CN108632794A - 近场通信装置 - Google Patents

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Abstract

一种能够通过由场供电进行操作的近场通信(NFC)装置包括：NFC模块，所述NFC模块用于产生电磁载波信号且根据待发送的数据调制所述载波信号；以及天线电路，所述天线电路耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块利用调制的所述载波信号进行驱动。所述NFC装置的电磁兼容性(EMC)滤波器通过所述NFC模块的输出端耦合到所述NFC模块。所述NFC装置的由场供电电路适于从外部场收集能量以为所述NFC装置供电。所述由场供电电路通过一个或多个阻抗元件耦合到所述EMC滤波器。所述NFC装置适于能够以读取器模式、电池供电卡模式和由场供电卡模式中的一个模式进行操作。

Description

近场通信装置
技术领域
本公开大体上涉及非接触式通信，且更具体地说，涉及能够通过由场供电进行操作的近场通信(NFC)装置。
背景技术
NFC广泛用在包括智能手机和平板电脑等移动装置的各种应用中以通过使移动装置触碰在一起或使移动装置极为接近例如几厘米或英寸到数厘米或英寸来与彼此建立无线通信。支持NFC的移动装置可用于票务、出入控制系统、支付服务等。通常，因其移动特征，移动装置中配备的NFC模块由托管移动装置通过某种自主能量来源供电。此类能量来源通常是可以再充电的电池或蓄电池。
然而，可以设想，在电池或蓄电池空载或耗尽时，并不能始终保证移动装置的操作就绪状态。因此，移动装置的NFC功能有可能在需要时并非始终可用。当然，这样会在用户需要通过安全NFC传送票证数据或出入数据以便进出建筑物、列车或列车站、实验室等时产生问题。极其需要移动装置中配备的NFC模块在电池已耗尽时必须仍可操作以便保持NFC功能可用。这种需要已引起对使用由电磁场提供的电能的考虑，所述电磁场由外部读取装置产生。这种所谓的“由场供电模式”早已实施于标准NFC卡和标准卡中，其中由场供电电路系统直接与天线连接。
图1是使用单端天线的示例性NFC装置。如图1中所示，NFC装置包括NFC模块2′，例如由恩智浦半导体公司(NXP Semiconductors)制造的型号PN5xx。NFC模块2′可包括适于产生电磁载波信号的发送器3以根据待发送的数据来调制载波信号且利用调制的载波信号来驱动天线电路5。NFC模块2′可另外包括适于感测在天线电路5处接收到的响应信号且解调所述响应信号的接收器4。NFC模块2′具有耦合到相应的第一和第二发送路径的输出端TX1和TX2，其中所述第一和第二发送路径耦合到天线电路5。在输出端TX1和TX2与天线电路5之间，可将以下装置切换到发送路径中：电磁兼容性(EMC)滤波器6′，包括两个电感器LEMC和两个电容器CEMC；平衡-不平衡(巴伦(Balun))变压器7′，用于将差分天线匹配网络转换到单端天线匹配网络；以及阻抗匹配网络(未示出)。应注意到，图1的NFC装置并不能够通过由场供电进行操作。
图2是使用差分天线配置的示例性NFC装置。由于系统是完全差分型，因此巴伦变压器并不用于此实施方案。如图2中所示，由场供电电路系统6通过AC耦合电容器C4耦合到天线电路5。由场供电电路系统可包括整流器和限制器。此外，使用由模式选择构件7控制的一对开关S1和S2。模式选择构件7适于在读取器模式且任选地在卡模式下将开关S1和S2的输出切换到接地以使得AC耦合电容器C4的第二端被牵引到接地电势，且在由场供电模式下将开关S1和S2的输出切换到由场供电电路系统6的输入以使得AC电能通过AC耦合电容器C4馈送到由场供电电路系统6的输入，其中所述AC电能转换为DC电能以用于为NFC模块2供电。应注意到，开关S1和S2、模式选择构件7和/或由场供电电路系统6可配置为离散组件或集成在NFC模块2中。
如上文所论述，图2的NFC装置能够通过由场供电而不使用装置电池的电力进行操作，所述场由与NFC装置通信的端所辐射。然而，所述NFC装置的由场供电电路系统可能限制电路系统的输出电压量，从而当NFC装置在读取器模式或卡模式下主动地发送时产生减小的输出功率。
发明内容
一种用于非接触式通信的装置包括：NFC模块，所述NFC模块适于产生电磁载波信号且根据待发送的数据调制所述载波信号；电磁兼容性(EMC)滤波器，所述EMC滤波器通过所述NFC模块的输出端耦合到所述NFC模块；以及天线电路，所述天线电路耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块利用调制的所述载波信号进行驱动。所述NFC模块另外包括由场供电(PBF)电路，所述PBF电路适于从外部场收集能量以为所述装置供电，其中所述由场供电电路具有通过第一阻抗块耦合到所述EMC滤波器的第一端的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述EMC滤波器的第二端的第二端。所述装置适于能够以由场供电卡模式进行操作。
