CN111030734B - 近场感应升压电路和近场装置 - Google Patents
近场感应升压电路和近场装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111030734B CN111030734B CN201910957441.3A CN201910957441A CN111030734B CN 111030734 B CN111030734 B CN 111030734B CN 201910957441 A CN201910957441 A CN 201910957441A CN 111030734 B CN111030734 B CN 111030734B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- near field
- antenna
- coil
- transmit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 22
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 19
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 11
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 5
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
- H04B5/22—Capacitive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
- H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
- H04B5/24—Inductive coupling
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
- H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
- H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
Abstract
一个例子公开了一种近场电路，其被配置成耦合到近场天线，其中所述近场天线包括第一导电结构、第二导电结构、第一馈电连接和第二馈电连接，其中所述导电结构被配置成发射和/或接收非传播的准静态电(E)场信号，所述近场电路包括：发射电路，所述发射电路具有第一耦合连接和第二耦合连接；升压电路，所述升压电路被配置成串联耦合在所述发射电路的所述第一耦合连接与所述近场天线的所述第一馈电连接之间；其中所述发射电路的所述第二耦合连接被配置成耦合到所述近场天线的所述第二馈电连接。
Description
技术领域
本说明书涉及用于近场通信的系统、方法、设备、装置、制品和指令。
背景技术
本文讨论了发射器和接收器通过磁(H)场和电(E)场二者耦合的基于近场电磁感应(NFEMI)的通信装置和其它无线联网装置。尽管通过自由空间传播RF平面波来实现RF无线通信，但是NFEMI通信利用非传播的准静态H场和E场，所述非传播的准静态H场和E场在一些示例实施例中沿人体轮廓而行并且在低于50MHz的频率下操作时大大减少了远场辐射。
发明内容
根据一个示例实施例，一种近场电路，被配置成耦合到近场天线，其中所述近场天线包括第一导电结构、第二导电结构、第一馈电连接和第二馈电连接，其中所述导电结构被配置成发射和/或接收非传播的准静态电(E)场信号，所述近场电路包括：发射电路，所述发射电路具有第一耦合连接和第二耦合连接；升压电路，所述升压电路被配置成串联耦合在所述发射电路的所述第一耦合连接与所述近场天线的所述第一馈电连接之间；其中所述发射电路的所述第二耦合连接被配置成耦合到所述近场天线的所述第二馈电连接。
在另一个示例实施例中，所述第一导电结构和所述第二导电结构一起形成短负载偶极子电近场天线。
在另一个示例实施例中，所述升压电路是电容器；所述电容器的一端耦合到所述发射电路的所述第一耦合连接；并且所述电容器的另一端被配置成耦合到所述近场天线的所述第一馈电连接。
在另一个示例实施例中，所述第一导电结构与所述第二导电结构之间的电压为Vant＝VRFIC(Ct+Ck)/Ck；并且
Vant＝所述第一导电结构与所述第二导电结构之间的电压，
VRFIC＝所述近场电路的输出电压，
Ct＝所述近场电路中的调谐电容，并且
Ck＝所述升压电路电容器的电容。
在另一个示例实施例中，另外包括调谐电路，所述调谐电路具有被配置成调整所述近场天线的谐振频率和/或带宽的调谐电容。
在另一个示例实施例中，所述调谐电容等于或大于所述升压电路电容。
在另一个示例实施例中，所述升压电路电容与所述调谐电容之比被配置成调整所述近场电路与所述近场天线之间的电压增益。
