CN113922845A - 近场通信电路 - Google Patents

Abstract

本公开涉及近场通信电路，包括：近场通信控制器；匹配网络；以及开关，其中，开关具有一个或多个输入，经由匹配网络耦合到近场通信控制器的一个或多个输出；以及多个输出，每个输出适合于将开关耦合到多个近场通信天线中的对应一个近场通信天线。

Description

近场通信电路

本申请要求于2020年7月10日提交的欧洲申请第20185150.8号的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及电子电路，并且更具体地涉及具有多个近场通信(NFC)天线的电磁应答器。

背景技术

电磁应答器通信系统越来越普遍，尤其是由于近场通信技术的最新发展。这样的系统通常使用由配置为读卡器或终端的装置生成的射频电磁场来操作，以便与配置为卡的另一装置通信。

一些NFC阅读器配备有多个天线。例如，这使得能够检测和建立与其他几个NFC装置的通信。然而，问题在于使用多个天线通常导致NFC装置相对笨重且昂贵。

发明内容

因此，需要用于执行近场通信的改进的NFC电路、装置和方法。一个实施例至少部分地解决了已知近场通信电路、装置和方法的全部或一些缺点。

一个实施例提供了一种近场通信电路，包括：近场通信控制器；匹配网络；以及开关，其中，开关具有一个或多个输入，经由匹配网络耦合到近场通信控制器的一个或多个输出；以及多个输出，每个输出适合于将开关耦合到多个近场通信天线中的对应一个近场通信天线。

根据一个实施例：开关的一个或多个输入是一对输入；近场通信控制器的一个或多个输出是一对输出；并且多个输出是多对输出，每对输出适合于将开关耦合到多个近场通信天线中的对应一个近场通信天线。

根据一个实施例，匹配网络包括至少一个可变电容器，该可变电容器可控制以改变匹配网络的输出阻抗。

根据一个实施例，至少一个可变电容器中的每一个可变电容器具有用于修改可变电容器的电容值的控制输入。

根据一个实施例，近场通信控制器被配置为使用每个控制输入来调谐至少一个可变电容器的电容值。

根据一个实施例，匹配网络包括第一可变电容器，该第一可变电容器具有：第一端子，被耦合到近场通信控制器的一个或多个输出中的一个输出；以及第二端子，被耦合到开关的一个或多个输入中的一个输入。

根据一个实施例，匹配网络进一步包括第二可变电容器，该第二可变电容器具有：第一端子，被耦合到第一可变电容器的第二端子以及耦合到电压轨的第二端子。

根据一个实施例，匹配网络进一步包括第三可变电容器，该第三可变电容器具有：第一端子，耦合到近场通信控制器的一个或多个输出中的另一输出，以及第二端子，耦合到开关的一个或多个输入的另一输入。

根据一个实施例，匹配网络进一步包括第四可变电容器，该第四可变电容器具有：第一端子，耦合到第三可变电容器的第二端子；以及耦合到电压轨的第二端子。

一个实施例提供了一种近场通信装置，包括：所描述的近场通信电路；微控制器单元，耦合到近场通信控制器和开关；以及多个近场通信天线。

根据一个实施例，微控制器单元经由通信总线耦合到开关。

根据一个实施例，微控制器单元被配置为控制开关。

一个实施例提供了一种执行近场通信的方法，该方法包括：控制具有一个或多个输入和多个输出的开关，以将开关的一个或多个输入耦合到多个输出中的一个或多个第一输出，其中，一个或多个第一输出耦合到第一近场通信天线，并且其中，一个或多个输入经由近场通信电路的匹配网络耦合到近场通信控制器的一个或多个输出。

根据一个实施例，该方法进一步包括：在控制开关将开关的一个或多个输入耦合到一个或多个第一输出以尝试使用第一天线建立近场通信之后；控制开关将开关的一个或多个输入耦合到多个输出中的一个或多个第二输出，其中，一个或多个第二输出耦合到第二近场通信天线；并且尝试使用第二天线建立近场通信。

根据一个实施例，该方法进一步包括：在尝试使用第一天线建立近场通信之前，使匹配网络的至少一个可变电容器的电容值与第一天线的阻抗相适应；并且在尝试使用第一天线建立近场通信之后以及在尝试使用第二天线建立近场通信之前，使匹配网络的至少一个可变电容器的电容值与第二天线的阻抗相适应。

