CN107209868B - 接收器电路 - Google Patents

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Abstract

描述了一种接收器电路和包含接收器电路的设备，包括接收器电路，其包括：第一整流器，被布置为从天线接收信号；第二整流器，被布置为从天线接收信号；以及第一耗尽型NMOS晶体管开关，连接在第一整流器与接收器电路的第一输出之间，其中第一晶体管开关的漏极连接到第一整流器的第一输出，第一晶体管开关的源极包括接收器电路的第一输出，并且第一晶体管开关的栅极被布置为接收基于第二整流器的输出的电压，以使得晶体管开关在来自天线的信号的电平超过预定电平时被开路。

Description

接收器电路
技术领域
本文描述的发明的实施例涉及电子设备的无线充电，电子设备例如是如下的设备，它们是有近场通信(NFC)能力的设备，并且特别涉及可操作为保护那些设备或其他设备免受强电磁场的接收器电路。
背景技术
电子设备的无线充电是一种合意的便利性，因为在充电时将设备物理连接到电线、充电座或其他物理组件的要求被消除。
一些有近场通信能力的设备(被称为近场通信NFC标签或射频识别RFID标签)可以与标签阅读器进行通信，并且也可以使用从自阅读器设备接收的信号所提取的能量而被供电。标签具有在一个频率处谐振的天线，在该频率上，通信从阅读器被发射以便能够从信号接收尽可能多的能量。这允许了可靠的通信以及操作标签所需要的功率的提取。
一些具有NFC或RFID能力的设备还可以包括电池，从而当它们未由阅读器供电时它们可以操作。
发明内容
根据本发明的实施例的第一方面，提供了一种接收器电路，其包括：第一整流器，被布置为从天线接收信号；第二整流器，被布置为从天线接收信号；以及第一耗尽型NMOS晶体管开关，连接在第一整流器与接收器电路的第一输出之间，其中第一晶体管开关的漏极连接到第一整流器的第一输出，第一晶体管开关的源极包括接收器电路的第一输出，并且第一晶体管开关的栅极被布置为接收基于第二整流器的输出的电压，以使得晶体管开关在来自天线的信号的电平超过预定电平时被开路。
根据本发明的实施例的第二方面，提供了一种设备，其包括天线、接收器电路、以及通信电路，其中接收器电路包括：第一整流器，被布置为从天线接收信号；第二整流器，被布置为从天线接收信号；第一耗尽型NMOS晶体管开关，连接在第一整流器与接收器电路的第一输出之间，其中第一晶体管开关的漏极连接到第一整流器的第一输出，第一晶体管开关的源极包括接收器电路的第一输出，并且第一晶体管开关的栅极被布置为接收基于第二整流器的输出的电压，以使得晶体管开关在来自天线的信号的电平超过预定电平时被开路。在一些实施例中，通信电路被布置为从接收器电路的第一输出接受信号。
本发明的这些和/或其他特征、方面和实施例在本文中并且在所附权利要求中被描述。
附图说明
现在将仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1示出了在无线充电器的范围内具有两个设备的无线充电场景的示例；
图2示出了设备(诸如NFC或RFID设备)的实施例；以及
图3示出了设备(诸如NFC或RFID设备)的另一实施例。
具体实施方式
NFC无线充电(NFC WC)可以用来向也包括电池的有NFC或RFID能力的设备充电。NFC无线充电设备(其也可以是NFC或RFID阅读器)可以发射具有相对高的功率(例如10W)的无线充电信号。NFC和RFID标签(也就是说，包括能够根据NFC和/或RFID标准进行发射和/或接收的通信电路的设备)通常被设计为操作在相对低的输入功率和低电压。如果标签未专门被设计为接收或以其他方式容忍充电信号，可能由这样的信号在NFC和RFID标签中感生的大电压(也就是说，比被用于与标签的通信的电压和功率电平显著更高的电压和功率电平)可能使得标签被损坏或甚至引起火灾风险。因此，需要保护NFC和RFID标签和其他NFC和RFID设备免受在NFC/RFID频率(例如13.56MHz)处发射的无线充电信号的负面影响。后文描述的具体实施例参考NFC标签，但是本文所发现的原理可以等同地被应用到RFID标签和对它们的保护。另外，具体实施例中指定的充电单元是在NFC或RFID标签的频率范围内(例如在13.56MHz处)操作的NFC无线充电单元，但是可以是任何其他类型的无线充电单元或强电磁辐射的任何其他源。
