CN113556152A - 接收器电路、发送器电路、全双工电路和通信方法 - Google Patents

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CN113556152A CN202110419176.0A CN202110419176A CN113556152A CN 113556152 A CN113556152 A CN 113556152A CN 202110419176 A CN202110419176 A CN 202110419176A CN 113556152 A CN113556152 A CN 113556152A
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Abstract

本文涉及接收器电路、发送器电路、全双工电路和通信方法。根据本文描述的实施方式，在NFC发送器电路与NFC接收器电路之间发送正交载波信号。在一个实施方式中，一个载波信号未被调制以确保至接收器电路的不间断的能量传输。在另一实施方式中，正交载波用于实现全双工近场通信。

Description

接收器电路、发送器电路、全双工电路和通信方法
技术领域
本公开内容涉及近场通信(NFC)领域，尤其涉及与近场通信(NFC)结合使用的电路、方法和设备。
背景技术
近场通信(NFC)表示一种用于使用电磁耦合感应器在相对短的距离(例如几厘米)内进行非接触式数据交换的标准化数据传输技术。NFC基于众所周知的RFID技术，并允许每秒数百kb(千比特)的数据速率。当前，NFC主要用于“微支付”(小额的非现金支付)领域以及访问控制领域。其他应用例如包括在经由例如蓝牙、无线LAN等建立通信链路的过程中的认证数据的传输。最近已经开发了传感器应用，其允许例如由移动设备使用NFC获取测量数据。在ISO/IEC 18092(近场通信接口和协议1)和ISO/IEC 21481(近场通信接口和协议2)中对NFC进行了标准化。
为了执行上述支付功能，许多移动设备(例如智能电话)都配备有NFC收发器。这样的设备通常称为启用NFC的设备或NFC读取器。它们的对应物通常称为NFC标签或NFC应答器。NFC应答器通常没有自己的能量供应，并且从用于NFC的电磁场(NFC场)获得其操作所需的电能。NFC场通常由NFC读取器(例如智能电话)生成。也就是说，能量经由NFC场从NFC读取器传送至NFC应答器，而数据传输可以沿两个方向。实现近场通信所需的NFC应答器的大多数电路系统都集成在下面也称为NFC芯片的单个芯片中。
NFC读取器和NFC芯片/应答器的天线通常是可以在例如印刷电路板(PCB)上形成的简单导体环。在天线电路中，这样的导体环表示相应的感应器，这些感应器与相应的电容器一起形成谐振电路。为了从启用NFC的设备到NFC应答器进行有效的能量传送，相应的天线电路通常在相同的谐振频率下操作，这将得到最大的电磁耦合。结果，在NFC应答器的天线中感应的电压达到最大。在标准应用中，谐振频率通常为13.56MHz。NFC应答器的NFC芯片被配置成从NFC场生成自己的供电电压。
如所提及的，基本上是RFID技术的NFC最初是为诸如无线支付和访问控制的应用而设计的，在这些应用中，应答器基本上可以在单个半导体芯片中实现，而没有或只有很少的外部电路部件(除天线之外)。此外，在这样的应用中，NFC应答器仅需要在非常短的时间间隔期间活动。因此，可以容易地通过NFC场的能量来为常见NFC应答器中使用的NFC芯片供电。然而，随着NFC与更复杂的应用越来越多地结合使用，NFC场的功率可能不足以可靠地为NFC应答器供电。例如在包括需要相对高的供电电流的其他电路系统或微控制器的传感器应用中，情况可能尤其如此，并且由于此原因，需要额外的电源(例如电池)来操作NFC应答器。
在NFC读取器正向NFC应答器发送数据时，从NFC读取器到NFC应答器的能量传送会特别减少，这是因为NFC中通常使用的幅度调制(ASK幅移键控)会降低载波信号的平均幅度，并且因此会降低NFC场的平均功率。幅度降低的程度取决于调制指数。实际上，调制指数可能高达100％，从而导致从NFC读取器到NFC应答器的功率传送的或多或少有规律的中断。
发明人已经发现需要改进NFC技术以允许增加至NFC应答器的能量传送。此外，当前的NFC技术仅允许半双工数据传送，而对于某些应用，可能期望全双工数据传送。
发明内容