在另一个示例实施例中，所述升压电路是被配置成调整所述近场电路与所述近场天线之间的电压增益的放大器。
在另一个示例实施例中，所述升压电路是被配置成调整所述近场电路与所述近场天线之间的电压增益的负阻抗元件。
在另一个示例实施例中，所述升压电路是被配置成调整所述近场电路与所述近场天线之间的电压增益的负线圈。
在另一个示例实施例中，所述升压电路在物理上定位成比所述近场天线更靠近所述发射电路。
在另一个示例实施例中，所述近场天线是电感应(NFEI)天线。
在另一个示例实施例中，所述近场天线另外包括耦合到所述第一导电结构和所述第一馈电连接的第一磁性线圈；并且所述第一磁性线圈被配置成发射和/或接收非传播的准静态磁(H)场信号。
在另一个示例实施例中，所述近场天线是电磁感应(NFEMI)天线。
在另一个示例实施例中，另外包括调谐电路，所述调谐电路具有被配置成调整所述近场天线的谐振频率和/或带宽的调谐电容和调谐电阻器；其中所述升压电路被配置成在所述近场电路与所述近场天线之间提供电压增益；其中所述第一磁性线圈包括具有容差变化的电感；并且其中所述电压增益的最大值受所述调谐电容的最大值和所述第一磁性线圈电感的所述容差变化限制。
在另一个示例实施例中，所述升压电路包括可变电容；并且所述电压增益的所述最大值基于所述可变电容设置。
在另一个示例实施例中，所述近场天线另外包括第一磁性线圈和第二磁性线圈；所述第一磁性线圈耦合在所述第一馈电连接与所述第二馈电连接之间；所述第二磁性线圈耦合在所述第一馈电连接与所述第一导电结构之间；所述第一磁性线圈和所述第二磁性线圈串联耦合；并且所述第一磁性线圈和所述第二磁性线圈被配置成发射和/或接收非传播的准静态磁(H)场信号。
在另一个示例实施例中，所述升压电路是电容器；所述电容器的一端耦合到所述发射电路的所述第一耦合连接；所述电容器的另一端被配置成耦合到所述近场天线的所述第一馈电连接；所述第一导电结构与所述第二导电结构之间的电压为Vant＝Vcoil+kVcoil；并且
Vcoil＝VRFIC(Ct+Ck)/Ck，
Vant是所述第一导电结构与所述第二导电结构之间的电压，
Vcoil＝所述第一磁性线圈两端的电压，
k＝所述第一磁性线圈与所述第二磁性线圈之间的磁耦合因数，
L1＝所述第一磁性线圈的电感，
L2＝所述第二磁性线圈的电感，
M＝所述第一磁性线圈与所述第二磁性线圈之间的互感，
VRFIC＝所述近场电路的输出电压，
Ct＝所述近场电路中的调谐电容，并且
Ck＝所述升压电路电容器的电容。
根据一个示例实施例，一种近场装置，包括：近场天线，所述近场天线包括：第一导电结构；第二导电结构；第一馈电连接；以及第二馈电连接；其中所述导电结构被配置成发射和/或接收非传播的准静电(E)场信号；发射电路，所述发射电路具有第一耦合连接和第二耦合连接；以及升压电路，所述升压电路串联耦合在所述发射电路的所述第一耦合连接与所述近场天线的所述第一馈电连接之间；其中所述发射电路的所述第二耦合连接耦合到所述近场天线的所述第二馈电连接。
以上讨论不旨在表示当前或未来权利要求组的范围内的每个示例实施例或每个实施方案。随后的附图和具体实施方式也例证了各个示例实施例。
结合附图考虑以下具体实施方式时，可以更彻底地理解各个示例实施例。
附图说明
图1A是示例理想化单线圈近场电磁感应(NFEMI)天线。
图1B是耦合到单线圈NFEMI天线的示例RFIC电路。
图2A是示例理想化双线圈NFEMI天线。
图2B是耦合到双线圈NFEMI天线的示例RFIC电路。
图3A是耦合到图1B的RFIC电路以及单线圈NFEMI天线的示例升压电路。
图3B是耦合到图2B的RFIC电路以及双线圈NFEMI天线的升压电路的例子。
图4是包括耦合到RFIC电路和双线圈NFEMI天线的升压电路的示例模拟电路。
图5是对应于图4所示的模拟电路的电压示例集合。
尽管本公开适于各种修改和替代形式，但是本公开的细节已经通过举例的方式示出在附图中并且将进行详细描述。然而，应理解，除了所描述的特定实施例之外，其它实施例也是可能的。还涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等同物和替代性实施例。
具体实施方式
H场天线(即磁性天线)主要对磁场敏感和/或主要在被电流驱动时产生磁场。来自H场天线的任何E场分量显著降低(例如，从-20dB降低到-60dB，因数为0.1到0.0008(10％到0.08％)，这取决于天线设计)。
小环形天线是示例H场天线，并且包括大小远远小于其所使用的波长的环形天线。小环形天线在NFEMI载波频率下不进行谐振，而是通过外部电抗进行调谐以进行谐振。在一些示例实施例中，小环形天线中的电流在环路的每个位置的值相同。
E场天线(即电天线)主要对电场敏感和/或主要在被电压驱动时产生电场。来自E场天线的任何H场分量显著降低(例如，从-20dB降低到-60dB，因数为0.1到0.0008(10％到0.08％)，这取决于天线设计)。