图1示出了包括NFC无线充电器102和NFC设备106的NFC无线充电系统100的示例，NFC设备106能够通过NFC无线充电信号被充电。另一NFC设备108也在充电场中。NFC无线充电器102包括用于生成充电信号的信号生成器110以及天线，该天线包括串联连接在信号生成器110与接地之间的电容器112和电感器114。NFC设备106包括天线，该天线包括连接在节点124与126之间的电感器120和电容器122。节点124和126连接到相应的整流器128和130，它们每个包括半波整流二极管。这些二极管的输出被提供给滤波器，该滤波器包括连接在这些二极管与接地之间的电感器132和电容器134。表示负载(电池充电电路)的电阻136与电容器134并联连接。
NFC标签108包括天线和负载144(表示NFC通信电路)，该天线包括并联连接的电感器140和电容器142，负载144与电容器142并联连接。NFC通信电路实施NFC标签108的所要求的功能，诸如与NFC阅读器的通信以及数据处理。
当NFC设备106处于充电器102的贴近近处时，NFC无线通信信号可以由充电单元接收并且足够的功率从其被提取以向电池(未示出)充电。然而，如果标签108也处于充电器102的贴近近处，则这可能使得大电压在标签108内被感生。作为结果，这可能损坏该标签。设备108可以是与NFC设备106的分离设备，并且因此充电单元也可以包括NFC通信电路。在其他实施例中，设备108可以形成具有NFC设备106的单个设备的一部分，并且因此处于NFC设备106的贴近近处。在这种情况下，当充电单元处于无线充电器102的贴近近处时，设备108也处于贴近近处。然而，在任一情况下，并且此外在设备108处于充电器102的贴近近处内而不存在NFC设备106的情况下，可能合意的是保护设备108免受无线充电信号的损坏。
图2示出了设备200(诸如NFC或RFID设备)的示例实施例。设备200包括一般被指示为202的天线、一般被指示为204的接收器电路、以及通信设备206。
天线202被表示为与电容210并联的电感208。例如，天线202具有在感兴趣频率处的谐振频率，诸如13.56MHz。天线202的其他实施方式在其他实施例中是可能的。电感208被示出为具有连接到接地的中心抽头。天线202接收信号(例如NFC RFID通信信号或无线充电信号)并且在节点212和214上提供差分输出，其中电感208和电容210被示出为连接在节点212与214之间。
接收器电路204包括第一整流器，第一整流器包括二极管216和218。第一二极管216连接在节点212与第一晶体管220的漏极之间。第二二极管218连接在节点214与第二晶体管222的漏极之间。二极管216和218的阴极连接到相应的漏极。
接收器电路204还包括第二整流器，第二整流器包括二极管224和226。二极管224连接在节点228与节点212之间，而二极管226连接在节点228与节点214之间。二极管224和226的阳极连接到节点228。包括串联电阻器230和232的分压器连接在节点228与接地之间，并且在电阻器230与232之间的分压器的中点连接到晶体管220和222的栅极(可选地分别经由二极管236和238，参见下文)。电容器234连接在分压器的中点与接地之间。
晶体管220和222的源极可以被考虑为是接收器电路204的输出并且被示出为连接到通信电路206。晶体管220和222是耗尽型NMOS晶体管，例如IGFET。也就是说，这些晶体管通常处于“接通”状态，除非足够负而“关断”晶体管的电压被呈递到栅极，从而晶体管220和222充当利用足够负的电压(例如晶体管的阈值电压)来“开路”的开关。例如，在一些实施例中，将晶体管开关开路所要求的电压相对于接地大约是-3V或更低。