本文描述了用于近场通信(NFC)的接收器电路以及相应的发送器电路。根据一个实施方式，接收器电路包括天线端口，该天线端口被配置成从NFC天线接收RF信号，该RF信号是经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号的叠加，其中，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。此外，接收器电路包括供电电路，该供电电路耦合至天线端口并且被配置成根据所接收的RF信号生成供电电压。此外，接收器电路包括信号处理电路系统，该信号处理电路系统被配置成对RF信号进行解调以获得与经幅度调制的第一载波信号相对应的基带信号，并且基于该基带信号生成比特流。
根据一个实施方式，相应的发送器电路包括天线端口，该天线端口被配置成向NFC天线输出射频(RF)信号。此外，发送器电路包括信号处理电路系统，该信号处理电路系统被配置成：基于要发送的比特流生成基带信号，使用基带信号对第一载波信号进行幅度调制；以及将经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号叠加以获得表示RF信号的信号。由此，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。
其他实施方式涉及用于NFC接收器电路和发送器电路的相应方法。根据一个实施方式，一种用于接收器电路的方法，包括：从NFC天线端口接收RF信号，该RF信号是经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号的叠加，其中，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。该方法还包括根据所接收的RF信号生成供电电压；对RF信号进行解调以获得与经幅度调制的第一载波信号相对应的基带信号；以及基于基带信号生成比特流。
根据一个实施方式，用于发送器电路的相应方法包括：基于要发送的比特流生成基带信号，以及使用该基带信号对第一载波信号进行幅度调制。该方法还包括将经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号叠加以获得RF信号，其中，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。此外，该方法包括将表示RF信号的模拟信号输出至NFC天线端口。
其他实施方式涉及用于全双工近场通信(NFC)的电路和相应方法。根据一个实施方式，该电路包括天线端口，该天线端口被配置成向NFC天线输出第一RF信号并且从NFC天线接收第二RF信号。该电路还包括信号处理电路系统，该信号处理电路系统被配置成基于要发送的比特流生成第一基带信号；使用第一基带信号对第一载波信号进行幅度调制，其中，第一RF信号表示经调制的第一载波信号；使用第二载波信号对第二RF信号进行解调，以获得第二基带信号；以及基于第二基带信号生成第二比特流。由此，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。
根据一个实施方式，一种用于全双工近场通信(NFC)的相应方法，包括：基于要发送的比特流生成第一基带信号；使用第一基带信号对第一载波信号进行幅度调制；以及在NFC天线端口处输出表示经调制的第一载波信号的第一RF信号。该方法还包括在NFC天线端口处接收第二RF信号；使用第二载波信号对第二RF信号进行解调，以获得第二基带信号；以及基于第二基带信号生成第二比特流。另外，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。
附图说明
参考以下附图和描述可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制；替代地，重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相似的附图标记指代相应的部分。在附图中：
图1示出了NFC芯片/应答器与启用NFC的设备(NFC读取器)例如智能电话等的耦合。
图2示出了NFC读取器的改进的发送器部分的一个示例。
图3示出了NFC应答器的与图2的发送器相对应的接收器部分的一个示例。
图4在(a)中示出了在常见的16-QAM传输中使用的星座图QAM以及在(b)中示出在图2和图3的示例中使用的星座图QAM。
