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Hintergrund
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsgerät und genauer, auf ein Kommunikationsgerät mit einem Nahfeld-Kommunikationsschaltkreis, der geeignet ist, durch die Verwendung von Ferritperlen, hochfrequente harmonische Wellen auszufiltern.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Im täglichen Leben wird Nahfeld-Kommunikationstechnik (hierin vereinfacht als NFC bezeichnet) in vielen Feldern breit genutzt, wie zum Beispiel als Kreditkarten, elektronische Geldbörsen, Easy Cards, Hotelzimmerkarten oder Mitgliedskarten, etc.. In letzter Zeit haben Mobiltelefone mit integrierter NFC-Funktionalität die Benutzerfreundlichkeit deutlich gesteigert. Beispielsweise erlaubt die Kombination des Mobiltelefons mit der Easy Card dem Benutzer das Bezahlen von Fahrkartenpreisen für eine Busfahrt oder einer U-Bahnfahrt durch das Abtasten des Mobiltelefons oder erlaubt die Kombination des Mobiltelefons mit einer elektronischen Geldbörse Geld zu bezahlen durch das Abtasten des Mobiltelefons während des Einkaufs.
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Wie auch immer, wenn die NFC-Technologie in ein Kommunikationsgerät integriert ist, wie zum Beispiel einem Personal Digital Assistant (PDA) oder einem Smartphone, können sich die hochfrequenten harmonischen Wellen, die von den Grundfrequenzen mit denen die NFC-Technologie betrieben wird, mit dem Frequenzband, das von dem Mobiltelefon genutzt wird, überlappen. Folglich wird die Übertragungsqualität des Mobiltelefons durch Signalinterferenzen, die durch die Grundfrequenzen der NFC-Technologie verursacht werden, verschlechtert. Die Druckschrift
US 2009/0252348 A1 bezieht sich auf ein Antennensystem, das als ein Element einen Leiter in einem Verbindungskabel aufweist, wobei der Leiter RF isoliert ist von der Einrichtung an dem gegenüberliegenden Kabelende, während es mit dieser Einrichtung bei Audiofrequenzen und / oder DC eng gekoppelt ist. Eine solche Antenne ist geeignet für den Einsatz in drahtlosen Sendern und Empfängern zum Senden eines Signals von einem Audio-Wiedergabegerät zu einer entfernten Audioausgabevorrichtung mit mehreren Leitern, die einen drahtlosen Sender und ein Mediengerät verbinden oder mehrere Leiter, die einen Empfänger mit Kopfhörer / Lautsprechern verbinden.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Nahfeld-Kommunikationsschaltkreis nach Anspruch 1, sowie ein Kommunikationsgerät nach Anspruch 9 bereitgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen NFC-Schaltkreis, der geeignet ist hochfrequente harmonische Wellen, die von dem NFC-Signal erzeugt werden, durch die Verwendung von Ferritperlen, während der Übertragung, auszufiltern.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen NFC-Schaltkreis, der ein erstes Pad beziehungsweise Feld, ein zweites Pad beziehungsweise Feld, eine erste Ferritperle, eine zweite Ferritperle und einen NFC-Controller aufweist. Das erste Pad und das zweite Pad sind mit einer NFC-Antenne verbunden beziehungsweise gekoppelt. Die erste Ferritperle ist mit dem ersten Pad verbunden beziehungsweise gekoppelt, und die zweite Ferritperle ist mit dem zweiten Pad verbunden beziehungsweise gekoppelt. Der NFC-Controller weist einen ersten Anschluss beziehungsweise Pin und einen zweiten Anschluss beziehungsweise Pin auf, die jeweils mit der ersten Ferritperle und der zweiten Ferritperle verbunden beziehungsweise gekoppelt sind. Der erste Pin und der zweite Pin geben ein differentielles NFC-Signal aus, das durch die NFC-Antenne ausgesendet wird. Die erste Ferritperle und die zweite Ferritperle erlauben einer Grundfrequenzkomponente des differentiellen NFC-Signals zu passieren und filtern eine Vielzahl von hochfrequenten Komponenten heraus, die die hochfrequenten harmonischen Wellen der Grundfrequenzkomponente sind.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der oben beschriebene NFC-Schaltkreis in einem Kommunikationsgerät, das ein drahtloses Kommunikationssystem beinhaltet, verwendet, und wobei wenigstens eine der Frequenzen der hochfrequenten Komponenten mit einer der Betriebsfrequenzen des drahtlosen Kommunikationssystems überlappt.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Strukturen der ersten Ferritperle und der zweiten Ferritperle gleich.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Impedanz der ersten Ferritperle, die mit der Frequenz der Grundfrequenzkomponente korrespondiert, kleiner als eine erste Schwelle und jede Impedanz der ersten Ferritperle, die mit jeder der hochfrequenten Komponenten korrespondiert, ist größer als eine zweite Schwelle.