附图说明

上述特征和优点以及其他特征和优点将在以下参考附图以说明而不是限制的方式给出的特定实施例的描述中详细描述，其中：

图1以框的形式示意性地示出了所描述的实施例可以应用于的类型的近场通信系统的示例；

图2以框的形式示意性地示出了具有多个天线的近场通信装置的示例；

图3以框的形式示意性地示出了根据本公开的示例实施例的具有多个天线的近场通信装置的实施例；

图4示意性地示出了根据本公开的示例实施例的近场通信电路；

图5是示出执行近场通信的方法中的操作的流程图；

图6是具有多个近场通信天线并配备有图4的电路的装置的透视图；

图7示意性地示出了图4的近场通信电路的匹配网络的可选实施例；

图8示意性地示出了图4的近场通信电路的匹配网络的另一可选实施例；以及

图9示意性地示出了图4的近场通信电路的匹配网络的又一可选实施例。

具体实施方式

在不同的附图中，相同的特征已经由相同的参考标记指定。具体地，在各种实施例中公共的结构和/或功能特征可以具有相同的参考标记并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。

为了清楚起见，仅详细说明和描述了对理解本文所描述的实施例有用的操作和元件。具体地，在两个NFC装置之间的近场通信期间实现的协议没有详细说明，所描述的实施例与已知的NFC协议兼容。

除非另有说明，否则当参考连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，并且当参考耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以连接或者它们可以经由一个或多个其他元件耦合。

在以下公开中，除非另有说明，否则当参考诸如术语“在…前”、“在…后”、“在…上”、“在…下”、“在…左”、“在…右”等的绝对位置限定符或诸如术语“在…上方”、“在…下方”、“较高”、“较低”等的相对位置限定符或诸如“水平”、“垂直”等的方位限定符时，引用图中所示的方位。

除非另有说明，否则“大约”、“约”、“基本上”和“按顺序”表示在10％以内，并且优选在5％以内。

在以下公开中，参考用于指定具有至少一个近场通信电路的电子装置的NFC装置。

图1以框的形式示意性地示出了所描述的实施例可以应用于的类型的近场通信系统的示例。

在该示例中，NFC装置100A(DEV1)通过近场电磁耦合与另一NFC装置100B(DEV2)通信。根据应用，为了执行通信，NFC装置100A、100B中的一个在所谓的读取器模式下操作，而另一NFC装置100B、100A在所谓的卡模式下操作，或者两个NFC装置100A和100B在对等(P2P)模式下通信。

例如，在一些实施例中，NFC装置100A是读卡器或终端，而另一NFC装置100B是呈现给读卡器100A的集成电路(IC)卡。NFC装置100A可以被实现为应用特定装置，或者可以形成另一类型的电子装置(诸如移动电话或智能电话)的一部分。此外，NFC装置100B可以可选地是诸如移动电话或智能电话的便携式电子装置，其能够例如通过执行卡模拟而在卡模式下操作。

每个NFC装置100A、100B包括在图1中由相应框102A、102B表示的近场通信电路。近场通信电路102A和102B各自包括用于使用至少一个天线(未示出)生成和/或检测射频信号的各种元件或电子电路。在NFC装置100A和100B之间的通信期间，由NFC装置100A、100B中的一个生成的射频信号被位于该射频信号范围内的另一NFC装置100B、100A捕获。

在图1的示例中，NFC装置100A发射电磁场(EMF)以建立与另一NFC装置100B的通信。一旦另一NFC装置100B被放置在其范围内时，电磁场EMF就可以被另一NFC装置100B捕获。在检测到NFC装置100B在其场EMF中的存在之后，NFC装置100A然后可以与NFC装置100B交换数据。由NFC装置100A和100B经由电磁场EMF实现的检测和数据交换方法通常是NFC论坛规范中描述的方法。

图2以框的形式示意性地示出了具有多个天线的近场通信装置200的示例。NFC装置200例如对应于上面参考图1描述的NFC装置100A。

在图2的示例中，NFC装置200包括n个近场通信天线202(202-1(天线1)、202-2(天线2)、…202-n(天线n))，其中，n是等于2或更大的整数。每个NFC天线202经由专用匹配网络204(204-1(匹配网络1)、204-2(匹配网络2)、…204-n(匹配网络n))耦合到NFC装置200的对应的近场通信控制器206(206-1(NFC控制器1)、206-2(NFC控制器2)、…206-n(NFC控制器n))。换句话说，NFC装置200包括经由n个匹配网络204耦合到n个NFC控制器206的n个天线202。因此，在图2的NFC装置200中，n个NFC天线202中的每一个具有其自己的匹配网络204和其自己的NFC控制器206。

NFC天线202可以位于NFC装置200内部的各个地方，从而提供若干检测区域。例如，这可以使NFC装置200能够在不同位置检测诸如图1的NFC装置100B的其他NFC装置(未示出)的存在。

