CN208638348U - 近场通信应答器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及近场通信应答器。一种近场通信(NFC)应答器包括耦合到发射天线的发射电路和耦合到接收天线的接收电路。发射/接收天线被配置以使得发射天线的操作没有在接收天线上引起信号。有利地，这允许接收天线的持续接收同时发射天线用于使用有源负载调制进行传输。

Description

近场通信应答器
技术领域
本实用新型涉及近场通信(NFC)技术，并且更具体地涉及用于在NFC应答器设备中使用的天线设计。
背景技术
近场通信(NFC)技术实现设备之间的非接触式通信。NFC系统的应用的数目以及对应的市场每天都在增长。传统的NFC系统包括位于非接触式通信接口的一侧上的读取器端子和位于非接触式通信接口的另一侧上的多个应答器。RF识别(RFID)标签仅是NFC应答器设备的一个示例。在很多情况下，应答器是无电池设备，其通过非接触式通信接口从读取器端子接收电力。使用公知的无源负载调制(PLM)技术来将数据从应答器传送到读取器端子。在无源负载调制中，应答器收获读取器端子的一些场功率并且使用该功率来调制读取器端子天线所感测到的负载的量。
备选地，可以通过使用有源负载调制(ALM)来进行数据从应答器向读取器端子的有源传输。为了完成有源负载调制，应答器进行与读取器端子的场同相或180°异相的RF传输。当应答器场与读取器场同相时，读取器天线端子处存在电压增加，这个电压增加被读取器感测为发射数据。相反，当应答器场与读取器场180°异相时，读取器天线端子处存在电压降低，这个电压降低被读取器感测为发射数据。
在过去的几年中，出现了在非常小的设备(诸如可穿戴设备和移动电话)上实现NFC功能的趋势。将NFC技术集成到这样的小型设备中需要使用具有相对而言较小的占用面积或体积的天线。结果，无源负载调制是不可行的。代之，需要有源负载调制。然而，因为应答器天线较小，所以应答器可能无法从读取器场收获足够的能量。这是由于应答器天线与读取器天线之间的耦合不充分，并且还因为在传输期间在应答器中使用相同的天线。
实用新型内容
为解决上述问题，本实用新型提供了近场通信(NFC)应答器。
在一个实施例中，一种近场通信(NFC)应答器包括：具有第一输出和第二输出的发射电路；具有第一输入和第二输入的接收电路；发射天线，具有耦合在发射电路的第一输出和第二输出与接地节点之间的第一天线段以及耦合在发射电路的第一输出和第二输出与接地节点之间的第二天线段；以及接收天线，具有耦合到接收电路的第一输入的第一天线端子和耦合到接收电路的第二输入的第二天线端子；其中发射天线的第一天线段平行于接收天线的第一部分延伸，并且其中发射天线的第二天线段平行于接收天线的第二部分延伸。
在一个实施例中，一种近场通信(NFC)应答器包括：发射电路；具有第一输入和第二输入的接收电路；电耦合到发射电路的输出的发射天线，发射天线具有耦合在发射电路的输出与接地节点之间的第一天线段和耦合在发射电路的输出与接地节点之间的第二天线段；以及电耦合到接收电路的输入的接收天线环路；其中发射天线的第一天线段平行于接收天线环路的第一部分延伸，并且其中发射天线的第二天线段平行于接收天线环路的第二部分延伸。
在一个实施例中，一种近场通信(NFC)应答器包括：具有第一输出和第二输出的发射电路；具有第一输入和第二输入的接收电路；发射天线，具有与第二天线段串联耦合在发射电路的第一输出与第二输出之间的第一天线段；接收天线，具有耦合到接收电路的第一输入的第一天线端子和耦合到接收电路的第二输入的第二天线端子；其中发射天线的第一天线段平行于接收天线的第一部分延伸，并且其中发射天线的第二天线段平行于接收天线的第二部分延伸。
本实用新型的实施例允许接收天线的持续接收，同时发射天线用于使用有源负载调制进行传输。
附图说明
附图被包括以提供对本实用新型的进一步理解，并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分，图示本实用新型的实施例，并且与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
在附图中：
图1示出了具有用于在近场通信(NFC)应用中使用的双天线布置的应答器的框图；
图2A至图2B示出了针对图1的发射天线和接收天线的物理布置的示例；
图3A至图3C示出了用于如图2A所示的发射天线和接收天线中的一个或多个天线的多匝天线配置的使用；
图4图示了应答器的天线与读取器端子的天线之间的相对尺寸差异和磁性关系；以及
图5A至图5B示出了针对发射天线和接收天线的物理布置的示例。
具体实施方式
参考图1，图1示出了具有用于在近场通信(NFC)应用中使用的双天线布置的应答器100的框图。应答器包括发射(TX)电路104和接收(RX)电路106。发射电路104包括RF输出端子RFO1和RFO2，RF输出端子RFO1和RFO2通过电路108直接电连接在一起，并且直接电连接到发射天线112的第一(段)部分110a的第一端部端子并且直接电连接到发射天线112的第二(段)部分110b的第一端部端子。第一(段)部分110a和第二(段)部分110b的第二端部端子通过电路114而直接电连接在一起，并且进一步直接电连接到接地节点116。接收电路106包括分别连接到接收天线118的对应的第一端部端子和第二端部端子的RF输入端子RFI1和RFI2。应答器100被包含在便携式电子设备120中，便携式电子设备120包括例如蜂窝(移动)电话或人类可穿戴设备，诸如手表或运动跟踪器。
