CN108574518A - 对nfc路由器的抵抗过电压的保护 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于保护近场通信路由器抵抗由天线拾取的可能的过电压的装置。装置包括在天线的端子与接地之间的两个电压限制器元件。电路检测在路由器的操作频率附近的电磁场的存在，并且控制限制器元件，限制器元件默认为启用。

Description

对NFC路由器的抵抗过电压的保护
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年3月10日提交的法国申请No.1751995的优先权，该申请特此通过引用并入本文。
技术领域
本描述总体涉及电子电路和移动通信设备，并且更特别地涉及配备有近场通信(NFC)电路的装置。
背景技术
现在许多装置都设置有近场通信功能。最广泛的是移动电信装置(移动电话或智能手机)，其越来越多地经常配备有一般被称为NFC路由器的近场通信接口，从而赋予了电话附加的功能性。NFC路由器允许移动装置在卡模式下或者在读取器模式下操作。在卡模式下，装置具有非接触式通信卡的功能。在读取器模式下，装置具有非接触式卡读取和/或写入站的功能。
在读取器模式下，装置使用其可再充电电池来发射高频场，该高频场能够由在卡模式下操作的另一装置拾取。
在卡模式下，移动通信装置能够通过由与其通信的站所辐射的场供电并且在不借助装置的电池的能量的情况下操作。这使得特别是，即使电话被放电或关断，也可以赋予移动电话与非接触式卡的功能类似的功能。在近来的装置中，装置也可以在卡模式下通过使用装置的电池来操作，电磁场用于通信。
装置的电池一般通过凭借充电器被衔接至配电网络、发电机、太阳能电池板等等来充电。
最近，配备有电池的NFC装置已开始出现，其电池使用与用于通信的频带相比不同的用于再充电的频带在近场中被再充电。
发明内容
本描述总体涉及电子电路和移动通信设备，并且特定实施例涉及配备有近场通信(NFC)电路的装置。例如，一些实施例涉及了包括NFC电路和可再充电电池的装置。
实施例减轻了联合电池和近场通信接口的装置的缺点中的所有或一些。
因此，一个实施例提供一种用于保护近场通信路由器抵抗由天线拾取的可能的过电压的装置。装置包括：在天线的端子与接地之间的两个电压限制器元件。检测电路可以检测在路由器的操作频率附近的电磁场的存在，并且控制限制器元件，限制器元件默认为启用。
根据一个实施例，各限制器元件包括与由检测电路可控制的开关串联的一个或多个电压限制器部件。
根据一个实施例，检测电路包括：用于场检测和时钟提取的元件；和比较器。比较器的第一输入接收来自检测元件的信号，并且比较器的第二输入接收参考时钟，该参考时钟近似对应于路由器的所述操作频率。
根据一个实施例，比较器控制限制器元件。
根据一个实施例，检测电路由诸如可再充电电池等的电池供电。
根据一个实施例，路由器的操作频率是约13.56MHz。
一个实施例提供一种近场通信装置，其包括至少一个天线、连接至天线的近场通信路由器和用于保护路由器抵抗由天线拾取的可能的过电压的装置。
一个实施例提供一种便携式通信装置，包括用于保护近场通信路由器抵抗由天线拾取的可能的过电压的装置。
一个实施例提供一种便携式通信装置，包括近场通信装置。
一种实施例提供一种用于保护非接触式通信路由器抵抗可能的过电压的方法，包括步骤：默认限制跨路由器所连接至的天线的端子的电压，并且在存在路由器的操作频率附近的场的情况下停用跨天线的端子的电压的限制。
附图说明
这些特性和优点以及其他的将在结合附图给出的特定实施例的以下非限制性描述中详细阐述，其中：
图1是将要描述的实施例所适用的类型的示例性电子装置的局部且示意性框图；和
图2是图示出用于保护NFC路由器的电路的实施例的框图。
具体实施方式
相似的元件在各种图中用相似的参考标记来指定。
为了清楚起见，仅表示了对于将要描述的实施例的理解有用的步骤和元件并且将进行详述。特别地，近场通信路由器的操作的方式并未进行详述，所描述的实施例与常规操作模式兼容。此外，集成了这样的路由器的装置或系统的引用也未进行详述，所描述的实施例在这里再次与常规应用兼容。
