DE102012012099A1

DE102012012099A1 - Nahfeld-Kommunikationsempfänger

Info

Publication number: DE102012012099A1
Application number: DE102012012099A
Authority: DE
Inventors: Behzad Sheikholeslami
Original assignee: Cambridge Silicon Radio Ltd
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: GB2491883A; DE102012012099B4; GB2491883B; GB201110190D0; US8606212B2; US20120322399A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Nahfeldkommunikations- bzw. NFC-Empfänger (10), bei dem ein empfangenes NFC-Signal, das ein Trägersignal umfasst, auf das ein Datensignal moduliert wird, digitalisiert und abwärts umgesetzt wird und das digitalisierte und abwärts umgesetzte empfangene Signal gefiltert wird, um eine digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägersignals des NFC-Signals wiederherzustellen. Diese digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägersignals wird in ein Analogsignal umgesetzt, das dann aufwärts umgesetzt wird, um eine Schätzung des Trägersignals zu erzeugen, und diese Schätzung wird mit dem empfangenen NFC-Signal kombiniert, um den Träger des empfangenen Signals wenigstens teilweise zu unterdrücken oder zu negieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Empfänger für Nahfeldkommunikation (NFC).
Stand der Technik
Einrichtungen zur Nahfeldkommunikation (NFC) werden in Bereichen wie dem Bankbereich immer beliebter, da sie einen schnellen Austausch von Daten über eine kurze Entfernung (weniger als 10 cm) gestatten, der zum Ermöglichen zum Beispiel von Bezahlungen kleiner Beträge verwendet werden kann.
NFC-Einrichtungen, wie etwa Leser und Etiketten, senden Daten durch Modulieren eines Trägers mit einer Frequenz von etwa 13,56 MHz mit einem Signal, das die zu übertragenden Daten trägt. Das modulierte Signal wird von einer kompatiblen NFC-Einrichtung, wie etwa einem Etikett oder Leser, empfangen, der einen Empfänger aufweist, der das empfangene Signal demoduliert, um die übertragenen Daten wiederherzustellen.
Ein Problem bei NFC-Kommunikation besteht darin, dass der Träger in dem durch eine NFC-Einrichtung empfangenen Signal in der Regel eine viel größere Amplitude als das Datensignal aufweist. Das heißt, dass der NFC-Empfänger einen großen Dynamikumfang aufweisen muss, um einen Rauschabstand aufzuweisen, der groß genug ist, um eine erfolgreiche Demodulation des empfangenen Signals zu gestatten. Aus demselben Grund muss ein Takt des Empfängers, der ein Taktsignal zum Demodulieren des empfangenen Signals bereitstellt, sehr niedriges Phasenrauschen aufweisen. Solche Takte sind in der Regel sehr komplex und erfordern viel Siliziumfläche (bei IC-Implementierungen) und weisen hohen Stromverbrauch auf.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Empfänger für Nahfeldkommunikation (NFC), bei dem ein empfangenes NFC-Signal, das ein Trägersignal umfasst, auf das ein Datensignal moduliert wird, digitalisiert und abwärts umgesetzt wird und das digitalisierte und abwärts umgesetzte empfangene Signal gefiltert wird, um eine digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägersignals des NFC-Signals wiederherzustellen. Diese digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägersignals wird in ein Analogsignal umgesetzt, das dann aufwärts umgesetzt wird, um eine Schätzung des Trägersignals zu erzeugen, und diese Schätzung wird mit dem empfangenen NFC-Signal kombiniert, um den Träger des empfangenen Signals zumindest teilweise zu unterdrücken oder zu negieren.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Nahfeldkommunikations- bzw. NFC-Empfänger bereitgestellt, wobei der Empfänger umfasst: einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC) zum Digitalisieren eines empfangenen NFC-Signals, das einen mit einem Informationssignal modulierten Träger umfasst; einen Abwärtsumsetzer zum Abwärtsumsetzen des digitalisierten Signals; ein Filter zum Filtern des abwärts umgesetzten Signals, um eine digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägers wiederherzustellen; einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) zum Umsetzen der digitalisierten und abwärts umgesetzten Version des Trägers in ein Analogsignal; einen Aufwärtsumsetzer zum Erzeugen einer Schätzung des Trägers des empfangenen NFC-Signals aus dem durch den DAC erzeugten Analogsignal; und einen Kombinierer zum Kombinieren des so produzierten Analogsignals mit dem empfangenen NFC-Signal.