在操作中，例如当设备200正接收NFC或RFID通信信号(其与无线通信信号相比处于相对低的电平)时，第一整流器的二极管216和218每个都对来自天线202的所接收的信号进行半波整流，从而半波信号可以被组合以形成大体上全波的经整流的信号。这一组合可以由通信电路206来执行，或者电路206可以按其他方式来使用半波信号，但是在其他实施例中，接收器电路204可以包括用以组合信号以形成大体上全波的经整流的信号的部件。因此，通信电路接收所接收的信号的经整流的版本。通信电路可以处理所接收的信号，和/或可以按已知方式从该信号提取功率以向电路206和/或其他电路供电。二极管216和218被示出为以一个极性被连接，该极性相对于接地提供大体上正的经整流的信号。尽管未示出在图2中，但是接收器电路204和/或通信电路206可以包括滤波器以使经整流的波形平滑。
包括二极管224和226的第二整流器也对所接收的信号进行整流，但是由于二极管224和226与二极管216和218以相反极性被连接，所以第二整流器在节点228处提供大体上负的大体上全波的经整流的信号。电阻器230和232以及电容器234包括分压器和滤波器，该滤波器使经整流的信号平滑并且向晶体管220和222的栅极提供电压，该电压是经电压平滑的经整流的信号的分数(fraction)。电阻器230和/或232的电阻可以被选择以定义向晶体管的栅极提供的该分数。
这一分数被选择以使得在正常操作中，当设备例如正接收NFC或RFID通信信号时，向晶体管220和222的栅极提供的负电压在量值上不足够大以使晶体管开关开路。因此，来自二极管的经整流的信号传递经过晶体管并且被提供给通信设备206。例如，利用具有-3V的阈值电压的晶体管，向晶体管220和222的栅极提供的电压不会下降到低于-3V。
当设备200接收无线充电信号(例如处于发射无线充电信号的无线充电器的贴近近处)时，由接收器电路的第一整流器提供的经整流的信号的电压可能超过针对通信电路206的安全电平并且可能损坏通信电路206。因此，可能合意的是保护电路206免受损坏。
当所接收的信号的电平增大时，晶体管220和222的栅极处的电压的量值增大—也就是说，电压变得更加负。在所接收的信号的某个电平处，栅极处的电压相对于源极电压(它们关于接地不会变得大体上为负)将达到晶体管220和222的阈值电压，诸如-3V。使得栅极电压越过阈值电压的所接收的信号的电平可以通过选择电阻器230和/或232的电阻而被选取，并且可以被选取以确保通信电路206不会被呈递损坏性电压。这一电平也可以被选取以使得晶体管开关220和222在正常操作中不会开路，其否则可能中断通信设备206与另一设备(诸如NFC或RFID阅读器)之间的正常通信。
当所接收的信号电平足够大时，晶体管开关220和222被开路，因此防止大电压到达和损坏通信电路206。替代地，向通信电路206提供的信号(在所示出的示例中，是晶体管220和222的源极处的电压)将保持接近于接地电压或零伏。当所接收的信号保持在高电平时，晶体管220和222的栅极处的电压保持低于阈值电压并且开关保持开路。当所接收的信号电平最终下降时，栅极电压也在量值上减小，并且当阈值电压再次被越过时，晶体管开关闭合。所接收的信号然后可以再一次被传递到通信电路206而不会损坏电路206。以这种方式，通信电路206被保护而免受大电压的损坏。通信电路206不需要主动地监测所接收的信号电平或采取任何动作来保护它自己。特别地，通信电路206(其例如在一些实施例中可以存在于与图2的其他组件不同的集成电路(IC)或芯片封装上)不要求任何连接或者信号输入或输出专门用于监测所接收的信号电平或控制保护组件。无线充电信号或其他相对高的功率(例如10W)信号可能使得大电压在设备内被感生，即使信号的频率从设备的谐振频率被偏移，并且实施例可以保护电路免受这些信号的损坏。