NFC装置200的NFC天线202可以进一步表现出在天线202之间不同的电特性。例如，天线202可以具有不同的阻抗，这可能由天线202之间的不同几何形状、不同迹线长度和/或制造分散引起。NFC天线202通常可以表现出数百纳亨(nH)的电感值，例如从200nH到1500nH的电感值。

匹配网络204通常被配置为最大化在近场通信期间可以使用相关联的天线202发射或接收的信号的强度。具体地，每个匹配网络204旨在匹配(即适应)对应天线202的电特性。每个匹配网络204通常包括电组件，诸如电容器，其电容值允许使匹配网络204适应天线202的所需目标阻抗。例如，当制造NFC装置200时，可以在工厂中调谐电容器的电容值，以便精确匹配实际天线202。

装置200的每个NFC控制器206通常是适于使用其专用NFC天线202执行近场通信的电子芯片或电路。

在图2的示例中，NFC控制器206都连接到相同的微控制器单元208(MCU)。例如，微控制器单元208是装置200的主要主机控制器。可选地，微控制器单元208是专用于通信的控制器。

在装置200与另一装置(例如图1的装置100B)之间的通信期间，微控制器单元208例如适于处理将由NFC控制器206发送或接收的数据。微控制器单元208可以经由通信总线(SPI/I2C)(例如串行外围接口(SPI)总线或内部集成电路(I2C)总线)耦合到每个NFC控制器206。

NFC装置200可以包括用于执行其他功能的若干其他元件或电路。在图2中，这些元件和电路由单个框210(FCT)表示。

NFC装置200的缺点在于其通常具有大的整体尺寸和功耗以及高成本。这是由于NFC装置200中嵌入的大量组件。

图3以框的形式示意性地示出了根据本公开的示例实施例的具有多个天线的近场通信装置300的实施例。NFC装置300例如对应于上面参考图1描述的NFC装置100A。

图3的NFC装置300可以包括与图2的NFC装置200的元件类似的几个元件。这些类似的元件将不再详细描述。

NFC装置300与NFC装置200的不同之处在于，尤其是具有包括开关304(SWITCH)的近场通信电路302。开关304具有耦合或连接到NFC装置300的n个NFC天线中的至少两个天线202的输出。在图3的示例中，开关304经由其输出连接到NFC装置300的所有NFC天线202(202-1(天线1)、202-2(天线2)、…202-n(天线n))。

此外，在NFC电路302中，开关304的输入经由匹配网络306(匹配网络)耦合到近场通信控制器308(NFC控制器)。装置300的NFC控制器308例如类似于上面参考图2描述的NFC控制器206中的每一个，但是可以包括附加功能，如下文将描述的。

开关304例如由NFC装置300的微控制器单元208(MCU)控制。例如，微控制器单元208可以适于控制开关304的状态，即控制其输出中的哪一个输出耦合或连接到其输入。换句话说，微控制器单元208能够经由开关304选择或激活装置300的n个NFC天线中的一个天线202以耦合到NFC控制器308。例如，开关304包括控制输入，经由该控制输入可控制选择天线202-1至202-n中的一个。

在图3的示例中，微控制器单元208经由通信总线(例如串行外围接口(SPI)总线)耦合到开关304。SPI总线例如通过操作开关304发送用于选择一个天线202的数字信号。微控制器单元208进一步经由通信总线(SPI/I2C)(例如SPI总线或I2C总线)耦合到NFC控制器308。在通信总线是串行总线的情况下，开关304例如包括通信接口，用于将串行传输转换为适合于控制开关的m位数字值，m例如使得2m≥n。

在NFC装置300中，NFC电路302的匹配网络306例如是可调节的。例如，匹配网络306可以由NFC控制器308(虚线箭头310)或由微控制器单元208(虚线箭头312)控制，以便使匹配网络适应由开关304选择的NFC天线202的特定电特性。这将在下面参考图4和图5更详细地描述。

配备有NFC电路302的NFC装置300的一个优点在于，与图2的NFC装置200相比，它可以包括显著更少的组件，尤其是更少的匹配网络和更少的NFC控制器。事实上，对于一个NFC控制器206和一个匹配网络204与每个天线202相关联的NFC装置200，NFC装置300包括由多个天线202共享的相同NFC控制器和相同匹配网络。对于相同数量n个天线202，例如，与图2的NFC装置200相比，这导致NFC装置300的整体尺寸、功耗和/或成本的减小。

图4示意性地更详细地示出了根据本公开的示例实施例的图3的近场通信电路302以及NFC天线202。

在NFC电路302中，开关304(开关)具有一对输入I1、I2。开关304的输入I1和I2经由匹配网络306(匹配网络)分别耦合到NFC控制器308(NFC控制器)的两个输出RFO1和RFO2。