Der Empfänger unterdrückt den Träger in einem empfangenen NFC-Signal, und somit ist der Anteil des erwünschten Datensignals in dem an eine nachfolgende Demodulationsstufe ausgegebenen Signal (d. h. der Rauschabstand) höher als bei bekannten Empfängern, was bedeutet, dass der Dynamikumfang der Demodulationsstufe im Vergleich zu bekannten Systemen verringert werden kann, wodurch wiederum der Entwurf der Demodulationsstufe erleichtert wird. Zusätzlich erfordert diese Empfängerarchitektur keinen Takt mit niedrigem Phasenrauschen.
Der ADC kann einen Delta-Sigma-ADC umfassen.
Der ADC kann ausgelegt sein, eine Abtastfrequenz aufzuweisen, die viermal die Frequenz des Trägers des empfangenen NFC-Signals beträgt.
Delta-Sigma-ADC dieses Typs besitzen Eigenschaften, durch die sie für die Verwendung in dem Empfänger besonders geeignet werden. Zum Beispiel vereinfacht die Verwendung eines Delta-Sigma-ADC, der ausgelegt ist, eine Abtastfrequenz aufzuweisen, die viermal die Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals beträgt, den Entwurf und die Implementierung des Abwärtsumsetzers.
Der NFC-Empfänger kann ferner einen Signalgenerator zum Erzeugen eines lokalen Signals zur Verwendung in dem Abwärtsumsetzer umfassen.
Der Signalgenerator kann ausgelegt sein, ein Rechtecksignal zu erzeugen. Dies vereinfacht den Entwurf und die Implementierung des Signalgenerators, da Rechtecksignale insbesondere in digitalen Systemen leicht erzeugt werden können.
Der ADC kann ausgelegt sein, in seinem Frequenzgang Nullstellen an ungeraden ganzzahligen Vielfachen des Trägers des empfangenen NFC-Signals aufzuweisen.
Die Verwendung eines auf diese Weise konfigurierten ADC vereinfacht den Entwurf des Empfängers weiter, da sie Tiefpassfilter am Eingang des ADC überflüssig macht, da jegliche Komponenten in dem durch den Kombinierer (an den ADC) ausgegebenen Signal, die auf sich aus der Verwendung eines Rechtecksignals beim Erzeugen der Schätzung des Trägers ergebende Oberschwingungen zurückzuführen sind, automatisch durch den ADC gedämpft werden. Dies vereinfacht außerdem die Spezifikation eines digitalen Tiefpassfilters, das zum Wiederherstellen einer digitalisierten Version des Trägersignals verwendet wird, da dieses Filter keine Hochfrequenzsignal- und Rauschkomponenten filtern muss, die ansonsten in den ADC eingegeben würden und durch Umklappen oder den Alias-Effekt in das Signalband kommen würden.
Der Abwärtsumsetzer kann ausgelegt sein, das digitalisierte Signal auf Gleichstrom abwärts umzusetzen.
Der Aufwärtsumsetzer kann ausgelegt sein, eine Schätzung zu erzeugen, die eine Frequenz gleich der des Trägers des empfangenen NFC-Signals aufweist.
Der Aufwärtsumsetzer kann ausgelegt sein, das durch den lokalen Signalgenerator erzeugte Signal zu verwenden.
Dies vereinfacht den Entwurf und die Implementierung des Empfängers weiter, da nur ein lokaler Signalgenerator erforderlich ist. Zusätzlich werden durch Verwendung eines gemeinsamen lokalen Signalgenerators für den Aufwärtsumsetzer und den Abwärtsumsetzer Timingfehler minimiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Unterdrücken eines Trägers in einem Nahfeldkommunikations- bzw. NFC-Signal bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines NFC-Signals, das einen mit einem Informationssignal modulierten Träger umfasst; Digitalisieren des empfangenen NFC-Signals; Abwärtsumsetzen des digitalisierten Signals; Filtern des abwärts umgesetzten Signals, um eine digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägers wiederherzustellen; Umsetzen der digitalisierten und abwärts umgesetzten Version des Trägers in ein Analogsignal; Erzeugen einer Schätzung des Trägers des empfangenen NFC-Signals aus dem durch den DAC erzeugten Analogsignal; und Kombinieren der Schätzung mit dem empfangenen NFC-Signal.
