CN107453787B

CN107453787B - 包括两个nfc区域的近场通信设备

Info

Publication number: CN107453787B
Application number: CN201710352711.9A
Authority: CN
Inventors: M.谢克; G.维尼奥; S.布盖恩
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2037-05-18
Also published as: US9887460B2; KR102311874B1; FR3051578B1; US20170338559A1; FR3051578A1; KR20170131223A; CN107453787A

Abstract

包括两个NFC区域的近场通信设备。近场通信设备（18）包括：处理模块（10）和布置在第一近场通信区域（12）中并连接到所述处理模块（10）的第一天线（14），布置在第一区域（12）中的第一存在检测器（16），布置在第二近场通信区域（13）中的第二天线（15），所述第一天线（14）和所述第二天线（15）电串联并形成天线的电路（29），布置在第二区域（13）中的第二存在检测器（17），控制电路（11），其被设计成将天线的电路（29）置于至少两种不同的操作模式中：称为“功能模式”的第一模式，其中天线的电路（29）允许近场通信，称为“功能失调模式”的第二模式，其中天线的电路（29）不允许近场通信。

Description

包括两个NFC区域的近场通信设备

技术领域

本发明落在被设计用于电子设备之间的通信的设备领域内。更具体地，本发明涉及使能与一个或多个近场通信设备（智能电话或其他设备）的通信的近场通信（NFC）设备。尽管绝对没有限制，但是特别有利的是本发明的应用是安装在机动交通工具中的通信设备中。

背景技术

近场通信（NFC）协议允许在高达约10厘米的距离的设备项之间交换帧。该近场通信技术用在许多领域中。

特别地，已知在机动交通工具仪表板附近提供近场通信区域。驾驶员可以带着诸如智能电话、平板计算机或配备有NFC模块的任何其他设备之类的近场通信设备靠近该区域，从而在设备和机动交通工具计算机之间建立近场通信。该通信可以例如用于通过安全智能电话授权起动机动交通工具，以在近场通信设备和机动交通工具计算机之间执行配对，该配对使得在乘客舱（passenger compartment）中建立蓝牙连接或用于任何其他用途是可能的。

由于近场通信在机动交通工具中具有短距离，所以对于所有的乘客而言都不容易具有对近场通信区域的访问。因此，需要在机动交通工具的另一位置通过第二近场通信区域。自然地，当存在多个近场通信区域时，需要在这些区域之间实现某些优先级规则。在某些情况下，在没有NFC设备的情况下，通过第一近场通信区域肯定不可能使用第二近场通信区域。

因此，面临的问题是创建如下电子电路，该电子电路使得在多个近场通信区域上同时管理NFC通信以及区域之间的优先级而又尽可能降低成本是可能的。

在机动交通工具的特定情况下，管理区域之间的优先级的问题特别大，所述机动交通工具包括布置在仪表板附近的近场通信区域，其使能起动机动交通工具和第二近场通信区域旨在用于远程信息处理（telematic）用途。在该情况下，当没有NFC设备存在于使能交通工具的起动的第一近场通信区域附近时，设备必须禁止使用旨在进行远程信息处理用途的第二近场通信区域。实际上，对区域之间的优先级的该管理使得确保乘客的安全性是可能的，并且使得当机动交通工具尚未起动时防止将第二近场通信区域用于远程信息处理目的是可能，因为这将有耗尽电池的风险。

作为示例，现有技术实现了许多设备。存在如下系统，其中两个近场通信区域中的每个包括连接到处理模块的NFC天线，这两个单独的处理模块连接到管理区域之间的优先级的机动交通工具的板载计算机。该系统具有非常昂贵的缺点;实际上，它需要存在用于处理与NFC天线交换的帧的两个模块。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种比用于管理具有多个近场通信区域的计算机的同时通信的现有技术更高效且成本更低的技术方案，使得实现关于区域的使用的优先化是可能的。

