DE102012013632A1

DE102012013632A1 - Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012013632A1
Application number: DE102012013632A
Authority: DE
Inventors: Zern Tay; Shyam Patel; Anthony McFarthing
Original assignee: Cambridge Silicon Radio Ltd
Current assignee: Qualcomm Technologies International Ltd
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2013-01-17
Also published as: GB201111857D0; GB2492775A; US20130017782A1; US9698871B2; GB2492775B

Abstract

Eine Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung umfasst eine Signalquelle, eine Sendeantenne und ein Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne, um das Vorhandensein einer Einrichtung, die mit der Vorrichtung kompatibel ist, zu detektieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung (NFC-Vorrichtung) und auf ein Verfahren zum Detektieren einer Nahfeld-Kommunikationseinrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Nahfeld-Kommunikationseinrichtungen (NFC-Einrichtungen) finden in Bereichen wie etwa dem Bankwesen eine zunehmende Verbreitung, da sie einen schnellen Datenaustausch über eine kurze Reichweite (weniger als 10 cm) ermöglichen, was genutzt werden kann, um beispielsweise Zahlungen in geringer Höhe zu erleichtern.
In letzter Zeit ist das Interesse am Einbau aktiver NFC-Einrichtungen wie etwa NFC-Lesern in kleine tragbare Vorrichtungen wie etwa Mobiltelefone gewachsen. Dies ist zwar möglich, es ist jedoch derzeit wegen des Stroms, der für einen aktiven NFC-Leser erforderlich ist, um eine kompatible NFC-Vorrichtung zu identifizieren und um eine NFC-Datentransaktion auszuführen, unpraktisch.
Um zur Zeit eine NFC-Transaktion auszuführen, muss eine aktive NFC-Einrichtung wie etwa ein NFC-Leser ein Magnetfeld erzeugen, mit dem einer empfangenden NFC-Einrichtung, die eine passive NFC-Einrichtung wie etwa ein Etikett sein kann, Gleichspannungsleistung zugeführt werden kann. Der Strom, der erforderlich ist, um ein solches Magnetfeld um eine Antenne der aktiven NFC-Einrichtung zu erzeugen, kann 100 bis 200 mA betragen, wobei dieser Betriebstyp, der als Leseremulationsmodus (REM) bekannt ist, für eine ausgedehnte Zeitdauer in einem Suchmodus fortgesetzt werden muss, in dem die aktive NFC-Einrichtung versucht, eine kompatible NFC-Einrichtung, mit der eine Datentransaktion ausgeführt werden soll, zu identifizieren.
Wenn der REM von einer aktiven NFC-Einrichtung wie etwa einem Leser verwendet wird, um kompatible NFC-Einrichtungen zu suchen, wird ein mit Daten moduliertes Signal von dem Leser gesendet, der auf eine Antwort wartet. Wenn eine Antwort empfangen wird, kann eine Datentransaktion zwischen dem aktiven Leser und der antwortenden Einrichtung erfolgen. Man versteht, dass dieser Prozess des Suchens kompatibler Einrichtungen einen hohen Anteil der Betriebszeit der NFC-Einrichtung einnehmen kann und daher eine erhebliche Menge an Leistung verbraucht, weshalb er für den Einsatz in tragbaren Einrichtungen wie etwa Mobiltelefonen, die beschränkte Batteriebetriebsmittel haben, ungeeignet ist.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Niedrigleistungs-Betriebsmodus für eine aktive NFC-Einrichtung, die für die Verwendung in tragbaren Einrichtungen wie etwa Mobiltelefonen geeignet ist.
Kurzfassung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung geschaffen, die eine Signalquelle, eine Sendeantenne und ein Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne, um das Vorhandensein einer mit der Vorrichtung kompatiblen Einrichtung zu detektieren, umfasst.
In der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die NFC-Vorrichtung periodisch ein Niedrigleistungssignal senden, um das Vorhandensein einer kompatiblen NFC-Einrichtung zu detektieren. Falls eine kompatible Einrichtung detektiert wird, kann die Vorrichtung in den REM-Modus schalten, um eine Datentransaktion mit der kompatiblen Einrichtung abzuschließen. Daher muss die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht in dem ineffizienten REM-Suchmodus arbeiten, wodurch der Leistungsverbrauch verringert wird.
Die Signalquelle kann ausgelegt sein, ein Signal mit einer konstanten Frequenz zu erzeugen.
Alternativ kann die Signalquelle ausgelegt sein, ein Chirp-Signal zu erzeugen.
Ein Chirp-Signal offenbart mehr Informationen über die kompatible Einrichtung, was eine genauere Identifizierung der kompatiblen Einrichtung unterstützen kann.
Das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne kann einen Quadratur-Empfänger umfassen.
Alternativ kann das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne einen skalaren Empfänger und einen Pegeldetektor umfassen.
Das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne kann ausgelegt sein, eine Änderung im Realteil der Eingangsimpedanz der Antenne zu detektieren.