Das Digitalisieren des empfangenen Signals kann durch einen Delta-Sigma-ADC ausgeführt werden.
Der ADC kann ausgelegt sein, eine Abtastfrequenz aufzuweisen, die viermal die Frequenz des Trägers des empfangenen NFC-Signals beträgt.
Das Verfahren kann ferner das Erzeugen eines lokalen Signals zur Verwendung beim Abwärtsumsetzen des digitalisierten Signals umfassen.
Das lokale Signal kann ein Rechtecksignal umfassen.
Das Digitalisieren des empfangenen Signals kann das Dämpfen von Komponenten an ungeraden ganzzahligen Vielfachen des Trägers des empfangenen NFC-Signals umfassen.
Das digitalisierte Signal kann auf Gleichstrom abwärts umgesetzt werden.
Die Schätzung kann eine Frequenz aufweisen, die gleich der des Trägers des empfangenen NFC-Signals ist.
Das lokale Signal kann beim Erzeugen der Schätzung verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, 1, beschrieben, einem Schaltbild, das einen Teil einer Empfängerarchitektur für eine Nahfeldkommunikations- bzw. NFC-Einrichtung darstellt.
Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist ein Blockschaltbild eines Teils einer Empfängerarchitektur für eine Nahfeldkommunikations- bzw. NFC-Einrichtung. Es versteht sich, dass die in 1 gezeigten Funktionsblöcke nicht unbedingt Komponenten einer physischen Implementierung einer Empfängerarchitektur repräsentieren, sondern stattdessen Funktionen repräsentieren, die durch die Empfängerarchitektur ausgeführt werden. In der Praxis kann die Empfängerarchitektur auf viele verschiedene Weisen implementiert werden, zum Beispiel unter Verwendung von diskreten Komponenten oder vorfabrizierten Schaltungselementen, unter Verwendung eines oder mehrerer geeignet programmierter oder konfigurierter digitaler Signalprozessoren (DSP), Field Programmable Gate Arrays (FPGA), anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC) oder Vielzweckprozessoren.
Der Empfänger ist im Allgemeinen in 1 bei 10 gezeigt und umfasst einen Verstärker 12 mit variabler Verstärkung, der an seinem Eingang ein datenmoduliertes Trägersignal empfängt, das durch eine Antenne einer die Empfängerarchitektur 10 enthaltenden NFC-Einrichtung empfangen wird. Der Ausgang des Verstärkers 12 mit variabler Verstärkung ist mit einem ersten Eingang eines Kombinierers 14 verbunden, der einen zweiten Eingang aufweist, der mit einem Ausgang eines Trägerschätzungssubsystems 16 verbunden ist, dessen Struktur und Funktionsweise im Folgenden ausführlicher beschrieben werden.
Der Kombinierer 14 wird zum Kombinieren des modulierten empfangenen Signals mit einer Schätzung des Trägers des empfangenen Signals betrieben, um so den Träger des modulierten empfangenen Signals wenigstens teilweise zu unterdrücken. Zum Beispiel kann der Kombinierer 14 ausgelegt sein, eine phasengleiche Schätzung des Trägers von dem empfangenen Signal zu subtrahieren oder kann ausgelegt sein, eine Schätzung des Trägers, die mit Bezug auf das empfangene Signal phasenverschoben ist, zu dem empfangenen Signal zu addieren, um den Träger in dem empfangenen modulierten Signal zumindest teilweise zu negieren.