除非另有规定，否则当提到连接到一起的两个元件时，含义是它们直接连接而没有除导体以外的任何中间元件，并且当提到耦接到一起的两个元件时，含义是这两个元件可以直接耦接(连接)或者凭借一个或多个其他元件耦接。
在下面的描述中，当提到术语“近似”、“约”和“大约”时，含义是在10％内、优选在5％内。
图1是近场通信系统的呈方框形式的示意性表示，其局部图示出配备有电池和近场通信模块的移动装置的实施例。
装置1除了别的以外还包括连接至天线11的近场通信接口2(NFC)，以便当装置1与站相距短距离时与站(未示出)通信。装置1进一步包括用于独立于近场通信模式操作该装置的电池12。
电池12可以通过使用装置1所配备的且从将要被衔接到外部变压器(未示出)的端子14接收DC电压的充电器13(CHARGER)来充电。电池12也可以通过在天线15的帮助下拾取由再充电端子或站(未示出)辐射的能量在近场中被充电。
装置1进一步包括根据其性质变化的多种多样的处理电路。这些电路已在图1中通过方框16(FCT)用符号表现。这些电路能够由电池12供电，并且至少它们中的一些能够与NFC路由器2通信。
电池12的充电器13一般是电压调节系统，使其可以向电池12提供合适的充电电压并且控制电池的充电。
配备有近场通信功能的越来越多的装置(例如移动电话)能够通过不同于通信站的专用端子被再充电，并且因而包括两个天线11和15。
再充电端子一般比通信站更强大。它们根据NFC标准使用与用于通信的频带相异的频率或频带(大约13.56MHz的频率左右)。
在某些情况下，再充电频率充分地远离通信频率，以便不被通信天线11拾取或者以便被以不会引起问题的如此低的质量因素拾取。
然而，某些再充电端子以接近通信频率的频带的频率(典型地是几MHz、例如大约6.8MHz)操作。
然后问题是由再充电端子辐射的能量被天线11拾取并且可能损坏NFC路由器2。实际上，再充电端子被制成以便尽可能快地给电池12再充电并且场的功率显著地大于近场通信站的功率。
根据所描述的实施例，提供了为装置1配备电路3(PROT)，用于保护NFC路由器2抵抗可能源自近场再充电端子或在NFC频率附近之外(也就是说在大约13.56MHz的频率之外)的其他高功率电磁场的过载。在下文中采取13.56MHz的示例，但是，更一般地，提供了在通信路由器的操作频率之外的保护。
电路3的作用是限制当所拾取的频率不在13.56MHz附近时存在于连接至天线11的NFC路由器2的各端子22、24上的电压。
图2以非常示意性的方式并以方框的形式表示了用于保护NFC路由器2抵抗潜在过载的电路3的实施例。
电路3包括两个端子32和34，其分别连接至导体22和24，导体22和24将路由器2连接到天线11。在实践中，导体22和24与天线11的端子且与路由器2的输入端子电合并。电路3包括分别连接至端子32和34和装置1的接地M的两个可控电压限制器(CLAMP)元件31和33。限制器31、33由用于检测处于约13.56MHz的频率的电磁场的存在的电路35来控制。限制器31和33默认为启用并且在这样的场的存在的情况下被停用，以便在有用场(13.56MHz附近)的存在的情况下不限制跨天线11的端子的电压上的漂移，否则这会阻止NFC路由器2的正确操作。检测电路35包括两个输入端子和输出端子36，两个输入端子连接至电路3的输入端子、因而连接至端子32和34以检测场的存在及其频率，输出端子36提供用于限制器31和33的控制信号。
在所表示的实施例中，各限制器元件31、33包括开关K、例如MOS晶体管，其控制端子(栅极)被连接至端子36。各开关K与分别在端子32、34与接地M之间的一个或多个二极管D串联地相关联。因此，当开关K闭合(接通)时，各导体32、34上的电压被限制为二极管D上的电压降的总和(加上在接通状态下的开关K上的电压降)。当开关K断开(关断)时，导体32和34的电位不受限制。