NFC控制器308的输出RFO1和RFO2例如是适于驱动NFC天线202中的一个天线以生成射频场的输出引脚。输出RFO1和RFO2例如是差分输出。这允许在差分模式下驱动多个NFC天线202中的对应一个NFC天线。

在图4的示例中，开关304经由其输入I1从NFC控制器308接收信号ANT1；并且经由其输入I2从NFC控制器308接收另一信号ANT2。

信号ANT1和ANT2例如对应于允许使用天线202中的一个天线生成射频场的差分信号，该天线202可以经由开关304耦合到NFC控制器308。

开关304进一步具有多对输出，例如用于耦合到图3的NFC装置300的n个NFC天线202的n对输出。更具体地，在图4的示例中，开关304具有：

一对输出O1、O2，适合于将开关304耦合到天线202-1(天线1)；

另一对输出O3、O4，适合于将开关304耦合到天线202-2(天线2)；以及

又一对输出O(2n-1)、O(2n)，适合于将开关304耦合到天线202-n(天线n)。

更一般地，开关304具有多对输出，每对输出适合于将开关304耦合到多个近场通信天线202中的对应一个近场通信天线。

在图4的示例中，NFC控制器308的输出RFO1经由电感器L1、电容器C1和电阻器R1耦合到开关304的输入I1。例如，电感器L1、电容器C1和电阻器R1依次串联在输出RFP1与输入I1之间。以类似的方式，NFC控制器308的输出RFO2经由另一电感器L2、另一电容器C2和另一电阻器R2耦合到开关304的输入I2。例如，电感器L2、电容器C2和电阻器R2依次串联在输出RFO2与输入I2之间。

更具体地，在图4的示例中，NFC电路302的匹配网络306使得：

电感器L1具有连接到NFC控制器308的输出RFO1的端子，以及连接到匹配网络306的节点402-1的另一端子；

电容器C1具有连接到节点402-1的端子，以及连接到匹配网络306的另一节点404-1的另一端子；并且

电阻器R1具有连接到节点404-1的端子以及连接到开关304的输入I1的另一端子。

类似地，在图4的示例中，匹配网络306使得：

电感器L2具有连接到NFC控制器308的输出RFO2的端子以及连接到匹配网络306的又一节点402-2的另一端子；

电容器C2具有连接到节点402-2的端子以及连接到匹配网络306的又一节点404-2的另一端子；并且

电阻器R2具有连接到节点404-2的端子以及连接到开关304的输入I2的另一端子。

实际上：

电感器L1和L2可以各自具有约200nH的电感值，并且更一般地在100nH至680nH的范围内；

电容器C1和C2可以各自具有大约150pF的电容值，并且更一般地在10pF至200pF的范围内；并且

电阻器R1和R2可以各自具有大约1.2Ω的电阻值，并且更一般地在1Ω至2Ω的范围内。可选地，电阻器R1和R2可以各自被省略并且由直接连接代替。

根据一个实施例，匹配网络306进一步包括至少一个可变电容器或变容二极管。

在图4的示例中，匹配网络306更具体地包括第一变容二极管400-1，该第一变容二极管400-1具有：

耦合到NFC控制器308的输出RFO1的第一端子，例如连接到匹配网络306的节点402-1；以及

耦合到开关304的输入I1的第二端子，例如连接到匹配网络306的节点404-1。

匹配网络306进一步包括例如第二变容二极管400-2，该第二变容二极管400-2具有：

耦合到NFC控制器308的输出RFO2的第一端子，例如连接到匹配网络306的节点402-2；以及

耦合到开关304的输入I2的第二端子，例如连接到匹配网络306的节点404-2。

换句话说，第一变容二极管400-1与电容器C1并联连接在节点402-1与节点404-1之间。以类似的方式，第二变容二极管400-2与电容器C2并联连接在节点402-2与节点404-2之间。

在图4的示例中，匹配网络306进一步包括第三变容二极管400-3，该第三变容二极管400-3具有：

耦合到第一变容二极管400-1的第二端子的第一端子，例如连接到匹配网络306的节点404-1；以及

耦合到电压轨GND的第二端子，例如连接到匹配网络306的又一节点406。

匹配网络306进一步包括例如第四变容二极管400-4，该第四变容二极管400-4具有：

耦合到第二变容二极管400-2的第二端子的第一端子，例如连接到匹配网络306的节点404-2；以及

耦合到电压轨GND的第二端子，例如连接到匹配网络306的节点406。

电压轨GND例如处于匹配网络306的参考电位，例如接地电位。在这种情况下，匹配网络306的节点406因此接地。

在图4的示例中，每个变容二极管400-1、400-2、400-3、400-4进一步具有连接到接地电压轨GND的第三端子。

可变电容器400-1、400-2、400-3和400-4是可控的以改变匹配网络306的输出阻抗。每个变容二极管400-1、400-2、400-3、400-4具有例如用于修改其电容值的控制输入。在图4的示例中，每个变容二极管400-1、400-2、400-3、400-4的控制输入是第四端子。