Die Ausgabe des Kombinierers 14 wird in einen zeitkontinuierlichen Bandpass-Delta-Sigma-Analog-Digital-Umsetzer bzw. -ADC 18 eingegeben, der ein Durchlassband aufweist, das bei 13,56 MHz (der Frequenz des Trägersignals in NFC-Systemen) zentriert ist, und der eine Abtastfrequenz von 54,24 MHz aufweist, viermal der Frequenz des NFC-Trägers. Der ADC 18 digitalisiert das empfangene modulierte Signal und gibt einen Strom digitaler Abtastwerte an ein digitales Subsystem 20 aus.
Ein Verstärker 19 kann zwischen dem Ausgang des Kombinierers 14 und dem Eingang des ADC 18 oder in einer ersten Stufe des ADC 18 vorgesehen sein, um das durch den Kombinierer 14 ausgegebene Signal zu verstärken, um den erforderlichen Dynamikumfang des ADC 18 zu verringern.
Das digitale Subsystem 20 umfasst einen Abwärtsumsetzer 22, der in diesem Beispiel die digitalisierte Version des empfangenen modulierten Signals empfängt und sie in eine gleichphasige (I-) und Quadratur(Q)-Komponente bei Gleichstrom umsetzt. In dem hier beschriebenen und in 1 dargestellten beispielhaften Empfänger 10 wird Quadratur-Abwärtsumsetzung verwendet, da sie I- und Q-Signale erzeugt, die bei der Downstream-Verarbeitung (z. B. Demodulation) des empfangenen Signals sowie beim Erzeugen einer Schätzung des Trägers des empfangenen NFC-Signals verwendet werden kann. Darüber hinaus vereinfacht die Verwendung von Quadratur-Abwärtsumsetzung den Entwurf und die Implementierung des Empfängers 10, wie aus der vorliegenden Beschreibung hervorgeht. Für Fachleute ist dennoch ersichtlich, dass alternative Abwärtsumsetzungstechniken anstelle des Quadratur-Abwärtsumsetzers 22 in dem Empfänger 10 verwendet werden könnten.
Der Abwärtsumsetzer 22 umfasst einen ersten Abwärtsumsetzer-Mischer 24, der die durch den ADC 18 ausgegebenen digitalen Abtastwerte mit einem durch einen lokalen Signalgenerator 25 erzeugten ersten Abwärtsumsetzungssignal mischt, um einen Strom von gleichphasigen (I-)Abtastwerten zu erzeugen, und einen zweiten Abwärtsumsetzer-Mischer 26, der die durch den ADC ausgegebenen digitalen Abtastwerte mit einem durch den lokalen Signalgenerator 25 (oder einen anderen lokalen Signalgenerator) erzeugten zweiten Abwärtsumsetzungssignal mischt, um einen Strom von Quadratur(Q)-Abtastwerten zu erzeugen, die mit Bezug auf die gleichphasigen Abtastwerte um 90 Grad phasenverschoben sind.
Zur Abwärtsumsetzung der digitalisierten Version des empfangenen modulierten Signals von der Frequenz des Trägers auf Gleichstrom sollte das erste lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal sinusförmig sein mit der Form u_I = cos(ω_cnT), wobei ω_c = 2πf_c, f_c die Frequenz des Trägersignals, n die Abtastwertzahl und T der Zeitraum des abgetasteten Signals ist, der gleich
ist, wobei f_s die Abtastfrequenz ist.
Somit kann das erste lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal u_I folgendermaßen umgeschrieben werden:
Da die Abtastfrequenz f_s des ADC 18 viermal die Frequenz des Trägersignals f_c beträgt, ist das erste lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal u_I u_I = cos( nπ / 2)
Da die Abtastwertzahl n immer eine ganze Zahl ist, ist der Wert von u_i immer entweder 1, 0 oder –1. Zum Beispiel nimmt u_i für die ersten vier Abtastwerte (d. h. n = 0 bis n = 3) die Werte 1, 0, –1, 0 an.
Zur Abwärtsumsetzung der digitalisierten Version des empfangenen modulierten Signals von der Frequenz des Trägers auf Gleichstrom sollte das zweite lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal sinusförmig sein mit der Form u_O = sin(ω_cnT), wobei ω_c = 2πf_c, f_c die Frequenz des Trägersignals, n die Abtastwertzahl und T der Zeitraum des abgetasteten Signals ist, der gleich
ist, wobei f_s die Abtastfrequenz ist.
