CN109905861A - Nfc设备的检测 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及NFC设备的检测。一种在周期性场发射突发期间通过第一NFC设备检测第二NFC设备的存在的方法，其中根据在一个或多个先前的突发期间获得的结果来调整检测阈值。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月7日提交的法国专利申请No.1761798的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及电子电路，并且在特定实施例中涉及近场通信(NFC)设备的检测。
背景技术
包括电磁应答器(transponder)的通信系统越来越普遍，特别是由于近场通信(NFC)技术的发展。
这种系统使用由设备(终端或阅读器)生成的射频电磁场来与另一设备(卡)通信。
在近期的系统中，同一NFC设备可以以卡模式或者以阅读器模式来操作(例如，在两个蜂窝电话之间近场通信的情况中)。然后，设备频繁地使用电池来供电，并且设备的功能和电路经常被设置为待机，以避免在使用期间消耗功率。然后，当设备在彼此的范围内时，必须“唤醒”设备。
发明内容
一个实施例减少了通过发射电磁场的另一电子设备来检测集成近场通信电路的电子设备的存在的现有技术的全部或部分缺点，更特别是在待机时段期间。
一个实施例提供了避免检测错误的解决方案。
一个实施例提供了抵抗环境条件的变化的解决方案。
因此，一个实施例提供了在场发射的周期性突发期间通过第一NFC设备检测第二NFC设备的存在的方法，其中根据在一个或多个先前的突发期间获得的结果来调整检测阈值。
根据一个实施例，阈值限定跨第一设备的振荡电路的信号的振幅窗口。
根据一个实施例，阈值限定跨第一设备的振荡电路的信号的相位窗口。
根据一个实施例，在不存在检测时，用于当前突发的窗口由在至少一个先前的突发期间测量的水平来限定。
根据一个实施例，用于当前突发的窗口由在多个先前的突发期间测量的水平的滑动平均来限定。
根据一个实施例，第一设备包括至少两个操作模式，其中在第一模式时，检测突发由与突发的持续时间的至少一百倍相对应的持续时间分隔开。
根据一个实施例，当在该设备的范围内检测到第二设备时，该设备切换到发射诸如在NFC论坛标准中定义的轮询序列的操作模式。
一个实施例提供了能够实现所述方法的近场通信设备。
在结合附图的具体实施例的以下非限制性描述中，将详细讨论前述的和其它特征和优点。
附图说明
图1是将要描述的实施例作为一个示例应用于的类型的近场通信系统的一个示例的以框的形式的非常简化的表示；
图2在时序图中图示由处于阅读器模式的设备在待机时检测处于卡模式的设备的方法的一个示例；
图3以框图的形式示出调整用于离开待机模式的阈值的方法的一个实施例；以及
图4图示结合图3所描述的方法的操作。
具体实施方式
在不同的附图中已经通过相同的参考标号来指定相同的元件。
为清楚起见，只有对理解将描述的实施例有用的那些步骤和元件已经被示出并且将被详细描述。特别地，没有详细描述射频信号的生成及其解释，所描述的实施例与这些信号的生成和解释的常规技术兼容。
除非另有指明，否则当引用连接在一起的两个元件时，这意味着直接连接，其中除了导体之外没有中间元件，并且当引用耦合在一起的两个元件时，这意味着两个元件可以直接耦合(连接)或者经由一个或多个其它元件耦合起来。
在以下描述中，当引用术语“近似”、“大约”和“大概”时，这意味着在10％以内，优选地在5％以内。
本公开涉及电磁应答器或者电子标签(TAG)。本公开更特别地应用于集成近场通信电路(NFC)的电子设备以及在另一设备的场中检测这种设备的存在。
图1是将要描述的实施例作为一个示例应用于的类型的近场通信系统的一个示例的以框的形式的非常简化的表示。
尽管示出了两个类似的电子设备(例如，两个蜂窝电话)的情况，但是将要描述的所有情况更一般地应用于其中应答器检测由阅读器或终端辐射的电磁场的任何系统。为了简化起见，将引用NFC设备来指定集成近场通信电路的电子设备。
两个NFC设备1(标记为DEV1)和2(标记为DEV2)能够通过近场电磁耦合来通信。根据应用，对于通信，一个设备(例如，设备1)以所谓的阅读器模式操作，而另一设备(例如，设备2)以所述的卡模式操作，或者两个设备以点对点模式(P2P)通信。每个设备包括各种电子电路，用于生成由天线发射的射频信号。由一个设备生成的射频场通过位于该设备的范围内并且也包括天线的另一设备来检测。