在其中RF输出端子RFO1和RFO2由于发射电路的电配置而不能直接电连接在一起的发射电路104的实现中，巴伦(balun)124可以替代地与耦合到RF输出端子RFO1和RFO2的(平衡)输入以及单端(不平衡)输出RFO一起使用，发射天线112的第一(段)部分110a和第二(段)部分110b的第一端部端子直接电连接到单端(不平衡)输出RFO。
发射天线112和接收天线118的阻抗根据端子RFO1、RFO2、RFO、RFI1和RFI2的输入和输出阻抗要求来限定。备选地，匹配网络将会将RFO1、RFO2、RFO、RFI1和RFI2的阻抗传递到发射天线112和接收天线118的阻抗。
图2A示出了针对发射天线112和接收天线118的物理布置的一个实施例。发射天线112包括形成端子RFO1、RFO2之间的环路(或连接到端子RFO的环路)的至少单匝导线。环路包括第一(段)部分110a和第二(段)部分110b，其中第一(段)部分110a在端子RFO1、RFO2、RFO与接地节点116之间延伸，并且第二(段)部分110b在端子RFO1、RFO2、RFO与接地节点116之间延伸(并且因此与第一(段)部分110a并联电连接)。发射天线112环路的一匝或多匝布置在第一平面中。接收天线118也包括形成端子RFI1与RFI2之间的环路的至少单匝导线，并且包括平行于第一(段)部分110a延伸的第一部分111a和平行于第二(段)部分110b延伸的第二部分111b。接收天线118环路的一匝或多匝布置在第二平面中。在一个实施例中，第一平面和第二平面彼此平行。在更具体的实现中，第一平面和第二平面是共面的(即，它们在同一平面内)。在具有如图2A所示的平行或共面的天线平面的优选实现中，发射天线112环路围绕接收天线118环路。
在备选实现中，如图2B所示，第一平面和第二平面可以彼此垂直，在这种情况下，不需要发射天线112的接地节点116连接，并且发射天线段110a、110b可以分别单独地连接到RFO1和RFO2。在这个实现中不需要连接108。
尽管图2A和图2B图示了其中仅使用单匝天线环路的特定实现，但是应当理解，这仅是一个示例。在如图3A所示的实施例中，发射天线112包括单匝天线环路，并且接收天线118是多匝(例如，螺旋绕组)天线环路。图3B的实现将发射天线112示出为多匝天线(例如，螺旋绕组)环路，并且将接收天线118示出为单匝天线环路。图3C的实现将发射天线112示出为多匝(例如，螺旋绕组)天线环路，并且将接收天线118示出为多匝(例如，螺旋绕组)天线环路。使用一个或多个多匝(例如，螺旋绕组)天线环路的实现同样适用于与图2B的垂直平面配置结合使用。
箭头140示出了在发射天线112的第一部分110a和第二部分110b中的电流流动的方向。这个电流流动分别产生磁场线142a和142b，磁场线142a和142b彼此抵消并且因此不会在接收天线118上引起信号。因为由于发射天线112中的电流流动而使得发射天线112没有在接收天线118上引起信号，因此接收电路106可以在发射电路104操作期间连续地监测读取器端子场，并且因此用于从读取器端子接收信号并且维持与读取器端子的同步而没有中断。
如前所述，NFC功能在非常小的设备(诸如可穿戴设备和移动电话)上的集成需要针对发射天线112和接收天线118使用小型天线。实际上，图4提供了与读取器端子天线150相比的发射天线112与接收天线118之间的相对尺寸差异的一般指示。应当理解，图4不一定示出缩放尺寸关系，而是图示了相对尺寸关系，其中由应答器100中的发射天线112和接收天线118占据的平面面积远小于由读取器端子天线150占据的平面面积。在这一水平，发射天线112的第一部分110a和第二部分110b中的电流流动分别产生磁场线144a和144b，磁场线144a和144b彼此相加以便在读取器端子天线150上引起信号。
因为使用无源线性系统，所以可以交换图1所示的天线的位置。
图5A示出了针对发射天线112'和接收天线118'的物理布置的一个实施例，其中与图2A相比已经交换天线位置。在一个备选实现中，如图5B所示，第一平面和第二平面可以彼此垂直(与图2B相比)。
在如图5A所示的具有平行或共面的天线平面的一个优选实现中，接收天线118'环路围绕发射天线112'环路。以与本文中关于图2A所示和所述的方式类似的方式，图5A的天线配置支持针对发射天线112'的磁场线142'a和142'b，磁场线142'a和142'b没有在接收天线118'上引起信号。因为发射天线112'没有在接收天线118'上引起信号，所以接收电路106可以在发射电路104操作期间连续地监测读取器端子场，并且因此用于从读取器端子接收信号并且维持与读取器端子的同步而没有中断。
尽管图5A至图5B图示了其中仅使用单匝天线环路的特定实现，但是应当理解，这仅是一个示例。如本文中关于图3A至图3C所指出的，所包括的天线中的一个天线或另一天线或两个天线可以被实现为多匝(例如，螺旋绕组)天线环路。