变容二极管400-1、400-2、400-3和400-4中的一个或多个的控制输入可以适于在一组离散电容值中选择电容值。例如，在这种情况下，这些变容二极管是数字控制的器件。可选地，变容二极管400-1、400-2、400-3和400-4中的一个或多个的控制输入可以适于在电容值的范围内几乎连续地改变电容值。例如，在这种情况下，这些变容二极管是被配置为由模拟控制信号控制的模拟装置。

实际上，变容二极管400-1、400-2、400-3和400-4中的一个或多个的调谐范围例如在以下范围中的一个中：

100pF至200pF；

50pF至100pF；以及

25pF至50pF。

每个变容二极管400-1、400-2、400-3、400-4的电容值例如使用模拟信号来调谐。在这种情况下，变容二极管400-1、400-2、400-3、400-4的控制输入可以耦合到NFC控制器308的至少一个输出，该NFC控制器308适于例如将电压偏置施加到每个控制输入。可选地，变容二极管400-1、400-2、400-3、400-4的控制输入可以耦合到图3的微控制器单元208的至少一个模拟输出以施加调谐偏置。更一般地，变容二极管400-1、400-2、400-3、400-4的控制输入可以耦合到允许将它们相应的电容调谐到适当值的任何信号源。

变容二极管400-1、400-2、400-3和400-4之间的电容调谐范围和/或对施加在其控制输入上的信号的响应可以不同。可选地，在不考虑制造偏差的情况下，第一变容二极管400-1可以与第二变容二极管400-2相同，并且第三变容二极管400-3可以与第四变容二极管400-4相同。第一变容二极管400-1、第二变容二极管400-2、第三变容二极管400-3和第四变容二极管400-4可以可选地全部彼此相同，而不考虑制造偏差。

在图4的示例中，相同的信号AAT_SER被施加到第一变容二极管400-1和第二变容二极管400-2的控制输入，以便调谐它们相应的电容值。以类似的方式，相同的信号AAT_PAR被施加到第三变容二极管400-3和第四变容二极管400-4的控制输入，以便调整它们相应的电容值。

在匹配网络306中：

第一变容二极管400-1的控制输入和第二变容二极管400-2的控制输入两者都连接到NFC控制器308的输出AAT_B；并且

第三变容二极管400-3的控制输入和第四变容二极管400-4的控制输入两者都连接到NFC控制器308的输出AAT_A。

在这种情况下，输出AAT_B将调谐信号AAT_SER施加到变容二极管400-1和400-2，而输出AAT_A将调谐信号AAT_PAR施加到变容二极管400-3和400-4。

NFC控制器308的输出AAT_A和AAT_B例如是自动天线调谐输出引脚。NFC控制器308包括例如相位和幅度检测器框，用于检查是否已经达到目标幅度。可以由NFC控制器308执行的算法例如评估幅度和相位，并且相应地调整AAT_A和AAT_B输出引脚处的调谐电压。在这种情况下，AAT_A和AAT_B引脚电压是要主动设置的。可选地，调谐例如使用天线调谐控制寄存器来执行。

在装置使用期间使用软件控制变容二极管，诸如通过实现上述算法，允许比例如使用仅在工厂中执行的经典匹配过程和包括执行匹配组件的计算和手动微调可以实现的，更容易地调整它们的电容值。

例如，图4的匹配网络306进一步包括：

串联连接在节点402-1与节点402-2之间的两个电容器C3和C4；

串联连接在节点404-1与节点404-2之间的两个其他电容器C5和C6；

串联连接在节点404-1与电压轨GND之间的另外两个其他电容器C7和C8；以及

串联连接在节点404-2与电压轨GND之间的另外两个其他电容器C9和C10。

更具体地，在图4的示例中：

电容器C3的一端连接到节点402-1，另一端连接到接地GND；

电容器C4的一端连接到节点402-2，另一端连接到接地GND；

电容器C5的一端连接到节点404-1，另一端连接到接地GND，例如经由节点406；

电容器C6的一端连接到节点404-2，另一端连接到接地GND，例如经由节点406；

电容器C7的一端连接到节点404-1，另一端连接到NFC控制器308的输入RFI1；

电容器C8的一端连接到NFC控制器308的输入RFI1，另一端连接到电压轨GND；

电容器C9的一端连接到节点404-2，另一端连接到NFC控制器308的另一输入RFI2；

电容器C10的一端连接到NFC控制器308的输入RFI1，另一端连接到电压轨GND。

换句话说，电容器C5与第三变容二极管400-3并联连接在节点404-1与节点406之间。以类似的方式，电容器C6与第四变容二极管400-4并联连接在节点404-2与节点406之间。