当一个设备(例如，设备1)发射电磁场以发起与另一NFC设备(例如，设备2)的通信时，一旦设备2处于设备1的范围内，场就由设备2捕获。两个振荡电路(设备2的天线的振荡电路和设备1的天线的振荡电路)之间的耦合导致在设备1的振荡电路生成的场上由设备2的电路形成的负载的变化。在实践中，由设备1检测发射的场的相应的相位或振幅的变化，然后其启动与设备2的NFC通信的协议。在设备1的一侧，在实践中检测跨振荡电路的电压的振幅和/或相对于由电路1生成的信号的相位偏移是否跃出振幅窗口和相位窗口，振幅窗口和相位窗口均由下阈值和上阈值限定。
一旦设备1已经在其场中检测到设备2的存在，那么设备1开始建立通信的程序，实现由设备1的请求的发射以及由设备2的应答的发射(诸如在NFC论坛标准中限定的轮询序列)。如果设备2的电路处于待机，那么其被重新激活。
在由本说明书更特别地针对的应用中，当NFC设备没有在通信时，NFC设备被切换到所谓的低功率模式，以降低消耗的功率。这对于由电池供电的设备尤其正确。在这种低功率模式中，被配置在在阅读器模式中的设备执行所谓的标签检测或卡检测模式，并且执行检测循环。检测类似于当设备没有处于低功率模式中时所执行的检测，但是区别在于，在正常模式中，载波的发射是连续的，并且周期性地包括轮询帧，而为了降低功率消耗，以周期性突发来执行场发射，其中当设备处于低功率模式时没有轮询帧。对于卡轮询请求，突发比在正常模式中发射的场具有更短(以至少十倍的因子，优选地以至少一百倍的因子)的持续时间。
图2在时序图中图示由在待机时处于阅读器模式的设备检测处于卡模式的设备的方法的一个示例。
图2非常简化地图示跨在阅读器模式操作的设备的振荡电路的信号的振幅M的形状的一个示例。
当其处于低功率模式时，尝试检测在其范围内其它设备的存在的NFC设备周期性地发射场突发12。这种检测突发一般仅包括没有调制的载波(通常在13.56MHz)，并且与两个突发之间的间隔相比具有相对短的持续时间，优选地根据至少100的比例。两个突发之间的间隔取决于设备，但是一般是几百毫秒(通常大约256ms)，而突发12的持续时间是大概几十微秒或者几百微秒。当在场中存在设备并且设备修改发射器设备的振荡电路的负载时，这在对应的突发12'期间引起跨振荡电路的信号的振幅和/或相位变化。如果该变化足够跃出由下阈值THL和上阈值THH限定的振幅窗口MW(例如，如果对应的突发12'的平均和/或最大振幅低于下阈值THL或者高于上阈值THH)，那么发射器设备切换到主动模式，即，发射器设备离开低功率模式，然后正常发射(发射14)。
如果需要，设备1可以暂时并且周期性地离开待机模式，以发射突发12。然而，优选地在低功率模式中使用状态机用于突发的发射，这避免了必须唤醒设备的微控制器，从而使得设备1能够保持在待机模式中。
在实践中，如果振幅和/或相位发生在振幅窗口和/或相位窗口之外，那么认为在检测突发12期间检测到卡，振幅窗口和相位窗口均由两个阈值限定，分别表示振幅范围和相位范围，在振幅范围和相位范围内被视为处于空闲状态(没有卡存在)。在图2的示例中，假设卡的存在导致振幅的下降(突发12')。然而，根据情况，卡的存在也可以使得振幅增加。这也适用于相对于发射的信号的相位偏移。
当卡被检测并且发射器设备被激活时，开始发射与轮询帧14通信的场。帧是标准化的(NFC论坛标准)，并且是由阅读器支持的通信协议的功能。接收设备(处于卡模式)响应于接收设备支持的协议的请求，并且通信开始。轮询帧的发射的持续时间一般在从毫秒到几十毫秒的范围内。
当通信结束时或者当接收器设备从场中出来时，发射器设备在给定时间(大概一秒钟)之后切换回到低消耗模式，以降低其功率消耗。然后，在没有通信请求的情况下，发射器设备再次周期性地发射检测突发。
困难在于由发射器设备检测场的振幅或者相位的变化可能会受到不同的环境因素(邻近的金属物体、温度等)干扰。这可能导致错误检测或者在其它情况中导致缺乏检测。
为了尝试克服该问题，当前的解决方案包括在设备切换到低功耗模式之前调整阈值(例如，通过校准)。这种阈值的校准包括发射载波突发和测量跨振荡的信号，以确定“空闲”水平。然后关于该空闲情况调整检测阈值。
然而，这种解决方案结果不令人满意。一方面，干扰元件可以妨碍发射的场，并且生成错误检测或者遮掩在场中存在的设备。另一方面，校准在热条件下执行，即在设备的电子电路离开主动模式的时候，其中电子电路已经消耗功率，因此相对于作为它们的空闲温度的室温处于相对较高的温度。这种热阈值确定不利地影响检测系统的可靠性。