Zusätzlich oder alternativ kann das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne ausgelegt sein, um eine Änderung des Imaginärteils der Eingangsimpedanz der Antenne zu detektieren.
Das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne kann ausgelegt sein, eine Änderung der Eingangsimpedanz bei einer Frequenz, die einer Resonanzfrequenz eines Sendeabschnitts der NFC-Vorrichtung zugeordnet ist, zu detektieren.
Die Signalquelle kann ausgelegt sein, ein erstes Chirp-Signal in einem ersten Frequenzbereich und ein zweites Chirp-Signal in einem zweiten Frequenzbereich zu erzeugen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren einer Nahfeld-Kommunikationseinrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Senden eines durch eine Signalquelle erzeugten Signals unter Verwendung einer Sendeantenne und ein Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne umfasst.
Das durch die Signalquelle erzeugte Signal kann eine konstante Frequenz haben.
Alternativ kann das Signal ein Chirp-Signal sein.
Eine Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne kann unter Verwendung eines Quadratur-Empfängers detektiert werden.
Alternativ kann die Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne unter Verwendung eines skalaren Empfängers und eines Pegeldetektors detektiert werden.
Das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne kann das Detektieren einer Änderung des Realteils der Eingangsimpedanz der Antenne umfassen.
Außerdem oder alternativ kann das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne das Detektieren einer Änderung des Imaginärteils der Eingangsimpedanz der Antenne umfassen.
Das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne kann das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz mit einer Frequenz, die einer Resonanzfrequenz eines der Antenne zugeordneten Sendeabschnitts zugeordnet ist, umfassen.
Es können ein erstes Chirp-Signal, das in einem ersten Frequenzbereich beginnt, und ein zweites Chirp-Signal in einem zweiten Frequenzbereich erzeugt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nun werden Ausführungsformen der Erfindung grundsätzlich lediglich beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines Modells eines NFC-Kommunikationssystems ist;
2 eine schematische Darstellung ist, die einen Teil einer Architektur einer NFC-Einrichtung zeigt, die eine NFC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
3 ein Graph ist, der die realen und imaginären Komponenten der Eingangsimpedanz einer Antenne einer NFC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn sich der Antenne eine kompatible, mit Verlust behaftete NFC-Einrichtung nähert;
4 ein Graph ist, der die realen und imaginären Komponenten der Eingangsimpedanz einer Antenne einer NFC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn sich der Antenne eine kompatible, verlustfreie NFC-Einrichtung nähert; und
5 ein Graph ist, der die Größe der Eingangsimpedanz einer Antenne einer NFC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gegenüber der Frequenz zeigt, wobei er veranschaulicht, wie sich die Reihenresonanzfrequenz eines Sendeabschnitts der NFC-Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ändert, wenn sich der Antenne eine verlustfreie NFC-Einrichtung nähert.
Beschreibung der Ausführungsformen
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, in der ein Modell eines NFC-Systems allgemein bei 10 gezeigt ist und einen Quellenabschnitt 12, der eine aktive (d. h. mit Leistung versorgte) NFC-Einrichtung wie etwa einen NFC-Leser darstellt, und einen Lastabschnitt 14, der eine passive (d. h. nicht mit Leistung versorgte) NFC-Einrichtung wie etwa ein NFC-Etikett darstellt, umfasst.
Der Quellenabschnitt 12 umfasst eine Signalquelle 16, die ausgelegt ist, ein moduliertes oder nicht moduliertes Signal zu erzeugen, das typischerweise eine Frequenz um 13,56 MHz besitzt, obwohl andere Frequenzbänder ebenfalls im Gebrauch sind. Die Quelle 16 besitzt einen Ausgangswiderstand, der in 1 durch einen Widerstand 18 dargestellt ist, und eine parasitäre Kapazität, die durch einen Kondensator 20 dargestellt ist.
Der Quellenabschnitt 12 umfasst eine Sendeantenne 22, mittels derer ein durch die Quelle 12 erzeugtes Signal gesendet wird. Der Sendeantenne 22 sind kapazitive Komponenten 24, 26 zugeordnet, die die Reihenresonanzfrequenz des Quellenabschnitts 12 beeinflussen. Ein Widerstand 28 legt den Q-Faktor des Quellenabschnitts 12 fest, wenn durch den Lastabschnitt 14 eine Last angelegt wird.
Im Normalbetrieb des Quellenabschnitts 12 fließt ein Strom I₁ durch die Sendeantenne 22, der die Sendeantenne 22 veranlasst, ein Magnetfeld zu erzeugen, das den Quellenabschnitt 12 mit dem Lastabschnitt 14 koppelt, wie im Folgenden beschrieben wird.
In dem in 1 veranschaulichten Modell ist der Lastabschnitt 14 als eine passive Einrichtung gezeigt, die Energie aus dem durch die Sendeantenne 22 erzeugten Magnetfeld entnimmt, um eine Spannung und einen Strom für den Lastabschnitt 14 zu erzeugen.