在一个示例实施例中，所述第一阻抗块包括所述NFC模块内部的第一阻抗元件和所述NFC模块外部的第二阻抗元件，所述第一和第二阻抗元件串联布置。且所述第二阻抗块包括所述NFC模块内部的第三阻抗元件和所述NFC模块外部的第四阻抗元件，所述第三和第四阻抗元件串联布置。
在一个示例实施例中，所述第一阻抗元件另外耦合到第一开关，所述第一阻抗元件和所述第一开关并联布置。且所述第三阻抗元件另外耦合到第二开关，所述第三阻抗元件和所述第二开关并联布置。
在一个示例实施例中，所述第一和第二开关被配置成在所述装置以所述由场供电卡模式操作时闭合。
在一个示例实施例中，所述第一和第二开关被配置成在所述装置以读取器模式操作时切断。
在一个示例实施例中，所述第一阻抗块包括所述NFC模块外部的第一阻抗元件。且所述第二阻抗块包括所述NFC模块外部的第二阻抗元件。
在一个示例实施例中，所述第一阻抗元件另外与第一开关串联连接，所述第一开关在所述NFC模块内部。且所述第二阻抗元件另外与第二开关串联连接，所述第二开关在所述NFC模块内部。
在一个示例实施例中，所述天线电路是单端天线。
在一个示例实施例中，所述装置进一步包括耦合于所述EMC滤波器与所述天线电路之间的平衡-不平衡(巴伦)变压器。
在一个示例实施例中，所述天线电路是差分天线。
在一个示例实施例中，所述装置并入在移动装置中且适于由所述移动装置供电。
在一个示例实施例中，所述装置适于能够以读取器模式进行操作。
在一个示例实施例中，所述装置适于在卡模式下执行有源负载调制(ALM)。
在一个示例实施例中，所述装置适于在由场供电卡模式下执行无源负载调制(PLM)。
在一个示例实施例中，所述装置是NFC装置。
一种用于非接触式通信的移动装置包括：NFC模块，所述NFC模块适于产生电磁载波信号且根据待发送的数据调制所述载波信号；电磁兼容性(EMC)滤波器，所述EMC滤波器通过所述NFC模块的输出端耦合到所述NFC模块；以及天线电路，所述天线电路耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块利用调制的所述载波信号进行驱动。所述NFC模块另外包括由场供电(PBF)电路，所述PBF电路适于从外部场收集能量以为所述移动装置供电，其中所述由场供电电路通过一个或多个阻抗元件耦合到所述EMC滤波器。所述移动装置适于能够以由场供电卡模式进行操作。
在一个示例实施例中，所述天线电路是单端天线。
在一个示例实施例中，所述天线电路是差分天线。
在一个示例实施例中，所述移动装置适于在所述由场供电模式下执行无源负载调制(PLM)。
在一个示例实施例中，所述由场供电电路具有通过第一阻抗块耦合到所述EMC滤波器的第一端的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述EMC滤波器的第二端的第二端。
以上论述并不意图表示当前或未来权利要求集的范围内的每个示例实施例或每个实施方案。
结合附图考虑以下具体实施方式可以更全面地理解各种示例实施例。
附图说明
图1是示例NFC装置。
图2是另一示例NFC装置。
图3是NFC装置的第一示例实施例。
图4是NFC装置的第二示例实施例。
图5是NFC装置的第三示例实施例。
图6是NFC装置的第四示例实施例。
图7是NFC装置的第五示例实施例。
图8是NFC装置的第六示例实施例。
虽然本公开允许各种修改和替代形式，但本公开的特性已通过举例在附图中示出且将进行详细描述。然而，应理解，所描述的特定实施例之外的其它实施例也是可能的。还涵盖属于所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。
具体实施方式
下文将论述的示例实施例公开一种对于单端天线和差分天线配置均能够通过由场供电进行操作的NFC装置。所述NFC装置支持各种NFC功能，如将在下文较详细地论述。
图3是使用单端天线的NFC装置的第一示例实施例。如图3中所示，NFC装置包括具有发送器3和接收器4的NFC模块2。发送器3产生电磁载波信号。根据待发送的数据来调制载波信号。利用调制的载波信号驱动天线电路5。NFC模块2具有耦合到第一和第二发送路径的输出端TX1和TX2，其中所述发送路径耦合到天线5。在NFC模块2的输出端TX1、TX2与天线电路5之间，可将以下装置切换到发送路径中：电磁兼容性(EMC)滤波器6，包括两个电感器LEMC和两个电容器CEMC；平衡-不平衡(巴伦)变压器7，用于将差分天线匹配网络转换到单端天线匹配网络；以及阻抗匹配网络，包括欧姆电阻器和电容器(未示出)。
应注意，如图3中所描绘的天线电路5是单端天线，且因此需要巴伦来将差分天线匹配拓扑转换到单端天线匹配拓扑。本领域的技术人员熟知接收器4，且因此将不进行较详细解释。
NFC模块2可另外包括由场供电电路8，由场供电电路8适于通过将AC电能转换为DC电能而从外部电磁(EM)场收集能量以用于为NFC模块2和/或NFC装置供电。由场供电电路可包括整流器和限制器。根据下文更详细地描述的示例实施例，由场供电电路可连接到EMC滤波器。