Somit kann das zweite lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal u_Q folgendermaßen umgeschrieben werden:
Da die Abtastfrequenz f_s des ADC 18 viermal die Frequenz des Trägersignals f_c beträgt, ist das zweite lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal u_Q u_Q = sin( nπ / 2)
Somit ist, da die Abtastwertzahl n immer eine ganze Zahl ist, der Wert von u_Q immer entweder 0, 1 oder –1. Zum Beispiel nimmt u_I für die ersten vier Abtastwerte (d. h. n = 0 bis n = 3) die Werte 0, 1, 0, –1 an.
Das Verhältnis von 4:1 der Abtastfrequenz des ADC 18 zu der Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals vereinfacht den Entwurf des digitalen Subsystems 20, da der lokale Signalgenerator 25 einfach eine sich wiederholende Sequenz der Form [1, 0, –1, 0] (d. h. ein Rechtecksignal) für das erste lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal u_I erzeugen kann, die durch ein einfaches Verzögerungselement verzögert werden kann, um eine sich wiederholende Sequenz der Form [0, 1, 0, –1] für das zweite lokal erzeugte Abwärtsumsetzungssignal u_Q zu erzeugen. Es versteht sich jedoch, dass der ADC 18 andere Abtastfrequenzen verwenden kann, obwohl dadurch die Verwendung eines komplizierteren lokalen Signalgenerators 25 notwendig werden kann.
Die durch den Abwärtsumsetzer 22 erzeugten abwärts umgesetzten I- und Q-Signale werden in einen Dezimierer 28 eingegeben, der die I- und Q-Signale auf die Nyquist-Rate (d. h. zweimal die Bandbreite des abgetasteten Signals) oder auf eine beliebige andere Rate dezimiert und die dezimierten I- und Q-Signale zur Demodulation an einen digitalen Demodulator des Empfängers 10 ausgibt, um das in dem empfangenen Signal enthaltene Datensignal wiederherzustellen.
Die abwärts umgesetzten I- und Q-Signale werden auch in ein digitales Tiefpassfilter 30 eingegeben, das ausgelegt ist, die digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägersignals durchzulassen, aber die digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Datensignals, das auf das Trägersignal moduliert wurde, stark zu dämpfen. Es versteht sich, dass das Durchlassband des digitalen Tiefpassfilters 30 sehr schmal sein muss, da sich das Datensignal in der Regel bei einer Frequenz in der Nähe der des Trägersignals befindet.
Die Ausgabe des digitalen Tiefpassfilters 30 ist eine digitalisierte und abwärts umgesetzte Schätzung der Amplitude und Phase des in dem empfangenen NFC-Signal anwesenden Trägersignals, repräsentiert als I- und Q-Ströme. Die I- und Q-Ströme werden in einen ersten bzw. zweiten Digital-Analog-Umsetzer (DAC) 32, 34 des Trägerschätzungs-Subsystems 16 eingegeben, die ausgelegt sind, die digitalen I- und Q-Ströme in analoge Ausgangssignale umzusetzen.
Die durch die DAC 32, 34 ausgegebenen Analogsignale werden in einen Aufwärtsumsetzer 36 eingegeben, der einen ersten und zweiten Aufwärtsumsetzer-Mischer 38, 40 aufweist.
Der erste Aufwärtsumsetzer-Mischer 38 empfängt das durch den ersten DAC 32 ausgegebene Signal (das eine analoge Version des durch das digitale Bandpassfilter 30 ausgegebenen I-Stroms ist) und mischt es mit einem ersten lokal erzeugten Aufwärtsumsetzungssignal, das sich bei der Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals befindet, um an seinem Ausgang eine Version des in den ersten Aufwärtsumsetzer-Mischer eingegebenen Signals zu erzeugen, die auf der Trägerfrequenz zentriert ist.
Zur Aufwärtsumsetzung des durch den ersten DAC 32 ausgegebenen Signals auf die Frequenz des Trägers des empfangenen NFC-Signals sollte das erste lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal sinusförmig sein mit der Form ν_I = cos(ω_cnT), wobei ω_c = 2πf_c, f_c die Frequenz des Trägersignals, n die Abtastwertzahl und T der Zeitraum des abgetasteten Signals ist, der gleich
ist, wobei f_s die Abtastfrequenz ist.