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der maximale Gleichstrom (DC)-widerstand der ersten Ferritperle kleiner oder gleich einer dritten Schwelle, die für den NFC-Controller annehmbar ist.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Nennstrom der ersten Ferritperle größer als ein Ausgangsstrom des ersten Pins und ein Nennstrom der zweiten Ferritperle ist größer als ein Ausgangsstrom des zweiten Pins.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der NFC-Schaltkreis ferner einen Impedanzanpassungsschaltkreis auf, der zwischen den ersten Pin, den zweiten Pin und die NFC-Antenne geschaltet ist, um eine angepasste Impedanz zwischen dem NFC-Controller und der NFC-Antenne bereitzustellen.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das differentielle NFC-Signal, das durch den ersten Pin und den zweiten Pin ausgegeben wird, eine Rechteckwelle. Der NFC-Schaltkreis beinhaltet ferner einen Wellenformkonvertierungsschaltkreis, der zwischen den ersten Pin, den zweiten Pin und den Impedanzanpassungsschaltkreis geschaltet ist, und benutzt wird, um die Rechteckwelle in eine sinusförmige Welle umzuwandeln, wobei die Frequenz der Rechteckwelle und der sinusförmigen Welle gleich der Frequenz der Grundfrequenzkomponente ist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Kommunikationsgerät, das den oben beschriebenen NFC-Schaltkreis und ein drahtloses Kommunikationssystem aufweist.
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Zusammenfassend wird ein NFC-Schaltkreis und ein Kommunikationsgerät, das den NFC-Schaltkreis aufweist, bereitgestellt. Der NFC-Schaltkreis ist geeignet hochfrequente harmonische Wellen, durch die Verwendung von Ferritperlen, aus dem differentiellen NFC-Signal herauszufiltern und geeignet zu vermeiden, dass die Betriebsfrequenz des drahtlosen Kommunikationssystems mit der hochfrequenten harmonischen Welle interferiert.
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Um die zuvor genannten und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung verständlicher zu machen werden die Ausführungsbeispiele, begleitetet durch die Figuren im Detail im Folgenden beschrieben.
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Figurenliste
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Die begleitenden Zeichnungen bilden einen Teil der Beschreibung und sind hierin eingefügt um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Die Zeichnungen illustrieren Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen dazu, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
- 1 ist ein funktionales Blockdiagramm eines NFC-Schaltkreises entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2. ist ein funktionales Blockdiagramm eines NFC-Schaltkreises entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist ein schematisches Diagramm, das die Impedanz der ersten Ferritperle über der Frequenz zeigt, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4 ist ein funktionales Blockdiagramm eines Kommunikationsgerätes entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Es wird Bezug genommen auf 1, wobei 1 ein Block Diagramm eines Nahfeld-Kommunikationsschaltkreises (NFC) 100 ist, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der NFC-Schaltkreis 100 beinhaltet ein erstes Pad P1, ein zweites Pad P2, eine erste Ferritperle B1, eine zweite Ferritperle B2 und einen NFC-Controller 110. Die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 sind entsprechend mit dem ersten Pad P1 und dem zweiten Pad P2 verbunden. Der NFC-Controller 110 beinhaltet einen ersten Anschluss beziehungsweise Pin 111 und einen zweiten Anschluss beziehungsweise Pin 112, die entsprechend mit der ersten Ferritperle B1 und der zweiten Ferritperle B2 verbunden sind.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können das erste Pad P1 und das zweite Pad P2 mit der NFC-Antenne (nicht gezeigt) verbunden sein. Ein differentielles NFC-Signal wird durch den ersten Pin 111 und den zweiten Pin 112 ausgegeben und der Reihe nach durch die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2, das erste Pad P1 und das zweite Pad P2 übertragen und dadurch über die NFC-Antenne ausgesendet. Wenn das differentielle NFC-Signal durch die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 übertragen wird, erlauben die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 der Grundfrequenzkomponente des differentiellen NFC-Signals durch diese hindurch zu passieren. Abgesehen davon, dass die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 eine Vielzahl von hochfrequenten Komponenten des differentiellen NFC-Signals herausfiltern. Die Frequenz der Grundfrequenzkomponente ist 13,56 MHz und jede der hochfrequenten Komponenten, die zuvor erwähnt wurden, ist eine hochfrequente harmonische Welle der Grundfrequenzkomponente.