根据第一方面，本发明涉及一种近场通信设备，包括：

•处理模块和布置在第一近场通信区域中并连接到所述处理模块的第一天线，

•布置在第一区域中的第一存在检测器，

•第二天线，其布置在第二近场通信区域中，所述第一天线和所述第二天线电串联并形成天线的电路，

•布置在第二区域中的第二存在检测器，

•控制电路，其被设计用于将天线的电路置于至少两种不同的操作模式中：

- 称为“功能模式”的第一模式，其中天线的电路允许近场通信，

- 称为“功能失调（dysfunctional）模式”的第二模式，其中天线的电路不允许近场通信，

所述控制电路被配置为根据由第一存在检测器和第二存在检测器提供的检测信号将天线的电路置于功能模式中或功能失调模式中。

因此，近场通信设备有利地使能了通过两个单独的近场通信设备在第一和第二区域上的同时近场通信，这是通过用于多个NFC天线的单个处理模块来实现的。因此，这是更经济的技术方案。

当控制电路将天线的电路置于功能失调模式中时，使得禁止设备进行任何近场通信是可能的。控制电路根据预定的逻辑将天线的电路置于功能或失配模式中，其可以根据与NFC区域相关联的优先级来选择。

根据具体实施例，本发明还展现单独地实现的或以其任何技术可能的组合实现的以下特征，。

在一个实施例中，控制电路被配置为当且仅当以下情况下将天线的电路置于功能失调模式中：

•由第一存在检测器提供的检测信号指示在所述第一区域的附近存在近场通信设备，以及

•由第二存在检测器提供的检测信号指示在第二区域附近不存在近场通信设备，

控制电路被配置为将天线的电路置于功能性模式中，用于由第一存在检测器和第二存在检测器提供的检测信号的所有其他组合。

该用于禁止使用设备的逻辑旨在向第二近场通信区域提供在第一近场通信区域之上（over）的优先级。

在一个实施例中，天线的电路包括至少一个第一电容器，其具有适于确保天线的电路以在天线的电路处于功能模式中时适合于近场通信的谐振频率谐振的电容。

在另一个实施例中，控制电路包括第一开关，使得使第一电容器短路，使得天线的电路以不适于近场通信的频率谐振以便将天线的电路置于功能失效模式中是可能的。

在另一个实施例中，控制电路包括第一开关，使得使天线的电路开路（open）以便将其置于功能失调模式中是可能的。

在任何情况下，该用于管理天线的优先级的系统具有简单、便宜并且完全由硬件组成的优点，因此避免了使用软件特有的反应时间和阈值的问题。

此外，NFC对象的存在的检测是在NFC区域处执行的，并且天线在相同位置处被置于功能失调模式中而不必通过处理模块，这降低了布线方面的成本。

在一个实施例中，第一电容器布置在第二区域中。

在一个实施例中，天线的电路还包括布置在第一区域中的第二电容器。

该第二电容器使得改进天线的电路的谐振是可能的。

在一个实施例中，所述控制电路布置在第二区域中和/或第一区域中。因此，管理区域之间的优先级的控制电路完全独立于控制模块。

在一个实施例中，该设备还包括连接到处理模块的有源天线（active antenna），并且天线的电路与所述有源天线电磁耦合，使得所述天线的电路通过有源天线连接至处理模块。