可以设想等待电路冷却以执行校准。然而，这导致在能够执行校准之前存在较长的时间段(几秒钟，或者甚至几分钟)，并且在所有该时间期间，低功率模式检测没有工作。进一步地，这将不能解决其他环境干扰的存在。
图3以框图的形式示出调整用于离开待机模式的阈值的方法的实现，这相当于在发射器设备的场中检测NFC设备的存在的方法。
根据该实施例，提供了周期性调整检测阈值。优选地，针对每个检测突发来执行调整。换句话说，当前在切换到低功率模式之前执行的校准过程反而是针对当设备处于低功率模式时的每次检测突发而执行的。的确，检测突发对应于短的时间段(大概几十微秒或者几百微秒)的场的发射。然后可以测量振幅和相位以调整检测阈值。
考虑NFC设备(例如，图1中的DEV1)的情况，其中当NFC设备处于低功率模式(框31中，标记为LPM)中时，NFC设备周期性发射(例如，每隔256毫秒)场达相对于两个场突发12之间的持续时间相对短的时间段(在从几十微秒到几百微秒的范围内)，以检测在该NFC设备的范围内的另一NFC设备的存在。根据实现突发的方式(微控制器或状态机)，设备在突发的发射期间离开待机模式，以稍后迅速返回或者只要没有检测到设备就保持在待机。在图3中假设设备DEV1保持在待机的情况。
对于每次突发12，设备DEV1在系统的谐振频率处发射场(框33中，标记为FE)，并且测量(框35中，标记为MEAS(M，P))跨其振荡电路(未示出，因为这种振荡电路在本领域中是已知的)的信号的振幅M和相位P。
假设第二设备(图1中的DEV2)在设备DEV1的范围内，那么其简单的存在(例如，由于两个天线之间的耦合)在设备1的一侧上生成振幅和相位的变化。如果该变化对于达到振幅检测阈值THM之一或者相位检测阈值THP之一来说是足够的，即，测量的振幅或者相位跃出窗口MW或者PW(框37(标记为M在MW中，P在PW中？)的输出N)，那么检测是经过验证的。因此，只要相位或者振幅之一在它们相应的窗口之外，那么检测是经过验证的或者触发的。
然后设备1离开低功率模式，以发起通信(框39，标记为轮询通信)。切换可以在检测突发之后直接执行或者如图2中所示在时间间隔(与两个突发12之间的时间间隔相比较短)之后执行。
在相反的情况中(框37的输出Y)，即如果信号保持在对应于空闲操作的窗口MW和PW中，那么检测突发停止。结果，相位和振幅两者都需要在用于使检测突发停止以及用于MW和PW中的每个的连续调整的相应的窗口内。
然而，根据所描述的实施例，根据在当前检测突发期间测量的值M和P，振幅和相位阈值被更新(框41，标记为调整MW、PW)，以用作下一突发的阈值。因此，每个检测突发不仅用于检测，还用于下一突发的检测阈值的调整。调整后的阈值被存储，并且设备继续其监控(返回到框31)。换句话说，所描述的实施例设想振幅和/或阈值的自适应调整(例如，其周期性调整)。
在实践中，在状态机的情况中，后者设置到等待或被动模式达时间标签，时间标签对应于两个突发之间的间隔。
在通信(框39，标记为轮询通信)的情况中，一旦通信结束，则设备返回到低功率模式(框31)。
作为一个变型，阈值调整不是对于每次检测突发来执行，而是根据突发周期性(例如每两个突发或者每四个突发)来执行。然而，优选地对于每次突发执行校准，因为这提供了更加可靠(例如，实时)的检测。
根据一个实施例，对于每个突发，利用所测量的新的阈值来简单地取代存储的阈值，并且新的阈值用于下一突发。
根据另一实施例，对于在例如从5到20的范围内(优选地大概为10)的多个测量计算滑动平均。初始地(在切换到低功率模式时)，在进行平均时考虑在内的阈值的数量较小(例如，数量从一开始，并且逐步增加(例如，增加量为一)直到测量到大约10次)。
图4在振幅时序图中图示结合图3所描述的方法的操作，该振幅时序图与图2的时序图进行比较。
在开始时(例如，在时间段P1)，(热)校准提供与图2的解决方案的阈值相同的阈值(该图与图2未按比例绘制)。然而，由于设备的电子电路冷却，阈值逐渐下降。例如，在时间段P2期间的阈值小于在时间段P1期间的阈值；在时间段P3期间的阈值小于在时间段P2期间的阈值；并且在时间段P4期间的阈值小于在时间段P3期间的阈值。因此，这里检测到利用常规解决方案将不能检测到的卡，反而避免了仅仅由于设备的冷却导致的错误检测。进一步地，如图4的右侧部分中图示，在设备的环境中存在其它干扰元件(例如，手、金属物件等)时，阈值可以增加回去(更一般地而言，变化，诸如在时间段P5期间)。