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Es wird Bezug genommen auf 2, wobei 2 ein Blockdiagramm eines NFC-Schaltkreises 200 ist, entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der NFC-Schaltkreis 200 beinhaltet nicht nur alle Elemente des NFC-Schaltkreises 100, sondern beinhaltet ebenfalls einen Waveform- beziehungsweise Wellenform-Umwandlungsschaltkreis 120 und einen Impedanzanpassungsschaltkreis 130. Der Impedanzanpassungsschaltkreis 130 ist zwischen den ersten Pin 111, den zweiten Pin 112 und die NFC-Antenne geschaltet, um die angepasste Impedanz zwischen dem NFC-Controller 110 und der NFC-Antenne bereitzustellen. Der Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 ist zwischen den ersten Pin 111 und den zweiten Pin 112 des NFC-Controllers 110 und den Impedanzanpassungsschaltkreis 130 geschaltet.
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Das differentielle NFC-Signal, das von dem ersten Pin 111 und dem zweiten Pin 112 ausgegeben wird, ist eine Rechteckwelle mit der Frequenz 13,56 MHz und kann in eine sinusförmige Welle durch den Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 umgewandelt werden. Die Frequenzen der Rechteckwelle und der sinusförmigen Welle sind gleich wie die Frequenz der Grundfrequenzkomponente des differentiellen NFC-Signals. Jedoch kann der Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 die Rechteckwelle nicht komplett in eine sinusförmige Welle mit einer einzigen Frequenz umwandeln, d.h. in die Grundfrequenz (13,56 MHz), womit die umgewandelte Wellenform mehrere hochfrequente harmonische Wellenkomponenten aufweist, die durch die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 herausgefiltert werden können.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die erste Ferritperle B1 zwischen den NFC-Controller 110 und den Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 geschaltet werden oder zwischen den Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 und den Impedanzanpassungsschaltkreis 130 geschaltet werden oder zwischen den Impedanzanpassungsschaltkreis 130 und das erste Pad P1 geschaltet werden. Ähnlich kann die zweite Ferritperle B2 zwischen den NFC-Controller 110 und den Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 geschaltet werden oder zwischen den Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 und den Impedanzanpassungsschaltkreis 130 geschaltet werden oder zwischen den Impedanzanpassungsschaltkreis 130 und das zweite Pad P2 geschaltet werden. Zusätzlich kann die relative Position zwischen der ersten Ferritperle B1 und der zweiten Ferritperle B2 unterschiedlich sein. Beispielsweise kann, wenn die erste Ferritperle B1 zwischen den NFC-Controller 110 und den Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 geschaltet ist, die zweite Ferritperle B2 zwischen den Waveform-Umwandlungsschaltkreis 120 und den Impedanzanpassungsschaltkreis 130 geschaltet werden oder zwischen den Impedanzanpassungsschaltkreis 130 und das zweite Pad P2 geschaltet werden.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann der NFC-Schaltkreis 100 oder der NFC-Schaltkreis 200 in einem Kommunikationsgerät 10 eingebaut sein, wie in 4 dargestellt. Das Kommunikationsgerät 10 kann ein PDA-Telefon oder ein Smartphone sein, und beinhaltet ein drahtloses Kommunikationssystem 500, das verschiedene Standards oder Protokolle unterstützen kann, wie zum Beispiel Global System for Mobile Communications (GSM), Code Division Multiple Access (CDMA), Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) oder Long Term Evolution (LTE), wobei es nicht hierauf beschränkt ist. Das drahtlose Kommunikationssystem 500 beinhaltet eine Antenne 146 zum Übertragen der Signale zu der Basisstation oder zum Empfangen der Signale von der Basisstation. Der NFC-Schaltkreis (100 oder 200) beinhaltet eine NFC-Antenne 150 und stellt die NFC-Funktion dem Kommunikationsgerät 10 bereit. Die NFC-Funktion kann eine Kreditkarte, eine elektronische