CN113394556A - 调谐组件及nfc装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种调谐组件及NFC装置，所述调谐组件包括：控制模块及补偿模块；所述补偿模块包括至少两个补偿单元；所述补偿单元用于并联于NFC装置的天线匹配电路上；所述控制模块根据预设逻辑，控制至少两个所述补偿单元的开闭状态，以调节所述天线匹配电路与所述补偿模块的组合体的阻抗。如此配置，控制模块通过控制至少两个补偿模块的开闭状态，可以实时地调节天线匹配电路与补偿模块的组合体的阻抗，从而可以补偿因各种原因导致的天线失谐，保证了NFC装置的通信性能。

Description

调谐组件及NFC装置
技术领域
本发明涉及近场通信技术领域，特别涉及一种调谐组件及NFC装置。
背景技术
在现有的NFC产品中，天线匹配部分电路的阻抗在元器件列表(BOM)冻结后便已经确定，不能通过其他手段来改变电路阻抗值。在理想环境中，元器件和天线都保持稳定不变的参数，天线匹配电路只需要在设计过程中调试一次，即可稳定高效的工作。但在实际中，天线匹配电路常会失谐，天线匹配电路的失谐可能导致产品性能的降低，如通信距离的减小、性能降低或无法通信。失谐的常见原因有如下几种：
1)天线参数随环境的影响而改变，天线参数的改变会使天线匹配电路失谐，这些环境的影响如可能是因为天线安装的位置靠近金属物导致的；
2)温度变化导致元器件参数的变化，导致天线匹配电路失谐；
3)元器件误差，生产工艺差等问题导致电路参数的误差大，导致天线匹配电路失谐；
4)元器件的老化也会使元器件的参数变化，同样会使天线匹配电路失谐；
5)卡片靠近读卡器，卡片天线和读卡器天线相互影响(互感)，造成读卡性能下降；读卡器通常设计为最大读卡范围，当卡片靠近读卡器时，卡片天线和读卡器天线相互影响(互感)，将会导致读卡器的性能降低。在这种情形下，当卡片远离读卡器时，可以正常通信，但当卡片靠近读卡器时，反而可能会无法通信。
发明内容
本发明的目的在于提供一种调谐组件及NFC装置，以解决现有NFC天线在使用中因失谐而使通信性能降低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种调谐组件，用于NFC装置，所述调谐组件包括：控制模块及补偿模块；所述补偿模块包括至少两个补偿单元；
所述补偿单元用于并联于NFC装置的天线匹配电路上；
所述控制模块根据预设逻辑，控制至少两个所述补偿单元的开闭状态，以调节所述天线匹配电路与所述补偿模块的组合体的阻抗。
可选的，所述补偿单元包括电容。
可选的，所述控制模块还用于检测接受信号的功率和/或相位；所述预设逻辑包括：基于检测得到的接受信号的功率和/或相位得到预期补偿容值，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制。
可选的，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制的步骤包括：
获取当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
获取补偿容值表，于所述补偿容值表中选取与所述差值最接近的补偿容值所对应的所述补偿单元的开闭组合；
所述控制模块根据所述开闭组合控制各所述补偿单元的开闭状态。
可选的，所述补偿容值表基于所述补偿单元的所有开闭排列组合得到。
可选的，所有所述补偿单元的电容的容值均相同，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制的步骤包括：
获取当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
根据所述差值确定所述补偿单元的开启数量。
所述控制模块根据所述开启数量控制各所述补偿单元的开闭状态。
可选的，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制的步骤包括：
获取当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
利用遍历法得到与所述差值最接近的所述补偿单元的开闭组合；
所述控制模块根据所述开闭组合控制各所述补偿单元的开闭状态。