Eine Ersatzschaltung für den Lastabschnitt 14 besitzt eine Empfangsantenne 30, die zu einem Abstimmkondensator 32 und zu einer resistiven Ersatzlast 34 parallel geschaltet ist. Die Empfangsantenne 30 ist mit der Sendeantenne 22 durch das durch die Sendeantenne 22 erzeugte Magnetfeld gekoppelt, um eine Spannung V₂ über der Empfangsantenne 30 zu erzeugen. Wenn die Stärke des Magnetfelds niedrig ist, könnte die Spannung V₂ über der Empfangsantenne 30 nicht hoch genug sein, um die Einrichtung zu aktivieren. Daher nimmt die resistive Ersatzlast 34 einen hohen Widerstandswert an. In diesem Fall erscheint der Lastabschnitt 14 als eine Einrichtung mit geringem Verlust. Bei höheren Magnetfeldstärken, die eine Energieentnahme durch den Lastabschnitt 14 ermöglichen, um die Einrichtung zu aktivieren, erscheint der Lastabschnitt 14 als eine mit Verlust behaftete Einrichtung, da die resistive Ersatzlast 34 einen niedrigen Widerstandswert annimmt.
2 ist eine schematische Darstellung, die einen Teil einer Architektur einer NFC-Einrichtung, die eine NFC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, zeigt.
Die NFC-Vorrichtung ist in 2 allgemein bei 50 gezeigt und umfasst einen Sendeabschnitt 52 und einen Empfangsabschnitt 54, die beide mit einer Antenne 56 verbunden sind, die arbeitet, um einerseits Signale von der NFC-Vorrichtung 50 zu senden und um andererseits Signale von Einrichtungen außerhalb der NFC-Vorrichtung 50 zu empfangen.
Der Sendeabschnitt 52 umfasst eine Signalquelle 58, die ein Signal erzeugt, das moduliert oder nicht moduliert sein kann, um von der NFC-Vorrichtung 50 gesendet zu werden. Die Signalquelle 58 enthält einen Ausgangswiderstand 18, die parasitäre Kapazität 20 und die kapazitiven Komponenten 24, 26 des Quellenabschnitts 12, die in 1 gezeigt sind. Ein Ausgang der Signalquelle 58 wird einem Eingang eines Sendeverstärkers 60 zugeführt, der das durch die Signalquelle 58 erzeugte Signal verstärkt, bevor das verstärkte Signal der Antenne 56 zugeführt wird, um es zu senden.
Der Empfangsabschnitt 54 hat in diesem Beispiel die Form eines Quadratur-Empfängers, der einen Eingang zum Empfangen von Signalen von der Antenne 56 besitzt. Ein empfangenes Signal wird an Mischer 62, 64 geleitet, die das empfangene Signal mit Inphase- und Quadratur-Komponenten eines durch einen Hilfsoszillator 66 erzeugten Signals mischen. Die resultierenden Signale werden von den Mischern 62, 64 an einen Prozessor 68 ausgegeben, der das empfangene Signal demoduliert und decodiert, um nutzbare Daten wiederzugewinnen.
Da der Empfangsabschnitt 54 mit der Doppelfunktionsantenne (Sende/Empfangs-Antenne) 56 verbunden ist, empfängt der Abschnitt 54 einen Strom kI₁, der zum Strom in der Antenne 56 proportional ist. Daher kann der Empfangsabschnitt 54 den Strom in der Antenne 56 überwachen, wenn eine NFC-Einrichtung oder ein anderes Objekt in die Reichweite der NFC-Vorrichtung 50 gebracht wird, und daraus mittels des Prozessors 68 die Wirkung ableiten, die die NFC-Einrichtung oder das andere Objekt auf die Eingangsimpedanz der Antenne 56 hat, und daher, ob eine kompatible NFC-Einrichtung in die Reichweite der NFC-Vorrichtung 50 gelangt ist, wie im Folgenden beschrieben wird. Falls der Prozessor 68 bestimmt, dass eine kompatible NFC-Einrichtung in die Reichweite der NFC-Vorrichtung 50 gelangt ist, kann die Vorrichtung 50 in den REM geschaltet werden, um zu erlauben, dass eine Datentransaktion zwischen der NFC-Vorrichtung 50 und der kompatiblen NFC-Einrichtung erfolgt.