一些实施例中使用的晶体管可能具有从漏极和源极到栅极的大寄生电容。在这些情况下，无线充电中使用的相对高频信号(或许大至13.56MHz)将会从向图2中的通信电路206的输入经由电容器234被转移到接地。在一些实施例中，如图2中示出的，二极管236、238因此可以分别与晶体管220、222的栅极串联地被插入，由此I/V传输特征确保在低偏置补偿的RF电阻足够高以减小RF旁路效应。
本文描述的NFC或RFID设备可以被使用以代替图1中示出的NFC标签108。因此，在一些实施例中，NFC无线充电单元和NFC设备可以共存于彼此的贴近近处(例如，作为单个设备的一部分)，而不具有NFC无线充电信号损坏NFC设备的风险。在其他实施例中，本文描述的用于电路保护的原理可以被应用到除了RFID和NFC之外的其他通信技术。
在一些实施例中，当高功率NFC无线充电信号在天线处被接收时，在整流器的输出处可能产生高电压信号。因此，在一些实施例中，这一信号可以被提供给NFC无线充电单元并且由该单元用来向例如电池充电。因此，在一些实施例中，无线充电单元和NFC设备可以共享单个天线，从而与诸如图1中示出的布置相比减少天线的数目。
图3示出了包括通信电路302的设备300的替换性实施例，通信电路302使用单端输入以使得外部组件计数能够被减少，因此减少制造成本。设备300包括与图2的设备200共同的若干组件，这样的组件被给予相似的参考标号。然而，在图3中示出的示例中，二极管218的输出连接到二极管216的输出并且连接到晶体管220的漏极。晶体管222和可选的二极管238不存在于这一示例中。晶体管220的源极连接到单端通信电路302的仅有输入。设备300的操作原理类似于上文关于图2的设备200所描述的那些原理。
除非上下文清楚地另有要求，贯穿本描述和权利要求，词语“包括”、“包括有”、“包括了”、“包括着”等将在包含性意义上被解释，与排他性或穷举性意义相反；也就是说，在“包括，但不限于”的意义上。如本文一般性地使用的词语“耦合的”或“连接的”指代可以直接连接或者通过一个或多个中间元件的方式被连接的两个或更多元件。另外，词语“本文”、“高于”、“低于”、以及类似含义的词语，在这一申请中被使用时，应该作为整体指代这一申请并且不指代这一申请的任何特定部分。在上下文准许的场合，详细描述中使用单数或复数的词语也可以分别包括复数和单数。参考两个或更多项目的列表的词语“或”意图覆盖该词语的所有的以下解释：列表中的项目中的任何项目、列表中的所有项目、以及列表中的项目的任何组合。本文提供的所有数值和距离意图包括测量误差内的类似值。
尽管方法、设备和电子组件已经在某些优选实施例和示例的上下文中被公开，但是本领域的技术人员将理解，这一公开延伸超出具体公开的实施例到其他替换性实施例和/或使用以及它们的修改和等价物。另外，虽然若干变化已经详细地被示出和描述，但是在这一公开的范围内的其他修改对本领域的技术人员将是容易明显的。还考虑到实施例的具体特征和方面的各种组合或子组合可以被做出并且仍然落在本公开的范围之内。应当理解，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或代替以便形成所公开的实施例的变化模式。因此，所意图的是，本文公开的本发明的范围不应当限制于上文描述的特定的所公开的实施例，而是应当通过对随后的权利要求的合理解读来确定。

Claims (17)

1.一种接收器电路，包括：
第一整流器，经配置以从天线接收信号；
第二整流器，经配置以从所述天线接收所述信号；
第一晶体管，连接在所述第一整流器与所述接收器电路的第一输出之间，所述第一晶体管包括连接到所述第一整流器的第一输出的漏极、连接到所述接收器电路的所述第一输出的源极以及用以接收基于所述第二整流器的输出的电压的栅极，其中，所述第一晶体管经配置以在来自所述天线的所述信号的电平超过预定电平时处于开路状态，且其中，所述第一晶体管为耗尽型NMOS晶体管。
2.根据权利要求1所述的接收器电路，进一步包括经配置以向所述第一晶体管的栅极供应电压的电路。
