CN115051424A

CN115051424A - Nfc充电

Info

Publication number: CN115051424A
Application number: CN202210172911.7A
Authority: CN
Inventors: N·科迪尔; A·托纳梅贝; J·基尼翁
Original assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Current assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2022-09-13
Also published as: EP4050807A1; US20220271568A1

Abstract

本公开的实施例涉及NFC充电。本公开的实施例涉及高速有线接收器中的链路质量估计和异常检测。用在网络设备中的集成电路(IC)包括接收器和链路质量估计电路(LQEC)。接收器被配置为通过链路接收信号并处理接收到的信号。LQEC被配置为通过分析接收器的电路的至少一个或多个设置来预测指示未来链路上的通信质量的链路质量测量，并且根据所预测的链路质量测量来发起响应动作。

Description

NFC充电

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年2月25日提交的法国专利申请2101862的优先权权益，并且进一步要求于2021年6月29日提交的法国专利申请2106989的优先权权益，该申请的公开内容通过引用在法律允许的最大程度上并入本文。

技术领域

本公开一般涉及近场通信(NFC)设备，例如物联网(IoT)设备等。更具体地说，本公开涉及此类设备的无线充电(WLC)。

背景技术

在常规设备中，不同的天线用于NFC通信和无线充电。

最近，人们尝试使用NFC技术进行WLC无线充电。然而，通常的电路不适用于尺寸较小的设备，例如物联网设备。

需要一种适用于小型设备(如物联网设备)的NFC充电解决方案。

发明内容

本文的实施例解决了已知解决方案的全部或部分缺点。

一种设备的实施例包括：NFC控制器；微控制器；外部电池充电电路；能量回收设备；天线；以及开关，由NFC控制器控制，以便将能量回收设备耦合到充电电路。

一个实施例提供了一种用于操作设备的方法，设备包括：NFC控制器；微控制器；外部电池充电电路；能量回收设备；天线；以及开关，将能量回收设备耦合到充电电路，其中该开关由NFC控制器控制。