Geldbörse, eine Easy Card, eine Hotelzimmerkarte oder eine Mitgliedskarte sein, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Nach dem Integrieren des NFC-Schaltkreises (100 oder 200) in das Kommunikationsgerät 10 weist das Kommunikationsgerät beides auf, die NFC-Funktion und die drahtlose Kommunikationsfunktion. Beispielsweise, wenn das Kommunikationsgerät 10 ein Smartphone ist, kann der NFC-Schaltkreis (100 oder 200) die Funktion der elektronischen Geldbörse bereitstellen. Somit kann der Benutzer des Kommunikationsgerätes 10 durch die Benutzung der NFC-Funktion, die in dem Kommunikationsgerät 10 integriert ist, die Rechnung bargeldlos bezahlen. Die Frequenz der Grundfrequenzkomponente des differentiellen NFC-Signals ist die Betriebsfrequenz der NFC-Funktion und die Betriebsfrequenz der NFC-Funktion ist höher oder gleich 13,553 MHz und ist niedriger oder gleich 13,567 MHz, vorzugsweise 13,56 MHz. Zusätzlich wird die drahtlose Kommunikationsfunktion, die oben beschrieben wurde, durch das drahtlose Kommunikationssystem 500 bereitgestellt, das unter verschiedenen Betriebsfrequenzen betrieben werden kann, und wobei wenigstens eine Frequenz der hochfrequenten Komponenten des differentiellen NFC-Signals mit einer der Betriebsfrequenzen, die von dem drahtlosen Kommunikationssystem 500 betrieben werden, überlappt. Mit anderen Worten interferiert eine der Betriebsfrequenzen, die durch das drahtlose Kommunikationssystem 500 betrieben werden, mit wenigstens einer der hochfrequenten Komponenten des differentiellen NFC-Signals.
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Es wird Bezug genommen auf 1, 2 und 4, wobei die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 in dem NFC-Schaltkreis (100 oder 200) geeignet sind die hochfrequenten harmonischen Wellenkomponenten des übertragenen differentiellen NFC-Signals herauszufiltern, um eine Mischung der hochfrequenten harmonischen Wellenkomponenten und der Betriebsfrequenz des drahtlosen Kommunikationssystems 500 zu vermeiden. Dadurch, wenn sowohl der NFC-Schaltkreis 200 als auch das drahtlose Kommunikationssystem 500 gemeinsam betrieben werden, wird eine Interferenz, verursacht durch die NFC-Funktion des NFC-Schaltkreises 200, mit der drahtlosen Kommunikationsfunktion, bereitgestellt durch das drahtlose Kommunikationssystem 500, vermieden. Somit wird eine bessere Kommunikationsqualität bereitgestellt.
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Beispielsweise, wenn ein drahtloses Kommunikationssystem 500 ein GSM Standard System ist, ist die Betriebsfrequenz die Downlink-Frequenz des Kanals 189, die in dem GSM 850 Kommunikationsstandard 881,4 MHz ist, und wobei die Frequenz gleich der hochfrequenten harmonischen Welle ist, die 65 mal die Grundfrequenzkomponente (13,56 MHz, 13,56 * 65 = 881,4 MHz) ist. Somit wird, wenn die NFC-Funktion durch das Kommunikationsgerät 10 ausgeführt wird, die hochfrequente harmonische Welle, die 65 mal die Grundfrequenzkomponente ist, durch die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 herausgefiltert, um zu vermeiden, dass die Betriebsfrequenz der drahtlosen Kommunikationsfunktion mit der hochfrequenten harmonischen Welle interferiert und die Übertragungsqualität der drahtlosen Kommunikationsfunktion sichergestellt ist.
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In einem anderen Beispiel, wenn ein drahtloses Kommunikationssystem 500 ein GSM Standard System ist, ist die Betriebsfrequenz die Downlink-Frequenz des Kanals 3, die in dem GSM 900 Kommunikationsstandard 935,6 MHz ist, und wobei die Frequenz gleich der hochfrequenten harmonischen Welle ist, die 69 mal die Grundfrequenzkomponente (13,56 MHz, 13,56 * 69 = 935,64 MHz) ist. Somit kann die hochfrequente harmonische Welle ebenfalls durch die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 herausgefiltert, um sicherzustellen, dass die Übertragungsqualität der drahtlosen Kommunikationsfunktion nicht durch Interferenzen beeinträchtigt ist.
