CN107067063B - 智能电子设备 - Google Patents

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    • H02J7/025—
    • H04B5/72—
    • H04B5/79—

Abstract

本发明公开一种电子设备，所述电子设备(100)包括：主体，其包括天线；以及集成电路，其内嵌在所述主体中且电连接到所述天线用于接收和发射无线信号。所述集成电路在第一和第二不同频率下接收无线信号，等待直至在所述第一频率下从第一读取器装置接收命令才发射第一信号，且在从第二读取器装置(201)检测到不同于所述第一频率的第二频率下的信号后发射第二信号而不等待接收命令。

Description

智能电子设备
技术领域
本发明涉及并入有集成电路和用于无线通信的天线的电子设备。
背景技术
无线装置现在是日常生活的常见事物。例如非接触智能卡或非接触智能标签等非接触智能电子设备尤其众所周知。非接触智能电子设备可举例来说基于13.56MHz发射技术，如依据ISO/IEC 14443和ISO/IEC 15693及ISO/IEC 18000-X标准化。
变得更常见的另一无线技术领域是感应式充电。感应式充电可用于为例如移动电话等装置充电，而不需要到电源的有线连接。感应式充电通常需要强交变磁场以在充电装置中感应电压。在某些状况下，此可产生对具有薄导电元件(例如智能卡中的天线组件)的电子设备的损坏。由无线电力联盟(A4WP，也被称作Rezenze)开发的感应式充电系统在6.78MHz下操作，且当前正进行标准化过程。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种电子设备，其包括：
主体，其包括天线；以及
集成电路，其内嵌在所述主体中且电连接到所述天线用于接收和发射无线信号，
其中所述集成电路被配置成在第一和第二不同频率下接收无线信号，等待直至在所述第一频率下从第一读取器装置接收命令才发射第一信号，且在从第二读取器装置检测到不同于第一频率的第二频率下的信号后发射第二信号而不等待接收命令。
所述集成电路还可被配置成在所述第一或第二频率下获得来自所接收无线信号的电功率。
在替代实施例中，所述电子设备可包括电源以将电功率提供到集成电路，举例来说其中集成电路被配置成经由交变磁场通信。
可使用例如UHF频带内的无线电波进行与电子设备的通信以及任选地电子设备的供电，其中可基于输入频率实行选择过程(即选择电子设备还是读取器首先通信)，且使用交变电场进行供电。
集成电路与天线之间的电连接可由电流连接或电容性连接提供。
在正常操作中，所述电子设备可在RTF(读取器先发言)模式中在第一频率下操作，其中电子设备静默等待直至读取器例如通过发布有效命令而与电子设备通信。然而，如果检测到第二频率，电子设备可在TTF(标签先发言)模式中操作，其中电子设备例如通过一旦检测到高于特定最小阈值电平的交变磁场就发射数据而首先通信。第二频率可例如与感应式充电装置的磁场相关联。
在一些实施例中，第一信号可包括识别信号，其可为由电子设备在第一频率上发送的含有数据封装或数据封装序列的消息。或者或另外，第二信号可包括识别信号，其也可为由电子设备在第二频率上发送的含有数据封装或数据封装序列的消息。所述识别信号可包括含有指示电子设备的唯一识别码的数据的消息。
在一些实施例中，第二信号包括用于第二读取器装置减小第二信号的发射功率的指令。如果(例如)第二频率与感应式充电装置相关联，那么第二信号可为减小磁场的强度以限制由磁场所导致的对智能电子设备的任何损坏的指令。减少发射功率可包括切断发射。
集成电路可被配置成将所接收的无线信号过滤到所述第一和第二频率，测量经过滤信号的相对振幅，且在经过滤第一频率的振幅较高的情况下等待直至在第一频率下接收命令为止。
集成电路或者可被配置成依据所设定时间周期期间由经整流的所接收信号充电的电容器上的电荷的量度确定所接收信号的频率。
集成电路或者可被配置成通过将从所接收信号导出的时钟频率与内部振荡器的频率比较来确定所接收信号的频率。
在一些实施例中，第二频率低于第一频率。第二频率可例如在6.765与6.795MHz之间。第一频率可例如在13.553与13.567MHz之间。
在实例实施例中，在第一较高频率下，可适应较高数目的电子设备，然而在第二较低频率下，可适应较低数目的电子设备但以较高通信速度通信。
根据本发明的第二方面，提供一种在电子设备与读取器之间通信的方法，所述电子设备包括包含天线的主体，和内嵌在主体中并电连接到天线用于接收和发射无线信号的集成电路，所述方法包括：
由所述电子设备从读取器接收无线信号；
如果所接收的无线信号处于第一频率，那么电子设备等待直至从读取器接收命令才在第一频率下发射第一信号；以及
如果所接收的无线信号处于与第一频率不同的第二频率，那么发射第二信号而不等待直至接收命令。
第二信号可包括用于读取器减小第二信号的发射功率的指令。
第二频率低于第一频率。
如上文所描述，根据第一方面的其它特征也可适用于第二方面。
将通过下文所描述的实施例清楚并且参考这些实施例阐明本发明的这些以及其它方面。
附图说明
将参考图式仅作为实例描述实施例，图式中
图1示出在存在在第一频率下操作的读取器的情况下实例电子设备的示意性表示；以及
图2示出在存在在第二频率下操作的装置的情况下实例电子设备的示意性表示；
图3示出指示电子设备的实例操作序列的框流程图；以及
图4示出表示电子设备的各种组件的示意框图。
应注意，图式是出于图解说明且未按比例绘制。为在图式中清楚且方便，这些图的各部分的相对尺寸和比例已示出为在大小上放大或缩小。相同的附图标记一般用于指代在修改后且不同的实施例中的相对应的或相似的特征。
具体实施方式
图1中示出非接触智能电子设备100的实例。电子设备100可为例如非接触智能卡，例如非接触信用卡或非接触钥匙或钥匙卡。所述电子设备不限于任何特定形状、尺寸或应用，且可体现在许多不同应用中。电子设备100包括包含天线的主体。天线可为偶极天线，例如被配置成在超高频(UHF)射频范围或任何其它电磁辐射频率内操作。偶极天线可用于将电磁辐射发射到读取器101和从读取器101检测电磁辐射。可替换的是天线可为例如在低频(LF)、高频(HF)或超UHF范围中在近场中操作的环路天线。环路天线可用作变压器，其中交变磁场在环路中感应电压。集成电路可仅仅由所接收无线信号供电，或可含有例如电池等内部电源。