根据一个实施例，在驱动(读取器)模式或卡模式中的NFC通信期间，所述开关处于断开状态。

根据一个实施例，在无线充电周期期间，所述开关处于闭合状态。

根据一个实施例，微控制器生成用于充电电路的控制信号，以便调节充电电流。

根据一个实施例，所述充电电流基于可用场能量进行调整。

根据一个实施例，在由外部充电设备发射的场存在的情况下，至少NFC控制器和充电电路由场供电。

根据一个实施例，微控制器也由场供电。

根据一个实施例，在由外部充电设备发射的场存在的情况下，只要电池充电电平低于阈值，NFC控制器和/或微控制器就被阻止切换到NFC驱动模式。

根据一个实施例，在由外部充电设备发射的场存在的情况下，当电池充电电平高于阈值时，微控制器和/或NFC控制器由电池供电。

根据一个实施例，在由外部充电设备发射的场存在的情况下，NFC控制器在充电周期期间进入待机模式。

根据一个实施例，在由外部充电设备发射的场存在的情况下，微控制器监测在充电电路的输入处的可用功率。

根据一个实施例，开关为常开型。

根据一个实施例，当NFC控制器检测到外部无线充电设备发射场时，开关被闭合以将能量回收设备耦合到充电电路。

根据一个实施例，开关为常闭型。

一个实施例提供了一种设备，包括：NFC控制器；微控制器；电池充电器；能量回收设备；天线；以及开关，将能量回收设备耦合到电池充电器。

一个实施例提供了一种用于实现所述设备的方法，其中开关由NFC控制器控制。

根据一个实施例，当NFC控制器检测到无线充电轮询电路发射场时，NFC控制器闭合将能量回收设备耦合到电池充电器的开关。

根据一个实施例，微控制器生成旨在用于电池充电器的控制信号，以便调节充电电流。

根据一个实施例，所述充电电流基于可用场能量进行调整。

根据一个实施例，在电池关断模式下，开关的默认状态为接通，以便充电器连接到能量回收设备。

根据一个实施例，在电池关断模式下，至少NFC控制器和电池充电器由场供电。

根据一个实施例，微控制器也由场供电。

根据一个实施例，只要电池电量低于阈值，充电器就会请求NFC控制器和/或微控制器保持静态模式。

根据一个实施例，当电池电量高于阈值时，电池向微控制器供电，微控制器不再通过充电器由场供电。

根据一个实施例，在充电阶段期间，NFC控制器进入睡眠模式。

根据一个实施例，NFC控制器监测接收到的信号强度。

根据一个实施例，微控制器监测充电器输入处的可用功率。

根据一个实施例，如果场降到阈值以下，则微控制器和NFC控制器唤醒，并且：如果充电阶段结束而通信阶段开始，微控制器经由NFC控制器进行通信，以与轮询电路协商充电协议；或者，如果没有可用场，充电停止。

根据一个实施例，在开关断开并且能量回收设备接通时执行包括该设备的匹配电路的调整。

根据一个实施例，设备被配置为实现所述方法。

附图说明

上述特征和优点以及其他特征和优点将在以下以图解方式给出的特定实施例的描述中详细描述，而不限于参考附图，其中：

图1示出了设备1的一个实施例，该设备1适于以非常示意性的块形式操作NFC通信和NFC充电；

图2A和图2B分别以示意图和块形式示出了NFC通信系统和WLC无线充电系统的概述；

图3以时序图的形式示意性地说明了电池充电周期；

图4比图1更详细地显示了适于操作NFC通信和WLC充电的设备的一个实施例；

图5示意性地说明了图4所示的架构状态；

图6示意性地说明了图4所示架构的另一种状态；

图7示意性地说明了图4所示架构的另一种状态；

图8示意性地示出了根据图4的架构的设备的另一个实施例；

图9示意性地示出了根据图4的架构的设备的另一个实施例；和

图10通过时序图说明了根据图4的架构的设备的不同实施例或状态。

具体实施方式

相似特征已通过各种图中的相似附图标记来指定。具体而言，各种实施例中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。

为了清楚起见，仅对有助于理解本文描述的实施例的操作和元件进行了详细说明和描述。

除非另有说明，当提及连接在一起的两个元件时，这表示除导体外没有任何中间元件的直接连接，并且当提及耦合在一起的两个元件时，这意味着这两个元件可以通过一个或多个其他元件连接或耦合。

在以下公开中，除非另有说明，否则当提及绝对位置限定词，如术语“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”等，或相对位置限定词，如术语“上”、“下”、“高”、“下”等，或方位限定词，如“水平”时，“竖直”等，参考图中所示的方向。

除非另有规定，否则“大约”、“大致”、“实质上”和“以…量级”的表述表示在10％以内，最好在5％以内。

许多近场通信设备，如电池操作的智能电话，也可以通过电磁场充电。对于充电功能，这些设备通常使用NFC技术以外的技术(来自NFC论坛)，即低频技术，通常称为Qi。这就需要为设备配备专门用于每个功能的天线和电路。

由于空间限制，此类解决方案不适用于小型设备，例如通常称为物联网(IoT)设备的设备。

根据所描述的实施例，提供的解决方案使得具有NFC类型的近场通信和WLC无线充电功能成为可能，这些解决方案具有更小的占地面积并且与小尺寸的对象兼容。“小尺寸”指的是除自身功能外，还必须集成NFC和充电电路的、其体积小于1立方厘米，最好在0.3到0.5立方厘米之间，甚至更优选0.4立方厘米的物体(如手表、温度传感器等)。

虽然这些实施例是关于对物联网类型设备的应用而更具体地描述的，但是应当注意，它们更一般地适用于任何NFC类型设备，而不管其尺寸如何。

使用NFC技术的无线充电正在兴起。NFC论坛在“NFC论坛无线充电”部分定义了使用NFC技术的无线充电(WLC)标准。

根据所述实施例，13.56MHz射频场用于：驱动模式和卡模式下的近场通信(NFC)；以及充电器或接收器模式下的无线充电(WLC)。

所描述的实施例提供了一种新颖的电子设备架构，其适于使NFC通信和NFC(WLC)充电都成为可能，并且提供了使NFC通信和NFC(WLC)充电都成为可能的实施例。

以IoT设备为例，NFC充电可以用于使用智能电话为IoT设备充电。IoT设备除其他外包括：NFC控制器，其被配置为在驱动(读取器)模式或卡模式(通常被称为传统模式)中实现NFC通信，以及无线充电协议；充电路径，用于将接收到的13.56MHz射频信号转换为连续信号，经由充电电路或芯片对电池充电；以及微控制器，其被配置成控制在充电器芯片与NFC控制器之间的交换或通信，以及优选地与IoT设备的其他功能之间的交换或通信。