天线的该配置具有优化天线的谐振和针对低电消耗改进两个区域上的近场通信的优点。

在一个实施例中，天线的电路直接连接到处理模块。

这是最简单的配置，其仅包括两个天线而不是前面的配置中的三个天线。

在一个实施例中，第一天线和第二天线通过绞合线（twisted wire）彼此连接。

连接第一NFC通信区域和第二个NFC通信区域的这些绞合线使得防止耦合或磁感应的问题是可能的。

这里描述的设备具有快速且完全独立于处理模块来管理第一区域和第二区域之间的优先级的优点。

根据第二方面，本发明涉及一种机动交通工具，其包括根据本发明的实施例中的任一实施例的近场通信设备。

附图说明

本发明的其他优点、目的和特征将从下面的描述中变得清楚，其通过参考附图的完全非限制性解释给出，在附图中：

- 图1示意性地示出了本发明的一个具体实施例，其中天线的电路直接连接到处理模块，

- 图2示意性地示出了本发明的一个具体实施例，其中设备包括电磁耦合到天线的电路的有源天线，

- 图3更详细地示意性地示出了本发明的一个可能的实施例，其中第一开关使得可能使第一电容器短路，

- 图4示意性地示出了本发明的一个可能的实施例，其中第一开关被设计成使天线的电路开路。

具体实施方式

应当注意的是，从该点开始，图不是按比例的。

本发明在被设计用于使能与一个或多个近场通信设备的近场通信的设备18的上下文中找到它的位置。

近场通信或NFC被理解为意味着指短距离、高频无线通信技术，该技术使得能够在设备项之间交换信息。

在一些实施例中，利用应用标准ISO/IEC 14443的扩展所使用的技术将信息交换到大约10 cm的距离是可能的。

近场通信设备被理解为意味着被设计用于使用NFC通信协议来传送信息的任何电子设备。例如，如今许多智能电话、触摸屏平板计算机和芯片卡都是近场通信设备。

根据这里描述的实施例之一的设备18可以例如嵌入在机动交通工具上。

本发明涉及近场通信设备18，其包括：

•处理模块10，

•以及布置在第一近场通信区域12中并连接到所述处理模块10的第一天线14，

•以及布置在第二近场通信区域13中的第二天线15，第一天线14和第二天线15电串联并形成天线的电路29。

处理模块10可以例如包括NFC微控制器、电磁兼容性（EMC）滤波器和NFC匹配级，全部这些部件本身是本领域技术人员已知的。处理模块10能够与连接到其的近场通信天线交换帧。处理模块10通常连接到与其交换信息的计算机。

当处理模块10在其连接到一个或多个天线的端口上交换帧时，处理模块10通常不被设计为标识其正在与同其连接的天线中的哪个天线通信。因此，处理模块10不能标识天线位于正在与所述模块通信通信的哪个近场通信设备的附近。相反，处理模块10被设计成与存在于连接到处理模块10的一个或多个NFC天线附近的多个近场通信设备同时交换帧，因为处理模块10配备有防冲突（anti-collision）协议。

因此本发明有利地授权与两个单独的近场通信设备在第一区域12和第二区域13上的同时的近场通信。本发明仅包括用于多个NFC天线的单个处理模块10，并且因此是非常经济的技术方案。

对于所述天线的电路29，两个单独的实施例是可能的：

•在图1所示的第一实施例中，天线的电路29直接连接到处理模块10，

•在图2所示的第二实施例中，设备18还包括连接到处理模块10的有源天线24，并且天线的电路29电磁耦合到所述有源天线24，使得所述天线的电路29借助于有源天线24连接到处理模块10。

对于这两个实施例，系统的操作是类似的，但是包括有源天线24的实施例是优选的，因为它具有更好的电磁操作和更好的质量因素，并且使得对于相同的功耗在存在于第二区域13中的第二天线15中实现更大的电流是可能的。

这里概述的每个天线可能能够向和从一个或多个近场通信设备传输和接收NFC信号。

为此，在一个实施例中，天线的电路29包括第一电容器19，其具有适于确保天线的电路29以适合于近场通信的谐振频率谐振的电容。

在一个实施例中，所述第一电容器19布置在第二近场通信区域13中。

在一个实施例中，天线的电路29还包括第二个电容器23，其布置在第一区域12中，使得改进天线的电路29的谐振是可能的。

在一个实施例中，第一天线14和第二天线15通过绞合线28彼此连接。连接第一NFC通信区域12和第二NFC通信区域13的所述绞合线28使得防止耦合或磁感应的问题是可能的。

近场通信设备18还包括：

•布置在第一区域12中的第一存在检测器16，

•以及布置在第二区域13中的第二存在检测器17。

这些存在检测器是被设计为提供代表近场通信设备在它们安装于其中的区域的附近存在或不存在的检测信号的电子电路。

在一个实施例中，存在检测器包括电容器、电阻器和线圈，它们形成在NFC设备处于无源谐振电路的附近时能够在由此类设备传输的场的效应下产生感应电压的所述电路。存在于存在检测器中的电子部件的特征值被设计为使能其在适于近场通信的频率处的谐振。存在检测器还可以包括二极管电流桥式整流器（diode current bridge rectifier），其在其输入处接收跨上述无源谐振电路的端子的电压。在该情况下，跨该桥式整流器的输出端子的电压形成表示近场通信设备在安装存在检测器的区域的附近的存在或不存在的所述检测信号。该检测信号是存在检测器的输出。