图5示出了允许全双工通信的NFC读取器的收发器的一个示例。
图6示出了允许与图5的NFC读取器进行全双工通信的NFC应答器的收发器的一个示例。
图7和图8是分别示出用于图2和图3的NFC发送器电路和接收器电路的相应方法的流程图。
图9是示出例如由图5和图6的收发器执行的用于全双工近场通信的方法的一个示例的流程图。
具体实施方式
如上面所提及的，近场通信(NFC)是用于在启用NFC的设备2(NFC读取器)(例如，平板计算机、智能电话或任何其他移动设备)与NFC芯片1之间进行能量和数据传输的标准化技术，NFC芯片1可以用作NFC应答器、RFID标签或者仅用作允许其他电路(例如传感器电路)与NFC读取器2通信的NFC通信接口。这种情况在图1中进行了说明。通常，NFC不仅用于(例如双向)数据传输，而且还用于从NFC读取器2到NFC芯片1的能量的(单向)传输。通常使用导体环(即扁平线圈)来实现NFC芯片1和NFC读取器2的天线，数据传输以及能量传输基于两个天线的感应耦合。
NFC芯片可以用于各种应用中。如今，NFC主要用于例如支付系统或访问控制系统中的认证。最近，NFC还开始用于更复杂的应用例如传感器应用，以在(例如，包括在NFC芯片1中)的传感器电子装置与启用NFC的设备之间提供通信链路，然后可以NFC被用于由传感器电子装置提供的测量数据的数字后处理和/或在启用NFC的设备(例如，智能电话或平板PC)的屏幕上显示由传感器电子装置提供的测量数据。附加地或替选地，启用NFC的设备2可以在传感器电子装置与经由例如局域网或因特网连接至启用NFC的设备2的主机计算机之间形成“桥”。此外，启用NFC的设备2可以用作针对传感器电子装置的输入设备。因此，NFC允许启用NFC的设备充当用于传感器应用的人机接口。
要由应答器发送认证数据的应用基本上被实现为具有较低的的复杂性，并且这样的应用仅需要相对少量的功率来操作。此外，NFC芯片(应答器)仅需要在相对短的时间内活动。更复杂的应用例如传感器应用可以包括与普通NFC应答器相比在更长的时间段内消耗更多功率的电子电路。在这样的应用中，由于NFC读取器生成的NFC场不能传输足够的能量来可靠地操作NFC应答器，因此NFC应答器可能需要单独的电源(例如电池)。
在NFC通信有效时，NFC场的功率的不连续传输可能引起其他问题。根据相关标准，使用幅度调制(即幅移键控(ASK))将数据从NFC读取器发送至NFC应答器。因此，调制指数取决于实际实现，尽管它可以高达100％，这意味着在发送“0”符号时载波信号被消隐(blanked)。在这种情况下，能量传送会有规律地被中断(每当发送“0”符号时)，这导致在NFC读取器正在发送时能量传送不连续，并且相应地传送至NFC应答器的平均功率降低。这种间歇性变化的能量传送使NFC应答器一侧的能量收集变得困难，从而如所提及的，许多应用都需要单独的电池。期望改进已知的NFC技术以避免对额外电池的需求，并使NFC读取器即使在NFC应答器具有相当高的功耗的情况下也能够确保对NFC应答器的连续的非接触式供电。
如上所述，从NFC读取器至NFC应答器芯片的间歇能量流是用于将数据编码为载波信号的调制技术(根据现有标准，使用ASK)的直接结果。避免不连续能量传输的一种方法可以是使用频移键控(FSK)或相移键控(PSK)来代替ASK。然而，这将导致NFC应答器中的解调的复杂性增加，甚至更成问题，由于这将会需要将调制技术改变为FSK或PSK，这将使NFC应答器芯片与现有NFC读取器不兼容。
图2的示例示出了NFC读取器2的发送器部分，该发送器部分使用正交幅度调制(QAM)的特例：要发送的数据被编码为基带信号的同相分量，而正交分量为恒定的“1”。即，仅由同相载波携带要发送的信息，而正交载波未被调制。图3示出了NFC应答器1的相应接收部分。如在以下描述中将变得清楚的，这种方法允许从NFC读取器到NFC应答器的连续不间断的能量传送，同时保持与使用ASK的传统系统的向后兼容性。