图1非常示意性地以块的形式示出了适于操作NFC通信和NFC充电的设备1的一个实施例。

根据本实施例，根据所提议的架构的设备1包括微控制器10(MCU)，其作用尤其是构造(生成)要发射的消息，以向系统的其余部分提供关于电池充电状态和场强要求的信息，以便更新NFC数据交换格式(NDEF)中的数据包。微控制器尤其与NFC发射/接收电路、由块12(FCT)表示的设备1的其他功能以及电池充电电路14(BAT)通信。充电电路位于设备1内部。在IoT设备中，电池14也位于设备1的内部。

NFC发射/接收电路或NFC通信链包括经由电路或阻抗匹配网络24(匹配)连接到NFC控制器26(NFCC)或非接触式前端(CLF)的天线22(天线)，该天线22负责为微控制器10成形从天线22接收的信号(或直接，用于设备1的其他功能)以及由微控制器10(或直接，通过设备1的其他功能)提供的要发射的数据。

根据操作情况，NFC电路从电池14或直接从天线22拾取的场中获取其操作所需的功率。

根据所描述的实施例，充电电路利用与NFC通信电路相同的天线22从充电场提取能量。为此，功率回收电路32(功率回收)或AC/DC转换器连接到天线22，并且经由开关36进一步连接到电池14的充电电路34(充电器)。电路32将用于向充电电路34供电的DC电压VIN，尤其是从例如在充电模式中由设备发射的射频场转换而来。例如，电路32以简化的方式包括二极管电桥。开关36的作用是将充电支路断开连接，尤其是当设备处于NFC通信模式时，如下文所述。

图2A和图2B分别以非常示意的方式和块的形式说明了NFC通信系统和无线充电系统的概述。

在这两种情况下，系统使用结合图1描述的类型的设备1，其架构在NFC通信分支与NFC充电分支之间共享相同的天线22，并且优选相同的功率回收电路32。

为简单起见，图2A和图2B中并未示出设备1的所有电路。仅示出了天线22、匹配电路24、NFC控制器26、功率回收电路或AC/DC转换器32、开关36(开关)和充电电路34。

图2A示出了设备1可以在其中操作的两种NFC通信操作模式(CE/RW)。

当设备1处于在读取器或读/写(RW)模式下操作的设备42(NFC读取器)的范围内时，设备1可以在卡仿真模式(CE)下操作。在这种情况下，开关36被断开以将充电支路断开连接。NFC通信分支被激活，并且NFC控制器和其他电路由电池供电，如图4所示。

设备1还可以在驱动(读取器)模式下工作，也被称为读/写(RW)模式。然后，它向以卡仿真模式(CE)操作的标签44(NFC标签)生成射频场。开关36也被断开以将充电分支断开连接。NFC通信分支被激活，并且从设备1的电池获取其操作所需的电源。

图2B示出了一个充电实施例，其中设备1处于由以无线充电轮询模式(WLC-P)操作的设备46或充电器或轮询电路设备发射的NFC充电场范围内。例如，设备46是用于为连接对象(IoT)充电的智能电话。在设备46被配置为操作NFC类型的无线充电的情况下，它尤其包括NFC控制器466(NFCC)、阻抗匹配电路464(匹配)和天线462(天线)。在设备侧，设备1用作无线充电监听器(WLC-L)或接收器或监听器设备，例如充电设备。在该配置中，开关36闭合，以使转换器32能够将来自由充电设备46辐射的场的功率供应给充电电路34，从而对电池充电(图2B中未显示)。通信分支(尤其是网络24和控制器26)保持激活，尤其是确定远程设备是充电设备，并且从而能够在必要时闭合开关36并且基于充电器能力建立充电电平。具体地说，设备1可以以NFC数据交换格式(NDEF)与NFC充电设备46交换其无线充电能力，然后NFC控制器26可以对其进行解释。