在第一操作模式中，电子设备100在第一频率下与装置101通信。第一频率可在13.553与13.567MHz之间，例如如ISO/IEC标准14443和15693中所使用的13.56MHz。在第一模式中，电子设备100在RTF模式中操作，其中读取器101发送第一通信，例如命令。响应于此命令，电子设备100将第一信号(例如识别信号)发射到读取器101。
图2中示出电子设备100的第二操作模式的实例。在图2中，装置201在包围装置201的区域中感应磁场202。磁场202在第二频率下(例如6.765与6.795MHz之间)交替，例如由A4WP系统使用的6.78MHz。尽管通常第一频率高于第二频率，但在一些实施例中第二频率可高于第一频率。通常，在任一时间将存在第一和第二频率中的仅一者，但在一些实施例中两个信号可同时存在。电子设备100可确定哪一信号较强，且选择适于所述频率的操作模式。如果两个频率同时存在，那么电子设备可有效地忽略一个频率，例如具有较低电平的频率，条件是所述电平并不超出预定阈值。
装置201可例如为感应式充电装置，其使用强磁场为例如移动电话等其它装置充电。强交变磁场可例如因在薄导电组件中感应高电流从而产生热量而损坏电子设备100。集成电路(IC)中的任何功率耗散较重要，因为存在于IC的输入管脚处的任何电压必须受限以防止IC内的高电流。
如果电子设备100检测到第二频率，那么其切换到TTF模式，其中电子设备发送初始通信。电子设备100例如将信号发射到装置201，该信号例如是通过减小其产生的磁场的强度来减小其发射的功率的命令。以此方式，可避免对电子设备100的损坏。在一些实施例中，当在由装置201检测到的TTF模式中操作时来自电子设备的任何信号可产生磁场的改变，例如场的调制的改变。
图3为示出电子设备100的操作的框图。在第一步骤301处，电子设备使用物体的天线从所接收无线信号获得电功率。所述电功率可例如由读取器所发射或例如感应式充电装置等装置产生的磁场所感应的无线电或其它电磁信号创建。
在步骤302处，所述电子设备确定所检测辐射的频率，例如将所述频率指派到第一频率或第二频率。可在两个频率处检测到辐射，在此情况下，所述电子设备可确定选择较强信号。举例来说，如果在第二频率处检测到较强信号，那么所述电子设备将进入TTF模式，然而如果第二频率处的信号与第一频率处的信号相比较弱，那么电子设备将进入RTF模式且等待接收命令。另外的频率可供选择。
在步骤303处，电子设备基于所检测辐射的频率确定操作模式。举例来说，如果检测到第一频率，那么电子设备进入第一操作模式，例如RTF模式。如果检测到第二频率，那么电子设备进入第二操作模式，例如TTF模式。
如果选择第一模式，那么操作进行到步骤304。在此步骤处，电子设备等待从读取器接收命令。一旦已接收命令，电子设备就在步骤305处发射第一信号，例如识别信号。
可替换的是如果选择第二模式，那么操作从步骤303进行到步骤306。在步骤306处，电子设备发射第二信号，而不等待命令。第二信号可例如为减小磁场的功率或完全切断功率的命令。
图4示意性地示出示例性电子设备100的各种组件。经由天线获得来自无线信号的电功率，其经由天线连接401a和401b接收。整流器或电荷泵402使用此从所接收的电功率产生电源电压Vdd，电源电压Vdd用于对数字状态机或微控制器403供电。存储器404与微控制器403相关联或集成到微控制器403中。存储器404可例如为EEPROM或MTP存储器。
谐振电容405、调制器406和解调器406连接到天线连接401a、401b。调制器406用于调制由微控制器403或状态机产生的发射Tx的信号。解调器407用于解调制所接收信号，且将经解调信号Rx传送到微控制器403或状态机。也连接到天线连接401a和401b的时钟恢复模块408将时钟信号CLK提供到微控制器403。
操作模式(即第一模式或第二模式)由模式确定模块409确定，模式确定模块409基于时钟信号CLK确定所接收信号的频率，且据此确定微控制器403应在哪一操作模式中操作。模式确定模块409可为模拟或数字装置。
如果模式确定模块409为模拟的，那么可例如通过将所接收信号过滤到第一和第二频率中且在过滤之后测量振幅来确定模式。举例来说，如果信号为第一频率，那么第一滤波器的输出电压将高于第二滤波器的输出电压，并且因此将选择第一操作模式。模式确定模块409可使用含有压控振荡器(VCO)的锁相回路(PLL)来提供频率信息。所接收信号可用于在所限定时间周期期间为电容器充电，所述电容器用电阻器或电流吸收器放电。电容器的电压或放电时间与输入信号的频率相关，从而允许输入信号的频率的确定。
可替换的是如果模式确定模块409为数字的，那么可例如通过对脉冲(时钟循环)计数且与内部振荡器驱动的第二计数器比较来确定模式。内部振荡器可例如经选择以在第一频率与第二频率之间的频率处振荡，或在第一或第二频率处振荡。这些频率的分数或倍数也是可能的。可替换的是具有已知固定接通时间的单稳多谐振荡器(单稳态触发器，monoflop)的不稳定状态可由输入信号的一个边沿(例如正)依据所接收电功率触发。通过确定接下来发生输入信号的下一边沿(负或接续正)还是单稳态触发器的切断事件，可确定频率和因此操作模式。
在一些实施例中，组件401-409中的任一者或全部可一起集成在通用集成电路芯片中。
通过阅读本发明，技术人员将明白其它变化和修改。此类变化和修改可涉及等效和其它特征，所述等效和其它特征在非接触智能电子设备的技术中已经为我们知晓且可用作本文已经描述的特征的替代或补充。
尽管所附权利要求书是针对特定特征组合，但应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化，而不管其是否涉及与当前在任何权利要求中主张的本发明相同的发明或其是否缓解与本发明所缓解的任一或全部技术问题相同的技术问题。
在单独实施例的上下文中描述的特征也可以组合地提供于单一实施例中。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中所描述的多种特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式提供。申请人特此提醒，在审查本申请案或由此衍生的任何另外的申请案期间，可根据此类特征和/或此类特征的组合而制订新的权利要求。
为了完整起见，还指出，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，术语“一”并不排除多个，并且权利要求书中的附图标记不应被解释为限制权利要求书的范围。