Somit kann das erste lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal v_I folgendermaßen umgeschrieben werden:
Da die Abtastfrequenz f_s des ADC 18 viermal die Frequenz des Trägersignals f_c beträgt, ist das erste lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal v_I ν_I = cos( nπ / 2)
Da die Abtastwertzahl n immer eine ganze Zahl ist, ist der Wert von v_I immer entweder 1, 0 oder –1. Zum Beispiel nimmt v_I für die ersten vier Abtastwerte (d. h. n = 0 bis n = 3) die Werte 1, 0, –1, 0 an.
Der zweite Aufwärtsumsetzer-Mischer 40 empfängt das durch den zweiten DAC 34 ausgegebene Signal (das eine analoge Version des durch das digitale Bandpassfilter 30 ausgegebenen I-Stroms ist) und mischt es mit einem ersten lokal erzeugten Aufwärtsumsetzungssignal, das sich bei der Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals befindet, um an seinem Ausgang eine Version des in den ersten Aufwärtsumsetzer-Mischer eingegebenen Signals zu erzeugen, die auf der Trägerfrequenz zentriert ist.
Ähnlich sollte zur Aufwärtsumsetzung des durch den zweiten DAC 34 ausgegebenen Signals auf die Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals das zweite lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal sinusförmig sein mit der Form ν_Q = sin(ω_cnT), wobei ω_c = 2πf_c, f_c die Frequenz des Trägersignals, n die Abtastwertzahl und T der Zeitraum des abgetasteten Signals ist, der gleich
wobei f_s die Abtastfrequenz ist.
Somit kann das zweite lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal v_Q folgendermaßen umgeschrieben werden:
Da die Abtastfrequenz f_c des ADC 18 viermal die Frequenz des Trägersignals f_c beträgt, ist das zweite lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal v_Q ν_Q = cos( nπ / 2)
Da die Abtastwertzahl n immer eine ganze Zahl ist, ist der Wert von v_Q immer 0, 1 oder –1. Zum Beispiel nimmt v_Q für die ersten vier Abtastwerte (d. h. n = 0 bis n = 3) die Werte 0, 1, 0, –1 an.
Wie im Fall für den Abwärtsumsetzer 22 vereinfacht das Verhältnis von 4:1 der Abtastfrequenz des ADC 18 zu der Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals die Implementierung des Aufwärtsumsetzers 36, da ein lokaler Signalgenerator einfach eine sich wiederholende Frequenz der Form [1, 0, –1, 0] (d. h. ein Rechtecksignal) für das erste lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal v_I erzeugen kann, das durch ein einfaches Verzögerungselement verzögert werden kann, um eine sich wiederholende Sequenz der Form [0, 1, 0, –1] für das zweite lokal erzeugte Aufwärtsumsetzungssignal v_Q zu erzeugen. In der Praxis können die durch den lokalen Signalgenerator 25 erzeugten Abwärtsumsetzungssignale u_I, u_Q auch als die Aufwärtsumsetzungssignale v_I, v_Q verwendet werden. Dies vereinfacht den Entwurf und die Implementierung des Empfängers 10, da nur ein lokaler Signalgenerator 25 erforderlich ist. Zusätzlich werden Timingfehler durch Verwendung eines gemeinsamen lokalen Signalgenerators für den Aufwärtsumsetzer und den Abwärtsumsetzer minimiert.
Die Ausgaben der Aufwärtsumsetzer-Mischer 38, 40 werden in einen Addierer eingegeben, der die Signale addiert, um als ein Ausgangssignal eine analoge Schätzung des in dem empfangenen NFC-Signal anwesenden Trägersignals zu erzeugen. Diese Schätzung wird an den Kombinierer 14 ausgegeben und dort mit dem empfangenen NFC-Signal kombiniert, um das Trägersignal in dem empfangenen NFC-Signal wenigstens teilweise zu negieren oder zu unterdrücken.