应当注意，相应的时间段的相位测量和振幅测量与相应的时间段期间的阈值PW和MW进行比较，以便确定相位测量和振幅测量是否在它们相应的阈值内。响应于确定相位测量和阈值测量在它们相应的阈值内，(例如，通过处理器)计算多个相位测量的平均和多个振幅测量的平均，以便调整阈值MW和PW。在一些实施例中，确定当前时间段的相位测量和十个最近的相位测量的平均；并且确定当前时间段的振幅测量和十个最近的振幅测量的平均。在这种实施例中，振幅阈值被调整为当前时间段的振幅测量和十个最近的振幅测量的平均。类似地，相位测量被调整为当前时间段的相位测量和十个最近的相位测量的平均。换句话说，新的阈值是一定数量的当前的和先前检测的振幅和相位测量的平均。还应当注意，阈值MW和PW的宽度(即，每个相应的阈值的上水平和下水平之间的差值)对于每个时间段来说是相同的。
所描述的实施例的一个优点是，现在可以通过检测场中处于卡模式的设备的存在来有效地使用对离开低功率模式的自动检测。
另一优点是，所描述的解决方案产生可忽略的附加的功率消耗，其限于对每个突发的阈值的存储以及可能的平均计算。特别地，由于从针对检测所执行的测量中获益，因此实际测量将不产生附加的功率消耗。
所述实施例的另一优点是，它们不修改设备之间通信的协议。因此，所述解决方案与常规系统兼容。
另一优点是，所描述的实施例的实现与软件实现兼容。因此，根据一个实施例，所描述的实施例的实现使用现有设备的现有硬件功能，并且仅仅要求软件更新，以集成检测阈值调整方法的步骤。然而，根据避免对于每个突发都暂时离开低功率模式的一个优选的实施例，提供了由硬件解决方案(例如，由状态机(在有线逻辑中))的实现。这通常以较低的功率允许较快的执行。
已经描述了各种实施例。本领域技术人员将容易想到各种变更、修改和改进。特别地，对于每次检测突发的场发射持续时间以及两次突发之间的间隔的选择从一个应用到另一个应用可以变化。进一步地，检测窗口的振幅的确定(振幅窗口的限定的两个阈值之间的间隔以及相位窗口的限定的两个阈值之间的间隔)取决于应用，并且可以变化。进一步地，基于以上给出的功能指示，已经描述的实施例的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。
这种变更、修改和改进旨在作为本公开的一部分，并且旨在处于本发明的精神和范围内。相应地，前述描述指示以示例的方式，并且不旨在进行限制。本发明仅如随附的权利要求及其等同所限定的那样被限制。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
通过第一近场通信(NFC)设备的天线发射具有第一持续时间的第一发射场；
在所述第一NFC设备的振荡电路处，接收响应于所述第一发射场的当前返回信号；
通过所述第一NFC设备的处理器，确定所述当前返回信号的相位和所述当前返回信号的振幅；
通过所述第一NFC设备的所述处理器，将所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅与当前相位阈值和当前振幅阈值分别进行比较；
响应于确定所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅分别在所述当前相位阈值和所述当前振幅阈值之内，分别基于所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅，通过所述处理器更新所述当前相位阈值和所述当前振幅阈值；以及
响应于确定所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅中的至少一个分别在所述当前相位阈值或所述当前振幅阈值之外，通过所述处理器确定第二NFC设备接近所述第一NFC设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述当前振幅阈值限定跨所述第一NFC设备的所述振荡电路接收的所述当前返回信号的振幅窗口。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述当前相位阈值限定跨所述第一NFC设备的所述振荡电路的所述当前返回信号的相位窗口。
4.根据权利要求1所述的方法，其中用于所述当前返回信号的所述当前振幅阈值由至少一个先前的返回信号的振幅来限定。