短负载偶极子天线是示例E场天线并且包括大小远远小于NFEMI载波频率的短偶极子并且在一些示例实施例中在两端均具有额外的电容结构。
这些场的准静态特性是NFEMI天线大小与其载波频率组合的结果。大多数近场能量以磁场和电场的形式储存，而少量RF能量不可避免地在自由空间中传播。较小的天线几何结构使自由空间中的辐射波最小化。
一些如助听器和无线耳塞等可穿戴装置采用近场磁感应(NFMI)作为无线通信方法。在NFMI无线通信中，两个松散耦合的线圈实现信号传输。不会发生无线电波的辐射。在发射线圈中流动的电流产生H场，所述H场进而在接收线圈中感生电流。以此方式，无线通信完成。
其它可穿戴装置采用近场电感应(NFEI)作为无线通信方法。NFEI允许导电结构(例如，人体)上和附近的电子装置通过E场耦合(例如，以21MHz)交换信息。NFEI有时也被称为身体耦合通信(Body Coupled Communication)(BCC)。
期望提高这种近场通信的鲁棒性。现在讨论用于实现这个目标的电路、结构和调谐方法。
图1A是示例理想化单线圈近场电磁感应(NFEMI)天线100。在这个例子中，天线100是电磁感应(NFEMI)天线，然而替代性实施例可以是NFEI天线。在一些示例实施例中，天线100包括用于磁场的线圈(H场)天线105，结合用于电场的短负载偶极子(E场)天线120。H场天线105包括缠绕有导线115的铁氧体芯110。E场天线120包括两个导电结构125和130(例如，负载板)。天线100馈电连接135、140耦合到各种收发器电路系统，如下游无线电发射器和接收器集成电路(RFIC)150(例如，发射和/或接收电路)(参见图1B)。
当NFEMI天线100接近结构(例如，导电结构、身体、人、物体等)时，磁场和电场基本上局限于所述结构并且不会在自由空间中显著辐射。这增强了这种身体联网通信的安全性和隐私性。
在各个示例实施例中，天线100以50MHz或更低的频率(例如，以30MHz)操作以确保场沿结构的轮廓而行并且确保远场辐射显著减少。
图1B是耦合到单线圈NFEMI天线100的示例145RFIC电路150(例如，发射和/或接收电路)。在这个例子145中，仅示出了RFIC 150的发射电路系统，然而RFIC 150还包括具有低噪声放大器(LNA)的接收电路系统。
发射模式下馈电连接135处的电压VRFIC是由RFIC电路150中的电压源155产生的发射电压(Vtx)。在这个示例实施例中，线圈天线105上的发射电压(即Vcoil)和偶极子天线120上的发射电压(即Vant)与VRFIC(即Vtx)相同。
小环形天线105两端的Vcoil产生通过线圈L1的电流。R2是线圈L1的损耗电阻。通过线圈L1的电流产生磁(H)场。H场是通过线圈L1的电流的线性函数。短负载偶极子120两端的电压对导电结构125、130进行充电，并且在导电结构125、130及其环境之间产生电(E)场。产生的电场是跨导电结构125、130的Vant电压的线性函数。H场和E场两者本质上都是准静态的，并且在远场中基本上不辐射。
图2A是示例理想化双线圈NFEMI天线200。天线200包括具有两个导电结构225、230(即负载板)的短负载偶极子220以及小环形线圈天线205。
小环形天线205包括至少两个耦合线圈215和217。第一线圈215具有电感L1，并且第二线圈217具有电感L2。线圈215和217两者均可以连接在连接250处，使得所述线圈215和217形成比第一线圈215和第二线圈217的电感更大的电感。在一些示例实施例中，线圈215和217两者均为空气线圈或缠绕在铁氧体芯210周围，而在其它示例实施例中，线圈215和217是平面的并且在基板上。
在铁氧体芯210实施例中，线圈215和217可以以交错的方式缠绕在芯210周围或缠绕在彼此的顶部，即，第二线圈217首先缠绕在芯210周围，并且然后第一线圈215在第二线圈217顶部缠绕在芯210周围。
连接245将第一线圈215的一端耦合到第一馈电连接235并且耦合到短负载偶极子220的第一导电结构225。连接250将第一线圈215的另一端耦合到第二线圈217的一端并且耦合到第二馈电连接240。连接255将第二线圈217的另一端耦合到短负载偶极子220的第二结构230。
图2B是耦合到双线圈NFEMI天线200的示例260RFIC电路265(例如，发射和/或接收电路)。在这个例子260中，仅示出了RFIC 265的发射电路系统，然而RFIC 265还包括具有低噪声放大器(LNA)的接收电路系统。
发射模式下馈电连接240处的电压VRFIC是由RFIC电路265中的电压源270产生的发射电压(Vtx)。如下文中另外讨论的，在这个示例实施例中，由于第二线圈217(L2)的存在，线圈天线205上的发射电压(即Vcoil)和偶极子天线220上的发射电压(即Vant)不与VRFIC(即Vtx)相同。