可选的，所述控制模块被配置为，检测接受信号的功率和/或相位的步骤，以及对所述补偿单元进行控制的步骤均在NFC装置的读卡轮询时段内执行。
可选的，所述调谐组件包括两个补偿模块，所述调谐组件用于传输差分信号的NFC装置，两个所述补偿模块的补偿单元分别用于并联于NFC装置的两个天线匹配电路上。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种NFC装置，其包括包括NFC天线、天线匹配电路及如上所述的调谐组件；所述NFC天线与所述天线匹配电路连接，所述调谐组件的补偿单元并联于所述天线匹配电路上。
综上所述，在本发明提供的调谐组件及NFC装置中，所述调谐组件包括：控制模块及补偿模块；所述补偿模块包括至少两个补偿单元；所述补偿单元用于并联于NFC装置的天线匹配电路上；所述控制模块根据预设逻辑，控制至少两个所述补偿单元的开闭状态，以调节所述天线匹配电路与所述补偿模块的组合体的阻抗。
如此配置，控制模块通过控制至少两个补偿模块的开闭状态，可以实时地调节天线匹配电路与补偿模块的组合体的阻抗，从而可以补偿因各种原因导致的天线失谐，保证了NFC装置的通信性能。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是一种天线电路的原理框图；
图2是本发明一实施例的天线电路的原理框图；
图3是本发明一实施例的调谐组件的示意图；
图4是本发明一实施例的天线失谐而未设置调谐组件时的史密斯圆图示意；
图5是本发明一实施例的天线失谐而设置有调谐组件时的史密斯圆图示意；
图6是本发明一实施例的传输差分信号的天线电路的原理框图。
附图中：
01-微处理器控制模块；02-匹配电路；03-天线；
10-调谐组件；11-控制模块；111-MOS管；112-检测单元；12-补偿模块；120-补偿单元；20-天线匹配电路；30-NFC天线。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，术语“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本说明书中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位；如在本说明书中所使用的“上”、“下”、“高”、“低”、“顶”、“底”应理解为根据重力的影响，位于距离地面相对不同的位置，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本说明书中的具体含义。
本发明的目的在于提供一种发射线圈及磁共振装置，以解决现有技术中发射线圈信噪比较低的问题。
以下参考附图进行描述。
请参考图1至图6，其中，图1是一种天线电路的原理框图；图2是本发明一实施例的天线电路的原理框图；图3是本发明一实施例的调谐组件的示意图；图4是本发明一实施例的天线失谐而未设置调谐组件时的史密斯圆图示意；图5是本发明一实施例的天线失谐而设置有调谐组件时的史密斯圆图示意；图6是本发明一实施例的传输差分信号的天线电路的原理框图。
图1示出了一种天线电路的原理框图，其包括微处理器控制模块01、匹配电路02以及天线03，微处理器控制模块01的端口经过匹配电路02连接到天线03。在图1示出的天线电路中，匹配电路02如可包括电容，选取合适的电容可以使匹配电路02的阻抗值满足预期的需求。但是图1所示出的天线电路存在的问题也如背景技术所述，难以适应各种因素导致的失谐。
发明人发现，为了补偿失谐的影响，一种简单方法是更改匹配电路02中电容的容值，如采用可调电容，以此来调节LC天线谐振电路的谐振频率。然而常用的可调电容主要是通过机械式地旋动旋钮的方式来调节容值，并无法实时地自动地对所需的容值进行调整，难以实时地匹配电路的失谐。
