输入端和输出端，乘法器的第一输入端被连接至电压调制器的参考电压输出端，乘法器的第二输入端被连接至调制控制器，乘法器的输出端被连接至放大器的第一输入端。
示例11包括示例8的主题，其中脉宽调制器包括差分输出端；其中功率晶体管是第一功率晶体管；其中芯片输出端是第一芯片输出端；并且该主题还包括：第二芯片输出端；和第二功率晶体管，该第二功率晶体管形成于集成电路芯片上并且具有信号输入端，该信号输入端被连接至脉宽调制器的差分输出端，该第二功率晶体管具有连接至第二芯片输出端的输出端。
示例12包括示例11的主题，其中外部滤波器是第一外部滤波器，并且该主题还包括：第二外部滤波器，该第二外部滤波器具有输入端，该输入被连接至第二芯片输出端，该第二外部滤波器具有差分输出端，该差分输出端被配置用于连接至通信天线的差分输入端。
示例13包括示例8的主题，其中外部滤波器包括电感器，该电感器连接在电源和芯片输出端之间，并且该主题还包括连接在芯片输出端和地之间的电容器。
示例14包括示例8的主题，还包括：包络检测器，该包络检测器形成于集成电路芯片上并且被连接在反馈回路中，该包络检测器具有被连接至芯片输出端的输入端以及被连接至放大器的第二输入端的输出端。
示例15包括示例8的主题，其中脉宽调制器可操作为在脉宽输出端处提供经调制的信号。
示例16包括示例8的主题，其中通信设备是近场通信设备。
示例17是一种用于生成通信信号的方法，包括：生成参考电压；通过调制信号来调制参考电压以生成经调制的参考信号；对经调制的参考信号进行放大以提供经放大的信号；生成处于载频的振荡信号；使用振荡信号在载频处对经放大的信号进行脉宽调制以获得脉宽调制载波信号；对脉宽调制载波信号进行放大以提供输出信号；基于输出信号对经放大的信号进行调节；对输出信号进行滤波以获得经滤波的输出信号；以及将经滤波的输出信号供应至通信天线。
示例18包括示例17的主题，还包括：根据经放大的信号和振荡信号来生成差分脉宽调制载波信号；对差分脉宽调制载波信号进行放大以提供差分输出信号；对差分输出信号进行滤波以提供经滤波的差分输出信号；以及将经滤波的差分输出信号供应至通信天线的差分输入。
示例19包括示例17的主题，其中通信信号是近场通信信号。
示例20是一种用于生成通信信号的方法，包括：生成参考电压；对参考电压进行放大以提供经放大的信号；生成处于载频的振荡信号；使用振荡信号和调制信号在载频处对经放大的信号进行脉宽调制以获得调制载波信号；对调制载波信号进行放大以提供输出信号；基于输出信号对经放大的信号进行调节；对输出信号进行滤波以获得经滤波的输出信号；以及将经滤波的输出信号供应至通信天线。
示例21包括示例20的主题，还包括：根据经放大的信号和振荡信号和调制信号来生成差分调制载波信号；对差分调制载波信号进行放大以提供差分输出信号；对差分输出信号进行滤波以提供经滤波的差分输出信号；以及将经滤波的差分输出信号供应至通信天线的差分输入端。
示例22包括示例20的主题，其中通信信号是近场通信信号。
示例23是一种通信设备，包括：比较装置，用于比较电压参考和反馈信号以获得输入信号；生成装置，用于根据输入信号和振荡器信号来生成经调制的输出，该装置基于调制控制信号生成经调制的输出；功率晶体管，该功率晶体管具有被连接以接收经调制的输出的输入端并且具有输出端；以及滤波装置，用于对功率晶体管的输出进行滤波以提供经滤波的输出，该经滤波的输出被连接至通信天线。
示例24包括示例23的主题，其中由比较装置接收到的参考电压包括经结合的电压参考和调制控制信号。
示例25包括示例23的主题，其中生成装置在与从比较装置接收的输入信号分开的输入端处接收调制控制信号。
示例26包括示例24或示例25的主题，其中反馈信号由用于检测功率晶体管输出的包络的装置生成。
示例27包括示例23的主题，其中生成装置生成差分调制输出，并且该主题还包括：第二功率晶体管，该第二功率晶体管具有被连接以接收差分调制输出的输入端，并且可操作为生成差分输出以用于连接至通信天线的差分输入端。
示例28包括示例23的主题，其中比较装置、生成装置和功率晶体管在同一集成电路芯片上。
示例29包括示例23的主题，其中通信设备是近场通信设备。
示例30是基本上如上所示的装置或方法。
虽然以上结合示例性方面进行了描述，但应该理解术语“示例性”仅意味着作为示例，而不是最好或最优。因此，本公开意图覆盖替换、修改和等同形式，这些形式可被包括在本公开的范围内。
虽然具体方面已在本文中被示出和描述，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本申请的范围的情况下，对于所示和所描述的具体方面可替换各种替换和/或等同实现方式。本申请意图覆盖本文所讨论的具体方面的任何适应性修改或变化。

Claims (16)

1.一种近场通信设备，包括：
比较装置，用于比较电压参考和反馈信号以获得输入信号；
生成装置，用于根据所述输入信号和振荡器信号来生成经调制的输出，该生成装置基于调制控制信号来生成所述经调制的输出；