为设备1描述的架构与通常的NFC通信操作兼容，无论是在卡模式还是轮询模式下。然而，为了避免存在干扰通信和生成损耗的充电路径，尤其是，一旦实施例处于NFC通信模式，无论是在驱动(读取器)模式还是在卡模式下，开关36就被断开。

图3以时序图的形式示意性地说明了电池充电周期。

图3的图表示出了电池电流和电压演化的示例，并且基于时间指示了三种不同状态(状态1、状态2、状态3)下由充电电路34提供的充电电流和充电电路34的充电器电压。

状态1对应于充电器34关断的状态。这也可以对应于电池关断的状态，例如其电荷不足以操作设备1的电路。在图3所示的示例中，说明了充电周期，当电池放电时(电池电压处于较低电平)，会呈现关断状态(充电器34不向电池供电)。在电池充满电之后，也会呈现关断状态。然后，电池电压处于VFLOAD电平，并且充电电流为零。

状态2对应于电池电压电平较低的预充电状态，例如低于阈值VPRE。在此状态下，可以以受限制的电流(IPRE)和受限制的电压(VPRE)执行预充电步骤(预充电)，以免损坏蓄电池。

状态3对应于快速充电状态，其中电池电压电平足够高，例如高于阈值VPRE。在这种状态下，能够实现更高的恒电流(ISET)，高于受限制的电流IPRE，的快速充电步骤(快速充电)，并且达到VFLOAD电压或最大值。当电池达到VFLOAD电压时，充电器切换到恒压阶段。由电池消耗在充电器34上的充电电流逐渐减小，直到达到IEND电平，此时充电被视为完成。

然后，通过断开开关36(充电电流为零)，充电器返回至关断状态。

在下面描述的实现方式和实施例中，有利地意图利用开关36的存在来共享相同天线22来用于电池14的无线充电以及用于近场通信。

图4比图1更详细地示出了设备1的一个实施例。

更具体地说，图4详细说明了用于实现所述解决方案的设备1的电路之间的某些连接。

为简单起见，仅示出并且描述了那些对理解供电和充电功能有用的连接。图4的电路和未显示的设备1的其他电路之间存在其他连接，但尚未详细说明。同样，为了简单起见，可以使用相同的术语和附图标记来指定信号和应用该信号的输入端子，或者指定提供该信号的输出端子。

根据所描述的实施例，相同的天线22连接到旨在用于NFC通信的阻抗匹配网络24和能量回收设备32，例如在到平滑电容器(未示出)的输出处关联的整流桥。这些连接被任意考虑，以分别定义NFC通信分支和无线充电分支。

在充电支路侧，能量回收电路32的输出经由开关36连接到充电器电路34的输入或电源端子IN。电压限制元件42简化为齐纳二极管，将来自设备32的整流电压(峰值)限制为6.0伏量级的VIN值，例如，二极管42的阳极位于接地侧。VIN电压还被提供给微控制器10的模数转换器的输入ADC1，以确定VIN电压电平，并且在设备2处于WLC-L模式时，使其能够基于VIN电压调节在WLC-P模式下运行的充电器设备提供的功率。如有必要，可通过未示出的分压器进行测量(例如，微控制器的电压约为3伏，而VIN电压通常可达6伏)。

根据所示的实施例，二极管42位于开关36的下游，因此它仅在电池充电模式中连接到天线22。

充电器34从微控制器10接收控制信号，并且更具体地，接收：用于输出极低功率模式(通常为10nA量级，通常称为运输模式)的唤醒(W-U)信号，以及用于允许测量电池14的电压电平的信号BATMS-EN，用于停用充电器以切换至极低功率模式停机(SD)信号，以及用于重置充电器状态或暂停充电的信号CEN。这些信号分别由微控制器10从通用输入/输出(GPIO)端子GPIO5、GPIO4、GPIO3和GPIO2提供。