近场通信设备18还包括控制电路11，其被设计为将天线的电路29置于至少两种不同的操作模式中：

·第一模式，称为“功能模式”，其中天线的电路29允许近场通信;，

•第二模式，称为“功能失调模式”，其中天线的电路29不允许近场通信，

所述控制电路11被配置为根据由第一存在检测器16和第二存在检测器17提供的检测信号将天线的电路29置于功能模式中或功能失调模式中。

第一存在检测器16和第二存在检测器17的输出信号连接到控制电路11的输入。

需要在第一近场通信区域12和第二近场通信区域12之间建立选择优先级。控制电路11执行该功能。通常，当控制电路11将天线的电路29置于功能失调模式中时，控制电路11禁止设备18进行任何近场通信。

在一个实施例中，所述控制电路11布置在第二区域13中和/或第一区域12中。这意味着管理区域之间的优先级的控制电路完全独立于控制模块。

例如，控制电路11可以被配置为当且仅当以下情况下时将天线的电路29置于功能失调模式中：

•由第一存在检测器16提供的检测信号指示近场通信设备在所述第一区域12的附近的存在，以及

•第二存在检测器17提供的检测信号指示近场通信设备在第二区域13附近的不存在，

控制电路11被配置为针对由第一存在检测器16和第二存在检测器17提供的检测信号的所有其他组合将天线的电路29置于功能模式中。

在该示例中，将提供控制电路11的操作和其中取决于近场通信设备的存在或不存在天线的电路29将被置于其中的模式的概要：

•如果在第一区域12的附近存在近场通信设备并且在第二区域13的附近不存在近场通信设备，则在控制电路11的输入处施加由第一存在检测器16产生的电压，而第二存在检测器17不产生任何电压。在该情况下，控制电路11将天线的电路29置于功能失调模式中。

•如果近场通信设备存在于第一区域12的附近并且近场通信设备存在于第二区域13的附近，则在控制电路11的输入处施加由第一存在检测器16产生的电压，并且在控制电路11的输入处施加由第二存在检测器17产生的电压。在该情况下，控制电路11将天线的电路29置于功能模式中。

·如果没有近场通信设备存在于第一区域12的附近并且近场通信设备存在于第二区域13的附近，则第一存在检测器16不产生电压，而由第二存在检测器17产生的电压被施加在控制电路11的输入处。在该情况下，控制电路11将天线的电路29置于功能模式中。

•如果没有近场通信设备存在于第一区域12的附近并且没有近场通信设备存在于第二区域13的附近，则第一存在检测器16不产生电压，并且第二存在检测器17不产生电压。在该情况下，控制电路11将天线的电路29置于功能模式中。

在该示例中，用于禁止设备18的使用的逻辑旨在向第二近场通信区域13提供在第一区域12上的优先级，并且因此，在设备18被安装在机动交通工具上的情况下，第二区域13将因此有利地位于驾驶员的附近。

控制电路11可以以各种方式实现。图3和图4示出了所述控制电路11的两个可能的变型实施例：

•在图3所示的一个实施例中，控制电路11包括第一开关21，使得可能使第一电容器19短路，使得天线的电路29以不适于近场通信的频率谐振，以便将天线的电路29置于功能失调模式中，

•在图4所示的一个实施例中，控制电路11包括第一开关21，所述第一开关21被设计成使天线的电路29开路，以便将其置于功能失调模式中。

在图3所示的实施例中，所述第一开关21可以例如是N型晶体管，其源极和漏极连接在所述第一电容器19的两侧上，其栅极连接到第二开关22的漏极，第二开关22可以是P型晶体管。在该示例中，所述第二开关22的源极连接到第一存在检测器16的输出信号，并且所述第二开关的栅极连接到第二存在检测器17的输出信号。

在图4所示的实施例中，所述第一开关21可以例如是P型晶体管，其源极和漏极与天线的电路29串联电连接，其栅极连接到第一存在检测器16的输出信号。在该示例中，第二开关22使其源极和其漏极连接到与天线的电路29中的第一开关21相同的点，所述第二开关22的栅极连接到第二存在检测器17的输出信号。在该示例中，第二开关22是N型晶体管。