在所表示的实施例中，电路35包括用于场检测(FDET)和用于时钟提取(CK EXT)的电路352。电路35还包括比较器354，其第一输入(+)接收来自电路352的信号(例如，从天线的端子提取的信号，诸如时钟信号)且其第二输入接收约13.56MHz的参考时钟356(CKREF)。比较器354的输出(例如，数字信号)构成派遣到元件31和33的开关K的控制端子的电路35输出。
电路35并且更特别是比较器354由装置1的电池(图1中的12)的电压Vbat供电，以便允许晶体管K的默认闭合状态并因而是默认保护状态。
由电路35执行的频率鉴别不需要精确。实际上，在所设想的应用中，主要寻求将在6.8MHz周围的频率与约13.56MHz的频率进行区分。
所描述的实施例的优点是确保对路由器的抵抗跨天线的端子的可能的过电压的保护。
所描述的实施例的另一优点在于该保护对路由器的操作没有影响。
所描述的实施例的另一优点在于它们不要求路由器的或者天线电路的任何修改。因而它们与现代装置兼容。
已描述了多种多样的实施例，多种多样的变体和修改将对于本领域技术人员是显而易见的。特别地，尽管实施例是结合对于13.56MHz的频率的示例性应用描述的，但它们通过在路由器的操作频率附近之外的在天线的各端子上的电压的限制更一般地应用于路由器的保护。此外，实施例的实践实施和部件的额定值在上文给出的功能性描述的基础上在本领域技术人员的范围内，并且对于电路31、33和35给出的结构仅仅是示例并且可以在确保相同功能的条件下修改。

Claims (25)

1.一种装置，包括：
第一天线端子；
第二天线端子；
接地端子；
近场通信电路，被耦接至所述第一天线端子和所述第二天线端子，所述近场通信电路被配置成以操作频率操作；
第一电压限制器，被耦接在所述第一天线端子与所述接地端子之间；
第二电压限制器，被耦接在所述第二天线端子与所述接地端子之间；以及
控制器，被配置成在所述第一天线端子和所述第二天线端子处检测具有与所述操作频率对应的频率的电磁场，并且基于所检测到的电磁场来控制所述第一电压限制器和所述第二电压限制器，其中所述第一电压限制器和所述第二电压限制器默认为启用，并且其中所述控制器被配置成在检测到所述频率对应于所述近场通信电路的所述操作频率之后停用所述第一电压限制器和所述第二电压限制器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电压限制器和所述第二电压限制器均包括与开关串联的一个或多个电压限制器部件，所述开关具有被耦接至所述控制器的输出的控制输入。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述一个或多个电压限制器部件包括二极管。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器包括：
第一电路，用于场检测和时钟提取；以及
比较器，具有被耦接至所述第一电路的第一输入和被耦接至参考时钟发生器的第二输入，所述参考时钟发生器被配置成生成与所述近场通信电路的所述操作频率对应的参考频率。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述比较器被耦接以控制所述第一电压限制器和所述第二电压限制器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器由电池供电。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述近场通信电路的所述操作频率是约13.56MHz。
8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括被耦接至所述第一天线端子和所述第二天线端子的天线。
9.一种装置，包括：
第一天线端子；
第二天线端子；
接地端子；
近场通信电路，被耦接至所述第一天线端子和所述第二天线端子；
第一电压限制器，被耦接在所述第一天线端子与所述接地端子之间；
第二电压限制器，被耦接在所述第二天线端子与所述接地端子之间；
场检测器，被耦接至所述第一天线端子和所述第二天线端子；
参考时钟发生器；以及