请参考图2，基于上述分析和研究，本实施例提供一种调谐组件10，用于NFC装置，所述调谐组件10包括：控制模块11及补偿模块12；所述补偿模块12包括至少两个补偿单元120；所述补偿单元120用于并联于NFC装置的天线匹配电路20上；所述控制模块11根据预设逻辑，控制至少两个所述补偿单元120的开闭状态，以调节所述天线匹配电路20与所述补偿模块12的组合体的阻抗(亦即执行失谐校准)。进一步的，本实施例还提供一种NFC装置，其包括NFC天线30、天线匹配电路20及如上所述的调谐组件10；所述NFC天线30与所述天线匹配电路20连接，所述调谐组件10的补偿单元120并联于所述天线匹配电路20上。这里的补偿单元120，其可以通过自身的开闭状态的转换，来调节天线匹配电路20与所述补偿模块12的组合体的阻抗，可选的，所述补偿单元120包括电容。由于调谐组件10中包括至少两个补偿单元120，因此控制模块11通过对至少两个补偿单元120的开闭状态的控制，可以实现对NFC天线30不同的补偿力度，从而使NFC天线30在失谐时，能够按照较优的方式进行补偿。由此，控制模块11通过控制至少两个补偿单元120的开闭状态，可以实时地调节天线匹配电路20的阻抗，从而可以补偿因各种原因导致的天线失谐，保证了NFC装置的通信性能。
请参考图2和图3，在一个示范例中，控制模块11如可包括微控制器芯片，微控制器芯片的内部集成了多路MOS管111，补偿模块12包括4个补偿单元120，每个补偿单元120分别包括一个固定容值的电容，每个补偿单元120的一端分别与一路不同的MOS管111连接，4个补偿单元120的另一端相互连接，进而并联至天线匹配电路20上，使得补偿模块12与天线匹配电路20共同组成了一个新的组合体。微控制器芯片内部集成的多路MOS管111可作为多路开关，可通过更改微控制器芯片内的相应的寄存器来配置多路MOS管111的状态，一路MOS管111导通，则相当于该路连接的补偿单元120中的电容被并联至天线匹配电路20上，由此，使得补偿模块12与天线匹配电路20组成的组合体的阻抗根据各补偿单元120的导通与否，结合原来的天线匹配电路20共同确定。即通过MOS管对补偿单元120中的电容的选通，实现对组合体的阻抗的调节。当然上述示范例中的4个补偿单元120仅为补偿模块12的一个示例而非对补偿模块12的限定，在其它实施例中补偿模块12中包括的补偿单元120的数量并不限于为4个，对于每个补偿单元120中的电容的数量也不限于为一个，本领域技术人员可根据实际对每个补偿单元120中的多个电容进行串并联设置。
进一步的，所述控制模块11还用于检测接受信号的功率和/或相位；所述预设逻辑包括：基于检测得到的接受信号的功率和/或相位得到预期补偿容值，根据当前所述补偿模块12的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元120进行控制。可选的，控制模块11的微控制器芯片的内部如可集成检测单元112，检测单元112可以检测接受信号的功率和/或相位。具体的，接受信号的功率的测量如可通过振幅测量电路实现，本领域技术人员可根据现有技术对振幅测量电路以及相位测量电路进行配置，这里不作展开说明。进而，控制模块11可根据接受信号的功率和/或相位计算得到预期补偿容值，该预期补偿容值即对于当前的NFC天线30和天线匹配电路20的参数，补偿模块12预期应提供的理论补偿容值。可以理解的，补偿模块12提供的补偿容值应尽量与该预期补偿容值相等或相近。
在一些实施例中，所有所述补偿单元120的电容的容值均相同，在这种情况下，根据当前所述补偿模块12的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制的步骤包括：
步骤SA1：获取当前所述补偿模块12的等效容值与所述预期补偿容值的差值；该步骤可以由检测单元112执行。
步骤SA2：根据所述差值确定所述补偿单元120的开启数量；该步骤可以由控制模块11执行。
步骤SA3：所述控制模块11根据所述开启数量控制各所述补偿单元120的开闭状态。例如在一个示范例中，补偿模块12包括4个补偿单元120，每个补偿单元120的电容的容值均相同，则可以理解的，补偿模块12的可调节范围实际上为5个档位，即相当于分别并联0～4个电容。控制模块11可以根据步骤SA2中确定的开启数量，选择导通对应数量的补偿单元120，而具体对于导通的补偿单元120的顺序则不作限制。该方案计算量小，实现方便，但若补偿模块12包含的补偿单元120数量较少时，补偿模块12的调节档位较少，调节精度稍低。进一步的，每个补偿单元120的电容的容值可以在生产阶段标定。
在另一些实施例中，根据当前所述补偿模块12的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元120进行控制的步骤包括：
步骤SB1：获取当前所述补偿模块12的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
