CN210839568U - 电子设备和nfc设备 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及电子设备和NFC设备。一种电路包括同相/正交下变频器，其被配置为耦合至第一NFC(近场通信)设备的天线。DC消除电路系统被耦合在该变频器的输出处。检测电路系统被配置为分析由DC消除电路输出的DC信号，以检测第二NFC设备的存在。

Description

电子设备和NFC设备

技术领域

本说明书总体上涉及电子电路，且在特定实施例中，涉及用于检测近场通信设备的设备。

背景技术

随着近场通信(NFC)技术的发展，带有电磁应答器的通信系统变得越来越普遍。

这些系统利用一个设备(例如，终端单元或读取器)产生的射频电磁场来与另一设备(例如，卡)通信。

在最近的系统中，同一个NFC设备可以在卡模式或读取器模式下操作(例如，两个移动电话之间进行近场通信的情况)。然后，通常这样的NFC设备由电池供电，并且其功能和电路被置于待机或低功耗模式，以减少使用时段之间的能耗。当这些设备在彼此的范围内时，它们随之会被“唤醒”(例如，退出待机状态)。

实用新型内容

本说明书总体上涉及电子电路，并且在特定实施例中，涉及电磁应答器或电子标签。实施例涉及结合了近场通信(NFC)电路的电子设备，并且涉及检测这样的设备在另一设备的场内的存在。

实施例可以减少已知技术的全部或一些缺点，该已知技术用于通过发射电磁场的另一电子设备来检测结合了近场通信电路的电子设备的存在。

实施例提供了避免检测错误的解决方案。

因此，一个实施例提供了一种电子电路。所述电子电路包括：同相/正交下变频器，被配置为耦合至第一NFC设备的天线；DC消除电路系统，耦合在所述同相/正交下变频器的输出端处；和检测电路系统，被配置为分析由所述DC消除电路系统输出的DC信号，以检测第二NFC设备的存在。

在一个实施例中，所述电子电路还包括在所述同相/正交下变频器和所述DC消除电路系统之间的低通滤波器。

在一个实施例中，所述DC消除电路系统由所述检测电路系统基于DC电平来配置，所述DC电平指示没有第二NFC设备存在于由所述第一NFC设备生成的场中。

在一个实施例中，所述检测电路系统包括：放大器，被耦合用于接收来自所述DC消除电路系统的所述DC信号；模数转换器，被耦合用于接收来自所述放大器的放大信号；和数字信号处理单元，被耦合用于接收来自所述模数转换器的数字信号。

在一个实施例中，所述数字信号提供有关由所述天线感测的RF信号的变化的相位和振幅的信息。

在一个实施例中，所述检测电路系统包括：斩波电路，被耦合用于接收来自所述DC消除电路系统的所述DC信号；以及所述第一NFC设备的读取器/写入器接收器。

在一个实施例中，所述斩波电路的频率对应于所述读取器/写入器接收器的滤波器的频率。

在一个实施例中，所述电子电路还包括所述天线和耦合在所述天线与所述同相/正交下变频器之间的前端电路。

一个实施例提供了一种NFC设备。所述NFC设备包括：谐振电路，被配置为产生电磁场；场检测电路，被配置用于从所述电磁场接收RF信号；以及处理器，被配置为：将从所述电磁场接收的RF信号转换为同相和正交信号；对所述同相和正交信号执行DC消除；以及通过分析由所述DC消除产生的DC信号，检测另一NFC设备的存在。

在一个实施例中，所述分析包括检测所述电磁场的相位和/或振幅的变化。

在一个实施例中，所述处理器还被配置为对所述同相和正交信号进行低通滤波。

在一个实施例中，所述DC消除将指示没有另一NFC设备存在于所述电磁场中的DC电平移除。

在一个实施例中，所述处理器还被配置为响应于检测到所述另一NFC设备的存在，所述NFC设备发起与所述另一NFC设备的近场通信。

所公开的实施例的优点在于，由于使用了DC消除(和斩波)，因此可以利用在正常操作中使用的读取器/写入器接收器的灵敏度。这样做，低功率卡检测的灵敏度与读取器/写入器操作的灵敏度一致。

附图说明

在参考附图通过示例而非限制的方式给出的特定实施例的以下描述中，将对前述特征、优点以及其他特征和优点进行详细描述，在附图中：

图1是以框图的形式示出的、将要描述的实施例作为示例所应用于的近场通信系统的示例的非常简化的表示；

图2示意性地表示根据一个实施例的低功率模式卡检测电路；

图3非常示意性地表示根据一个实施例的NFC设备的数字电路系统；

图4示意性地示出用于检测NFC设备的存在的方法的步骤；以及

图5非常示意性地以框的形式表示低功率模式卡检测器的备选实施例。

具体实施方式

在各个附图中，相同的附图标记指代相同的特征。特别地，各个实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。

为了清楚起见，仅示出和详细描述对于理解这里所描述的实施例有用的操作和元件。特别地，没有详述射频信号的产生及其解释，但所描述的实施例与用于产生和解释这些信号的标准技术相兼容。

除非另有说明，否则当涉及到两个元件连接在一起时，表示两者直接连接在一起，而没有除导体以外的任何中间元件；而当涉及到两个元件链接或耦合在一起时，则表示这两个元件可以连接，或者它们可以通过一个或多个其他元件链接或耦合。

在下文中，除非另有说明，否则当涉及绝对位置限定词时，例如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等，或相对位置限定词，例如术语“上方”、“下方”、“较高”、“较低”等，或方向限定词，例如“水平”、“垂直”等，参考图中所示的方位。

除非另有说明，否则表述“大约”、“大概”、“基本上”和“量级”则表示在10％以内，优选在5％以内。

图1是以框图的形式示出的、将要描述的实施例作为示例所应用于的近场通信系统的示例的非常简化的表示。

尽管假设了两个类似的电子设备，例如两个蜂窝电话的情况，但是将要描述的一般性地适用于应答器检测由读取器或终端辐射的电磁场的任何系统。简化起见，将参考NFC设备来指定集成了近场通信电路的电子设备。

图1的近场通信系统包括两个NFC设备1(DEV1)和2(DEV2)，其能够通过近场电磁耦合彼此通信。取决于应用，为了在设备1和2之间进行通信，其中一个设备以所谓的读取器模式运行，而另一个设备则以所谓的卡模式运行，或者两个设备以端对端(P2P)模式进行通信。每个设备包括用于生成射频信号的各种电子电路，该射频信号可以使用天线来发送。由一个设备产生的射频场由位于其范围内并且也包括天线的另一设备拾取。

NFC设备包括由天线(电感元件)和电容元件形成的振荡或谐振电路，以检测电磁场。谐振电路上恢复的电压由设备或应答器的电子电路处理，在某些情况下用于提取其操作所需的功率，并且更一般地，解码经由对电磁场的调制而发送的信息，等等。

NFC设备的振荡电路通常被调谐到相同的标称谐振频率，例如13.56MHz。从(产生场的)读取器到卡的方向上的通信是通过调制13.56MHz的载波的振幅和/或相位来执行的。从卡到读取器的方向上的通信通常是通过在读取器辐射的场上，调制由卡电路形成的负载(逆调制或反向调制)来执行的，而该负载变化由读取器来解释。

在本说明书更加特别针对的应用中，当NFC设备当前未通信时，为了降低能耗，将其切换到待机模式或低功率模式。对于电池供电的设备尤其如此。

当一个设备(例如，设备1)发射电磁场，以发起与另一个NFC设备(例如，设备2)的通信时，一旦该设备2位于范围内，该设备2就拾取(例如检测到)该场。该场由设备2的电路检测，如果设备2的电路处于待机状态，则被重新激活。这反映在设备2的电路的负载在用于产生设备1的场的谐振电路上的变化中。实际上，所发射的场的相位和/或振幅的对应变化由设备1来检测，然后，设备1开始与设备2的NFC通信协议。在设备1侧，实际上检测谐振电路的端子处的电压的幅度下降到低于阈值或相移超过阈值。

一旦设备1在其场内检测到设备2的存在，它就开始通信建立过程，实现设备1的请求的发送和设备2的响应的发送。

在待机状态下具有低功耗的NFC设备的应用中，与两次激活(例如，相继的场发射之间的时间)之间的时段相比，这些设备周期性地激活它们的NFC电路，以在短时间(例如几微秒)发射场，以便检测另一个设备是否在范围内。

说明书的其余部分考虑了设备1充当读取器或终端以及设备2充当卡或标签的情况。读取器1处于低功耗模式，并且一旦检测到卡2，读取器1就应将其唤醒。因此，该场由设备1生成，该设备1通过分析所生成的场的幅度和/或相位的变化来检测卡的存在，该变化指示加载了由读取器发射的场的卡的存在。

一个困难在于以下事实：在读取器1侧，场的幅度或其相位的变化尤其取决于与卡2进行的耦合。耦合因子取决于几个参数，包括两个设备之间的距离和卡2的天线的尺寸。

此外，由于卡2的存在而在由读取器1产生的电磁场上的负载的变化可能被读取器侧的各种噪声，特别是DC噪声污染。

低功率模式卡检测电路包括与低通滤波器相关的同相正交下变频器(IQ下变频器)，其将输入RF信号转换为两个DC信号，分别指示输入信号的幅度和相位。然后，将这些DC信号与阈值进行比较，以便检测指示卡的存在的振荡电路的负载的变化。下变频处理通常是数字的。

这种检测的一个困难是，低通滤波器的输出处的DC信号通常被DC噪声污染，与由于存在卡而引起的变化相比，DC噪声的幅度可以忽略不计。

图2示意性地表示根据一个实施例的低功率模式卡检测电路3。

图2的电路3只是局部的，仅表示了用于卡检测的元件，其他元件当然存在于用作卡的NFC设备中，但是不被本说明书中提出的解决方案修改。特别地，未表示产生电磁场的设备的部分，仅表示了接收部分或部件。

由天线12接收的RF信号被施加在同相正交下变频器或IQ下变频器16(IQ CONV)的输入处，变频器16接收频率f，频率f对应于RF信号的载波的标称频率(例如13.56MHz)。在大多数情况下，在天线12和变频器16之间提供前端电路14(FRONT END)。取决于应用，这些电路14包括(一个或多个)匹配网络、分路电路(如果天线12对于发射部分和接收部分是共用的)、滤波器等。

IQ下变频器16在两个输出上提供表示RF信号的相位和幅度的I和Q DC信号。通过低通滤波器(LPF)18I和18Q分别对这两个信号I和Q进行滤波，以获得表示RF信号的相位和幅度的DC信号或DC电平。

根据公开的实施例，分别由滤波器18I和18Q提供的DC信号S18I和S18Q被分别输入到DC电平DCI和DCQ的减法器32I和32Q。当不存在卡时，DC电平DCI和DCQ分别对应于由滤波器18I和18Q提供的电平。这样做，在正常操作中，减法器32I和23Q的相应输出提供了与有用信号的实际相位和幅度相对应的电平。

消除DC静态或DC噪声分量允许在将这些电平提交给模数转换器36(ADC)之前，通过放大器(AMP)34I和34Q来放大有用信号或DC电平。ADC 36提供两个数字信号DI和DQ，数字信号DI和DQ表示RF信号(可能由卡加载)相对于读取器生成的RF信号的变化的相位和幅度。

表示相位变化和幅度变化的有用电平的放大显著改善了卡的检测以及读取器无错切换到活动模式。

由于DC噪声，在以前的解决方案中不可能进行这种放大，因为直流噪声会导致放大器饱和，并使任何测量都无法解释。

优选地，减法器32I和32Q分别从数模转换器(DAC)38I和38Q接收关于DC待机电平DCI和DCQ的信息。DAC 38I和38Q分别以数字字DNI和DNQ的形式来接收设定点。

实际上，每个模拟减法器32I或32Q可以由一个安装在减法器中的运算放大器制成，运算放大器的反相输入接收对应的待机DC电平。

在评估读取器的场内是否存在卡之前，在校准阶段获得待机设定点DNI和DNQ。取决于应用和环境限制，可以在读取器的初始化时、每次开机时、每次切换到低功率模式之前、周期性地等完成这样的校准阶段。

图3非常示意性地表示根据一个实施例的NFC设备的数字电路系统。

NFC设备尤其包括数字处理单元31(PU)，其被配置为控制场发射(未示出)并解释由变频器36提供的数字电平DI和DQ。根据图3中表示的实施例，处理单元31分别将数字设定点DNI和DNQ提供给数模转换器38I和38Q，并且处理数字电平DI和DQ，以便在读取器的场中检测卡。一旦检测到卡，则处理单元31发出唤醒信号WU，以向读取器指示存在卡并且读取器应当开始通信。

示意性地，处理单元的操作由存储在非易失性存储器33(NVM)中的程序控制，并通过控制和/或数据和/或地址的几个总线37之一与该存储器和读取器的其他功能(由框35(FCT)表示)通信。往返于检测电路3的数字字可以直接由专用输入施加，并由单元31的专用输出发出，但是也可以由总线37承载。

图4示意性地示出了用于检测NFC设备的存在的方法的步骤。

考虑以下情况：NFC(读取器)设备(例如，设备1)被周期性地唤醒(框41，WU/LD)，与在两个发射周期P之间的时间SB相比，在较短的时间段P内发射场，以便检测范围内另一个(卡)NFC设备(例如，设备2)的存在。在两个发射/检测时段P之间，设备DEV1或读取器处于待机模式SM。

在读取器发射场的时间段期间，检测电路3(图2)被激活。

如果未检测到卡2，即数字电平DI和DQ解释为未显示卡的存在，则读取器的其余电路将保持在低功率模式，并且场发射停止，直到下一个时段P。

假设卡2在范围内，并且读取器1发出的场足以激活卡2的场检测器，则卡被唤醒。然后，通过检测电路3来解释在设备1的振荡电路上卡2的电路的负载的变化。如果耦合足够好，则相位和/或幅度的变化被检测为充分的，并且读取器开始通信(块43，COM)。

通信本身不受本说明书中公开的检测的实现的影响。

可以采用不同的解决方案来确定设定值DNI和DNQ。

根据一个实施例，更特别地针对其中读取器位于非扰动环境中的应用，设定点是在制造时确定的，并且基于在测试过程中获得的数字电平的测量来设定。

优选地，在实际操作条件下确定设定点，以便考虑读取器的环境。在这种情况下，从空值(分别不影响信号S18I和S18Q)的设定值开始逐渐递增地进行迭代校准过程，直到放大器34I和34Q的输出显示为零值。步数取决于数模转换器38I和38Q的分辨率(位数，例如6位)，其不一定与模数转换器36的分辨率(位数，例如8位)相同。一旦检测电路3被校准，就可以投入使用并且更精确地检测相位和幅度的任何变化，因为可以放大有用信号。

优选地，在每次将读取器置于低功率检测模式时进行设定点的确定。实际上，当读取器处于低功率检测模式时，这对应于在读取器的场中没有卡的情况。此外，在每次出现时这样做都提高了测量的可靠性，因为它考虑了读取器的环境的变化。

图5非常示意性地用方框表示了低功率模式卡检测器3’的备选实施例。

根据该实施例，减法器32I和32Q的输出被应用到斩波器电路或放大器51，斩波器电路或放大器51将减法器32I和32Q发出的DC电平转换为频率为f’的模拟信号。优选地，频率f’对应于卡通信使用的频率，即对应于反向调制的子载波的频率。一个优点是减少了由于卡激活而引起的闪烁噪声。另一个优点是，这允许使用终端的读取器/写入器接收器来执行低功率卡检测。

斩波器电路51的相应输出在被施加在读取器的读取器接收器60的输入之前，形成缓冲器电路53I和53Q。当处于活动模式时，这种读取器/写入器接收器60对应于该设备所使用的数据处理电路。传统上，接收器60包括模拟部分61(ANALOG)、数字部分63(DIGITAL)和它们之间的模数转换器62(ADC)。模拟部分61尤其包括模拟滤波器615(FILTER)。这些滤波器通常以低于13.56MHz载波的频率为中心。作为特定示例，滤波器615以848kHz的频率为中心，该频率对应于反向调制的频率。滤波器615在低功率卡检测模式期间在抑制噪声的同时放大有用信号。数字部分63尤其包括处理单元(PU)、存储器(MEM)以及用于读取器和卡之间的通信的电路。

根据一个备选实施例，由斩波器51以频率f提供的信号由模拟或数字峰值检测器测量。

所公开的实施例的优点在于，由于使用了DC消除(和斩波)，因此可以利用在正常操作中使用的读取器/写入器接收器的灵敏度。这样做，低功率卡检测的灵敏度与读取器/写入器操作的灵敏度一致。

此外，所公开的实施例符合检测突发(P，图4)的减少，以便减少低功率卡检测阶段期间的功耗。

已经描述了各种实施例和变形。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形。特别地，用于斩波放大器的频率的选择取决于去斩波滤波器的滤波器的频率。

最后，基于上文提供的功能描述，这里描述的实际实施方式和变形的在本领域技术人员的能力之内。

Claims (13)

1.一种电子电路，其特征在于，包括：

同相/正交下变频器，被配置为耦合至第一NFC设备的天线；

DC消除电路系统，耦合在所述同相/正交下变频器的输出端处；和

检测电路系统，被配置为分析由所述DC消除电路系统输出的DC信号，以检测第二NFC设备的存在。

2.根据权利要求1所述的电子电路，其特征在于，还包括在所述同相/正交下变频器和所述DC消除电路系统之间的低通滤波器。

3.根据权利要求1所述的电子电路，其特征在于，所述DC消除电路系统由所述检测电路系统基于DC电平来配置，所述DC电平指示没有第二NFC设备存在于由所述第一NFC设备生成的场中。

4.根据权利要求1所述的电子电路，其特征在于，所述检测电路系统包括：

放大器，被耦合用于接收来自所述DC消除电路系统的所述DC信号；

模数转换器，被耦合用于接收来自所述放大器的放大信号；和

数字信号处理单元，被耦合用于接收来自所述模数转换器的数字信号。

5.根据权利要求4所述的电子电路，其特征在于，所述数字信号提供有关由所述天线感测的RF信号的变化的相位和振幅的信息。

6.根据权利要求1所述的电子电路，其特征在于，所述检测电路系统包括：

斩波电路，被耦合用于接收来自所述DC消除电路系统的所述DC信号；以及

所述第一NFC设备的读取器/写入器接收器。

7.根据权利要求6所述的电子电路，其特征在于，所述斩波电路的频率对应于所述读取器/写入器接收器的滤波器的频率。

8.根据权利要求1所述的电子电路，其特征在于，还包括所述天线和耦合在所述天线与所述同相/正交下变频器之间的前端电路。

9.一种NFC设备，其特征在于，包括：

谐振电路，被配置为产生电磁场；

场检测电路，被配置用于从所述电磁场接收RF信号；以及

处理器，被配置为：将从所述电磁场接收的RF信号转换为同相和正交信号；对所述同相和正交信号执行DC消除；以及通过分析由所述DC消除产生的DC信号，检测另一NFC设备的存在。

10.根据权利要求9所述的NFC设备，其特征在于，所述分析包括检测所述电磁场的相位和/或振幅的变化。

11.根据权利要求9所述的NFC设备，其特征在于，所述处理器还被配置为对所述同相和正交信号进行低通滤波。

12.根据权利要求9所述的NFC设备，其特征在于，所述DC消除将指示没有另一NFC设备存在于所述电磁场中的DC电平移除。

13.根据权利要求9所述的NFC设备，其特征在于，所述处理器还被配置为响应于检测到所述另一NFC设备的存在，所述NFC设备发起与所述另一NFC设备的近场通信。

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