CN108737999A - 近场通信装置 - Google Patents

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Abstract

一种能够通过由场供电而操作的近场通信(NFC)装置包括用于产生电磁载波信号且调制所述载波信号的NFC模块和耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块使用所述经调制载波信号驱动的天线电路。差分功率组合器电路通过所述NFC模块的输出端耦合到所述NFC模块。所述NFC装置的场供电电路适用于从外部场收集能量以为所述NFC装置供电。所述场供电电路具有通过第一阻抗块耦合到所述差分功率组合器电路的输出的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述天线电路的输入的第二端。所述NFC装置适用于能够以场供电卡模式操作。

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广泛用于包括智能手机和平板计算机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、访问控制系统、支付服务等。通常，因其移动特性，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，在电池或蓄电池卸荷或耗尽时，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，这样会在用户需要例如通过安全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。强烈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。此所谓的“场供电模式”已经实施于标准NFC卡中，其中场供电电路系统直接与天线连接。
图1为使用单端天线的NFC装置的例子。如图1中所示出，NFC装置包括NFC模块2′，例如由NXP半导体制造的型号PN5xx。NFC模块2′可包括适用于产生电磁载波信号的发射器3′以根据待发射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′可另外包括适用于感测在天线电路5′处接收到的响应信号且解调响应信号的接收器4′。NFC模块2′具有输出端TX1和TX2。差分LC功率组合器电路6′耦合于输出端TX1和TX2与天线电路5′之间。
应注意，图1的NFC装置具有单端天线匹配拓扑且不使用平衡-不平衡(Balun)变压器。图1的NFC装置并不能够通过由场供电而进行操作。
图2为使用单端天线的NFC装置的另一个例子。如图2中所示出，在NFC模块2″的输出端TX1和TX2与天线电路5″之间，将以下电路切换到发射路径中：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(Balun)变压器7″，用于将差分天线匹配网络转换为单端天线匹配网络；以及阻抗匹配网络(未示出)。
如同图1的NFC装置，图2的NFC装置也不能够通过由场供电而进行操作。
图3为使用差分天线的NFC装置的例子。由于系统是完全差分型，因此平衡-不平衡变压器并不用于此实施方案。
如图3中所示出，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。场供电电路系统可包括整流器和限幅器。另外，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适用于在读取器模式且任选地以卡模式将开关S1和S2的输出切换为接地以使得AC耦合电容器C4的第二端被牵引到接地电位，且以场供电模式将开关S1和S2的输出切换到场供电电路系统6的输入以使得AC电能通过AC耦合电容器C4馈送到场供电电路系统6的输入，其中AC电能转换为DC电能以用于供应NFC模块2。应注意，开关S1和S2、模式选择构件7和/或场供电电路系统6可被配置为离散组件或集成在NFC模块2中。
不同于上文在图1和图2中所论述的NFC装置，图3的NFC装置能够通过由通过一端辐射的场供电而不使用电池电力的情况下进行操作，所述NFC装置与所述端通信。
发明内容
一种用于非接触式通信的装置包括：NFC模块，适用于产生电磁载波信号且根据待发射的数据调制载波信号；差分功率组合器电路，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，耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块使用经调制载波信号驱动。所述NFC模块另外包括适用于从外部场收集能量以为所述装置供电的场供电(PBF)电路，其中所述场供电电路具有通过第一阻抗块耦合到所述差分功率组合器电路的输出的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述天线电路的输入的第二端。所述装置适用于能够以场供电卡模式操作。
在一个例子实施例中，所述第一阻抗块包括在NFC模块内部的第一阻抗元件和在NFC模块外部的第二阻抗元件。所述第一阻抗元件与所述第二阻抗元件串联布置。且所述第二阻抗块包括在NFC模块内部的第三阻抗元件和在NFC模块外部的第四阻抗元件。所述第三阻抗元件与所述第四阻抗元件串联布置。
在一个例子实施例中，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。
在一个例子实施例中，所述第一和第二开关被配置成在所述装置以所述场供电卡模式操作时闭合。
在一个例子实施例中，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断开。
在一个例子实施例中，所述第一阻抗块包括NFC模块外部的第一阻抗元件，且所述第二阻抗块包括NFC模块外部的第二阻抗元件。
在一个例子实施例中，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。
在一个例子实施例中，所述天线电路是单端天线。
在一个例子实施例中，所述装置具有单端天线匹配拓扑且不使用平衡-不平衡(Balun)变压器。
在一个例子实施例中，所述差分功率组合器电路为包括串联连接的电感器和电容器的差分LC功率组合器电路。