P型晶体管被理解为意味着当其栅极没有供电时允许电流在其源极和其漏极之间流动并且当其栅极被供电时隔离其源极和其漏极的晶体管。在一个实施例中，P型晶体管是PMOS或JFET晶体管。

N型晶体管被理解为意味着在其不被供电时隔离其源极和其漏极并且当其被供电时允许电流在其源极和其漏极之间流动的晶体管。在一个实施例中，N型晶体管是NMOS晶体管。

使能对天线的优先级的管理的该控制电路11具有简单、便宜、完全由硬件组成并且独立于处理模块10的优点，从而规避了使用软件特有的反应时间和阈值的问题。此外，由于在第一近场通信区域12和第二近场通信区域13处执行对NFC对象的存在的检测并且由于天线的电路29在相同位置处直接由控制电路11置于功能失调模式中，所以不需要将控制电路11连接到处理模块10，这降低了布线方面的成本。

在一个实施例中，被设计用于提供其他功能的设备可以被布置在第二区域13中或布置在第一区域12中，例如无线感应智能电话充电器。

如果近场通信设备18嵌入在机动交通工具上，则一个或多个近场通信设备与设备18之间的通信可以用于若干目的：利用配备有安全芯片的智能电话起动机动交通工具、诸如将智能电话与机动交通工具配对的远程信息处理通信，以便使能在乘客舱内迅速建立蓝牙连接或其他应用。

Claims

1.近场通信设备（18），包括：

•处理模块（10）和布置在第一近场通信区域（12）中并连接到所述处理模块（10）的第一天线（14），

•布置在第一区域（12）中的第一存在检测器（16），

其特征在于，所述设备（18）还包括：

•布置在第二近场通信区域（13）中的第二天线（15），所述第一天线（14）和所述第二天线（15）电串联并形成天线的电路（29），

•布置在第二区域（13）中的第二存在检测器（17），

•控制电路（11），其被设计成将天线的电路（29）置于至少两种不同的操作模式中：

- 称为“功能模式”的第一模式，其中天线的电路（29）允许近场通信，

- 称为“功能失调模式”的第二模式，其中天线的电路（29）不允许近场通信，

所述控制电路（11）被配置为根据由第一存在检测器（16）和由第二存在检测器（17）提供的检测信号将天线的电路（29）置于功能模式中或功能失调模式中。

2.根据权利要求1所述的设备（18），其特征在于，所述控制电路（11）被配置为当且仅当以下情况时将天线的电路（29）置于功能失调模式中：

•由第一存在检测器（16）提供的检测信号指示在所述第一区域（12）的附近存在近场通信设备，以及

•由第二存在检测器（17）提供的检测信号指示在第二区域（13）的附近不存在近场通信设备，

控制电路（11）被配置为针对由第一存在检测器（16）和第二存在检测器（17）提供的检测信号的所有其他组合将天线的电路（29）置于功能模式中。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备（18），其特征在于，天线的电路（29）包括第一电容器（19），其具有适于确保天线的电路（29）以适于近场通信的谐振频率谐振的电容。

4.根据权利要求3所述的设备（18），其特征在于，所述控制电路（11）包括第一开关（21），其使得以下是可能的：使所述第一电容器（19）短路，使得天线的电路（29）以不适合近场通信的频谐振，以便将天线的电路（29）置于功能失调模式中。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的设备（18），其特征在于，所述控制电路（11）包括第一开关（21），所述第一开关（21）被设计成使天线的电路（29）开路，以便将其置于功能失调模式中。

6.根据权利要求3所述的设备（18），其特征在于，所述第一电容器（19）布置在所述第二区域（13）中。

7.根据权利要求6所述的设备（18），其特征在于，天线的电路（29）还包括布置在第一区域（12）中的第二电容器（23）。

8.根据权利要求1和2中任一项所述的设备（18），其特征在于，其还包括连接到所述处理模块（10）的有源天线（24），并且其特征在于天线的电路（29）电磁耦合到所述有源天线（24），使得所述天线的电路（29）通过有源天线（24）连接到处理模块。

9.根据权利要求1和2中任一项所述的设备（18），其特征在于，天线的电路（29）直接连接到处理模块（10）。

10.一种机动交通工具，包括根据权利要求1至9中任一项所述的近场通信设备（18）。