如图3中所描绘，所述由场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到所述EMC滤波器的第一输出端，且所述由场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到所述EMC滤波器的第二输出端。所述第一和第二阻抗块中的每个包括至少一个阻抗元件，所述阻抗元件可以是电阻器、电感器、电容器和其组合中的一个。
在此实施例中，第一阻抗块9包括NFC模块外部的阻抗元件11和NFC模块内部的与阻抗元件11串联布置的阻抗元件12。在一个实施例中，第二阻抗块10包括NFC模块2外部的阻抗元件13和所述NFC模块内部的与阻抗元件13串联布置的阻抗元件14。
应注意，贯穿本公开所用的“所述NFC模块内部的”意指特定元件集成在NFC模块内部，而“所述NFC模块外部的”意指特定元件是脱离NFC模块的离散或单独元件。
在此实施例中，阻抗元件12另外耦合到第一开关15且与所述第一开关并联布置。在此实施例中，阻抗元件14另外耦合到第二开关16且与所述第二开关并联布置。所述第一和第二开关可取决于NFC装置的操作模式而配置。举例来说，所述第一和第二开关被配置成在NFC装置以由场供电模式操作时闭合。这使得由场供电电路能够从外部场收集更多电力。另一方面，所述开关被配置成当NFC装置例如在读取器模式下主动发送时切断。通过切断开关，更多电流流到所述NFC模块的接收器中，从而在NFC装置主动发送时产生更多输出功率。
图3的NFC装置能够以读取器模式、电池供电卡模式和由场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适于在其主动发送时执行有源负载调制(ALM)或无源负载调制(PLM)。在有源负载调制发生时，所述NFC装置的由场供电电路系统可断开以免降低RF性能。在电池未供应电力的情况下，NFC装置在所述装置进行发送时在由场供电卡模式下执行无源负载调制。
图3的NFC装置可并入手机等移动装置中且适于由所述移动装置供电。
图4是使用单端天线的NFC装置的第二示例实施例。此第二实施例和图3的第一示例实施例具有许多共同点。如下文详细地解释，主要差别在于由场供电电路可如何连接到EMC滤波器。
如图4中所示，由场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到所述EMC滤波器的第一输出端，且所述由场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到所述EMC滤波器的第二输出端。在此实施例中，第一阻抗块9包括所述NFC模块外部的阻抗元件11，且第二阻抗块10包括所述NFC模块外部的阻抗元件13。所述第一和第二阻抗元件中的每个可以是电阻器、电感器、电容器和其组合中的一个。
如图4中所描绘，阻抗元件11另外与所述NFC模块内部的第一开关15串联布置。类似地，阻抗元件13另外与所述NFC模块内部的第二开关16串联布置。所述第一和第二开关可取决于所述NFC装置的操作模式而配置。举例来说，所述第一和第二开关被配置成在NFC装置以由场供电模式操作时闭合。这使得由场供电电路能够从外部场收集更多电力。另一方面，所述开关被配置成当NFC装置例如在读取器模式下主动发送时切断。通过切断开关，更多电流流到所述NFC模块的接收器中，从而在NFC装置主动发送时产生更多输出功率。
如同图3的NFC装置，图4的NFC装置也能够以读取器模式、电池供电卡模式和由场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适于在所述装置主动发送时执行有源负载调制(ALM)或无源负载调制(PLM)。在电力并不由电池供应的情况下，NFC装置在所述装置发送时在由场供电卡模式下执行无源负载调制。
图4的NFC装置可并入手机等移动装置中且适于由所述移动装置供电。
图5是使用单端天线的NFC装置的另一示例实施例。如同上文所论述的第一和第二实施例，如下文详细解释，主要差别在于由场供电电路如何连接到所述EMC滤波器。
如图5中所示，所述由场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到所述EMC滤波器的第一输出端，且所述由场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到所述EMC滤波器的第二输出端。在此实施例中，第一阻抗块9包括所述NFC模块外部的阻抗元件11，且第二阻抗块10包括所述NFC模块外部的阻抗元件13。所述第一和第二阻抗元件中的每个可以是电阻器、电感器、电容器和其组合中的一个。应注意，NFC装置的这个实施例并未使用耦合于由场供电电路与EMC滤波器之间的一个或多个开关。
图5的NFC装置能够以读取器模式、电池供电卡模式和由场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适于在所述装置主动发送时执行有源负载调制(ALM)或无源负载调制(PLM)。在电力并不由电池供应的情况下，NFC装置在所述装置发送时在由场供电卡模式下执行无源负载调制。