比较器，具有被耦接至所述场检测器的输出的第一输入、被耦接至所述参考时钟发生器的输出的第二输入以及被耦接至所述第一电压限制器的控制输入和所述第二电压限制器的控制输入的输出。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一电压限制器和所述第二电压限制器均包括与开关串联的电压限制器部件，所述开关具有被耦接至所述比较器的所述输出的控制输入。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述第一电压限制器和所述第二电压限制器均包括与所述开关串联的多个电压限制器部件。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一电压限制器包括与第一开关串联耦接的第一多个二极管，所述第一开关具有被耦接至所述比较器的所述输出的控制输入；并且
其中所述第二电压限制器包括与第二开关串联耦接的第二多个二极管，所述第二开关具有被耦接至所述比较器的所述输出的控制输入。
13.根据权利要求9所述的装置，进一步包括被耦接至所述第一天线端子和所述第二天线端子的天线。
14.根据权利要求13所述的装置，进一步包括：
电池，被耦接至所述比较器；
第二天线；以及
充电器，被耦接在所述第二天线和所述电池之间。
15.一种近场通信装置，包括：
天线；
近场通信电路，被耦接至所述天线，所述近场通信电路被配置成以第一频率操作；
第一开关，被耦接在所述天线的第一端子与接地端子之间，
第二开关，被耦接在所述天线的第二端子与所述接地端子之间；以及
控制器，被配置成从在所述天线处接收到的信号中提取时钟信号，将所提取的时钟信号与参考时钟信号进行比较以产生比较结果，并基于所述比较结果来控制所述第一开关和所述第二开关。
16.根据权利要求15所述的近场通信装置，其中所述第一开关包括第一晶体管，并且所述第二开关包括第二晶体管。
17.根据权利要求15所述的近场通信装置，进一步包括：
第二天线；
可再充电电池；以及
充电器电路，被耦接在所述可再充电电池与所述第二天线之间。
18.根据权利要求15所述的近场通信装置，其中所述控制器被配置成：当所提取的时钟信号的频率等于所述参考时钟的频率时关断所述第一开关和所述第二开关，并且当所提取的时钟的所述频率不等于所述参考时钟信号的所述频率时接通所述第一开关和所述第二开关。
19.根据权利要求15所述的近场通信装置，进一步包括：
第一二极管，具有被耦接至所述天线的第一端子的阳极和被耦接至所述第一开关的阴极；以及
第二二极管，具有被耦接至所述天线的第二端子的阳极和被耦接至所述第二开关的阴极。
20.根据权利要求15所述的近场通信装置，进一步包括：被耦接至所述近场通信电路的电池。
21.一种用于非接触式通信装置的过电压保护的方法，所述方法包括：
使用电压限制器来限制跨耦接至所述非接触式通信装置的天线的端子的电压；
检测具有第一频率的电磁场，所述电磁场在所述天线的所述端子处被检测；
在检测到具有所述第一频率的所述电磁场之后，关断所述电压限制器；以及
在所述电压限制器关断时，在所述非接触式通信装置处接收具有所述第一频率的信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其中检测具有所述第一频率的所述电磁场包括：
从所述天线提取时钟信号；以及
将所提取的时钟信号与参考时钟信号进行比较。
23.根据权利要求22所述的方法，其中限制跨所述天线的所述端子的所述电压包括：接通被耦接在所述天线的第一端子与接地端子之间的第一开关，以及接通被耦接在所述天线的第二端子与所述接地端子之间的第二开关。
24.根据权利要求23所述的方法，其中关断跨所述天线的所述端子的所述电压的所述限制包括：关断所述第一开关并且关断所述第二开关。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一频率是约13.56MHz。
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