步骤SB2：利用遍历法得到与所述差值最接近的所述补偿单元120的开闭组合；在一个可选的示例中，遍历法可以是控制模块11依次对各补偿单元120进行导通，分别测得补偿模块12的反馈的等效容值，并从中选取等效容值与所述差值最接近的补偿单元120的开闭组合。
步骤SB3：所述控制模块11根据所述开闭组合控制各所述补偿单元120的开闭状态。
采用步骤SB1～步骤SB3的方法可以对应于各补偿单元120的电容的容值相同或不同的各种情况。在对应于各补偿单元120的电容的容值相同的情况下，虽然在生产阶段对各补偿单元120的电容的容值进行了标定，但实际中，各补偿单元120的电容的容值可能因为老化和温度等环境因素的不同而产生离散，若采用步骤SA1～步骤SA3的方法，其调节精度会受到一定的影响。而采用遍历法，则可对应于各种电容容值情况，且由于遍历法可以实时地得到补偿模块12所反馈的等效容值，控制模块11可以从补偿单元120中选择实际中最接近于所述差值的开闭组合，从而使得最终的调节精度较高。当然该方案的计算量较大，微控制器芯片需有一定的算力。
在其它的一些实施例中，根据当前所述补偿模块12的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元120进行控制的步骤包括：
步骤SC1：获取当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
步骤SC2：获取补偿容值表，于所述补偿容值表中选取与所述差值最接近的补偿容值所对应的所述补偿单元120的开闭组合；
步骤SC3：所述控制模块11根据所述开闭组合控制各所述补偿单元120的开闭状态。
采用步骤SC1～步骤SC3的方法可以对应于各补偿单元120的电容的容值相同或不同的各种情况，补偿容值表对应于所有补偿单元120的各种开闭组合下，补偿模块12各种等效容值。由此，控制模块11只需在补偿容值表中查找与所述差值最接近的补偿容值，并按照其对应的补偿单元120的开闭组合进行控制，即可实现对补偿模块12的补偿容值的调节。其计算量较小，也能应对于各种容值的电容的组合。
可选的，所述补偿容值表基于所述补偿单元120的所有开闭排列组合得到。实际中，对于根据标定的各补偿单元120的电容的容值，可以通过排列组合的方式得到补偿模块12的所有可能的等效容值，将其列成补偿容值表，并优选预置入微控制器芯片中。这样在使用中，控制模块11无需对补偿模块12实际的等效容值进行检测，而只需要根据步骤SC1得到的差值，在补偿容值表中查表即可确定具体的补偿单元120的开闭组合，速度快、计算量小且准确度高。
在NFC装置中，基于ISO14443A/B协议，读卡器在读卡时的轮询时段最大为5ms，读卡轮询时段是为了激活卡片进行初始化，在此最大5ms时间内，读卡器只发送载波信息，不发送具体命令。发明人发现，可以利用这段读卡轮询时段，来完成失谐校准。具体的，所述控制模块11被配置为，检测接受信号的功率和/或相位的步骤，以及对所述补偿单元120进行控制的步骤均在NFC装置的读卡轮询时段内执行。由此，控制模块11在读卡轮询时段内完成失谐校准，不会影响正常的通信。
进一步的，所述控制模块11被配置为，在NFC装置通讯前，至少执行一次所述检测接受信号的功率和/或相位的步骤，以及至少执行一次对所述补偿单元120进行控制的步骤。在一些实施例中，为了补偿卡片靠近读卡器时引起的天线失谐，在每次的通讯前，都执行至少一次检测和补偿的步骤，即至少执行一次失谐校准，从而可以保证近距离读卡时不会失效。当然在其它的一些实施例中，在通讯前的读卡轮询时段内，可以执行两次以上的检测或补偿的步骤，本实施例对此不限。
优选的，请参考图6，所述调谐组件10包括两个补偿模块12，所述调谐组件10用于传输差分信号的NFC装置，两个所述补偿模块12的补偿单元120分别用于并联于NFC装置的两个天线匹配电路20上。在射频信号定义为差分形式时，NFC装置包括两个天线匹配电路20，此时调谐组件10的两个补偿模块12分别并联于一个天线匹配电路20上，两个补偿模块12优选相同，即两个补偿模块12优选保护同样数量的补偿单元120，两个补偿模块12相对的补偿单元120采用相同容值的电容。
下面结合一个具体的示例，对本实施例提供的调谐组件及NFC装置的效果进行对比说明。