在能量输出VBAT、Vsys和LDO处，充电器34向相应的电池提供电压，具有来自设备32的VIN值或电池10提供的VBAT值的系统电压Vsys，以及来自由电池提供的能量调节(例如，在3.0伏)的标称电压Vnom。Vnom电压由线性低压降(LDO)稳压器提供，例如，充电器34包括该稳压器。VBAT端子是充电器34的输入/输出VBAT端子，连接到电池(在其正极端子上)，用于充电或从中吸取能量。

除其他外，Vnom电压被供应给微控制器10和NFC控制器26。Vsys电压仅提供给NFC控制器。这种电源电压分离主要是由于LDO线性稳压器具有受限制的电流容量(大约150mA)，而NFC控制器26在驱动(读取器)模式下可能需要高达400mA的电流，在卡模式下可能需要200mA的电流。此外，由LDO线性稳压器提供的3V电压限制了NFC控制器的射频性能。由于Vsys电压对应于VBAT蓄电池电压，当开关36断开(无充电过程)时，该电压大于3伏，因此NFC性能更好。相比之下，有必要为NFC控制器26上的VPSIO输入提供LDO线性稳压器，这是因为VPSIO输入被用作针对连接到微控制器10的GPIO和I2C输入/输出的电压参考。

充电器34还向微控制器10提供BATM和CHG信号。

BATMS信号与电池电压测量值相对应，以评估充电电平。为了避免在连接在BATMS端子与微控制器10的模数转换器的端子ADC2之间的分压电桥(未显示)中过度消耗，测量由BATMS_EN激活(BATMS_EN仅在BATMS_EN为1时示出电池电压)。

CHG信号指示充电器状态机所处的阶段，通常是VIN无效/VIN有效/充电/充电结束/充电超时(预充电30分钟或快速充电5小时后)/过充电错误/快速充电期间电池电压过低错误(VBAT<VPRE)/充电器过热错误/电池过热错误。这些状态通过频率为数赫兹的CHG信号的高/低电平进行编码。CHG信号例如在通用输入/输出(GPIO1)端子上被提供给微控制器10。

在预充电电流IPRE与快速充电电流ISET之间的电池充电电流强度取决于将充电器34的相应IPRE和ISET端子连接至接地的相应电阻器R1、R2的连接(充电器34内部)。

在通信分支侧，阻抗匹配电路24连接到NFC控制器26。NFC控制器至少经由双向总线I2C连接到微控制器10，用于交换接收的数据和待发送的数据。控制器26根据操作条件在DMP端子处为开关36提供断开或闭合的控制信号。

微控制器10与设备1中未示出的其他电路交换信号。总线象征着这些交换的链路。

所描述的架构适用于不同的实施例和实现方式。

具体而言，根据开关36是常开还是常闭，操作和控制将有所不同。优选地，开关为常开型，这使得在卡和驱动模式下获得最佳NFC性能成为可能。当通过数据交换检测到WLC-P充电设备时，其闭合被触发，以开始对电池充电。

图5至图7示出了在由天线22拾取的通过WLC-P充电设备生成的场存在的情况下，如上所述的设备1的不同操作阶段。根据不同情况下使用的电路，这些图部分重复了上述架构的某些元素。

图5示意性地说明了图4所示的架构状态。

图5对应于状态1(图3)，其中电池关断或充电不足无法操作以对电路提供任何功率。例如，电池在其端子处的电压低于2.8伏。

在这种状态下，微控制器10处于低功率模式，由线性调节器供电，并且NFC控制器26经由电路32由磁场供电。

控制器26模拟标签操作并且发送仅支持静态模式的消息WLC_CAP，以便在WLC-P充电设备在范围内时发起预充电。

如果开关36常开，则控制器26通过改变DMP信号的状态使其闭合。如果开关36常闭，则DMP信号的状态不变。

图6示意性地说明了图4所示的架构的另一种状态。

图6对应于预充电状态2(状态2)，其中电池14无法通过充电设备34维持快速充电。这对应于例如跨电池14的端子的电压小于VPRE电压(例如小于3.0伏)的状态。

在该状态下，WLC-P充电设备发送静态充电电平，例如已通信请求静态模式充电的WLC_CAP消息的设备的默认场电平。电池开始由场充电。电池充电电流由激活的电阻器R1限制在IPRE电平。