Es versteht sich, dass das erste und zweite Aufwärtsumsetzungssignal v_I, v_Q effektiv Rechtecksignale sind und somit die analoge Schätzung des Trägers des empfangenen NFC-Signals, die durch den Addierer 42 ausgegeben wird, Oberschwingungen bei ungeraden ganzzahligen Vielfachen der Trägerfrequenz f_c des empfangenen NFC-Signals, d. h. 3f_c, 5f_c, 7f_c usw. mit Signal und Rauschen um diese herum enthalten wird. Diese Oberschwingungen sind deshalb auch in dem durch den Kombinierer 14 ausgegebenen Signal anwesend.
Eine Eigenschaft des zeitkontinuierlichen Bandpass-Delta-Sigma-Analog-Digital-Umsetzers 18, der in dem hier beschriebenen Beispiel verwendet und in 1 dargestellt wird, ist die Anwesenheit von Nullstellen in seinem Frequenzgang bei ungeraden ganzzahligen Vielfachen von
z. B.

usw. Da die Abtastfrequenz f_s des ADC 18 viermal die Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals beträgt, treten diese Nullstellen an ungeraden ganzzahligen Vielfachen der Trägerfrequenz des empfangenen NFC-Signals auf. Die Nullstellen im Frequenzgang des ADC 18 fallen in der Frequenz mit den Oberschwingungen zusammen, die in dem durch den Kombinierer 14 ausgegebenen Signal anwesend sind, und somit werden diese Oberschwingungen und das Signal und Rauschen um diese herum durch den ADC 18 stark gedämpft und können nicht durch Umklappen oder den Alias-Effekt in das Signalband kommen und sind somit mit keinerlei signifikanter Amplitude in der Ausgabe des ADC 18 anwesend.
Diese Eigenschaft vereinfacht außerdem die Spezifikation des Tiefpassfilters 30, das zum Wiederherstellen der digitalisierten Version des Trägersignals verwendet wird, da dieses Filter 30 keine Hochfrequenzsignal- und Rauschkomponenten filtern muss, die andernfalls in den ADC 18 eingegeben würden und durch Umklappen oder den Alias-Effekt in das Signalband kommen würden.
In dem oben beschriebenen und in 1 dargestellten Beispiel wird ein zeitkontinuierlicher Delta-Sigma-Bandpass-ADC verwendet, um das empfangene NFC-Signal zu digitalisieren. Diese Anordnung hat insofern Vorteile, als die Abtastfrequenz des Delta-Sigma-ADC 18 so ausgewählt werden kann, dass die Implementierung des Aufwärtsumsetzers 22 und Abwärtsumsetzers 36 erleichtert wird, während die implizite Anti-Alias-Eigenschaft des Delta-Sigma-ADC 18 die Verwendung von einfachen Rechtecksignalen in dem Aufwärtsumsetzer 36 gestattet, da in das in den ADC 18 eingegebene Signal eingeführte Oberschwingungen mit Kerben oder Nullstellen im Frequenzgang des Delta-Sigma-ADC 18 zusammenfallen, wie oben beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass alternative ADC anstelle des Delta-Sigma-ADC 18 verwendet werden können, obwohl dies die Verwendung von Rechtecksignalen in dem Aufwärtsumsetzer 22 und Abwärtsumsetzer 36 ausschließen und/oder zusätzliche Tiefpassfilterung des in den ADC eingegebenen Signals erfordern kann.
Die oben beschriebene Empfängerarchitektur unterdrückt den Träger in einem empfangenen NFC-Signal, und somit ist der Anteil des erwünschten Datensignals in dem an eine nachfolgende Demodulationsstufe ausgegebenen Signal (d. h. der Rauschabstand) höher als bei bekannten Empfängern, was bedeutet, dass der Dynamikumfang der Demodulationsstufe im Vergleich zu bekannten Systemen verringert werden kann, wodurch wiederum der Entwurf der Demodulationsstufe erleichtert wird. Zusätzlich erfordert diese Empfängerarchitektur keinen Takt mit niedrigem Phasenrauschen.