在一个例子实施例中，所述装置另外包括在所述差分功率组合器电路的所述输出与所述天线电路的所述输入之间串联布置的电容器和电感器。
在一个例子实施例中，所述装置另外包括用于调谐到所述NFC模块的传入信号的相位的一个或多个调谐电容器。
在一个例子实施例中，所述装置并入在移动装置中且适用于由所述移动装置供电。
在一个例子实施例中，所述装置另外适用于能够以读取器模式进行操作。
在一个例子实施例中，所述装置适用于以卡模式执行有源负载调制(ALM)。
在一个例子实施例中，所述装置适用于以场供电卡模式执行无源负载调制(PLM)。
一种NFC装置包括适用于产生电磁载波信号且根据待发射的数据调制载波信号的NFC模块；通过所述NFC模块的输出端耦合到所述NFC模块的差分功率组合器电路；以及耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块使用经调制载波信号驱动的天线电路，所述天线电路为单端天线。
所述NFC模块另外包括适用于从外部场收集能量以为所述NFC装置供电的场供电(PBF)电路，其中所述场供电电路具有通过第一阻抗块耦合到所述差分功率组合器电路的输出的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述天线电路的输入的第二端。
在一个实施例中，所述NFC装置适用于能够以场供电卡模式操作。
在一个例子实施例中，所述NFC装置具有单端天线匹配拓扑且不使用平衡-不平衡(Balun)变压器。
在一个例子实施例中，所述NFC装置并入在移动装置中且适用于由所述移动装置供电。
在一个例子实施例中，所述NFC装置适用于以场供电卡模式执行无源负载调制(PLM)。
以上论述并不旨在表示当前或将来权利要求集的范围内的每一例子实施例或每一实施方案。
结合图式并考虑以下具体实施方式可以更全面地理解各种例子实施例。
附图说明
图1是NFC装置的例子。
图2是NFC装置的另一个例子。
图3是NFC装置的另一例子。
图4是NFC装置的第一例子实施例。
图5是NFC装置的第二例子实施例。
图6是NFC装置的第三例子实施例。
虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其特殊性且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落入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
如下文将论述的例子实施例公开能够通过由场供电而进行操作的NFC装置。所述NFC装置具有单端天线匹配拓扑且并不需要使用平衡-不平衡(Balun)变压器。所述NFC装置支持各种NFC功能，如将在下文较详细地论述。
图4是NFC装置的第一例子实施例。如图4中所示出，所述NFC装置包括具有发射器3和接收器4的NFC模块2。发射器3产生电磁载波信号。根据待发射数据而调制所述载波信号。利用经调制载波信号驱动天线电路5。如图4中所描绘的天线电路为单端天线。NFC模块2具有输出端TX1和TX2。差分功率组合器电路6耦合于输出端TX1和TX2与天线电路5之间。在一个实施例中，差分功率组合器电路为包括串联连接的电感器和电容器的差分LC功率组合器电路。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可另外包括场供电电路8，场供电电路8适用于通过将AC电能转换为DC电能而从外部电磁(EM)场收集能量以用于供应NFC模块2和/或NFC装置。场供电电路可包括整流器和限幅器。
如图4中所描绘，所述场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到差分功率组合器电路6的输出，且所述场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到天线电路5的输入。所述第一和第二阻抗块中的每个阻抗块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包括在NFC模块2外部的阻抗元件11和在所述NFC模块内部且与阻抗元件11串联布置的阻抗元件12。在此实施例中，第二阻抗块10包括在NFC模块2外部的阻抗元件13和在所述NFC模块内部且与阻抗元件13串联布置的阻抗元件14。
应注意，如在本公开中所使用的“在所述NFC模块内部”意味着特定元件集成在NFC模块中，而“在所述NFC模块外部”意味着特定元件并不集成在NFC模块中，而是离散且独立元件。
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装置以场供电模式操作时闭合。这使得通过场供电电路能够从外部场收集更多电力。另一方面，所述开关被配置成在NFC装置例如以读取器模式主动发射时断开。通过断开开关，更多电流流到所述NFC模块的接收器中，从而在NFC装置主动发射时产生更多输出电力。
在此实施例中，一对调谐或可变电容器17集成在如图4中所描绘的NFC模块中。在这些传入信号的相位并非不同的状况下，调谐电容器用于调谐到NFC模块的传入信号的相位。为了使从外部场收集的电量最大化，需要保持传入信号之间的180度的相移。
图4的NFC装置能够以读取器模式、电池供电卡模式和场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适用于在其主动发射时执行有源负载调制(ALM)或无源负载调制(PLM)。在电池未供应电力的状况下，NFC装置在所述装置进行发射时以场供电卡模式执行无源负载调制。
图5是使用单端天线的NFC装置的第二例子实施例。此实施例与图4的第一实施例有很多共同点。主要差异在于场供电电路如何连接到NFC装置，如下文详细地解释。
如图5中所示出，所述场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到差分功率组合器电路6的输出，且所述场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到天线电路的输入。
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。
在此实施例中，阻抗元件11另外与在所述NFC模块内部的第一开关15串联布置。类似地，阻抗元件13另外与在所述NFC模块内部的第二开关16串联布置。所述第一开关与所述第二开关可取决于所述NFC装置的操作模式而配置，如在上述第一实施例中所解释。