当电池电量充足时，微控制器10可以开始通过充电器34由电池供电，其中充电器34内部的LDO调节器提供Vnom电压(例如，3.0伏)。微控制器10随后可以开始与充电器34通信，以监测(监测)电池充电电平和充电器操作(BATMS和CHG信号)，并且控制(CMD)充电器(BAMTS-EN、CEN、SD和W-U信号)。

优选地，一旦Vnom电压的充电电平足够高(高于阈值)，NFC控制器26就开始由Vnom电压供电，从而由电池供电。一个优点是，如果微控制器10的状态改变(例如对通信的需求)并且因此电流消耗改变，这将不会影响由WLC-P充电设备辐射的场电平。这样就不会有触发充电设备侧所谓“异物检测”机制的风险。在这种状态下，电池充电器向电池提供恒定的充电电流，由电压、VIN从场中提取，并且由系统所需的功率通过Vsys和LDO功率输出从电池中提取。

优选地，控制器26保持在静态模式中，并且在充电电平足够之前不能切换到驱动(读取器)模式。为此，在充电器34与控制器26之间提供了一个直接链接(图6中的虚线)，以使充电器34能够在充电电平足够时向控制器26指示。此外，优选地，微控制器10保持在静态模式(有限功耗)，直到电荷电平足够为止。

图7示意性地说明了图4所示的架构的另一种状态。

图7对应于快速充电状态3，其中WLC-P充电设备可以提供足够的功率，以将电池14充电至其最大VFLOAD。例如，这对应于电池具有在预充电电平VPRE与其端子处VFLOAD最大电压之间的电压状态。

在这种状态下，WLC-P充电设备可以与WLC-L接收器(设备1)处于协商级别。为此，微控制器10命令NFC控制器向WLC-P设备发送WLC_CAP消息，以通信电池的充电容量。WLC_CAP消息中的一个字段表示切换到协商模式的请求。然后电池由场供电。可在微控制器10处对场进行监测(优选地，微控制器10由Vnom电压供电，NFC控制器26由Vsys电压供电)。

在一种变体中，只要充电电平足以使NFC控制器和微控制器通电，微控制器就会监测接收到的功率。然后，它生成充电器34的控制信号，以调节充电电流。这将最大化接收功率消耗。换句话说，这对应于将由WLC-P充电设备生成的可用功率与由电池充电所消耗的电流相匹配。

图8示意性地示出了根据图4的架构的设备的另一个实施例。

图8示出了设备1根据WLC标准与充电设备建立通信的状态，例如使用NFC论坛中定义的WLC协议，同时从WLC-P充电设备对电池充电。

在本实施例中，充电设备将自身置于静态场电平，以便使通信成为可能。换言之，它减少了生成的场，但充电器34仍会消耗能量，以便继续为电池14充电。但是，由于两个电阻器R1和R2无用，因此它们被停用。在这种情况下，电池的充电电平实际上是足够的，因此将被激活的电阻器将是电阻器R2，但如果由充电设备辐射的场功率由充电设备控制，则该电阻没有用处。

在该实施例中，微控制器10和NFC控制器26由电池供电。通信本身使用NFC控制器26和微控制器10。

图9示意性地示出了根据图4的架构的设备的另一个实施例。

图9示出了设备1在驱动(读取器)模式下用作NFC设备的状态，例如生成场并且与外部NFC标签通信。

在这种被称为NFC Tx模式的状态下，控制器26使开关36断开，以便将开关36下游的充电分支电路断开连接。设备1(经由NFC控制器24和天线22)生成场以与外部NFC标签通信。NFC控制器26和微控制器10由电池供电。