如图4所示的应答器的天线与读取器的天线之间的相对尺寸关系同样适用于图5A和图5B的实现。
对于本领域技术人员很清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，可以在本实用新型内进行各种修改和变化。因此，本实用新型旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的对本实用新型的修改和变化。

Claims (19)

1.一种近场通信应答器，其特征在于，包括：
发射电路，具有第一输出和第二输出；
接收电路，具有第一输入和第二输入；
发射天线，具有耦合在所述发射电路的所述第一输出和所述第二输出与接地节点之间的第一天线段、以及耦合在所述发射电路的所述第一输出和所述第二输出与所述接地节点之间的第二天线段；以及
接收天线，具有耦合到所述接收电路的所述第一输入的第一天线端子和耦合到所述接收电路的所述第二输入的第二天线端子；
其中所述发射天线的所述第一天线段平行于所述接收天线的第一部分延伸，并且其中所述发射天线的所述第二天线段平行于所述接收天线的第二部分延伸。
2.根据权利要求1所述的近场通信应答器，其特征在于，用于所述发射天线的所述第一天线段和所述第二天线段形成在第一平面中，并且其中所述接收天线形成在第二平面中。
3.根据权利要求2所述的近场通信应答器，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面是平行平面。
4.根据权利要求2所述的近场通信应答器，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面是共面平面。
5.根据权利要求1所述的近场通信应答器，其特征在于，所述发射电路的所述第一输出和所述第二输出彼此直接电连接，并且直接电连接到所述第一天线段和所述第二天线段中的每个天线段的第一天线端子。
6.根据权利要求1所述的近场通信应答器，其特征在于，所述第一天线段和所述第二天线段中的每个天线段的第二天线端子直接电连接到所述接地节点。
7.根据权利要求1所述的近场通信应答器，其特征在于，所述发射电路的所述第一输出和所述第二输出直接电连接到巴伦的平衡输入，并且所述巴伦的不平衡输出直接电连接到所述第一天线段和所述第二天线段中的每个天线段的第一天线端子。
8.根据权利要求7所述的近场通信应答器，其特征在于，所述第一天线段和所述第二天线段中的每个天线段的第二天线端子直接电连接到所述接地节点。
9.根据权利要求1所述的近场通信应答器，其特征在于，所述发射天线形成在完全围绕所述接收天线的环路中。
10.根据权利要求1所述的近场通信应答器，其特征在于，所述接收天线形成在完全围绕所述发射天线的环路中。
11.一种近场通信应答器，其特征在于，包括：
发射电路；
接收电路，具有第一输入和第二输入；
发射天线，电耦合到所述发射电路的输出，所述发射天线具有耦合在所述发射电路的所述输出与接地节点之间的第一天线段和耦合在所述发射电路的所述输出与所述接地节点之间的第二天线段；以及
接收天线环路，电耦合到所述接收电路的输入；
其中所述发射天线的所述第一天线段平行于所述接收天线环路的第一部分延伸，并且其中所述发射天线的所述第二天线段平行于所述接收天线环路的第二部分延伸。
12.根据权利要求11所述的近场通信应答器，其特征在于，用于所述发射天线的所述第一天线段和所述第二天线段形成在第一平面中，并且其中所述接收天线环路形成在第二平面中。
13.根据权利要求12所述的近场通信应答器，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面是平行平面。
14.根据权利要求12所述的近场通信应答器，其特征在于，所述第一平面和所述第二平面是共面平面。
15.根据权利要求11所述的近场通信应答器，其特征在于，还包括耦合在所述发射电路的所述输出与所述发射天线之间的巴伦。
16.根据权利要求11所述的近场通信应答器，其特征在于，所述发射天线形成在完全围绕所述接收天线环路的环路中。
17.根据权利要求11所述的近场通信应答器，其特征在于，所述接收天线环路完全围绕所述发射天线。
18.一种近场通信应答器，其特征在于，包括：
发射电路，具有第一输出和第二输出；
接收电路，具有第一输入和第二输入；
发射天线，具有与第二天线段串联耦合在所述发射电路的所述第一输出与所述第二输出之间的第一天线段；以及
接收天线，具有耦合到所述接收电路的所述第一输入的第一天线端子和耦合到所述接收电路的所述第二输入的第二天线端子；
其中所述发射天线的所述第一天线段平行于所述接收天线的第一部分延伸，并且其中所述发射天线的所述第二天线段平行于所述接收天线的第二部分延伸。
19.根据权利要求18所述的近场通信应答器，其特征在于，
用于所述发射天线的所述第一天线段和所述第二天线段形成在第一平面中，并且其中所述接收天线形成在第二平面中，并且
其中所述第一平面和所述第二平面是垂直平面。
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