DE102016115713A1

DE102016115713A1 - Hochselektiver Niederleistungs-Kartendetektor für Nahfeldkommunikationen (NFC)

Info

Publication number: DE102016115713A1
Application number: DE102016115713.9A
Authority: DE
Inventors: Niranjan Karandikar; Sebastien Fievet; Sathish Kuttan
Original assignee: Intel IP Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: US9819401B2; US20170093464A1; DE102016115713B4

Abstract

Hier werden Architekturen, Plattformen und Verfahren zum Implementieren einer Niederleistungsdetektion von Nahfeldkommunikations(NFC)-Karten oder -Tags beschrieben. Insbesondere wird eine NFC-Antenne mit wenigstens einem Transistor integriert, um einen Oszillator zu bilden. Eine erhebliche Verringerung der Oszillation des Oszillators gibt das Vorhandensein oder die Detektion der NFC-Karte oder des NFC-Tags an.

Description

HINTERGRUND
Bei Systemen und Vorrichtungen, welche eine Nahfeldkommunikation (NFC) implementieren, kann eine NFC-Lese-/Schreibvorrichtung mit mehreren NFC-fähigen Vorrichtungen kommunizieren. Solche NFC-fähigen Vorrichtungen können passiv sein, was bedeutet, dass sie keine Stromversorgung aufweisen. Bei einer typischen Implementation kann die Kopplung zwischen den passiven NFC-fähigen Vorrichtungen und der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung die NFC-fähigen Vorrichtungen hochfahren, um eine NFC-Transaktion oder NFC-Kommunikationen auszuführen.
Die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung kann ständig einen Vorgang zum Detektieren des Vorhandenseins einer Ziel-NFC-Karte oder eines Ziel-NFC-Tags ausführen, die oder das sich in der Nähe der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung befinden kann. Bei diesem Szenario verkürzt ein hoher Stromverbrauch die Batterielebensdauer einer mobilen Vorrichtung, wenn die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung periodisch Magnetfelder zum Detektieren der Ziel-NFC-Karte oder des Ziel-NFC-Tags erzeugt. Fremdobjekte in der Art von Metallen, Schlüsseln usw. werden auch falsch detektiert, und die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung weckt zu diesem Zweck auf, um eine Transaktion zu versuchen, die mehr Leistung verbraucht und die Batterielebensdauer der mobilen Vorrichtung weiter verkürzt.
Daher besteht ein Bedarf am Bereitstellen einer Lösung, die zumindest das Problem des Vermeidens eines hohen Stromverbrauchs und falscher Detektionen während der Detektion der NFC-Ziele lösen kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die anliegenden Figuren. In den Figuren identifizieren die eine oder die mehreren am weitesten links gelegenen Stellen einer Bezugszahl die Figur, worin die Bezugszahl zuerst erscheint. Die gleichen Zahlen werden in der Zeichnung verwendet, um gleiche Merkmale und Komponenten zu bezeichnen. Es zeigen:
1 ein als Beispiel dienendes Szenario einer Nahfeldkommunikations(NFC)-Lese-/Schreibvorrichtung, die mit einer oder mehreren NFC-fähigen Vorrichtungen kommuniziert, wie hier in Implementationen beschrieben wird,
2 ein als Beispiel dienendes Blockdiagramm einer Nahfeldkommunikations(NFC)-Lese-/Schreibvorrichtung, wie hier in Implementationen beschrieben wird,
3 eine als Beispiel dienende Karten- oder Tag-Detektorarchitektur, wie hier in vorliegenden Implementationen beschrieben wird, und
4 ein als Beispiel dienendes Flussdiagramm eines als Beispiel dienenden Verfahrens zur Niederleistungs-Karten- oder Tag-Detektion unter Verwendung existierender Komponenten innerhalb einer NFC-Vorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hier werden Architekturen, Plattformen und Verfahren für eine Niederleistungs-(d. h. mit einer Leistung nahe null)-Karten- oder Tag-Detektion in einer tragbaren Vorrichtung in der Art einer NFC-Lese-/Schreibvorrichtung beschrieben. Wie hier beschrieben wird, kann die Niederleistungs-Karten/Tag-Detektion oder allgemeiner als Detektion einer NFC-fähigen Vorrichtung bezeichnet, implementiert werden, während sich ein NFC-Betrieb der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung bei einem inaktiven Modus befindet. Das heißt, dass Komponenten in der Art von Leistungsverstärkern, die beispielsweise während eines NFC-Datenkommunikationsvorgangs mit voller Leistung senden, im Bereitschaftsmodus sind, um innerhalb der tragbaren Vorrichtung (d. h. der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung) Strom zu sparen.