优选地，根据功率回收电路32包括二极管整流器元件的另一实施例，在调整匹配电路24的尺寸时考虑二极管的寄生电容。

NFC驱动模式下的通信操作是标准操作。

所描述的架构支持不同的实施例，具体取决于开关36是常开还是常闭，以及NFC控制器36是否通电。

根据开关36为常开型的一个实施例，充电路径不干扰设备在NFC通信模式下的操作(除了由于功率回收电路而进行的自适应)。

当控制器26检测到场由WLC-P充电设备生成时，控制器26使开关36闭合，以便将充电器34连接到能量回收电路。如上所述，控制器26模拟标签操作并Q2发送仅支持静态模式的WLC_CAP消息。

通常，过程如下所示。检测标签的读取器或充电器(设备1模拟标签)根据ISO14443/EMVCo非接触式标准或NFC论坛执行防碰撞程序。然后读取器发送其应用程序标识符(AID)，该标识符指定由读取器支持的应用程序，例如“支付”、“传输”或“NFC论坛”。这些标识符在ISO7816-4标准中定义。例如，如果标识符对应于标准化代码D2760000850101(NDEF标签应用)，则设备1根据所需交换呈现其所需的NDEF消息(其希望充电的WLC-CAP消息)。

在状态1和2(图3)中，设备1将模拟WLC_CAP NDEF标签，其中读取器发送符合NFC论坛的应用程序标识符。在状态3中，设备1完全可工作。因此，设备1可以例如基于用户的行为发送更复杂的NDEF消息，包括WLC_CAP消息、无线局域网(Wi-Fi或蓝牙)、配对请求、虚拟卡(vCARD)等。

根据开关36常闭的一个实施例，默认操作是对电池充电。然后，控制器26使其断开以执行NFC通信。这种通信通常通过从电池获取电力在驱动模式下建立，或者通过从设备1所在的场获取电力在卡模式下建立。

图10是说明WLC-P充电设备在其现场存在WLC-L充电设备时的操作的时序图。

此时序图示出了随时间变化的场强示例。

静止时，充电设备周期性地发射场突发(NFC轮询)。当它检测到其场中存在物体时，会启动防碰撞程序(NFC LE)。

然后，如上所述，在无线充电控制激活(WCCA)的初始阶段，读取器发射其应用标识符，并且设备1模拟标签，发射NDEF WLC_CAP消息，该消息由读取器读取。

然后，无线充电开始并且包括连续的n个充电周期(WLC周期#1、WLC周期#2、WLC周期#3、…、WLC周期#n)。每个充电周期包括无线充电控制(WCC)阶段和无线功率传输(WPT)阶段。根据由设备1在WCC阶段发送的WLC_CAP消息中包含的模式(静态或协商)，在WPT阶段期间由读取器发射的场强或多或少是重要的。特别是在协商模式下，电压超过最大阈值V_OVMAX，而在静态模式下，电压保持在最小阈值V_OVMIN与阈值V_OVMAX之间。如有必要，在传输阶段结束时，读取器在下一个WCC阶段之前插入异物检测IFOD阶段。

一旦充电完成后(在第n个周期结束时)，读取器将返回轮询模式。

无论实施例如何，优选地，在电池充电模式下，控制器26在充电阶段期间被切换到待机模式。实际上，根据WLC协议，充电设备发射由命令交换帧分隔的连续充电帧，从而可以调整场功率。然后，可以在每个命令交换帧的末尾将控制器26置于睡眠模式。

换句话说，在以静态模式发送WLC_CAP消息或以协商模式发送用于充电设备的WLC_CTL消息的末尾，NFC控制器26进入待机模式以降低功耗并提高充电效率。

在充电阶段，包括在待机模式下，NFC控制器(或微控制器10)仍然监测接收的场，以便检测充电周期的结束以及呈现新的WLC_CAP或WLC_CTL消息的需要。在接收到的场电平转换的情况下，如果场降到自定义阈值以下(根据设备1的特性选择)，NFC控制器将唤醒并且：

-如果这是充电阶段的结束和通信阶段的开始：NFC控制器进行通信以继续充电协议；并且

-如果未检测到WLC-P场：充电过程终止。这对应于设备1不再在WLC-P设备的范围内，或者WLC-P设备已经停止发射场的情况。

下表1总结了基于VIN电压和VBAT电压电平的Vth阈值的LDO和Vsys电压电平示例(图4)。在此特定示例中，V_PRE值为3伏，V_LOW值为2.8伏，并且Vth值为3.9伏。