In einer Ausführungsform erzeugt die Signalquelle 58 ein Signal mit einer konstanten Frequenz, beispielsweise 13,56 MHz. Dieses Signal wird durch den Sendeverstärker 60 verstärkt, wobei das verstärkte Signal durch die Antenne 56 gesendet wird, wodurch ein Magnetfeld um die Antenne 56 erzeugt wird. Wenn eine kompatible NFC-Einrichtung in die Reichweite der Antenne 56 gelangt, koppelt ihre Antenne (z. B. die in 1 bei 30 gezeigte Lastantenne) mit dem durch die Sendeantenne 56 erzeugten Magnetfeld, wodurch eine Spannung über der Last in der kompatiblen NFC-Einrichtung erzeugt wird. Wenn die kompatible NFC-Einrichtung auf diese Weise gekoppelt ist, beeinflussen Komponenten der kompatiblen NFC-Einrichtung die Eingangsimpedanz der Antenne 56 der NFC-Vorrichtung 50, was eine Änderung des Stroms in der Antenne 56 hervorruft. Die Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne 56 kann detektiert und von dem Prozessor 68 verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine kompatible NFC-Einrichtung in die Reichweite der NFC-Vorrichtung 50 gelangt ist, und um den Typ der kompatiblen Einrichtung zu bestimmen. Der Prozessor 68 kann dann die NFC-Vorrichtung 50 in den Leseremulationsmodus umschalten, der ein Modulationsschema verwendet, das für den Typ der detektierten NFC-Einrichtung geeignet ist, um zuzulassen, dass eine Datentransaktion zwischen der NFC-Vorrichtung 50 und der detektierten NFC-Einrichtung stattfindet.
Allgemein können kompatible NFC-Einrichtungen als entweder mit Verlust behaftet oder als verlustfrei klassifiziert werden. Ein Beispiel einer mit Verlust behafteten Einrichtung ist eine passive NFC-Einrichtung, die Energie aus dem durch die Antenne 56 erzeugten Magnetfeld entnimmt, um Gleichspannungsleistung zu erzeugen. Eine verlustfreie Einrichtung kann eine aktive (d. h. mit Leistung versorgte) NFC-Einrichtung sein, die ohne Entnahme von Energie aus dem durch die Antenne 56 erzeugten Magnetfeld arbeiten kann. Ein alternatives Beispiel einer verlustfreien Einrichtung ist eine passive NFC-Einrichtung, bei der die Stärke des durch die Antenne 56 erzeugten Magnetfeldes zu gering ist, um eine Energieentnahme durch die passive NFC-Einrichtung zu ermöglichen.
3 ist ein Graph, der die Änderung der realen und imaginären Komponenten der Eingangsimpedanz (in 3 als Z_in gezeigt), die sich der Signalquelle 58 durch die passiven Komponenten (Widerstände 18, 28 und Kapazitäten 20, 24, 26) und die Antenne 56 des Sendeabschnitts 52 darbietet, wenn sich der Abstand zwischen einer kompatiblen, mit Verlust behafteten NFC-Einrichtung und der Antenne 56 ändert, zeigt. In 3 zeigt die obere Linie den Realteil der Eingangsimpedanz (d. h. den Widerstand) der Antenne 56, während die untere Linie den Imaginärteil der Eingangsimpedanz (d. h. die Reaktanz) der Antenne 56 zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn der Abstand zwischen der kompatiblen, mit Verlust behafteten NFC-Einrichtung und der Antenne 56 abnimmt, der Realteil (Widerstand) der Eingangsimpedanz der Antenne 56 um einen großen Betrag zunimmt, während der Imaginärteil (Reaktanz) der Eingangsimpedanz der Antenne 56 um einen kleinen Betrag abnimmt.
Es ist daher für die NFC-Vorrichtung 50 möglich, die Annäherung oder die Anwesenheit einer kompatiblen, mit Verlust behafteten NFC-Vorrichtung durch Beobachten einer großen Zunahme des Realteils der Eingangsimpedanz der Antenne 56 zu detektieren.
Die NFC-Vorrichtung kann den Realteil und den Imaginärteil der Eingangsimpedanz der Antenne 56 nicht direkt messen. Der Quadratur-Empfänger des Empfangsabschnitts 54 empfängt jedoch ein Signal, das zum Strom in der Antenne 56 proportional ist, wobei aus diesem Signal eine Änderung der Eingangsimpedanz der Antenne 56 detektiert werden kann. Falls sich eine mit Verlust behaftete NFC-Einrichtung der Antenne 56 der NFC-Vorrichtung 50 nähert, wird die Amplitude des von dem Quadratur-Empfänger empfangenen Signals reduziert. Dies kann durch den Prozessor 68 detektiert werden, so dass der Prozessor 68 ableiten kann, dass sich eine mit Verlust behaftete NFC-Einrichtung annähert oder vorhanden ist.
4 ist ein Graph, der die Änderung der realen und imaginären Komponenten der Eingangsimpedanz (in 4 als Z_in gezeigt), die sich der Signalquelle 58 durch die passiven Komponenten (Widerstände 18, 28 und Kapazitäten 20, 24, 26) und die Antenne 56 des Sendeabschnitts 52 darbietet, wenn sich der Abstand zwischen einer kompatiblen, verlustfreien NFC-Einrichtung und der Antenne 56 ändert, zeigt. In 4 zeigt die obere Linie den Realteil der Eingangsimpedanz (d. h. des Widerstands) der Antenne 56, während die untere Linie den Imaginärteil der Eingangsimpedanz (d. h. die Reaktanz) der Antenne 56 zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass dann, wenn der Abstand zwischen der kompatiblen, verlustfreien NFC-Einrichtung und der Antenne 56 abnimmt, der Imaginärteil (Reaktanz) der Eingangsimpedanz der Antenne 56 im Vergleich zu der Zunahme, die der Realteil (Widerstand) der Eingangsimpedanz der Antenne 56 zeigt, um einen großen Betrag zunimmt.