根据图2，NFC读取器2包括正弦波生成器11，正弦波生成器11被配置成生成在下文中称为同相载波信号的正弦信号S[n]。通过移相器14对正弦信号S[n]进行相移，移相器14生成正弦信号S[n]的90度相移版本，该正弦信号S[n]的90度相移版本在下文中被称为余弦信号C[n]或正交载波信号。幅度整形器12基于表示要发送的数据(在图2中被表示为“Tx数据”)的比特流并且还基于一个或更多个参数(例如，调制指数、水平变化的斜率等)来生成同相信号I[n](基带信号)。实际的幅度调制由乘法器13完成，该乘法器13被配置成将(同相)基带信号I[n]与正弦信号S[n](同相载波信号)相乘。相乘的结果是经调制的同相载波信号I’[n]。通过加法器15将经调制的同相载波信号I’[n]和未经调制的余弦信号C[n](未经调制的正交载波信号)相加，并且和信号(sum signal)M[n]可以解释为其中仅同相分量被调制的QAM信号。通常，同相载波和正交载波可以被视为彼此正交的两个载波信号，其中，将两个正交的载波信号叠加(相加)以获得RF信号，然后经由天线辐射该RF信号。对于这里的讨论，足以说明，如果两个载波信号相对于彼此相移90°(π/2弧度)，则这两个载波信号是正交的。除此之外，信号正交性的概念在相关领域中是众所周知的概念。
在图2的示例中，发送器是完全数字地实现的，并且使用数模转换器(DAC)16将数字QAM信号M[n]转换为模拟QAM信号。所得到的模拟信号M(t)可以被(图2中未示出的放大器)放大并被NFC读取器2的天线辐射。图2所示的NFC读取器的发送器部分的数字部分可以使用硬连线数字电路系统、执行软件指令的处理器或者前述两者的组合来实现。注意，在其他实施方式中，也可以使用模拟电路系统来实现图2中所示的一些或全部部件/功能块。当然，然后将不需要数模转换器16或者将数模转换器16放置在信号处理链中的不同位置。然而，用于载波信号的频率(例如，13.56MHz)将足够低，以允许如图2所示的有效数字实现。
图3的示例示出了NFC应答器的NFC芯片1的接收器部分，该接收器部分对应于图2所示的NFC读取器的发送器电路。QAM信号M(t)被应答器的天线接收并被转换为数字QAM信号M[n]。在将天线信号提供给模数转换器22之前，可以对其进行预滤波和预放大。滤波器和放大器与进一步的讨论无关，并且因此未示出以保持附图简洁。此外，天线信号M(t)被整流(见图3，整流器21)，并且整流器21的经整流的输出电压被电容器CS平滑和缓冲，并且用作用于NFC应答器的电路部件的供电电压VS。此外，由整流器21和电容器CS形成的供电电路能够从NFC场中收集能量并从所述能量生成供电电压VS。供电电路可以包括其他电路部件，例如用于电压调节的电路系统(齐纳二极管、电阻器等)。用于实现NFC应答器的这样的供电电路的各种选择是众所周知的，并且因此这里不再进一步讨论。
在这一点上，应该注意的是，由于上述特殊的正交幅度调制(使用未经调制的正交载波)，因此接收到的QAM信号M(t)是连续信号，并且未被调制符号或调制停顿中断。因此，可以确保从NFC读取器2到NFC应答器芯片1的连续不间断的能量传送，而不管数据传送是否有效。与常规的NFC系统相比，NFC应答器的最大功耗可以更高，并且NFC应答器的供电电路可能需要更小的电容器CS。取决于应用，用于NFC应答器的单独的能量源(例如，电池)可以是不必要的。
数字化的QAM信号M[n]用于重构载波信号(即，正弦信号S[n]和余弦信号C[n])。在本示例中，由正弦波/余弦波生成器24生成载波信号S[n]和C[n]。相位相关器23用于确定接收到的QAM信号M[n]与组合的载波信号S[n]+Q[n]之间的相位差φ，并且正弦波/余弦波生成器24使用所确定的相位差φ来调整/调节载波信号S[n]和C[n]的相位。即，相位相关器23是相位控制环路的一部分。载波信号重构的功能和实现是众所周知的，并且因此在此不再进一步讨论。
由I/Q解调器25使用重构的正弦信号S[n]和余弦信号C[n]对数字化的QAM信号M[n](即，经调制的同相载波信号I’[n]和未经调制的正交载波信号Q’[n]之和)进行解调。所得到的同相信号I[n](基带信号)被表示为I[n]，而相应的正交信号Q[n]可以被丢弃(因为QAM信号M[n]的正交分量Q’[n]未以任何方式被调制)。可以通过对基带同相信号I[n]进行低通滤波(见图3，低通滤波器(LP)26)并随后进行使用比较器27的阈值检测，来获得表示发送数据的比特流。所接收的比特流在图3中被表示为“Rx数据”。
类似于图2中的发送器电路，图3中的相应的接收器电路主要是数字地(即，使用硬连线数字电路或可编程数字电路或其组合)实现的。应当理解，至少一些数字部件也可以由模拟电路系统代替。在这种情况下，不需要模数转换器22或者将模数转换器22放置在信号处理链中的不同位置。