图5的NFC装置也能够以读取器模式、电池供电卡模式和场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适用于在所述装置主动发射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状况下，NFC装置在所述装置正发射时以场供电卡模式执行无源负载调制。
图6是使用单端天线的NFC装置的另一例子实施例。此实施例与上文所提到的实施例有很多共同点。主要差异在于场供电电路如何连接到NFC装置，如下文详细地解释。
如图6中所示出，所述场供电电路的第一输入端通过第一阻抗块9连接到差分功率组合器电路6的输出，且所述场供电电路的第二输入端通过第二阻抗块10连接到天线电路的输入。
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阻抗元件可以是电阻器、电感器、电容器和其组合中的一个。
如同先前论述的实施例，图6的NFC装置也能够以读取器模式、电池供电卡模式和场供电卡模式中的每个模式进行操作。在卡模式下，NFC装置适用于在所述装置正主动发射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状况下，NFC装置在所述装置正发射时以场供电卡模式执行无源负载调制。
应注意，并入在上述例子实施例中的场供电电路完全不同。然而，还可使用高侧电桥或低侧电桥实施所述场供电电路。
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，第一例子实施例针对每个阻抗块示出在NFC模块内部的阻抗元件和NFC模块外部的另一阻抗元件，而第二和第三例子实施例示出NFC模块外部的阻抗元件。可仅使用在NFC模块内部的阻抗元件实施替代实施例。同样，开关(开关15和16)是在NFC模块内部还是外部也是任意的。
根据上文所提到的例子实施例的NFC装置可并入到例如移动电话的移动装置中且适用于由移动装置供电。
应注意，上述实施例示出而非限制本发明，并且本领域的技术人员将能够在不脱离所附权利要求书的范围的情况下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例子实施例。
在权利要求书中，放置在圆括号之间的任何附图标记不应被解释为限制所述权利要求。词语“包括”不排除除了权利要求中所列的那些元件或步骤之外的元件或步骤的存在。在元件之前的不定冠词“一(a/an)”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，可以通过硬件中的同一个物件实施若干这些构件。单凭在彼此不同的从属权利要求中叙述某些措施这一事实，并不表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，适用于产生电磁载波信号且根据待发射的数据而调制所述载波信号；
差分功率组合器电路，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，耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块使用所述经调制载波信号驱动；
所述NFC模块，包括适用于从外部场收集能量以为所述装置供电的场供电(PBF)电路；
所述场供电电路，具有通过第一阻抗块耦合到所述差分功率组合器电路的输出的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述天线电路的输入的第二端；
所述装置，适用于能够以场供电卡模式操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述第一阻抗块包括在所述NFC模块内部的第一阻抗元件和在所述NFC模块外部的第二阻抗元件，所述第一阻抗元件与所述第二阻抗元件串联布置；且
其中所述第二阻抗块包括在所述NFC模块内部的第三阻抗元件和在所述NFC模块外部的第四阻抗元件，所述第三阻抗元件与所述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：
所述第一阻抗块包括在所述NFC模块外部的第一阻抗元件；且
其中所述第二阻抗块包括在所述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：所述装置具有单端天线匹配拓扑且不使用平衡-不平衡(Balun)变压器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述差分功率组合器电路为包括串联连接的电感器和电容器的差分LC功率组合器电路。
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用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：所述装置进一步适用于能够以读取器模式操作。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置适用于以卡模式执行有源负载调制(ALM)。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置适用于以所述场供电卡模式执行无源负载调制(PLM)。
10.一种NFC装置，其特征在于，包括：
NFC模块，适用于产生电磁载波信号且根据待发射的数据而调制所述载波信号；
差分功率组合器电路，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，耦合到所述NFC模块且由所述NFC模块使用所述经调制载波信号驱动，所述天线电路为单端天线；
所述NFC模块，包括适用于从外部场收集能量以为所述NFC装置供电的场供电(PBF)电路；
所述场供电电路，具有通过第一阻抗块耦合到所述差分功率组合器电路的输出的第一端和通过第二阻抗块耦合到所述天线电路的输入的第二端；
所述NFC装置，适用于能够以场供电卡模式操作。
CN201810224155.1A 2017-03-17 2018-03-16 近场通信装置 Active CN108737999B (zh)

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