小环形天线205两端的Vcoil产生通过线圈L1的电流。R2是线圈L1和线圈L2的总损耗电阻。通过线圈L1的电流产生磁(H)场。H场是通过线圈L1的电流的线性函数。
因为Vcoil施加在线圈215(L1)与线圈217(L2)之间，所以短负载偶极子220电感应天线两端的电压Vant高于Vcoil，并且线圈217(L2)根据以下等式另外增加Vcoil：
Vant＝Vcoil+k Vcoil
其中：
Vant＝短偶极子220电天线两端的电压；
Vcoil＝线圈L1上的电压
k＝线圈215(L1)与线圈217(L2)之间的磁耦合因数
L1＝线圈215的电感
L2＝线圈217的电感
M＝线圈215(L1)与线圈217(L2)之间的互感
短负载偶极子220两端的电压对导电结构225、230进行充电，并且在导电结构225、230及其环境之间产生电(E)场。产生的电场是跨导电结构225、230的Vant电压的线性函数，并且因此针对相同的Vcoil(例如Vtx)电压产生了更高的电场。H场和E场两者本质上都是准静态的，并且在远场中基本上不辐射。
在线圈215(L1)和线圈217(L2)类似并且强磁耦合(k＝0.99)的示例实施例中，当偶极子天线的电抗远远大于线圈217(L2)的电抗时，短负载偶极子处的电压Vant将是线圈215(L1)上的电压的两倍。应注意：E，其中：E＝电场[伏特/米]。
因此，虽然可以通过增加短负载偶极子220电场天线处的Vant来增加NFEMI或NFEI电路和天线的通信范围和链路预算，但是对于一些低功率电路和装置，这些低功率电路和装置的VRFIC电压有限。例如，一些半导体电路具有ESD、损耗和电压限制(例如，6伏的VRFIC并且将来很可能更低)。这种电压降低可能妨碍一些近场示例实施例。
现在讨论的是另外的升压电路，以帮助进一步解决VRFIC电压限制。将讨论的升压电路从短负载偶极子220产生了甚至更高的Vant并因此产生了电场，并且因此产生了经过改善的近场通信范围和鲁棒性。
图3A是耦合到图1B的RFIC电路150以及单线圈NFEMI天线105、120的示例300升压电路302。
发射模式下馈电连接135处的电压VRFIC是由RFIC电路150中的电压源155产生的发射电压(Vtx)。然而，与图1B中的例子145相比，在这个示例实施例中，线圈天线105上的发射电压(即Vcoil)和偶极子天线120上的发射电压(即Vant)不与VRFIC(即Vtx)相同。
在这个例子300中，馈电连接135处的电压VRFIC被施加到升压电路302。在一些示例实施例中，升压电路302是电容器Ck，而在其它示例实施例中，升压电路302可以是：放大器、负阻抗元件或负线圈。例如，Linville负线圈转换器。在一些示例实施例中，升压电路320被定位成尽可能靠近RFIC 265。
由于升压电路302，线圈(H场)天线105中线圈L1两端的电压Vcoil升高到高于VRFIC。因此，在这个示例性实施例中，等于Vant的Vcoil也比图1B非升压示例实施例中更高，并且由导电结构125、130产生更强的电(E)场。
短负载偶极子120两端的电压Vant为：
Vant＝Vcoil＝VRFIC(Ct+Ck)/Ck
其中：
Vant＝短偶极子120两端的电压；
Vcoil＝线圈L1上的电压
VRFIC＝RFIC输出电压
Ct＝调谐电容器
Ck＝耦合电容器
图3B是耦合到图2B的RFIC电路以及双线圈NFEMI天线205、220的升压电路302的例子304。
发射模式下馈电连接240处的电压VRFIC是由RFIC电路265中的电压源270产生的发射电压(Vtx)。然而，与图2B中的例子260相比，在这个示例实施例中，线圈天线205上的发射电压(即Vcoil)和偶极子天线220上的发射电压(即Vant)不与VRFIC(即Vtx)相同。
在这个例子304中，馈电连接240处的电压VRFIC也被施加到升压电路302。如上文所提及的，在一些示例实施例中，升压电路302是电容器Ck，而在其它示例实施例中，升压电路302可以是：放大器、负阻抗元件或负线圈。
由于升压电路302，线圈(H场)天线205中线圈215(L1)两端的电压Vcoil升高到高于VRFIC。因为Vcoil施加在线圈215(L1)与线圈217(L2)之间，所以短负载偶极子220电感应天线两端的电压Vant甚至高于Vcoil，并且线圈217(L2)使Vcoil另外增加。因此，Vant被有效升高两次。
因为线圈215(L1)和线圈217(L2)耦合并且呈串联布置，所以短负载偶极子220两端的电压Vant为：
Vcoil＝VRFIC(Ct+Ck)/Ck
Vant＝Vcoil+k Vcoil
其中：
Vant＝短偶极子220电天线两端的电压；
Vcoil＝线圈215(L1)上的电压
k＝线圈215(L1)与线圈217(L2)之间的磁耦合因数
L1＝线圈215的电感
L2＝线圈217的电感
M＝线圈215(L1)与线圈217(L2)之间的互感
VRFIC＝RFIC输出电压