请参考图4和图5，在一个示范例中，在13.56Mhz频段下将天线阻抗调整到15～25Ω(指纯阻值，是最为理想的情况)，即理想阻抗为20+0jΩ。在未设置调谐组件，天线失谐时测得天线的阻抗：实部8.7751，虚部8.7788，即阻抗为8.7751+8.7788jΩ，结合图4中的点A可以看出，和理想阻抗相差较多。
而基于本实施例提供的调谐组件，对天线匹配电路20进行补偿后，在13.56Mhz频段下天线的阻抗变为：21.674+2.6933jΩ，结合图5中的点C可以看出，和理想阻抗值误差较小，成功的改善了天线因各种原因造成失谐。
综上所述，在本发明提供的调谐组件及NFC装置中，所述调谐组件包括：控制模块及补偿模块；所述补偿模块包括至少两个补偿单元；所述补偿单元用于并联于NFC装置的天线匹配电路上；所述控制模块根据预设逻辑，控制至少两个所述补偿单元的开闭状态，以调节所述天线匹配电路与所述补偿模块的组合体的阻抗。如此配置，控制模块通过控制至少两个补偿模块的开闭状态，可以实时地调节天线匹配电路与补偿模块的组合体的阻抗，从而可以补偿因各种原因导致的天线失谐，保证了NFC装置的通信性能。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种调谐组件，用于NFC装置，其特征在于，包括：控制模块及补偿模块；所述补偿模块包括至少两个补偿单元；
所述补偿单元用于并联于NFC装置的天线匹配电路上；
所述控制模块根据预设逻辑，控制至少两个所述补偿单元的开闭状态，以调节所述天线匹配电路与所述补偿模块的组合体的阻抗。
2.根据权利要求1所述的调谐组件，其特征在于，所述补偿单元包括电容。
3.根据权利要求2所述的调谐组件，其特征在于，所述控制模块还用于检测接受信号的功率和/或相位；所述预设逻辑包括：基于检测得到的接受信号的功率和/或相位得到预期补偿容值，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制。
4.根据权利要求3所述的调谐组件，其特征在于，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制的步骤包括：
获取当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
获取补偿容值表，于所述补偿容值表中选取与所述差值最接近的补偿容值所对应的所述补偿单元的开闭组合；
所述控制模块根据所述开闭组合控制各所述补偿单元的开闭状态。
5.根据权利要求4所述的调谐组件，其特征在于，所述补偿容值表基于所述补偿单元的所有开闭排列组合得到。
6.根据权利要求3所述的调谐组件，其特征在于，所有所述补偿单元的电容的容值均相同，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制的步骤包括：
获取当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
根据所述差值确定所述补偿单元的开启数量；
所述控制模块根据所述开启数量控制各所述补偿单元的开闭状态。
7.根据权利要求3所述的调谐组件，其特征在于，根据当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值对所述补偿单元进行控制的步骤包括：
获取当前所述补偿模块的等效容值与所述预期补偿容值的差值；
利用遍历法得到与所述差值最接近的所述补偿单元的开闭组合；
所述控制模块根据所述开闭组合控制各所述补偿单元的开闭状态。
8.根据权利要求3所述的调谐组件，其特征在于，所述控制模块被配置为，检测接受信号的功率和/或相位的步骤，以及对所述补偿单元进行控制的步骤均在NFC装置的读卡轮询时段内执行。
9.根据权利要求1所述的调谐组件，其特征在于，所述调谐组件包括两个补偿模块，所述调谐组件用于传输差分信号的NFC装置，两个所述补偿模块的补偿单元分别用于并联于NFC装置的两个天线匹配电路上。
10.一种NFC装置，其特征在于，包括NFC天线、天线匹配电路及根据权利要求1～9中任一项所述的调谐组件；所述NFC天线与所述天线匹配电路连接，所述调谐组件的补偿单元并联于所述天线匹配电路上。
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