Diese Empfängerarchitektur wird digital implementiert und erfordert sehr wenige analoge Komponenten, wodurch sie insbesondere für Implementierung in einer integrierten Schaltung (IC) geeignet wird und die von einer solchen Implementierung eingenommene Siliziumfläche klein ist. Zusätzlich liegt die Verlustleistung einer solchen IC-Implementierung innerhalb annehmbarer Grenzen.

Claims

Nahfeldkommunikations- bzw. NFC-Empfänger, wobei der Empfänger umfasst: einen Analog-Digital-Umsetzer bzw. ADC zum Digitalisieren eines empfangenen NFC-Signals, das einen mit einem Informationssignal modulierten Träger umfasst; einen Abwärtsumsetzer zum Abwärtsumsetzen des digitalisierten Signals; ein Filter zum Filtern des abwärts umgesetzten Signals, um eine digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägers wiederherzustellen; einen Digital-Analog-Umsetzer bzw. DAC zum Umsetzen der digitalisierten und abwärts umgesetzten Version des Trägers in ein Analogsignal; einen Aufwärtsumsetzer zum Erzeugen einer Schätzung des Trägers des empfangenen NFC-Signals aus dem durch den DAC erzeugten Analogsignal; und einen Kombinierer zum Kombinieren der Schätzung mit dem empfangenen NFC-Signal.
NFC-Empfänger nach Anspruch 1, wobei der ADC einen Delta-Sigma-ADC umfasst.
NFC-Empfänger nach Anspruch 2, wobei der ADC ausgelegt ist, eine Abtastfrequenz aufzuweisen, die viermal die Frequenz des Trägers des empfangenen NFC-Signals beträgt.
NFC-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner einen Signalgenerator zum Erzeugen eines lokalen Signals zur Verwendung in dem Abwärtsumsetzer umfasst.
NFC-Empfänger nach Anspruch 4, wobei der Signalgenerator ausgelegt ist, ein Rechtecksignal zu erzeugen.
NFC-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ADC ausgelegt ist, Nullstellen in seinem Frequenzgang an ungeraden ganzzahligen Vielfachen des Trägers des empfangenen NFC-Signals aufzuweisen.
NFC-Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abwärtsumsetzer ausgelegt ist, das digitalisierte Signal auf Gleichstrom abwärts umzusetzen.
NFC-Empfänger nach Anspruch 7, wobei der Aufwärtsumsetzer ausgelegt ist, eine Schätzung zu erzeugen, die eine Frequenz aufweist, die gleich der des Trägers des empfangenen NFC-Signals ist.
NFC-Empfänger nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Aufwärtsumsetzer ausgelegt ist, das durch den lokalen Signalgenerator erzeugte Signal zu verwenden.
Verfahren zum Unterdrücken eines Trägers in einem Nahfeldkommunikations- bzw. NFC-Signal, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines NFC-Signals, das einen mit einem Informationssignal modulierten Träger umfasst; Digitalisieren des empfangenen NFC-Signals; Abwärtsumsetzen des digitalisierten Signals; Filtern des abwärts umgesetzten Signals, um eine digitalisierte und abwärts umgesetzte Version des Trägers wiederherzustellen; Umsetzen der digitalisierten und abwärts umgesetzten Version des Trägers in ein Analogsignal; Erzeugen einer Schätzung des Trägers des empfangenen NFC-Signals aus dem durch den DAC erzeugten Analogsignal; und Kombinieren der Schätzung mit dem empfangenen NFC-Signal.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Digitalisieren des empfangenen Signals durch einen Delta-Sigma-ADC durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der ADC ausgelegt ist, eine Abtastfrequenz aufzuweisen, die viermal die Frequenz des Trägers des empfangenen NFC-Signals beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, das ferner das Erzeugen eines lokalen Signals zur Verwendung beim Abwärtsumsetzen des digitalisierten Signals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das lokale Signal ein Rechtecksignal umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Digitalisieren des empfangenen Signals das Dämpfen von Komponenten an ungeraden ganzzahligen Vielfachen des Trägers des empfangenen NFC-Signals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei das digitalisierte Signal auf Gleichstrom abwärts umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Schätzung eine Frequenz aufweist, die gleich der des Trägers des empfangenen NFC-Signals ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das lokale Signal beim Erzeugen der Schätzung verwendet wird.