Ct＝调谐电容器
Ck＝耦合电容器
在调谐电容Ct和耦合电容Ck类似的示例实施例中，线圈215(L1)处的电压是VRFIC电压的两倍。在线圈215(L1)和线圈217(L2)类似并且强磁耦合(k＝0.99)的情况下，短负载偶极子220处的电压将是线圈215(L1)上的电压的两倍，从而产生了比VRFIC电压大四倍的总电压增益。
因此，在一个示例实施例中，RFIC电路265被配置成将6伏发射信号输出到升压电路302。升压电路302将发射信号升压到12伏。12伏Vcoil升压信号被施加在线圈215(L1)两端。然后，线圈217(L2)另外将跨E场导电结构225、230的信号Vant升压到24伏，从而产生了用于NFEMI通信的鲁棒发射信号。如果由于晶片制造ESD和其它限制而在未来的NFEMI产品中降低了NFEMI调谐电路电压(例如从6V到3V)，则VRFIC发射电压的这一升压很可能甚至更加重要。
在使用电容器Ck的一些示例实施例中，保持电容Ck尽可能小导致了发送到短负载偶极子220天线的最高升压。
使用升压电路302，单线圈NFEMI天线装置100或双线圈NFEMI天线装置200中的接收灵敏度没有变化。因此，升压电路302在发射TX模式下增加增益，但是在接收RX模式下未降低增益。
由于升压电路302的阻抗倍增效应(例如，因为升压电路320阻挡了来自L1的Ct)，升压天线装置100、200可能对L1的制造容差变化更敏感，所述容差变化可以是+/-10％或更大。
例如，调谐电路275调谐NFEMI装置200的谐振频率(例如，调谐到10.6MHz+/-12.5kHz)的能力可能不足以补偿线圈215(L1)容差变化。线圈215(L1)也可以根据NFEMI装置200相对于其它结构定位在何处(例如，佩戴在人体上何处)而变化。因此，在一些示例实施例中，升压电路302本身可用控制器动态地调整，或者在制造期间可调整，以恢复调谐电路275正确控制NFEMI装置200的谐振频率的能力。
例如，如果升压电路302是电容(Ck)，则可以通过以下改变Ck：包括用于在一组Ck电容器之间动态选择或调谐单个Ck电容器的控制器。这种控制器将使装置200能够被更好地调谐以用于具有多个谐振频率的应用。
然而，如果仅存在一个谐振频率，则Ck电容器在制造期间可以选择/调谐仅一次并且基于线圈215(L1)以及在短负载偶极子220中导电结构225、230的电容Ca的预期变化进行设置。
图4是包括耦合到RFIC电路和双线圈NFEMI天线200的升压电路302的示例400仿真电路。在这个例子中，RFIC电路中的调谐电容器设置为53.2pF，电阻12000是包括RFIC电路的调谐组中的电阻器组的总损耗，并且短负载偶极子220中的导电结构225、230的电容为6.12pF。
图5是对应于图4所示的模拟电路的电压示例500集合。示出了：VRFIC 502、Vcoil504、Vant 506、升压电路320增加508和第二线圈217(L2)增加510。因此，即使VRFIC仅为4V，Vant也会高达10.2V。
在各个示例实施例中，近场通信电路和天线包括在各种无线通信产品中，从而可能具有靠近人体的应用，如以下中：消费者生活方式、个人医疗保健区域和身体联网产品。
在各个示例实施例中，近场通信电路和天线可以呈平衡或单端配置。在各个示例实施例中，近场通信电路和天线可以具有平面或螺旋形状。在各个示例实施例中，近场通信电路和天线可以是无线可穿戴装置、助听器、耳塞、智能手表或智能电话的一部分。
除非明确规定特定顺序，否则以上附图中讨论的各个指令和/或操作步骤可以按任何顺序执行。而且，本领域技术人员应认识到，虽然已经讨论了指令/步骤的一些示例集合，但是本说明书中的材料也可以通过各种方式组合以产生其它例子，并且应当在本详细说明所提供的上下文内进行理解。
在一些示例实施例中，这些指令/步骤被实施为功能和软件指令。在其它实施例中，指令可以使用逻辑门、专用芯片、固件以及其它硬件形式来实施。
当指令被具体化为非暂时性计算机可读或计算机可用媒体中的可执行指令集时，所述可执行指令在用所述可执行指令编程并由所述可执行指令控制的计算机或机器上实现。加载所述指令以在处理器(如一个或多个CPU)上执行。所述处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)或其它控制或者计算装置。处理器可以指单个部件或多个部件。所述一个或多个计算机可读或计算机可用存储媒体被视为物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何制造的单个部件或多个部件。如本文所限定的非暂时性机器或一个或多个计算机可用媒体不包括信号，但是一个或多个这种媒体可以能够接收和处理来自信号和/或其它暂时性媒体的信息。