图5的NFC装置可并入手机等移动装置中且适于由所述移动装置供电。
图6是使用差分天线的NFC装置的第四示例实施例。图6的NFC装置与上文所描述的实施例有着许多类似性。当前实施例与前述实施例之间的显著差别是，NFC装置是完全差分型且其因此不需要使用巴伦变压器。下文论述着眼于由场供电电路可如何连接到EMC滤波器。
如图6中所描绘，在一个实施例中，所述由场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到所述EMC滤波器的第一输出端，且所述由场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到所述EMC滤波器的第二输出端。所述第一和第二阻抗块中的每个包括至少一个阻抗元件，所述阻抗元件可以是电阻器、电感器、电容器和其组合中的一个。
在此实施例中，第一阻抗块9包括NFC模块2外部的阻抗元件11和所述NFC模块外部的与阻抗元件11串联布置的阻抗元件12。类似地，第二阻抗块10包括NFC模块2外部的阻抗元件13和所述NFC模块内部的与阻抗元件13串联布置的阻抗元件14。
在此实施例中，阻抗元件12另外与第一开关15并联耦合。类似地，阻抗元件14另外与第二开关16并联耦合。所述第一和第二开关可取决于所述NFC装置的操作模式而配置。举例来说，所述第一和第二开关被配置成在NFC装置以由场供电模式操作时闭合。这使得由场供电电路能够从外部场收集更多电力。另一方面，所述开关被配置成当NFC装置例如在读取器模式下主动发送时切断。通过切断开关，更多电流流到所述NFC模块的接收器中，从而在NFC装置主动发送时产生更多输出功率。
图6的NFC装置能够以读取器模式、电池供电卡模式和由场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适于在其主动发送时执行有源负载调制(ALM)或无源负载调制(PLM)。在执行有源负载调制时，所述NFC装置的由场供电电路系统可断开以免降低RF性能。在电池未供应电力的情况下，NFC装置在所述装置进行发送时在由场供电卡模式下执行无源负载调制。
在一个实施例中，图6的NFC装置并入手机等移动装置中，且适于由所述移动装置供电。
图7是使用差分天线的NFC装置的第五示例实施例。如同图6的NFC装置，图7的NFC装置也是完全差分型，且因此不需要巴伦变压器。如下文所解释，此实施例与图6的实施例之间的主要差别在于由场供电电路如何连接到所述EMC滤波器。
如图7中所示，所述由场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到所述EMC滤波器的第一输出端，且所述由场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到所述EMC滤波器的第二输出端。在此实施例中，第一阻抗块9包括所述NFC模块外部的阻抗元件11，且第二阻抗块10包括所述NFC模块外部的阻抗元件13。所述第一和第二阻抗元件中的每个可以是电阻器、电感器、电容器和其组合中的一个。
如图7中所描绘，阻抗元件11另外与所述NFC模块内部的第一开关15串联布置。类似地，阻抗元件13另外与NFC模块内部的第二开关16串联布置。如先前所解释，所述第一和第二开关可取决于所述NFC装置的操作模式而配置。
图7的NFC装置能够以读取器模式、电池供电卡模式和由场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适于执行有源负载调制(ALM)或无源负载调制(PLM)。在电力并不由电池供应的情况下，NFC装置在所述装置发送时在由场供电卡模式下执行无源负载调制。
图7的NFC装置可并入手机等移动装置中，且适于由所述移动装置供电。
图8是使用差分天线的NFC装置的另一示例实施例。如同图6的NFC装置，图8的NFC装置也是完全差分型，且其因此不需要使用巴伦变压器。如下文所解释，此实施例与图6的实施例之间的主要差别在于由场供电电路如何连接到所述EMC滤波器。
如图8中所示，所述由场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到所述EMC滤波器的第一输出端，且所述由场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到所述EMC滤波器的第二输出端。在此实施例中，第一阻抗块9包括所述NFC模块外部的阻抗元件11，且第二阻抗块10包括所述NFC模块外部的阻抗元件13。所述第一和第二阻抗元件中的每个可以是电阻器、电感器、电容器和其组合中的一个。应注意，这个实施例并未使用耦合于由场供电电路与EMC滤波器之间的一个或多个开关。