3.根据权利要求2所述的接收器电路，其中所述电路包括耦合在所述第二整流器的所述输出与所述第一晶体管的栅极之间的滤波器和分压器中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的接收器电路，其中所述第一整流器是全波整流器。
5.根据权利要求4所述的接收器电路，其中所述第一整流器包括第二输出，并且其中所述接收器电路进一步包括连接在所述第一整流器与所述接收器电路的第二输出之间的第二晶体管，其中所述第二晶体管包括连接到所述第一整流器的所述第二输出的漏极、连接到所述接收器电路的所述第二输出的源极以及经配置以接收所述电压的栅极，其中，所述第二晶体管经配置以在来自所述天线的所述信号的电平超过预定电平时处于开路状态，且其中，所述第二晶体管为耗尽型NMOS晶体管。
6.根据权利要求5所述的接收器电路，其中来自所述天线的所述信号是包括第一天线信号和第二天线信号的差分信号，并且其中所述第一整流器包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管连接在配置成接收所述第一天线信号的第一节点与所述第一晶体管的所述漏极之间，所述第二二极管连接在配置成接收所述第二天线信号的第二节点与所述第二晶体管的所述漏极之间。
7.根据权利要求6所述的接收器电路，其中所述第二整流器包括第三二极管和第四二极管，所述第三二极管连接在所述第一节点与所述第二整流器的所述输出之间，所述第四二极管连接在所述第二节点与所述第二整流器的所述输出之间，其中所述第一节点连接到所述第一二极管的阳极和所述第三二极管的阴极，并且所述第二节点连接到所述第二二极管的阳极和所述第四二极管的阴极。
8.根据权利要求5所述的接收器电路，其中所述第一晶体管的栅极耦合到所述第二晶体管的栅极。
9.根据权利要求1所述的接收器电路，其中所述第二整流器是全波整流器。
10.根据权利要求1所述的接收器电路，其中所述第一整流器经配置以相对于接地电压提供正电压，且所述第二整流器相对于所述接地电压提供负电压。
11.根据权利要求1所述的接收器电路，其中所述接收器电路的所述第一输出耦合到通信电路。
12.根据权利要求11所述的接收器电路，其中所述通信电路是近场通信NFC通信电路和射频识别RFID通信电路中的至少一种。
13.根据权利要求1所述的接收器电路，其中所述电压经配置以使得所述第一晶体管在所述天线接收的所述信号是无线充电信号时处于开路状态。
14.一种电子设备，包括：
天线；
通信电路；
接收器电路，包括：
第一整流器，经配置以从天线接收信号；
第二整流器，经配置以从所述天线接收所述信号；
第一晶体管，连接在所述第一整流器与所述接收器电路的第一输出之间，所述第一晶体管包括连接到所述第一整流器的第一输出的漏极、连接到所述接收器电路的所述第一输出的源极以及经配置以接收基于所述第二整流器的输出的电压的栅极，其中，所述第一晶体管经配置以在来自所述天线的所述信号的电平超过预定电平时处于开路状态，且其中，所述第一晶体管为耗尽型NMOS晶体管。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述通信电路是近场通信NFC通信电路和射频识别RFID通信电路中的至少一种。
16.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述电压经配置以使得所述第一晶体管在所述天线接收的信号是无线充电信号时处于开路状态。
17.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述第一整流器包括第二输出，且其中所述接收器电路进一步包括连接在所述第一整流器与所述接收器电路的第二输出之间的第二晶体管，其中所述第二晶体管包括连接到所述第一整流器的所述第二输出的漏极、连接到所述接收器电路的所述第二输出的源极以及经配置以接收所述电压的栅极，其中，所述第二晶体管经配置以在来自所述天线的所述信号的电平超过预定电平时处于开路状态，且其中，所述第二晶体管为耗尽型NMOS晶体管。
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