实际上：

电容器C3和C4可以各自具有约180pF的电容值，并且更一般地在0.15nF至1.5nF的范围内；

电容器C5和C6可以各自具有约150pF的电容值，并且更一般地在50pF至300pF的范围内；

电容器C7和C9可以各自具有约10pF的电容值，并且更一般地在5pF至30pF的范围内；并且

电容器C8和C10可以各自具有约150pF的电容值，并且更一般地在100pF至300pF的范围内。

NFC控制器308的输入RFI1和RFI2例如是接收器输入。在图4的示例中，输入RFI1和RFI2更具体地适于接收由NFC天线202中的一个捕获的差分射频信号。

NFC电路302的优点在于其易于缩放的事实。事实上，例如，只要开关304具有用于被预见配备有最多数量的天线202的装置的足够输出，则可以在不修改NFC电路302的硬件设计的情况下制造配备有各种数量的NFC天线202的用于不同应用的NFC装置。

图5是示出执行近场通信的方法中的操作的流程图500。下面结合图5描述的操作例如可以由图3的NFC装置300执行。更具体地，流程图500示出了使用例如配备有图4的NFC电路302的NFC装置300的n个天线202的轮询循环。

为了简单起见，这里假定NFC装置300的n个天线202中没有一个用于在轮询循环开始时进行通信或尝试进行通信(框502)。

轮询循环的开始502之后是将计数器k设置为值1(框504)。为了清楚起见，这里假定k的每个值对应于装置300的n个天线202中的一个，k因此是从1到n的整数。计数器k因此用于扫过n个天线202。

在流程图500的这个阶段，k等于1，匹配网络306(图4)的可变电容器400-1、400-2、400-3和400-4的电容值各自被调谐以便适应n个天线202中的一个天线(例如天线202-1)的阻抗(框506)。在图5的示例中，在尝试使用天线202-1建立近场通信之前执行调谐步骤506。

实际上，可以通过调谐算法来执行调整可变电容器400-1、400-2、400-3和400-4中的每一个的电容值。例如，这种调谐算法可以由NFC控制器308执行(图4)。可选地，可以使用查找表来调整变容二极管的电容值。

然后选择天线202-1(框508)。天线202-1的选择508通过控制NFC电路302(图4)的开关304来执行，以便将其一对输入I1、I2耦合到其一对输出O1、O2，该对输出O1、O2耦合到NFC天线202-1。

在流程图500的进一步步骤中，NFC装置300尝试使用所选择的天线202-1建立近场通信(框510)。例如，NFC装置300在有限的时间期间(例如几秒钟)尝试建立NFC通信。

如果尝试与另一NFC装置通信成功，则NFC装置300可以例如记录装置存在于NFC天线202-1的范围内和/或与该装置交换数据。

实际上，为了尝试与另一NFC装置(例如NFC装置100B(图1))通信，装置300发射电磁场。更具体地，如果配置为正常模式，则NFC装置300连续发射包括周期性轮询阶段的载波，而如果配置为低功率模式，则NFC装置300以周期性突发且不具有轮询帧的方式发射场。

如果存在NFC装置100B，并且假设NFC装置300以低功率模式操作，则由装置300检测所发射的场的相位或幅度变化，装置300然后开始与装置100B的近场通信的协议。在NFC装置300的一侧，检测振荡电路两端的电压的幅度和/或相对于由电路302生成的信号的相移是否超出每个由下阈值和上阈值定义的幅度和相位窗口。

在通信的情况下，一旦NFC装置300已经检测到NFC装置100B在其场中的存在，它就开始用于建立通信、实现NFC装置300的请求和NFC装置100B的应答的传输(诸如在NFC论坛规范中定义的标准序列)的过程。

一旦通信结束，或者如果在步骤510期间与另一NFC装置通信的尝试失败，则将计数器k的值与值n进行比较(框512)。这允许在每个轮询循环期间扫过所有n个天线202。在这个阶段，计数器k的值等于1，它不等于n(因为n等于2或更大)。