通过图4的星座图进一步示出了由本文所述的实施方式应用的构思。图4中的图(a)示出了在使用16-QAM的传输系统中可用的16个星座点(表示16个不同符号)。每个符号表示一个4比特的字。由以上参考图2和图3描述的实施方式使用的特殊QAM仅使用两个星座点，这两个星座点位于表示正交载波信号的恒定(未调制)幅度Amax的垂直线上(见图4，图(b)，点划线)。应当理解，图4中的图(b)仅是一个说明性示例，并且星座点的位置可以根据实际实现而不同。此外，也可以使用表示两个或更多个比特的符号(这导致星座图中的点划线上的4个或更多个星座点)。
图2和图3的示例表示在下行链路通信期间使用的NFC读取器的发送器和NFC应答器的接收器。可以根据现有的NFC标准来实现上行链路通信，其中，应答器例如通过使用电子开关使天线触点短路对连接至应答器天线的电负载进行调制。负载调制会影响NFC读取器与NFC应答器之间的磁耦合，这可以通过NFC读取器中的接收器电路来检测。如所提及的，可以根据现有标准来实现上行链路通信，并且因此在此不再进一步描述。
应当理解，可以对本文描述的实施方式进行若干修改以获得其他实施方式。如所提及的，数字电路系统可以至少部分地被模拟电路系统替换，同相信号和正交信号的角色可以互换(即，正交载波被幅度调制，同相载波保持未被调制)，并且可以以不同的方式实现载波信号重构(时钟重构)等。这样的修改不会显著改变上述实施方式中使用的部件的功能或效果。
通过使用同相载波和正交载波来增强近场通信允许在NFC读取器与NFC应答器之间进行全双工通信。在下文中，参考图5和图6所示的示例来描述物理层(即，根据开放系统互连(OSI)模型的第1层)。
图5示出了NFC读取器的发送器和接收器部分，NFC读取器也被称为“发起方”，因为它发起了与NFC应答器(也被称为“配对伙伴”)的通信。在下面讨论的示例中，同相载波用于下行链路通信(发起方到配对伙伴)，正交载波用于上行链路通信(配对伙伴到发起方)。在图5的示例中，发起方的发送器电路10包括基本上以与图2的示例中的方式相同的方式起作用的正弦波生成器11、幅度整形器12和乘法器13(ASK调制器)。
正弦波生成器11被配置成生成被称为同相载波的正弦信号S[n]。幅度整形器12基于表示要发送的数据(在图5中表示为“Tx数据”)的输入比特流并且还基于一个或更多个参数(例如，调制指数、水平变化的斜率等)来生成同相信号I[n](基带信号)。实际的幅度调制由乘法器13完成，乘法器13被配置成将(同相)基带信号I[n]与正弦信号S[n](同相载波)相乘。相乘的结果是经调制的同相载波I’[n]。然后，该经调制的同相载波I’[n]被转换为模拟信号(见图5，数模转换器16)，被放大(可选的未示出的放大器)并被NFC天线辐射。与图2的示例不同，并未加上余弦信号C[n]以生成QAM信号。替代地，由移相器14提供的余弦信号被用于对接收到的正交载波Q’[n]进行解调。
发起方的接收器电路10’包括所提及的移相器14，移相器14被配置成通过使正弦信号经受90°相移来生成余弦信号C[n]。接收器电路10’还包括模数转换器17，该模数转换器17被配置成对从NFC天线接收到的经调制的正交载波进行数字化。天线信号可以可选地在模数转换之前被预放大和滤波(图中未示出放大器和模拟滤波器)。通过与余弦信号C[n]相乘来解调数字调制的正交载波信号Q’[n]。对解调的正交信号进行低通滤波(见图5，低通滤波器18)，并使用比较器19获得所接收的比特流“Rx数据”，该比较器19被配置成将滤波器18的输出信号与预设阈值进行比较。接收器电路与图3所示的接收器电路非常相似。然而，载波信号重构在发起方侧不是必需的，此外，使用简单的ASK解调代替I/Q解调。
注意，由于使用标准的ASK调制，因此发送器电路10与现有的NFC标准兼容。然而，使用(由配对伙伴生成的)正交载波执行上行链路通信，这允许两个方向上的同时(全双工)通信。除接收器电路10’之外，并且为了确保向后兼容性，发起方可以包括根据现有NFC标准(即，使用如上面另外提及的负载调制)操作的附加标准接收器。
图6示出了配对伙伴(NFC应答器)的发送器电路20和接收器电路20’的示例性实现，该配对伙伴充当图5的发起方(NFC读取器)的配对方。注意，对于全双工通信，配对伙伴/NFC应答器在大多数情况下将需要单独的电源(例如电池)，因为发起方/NFC读取器不会像图2和图3的先前示例中那样发送不间断和未调制的(正交)载波。