Daher ist es für die NFC-Vorrichtung 50 möglich, die Annäherung oder das Vorhandensein einer kompatiblen, verlustfreien NFC-Einrichtung durch Beobachten einer starken Zunahme des Imaginärteils der Eingangsimpedanz der Antenne 56 im Vergleich zu der Zunahme, die im Realteil der Eingangsimpedanz der Antenne 56 beobachtet wird, zu detektieren. Wie oben empfängt der Quadratur-Empfänger des Empfangsabschnitts 54 ein Signal, das zu dem Strom in der Antenne 56 proportional ist, und kann aus diesem Signal eine Änderung der Eingangsimpedanz der Antenne 56 detektieren. Im Fall einer verlustfreien NFC-Einrichtung, die sich der Antenne 56 der NFC-Vorrichtung 50 nähert, ändert sich die Phase des von dem Quadratur-Empfänger empfangenen Signals schneller und in stärkerem Ausmaß als die Amplitude jenes Signals. Dies kann durch den Prozessor 68 detektiert werden, so dass der Prozessor 68 deduzieren kann, dass sich eine verlustfreie NFC-Einrichtung nähert oder vorhanden ist.
Man versteht, dass ein Schwellenwert oder ein anderer Mechanismus erforderlich ist, damit der Prozessor 68 detektieren kann, dass sich die Phase des von dem Quadratur-Empfänger empfangenen Signals schneller und in größerem Ausmaß als die Amplitude jenes Signals ändert. Dies kann zu ungenauen Ergebnissen führen, da der Prozessor 68 bestimmen könnte, dass sich eine kompatible, verlustfreie NFC-Einrichtung annähert oder vorhanden ist, obwohl dies nicht der Fall ist, was zu einem unnötigen Leistungsverbrauch führen könnte, da der REM-Betriebsmodus aktiviert wird, obwohl keine kompatible NFC-Einrichtung vorhanden ist. Noch wichtiger erscheint, dass dann, wenn der Prozessor 68 Änderungen der Amplitude oder der Phase des von dem Quadratur-Empfänger empfangenen Signals falsch interpretiert und bei der Identifizierung der Annäherung oder der Anwesenheit einer kompatiblen NFC-Einrichtung der Anwesenheit einer kompatiblen NFC-Einrichtung scheitert, der REM-Betriebsmodus nicht aktiviert wird und keine Datentransaktion stattfinden kann.
In einer alternativen Ausführungsform erzeugt die Signalquelle 58 der NFC-Vorrichtung 50 statt eines Signals mit einer konstanten Frequenz ein ”Chirp”-Signal, d. h. ein Signal, dessen Frequenz von einer Anfangsfrequenz zu einer Endfrequenz über eine Zeitdauer zunimmt. Die Verwendung eines Chirp-Signals auf diese Weise ermöglicht dem Prozessor 68, die Annäherung oder das Vorhandensein der kompatiblen NFC-Einrichtung sowie den Typ der sich annähernden oder vorhandenen NFC-Einrichtung genauer zu identifizieren. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Annäherung oder das Vorhandensein einer kompatiblen NFC-Einrichtung in der Umgebung der Sendeantenne 56 eine Änderung der Eingangsimpedanz der Antenne 56 hervorrufen kann. Diese Änderung der Eingangsimpedanz der Antenne 56 bewirkt eine Änderung der Reihenresonanzfrequenz des Sendeabschnitts 52, der der Antenne 56 zugeordnet ist.
Die Eingangsimpedanz der Antenne 56 kann wie oben beschrieben detektiert werden, wenn sich die Frequenz des gesendeten Signals ändert, beispielsweise durch Messen der Eingangsimpedanz bei diskreten Frequenzen oder Frequenzinkrementen innerhalb des Frequenzbereichs des Chirp-Signals, das durch die NFC-Vorrichtung 50 gesendet wird, wobei jegliche Änderung der Eingangsimpedanz der Antenne 56 verwendet werden kann, um den Typ des Etiketts zu identifizieren, das vorhanden ist oder sich der Antenne 56 annähert.