5.根据权利要求1所述的方法，其中分别基于所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅来更新所述当前相位阈值和所述当前振幅阈值包括：
利用所述当前返回信号的所述相位和多个先前的返回信号的相位来计算平均相位；以及
利用所述当前返回信号的所述振幅和多个先前的返回信号的振幅来计算平均振幅。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述多个先前的返回信号包括十个最近的返回信号。
7.根据权利要求1所述的方法，其中用于所述当前返回信号的所述当前振幅阈值是由在多个先前的返回信号期间测量的振幅的滑动平均来限定的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一NFC设备包括低功率模式，并且其中当所述第一NFC设备处于所述低功率模式时，所述第一发射场的起始和紧随其后的发射场的起始之间的时间是所述第一持续时间的至少一百倍。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一发射场的所述起始和所述紧随其后的发射场的所述起始之间的所述时间是大约256毫秒。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括响应于确定所述第二NFC设备接近所述第一NFC设备，将所述第一NFC设备从所述低功率模式切换到操作模式，以及在所述第一NFC设备处于所述操作模式的同时向所述第二NFC设备发射轮询序列。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述轮询序列是根据NFC论坛标准定义的。
12.一种近场通信(NFC)设备，包括：
天线，被配置为发射具有第一持续时间的第一发射场；
振荡电路，被配置为接收响应于所述第一发射场的当前返回信号；以及
处理器，被配置为：
确定所述当前返回信号的相位和所述当前返回信号的振幅；
将所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅与当前相位阈值和当前振幅阈值分别进行比较；
响应于确定所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅分别在所述当前相位阈值和所述当前振幅阈值之内，分别基于所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅，更新所述当前相位阈值和所述当前振幅阈值；以及
响应于确定所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅中的至少一个分别在所述当前相位阈值或所述当前振幅阈值之外，确定第二NFC设备接近所述NFC设备。
13.根据权利要求12所述的NFC设备，其中所述当前振幅阈值限定跨所述振荡电路接收的所述当前返回信号的振幅窗口。
14.根据权利要求12所述的NFC设备，其中所述当前相位阈值限定跨所述振荡电路的所述当前返回信号的相位窗口。
15.根据权利要求12所述的NFC设备，其中用于所述当前返回信号的所述当前振幅阈值由至少一个先前的返回信号的振幅来限定。
16.根据权利要求12所述的NFC设备，其中分别基于所述当前返回信号的所述相位和所述当前返回信号的所述振幅来更新所述当前相位阈值和所述当前振幅阈值包括：
利用所述当前返回信号的所述相位和多个先前的返回信号的相位来计算平均相位；以及
利用所述当前返回信号的所述振幅和多个先前的返回信号的振幅来计算平均振幅。
17.根据权利要求16所述的NFC设备，其中所述多个先前的返回信号包括十个最近的返回信号。
18.根据权利要求12所述的NFC设备，其中用于所述当前返回信号的所述当前振幅阈值是由在多个先前的返回信号期间测量的振幅的滑动平均来限定的。
19.根据权利要求12所述的NFC设备，其中所述NFC设备包括低功率模式，并且其中当所述NFC设备处于所述低功率模式时，所述第一发射场的起始和紧随其后的发射场的起始之间的时间是所述第一持续时间的至少一百倍。
20.根据权利要求19所述的NFC设备，其中所述第一发射场的所述起始和所述紧随其后的发射场的所述起始之间的所述时间是大约256毫秒。
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