根据图6，经调制的同相载波I’(t)由配对伙伴的NFC天线接收，并使用模数转换器22对其进行数字化。所得到的数字调制的同相载波信号表示为I’[n]并用于载波重构，其中，基本上以与图3的示例中的方式相同的方式来完成载波重构。正弦波生成器24生成正弦信号S[n](同相载波)，该正弦信号S[n]与所接收的调制的同相载波信号I’[n]相关(见图6，相位相关器23)，以确定潜在的相位差φ。所确定的相位差φ被反馈到正弦波生成器24，其允许正弦波生成器24调节正弦信号S[n]的相位。基本上，正弦波生成器24和相位相关器23形成闭合的相位控制环路。载波重构是众所周知的，并且因此在此不再详细解释。
正弦信号S[n](重构的载波信号)用于解调经调制的同相载波信号I’[n](见图6，ASK解调器25)。ASK解调器25基本上是数字乘法器。所得到的同相信号I[n](基带信号)被低通滤波(见图6，低通滤波器26)，并且类似于图3的示例，使用比较器27来获得比特流。所接收的比特流被表示为“Rx数据”。
在配对伙伴的发送器部分20中，需要余弦信号C[n]来调制基带信号Q[n]。再次，使用移相器24’基于由正弦波生成器24提供的正弦信号S[n]来生成余弦信号C[n]。幅度整形器27’、乘法器25’和数模转换器28基本上以与图5的示例中(参见图5，幅度整形器12、乘法器13、数模转换器16)的方式相同的方式起作用，并且也参考以上描述。然而，在这种情况下，余弦信号C[n]在配对伙伴侧被用作(正交)载波，并且相应的经调制的载波与由发起方发送的经调制的载波正交。
图5和图6中所示的系统发起方-配对伙伴可以主要使用硬连线和/或可编程数字电路系统来实现。天线与模数转换器之间以及数模转换器与天线之间的模拟前端基本上包括放大器和匹配电路系统，匹配电路系统是众所周知的并且也存在于现有的NFC系统中。使用同相载波进行下行链路通信并使用相应的正交载波进行上行链路通信来实现双工通信(反之亦然)。如所提及的，图5和图6的电路图示出了OSI模型的物理层。可以使用任何已知技术来实现较高层(数据链路层、网络层、传输层等)。例如，可以基于物理层来实现基于帧(例如UART帧、以太网帧等)的通信。可以使用基于帧的通信例如以太网来实现诸如IP(因特网协议)等的通信协议。
下面参考图7和图8的流程图来总结例如可以分别由图2和图3的NFC发送器电路和接收器电路执行的相应方法。应该理解，下文不是技术特征的详尽列举，而是示例性的概述。图7示出了可以由NFC发送器电路执行的方法的一个实施方式。因此，该方法包括：基于要发送的比特流生成基带信号(见图7，步骤S1)，使用基带信号对第一载波信号(见图2，同相载波信号S[n])进行幅度调制(见图7，步骤S2)；以及将经幅度调制的第一载波信号(见图2，经调制的同相载波信号I’[n])和未经调制的第二(正交)载波信号(见图2，信号C[n]＝Q’[n])叠加以获得RF信号(见图7，步骤S3)。第一(同相)载波信号和第二(正交)载波信号彼此正交。该方法还包括：将表示RF信号的模拟信号(参见图2，QAM信号M(t))输出至NFC天线端口(见图7，步骤S4)。在该实施方式中，正交载波信号不携带信息，且基本上用于确保向接收器的能量传送。应当理解，在本文所述的所有实施方式中，同相分量和正交分量可以互换角色。
图8示出了可以由NFC接收器电路执行的方法的一个实施方式。因此，该方法包括：从(在操作期间耦合至相应天线的)NFC天线端口接收RF天线信号(参见图3，QAM信号M(t))，该RF天线信号是经幅度调制的第一载波信号I’(t)和未经调制的第二载波信号Q’(t)的叠加(见图8，步骤R1)。第一载波信号I’(t)和第二载波信号Q’(t)彼此正交且通常被称为同相载波信号和正交载波信号。该方法还包括：根据所接收的RF天线信号生成供电电压(参见图3，电压VS)(见图8，步骤R2)，以及对RF天线信号进行解调以获得与经幅度调制的第一载波信号相对应的基带信号(参见图3，基带同相信号I[n])(见图8，步骤R3)。此外，该方法包括基于基带信号生成比特流(见图8，步骤R4)。在此背景下，注意，由于正交载波信号无论如何都不包含信息，因此仅同相载波信号被解调(或者反之亦然，这取决于第一载波信号还是第二载波信号被视为同相信号)。
所生成的供电电压可以在接收器电路中使用，以向用于解调RF天线信号和生成比特流的电路部件供电，以及向例如用于数字地处理比特流的其他电路部件(例如，微控制器)供电。