Bei einer Implementation wird eine NFC-Antenne der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung mit existierenden Komponenten innerhalb der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung integriert oder rekombiniert, um einen Oszillator zu bilden. Beispielsweise können während eines Karten- oder Tag-Detektionsmodus existierende Komponenten (beispielsweise Transistoren), die während eines inaktiven NFC-Betriebs (in der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung) nicht verwendet werden, mit der NFC-Antenne und dem zugeordneten Abstimmnetz (beispielsweise Kondensatoren) integriert oder rekombiniert werden, um den Oszillator in der Art eines Pierce-Oszillators zu bilden. Bei diesem Beispiel kann der Pierce-Oszillator dafür ausgelegt sein, Karten, Tags oder andere NFC-fähige Vorrichtungen unter Verwendung verschiedener Resonanzfrequenzen entsprechend der individuellen Betriebsfrequenz der Karte, des Tags oder der NFC-fähigen Vorrichtung, die zu detektieren ist, zu scannen und zu detektieren. Nach der Detektion der bestimmten Karte, des bestimmten Tags oder der bestimmten NFC-fähigen Vorrichtung können die existierenden Komponenten in ihre ursprüngliche Konfiguration zurückkonfiguriert oder zurückgeschaltet werden, so dass der Pierce-Oszillator bei einem anschließenden Scannen oder einer anschließenden Detektion der NFC-Karte oder des NFC-Tags wieder gebildet werden kann.
Wie hier beschrieben, resoniert der gebildete Pierce-Oszillator beispielsweise bei einer bestimmten Resonanzfrequenz von 13,56 MHz, um eine NFC-fähige Vorrichtung zu detektieren. Wenn bei diesem Beispiel eine NFC-Karte innerhalb eines bestimmten Abstands von der NFC-Antenne der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung angeordnet wird, erhöht eine Erhöhung der Kopplung zwischen der NFC-Karten-Antenne und der integrierten NFC-Antenne den Realteil der Impedanz der NFC-Antenne, welcher wiederum den Verlust bei Oszillationen des Pierce-Oszillators erhöht. Diese Verlusterhöhung kann anschließend die Oszillationen im Pierce-Oszillator unterbrechen, wodurch das Vorhandensein oder die Detektion der NFC-Karte angegeben wird. Bei anderen Implementationen kann ein bestimmter Schwellenwert konfiguriert werden, um den Betrag des Oszillationsverlusts zu definieren, der eine Detektion oder das Vorhandensein der Karte angibt.
Mit dem detektierten Vorhandensein einer NFC-Karte wird der NFC-Betrieb in der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung aktiviert und werden existierende Komponenten, die zur Bildung des Pierce-Oszillators verwendet werden, zu ihren ursprünglichen Konfigurationen zurückgeschaltet. Ferner wird die bestimmte Resonanzfrequenz, die zur Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung (d. h. 13,56 MHz) verwendet wird, eingesetzt, um Daten zur NFC-fähigen Vorrichtung oder von dieser zu übermitteln.
1 ist ein als Beispiel dienendes Szenario 100, das eine Nahfeldkommunikations(NFC)-Lese-/Schreibvorrichtung 102 zeigt, die mit einer oder mehreren NFC-fähigen Vorrichtungen 104 kommuniziert. Die eine oder die mehreren NFC-fähigen Vorrichtungen 104 können passiv sein, wie NFC-Karten oder -Tags, oder sie können aktive Vorrichtungen sein, wie NFC-fähige Telefone. Die NFC-fähigen Vorrichtungen 104 können ferner berührungslose intelligente Vorrichtungen aufweisen, die in der Lage sind, Daten von der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 zu empfangen oder zu dieser zu senden.
Die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 kann eine Antenne 106 aufweisen, die Teil einer NFC-Steuereinrichtung oder eines NFC-Moduls (nicht dargestellt) in der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 sein kann oder damit verbunden sein kann. Die Antenne 106 kann ein elektromagnetisches Signal senden, das beispielsweise ein HF-Feld 110 während eines Lese- und/oder Schreibvorgangs an den NFC-fähigen Vorrichtungen 104 erzeugt. Wie hier beschrieben, kann jede der NFC-fähigen Vorrichtungen 104 ihre jeweiligen Antennen 108 aufweisen.