Diese Änderung der Eingangsimpedanz der Antenne 56 bei sich ändernder Frequenz des gesendeten Signals ist für ein besonderes, verlustfreies NFC-Etikett in 5 dargestellt. Streng gesprochen ist in 5 die Größe der Impedanz des Sendeabschnitts 52 (d. h. die Impedanz, die der Signalquelle 58 durch die passiven Komponenten wie etwa Widerstände 18, 28, Kapazitäten 20, 24 und 26 und die Antenne 56 dargeboten wird) der NFC-Vorrichtung 50 gegen die Frequenz des gesendeten Signals für vier verschiedene Abstände zwischen der Antenne 56 und dem Etikett aufgezeichnet. Wie ersichtlich ist, ändert sich die Größe der Impedanz des Sendeabschnitts 52 der NFC-Vorrichtung ebenfalls, wenn sich die Frequenz des gesendeten Signals ändert. Dies trifft für alle vier der aufgezeichneten Abstände zwischen der Antenne 56 und dem verlustfreien Etikett zu.
Da die Werte der passiven Komponenten wie etwa der Widerstände 18, 28 und der Kapazitäten 20, 24, 26 fest sind, ist die Änderung der Größe der Impedanz des Sendeabschnitts 52 durch eine Änderung der Impedanz der Antenne 56 bedingt. Diese Änderung tritt bei einer minimalen Änderung des Eingangswiderstands der Antenne 56 auf.
Für die spezielle, verlustfreie NFC-Einrichtung, auf die sich 5 bezieht, tritt in der Größe der Impedanz des Sendeabschnitts 52 eine Doppelmulde auf, wenn der Abstand zwischen dem Etikett und der Antenne 56 verringert wird. Es wird anhand von 5 darauf hingewiesen, dass die zweite Mulde bei einer höheren Frequenz als die erste Mulde auftritt, wenn der Abstand zwischen der verlustfreien NFC-Einrichtung und der Antenne 56 abnimmt, wobei sie ausgeprägter wird, wenn der Abstand zwischen der verlustfreien NFC-Einrichtung und der Antenne 56 abnimmt. Somit kann das besondere Etikett, auf das sich 5 bezieht, durch den Prozessor 68 der NFC-Vorrichtung 50 identifiziert werden, indem beispielsweise die (verhältnismäßig niedrigere) Frequenz, bei der die erste Mulde auftritt, und die (verhältnismäßig höhere) Frequenz, bei der die zweite Mulde auftritt, identifiziert werden. Da dieses Profil der Eingangsimpedanz gegenüber der Frequenz für das besondere Etikett, auf das sich 5 bezieht, charakteristisch ist, kann dieses besondere Etikett durch den Prozessor 68 durch die Erkennung, bei welchen identifizierten Frequenzen die Mulden auftreten, identifiziert werden.
Man versteht, dass die oben mit Bezug auf 5 beschriebene Situation ein spezielles Beispiel eines allgemeineren Szenarios ist, in dem sich die Eingangsimpedanz der Antenne 56 ändert. Verschiedene Typen einer NFC-Einrichtung können verschiedene Änderungen der Eingangsimpedanz der Antenne 56 als Funktion der Frequenz verursachen. Falls die Impedanz bei 13,56 MHz gemessen wird und falls während dieses Vorgangs eine Änderung festgestellt wird, kann eine NFC-Einrichtung wie etwa ein Etikett vorhanden sein. Durch Vergleichen der Änderung der Impedanz bei weitaus mehr Frequenzen kann ein höheres Vertrauen, dass ein Etikett vorhanden ist, erhalten werden. Außerdem ist das Profil der Impedanzänderung gegenüber der Frequenz für bestimmte Typen von Etiketten charakteristisch, was der NFC-Vorrichtung 50 ermöglicht, das am besten geeignete Modulationsformat zu bestimmen und eine Kommunikation schneller aufzubauen.
Beispielsweise kann ein spezielles Etikett, das durch die NFC-Vorrichtung 50 detektiert worden ist, unter Verwendung der momentanen Frequenz des gesendeten Signals zu einer bestimmten Zeit und der detektierten Eingangsimpedanz bei dieser momentanen Frequenz als Indizes für eine in dem Speicher des Prozessors 68 oder in einem dem Prozessor zugeordneten externen Speicher gespeicherte Nachschlagetabelle (dem allgemeinen Typ nach oder genauer) identifiziert werden. Die Nachschlagetabelle kann beispielsweise eine zweidimensionale Tabelle sein, die diskrete Frequenzen innerhalb des Frequenzbereichs des Chirp-Signals gegenüber Eingangsimpedanzwerten auflistet, wobei jedem der Frequenz/Impedanz-Wertepaare ein Typ von NFC-Einrichtung zugeordnet ist, so dass durch den Prozessor 68 der Typ von NFC-Einrichtung aus der Nachschlagetabelle wiedergewonnen werden kann.