功率晶体管，所述功率晶体管具有输入端和输出端，所述输入端被连接以接收所述经调制的输出，所述输出端的输出用于生成所述反馈信号，其中所述经调制的输出只被提供到所述功率晶体管的输入端；以及
滤波装置，用于对所述功率晶体管的输出进行滤波以提供经滤波的输出，所述经滤波的输出被连接至通信天线。
2.如权利要求1所述的通信设备，其中所述比较装置接收到的参考电压包括经结合的电压参考和调制控制信号。
3.如权利要求1所述的通信设备，其中所述生成装置在与从所述比较装置接收的所述输入信号分开的输入端处接收调制控制信号。
4.如权利要求2或3所述的通信设备，其中所述反馈信号由检测装置生成，所述检测装置用于检测所述功率晶体管输出的包络。
5.如权利要求1所述的通信设备，其中所述生成装置生成差分调制输出，并且该通信设备还包括：
第二功率晶体管，所述第二功率晶体管具有被连接以接收所述差分调制输出的输入端，并且可操作为生成差分输出以用于连接至所述通信天线的差分输入端。
6.如权利要求1所述的通信设备，其中所述比较装置、所述生成装置和所述功率晶体管在同一集成电路芯片上。
7.一种近场通信设备，包括：
放大器，被连接以接收电压参考和反馈信号，并且可操作为生成输入信号；
脉宽调制器，被连接以接收振荡器信号和所述输入信号，并且可操作为生成经调制的输出；
功率晶体管，具有被连接以接收所述经调制的输出的输入端，并且具有输出端，所述输出端的输出用于生成所述反馈信号，其中所述经调制的输出只被提供到所述功率晶体管的输入端；以及
滤波器，被连接到所述功率晶体管的输出端并且可操作为提供经滤波的输出，所述经滤波的输出被配置用于连接至天线。
8.如权利要求7所述的通信设备，其中所述脉宽调制器接收与所述输入信号混合的调制控制信号，并且可操作为基于所述调制控制信号来改变所述经调制的输出。
9.如权利要求7所述的通信设备，其中所述脉宽调制器接收调制控制信号，并且可操作为基于所述调制控制信号来改变所述经调制的输出，并且包括单独的输入端，所述单独的输入端被连接以接收所述调制控制信号。
10.如权利要求7所述的通信设备，其中所述脉宽调制器包括差分输出；
其中所述功率晶体管是具有第一输出端的第一功率晶体管；并且所述通信设备还包括：
第二功率晶体管，所述第二功率晶体管具有被连接以接收所述脉宽调制器的差分输出的输入端，所述第二功率晶体管具有第二输出端，其中所述第一输出端和所述第二输出端被配置用于连接至天线的第一和第二差分输入端。
11.如权利要求7所述的通信设备，还包括：
包络检测器，被连接至所述功率晶体管的输出端，并且可操作为生成所述反馈信号以用于所述放大器。
12.如权利要求7所述的通信设备，其中所述放大器、所述脉宽调制器和所述功率晶体管在同一集成电路芯片上。
13.一种用于生成近场通信信号的方法，包括：
生成参考电压；
生成反馈信号；
通过调制信号来调制所述参考电压以生成经调制的参考信号；
对所述经调制的参考信号和所述反馈信号进行放大以提供经放大的信号；
生成处于载频的振荡信号；
使用所述振荡信号在所述载频处对所述经放大的信号进行脉宽调制以获得脉宽调制载波信号；
通过功率晶体管从所述脉宽调制载波信号提供输出信号，其中所述反馈信号是基于所述输出信号生成的，并且其中所述脉宽调制载波信号只被提供到所述功率晶体管；
基于所述输出信号对所述经放大的信号进行调节；
对所述输出信号进行滤波以获得经滤波的输出信号；以及
将所述经滤波的输出信号供应至通信天线。
14.如权利要求13所述的方法，还包括：
根据所述经放大的信号和所述振荡信号来生成差分脉宽调制载波信号；
对所述差分脉宽调制载波信号进行放大以提供差分输出信号；
对所述差分输出信号进行滤波以提供经滤波的差分输出信号；以及
将所述经滤波的差分输出信号供应至所述通信天线的差分输入端。
15.一种用于生成近场通信信号的方法，包括：
生成参考电压；
生成反馈信号；
对所述参考电压和所述反馈信号进行放大以提供经放大的信号；
生成处于载频的振荡信号；
使用所述振荡信号和调制信号在所述载频处对所述经放大的信号进行脉宽调制以获得调制载波信号；
通过功率晶体管从所述调制载波信号提供输出信号，其中所述反馈信号是基于所述输出信号生成的，并且其中所述调制载波信号仅被提供到所述功率晶体管；
基于所述输出信号对所述经放大的信号进行调节，其中所述反馈信号是基于所述输出信号生成的；
对所述输出信号进行滤波以获得经滤波的输出信号；以及
将所述经滤波的输出信号供应至通信天线。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
根据所述经放大的信号和所述振荡信号和所述调制信号来生成差分调制载波信号；
对所述差分调制载波信号进行放大以提供差分输出信号；
对所述差分输出信号进行滤波以提供经滤波的差分输出信号；以及
将所述经滤波的差分输出信号供应至所述通信天线的差分输入端。
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