应当容易理解的是，如本文中总体上描述的并且在附图中示出的本实施例的部件可以被布置和设计成各种不同配置。因此，如附图所示，各个实施例的详细描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅表示各个实施例。虽然附图中呈现了实施例的各个方面，但除非特别指示，否则附图不一定按比例绘制。
在不偏离本发明的精神或基本特性的情况下，本发明可以以其它具体形式体现。所描述的实施例应在所有方面均仅被视为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而非本详细描述指示。落入权利要求书的同等含义和范围内的所有改变均应包含在权利要求书的范围内。
贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的引用并不暗示可以用本发明实现的所有特征和优点应当处于或已经处于本发明的任何单个实施例中。相反，引用特征和优点的语言被理解成意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定指代同一个实施例。
此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以以任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。相关领域技术人员应认识到，鉴于本文中的描述，可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它实例中，可以在某些实施例中认识到可能并不存在于本发明的所有实施例中的另外的特征和优点。
贯穿本说明书对“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(an embodiment)”或类似语言的引用意味着结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中(in one embodiment/in anembodiment)”和类似语言可以但不一定全都指代同一个实施例。
Claims (10)
1.一种近场电路，其特征在于，被配置成耦合到近场天线，其中所述近场天线包括第一导电结构、第二导电结构、第一馈电连接和第二馈电连接，其中所述第一导电结构和第二导电结构被配置成发射和/或接收非传播的准静态电(E)场信号，所述近场电路包括：
发射电路，所述发射电路具有第一耦合连接和第二耦合连接；
升压电路，所述升压电路被配置成串联耦合在所述发射电路的所述第一耦合连接与所述近场天线的所述第一馈电连接之间；
其中所述发射电路的所述第二耦合连接被配置成耦合到所述近场天线的所述第二馈电连接。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述第一导电结构和所述第二导电结构一起形成短负载偶极子电近场天线。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述升压电路是电容器；
其中所述电容器的一端耦合到所述发射电路的所述第一耦合连接；且
其中所述电容器的另一端被配置成耦合到所述近场天线的所述第一馈电连接。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述升压电路是被配置成调整所述近场电路与所述近场天线之间的电压增益的放大器。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述升压电路是被配置成调整所述近场电路与所述近场天线之间的电压增益的负阻抗元件。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述升压电路是被配置成调整所述近场电路与所述近场天线之间的电压增益的线圈。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述升压电路在物理上定位成比所述近场天线更靠近所述发射电路。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述近场天线进一步包括耦合到所述第一导电结构和所述第一馈电连接的第一磁性线圈；且
其中所述第一磁性线圈被配置成发射和/或接收非传播的准静态磁(H)场信号。
9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述近场天线进一步包括第一磁性线圈和第二磁性线圈；
其中所述第一磁性线圈耦合在所述第一馈电连接与所述第二馈电连接之间；
其中所述第二磁性线圈耦合在所述第一馈电连接与所述第一导电结构之间；
其中所述第一磁性线圈和所述第二磁性线圈串联耦合；且
其中所述第一磁性线圈和所述第二磁性线圈被配置成发射和/或接收非传播的准静态磁(H)场信号。
10.一种近场装置，其特征在于，包括：
近场天线，所述近场天线包括，
第一导电结构；
第二导电结构；
第一馈电连接；以及
第二馈电连接；