在下面，总结了图5和图6示出的实施方式，其示出了能够进行全双工近场通信的两个相应电路。再次强调，这仅是示例性概述，而不是技术特征的详尽列表。由于发起方与配对伙伴之间存在某些对称性，因此以下内容适用于发起方和配对伙伴二者。因此，用于全双工近场通信(NFC)的电路包括天线端口，该天线端口被配置成向NFC天线输出第一RF信号，以及从NFC天线接收第二RF信号。该电路还包括信号处理电路系统，该信号处理电路系统被配置成：基于要发送的比特流生成第一基带信号；使用第一基带信号对第一载波信号进行幅度调制，其中，第一RF信号表示经调制的第一载波信号；使用第二载波信号对第二RF信号进行解调，以获得第二基带信号；以及基于第二基带信号生成第二比特流。由此，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。
如果该电路是发起方设备(参见图5)的部分，则第一RF信号是发送至配对伙伴(下行链路)的经调制的同相载波信号I’(t)，第二RF信号是从配对伙伴接收(上行链路)的经调制的正交载波信号Q’(t)。类似地，第一基带信号携带要发送至配对伙伴的信息(被编码到第一比特流中)，第二基带信号携带从配对伙伴接收(并被提供为第二比特流)的信息。
如果该电路是配对伙伴设备(参见图6)的一部分，则第一RF信号是发送至发起方(上行链路)的经调制的正交载波信号Q’(t)，第二RF信号是从发起方接收(下行链路)的经调制的同相载波信号I’(t)。类似地，第一基带信号携带要发送至发起方的信息(被编码到第一比特流中)，第二基带信号携带从发起方接收(并被提供为第二比特流)的信息。在发起方和配对伙伴两者中，第一载波信号和第二载波信号彼此正交，其中，仅在配对伙伴中需要载波重构(见图6)。在所有实施方式中，使用90°(π/2弧度)移相器实现相应的同相载波与正交载波之间的正交性。
图9是示出例如由图5和图6的收发器执行的用于全双工近场通信的方法的一个示例的流程图，其中，可以同时执行在上行链路路径和下行链路路径中示出的步骤。因此，该方法包括：基于要发送的比特流生成第一基带信号(见图9，步骤D1)；使用第一基带信号对第一载波信号进行幅度调制(见图9，步骤D2)；以及在NFC天线端口处输出表示经调制的第一载波信号的第一RF信号(见图9，步骤D3)。该方法还包括：在NFC天线端口处接收第二RF信号(见图9，步骤U1)；使用第二载波信号对第二RF信号进行解调以获得第二基带信号(见图9，步骤U2)；以及基于第二基带信号生成第二比特流(见图9，步骤U3)。由此，第一载波信号和第二载波信号彼此正交。
在发起方设备的情况下，步骤D1、D2和D3涉及下行链路路径，步骤U1、U2和U3涉及上行链路路径。反之，在配对设备的情况下，步骤D1、D2和D3涉及上行链路路径，步骤U1、U2和U3涉及下行链路路径。
尽管已经描述了本发明的各种实施方式，但是对于本领域的普通技术人员来说明显的是，在本发明的范围内，更多的实施方式和实现是可能的。因此，除了根据所附权利要求及其等同物之外，本发明不受限制。关于由上述部件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在与执行所描述的部件的指定功能(即，在功能上等效)的任何部件或结构对应，即使在结构上并非等效于在本文所示的本发明的示例性实现中执行功能的公开结构。

Claims (17)

1.一种接收器电路，所述接收器电路包括：
天线端口，其被配置成从近场通信NFC天线接收射频RF信号，所述RF信号是经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号的叠加，所述第一载波信号和所述第二载波信号彼此正交；
供电电路，其耦合至所述天线端口并被配置成根据所接收的RF信号生成供电电压；
信号处理电路系统，其被配置成：
对所述RF信号进行解调，以获得与所述经幅度调制的第一载波信号相对应的基带信号；以及
基于所述基带信号生成比特流。
2.根据权利要求1所述的接收器电路，其中，所述信号处理电路系统包括：
模数转换器，其被配置成将所接收的RF信号数字化以获得对应的数字RF信号。
3.根据权利要求2所述的接收器电路，
其中，为了对所述RF信号进行解调，所述信号处理电路系统包括：被配置成对所述数字RF信号执行数字解调的数字解调器。
4.根据权利要求3所述的接收器电路，
其中，为了生成所述比特流，所述信号处理电路系统包括数字低通滤波器以及数字比较器，所述数字低通滤波器被配置成对所述基带信号进行滤波，所述数字比较器被配置成将所述基带信号与阈值进行比较以获得表示所述比特流的二进制输出信号。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的接收器电路，其中，所述信号处理电路系统还被配置成：