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Um sicherzustellen, dass die erste Ferritperle B1 und die zweite Ferritperle B2 geeignet sind die Grundfrequenzkomponente komplett passieren zu lassen und die hochfrequenten harmonischen Wellen präzise herausfiltern, ist die Auswahl der Impedanzcharakteristiken der ersten Ferritperle B1 und der zweiten Ferritperle B2 äußerst wichtig. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Strukturen der ersten Ferritperle B1 und der zweiten Ferritperle B2 die gleichen, so dass die verschiedenen Charakteristiken wie zum Beispiel die Impedanz, der Nennstrom, etc. total gleich sind. Deshalb wird in der folgenden Beschreibung nur die erste Ferritperle B1 beschrieben. Die zweite Ferritperle B2 kann mit Bezug auf die erste Ferritperle B1 ausgewählt werden.
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Die Impedanz Z der ersten Ferritperle B1 ist entsprechend der Formel R + jX (Z = R + jX), wobei R der Widerstand der ersten Ferritperle B1 ist, X der Blindwiderstand der ersten Ferritperle B1 ist und j die imaginäre Einheit ist.
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Es wird Bezug auf 3 genommen, wobei 3 ein schematisches Diagramm ist, das die Impedanz der ersten Ferritperle über der Frequenz zeigt, entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Kurve 310 in 3 ist entsprechend dem absoluten Impedanzwert (Z) der ersten Ferritperle B1 entsprechend verschiedener Frequenzwerte dargestellt, die Kurve 320 in 3 ist entsprechend dem absoluten Gleichstrom (DC)-widerstandswert (R) der ersten Ferritperle B1 entsprechend verschiedener Frequenzwerte dargestellt und die Kurve 330 in 3 ist entsprechend dem absoluten Blindwiderstandswert (X) der ersten Ferritperle B1 entsprechend verschiedener Frequenzwerte dargestellt.
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Da die Betriebsfrequenz (Grundfrequenzkomponente) der NFC-Funktion, die durch den NFC-Schaltkreis 200 bereitgestellt wird, 13,56 MHz ist, sollte, wenn die Impedanz der ersten Ferritperle B1 ausgewählt wird, der Impedanzwert (Z) entsprechend der Frequenz 13,56 MHz kleiner sein als eine erste Schwelle T1 und der Gleichspannungswiderstandswert (R) sollte gleich oder kleiner als eine dritte Schwelle T3 sein, geeignet für den NFC-Controller. Als Ergebnis erlaubt die erste Ferritperle B1 das komplette Passieren der Grundfrequenzkomponente ohne Verschlechterung und stellt damit die Leistungsfähigkeit der NFC-Funktion sicher. Im Gegensatz dazu sollte die Impedanz Z der ersten Ferritperle B1 entsprechend jeder Frequenz der hochfrequenten Komponenten (beispielsweise 700 ~ 1000 MHz, was der Betriebsfrequenzbereich der drahtlosen Kommunikation in einem Kommunikationsstandard ist) größer sein als eine zweite Schwelle T2 zum wirksamen Herausfiltern der hochfrequenten harmonischen Wellenkomponenten. Somit hat, wenn die NFC-Funktion betrieben wird, die hochfrequente harmonische Welle keinen Einfluss auf die Betriebsfrequenz der drahtlosen Kommunikationsfunktion und die Leistungsfähigkeit der drahtlosen Kommunikationsfunktion kann somit sichergestellt werden.
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Darüber hinaus sollten die Nennströme der ersten Ferritperle B1 und der zweiten Ferritperle B2 entsprechend größer sein als die Ausgangsströme des ersten Pins 111 und des zweiten Pins 112, um zu vermeiden, dass die Ferritperlen durch einen Umstand während des Betriebs des NFC-Schaltkreises 200 beschädigt werden, in dem der Ausgangsstrom eines Pins größer ist als der Nennstrom einer Ferritperle.
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Zusammenfassend wird ein NFC-Schaltkreis und ein Kommunikationsgerät, das einen NFC-Schaltkreis aufweist, bereitgestellt. Der NFC-Schaltkreis ist geeignet die hochfrequenten harmonischen Wellenkomponenten des NFC-Signals unter der Verwendung der Ferritperle herauszufiltern und er vermeidet dass die Betriebsfrequenz des drahtlosen Kommunikationssystems mit den hochfrequenten harmonischen Wellen interferiert, um die Übertragungsqualität sicherzustellen.
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Obwohl die Erfindung unter Bezug auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es offensichtlich für den Fachmann, dass Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden können, ohne von dem erfinderischen Konzept abzuweichen. Entsprechend wird darauf hingewiesen, dass der Umfang der Erfindung durch die angefügten Ansprüche definiert wird und nicht durch die obigen detaillierten Beschreibungen.