Hierzu muss der Prozessor 68 die Reihenresonanzfrequenz des Sendeabschnitts 52 bestimmen, wenn keine NFC-Einrichtung vorhanden ist oder sich annähert. Die Signalquelle 52 erzeugt ein über die Antenne 56 zu sendendes Chirp-Signal und der Prozessor 68 bestimmt die Frequenz des gesendeten Chirp-Signals, bei der die Amplitude des von dem Quadratur-Empfänger empfangenen Signals minimal ist, was der Frequenz entspricht, bei der der Realteil bzw. der Imaginärteil (d. h. der Widerstand bzw. die Reaktanz) der Eingangsimpedanz der Antenne 56 minimal sind. Der Prozessor 68 kann dann abschätzen, ob eine Änderung der Reihenresonanzfrequenz des Sendeabschnitts 52 ohne große entsprechende Änderung ihres Widerstandes erfolgt ist. Wenn dies der Fall ist, kann der Prozessor 68 daraus schließen, dass sich eine verlustfreie NFC-Einrichtung annähert oder vorhanden ist.
Man versteht, dass sich unter bestimmten Umständen ein Objekt, das keine kompatible NFC-Einrichtung ist, der Antenne 56 annähern kann, beispielsweise dann, wenn ein Mobiltelefon, das die Antenne 56 enthält, auf einer metallischen Oberfläche abgelegt wird. Es ist wichtig, dass die NFC-Vorrichtung 50 solche Situationen erkennen kann, um eine falsche Bestimmung, dass sich eine kompatible NFC-Einrichtung annähert, und ein unnötiges Schalten in den leistungsintensiven REM-Modus zu vermeiden.
Wenn sich der Antenne 56 ein metallisches Objekt nähert, nimmt die Reaktanzkomponente der Eingangsimpedanz der Antenne 56 ab, während die Widerstandskomponente der Eingangsimpedanz der Antenne 56 annähernd konstant bleibt (obwohl eine sehr kleine Abnahme der Widerstandskomponente beobachtet werden kann). Falls der Quadratur-Empfänger Änderungen dieser Art detektiert, kann der Prozessor 68 ableiten, dass sich keine kompatible NFC-Einrichtung nähert, so dass nicht in den REM-Modus eingetreten wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Signalquelle 58 ausgelegt sein, zwei verschiedene Chirp-Signale zu erzeugen, nämlich ein erstes Signal in einem niedrigeren Frequenzbereich als ein zweites Signal, um dem Prozessor 68 zu ermöglichen, den Typ einer kompatiblen NEC-Einrichtung zu bestimmen, die sich annähert oder vorhanden ist.
Wenn beispielsweise eine passive NFC-Einrichtung in einem Energiesammelmodus arbeitet, wird die Resonanzfrequenz der detektierten NFC-Einrichtung auf eine niedrigere Frequenz wie etwa um 13,56 MHz abgestimmt. Falls ein Chirp-Signal in diesem verhältnismäßig niedrigen Frequenzbereich durch die Antenne 56 gesendet wird, wird eine Änderung der Impedanz der Antenne 56 in diesem niedrigen Frequenzbereich durch den Quadratur-Empfänger detektiert und kann der Prozessor 68 daraus ableiten, dass sich eine Energie sammelnde NEC-Einrichtung annähert oder vorhanden ist.
Wenn eine kompatible NFC-Einrichtung keine Energie sammelt, tritt bei einer höheren Frequenz, beispielsweise oberhalb von 20 MHz, eine zusätzliche Resonanz auf. Falls ein Chirp-Signal in diesem höheren Frequenzbereich durch die Antenne 56 gesendet wird, wird eine Änderung der Impedanz der Antenne 56 in diesem höheren Frequenzbereich durch den Quadratur-Empfänger detektiert, so dass der Prozessor 68 daraus ableiten kann, dass sich eine passive NFC-Einrichtung nähert oder vorhanden ist, die nicht in einem Energiesammel-Betriebsmodus ist.
Die Identifizierung verschiedener Typen kompatibler NFC-Einrichtungen auf diese Weise ist vorteilhaft, da sie den Abschluss einer NFC-Transaktion beschleunigen kann. Wenn eine kompatible NFC-Einrichtung durch eine Einrichtung wie etwa einen NFC-Leser detektiert wird, muss der Leser modulierte Signale unter Verwendung einer großen Anzahl unterschiedlicher Modulationsschemata, die pro unterschiedlichem Modulationsschema mehrere Millisekunden einnehmen können, senden. Man versteht, dass dies den Leistungsverbrauch erhöht. Durch Identifizieren des Typs der detektierten kompatiblen NFC-Einrichtung kann die Anzahl verschiedener modulierter Signale, die gesendet werden müssen, verringert werden, da ein geeignetes Modulationsschema oder eine Gruppe von Modulationsschemata anhand des detektierten Typs der NFC-Einrichtung gewählt werden kann. Dadurch kann die Zeitdauer, in der der Leser Signale übertragen muss, verringert werden, wodurch der Leistungsverbrauch verringert wird.