然后计数器k递增(框514)，并且可变电容器400-1、400-2、400-3和400-4的电容值的调谐506再次发生。在这一步骤，计数器k的值等于2。因此，可变电容器400-1、400-2、400-3和400-4的电容值被调谐以适应n个NFC天线202中的另一NFC天线(例如NFC天线202-2)的阻抗。

然后在步骤508选择NFC天线202-2。天线202-2的选择508是通过控制NFC电路302(图4)的开关304而被执行的，以便将其一对输入I1、I2耦合到其一对输出O3、O4，该一对输出O3、O4耦合到NFC天线202-5。然后，在步骤510，激活天线202-2以便尝试与可能存在于其范围内的另一NFC装置通信。

在以这种方式扫过NFC装置300的所有n个NFC天线202(框512的输出为是)之后，然后完成轮询循环(框516)。

然后可以重复轮询循环，例如，以便尝试使用NFC天线202-1再次通信。

在可选实施例中，可以仅使用NFC装置300的n个天线202中的一些天线来执行类似的轮询循环。此外，NFC天线202被扫过的顺序可以从一个轮询循环到另一轮询循环而变化。

图6是具有配备有图4的NFC电路302的多个近场通信天线的装置600的透视图。

在图6的示例中，装置600是连接的台(table)，具有耦合到NFC电路302的四个NFC天线202-1、202-2、202-3和202-4。台600可以包括若干其他元件或电路，诸如微处理器。在图6中，这些元件和电路由单个框602表示。

实施例的优点在于，使用NFC电路302允许减少用于驱动装置600的NFC天线202-1、202-2、202-3和202-4的组件的数量的事实。这导致装置600的整体尺寸、功耗和/或成本的减小，尤其是对于具有六个或更多个NFC天线的装置。

实施例的另一优点在于NFC电路302具有简单的示意图和布局的事实。

实施例的又一优点在于以下事实：例如与具有针对每个NFC天线的NFC控制器和匹配网络的NFC电路相比，NFC电路302的降低的复杂性也倾向于促进电磁兼容测试的成功。

图7示意性地示出了图4的近场通信电路的匹配网络306的可选实施例。

图7所示的匹配网络306与前面参考图4所述的匹配网络306的不同之处在于：

省略了节点406；

变容二极管400-3的第二端子连接到电容器C11的一个端子；并且

变容二极管400-4的第二端子连接到电容器C11的另一端子。

图8示意性地示出了图4的近场通信电路的匹配网络306的另一可选实施例。

图8所示的匹配网络306与前面参考图4所述的匹配网络306的不同之处在于：

省略了变容二极管400-4；

省略了电容器C5和C6；

变容二极管400-3的第一端连接到电容器C12的一个端子，电容器C12的另一端子连接到节点404-1；并且

变容二极管400-3的第二端子连接到另一电容器C13的一个端子，电容器C13的另一端子连接到节点404-2。

图9示意性地示出了图4的近场通信电路的匹配网络306的又一可选实施例。

图9所示的匹配网络306与先前参考图4描述的匹配网络306的不同之处在于，节点406与接地GND电隔离。

已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些实施例的某些特征，并且本领域技术人员将容易想到其他变体。具体地，尽管所描述的实施例更具体地涉及具有多个NFC天线的台，但是所描述的实施例可以由本领域技术人员转置到其他装置。此外，NFC天线202的数量和电特性可以适用于该应用。

此外，尽管通过每个天线202-1、202-2、202-n是耦合到开关304的一对输出的差分天线的示例更具体地示出了本说明的实施例。所描述的实施例可以适用于各自耦合到开关304的一个输出的单端天线。具体地，本领域技术人员可以将参考图4描述的实施例适用于每个天线202-1、202-2、202-n仅包括耦合到开关304的一个输出的一端(例如，端子或导线)的情况。在这种情况下，开关304可以例如仅具有输入I1、I2中的一个输入(诸如输入I1)，该输入例如耦合到NFC控制器308的输出RFO1。使匹配网络306适应这种情况在本领域技术人员的能力范围内。

最后，基于上文提供的功能描述，本文所描述的实施例和变型的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。具体地，用于控制开关304和使用电路302实现近场通信方法的实际方法在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (19)