表1

在一种变体中，当VIN电压高于Vth并且VBAT电压高于V_PRE(表的第一行)时，Vsys电压由电池Vsys＝VBAT提供，并且LDO调节器从VBAT而非VIN获取能量。

所描述的实施例的一个优点是，它们使得能够共用天线，并且优选地共用用于NFC通信和NFC充电操作的功率回收电路。

所述实施例的另一个优点是，它们与NFC论坛定义的协议兼容。

已经描述了各种实施例和变体。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生成其他变体。

最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变体的实际实现在本领域技术人员的能力范围内。

Claims

1.一种设备，包括：

NFC控制器；

微控制器；

外部电池充电电路；

能量回收设备；

天线；以及

开关，由所述NFC控制器控制，以选择性地将所述能量回收设备耦合到所述外部电池充电电路；

其中，所述微控制器被配置为生成应用于所述外部电池充电电路的控制信号，以调节充电电流。

2.根据权利要求1所述的设备，其中在使用驱动读取器模式或卡模式的NFC通信期间，所述开关处于断开状态。

3.根据权利要求2所述的设备，其中在无线充电周期期间，所述开关处于闭合状态。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述充电电流基于来自由外部充电设备发射的场的可用场能量进行调整。

5.根据权利要求4所述的设备，其中至少所述NFC控制器和所述外部电池充电电路由所述场供电。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述微控制器也由所述场供电。

7.根据权利要求1所述的设备，其中在由外部充电设备发射的场存在的情况下，只要所述电池的所述充电电平低于阈值，所述NFC控制器和/或所述微控制器就被阻止切换到NFC驱动读取器模式。

8.根据权利要求1所述的设备，其中在由外部充电设备发射的场存在的情况下，当所述电池充电电平高于阈值时，所述微控制器和/或所述NFC控制器由所述电池供电。

9.根据权利要求1所述的设备，其中在由外部充电设备发射的场存在的情况下，所述NFC控制器被配置为在充电周期期间进入待机模式。

10.根据权利要求1所述的设备，其中在由外部充电设备发射的场存在的情况下，所述微控制器监测所述外部电池充电电路的输入处的可用功率。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述开关为常开型。

12.根据权利要求11所述的设备，其中响应于检测到外部无线充电设备发射场，所述NFC控制器被配置为闭合将所述能量回收设备耦合到所述充电电路的所述开关。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述开关为常闭型。

14.根据权利要求13所述的设备，其中响应于检测到外部无线充电设备发射场，所述NFC控制器被配置为保持所述开关闭合，以将所述能量回收设备耦合到所述外部电池充电电路。

15.一种用于控制的方法，包括：NFC控制器；微控制器；外部电池充电电路；能量回收设备；天线；以及开关，所述开关在所述能量回收设备与所述外部电池充电电路之间，所述方法包括：

使用所述NFC控制器选择性地控制所述开关，以将所述能量回收设备耦合到所述外部电池充电电路；以及

由所述微控制器生成应用于所述外部电池充电电路的控制信号，以调节充电电流。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：在使用驱动读取器模式或卡模式的NFC通信期间，将所述开关控制为处于断开状态。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：在无线充电周期期间，将所述开关控制为处于闭合状态。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括：

确定由外部充电设备发射的场的存在；以及

响应于确定由所述外部充电设备发射的所述场的存在，只要所述电池的充电电平低于阈值，就阻止切换到NFC驱动读取器模式。

19.根据权利要求15所述的方法，还包括：

确定由外部充电设备发射的场的存在；以及

响应于确定由所述外部充电设备发射的所述场的存在，当所述电池充电电平高于阈值时，由所述电池为所述微控制器和/或所述NFC控制器供电。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括：

确定由外部充电设备发射的场的存在；以及

响应于确定由所述外部充电设备发射的所述场的存在，使所述NFC控制器在充电周期期间进入待机模式。

21.根据权利要求16所述的方法，还包括：

确定由外部充电设备发射的场的存在；以及

响应于确定由所述外部充电设备发射的所述场的存在，监测在所述外部电池充电电路的输入处的可用功率。