图8的NFC装置也能够以读取器模式、电池供电卡模式和由场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，所述NFC装置适于在所述装置主动发送时执行有源负载调制(ALM)或无源负载调制(PLM)。在电力并不由电池供应的情况下，NFC装置在所述装置发送时在由场供电卡模式下执行无源负载调制。
此外，图8的NFC装置可并入手机等移动装置中，且适于由所述移动装置供电。
应注意，以上示例实施例中并入的由场供电电路是完全差分型。然而，还可使用高侧电桥或低侧电桥实施所述电路。
应注意，阻抗元件是在NFC模块内部还是外部是任意的。举例来说，第一示例实施例示出每个阻抗块的在NFC模块内部的一个阻抗元件和在NFC模块外部的另一阻抗元件，而第二和第三示例实施例示出在NFC模块外部的阻抗元件。可仅使用NFC模块内部的阻抗元件来实施替代实施例。同样地，开关(开关15和16)是在NFC模块内部还是外部也是任意的。
应注意，上述实施例说明本发明而非限制本发明，且本领域的技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下将能够设计许多替代实施例。希望所附权利要求书涵盖所有可能的示例实施例。
在权利要求书中，放置在圆括号中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中所列的那些元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。在元件之前的不定冠词“一”不排除多个此类元件的存在。在列出若干构件的装置权利要求中，可通过同一个硬件项来实施这些构件中的若干构件。在彼此不同的附属权利要求项中叙述某些措施的这一单纯事实并不指示不能使用这些措施的组合来获得优势。

Claims (10)

1.一种用于非接触式通信的装置，其特征在于，包括：
NFC模块，所述NFC模块适于产生电磁载波信号且根据待发送的数据来调制所述载波信号；
电磁兼容性(EMC)滤波器，所述EMC滤波器通过所述NFC模块的输出端耦合到所述NFC模块；以及
天线电路，所述天线电路耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块利用调制的所述载波信号进行驱动；
所述NFC模块包括适于从外部场收集能量以为所述装置供电的由场供电(PBF)电路；
所述由场供电电路具有通过第一阻抗块耦合到所述EMC滤波器的第一端的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述EMC滤波器的第二端的第二端；
所述装置适于能够以由场供电卡模式进行操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
其中所述第一阻抗块包括所述NFC模块内部的第一阻抗元件和所述NFC模块外部的第二阻抗元件，所述第一和第二阻抗元件串联布置；以及
其中所述第二阻抗块包括所述NFC模块内部的第三阻抗元件和所述NFC模块外部的第四阻抗元件，所述第三和第四阻抗元件串联布置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
其中所述第一阻抗块包括所述NFC模块外部的第一阻抗元件；以及
其中所述第二阻抗块包括所述NFC模块外部的第二阻抗元件。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线电路是单端天线。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线电路是差分天线。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置并入在移动装置中且适于由所述移动装置供电。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置适于能够以读取器模式进行操作。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置适于在卡模式下执行有源负载调制(ALM)。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置适于在由场供电卡模式下执行无源负载调制(PLM)。
10.一种用于非接触式通信的移动装置，其特征在于，包括：
NFC模块，所述NFC模块适于产生电磁载波信号且根据待发送的数据来调制所述载波信号；
电磁兼容性(EMC)滤波器，所述EMC滤波器通过所述NFC模块的输出端耦合到所述NFC模块；以及
天线电路，所述天线电路耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块利用调制的所述载波信号进行驱动；
所述NFC模块包括适于从外部场收集能量以为所述移动装置供电的由场供电(PBF)电路；
所述由场供电电路通过一个或多个阻抗元件耦合到所述EMC滤波器；
所述移动装置适于能够以由场供电卡模式进行操作。
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