Bei einer Implementation kann die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 als ein Modus zum Detektieren des Vorhandenseins der NFC-fähigen Vorrichtungen 104 durch den NFC-Leser/Schreiber 102 dafür ausgelegt sein, ihre Antenne 106 mit anderen existierenden Komponenten (beispielsweise Kondensatoren, Widerständen, Induktoren, Transistoren) innerhalb der NFC-Steuereinrichtung oder des NFC-Moduls zu integrieren, um beispielsweise einen Pierce-Oszillator zu bilden. Bei diesem Beispiel ist der Pierce-Oszillator ein Typ eines elektronischen Oszillators, der unter Verwendung einer minimalen Anzahl von Komponenten in der Art von Widerständen, Kondensatoren, Transistoren usw. implementiert werden kann. Bei einem anderen Beispiel können die existierenden Komponenten von anderen Schaltungsanordnungen genommen werden und sind nicht auf innerhalb der NFC-Steuereinrichtung oder des NFC-Moduls verfügbare Komponenten beschränkt.
Mit dem gebildeten Pierce-Oszillator kann die Detektion der NFC-fähigen Vorrichtungen 104 von einer bestimmten Arbeits- oder Resonanzfrequenz der zu detektierenden NFC-fähigen Vorrichtungen 104 abhängen. Beispielsweise wird der Pierce-Oszillator, um eine NFC-Karte oder ein NFC-Tag zu detektieren, die oder das bei der Standard-NFC-Frequenz von 13,56 MHz arbeitet, dafür ausgelegt, bei 13,56 MHz zu oszillieren, um das Vorhandensein der NFC-Karte oder des NFC-Tags zu detektieren. Bei diesem Beispiel kann die Detektion auf einer erhöhten Kopplung zwischen der Antenne 106 und der anderen Antenne 108 der NFC-fähigen Vorrichtungen 104 bei der bestimmten Arbeitsfrequenz beruhen.
Wenn sich eine NFC-fähige Vorrichtung 104-2 beispielsweise innerhalb eines bestimmten Abstands (beispielsweise 10 mm) von der Antenne 106 der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 befindet, wird durch die erhöhte Kopplung zwischen der Antenne 108-2 und der Antenne 106 eine Eingangsimpedanz (oder reflektive Impedanz) an der Antenne 106 erzeugt. Bei diesem Beispiel kann die Eingangsimpedanz als Modus der Niederleistungsdetektion durch einen Detektor (nicht dargestellt) verwendet werden, der sich beispielsweise an der NFC-Steuereinrichtung oder dem NFC-Modul befinden kann. Die Eingangsimpedanz kann in diesem Fall unterschiedliche Impedanzbeträge einschließen, die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften (beispielsweise Resonanzfrequenz) und/oder unterschiedlichen physikalischen Orientierungen der koppelnden NFC-fähigen Vorrichtung 104 entsprechen. Ferner erzeugt die Eingangsimpedanz Verluste im gebildeten Pierce-Oszillator, so dass die Oszillation des Pierce-Oszillators erheblich verringert wird. Wie nachstehend weiter beschrieben wird, unterbricht die Erhöhung der Verluste anschließend die Verringerung der Oszillation des Pierce-Oszillators oder verringert diese erheblich, wodurch das Vorhandensein einer Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung 104-2 angegeben wird.
Nachdem das Vorhandensein der NFC-fähigen Vorrichtung 104-2 detektiert wurde, kann die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 ihr NFC-Merkmal aktivieren, um Daten in die NFC-fähige Vorrichtung 104-2 zu lesen oder zu schreiben. Bei dieser Konfiguration wird beispielsweise eine falsche Detektion von Metallen vermieden, weil die Metalle nicht bei einer gegebenen bestimmten Resonanzfrequenz (beispielsweise 13,56 MHz) resonieren und daher keine Verluste bei der Oszillation des Pierce-Oszillators erzeugen. Ferner kann die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 den Stromverbrauch beim Detektionsprozess verringern, weil der hier beschriebene Detektor eine sehr niedrige Leistung benötigt. Überdies erfordert der Detektor nicht die Verwendung eines externen Takts, weil die Detektion auf dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Oszillation im gebildeten Pierce-Oszillator beruht.