Man versteht, dass unter bestimmten Umständen Objekte um die NFC-Vorrichtung 50 mit den Auswirkungen, die mit der Annäherung einer kompatiblen NFC-Einrichtung einhergehen, in Konflikt geraten können oder diese überdecken können. Es ist wichtig, dass die NFC-Vorrichtung unter diesen Umständen korrekt arbeiten kann. Daher kann der Prozessor 68 ausgelegt sein, um auf einer differentiellen Basis zu arbeiten, um abzuleiten, dass sich eine kompatible NFC-Einrichtung annähert oder vorhanden ist, wenn die Eingangsimpedanz der Antenne von einer Referenzposition oder einem Referenzwert abweicht, wobei die Referenzposition oder der Referenzwert periodisch aktualisiert werden können, um die Position und die Orientierung der Antenne 56 in Bezug auf umgebende Objekte periodisch zu aktualisieren.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist erheblich weniger Strom erforderlich, um die Annäherung oder das Vorhandensein einer NFC-Einrichtung zu detektieren, da die Signalquelle 12 periodisch für eine kurze Zeitdauer eingeschaltet werden kann, d. h., dass die Signalquelle 12 einen kurzen Arbeitstaktzyklus hat. Wenn die Signalquelle 12 eingeschaltet wird, benötigt sie weniger Strom, um entweder ein Signal mit konstanter Frequenz oder ein oder mehrere Chirp-Signale zu senden, als sie benötigen würde, wenn die NFC-Vorrichtung 50 im REM-Modus arbeiten würde. Da außerdem der Strom in dem durch den Quadratur-Empfänger empfangenen Signal proportional zum Rauschen im Quadratur-Empfänger ist, kann, falls der Quadratur-Empfänger ein Empfänger mit niedrigem Rauschen ist, der Strom, der erforderlich ist, um die Annäherung oder das Vorhandensein einer kompatiblen NFC-Einrichtung zu detektieren, weiter verringert werden. Falls von der NFC-Vorrichtung eine kompatible NFC-Einrichtung detektiert wird, kann Erstere in den REM-Modus geschaltet werden, um eine NFC-Transaktion abzuschließen.
Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Quadratur-Empfänger verwendet worden ist, versteht man, dass alternative Mittel verwendet werden könnten, um das Vorhandensein oder die Annäherung einer kompatiblen NFC-Einrichtung abzuleiten. Beispielsweise könnte ein einfacher Pegeldetektor verwendet werden, um Änderungen der Amplitude des Signals, das zum Strom in der Antenne 56 proportional ist, zu detektieren, um so Änderungen der Widerstandskomponente der Eingangsimpedanz zu detektieren. Alternativ könnte ein skalarer Empfänger statt des Quadratur-Empfängers verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen könnte ein Pegeldetektor verwendet werden, um Änderungen der Widerstandskomponente der Antennen-Eingangsimpedanz zu detektieren, wobei dann, wenn eine solche Änderung detektiert wird, ein Quadratur-Empfänger aktiviert werden könnte, um Änderungen der Reaktanzkomponente der Antennen-Eingangsimpedanz zu detektieren.

Claims

Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung mit einer Signalquelle, einer Sendeantenne und einem Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne, um das Vorhandensein einer Einrichtung, die mit der Vorrichtung kompatibel ist, zu detektieren.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signalquelle ausgelegt ist, ein Signal mit einer konstanten Frequenz zu erzeugen.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signalquelle ausgelegt ist, ein Chirp-Signal zu erzeugen.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne einen Quadratur-Empfänger umfasst.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, wobei das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne einen skalaren Empfänger und einen Pegeldetektor umfasst.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne ausgelegt ist, eine Änderung des Realteils der Eingangsimpedanz der Antenne zu detektieren.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne ausgelegt ist, eine Änderung des Imaginärteils der Eingangsimpedanz der Antenne zu detektieren.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Mittel zum Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne ausgelegt ist, eine Änderung der Eingangsimpedanz bei einer Frequenz, die einer Resonanzfrequenz eines Sendeabschnitts der Vorrichtung zugeordnet ist, zu detektieren.
Nahfeld-Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Signalquelle ausgelegt ist, ein erstes Chirp-Signal in einem ersten Frequenzbereich und ein zweites Chirp-Signal in einem zweiten Frequenzbereich zu erzeugen.
Verfahren zum Detektieren einer Nahfeld-Kommunikationseinrichtung, wobei das Verfahren ein Senden eines durch eine Signalquelle erzeugten Signals unter Verwendung einer Sendeantenne und ein Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das durch die Signalquelle erzeugte Signal eine konstante Frequenz besitzt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Signal ein Chirp-Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne unter Verwendung eines Quadratur-Empfängers detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne unter Verwendung eines skalaren Empfängers und eines Pegeldetektors detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne das Detektieren einer Änderung des Realteils der Eingangsimpedanz der Antenne umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne das Detektieren einer Änderung des Imaginärteils der Eingangsimpedanz der Antenne umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz der Sendeantenne das Detektieren einer Änderung der Eingangsimpedanz bei einer Frequenz, die einer Resonanzfrequenz eines der Antenne zugeordneten Sendeabschnitts zugeordnet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein erstes Chirp-Signal in einem ersten Frequenzbereich und ein zweites Chirp-Signal in einem zweiten Frequenzbereich erzeugt werden.