其中所述第一导电结构和第二导电结构被配置成发射和/或接收非传播的准静电(E)场信号；
发射电路，所述发射电路具有第一耦合连接和第二耦合连接；以及
升压电路，所述升压电路串联耦合在所述发射电路的所述第一耦合连接与所述近场天线的所述第一馈电连接之间；
其中所述发射电路的所述第二耦合连接耦合到所述近场天线的所述第二馈电连接。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/155,219 US10566690B1 (en) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | Near-field induction voltage boost circuit |
| US16/155,219 | 2018-10-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111030734A CN111030734A (zh) | 2020-04-17 |
| CN111030734B true CN111030734B (zh) | 2022-11-15 |
Family
ID=69528386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910957441.3A Active CN111030734B (zh) | 2018-10-09 | 2019-10-09 | 近场感应升压电路和近场装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10566690B1 (zh) |
| CN (1) | CN111030734B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10812149B1 (en) * | 2020-01-16 | 2020-10-20 | Nxp B.V. | Multi-mode near-field device |
| US11677151B2 (en) * | 2020-09-11 | 2023-06-13 | Nxp B.V. | Near-field communications device |
| CN116745993A (zh) * | 2021-02-26 | 2023-09-12 | 华为技术有限公司 | 天线装置和通信方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004034317A2 (fr) * | 2002-10-09 | 2004-04-22 | Inside Contactless | Circuit integre rfid-uhf |
| CN103299325A (zh) * | 2011-01-14 | 2013-09-11 | 株式会社村田制作所 | Rfid芯片封装以及rfid标签 |
| CN105446127A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-30 | 惠州硕贝德无线科技股份有限公司 | 具有近场通讯的可穿戴设备 |
| CN106486778A (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-08 | 恩智浦有限公司 | 天线系统 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296866A (en) | 1991-07-29 | 1994-03-22 | The United States Of America As Represented By The Adminsitrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Active antenna |
| US6025811A (en) * | 1997-04-21 | 2000-02-15 | International Business Machines Corporation | Closely coupled directional antenna |
| US6940264B2 (en) * | 2004-01-29 | 2005-09-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Near field probe |
| CN203277630U (zh) | 2013-04-08 | 2013-11-06 | 卜放 | 天线振子放大器板及车载天线系统 |
| EP3128672B1 (en) * | 2015-08-03 | 2021-01-06 | Advanced Automotive Antennas, S.L.U. | Impedance matching circuit |