2 zeigt eine als Beispiel dienende NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102, wie hier in den vorliegenden Implementationen beschrieben wird. Die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 kann einen Tablett-Computer, ein Netbook, einen Notebookcomputer, einen Laptopcomputer, ein Mobiltelefon, ein Zellulartelefon, ein Smartphone, einen persönlichen digitalen Assistenten, eine Multimediaabspielvorrichtung, ein digitales Musikabspielgerät, ein digitales Videoabspielgerät, eine Navigationsvorrichtung, eine Digitalkamera und dergleichen einschließen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 kann ferner nicht tragbare Vorrichtungen in der Art eines Personalcomputers einschließen, ist jedoch nicht darauf beschränkt, und sie ist auch nicht auf drahtlose Vorrichtungen beschränkt, beispielsweise wenn sie durch ein Kabel angeschlossen ist.
Die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 kann einen oder mehrere Prozessoren 200 und einen mit dem einen oder den mehreren Prozessoren 200 gekoppelten Speicher 202 aufweisen. Der Speicher 202 kann ein nicht flüchtiger Speicher/ein nicht flüchtiges Medium sein, worin verschiedene Speichertypen enthalten sind, einschließlich Nurlesespeicher, Direktzugriffsspeicher und dergleichen. Der Speicher 202 kann auch eine programmierbare/nicht programmierbare Firmware aufweisen. Bestimmte hier als Hardware beschriebene Elemente können als Teil des Speichers 202 in Firmware implementiert werden. Der Speicher 202 kann insbesondere Anwendungen 204 aufweisen, welche NFC-fähige Software-/Firmwareanwendungen sein können.
Die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 kann eine Leistungskomponente 206 aufweisen. Die Leistungskomponente 206 kann verschiedene Wechselstrom- und/oder Gleichstromelemente in der Art von Batterien aufweisen. Ferner treibt die Leistungskomponente 206 verschiedene andere Komponenten der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102, einschließlich Leistungsverstärkern (nicht dargestellt), und stellt diesen Leistung bereit.
Die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 kann eine NFC-Steuereinrichtung oder ein NFC-Modul 208 aufweisen. Das NFC-Modul 208 kann dafür ausgelegt sein, mit anderen NFC-fähigen Vorrichtungen in der Art der NFC-fähigen Vorrichtung 104 zu kommunizieren. Das NFC-Modul 208 kann durch eine Kabelverbindung 210 mit der Antenne 106 verbunden werden. Für die Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung 104, wie hier beschrieben, kann das NFC-Modul 208 jedoch die Antenne 106 aufweisen, die mit existierenden Komponenten in der Art eines Transistors innerhalb des NFC-Moduls 208 rekombiniert wird.
Beispielsweise können während eines inaktiven NFC-Datenkommunikationsvorgangs an der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 Komponenten in der Art wenigstens eines Transistors, Kondensators, Widerstands usw., die gegenwärtig nicht innerhalb des NFC-Moduls 208 verwendet werden, mit der Antenne 106 kombiniert werden, um den Pierce-Oszillator zu bilden. Bei diesem Beispiel werden der wenigstens eine Transistor, Kondensator, Widerstand usw. zu ihren ursprünglichen Funktionen zurück konfiguriert, sobald die Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung 104 durch die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 erfolgt ist.
Wie hier beschrieben, weist die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 einen Karten- oder Tag-Detektor 212 auf, der dafür ausgelegt werden kann, die Antenne 106 mit den existierenden Komponenten in der Art von Kondensatoren, Widerständen, eines Oszillators usw. zu integrieren, um den Pierce-Oszillator zu bilden. Mit dem gebildeten Pierce-Oszillator kann der Karten- oder Tag-Detektor 212 Signale vom Prozessor 200 empfangen, um zu verschiedenen Zeiträumen bei verschiedenen Frequenzen zu resonieren (beispielsweise einer verschiedenen Resonanzfrequenz alle 10 ms), um ein Scannen und eine Detektion verschiedener Typen der NFC-fähigen Vorrichtung 104 zu implementieren. Ferner kann der Karten- oder Tag-Detektor 212 bei anderen Implementationen einen Schwellenwert vom Prozessor 200 empfangen, wobei der Schwellenwert dafür ausgelegt werden kann, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Oszillation im Pierce-Oszillator zu definieren.