生成与所接收的RF信号具有固定相位关系的正弦信号，以及
使用所述正弦信号和余弦信号对所述RF信号进行解调。
6.一种应答器，包括：
半导体芯片，其包括根据权利要求1至5中的任一项所述的接收器电路；
近场通信NFC天线，其被布置在电路板上，所述NFC天线连接至所述接收器电路的所述天线端口。
7.一种发送器电路，所述发送器电路包括：
天线端口，其被配置成向近场通信NFC天线输出射频RF信号；
信号处理电路系统，其被配置成：
基于要发送的比特流生成基带信号；
使用所述基带信号对第一载波信号进行幅度调制；
将经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号叠加，以获得表示所述RF信号的信号，所述第一载波信号和所述第二载波信号彼此正交。
8.根据权利要求7所述的发送器电路，其中，所述信号处理电路系统包括：
数模转换器，其被配置成将所述经幅度调制的第一载波信号和所述未经调制的第二载波信号的叠加转换成模拟信号以获得所述RF信号。
9.根据权利要求8所述的发送器电路，
其中，为了生成所述基带信号，所述信号处理电路系统包括：被配置成基于所述比特流并且还基于一个或更多个信号参数来生成所述基带信号的幅度整形器。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的发送器电路，
其中，为了对所述第一载波信号进行幅度调制，所述信号处理电路系统包括正弦波生成器和乘法器，所述正弦波生成器被配置成提供所述第一载波信号，所述乘法器被配置成将所述第一载波信号和所述基带信号相乘。
11.根据权利要求10所述的发送器电路，
其中，所述信号处理电路系统包括移相器，所述移相器被配置成通过对所述第一载波信号进行相移来提供所述第二载波信号。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的发送器电路，
其中，为了将所述经幅度调制的第一载波信号和所述未经调制的第二载波信号叠加，所述信号处理电路系统包括加法器，所述加法器被配置成将所述经幅度调制的第一载波信号和所述未经调制的第二载波信号相加，所得到的和信号表示所述RF信号。
13.一种通信方法，包括：
从近场通信NFC天线端口接收射频RF信号，所述RF信号是经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号的叠加，所述第一载波信号和所述第二载波信号彼此正交；
根据所接收的RF信号生成供电电压；
对所述RF信号进行解调，以获得与所述经幅度调制的第一载波信号相对应的基带信号；以及
基于所述基带信号生成比特流。
14.根据权利要求13所述的通信方法，
其中，由被供以所述供电电压的电路部件执行对所述RF信号进行解调和生成所述比特流。
15.一种通信方法，包括：
基于要发送的比特流生成基带信号；
使用所述基带信号对第一载波信号进行幅度调制；
将经幅度调制的第一载波信号和未经调制的第二载波信号叠加以获得射频RF信号，所述第一载波信号和所述第二载波信号彼此正交；以及
将表示所述RF信号的模拟信号输出至近场通信NFC天线端口。
16.一种全双工电路，包括：
天线端口，其被配置成向近场通信NFC天线输出第一射频RF信号并且从所述NFC天线接收第二RF信号，
信号处理电路系统，其被配置成：
基于要发送的比特流生成第一基带信号；
使用所述第一基带信号对第一载波信号进行幅度调制；
使用第二载波信号对所述第二RF信号进行解调，以获得第二基带信号；以及
基于第二基带信号生成第二比特流，
其中，所述第一载波信号和所述第二载波信号彼此正交，所述第一RF信号表示经调制的第一载波信号。
17.一种通信方法，包括：
基于要发送的比特流生成第一基带信号；
使用所述第一基带信号对第一载波信号进行幅度调制；
在近场通信NFC天线端口处输出表示经调制的第一载波信号的第一射频RF信号；
在NFC天线端口处接收第二RF信号；
使用第二载波信号对第二RF信号进行解调，以获得第二基带信号；以及
基于所述第二基带信号生成第二比特流，
其中所述第一载波信号和所述第二载波信号彼此正交。
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