Claims (8)

1.一种电子设备，其特征在于，包括：
主体，其包括天线；以及
集成电路，其内嵌在所述主体中且电连接到所述天线用于接收和发射无线信号，
其中所述集成电路被配置成在第一和第二不同频率下接收无线信号，等待直至在所述第一频率下从第一读取器装置接收到命令才发射第一信号至所述第一读取器装置，且在从第二读取器装置检测到不同于所述第一频率的第二频率的信号后发射第二信号至所述第二读取器装置而不等待接收命令，其中，所述第二信号包括用于所述第二读取器装置减小所述第二读取器装置的发射功率的指令。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述集成电路被配置成在所述第一或第二频率处从所接收无线信号获得电功率。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述集成电路被配置成将所述所接收无线信号过滤到所述第一和第二频率，测量所述经过滤信号的相对振幅，且在所述经过滤第一频率的所述振幅较高的情况下等待直至在所述第一频率下接收命令为止。
4.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述集成电路被配置成依据所设定时间周期期间由经整流的所接收信号充电的电容器上的电荷的量度确定所接收信号的频率。
5.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述集成电路被配置成通过将从所述所接收信号导出的时钟频率与内部振荡器的频率比较来确定所述所接收信号的频率。
6.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述第二频率低于所述第一频率。
7.一种在电子设备与读取器之间通信的方法，其特征在于，所述电子设备包括包含天线的主体和内嵌在所述主体中并电连接到所述天线用于接收和发射无线信号的集成电路，所述方法包括：
由所述电子设备从所述读取器接收无线信号；
如果所述所接收的无线信号处于第一频率，那么所述电子设备等待直至从所述读取器接收命令才在所述第一频率下发射第一信号至所述读取器；以及
如果所述所接收的无线信号处于与所述第一频率不同的第二频率，那么发射第二信号至所述读取器而不等待直至接收命令，其中，所述第二信号包括用于所述读取器减小所述读取器的发射功率的指令。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二频率低于所述第一频率。
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