| US11011826B2 (en) * | 2017-01-31 | 2021-05-18 | Nxp B.V. | Near-field electromagnetic induction (NFEMI) device |
-
2018
- 2018-10-09 US US16/155,219 patent/US10566690B1/en active Active
-
2019
- 2019-10-09 CN CN201910957441.3A patent/CN111030734B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004034317A2 (fr) * | 2002-10-09 | 2004-04-22 | Inside Contactless | Circuit integre rfid-uhf |
| CN103299325A (zh) * | 2011-01-14 | 2013-09-11 | 株式会社村田制作所 | Rfid芯片封装以及rfid标签 |
| CN106486778A (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-08 | 恩智浦有限公司 | 天线系统 |
| CN105446127A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-30 | 惠州硕贝德无线科技股份有限公司 | 具有近场通讯的可穿戴设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111030734A (zh) | 2020-04-17 |
| US10566690B1 (en) | 2020-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106486778B (zh) | 天线系统 | |
| US10622729B2 (en) | Near-field antenna | |
| CN111030734B (zh) | 近场感应升压电路和近场装置 | |
| US11011826B2 (en) | Near-field electromagnetic induction (NFEMI) device | |
| US10277284B1 (en) | Near-field device | |
| US10992392B2 (en) | Near-field electromagnetic induction (NFEMI) ratio control | |
| US10615502B2 (en) | Near-field electromagnetic induction (NFEMI) antenna | |
| US10862542B1 (en) | Near-field converter | |
| EP3389135B1 (en) | Near-field electromagnetic induction (nfemi) antenna | |
| CN110994140A (zh) | 近场电磁感应（nfemi）天线 | |
| EP3787192B1 (en) | Quality-factor control for a near-field wireless device | |
| US10763921B1 (en) | Near-field electromagnetic induction device | |
| EP3723195A1 (en) | Combination near-field and far-field antenna | |
| US11038556B1 (en) | Near-field communications device | |
| EP3691135A1 (en) | Near-field communications device | |
| EP3917022B1 (en) | Near-field wireless device | |
| EP3934116B1 (en) | Near-field communications device | |
| EP3863186A1 (en) | Near-field electromagnetic induction (nfemi) antenna | |
| CN112543042A (zh) | 近场装置 | |
| EP3866345A1 (en) | Near-field electromagnetic induction (nfemi) antenna |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |