CN212392383U - 天线电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种天线电路和电子设备。在一个实施例中,该天线电路包括:第一开关,被配置为常开,并在接收到第一栅极偏置之后关断;第二开关,被配置为常断,并在接收到第二栅极偏置之后接通,第二开关响应于第一开关关断而接通;第一非接触式天线耦合到第一开关,其响应于第一开关接通而被禁用,并响应于第一开关关断而被启用;第二非接触式天线耦合到第二开关,其响应于第二开关接通而被禁用,并响应于第二开关关断而被启用;以及控制器,耦合到第一非接触式天线和第二非接触式天线,控制器被配置为通过生成第一栅极偏置和第二栅极偏置来控制第一开关和第二开关的操作。通过本公开的实施例,可以增加天线电路的功率量并使损耗最小。

Description

天线电路和电子设备
技术领域
本公开大体上涉及一种天线电路,并且在特定实施例中,涉及一种允许一个控制器控制两个或多个非接触式天线的可配置天线电路。
背景技术
现代电子设备通常配备有一个或多个天线来提供无线功能,诸如,无线通信或无线充电。每个天线可以允许使用不同的通信协议来进行不同的无线操作,或允许提供多个无线接入点。作为示例,电子设备可以包括位于多个分接点(tap points)(例如,表面、背面、顶部、底部等)的多个非接触式天线。在该设备中,例如,制造商可以选择最小化组件的数目来减少设备成本。一种选择是使单个控制器从多个非接触式天线接收数据和/或将数据发送到多个非接触式天线。
实用新型内容
本公开的实施例可以至少部分解决现有技术中的以上技术问题。
技术优势通常由描述天线电路的本公开的实施例实现。
第一方面涉及天线电路,该天线电路包括:第一开关,被配置为常通,该第一开关被配置为在接收到第一栅极偏置之后关断;第二开关,被配置为常断,该第二开关被配置为在接收到第二栅极偏置之后接通,第二开关响应于第一开关关断而接通;第一非接触式天线,耦合到第一开关,该第一非接触式天线响应于第一开关接通而被禁用,第一非接触式天线响应于第一开关关断而被启用;第二非接触式天线,耦合到第二开关,该第二非接触式天线响应于第二开关接通而被禁用,第二非接触式天线响应于第二开关关断而被启用;以及控制器,耦合到第一非接触式天线和第二非接触式天线,该控制器被配置为通过生成第一栅极偏置和第二栅极偏置来控制第一开关和第二开关的操作。
在根据第一方面的天线电路的第一实现形式中,第一开关是耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),并且第二开关是增强型MOSFET。
在同样地根据第一方面的天线电路的第二实现形式或第一方面的任何前述实现形式中,第一非接触式天线或第二非接触式天线使用单端信令、差分信令或及其组合来操作。
在同样地根据第一方面的天线电路的第三实现形式或第一方面的任何前述实现形式中,控制器是能够在卡仿真模式、读/写器模式、点对点模式或及其组合模式下操作的近场通信(NFC)控制器。
在同样地根据第一方面的天线电路的第四实现形式或第一方面的任何前述实现形式中,第一非接触式天线或第二非接触式天线的谐振频率是13.56兆赫(MHz)、27.12MHz、6.78MHz或及其组合。
在同样地根据第一方面的天线电路的第五实现形式或第一方面的任何前述实现形式中,天线电路进一步包括耦合在控制器与第一非接触式天线之间的电磁兼容性(EMC)滤波器,该EMC滤波器配置为滤除第一非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及耦合在控制器与第一非接触式天线之间的匹配电路,该匹配电路配置为将第一非接触式天线的阻抗与控制器和EMC滤波器的阻抗匹配。
在同样地根据第一方面的天线电路的第六实现形式或第一方面的任何前述实现形式中,天线电路进一步包括耦合在控制器与第二非接触式天线之间的电磁兼容性(EMC)滤波器,该EMC滤波器配置为滤除第二非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及耦合在控制器与第二非接触式天线之间的匹配电路,该匹配电路配置为将第二非接触式天线的阻抗与控制器和EMC滤波器的阻抗匹配。
在同样地根据第一方面的天线电路的第七实现形式或第一方面的任何前述实现形式中,第一非接触式天线的谐振频率和第二非接触式天线的谐振频率处于不同的频率。
第二方面涉及电子设备,该电子设备包括:控制器,该控制器配置为发送信号,接收信号并且生成第一控制信号和第二控制信号;以及耦合到控制器的第一非接触式天线,该第一非接触式天线常禁用并且耦合到参考电压,第一非接触式天线响应于控制器生成第一控制信号而被启用;常启用的第二非接触式天线,该第二非接触式天线响应于控制器生成第二控制信号而被禁用,第二接触式天线响应于第一接触式天线被禁用而被启用,第二接触式天线响应于第一接触式天线被启用而被禁用,第一接触式天线和第二接触式天线具有不同的谐振频率,第一非接触式天线好第二非接触式天线连接到控制器的相同的输入端口和输出端口。
在根据第二方面的电子设备的第一实现形式中,第一非接触式天线或第二非接触式天线使用单端信令、差分信令或及其组合来操作。
在同样地根据第二方面的电子设备的第二实现形式或第二方面的任何前述实现形式中,控制器是能够在卡仿真模式、读/写器模式、点对点模式或及其组合模式下操作的近场通信(NFC)控制器。
在同样地根据第二方面的电子设备的第三实现形式或第二方面的任何前述实现形式中,第一非接触式天线或第二非接触式天线的谐振频率是13.56兆赫(MHz)、27.12MHz、6.78MHz或及其组合。
在同样地根据第二方面的电子设备的第四实现形式或第二方面的任何前述实现形式中,电磁兼容性(EMC)滤波器耦合在控制器与第一非接触式天线之间,该EMC滤波器被配置为滤除第一非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及匹配电路,耦合在控制器与第一非接触式天线之间,该匹配电路被配置为将第一非接触式天线的阻抗与控制器和EMC滤波器的阻抗匹配。
在同样地根据第二方面的电子设备的第五实现形式或第二方面的任何前述实现形式中,电子设备进一步包括耦合在控制器与第二非接触式天线之间的电磁兼容性(EMC)滤波器,该EMC滤波器被配置为滤除第二非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及匹配电路,耦合在控制器与第二非接触式天线之间,该匹配电路被配置为将第二非接触式天线的阻抗与控制器和EMC滤波器的阻抗匹配。
第三方面涉及天线电路,该天线电路包括第一非接触式天线(ANT1)和第二非接触式天线(ANT2);第一匹配电路包括第一开关(SW1)、第一电容器(C1)、第二电容器(C2)和第三电容器(C3),C1的第一端子耦合到ANT1的第一端子并且耦合到C2的第一端子,C1的第二端子耦合到ANT1的第二端子,C2的第二端子耦合到C3的第一端子并且耦合到SW1的输入端子,并且SW1的输出端子耦合到参考地(Vref);第二匹配电路包括第二开关(SW2)、第四电容器(C4)、第五电容器(C5)和第六电容器(C6),C4的第一端子耦合到ANT2的第一端子并且耦合到C5的第一端子,C4的第二端子耦合到ANT2的第二端子,C5的第二端子耦合到C6的第一端子并且耦合到SW2的输入端子,并且SW2的输出端子耦合到Vref;并且控制器包括输入端子、输出端子和一个或多个控制端子,控制器的输入端子和输出端子中的每个端子都耦合到C3的第二端子并且耦合到C6的第二端子,控制器的一个或多个控制端子耦合到SW1和SW2的控制端子。
在根据第三方面的天线电路的第一实现形式中,ANT1的第二端子和ANT2的第二端子耦合到Vref。
在同样地根据第三方面的天线电路的第二实现形式或第三方面的任何前述实现形式中,控制器进一步包括第二输入端子和第二输出端子。第一匹配电路进一步包括第三开关(SW3)、第七电容器(C7)、第八电容器(C8),C7的第一端子耦合到ANT1的第二端子,C7的第二端子耦合到SW3的第一输入并且耦合到C8的第一端子,C8的第二端子耦合到第二输入端子并且耦合到控制器的第二输出端子,SW3的输出耦合到Vref,并且控制器的一个或多个控制端子耦合到SW3的控制端子。
在同样地根据第三方面的天线电路的第三实现形式或第三方面的任何前述实现形式中,第二匹配电路进一步包括第四开关(SW4)、第九电容器(C9)和第十电容器(C10),C9的第一端子耦合到ANT2的所述第二端子,C9的第二端子耦合到SW4的第一输入并且耦合到C10的第一端子,C10的第二端子耦合到第二输入端子并且耦合到控制器的第二输出端子,并且SW4的输出耦合到Vref,并且控制器的一个或多个控制端子耦合到SW4的控制端子。
在同样地根据第三方面的天线电路的第四实现形式或第三方面的任何前述实现形式中,ANT1以与ANT2不同的谐振频率操作。
通过使用根据本公开的实施例,可以至少部分地解决或缓解上述问题的至少一部分,并且实现相应的技术效果。例如,这些实施例中的开关机制在允许增加功率量的同时使损耗最小化。
附图说明
为了更彻底地理解本公开以及其优点,现在结合附图参考下面的描述,在附图中:
图1图示了具有非接触式通信块的实施例主机设备的框图;
图2图示了使用单端信令操作的实施例天线电路的示意图;
图3A图示了第一配置中与图2的天线电路等效的电路的示意图;
图3B图示了第二配置中与图2的天线电路等效的电路的示意图;
图4图示了使用差分信令操作的实施例天线电路的示意图;
图5A图示了第一配置中与图4的天线电路等效的电路的示意图;
图5B图示了第二配置中与图4的天线电路等效的电路的示意图;
图6图示了使用差分和单端信令操作的实施例天线电路的示意图;
图7A图示了第一配置中与图6的天线电路等效的电路的示意图;
图7B图示了第二配置中与图6的天线电路等效的电路的示意图;
图8图示了使用单端信令操作的现有技术的天线电路的示意图;以及
图9图示了使用差分信令操作的现有技术的天线电路的示意图。
具体实现
本公开提供了许多适用的实用新型构思,其能够体现在各种各样的具体环境中。具体实施例仅仅是具体配置的说明,并不限制所要求的实施例的范围。除非另有说明,否则可以将来自不同实施例的特征组合以形成进一步的实施例。关于实施例中的一个实施例的描述的变更或修改同样可能适用于其他实施例。进一步地,应当理解,在不脱离所附权利要求所定义的本公开的精神和范围的情况下,可以在本文中进行各种改变、替换和修改。
下面的描述说明了各种具体细节,以根据描述提供对几个示例实施例的深入理解。实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下获得,或利用其他方法、组件、材料等来获得。在其他情况下,为了不模糊实施例的不同方面,并没有详细示出或描述已知的结构、材料或操作。本说明书中提及“实施例”则指示,结合实施例描述的特定配置、结构或特征被包括在至少一个实施例中。因此,可能出现在本说明书的不同地方的短语,诸如,“在一个实施例中”,不一定恰好指的是同一个实施例。此外,在一个或者多个实施例中,可以任何合适的方式组合具体的形成、结构或特征。
近场通信(NFC)启用设备可以在卡仿真模式、读/写器模式和点对点模式下操作。在卡仿真模式下,NFC启用设备可以执行类似于智能卡的支付交易或购票。在读/写器模式下,NFC启用设备可以读取存储在NFC标签上的信息,或备选地将信息写入NFC标签。在点对点模式下,两个NFC启用设备可以相互通信和交换信息。
主机设备可以包括位于不同的位置(例如,表面、背面、顶部、底部等)的多个NFC天线,以允许在多个分接点进行NFC操作。主机设备可以包括单个控制器来提供各种NFC功能性。例如,单个控制器可以有利地减少总零件数并且增加产品利润率。
根据一个实施例及其实现,相同的系统可以简单且紧凑的方式组合连接到可配置电路的单个控制器,以通过多个非接触式天线发送和接收信号。
根据一个或多个实施例,可配置电路可以具有默认配置模式。在默认配置模式下,至少一个非接触式天线连接到控制器。附加地,可配置电路可以被配置为使得如果主机设备关闭,则有至少一个非接触式天线连接到控制器。因此,有利地,主机设备可以不需要总是开启来提供无线功能。
本公开的方面使用单个控制器来提供多个非接触式天线的操作。在一些实施例中,多个非接触式天线可以使用单端信令、差分信令或及其组合中的一个来操作。在一些实施例中,每个非接触式天线都可以以不同的谐振频率操作。在一些实施例中,每个非接触式天线都可以具有不同的阻抗,但是以相同的谐振频率操作。本公开的实施例提供一种天线电路,该天线电路为每个非接触式天线提供相应的匹配电路和电磁兼容(EMC)滤波器,无论不同的非接触式天线是以相同还是不同的频率操作。
本公开的方面提供一种使用共享控制器在天线电路中操作第一非接触式天线和第二非接触式天线的方法,该方法包括:在天线电路的第一配置状态下将第一非接触式天线耦合到共享控制器并且将第二非接触式天线与共享控制器解耦,使用第一匹配电路和第一滤波器将第一非接触式天线耦合到共享控制器;以及操作可控激活组件来定义天线电路的第二配置状态,该第二配置状态通过将第一非接触式天线与共享控制器解耦并将第二非接触式天线耦合到共享控制器而形成,使用第二匹配电路和第二滤波器将第二非接触式天线耦合到共享控制器,第一匹配电路的至少一个电容器被用于第二滤波器,第二匹配电路的至少一个电容器被用于第一滤波器。
在根据该方面的方法的第一实现形式中,第一非接触式天线和第二非接触式天线在不同的谐振频率下操作。
在同样地根据该方面的方法的第二实现形式或第四方面的任何前述实现形式中,第一非接触式天线或第二非接触式天线中的至少一个非接触式天线耦合到共享控制器。
在同样地根据该方面的方法的第三实现形式或第四方面的任何前述实现形式中,第一非接触式天线和第二非接触式天线中的每个非接触式天线都被配置用于单端信令或差分信令。
本公开的方面提供一种天线电路,该天线电路用于使用单个控制器来控制多个非接触式天线,同时确保系统可靠性、系统灵活性和信号压缩的最小化。在每种配置模式下,组件的选择以及这些组件的布置都为每个非接触式天线与控制器之间提供可靠且牢固的连接。附加地,这些实施例中的开关机制允许增加功率量的同时使损耗最小化。下面将更详细地讨论这些和其他方面。
图1图示了具有非接触式通信块101的实施例主机设备100的框图。主机设备100可以是蜂窝电话、个人计算机(PC)、平板计算机、可穿戴的通信设备(例如,智能手表等)、支持无线的车辆、支持无线的行人或能够进行非接触式通信的任何其他设备。可选地主机设备100可以具有被用于电话通信的第一天线118。
非接触式通信块101提供与外部设备的非接触式通信功能或对电荷存储单元116(诸如,蓄电池)进行非接触式充电。如图所示,非接触式通信块101包括控制器102、两个电磁兼容性(EMC)滤波器电路104A-B、两个匹配电路106A-B、两个非接触式天线108A-B,并且可选地,微控制器110、存储器112、电源管理单元114和电荷存储单元116,它们可以(或可以不)如图1所示布置。非接触式通信块101中的每个组件都可以是分立组件或与一个或多个组件一起布置在单个集成电路(IC)中。可选的组件可以是分立组件或与非接触式通信块101接口的一系列集成电路。
图1的非接触式通信块101被示出为具有两个非接触式天线108A-B,并且每个非接触式天线108A-B都连接到分立匹配电路和滤波器,要注意,匹配电路和滤波器可以不同的方式在天线之间布置或共享。也要注意,为了简化讨论,只示出了两个非接触式天线,并且可以考虑更多数目的非接触式天线,例如,作为由单个信号馈电的非接触式天线阵列。
控制器102可以是支持用于卡仿真、读/写器和点对点通信的非接触式通信和NFC功能的近场通信(NFC)控制器。控制器102可以能够进行单侧和/或差分驱动。
在一些实施例中,控制器102可以向非接触式天线108A和108B中的每个非接触式天线提供具有相同载波频率的不同的两个信号。在其他实施例中,控制器102可以向非接触式天线108A和108B中的每个非接触式天线提供具有不同载波频率的不同的两个信号。
控制器102可以是单个集成电路(IC)或一系列分立组件。控制器102可以具有与主机设备100的其他组件接触的一个或多个输入和输出接口端子。控制器102可以支持各种标准或专有标准,诸如,单线协议(SWP)接口、串行外围接口(SPI)和内置集成电路(I2C)接口。控制器102可以被用于管理与主机设备100的一个或多个通信协议、管理与不同的协议(用于电源管理,用于帧编码和解码)相关的门,并且被用于操作非接触式通信块101的各种操作模式。
控制器102可以包括控制逻辑、存储器、分立或集成射频(RF)模拟前端、时钟发生器、电源管理单元、电容传感器和一个或多个振荡器(未示出)。控制逻辑可以定义控制器102、非接触式通信块101和主机设备100的操作。存储器可以存储操作系统和用于接收和发送针对控制器102的信号和命令的指令。RF AFE可以包括支持各种非接触式接近(例如,ISO/IEC 14443、ECMA 340(NFCIP-1))和邻近(例如,ISO/IEC 15693、ISO/IEC 18000-3Mod1)标准的发送器模块和接收器模块。发送器模块可以被用于驱动每个非接触式天线108A-B。发送器模块可以包括调制器、放大器、解码器和数模转换器(DAC)。
接收器模块可以被用于检测载波信号上的调制信号。接收器模块可以包括模数转换器(ADC)、解调器、低噪声放大器、滤波器和数字转换器中的一个或多个。时钟发生器可以在控制器102和非接触式通信块101的组件内生成时钟信号来同步操作。电源管理电路可以被用于支持各种电源,对控制器102的各个组件进行电源管理,并且确保对控制器102的进行稳定且调节的供电。电容传感器可以被用于检测应答器的存在。外场检测器可以被用于检测外部RF场的存在。控制器可以包括一个或多个振荡器,以生成不同频率的信号。作为示例,一个振荡器可以能够在13.56MHz下操作,并且第二振荡器可以能够在27.12MHz下操作。
EMC滤波器电路104A-B可以被用于滤除来自在控制器102处接收或由控制器102发送的谐波或其他不需要的信号。每个EMC滤波器电路104A-B都可以是低通滤波器(LPF)、带通滤波器(BPF)、带阻滤波器(诸如,陷波滤波器)等。
匹配电路106A-B可以被用于将控制器102和相应的EMC滤波器电路104A或104B的阻抗与相应的非接触式天线108A或108B的阻抗匹配。阻抗的匹配减少了信号反射并且使信号传输最大化,从而提高系统效率。匹配电路106A-B的阻抗可以基于发送组件和接收组件之间的谐振进行调谐。然而,即使谐振不匹配,耦合能量仍然可以向主机设备100提供信号。
匹配电路106A-B可以是固定匹配电路或可调谐匹配电路。包括可切换组件(例如,电容器、电感器)的可调谐匹配电路可以被用于基于可测变量(诸如,由非接触式通信块101的一个或多个组件所消耗的功率或电流)改变匹配电路106A-B的阻抗。
非接触式天线108A-B中的每个非接触式天线可以是环形天线或磁性天线。环形天线可以包括物理芯(例如,铁氧体芯)或空气芯。非接触式天线108A-B可以被实现为天线条带或使用绞合线来实现。非接触式天线108-B可以根据相应非接触式天线102A-B的成环的线或线圈的形状和大小而具有谐振频率,并且具有等效的电感和电容。作为示例,通过使线圈成环,非接触式天线108A-B每个非接触式天线可以具有有效的电感和电容。在一些实施例中,可以将附加的电容和电感添加到非接触式天线108A-B中的每个非接触式天线,来创建期望谐振频率下的谐振结构。例如,附加的电容和电感可以使用分立组件来提供。作为另一示例,可以对天线的绕组或线圈匝数进行“调谐”,以调整天线的电容和电感。在一些实施例中,非接触式天线108A-B中的每个非接触式天线可以是被用于从外部设备发送和/或接收信号的天线元件阵列。
在一些实施例中,每个非接触式天线108A和108B可以具有相同的结构和相同的谐振频率。在一些其他实施例中,每个非接触式天线108A和108B可以具有相同的谐振频率,但具有不同的阻抗。在其他实施例中,每个非接触式天线108A和108B可以具有不同的结构和不同的谐振频率。在这些实施例中的任何一个中,匹配电路和EMC滤波器可以是不同的,并且基于相应非接触式天线的谐振频率和阻抗来布置。
微控制器110可以生成和接收待与控制器102和电源管理单元114进行通信的一个或多个信号。在一些实施例中,控制器102可以与微控制器110共享功能,或者可以被用作非接触式通信块101的主控制器。在这种实施例中,控制器102和微控制器110可以是单个组件。微控制器110可以是微处理器、数字信号处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)等,可以将它们形成在与控制器102相同或不同的衬底上。
控制器102和微控制器110可以被单独或组合地用于配置非接触式通信块101的各种开关和配置。例如,控制器和/或微控制器110可以生成控制信号(例如,偏置电压),以启用或禁用非接触式通信块101中的各种开关。各种配置都可以启用或禁用非接触式天线108A-B中的每个非接触式天线,使得使用非接触式天线108A-B中的一个非接触式天线来接收或发送信号。
存储器112可以包括任何类型的非瞬态系统存储器,诸如,静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、只读存储器(ROM)或及其组合。
电源管理单元114可以包括功率转换电路,其用于将接收到的RF能量转换为被存储在电荷存储单元116中的电荷。电源管理单元114可以包括RF到DC转换器。该RF到DC转换器可以被用于将RF能量整流成非交流电(例如,直流(DC))。在一些实施例中,电源管理单元114也可以包括DC到DC转换器。该DC到DC转换器可以被用于将来自RF到DC转换器的经整流的能量转换为势能,该势能作为电压被存储在电荷存储单元116中。电荷存储单元116可以是存储势能的蓄电池或电容器,该势能是由电源管理单元114转换的势能。
图2图示了使用单端信令操作的实施例天线电路200的示意图。行进经过天线电路200的信号被参考为固定参考电势(被示为参考电压214,例如,地或0伏(V)节点)。如图所示,天线电路200包括图1的控制器102、EMC滤波器电路104A-B、匹配电路106A-B和非接触式天线108A-B。天线电路200可以在图1的非接触式通信块101中布置为单个集成电路或分立组件。
天线电路200包括控制器102、电阻器202、电感器204、电容器206A-D和210A-B、开关208A-B以及非接触式天线108A-B。天线电路200中的非接触式天线的数目是不受限制的,而且被最小化以简化讨论。可以考虑附加的非接触式天线。每个非接触式天线都可以是单个天线元件或天线元件阵列。此外,如果使用了附加的非接触式天线,则可以考虑附加的匹配电路、EMC滤波器和相应的开关电路。
控制器102包括输入端子、输出端子和控制端子。输入端子是控制器102的接收端口,并且输出端子是控制器102的发送端口。控制器102的输入端口连接到电阻器202,并且输出端口连接到电感器204。电阻器202与电感器204共享公共节点。电阻器可以被用于通过提供适当的输入信号动态来提高信号完整性。
在一些实施例中,控制器102的控制端子可以耦合到天线电路200的各个开关,以向一个或多个开关208A-B提供控制信号。在一些实施例中,控制器102可能具有多于一个的控制端子,并且单独的信号可以从每个控制端子被提供给每个开关208A-B。在一些实施例中,控制信号可以从另一源(诸如,微控制器110)被提供给每个开关208A-B。
与电容器206C组合的电感器204可以被用作非接触式天线108A的EMC滤波器电路。与电容器206A组合的电感器204可以被用作非接触式天线108B的EMC滤波器电路。每个EMC滤波器电路都可以具有关于图1的EMC滤波器电路104A-B描述的功能。
可以选择性地选择电感器204和电容器206A-B的值,以允许非接触式天线108A-B以相同或不同的频率操作。应当认识到,虽然天线电路200被示为包括电感器204和电容器206A-B,但是其他组件也可以被包括在内,并且在各种布置中,被示为针对非接触式天线108A-B中的每个非接触式天线提供有效的EMC滤波器电路。
与电容器210A组合的电容器206A-B可以成为非接触式天线108A的匹配电路。与电容器210B组合的电容器206C-D可以成为非接触式天线108B的匹配电路。匹配电路可以具有结合图1的匹配电路106A-B描述的功能。
可以选择性地选择电容器206A-D和210A-B的值,以在非接触式天线108A-B与控制器102(以及在控制器107与匹配电路之间的其他任何电路)之间提供匹配阻抗。应当认识到,虽然天线电路200被示为包括电容器206A-D和210A-B,但是其他组件也可以被包括在内,并且在各种布置中,被示为针对非接触式天线108A-B中的每个非接触式天线提供有效的匹配阻抗。作为示例,针对两个非接触式天线108A-B中的每个或一个非接触式天线,可以考虑可调谐匹配电路。
有利地,每个非接触式天线108A-B可以具有不同的谐振频率,而以不同的频率操作。在一些实施例中,每个非接触式天线108A-B可以具有相同的谐振频率,但具有不同的阻抗。每个相应的匹配电路可以布置为提供与非接触式天线108A-B的阻抗相对应的匹配电路。
非接触式天线108A布置在与电容器210A的并联配置中。非接触式天线108A和电容器210A共享连接到参考电压214的端子。非接触式天线108B布置在与电容器210B的并联配置中。非接触式天线108B和电容器210B共享连接到参考电压214的端子。
天线电路200有利地配备有开关208A-B,它们分别位于接触端子216A-B与参考电压214之间。开关208A-B在接通(即,导通)时,将相应的接触端子216A-B短路至参考电压214。
可以选择开关208A,使得当1)开关208B接通且导通时,使开关208A关断且不导通,并且当2)开关208B关断且不导通时,使开关208A接通且导通。在示例性实施例中,开关208A可以属于耗尽型FET类型,并且开关208B可以属于增强型FET类型。在另一个示例性实施例中,开关208B可以属于耗尽型FET类型,并且开关208A可以属于增强型FET类型。在这些示例性实施例中,在未将偏置电压施加到开关208A-B中的任何一个的情况下,可以启用非接触式天线108A-B中的至少一个。
在一些实施例中,开关208A-B可以是场效应晶体管(FET)。开关208A-B可以是负极型金属氧化物半导体场效应晶体管(n-MOSFET)、正极型MOSFET(p-MOSFET)或结型场效应晶体管(JFET)等或及其组合。
可以使用来自控制器102、微控制器110或主机设备100的任何其他组件的控制信号或栅极偏置电压来控制开关。
图3A图示了开关208A关断且开关208B接通并导通时与天线电路200等效的电路。在天线电路200的第一配置或状态中,接触端子216B被短路至参考电压214,而接触端子216A未被短路至参考电压214。在该配置中,非接触式天线108A是操作性的,并且非接触式天线108B被禁用。包括非接触式天线108B、电容器210B和206D的电路302不再有效地连接到控制器102。换言之,非接触式天线108B通过将两个端子耦合到参考地而去激活。
电感器204和电容器206C为非接触式天线108A提供EMC滤波器。等效电容器306是具有与串联布置的电容器206A和206B的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器206A和206B形成等效电容器306,
Figure BDA0002534875850000141
等效电容器306和电容器210A为非接触式天线108A提供匹配电路。
图3B图示了开关208B关断且开关208A接通并导通时与天线电路200等效的电路。在天线电路200的第二配置或状态中,接触端子216A被短路至参考电压214,而接触端子216B未被短路至参考电压214。在该配置中,非接触式天线108B是操作性的,并且非接触式天线108A被禁用。包括非接触式天线108A、电容器210A和206B的电路304不再有效地连接到控制器102。换言之,非接触式天线108A通过将两个端子耦合到参考地而去激活。
电感器204和电容器206A为非接触式天线108B提供EMC滤波器。等效电容器308是具有与串联布置的电容器206C和206D的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器206C和206D形成等效电容器308,
Figure BDA0002534875850000151
等效电容器308和电容器210B为非接触式天线108B提供匹配电路。
图3A至图3B所示的两个不同的配置有利地允许具有不同谐振频率的两个不同的非接触式天线108A-B或具有不同特性阻抗的两个不同的非接触式天线108-B操作。可以选择电容器206C的值,以向非接触式天线108A提供EMC滤波器。可以选择电容器206B和210A的值,以提供用于非接触式天线108A操作的匹配电路。作为示例,可以选择电容器206B-C和210A的值,来提供以等于6.78MHz的谐振频率操作的电路,该电路与符合无线电源联盟(A4WP)规范的非接触式充电兼容。在该示例中,非接触式天线108A可以被配置为在约6.78MHz下操作。
可以选择电容器206A的值,以向非接触式天线108B提供EMC滤波器。可以选择电容器206D和210B的值,以提供用于非接触式天线108B的操作的匹配电路。作为示例,可以选择电容器206A、206D和210B的值,来提供以等于13.56MHz的谐振频率操作的电路,该电路与符合近场通信(NFC)规范的非接触式充电兼容。在该示例中,非接触式天线108B可以被配置为在约13.56MHz下操作。
图4图示了使用差分信令操作的实施例天线电路400的示意图。如图所示,天线电路400包括图1的控制器102、EMC滤波器电路104A-B、匹配电路106A-B和非接触式天线108A-B。在图1的非接触式通信块101内天线电路400可以布置为单个集成电路或分立组件。
控制器102将互补信号(即,差分信号对)提供给非接触式天线108A-B。差分信号对中的每个差分信号在输出端子处被生成或在控制器102的输入端子处被接收。输入端子是控制器102的接收端口,并且输出端子是控制器102的发送端口。控制器102的每个输入端口连接到电阻器402A或402B。控制器的每个输出端口连接到电感器404A或404B。电阻器402A连接到电感器404A的节点。电阻器402B连接到电感器404B的节点。
天线电路400包括控制器102、电阻器402A-B、电感器404A-B、电容器406A-J和210A-B、开关408A-D以及非接触式天线108A-B。天线电路400中的非接触式天线的数目是不受限制的,并且被最小化以简化讨论。可以考虑附加的非接触式天线。每个非接触式天线可以是单个天线元件或天线元件阵列。
与电容器406G组合的电感器404A以及与电容器406I组合的电感器404B可以被用作非接触式天线108A的EMC滤波器电路。与电容器406C组合的电感器404A以及与电容器406E组合的电感器404B可以被用作非接触式天线108B的EMC滤波器电路。这些EMC滤波器电路中的每个EMC可以具有关于图1的EMC滤波器电路104A-B所描述的功能。
可以选择性地选择电感器404A-B和电容器406C、406E、406G和406I的值,以允许非接触式天线108A-B在相同或不同的阻抗下操作。应当认识到,虽然天线电路400被示为包括电感器404A-B和电容器406C、406E、406G和406I,但是具有各种布置的其他组件也可以为非接触式天线108A-B中的每个非接触式天线提供有效的EMC滤波器电路。
与电容器210A组合的电容器406C、406D、406E、406F可以是用于非接触式天线108A的匹配电路。与电容器210B组合的电容器406G、406H、406I、406J可以是用于非接触式天线108B的匹配电路。每个匹配电路都可能具有关于图1的匹配电路106A-B所描述的功能。
可以选择性地选择电容器406C、406D、406E、406F、406G、406H、406I、406J和210A-B的值,以在非接触式天线108A-B与控制器102(以及在控制器107与匹配电路之间的其他任何电路)之间提供匹配阻抗。应当认识到,虽然天线电路400被示为包括电容器406C、406D、406E、406F、406G、406H、406I、406J和210A-B,但是其他组件也可以被包括在内,并且在各种布置中,被示为针对每个非接触式天线108A-B提供有效的匹配阻抗。作为示例,可以考虑针对每个非接触式天线108A-B的可调谐匹配电路。
有利地,每个非接触式天线108A-B都可以具有不同的谐振频率,并且以不同的频率操作。另一优势可能是,每个非接触式天线108A-B都可以具有相同的谐振频率,但具有不同的阻抗。每个相应的匹配电路都可以布置为提供与非接触式天线108A-B的阻抗相对应的匹配电路。
非接触式天线108A布置在与电容器210A的并联配置中。每个共享节点(在非接触式天线108A与电容器210A之间共享的)具有与天线电路400的差分信号对中的不同差分信号相对应的电压。非接触式天线108B布置在与电容器210B的并联配置中。每个共享节点(在非接触式天线108B与电容器210B之间共享的)具有与天线电路400的差分信号对中的不同差分信号相对应的电压。
天线电路400有利地配备有开关408A-D,它们分别位于接触端子416A-D与参考电压214之间。开关408A-D在接通(即,导通)时使相应的接触端子416A-D短路至参考电压214。开关408A-B可以被配置和选择为开关的第一组合。类似地,开关408C-D可以被配置和选择为开关的第二组合。
可以选择开关的第一组合(即,开关408-B),使得当1)开关(即,开关408C-D)的第二组合接通且导通时,使开关的第一组合关断且不导通,并且当2)开关的第二组合关断且不导通时,使开关的第一组合接通且导通。在示例性实施例中,开关的第一组合可以属于耗尽型类型,并且开关的第二组合可以属于增强型类型。在该示例性实施例中,在未将偏置电压施加到开关的第一组合和第二组合中的任何开关的情况下,可以启用非接触式天线108A-B中的至少一个。
在一些实施例中,开关408A-D中的一个或多个开关可以是FET类型的开关。在示例性实施例中,开关408A-D中的一个或多个开关可以是n-MOSFET、p-MOSFET、JFET等或及其组合。可以使用来自控制器102、微控制器110或主机设备100的其他任何组件的控制信号或栅极偏置电压来控制每个开关408A-D。
图5A图示了开关408A-B关断并且开关208C-D接通且导通时与天线电路400等效的电路。在天线电路400的第一配置或状态中,开关408C-D被短路至参考电压214,并且接触端子416C-D被短路至参考电压。开关408A-B保持打开,而接触端子416A-B被短路至参考电压。在该配置中,非接触式天线108A是操作性的,并且非接触式天线108B被禁用。包括非接触式天线108B、电容器210B、406H和406J的电路502不再有效地连接到控制器102。换言之,非接触式天线108A通过将两个端子耦合到参考地而去激活。
与电容器406G组合的电感器404A以及与电容器406I组合的电感器404B为非接触式天线108A提供EMC滤波器。等效电容器506A是具有与串联布置的电容器406C和406D的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器406C和406D形成等效电容器506A,
Figure BDA0002534875850000181
等效电容器506B是具有与串联布置的电容器406E和406F的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器406E和406F形成等效电容器506B,
Figure BDA0002534875850000182
等效电容器506A-B和电容器210A为非接触式天线108A提供匹配电路。
图5B图示了开关408C-D关断并且开关208A-B接通且导通时与天线电路400等效的电路。在天线电路400的第二配置或状态中,开关408A-B被短路至参考电压214,并且接触端子416A-B被短路至参考电压。开关408C-D保持打开,而接触端子416C-D被短路至参考电压。在该配置中,非接触式天线108B是操作性的,并且非接触式天线108A被禁用。包括非接触式天线108A、电容器210A、406D和406F的电路504不再有效地连接到控制器102。换言之,非接触式天线108B通过将两个端子耦合到参考地而去激活。
与电容器406C组合的电感器404A以及与电容器406E组合的电感器404B为非接触式天线108B提供EMC滤波器。等效电容器506C是具有与串联布置的电容器406G和406H的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器406G和406H形成等效电容器506C,
Figure BDA0002534875850000191
等效电容器506D是具有与串联布置的电容器406I和406J的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器406I和406J形成等效电容器506D,
Figure BDA0002534875850000192
等效电容器506C-D和电容器210B为非接触式天线108B提供匹配电路。
图5A至图5B所示的两个不同配置有利地允许两个不同或相同的非接触式天线108A和108B操作,每个非接触式天线具有不同或相同的阻抗。可以选择电容器406G和406I的值,以为非接触式天线108A提供EMC滤波器。可以选择电容器406D、406F和210A的值,以提供用于非接触式天线108A操作的匹配电路。作为示例,可以选择电容器406G、406I、406D、406F和210A的值,来提供以等于6.78MHz的谐振频率操作的电路,该电路与符合无线电源联盟(A4WP)规范的非接触式充电兼容。在该示例中,非接触式天线108A可以被配置为在约6.78MHz下操作。
可以选择电容器406C和406E的值,以为非接触式天线108B提供EMC滤波器。可以选择电容器406H、406J和210B的值,以提供用于非接触式天线108B操作的匹配电路。作为示例,可以选择电容器406C、406E、406H、406J和210A的值,来提供以等于13.56MHz的谐振频率操作的电路,该电路与符合近场通信(NFC)规范的非接触式充电兼容。在该示例中,非接触式天线108B可以被配置为在约13.56MHz下操作。
图6图示了使用差分和单端信令操作的实施例天线电路600的示意图。如图所示,天线电路600包括图1的控制器102、EMC滤波器电路104A-B、匹配电路106A-B和非接触式天线108A-B。在图1的非接触式通信块101内,天线电路600可以布置为单个集成电路或分立组件。
天线电路600与图4的天线电路400类似;然而,图6中的非接触式天线108B使用单端信令来操作。同样,图6中的非接触式天线108B与图2中的非接触式天线108B类似。天线电路600可以不包括电容器406J。
图7A图示了开关408A-B关断并且开关208C-D接通且导通时与天线电路600等效的电路。在天线电路600的第一配置或状态中,开关408C-D被短路至参考电压214,并且接触端子416C-D被短路至参考电压。开关408A-B保持打开,而接触端子416A-B被短路至参考电压。在该配置中,非接触式天线108A是操作性的,并且非接触式天线108B被禁用。包括非接触式天线108B以及电容器210B和406H的电路602不再有效地连接到控制器102。换言之,非接触式天线108B通过将两个端子耦合到参考地而去激活。
与电容器406G组合的电感器404A以及与电容器406I组合的电感器404B为非接触式天线108A提供EMC滤波器。等效电容器506A是具有与串联布置的电容器406C和406D的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器406C和406D形成等效电容器506A,
Figure BDA0002534875850000201
等效电容器506B是具有与串联布置的电容器406E和406F的电容等效的电容的电容器。更准确地说,电容器406E和406F形成等效电容器506B,
Figure BDA0002534875850000202
等效电容器506A-B和电容器210A为非接触式天线108A提供匹配电路。
图7B图示了开关408C-D关断并且开关208A-B接通且导通时与天线电路600等效的电路。在天线电路600的第二配置或状态中,开关408A-B被短路至参考电压214,并且接触端子416A-B被短路至参考电压。开关408C-D保持打开,而接触端子416C-D被短路至参考电压。在该配置中,非接触式天线108B是操作性的,并且非接触式天线108A被禁用。包括非接触式天线108A、电容器210A、406D和406F的电路504不再有效地连接到控制器102。换言之,非接触式天线108A通过将两个端子耦合到参考地而去激活。
与电容器406C组合的电感器404A以及与电容器406E组合的电感器404B为非接触式天线108B提供EMC滤波器。电容器406G、406H、406I和210B为使用单端信令操作的非接触式天线108B提供匹配电路。
图6和图7A至图7B所示的天线电路600有利地在针对使用差分信令操作的非接触式天线108A和使用单端信令操作的非接触式天线108B的第一和第二配置中,提供用于EMC滤波、RF匹配和操作的电路。
在图2、图4和图6的每个实施例中,接地的开关电容器可以被用于将电路的一部分断开连接。附加地,开关可以被配置为在主平台或主机设备关闭时,选择非接触式天线108A或108B中的一个并使其可用。针对开关的控制信号可以是易于管理的通用输入/输出(GPIO)。开关有利地提高系统和电路的可靠性。因此,使用例如n-MOSFET技术来提供有利的天线电路解决方案,这种技术通常在互补金属氧化物半导体(CMOS)中实现。本公开的实施例使可能在信号中生成损耗的寄生元件最小化。本公开的实施例提供一种减少损耗的手段。
由于对可能高于模拟开关电源域信号的信号进行钳制,因而实施例天线电路200、400和600有利地使信号压缩最小化。
图8图示了使用单端信令操作的现有技术的天线电路800的示意图。类似于图2的天线电路200,行进经过天线电路800的信号被参考为参考电压214。天线电路800包括控制器102、EMC滤波器802和非接触式天线108A-B。另外,天线电路800包括FET 812和814。FET812和814被用于选择性地将每个非接触式天线108A或108B在接通和关断模式之间切换。
不利地,EMC滤波器802和匹配电路804在两个非接触式天线108A和108B之间被共享。因此,为了正确操作,非接触式天线108A和108B必须具有相同的谐振频率和阻抗,因此它们是完全相同的天线。
另外,FET 812或814中的至少一个必须接收控制信号,以启用非接触式天线中的至少一个。因此,如果主机设备处于关断模式,则两个天线都接通或两个天线都关断。如果两个天线保持接通,这就会导致信号压缩。
利用本公开的实施例(例如,使用天线电路200和600)来解决现有技术电路中的这些和其他问题。
图9图示了使用差分信令操作的现有技术的天线电路900的示意图。类似于图4的天线电路400,图9中的非接触式天线108A和108B的每个节点接收差分信号对中的不同的差分信号。天线电路900包括控制器102、EMC滤波器902、多路复用器906(即,受控开关)以及匹配电路904A和904B。
类似于天线电路800,EMC滤波器902在两个非接触式天线108A和108B之间被共享。因此,为了正确操作,非接触式天线108A和108B必须具有相同的阻抗。另外,多路复用器906必须接收控制信号,以启用非接触式天线中的至少一个。因此,如果主机设备处于关断模式,则两个天线都接通或两个天线都关断。如果两个天线保持接通,这就会导致信号压缩。
利用本公开的实施例(例如,使用天线电路400和600)来解决现有技术电路中的这些和其他问题。
虽然主要是在近场通信(NFC)的上下文中描述实用新型的方面,但也应当认识到,这些实用新型方面也可能适用于在频谱上操作的其他标准或专有协议。因此,对NFC相关技术的示例实施例的讨论不应被解释为受限于示例实施例的范围或精神。
虽然该描述已经被详细描述,但是应当理解,在不脱离所附权利要求所定义的本公开的精神和范围的情况下,可以在本文中做出各种改变、替代和修改。在各个图中相同的元件被指定为相同的附图标记。而且,本公开的范围并不限于本文所描述的特定实施例,因为本领域的普通技术人员通过本公开将容易地认识到,目前已有的或以后将被开发的工艺、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤,可以执行相同的功能或实现与本文所描述的相应实施例大体上相同的结果。因此,所附权利要求旨在将这些工艺、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。
因此,说明书和附图仅被视为是对所附权利要求所定义的本公开的说明,并且预期其涵盖在本公开的范围内的任何和所有修改、变更、组合或等同物。

Claims (19)

1.一种天线电路,其特征在于,包括:
第一开关,被配置为常通,所述第一开关被配置为在接收到第一栅极偏置之后关断;
第二开关,被配置为常断,所述第二开关被配置为在接收到第二栅极偏置之后接通,所述第二开关响应于所述第一开关关断而接通;
第一非接触式天线,耦合到所述第一开关,所述第一非接触式天线响应于所述第一开关接通而被禁用,所述第一非接触式天线响应于所述第一开关关断而被启用;
第二非接触式天线,耦合到所述第二开关,所述第二非接触式天线响应于所述第二开关接通而被禁用,所述第二非接触式天线响应于所述第二开关关断而被启用;以及
控制器,耦合到所述第一非接触式天线和所述第二非接触式天线,所述控制器被配置为通过生成所述第一栅极偏置和所述第二栅极偏置来控制所述第一开关和所述第二开关的操作。
2.根据权利要求1所述的天线电路,其特征在于,所述第一开关是耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET,并且所述第二开关是增强型MOSFET。
3.根据权利要求1所述的天线电路,其特征在于,所述第一非接触式天线或所述第二非接触式天线使用单端信令、差分信令或其组合来操作。
4.根据权利要求1所述的天线电路,其特征在于,所述控制器是能够在卡仿真模式、读/写器模式、点对点模式或其组合模式下操作的近场通信NFC控制器。
5.根据权利要求1所述的天线电路,其特征在于,所述第一非接触式天线或所述第二非接触式天线的谐振频率是13.56MHz、27.12MHz、6.78MHz或其组合。
6.根据权利要求1所述的天线电路,其特征在于,进一步包括:
电磁兼容性EMC滤波器,耦合在所述控制器与所述第一非接触式天线之间,所述EMC滤波器被配置为滤除所述第一非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及
匹配电路,耦合在所述控制器与所述第一非接触式天线之间,所述匹配电路被配置为将所述第一非接触式天线的阻抗与所述控制器和所述EMC滤波器的阻抗匹配。
7.根据权利要求1所述的天线电路,其特征在于,所述天线电路进一步包括:
电磁兼容性EMC滤波器,耦合在所述控制器与所述第二非接触式天线之间,所述EMC滤波器被配置为滤除所述第二非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及
匹配电路,耦合在所述控制器与所述第二非接触式天线之间,所述匹配电路被配置为将所述第二非接触式天线的阻抗与所述控制器和所述EMC滤波器的阻抗匹配。
8.根据权利要求1所述的天线电路,其特征在于,所述第一非接触式天线的谐振频率和所述第二非接触式天线的谐振频率处于不同的频率。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:
控制器,被配置为发送信号、接收信号并且生成第一控制信号和第二控制信号;
第一非接触式天线,耦合到所述控制器,所述第一非接触式天线常禁用并且耦合到参考电压,所述第一非接触式天线响应于所述控制器生成所述第一控制信号而被启用;以及
常启用的第二非接触式天线,所述第二非接触式天线响应于所述控制器生成所述第二控制信号而被禁用,所述第二非接触式天线响应于所述第一非接触式天线被禁用而被启用,所述第二非接触式天线响应于所述第一非接触式天线被启用而被禁用,所述第一非接触式天线和所述第二非接触式天线具有不同的谐振频率,所述第一非接触式天线和所述第二非接触式天线连接到所述控制器的相同的输入端口和输出端口。
10.根据权利要求9所述的电子设备,其特征在于,所述第一非接触式天线或所述第二非接触式天线使用单端信令、差分信令或其组合来操作。
11.根据权利要求9所述的电子设备,其特征在于,所述控制器是能够在卡仿真模式、读/写器模式、点对点模式或其组合模式下操作的近场通信NFC控制器。
12.根据权利要求9所述的电子设备,其特征在于,所述第一非接触式天线或所述第二非接触式天线的谐振频率是13.56MHz、27.12MHz或6.78MHz。
13.根据权利要求9所述的电子设备,其特征在于,进一步包括:
电磁兼容性EMC滤波器,耦合在所述控制器与所述第一非接触式天线之间,所述EMC滤波器被配置为滤除所述第一非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及
匹配电路,耦合在所述控制器与所述第一非接触式天线之间,所述匹配电路被配置为将所述第一非接触式天线的阻抗与所述控制器和所述EMC滤波器的阻抗匹配。
14.根据权利要求9所述的电子设备,其特征在于,进一步包括:
电磁兼容性EMC滤波器,耦合在所述控制器与所述第二非接触式天线之间,所述EMC滤波器被配置为滤除所述第二非接触式天线的谐振频率之外的信号;以及
匹配电路,耦合在所述控制器与所述第二非接触式天线之间,所述匹配电路被配置为将所述第二非接触式天线的阻抗与所述控制器和所述EMC滤波器的阻抗匹配。
15.一种天线电路,其特征在于,包括:
第一非接触式天线和第二非接触式天线;
第一匹配电路,包括第一开关、第一电容器、第二电容器和第三电容器,所述第一电容器的第一端子耦合到所述第一非接触式天线的第一端子并且耦合到所述第二电容器的第一端子,所述第一电容器的第二端子耦合到所述第一非接触式天线的第二端子,所述第二电容器的第二端子耦合到所述第三电容器的第一端子并且耦合到所述第一开关的输入端子,并且所述第一开关的输出端子耦合到参考地;
第二匹配电路,包括第二开关、第四电容器、第五电容器和第六电容器,所述第四电容器的第一端子耦合到所述第二非接触式天线的第一端子并且耦合到所述第五电容器的第一端子,所述第四电容器的第二端子耦合到所述第二非接触式天线的第二端子,所述第五电容器的第二端子耦合到所述第六电容器的第一端子并且耦合到所述第二开关的输入端子,并且所述第二开关的输出端子耦合到所述参考地;以及
控制器,包括输入端子、输出端子和一个或多个控制端子,所述控制器的所述输入端子和所述输出端子中的每个端子都耦合到所述第三电容器的第二端子并且耦合到所述第六电容器的第二端子,所述控制器的所述一个或多个控制端子耦合到所述第一开关和所述第二开关的控制端子。
16.根据权利要求15所述的天线电路,其特征在于,所述第一非接触式天线的第二端子和所述第二非接触式天线的第二端子耦合到所述参考地。
17.根据权利要求15所述的天线电路,其特征在于,所述控制器进一步包括第二输入端子和第二输出端子,其中所述第一匹配电路进一步包括第三开关、第七电容器、第八电容器,所述第七电容器的第一端子耦合到所述第一非接触式天线的所述第二端子,所述第七电容器的第二端子耦合到所述第三开关的第一输入并且耦合到所述第八电容器的第一端子,所述第八电容器的第二端子耦合到所述控制器的所述第二输入端子并且耦合到所述第二输出端子,所述第三开关的输出耦合到所述参考地,并且所述控制器的所述一个或多个控制端子耦合到所述第三开关的控制端子。
18.根据权利要求17所述的天线电路,其特征在于,所述第二匹配电路进一步包括第四开关、第九电容器和第十电容器,所述第九电容器的第一端子耦合到所述第二非接触式天线的所述第二端子,所述第九电容器的第二端子耦合到所述第四开关的第一输入并且耦合到所述第十电容器的第一端子,所述第十电容器的第二端子耦合到所述控制器的所述第二输入端子并且耦合到所述第二输出端子,并且所述第四开关的输出耦合到所述参考地,并且所述控制器的所述一个或多个控制端子耦合到所述第四开关的控制端子。
19.根据权利要求15所述的天线电路,其特征在于,所述第一非接触式天线以与所述第二非接触式天线不同的谐振频率操作。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113675597A (zh) * 2021-08-11 2021-11-19 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所) 一种改善匹配效果的宽带偶极天线及其附加匹配网络结构参数确定方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3687076A1 (en) * 2019-01-28 2020-07-29 STMicroelectronics Austria GmbH Method of managing an output power delivered by an antenna of a nfc apparatus and nfc apparatus
FR3098067B1 (fr) * 2019-06-25 2022-12-23 St Microelectronics Rousset Détection de dispositifs NFC
EP3863185A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-11 Nxp B.V. Communication device and method for operating the same
EP3890196B1 (en) * 2020-04-03 2023-06-21 Nxp B.V. Communication and wireless charging device and operating method
CN112736416B (zh) * 2020-12-23 2023-06-20 Oppo广东移动通信有限公司 天线装置及电子设备
FR3119058B1 (fr) 2021-01-15 2023-03-31 St Microelectronics Rousset Gestion de la communication sans contact et du chargement sans contact à partir d’un dispositif sans contact, et dispositif sans contact correspondant
CN114765466A (zh) * 2021-01-15 2022-07-19 意法半导体(鲁塞)公司 管理非接触式通信和非接触式充电以及相应非接触式设备
CN114361778A (zh) * 2021-12-28 2022-04-15 歌尔科技有限公司 Nfc天线电路、nfc天线组件及电子设备
EP4277141A1 (en) * 2022-05-10 2023-11-15 STMicroelectronics Austria GmbH Nfc loop antenna in the vicinity of a metallic structure, and method for operating this antenna

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE329327T1 (de) 2001-11-21 2006-06-15 Mineral Lassen Llc Drahtgebundene schnittstelle zu einem drahtlosen kommunikationsgerät
US7546089B2 (en) 2004-12-23 2009-06-09 Triquint Semiconductor, Inc. Switchable directional coupler for use with RF devices
GB0501593D0 (en) 2005-01-25 2005-03-02 Innovision Res & Tech Plc Demodulation apparatus and method
DE602005016730D1 (de) 2005-06-30 2009-10-29 Nokia Corp Einrichtung, modul und verfahren für gemeinsam benutzten antennenbetrieb in einer auf rfid-technologie basierenden kommunikationsumgebung
DE602007009086D1 (de) 2006-05-04 2010-10-21 Nxp Bv Ein kommunikationsgerät
GB0623653D0 (en) 2006-11-27 2007-01-03 Innovision Res & Tech Plc Near field RF communicators and near field RF communications enabled devices
US8031054B2 (en) * 2007-03-27 2011-10-04 Round Rock Research, Llc Multi-antenna element systems and related methods
JP4645698B2 (ja) 2008-08-19 2011-03-09 ソニー株式会社 無線通信装置と受電装置
US20100190436A1 (en) 2008-08-26 2010-07-29 Qualcomm Incorporated Concurrent wireless power transmission and near-field communication
US8947041B2 (en) 2008-09-02 2015-02-03 Qualcomm Incorporated Bidirectional wireless power transmission
FR2936886B1 (fr) 2008-10-02 2013-09-27 Oberthur Technologies Dispositif electronique et gestion des communications sans contact concurrentes d'un tel dispositif et d'un equipement hote
US8682261B2 (en) 2009-02-13 2014-03-25 Qualcomm Incorporated Antenna sharing for wirelessly powered devices
EP2251986A1 (en) 2009-05-15 2010-11-17 Nxp B.V. A near field communication device
JP5532678B2 (ja) 2009-05-26 2014-06-25 ソニー株式会社 通信装置、アンテナ装置、並びに通信システム
FR2950743B1 (fr) * 2009-09-28 2012-03-23 St Microelectronics Tours Sas Amelioration de la selectivite d'un coupleur bi-bande
US9402278B2 (en) 2010-11-26 2016-07-26 Wireless Dynamics, Inc. Multi-mode communication system for a mobile phone
US8983374B2 (en) 2010-12-13 2015-03-17 Qualcomm Incorporated Receiver for near field communication and wireless power functionalities
FR2971378B1 (fr) 2011-02-04 2013-02-22 St Microelectronics Rousset Procede de connexion sur une seule antenne d'un ou de plusieurs composants sans contact, et systeme correspondant
JP5677875B2 (ja) 2011-03-16 2015-02-25 日立マクセル株式会社 非接触電力伝送システム
US20120329395A1 (en) * 2011-06-27 2012-12-27 Qualcomm Atheros, Inc. Dynamic antenna sharing
US9020424B2 (en) * 2012-06-14 2015-04-28 Broadcom Corporation NFC device combining components of antenna driver and shunt regulator
KR102072522B1 (ko) 2013-03-07 2020-02-03 삼성전자주식회사 비접촉 통신 장치 및 그것을 포함한 유저 장치
CN203366368U (zh) * 2013-08-07 2013-12-25 歌尔声学股份有限公司 受控nfc标签
JP6007356B2 (ja) * 2014-09-01 2016-10-12 株式会社イーガルド 非接触式情報通信端末装置、カード型デバイス、携帯用電話機及びウェアラブルデバイス
CN205354075U (zh) * 2014-12-15 2016-06-29 珠海艾派克微电子有限公司 非接触式卡片
FR3032076A1 (fr) 2015-01-26 2016-07-29 Stmicroelectronics Rousset Procede de gestion de la communication sans contact et de la charge sans contact au sein d'un systeme, et systeme correspondant
US10123156B2 (en) * 2015-03-06 2018-11-06 Qualcomm Incorporated Systems and methods for far-field communication using a repurposed antenna
DE102016100809A1 (de) * 2015-04-14 2016-10-20 Samsung Electronics Co. Ltd. Nahfeldkommunikationsbaugruppe und tragbare Vorrichtung, welche dieselbe enthält
US10110281B2 (en) * 2017-03-17 2018-10-23 Nxp B.V. Near field communication device
US10108825B2 (en) * 2017-03-22 2018-10-23 Nxp B.V. NFC reader with remote antenna
KR102356812B1 (ko) * 2017-05-19 2022-01-28 엘지전자 주식회사 지문 감지가 가능한 전자장치
FR3067534A1 (fr) * 2017-06-09 2018-12-14 Stmicroelectronics (Rousset) Sas Procede de controle du niveau de puissance emise par un dispositif de communication sans contact, par exemple un lecteur, et dispositif de communication sans contact correspondant
US10511347B2 (en) * 2017-11-14 2019-12-17 Nxp B.V. Device detection in contactless communication systems

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113675597A (zh) * 2021-08-11 2021-11-19 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所) 一种改善匹配效果的宽带偶极天线及其附加匹配网络结构参数确定方法
CN113675597B (zh) * 2021-08-11 2023-02-28 中国电波传播研究所(中国电子科技集团公司第二十二研究所) 一种附加匹配网络结构参数确定方法

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Publication number Publication date
CN112086760B (zh) 2024-01-02
US20200394486A1 (en) 2020-12-17
US10997483B2 (en) 2021-05-04
CN112086760A (zh) 2020-12-15

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