1.一种近场通信电路，包括：

近场通信控制器；

匹配网络；以及

开关，其中所述开关包括：

一个或多个输入，经由所述匹配网络被耦合到所述近场通信控制器的一个或多个输出；以及

多个输出，每个输出被配置为将所述开关耦合到多个近场通信天线中的对应的一个近场通信天线。

2.根据权利要求1所述的近场通信电路，其中：

所述开关的所述一个或多个输入是一对输入；

所述近场通信控制器的所述一个或多个输出是一对输出；以及

所述多个输出包括多对输出，每对输出被配置为将所述开关耦合到所述多个近场通信天线中的所述对应的一个近场通信天线。

3.根据权利要求1所述的近场通信电路，其中所述匹配网络包括至少一个可变电容器，所述可变电容器可控制以改变所述匹配网络的输出阻抗。

4.根据权利要求3所述的近场通信电路，其中所述至少一个可变电容器中的每个可变电容器具有控制输入，所述控制输入用于修改所述每个可变电容器的电容值。

5.根据权利要求4所述的近场通信电路，其中所述近场通信控制器被配置为使用每个控制输入来调谐所述至少一个可变电容器的电容值。

6.根据权利要求1所述的近场通信电路，其中所述匹配网络包括第一可变电容器，所述第一可变电容器包括：

第一端子，被耦合到所述近场通信控制器的所述一个或多个输出中的一个输出；以及

第二端子，被耦合到所述开关的所述一个或多个输入中的一个输入。

7.根据权利要求6所述的近场通信电路，其中所述匹配网络进一步包括第二可变电容器，所述第二可变电容器包括：

第一端子，被耦合到所述第一可变电容器的所述第二端子；以及

第二端子，被耦合到电压轨。

8.根据权利要求7所述的近场通信电路，其中所述匹配网络进一步包括第三可变电容器，所述第三可变电容器包括：

第一端子，被耦合到所述近场通信控制器的所述一个或多个输出中的另一输出；以及

第二端子，被耦合到所述开关的所述一个或多个输入中的另一输入。

9.根据权利要求8所述的近场通信电路，其中所述匹配网络进一步包括第四可变电容器，所述第四可变电容器包括：

第一端子，被耦合到所述第三可变电容器的所述第二端子；以及

第二端子，被耦合到所述电压轨。

10.一种近场通信装置，包括：

根据权利要求1所述的近场通信电路；

微控制器单元，被耦合到所述近场通信控制器和所述开关；以及

多个近场通信天线。

11.根据权利要求10所述的近场通信装置，其中所述微控制器单元经由通信总线被耦合到所述开关。

12.根据权利要求10所述的近场通信装置，其中所述微控制器单元被配置为控制所述开关。

13.一种执行近场通信的方法，所述方法包括：

控制具有一个或多个输入和多个输出的开关，以将所述开关的一个或多个输入耦合到所述多个输出中的一个或多个第一输出，其中所述一个或多个第一输出被耦合到第一近场通信天线，并且其中所述一个或多个输入经由近场通信电路的匹配网络被耦合到近场通信控制器的一个或多个输出。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：在控制所述开关将所述开关的一个或多个输入耦合到所述一个或多个第一输出以尝试使用所述第一近场通信天线建立近场通信之后：

控制所述开关将所述开关的一个或多个输入耦合到所述多个输出中的一个或多个第二输出，其中所述一个或多个第二输出被耦合到第二近场通信天线；以及

尝试使用所述第二近场通信天线建立近场通信。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

在尝试使用所述第一近场通信天线建立近场通信之前，使所述匹配网络的至少一个可变电容器的电容值与所述第一近场通信天线的阻抗相适应；以及

在尝试使用所述第一近场通信天线建立近场通信之后、以及在尝试使用所述第二近场通信天线建立近场通信之前，使所述匹配网络的所述至少一个可变电容器的电容值与所述第二近场通信天线的阻抗相适应。

16.一种系统，包括：

近场通信控制器；

可调谐天线匹配网络，具有：第一端口，被耦合到所述近场通信控制器；

开关网络，具有：第一端口，被耦合到所述可调谐天线匹配网络的第二端口；以及多个天线接口端口，被配置为被耦合到多个近场通信天线，所述开关网络被配置为将所述多个近场通信天线中所选择的一个近场通信天线连接到所述可调谐天线匹配网络的所述第二端口；以及

控制器，被配置为向所述可调谐天线匹配网络的选择输入提供选择信号，并且向所述可调谐天线匹配网络提供调谐信号。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述调谐信号被配置为：使所述可调谐天线匹配网络将所述多个近场通信天线中所选择的一个近场通信天线的阻抗与所述近场通信控制器的所述第一端口的阻抗匹配。

18.根据权利要求16所述的系统，其中：

所述可调谐天线匹配网络的所述第一端口被耦合到所述近场通信控制器的输出端口；以及

所述可调谐天线匹配网络首先包括：第三端口，被耦合到所述近场通信控制器的输入端口。

19.根据权利要求16所述的系统，其中：

所述多个天线接口端口中的每个天线接口端口包括一对信号线；以及

所述可调谐天线匹配网络的所述第一端口包括差分端口。

Images