Beispielsweise sendet der Prozessor 200 ein Signal zur Antenne 106, um bei 13,56 MHz zu resonieren. Bei diesem Beispiel kann, wenn die NFC-fähige Vorrichtung 104 mit einer Arbeitsfrequenz von 13,56 MHz in die Nähe der Antenne 106 gebracht wird, eine Erhöhung des Kopplungskoeffizienten (d. h. K) zwischen der Antenne 108 und der Antenne 106 den auf der Seite der Antenne 106 gesehenen Realteil der Impedanz erhöhen. Die Erhöhung des Realteils der Impedanz erhöht den Verlust am gebildeten Pierce-Oszillator, so dass die Oszillation (beispielsweise Amplitude) bei der bestimmten Frequenz (beispielsweise 13,56 MHz für den NFC-Betrieb) verschwindet. Auf der Grundlage der abnehmenden Oszillationsamplitude des Pierce-Oszillators wird die Niederleistungs-(d. h. mit einer Leistung nahe null)-Kartendetektion erleichtert und spart die anschließende Aktivierung des NFC-Datenkommunikationsvorgangs Leistung an der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102. Bei anderen Implementationen kann der Schwellenwert vom Prozessor 200 den Betrag der verringerten Oszillationsamplitude definieren, der die Detektion oder das Vorhandensein der NFC-fähigen Vorrichtung 104 angibt.
3 zeigt eine als Beispiel dienende Karten- oder Tag-Detektorarchitektur 300, wie hier in vorliegenden Implementationen beschrieben wird. Die Architektur 300 kann eine als Beispiel dienende Implementation des Karten- oder Tag-Detektors 212 aus 2 während des Niederleistungs-Karten- oder Tag-Detektionsmodus repräsentieren. Das heißt, dass der Karten- oder Tag-Detektor 212 die Antenne 106 mit anderen existierenden Komponenten innerhalb der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 integriert, um den Pierce-Oszillator zu bilden, wobei das Nichtvorhandensein oder Vorhandensein der Oszillation des Pierce-Oszillators als Grundlage für den hier beschriebenen Niederleistungs-Kartendetektionsmodus verwendet wird.
Bei einer Implementation kann die Karten- oder Tag-Detektorarchitektur 300 ein Signal (nicht dargestellt) vom Prozessor 200 empfangen, um bei einer bestimmten Resonanzfrequenz zu oszillieren. Beispielsweise kann die integrierte Antenne 106 zusammen mit einem ersten Transistor M1 302 einen Pierce-Oszillator 304 bilden. Bei diesem Beispiel kann das empfangene Signal den Pierce-Oszillator 304 veranlassen, bei der bestimmten Resonanzfrequenz zu resonieren.
Wie dargestellt ist, repräsentiert ein Induktor L 306 die Antenne 106, während Kondensatoren Cs 308-2 und 308-4 ein Anpassungsnetz für die Antenne 106 repräsentieren können. Andererseits sind die Kondensatoren 310 und 312 und ein Vorspannungswiderstand R_Vorspannung 314 die existierenden Komponenten vom NFC-Modul 208, wobei die Kondensatoren 310 und 312 verwendet werden, um den Frequenzbereich des Betriebs der Architektur 300 zu vergrößern. Wie hier in vorliegenden Implementationen beschrieben wird, werden der Induktor L 306, die Kondensatoren 310, 312, 314 und der Vorspannungswiderstand R_Vorspannung 314 integriert, um den Pierce-Oszillator 304 zu bilden, der eine höhere Frequenzvarianz oder einen höheren Frequenzbetriebsbereich aufweist.
Während des Kartendetektionsmodus werden die Schalter SW1 316 und SW2 318 dafür ausgelegt, die jeweiligen Kondensatoren 310 und 312 mit dem ersten Transistor M1 302 und der Antenne 106 zu koppeln, um den Pierce-Oszillator 304 zu bilden. Beim Kartendetektionsmodus befindet sich der NFC-Datenkommunikationsvorgang der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 in einem inaktiven Zustand, so dass der erste Transistor M1 302, die Kondensatoren 310 und 312 und andere Komponenten, die während des NFC-Datenkommunikationsvorgangs verwendet werden können, für den vorliegenden Niederleistungs-Kartendetektor verwendet werden können. Wenngleich die Architektur 300 eine begrenzte Anzahl von Schaltern (d. h. SW1 316 und SW2 318) zur Kopplung der Kondensatorkomponenten 310 und 312 zeigt, können andere Schalter (nicht dargestellt) verwendet werden, um existierende Komponenten (beispielsweise den Transistor M1 302) zu koppeln, um die hier beschriebene Architektur 300 zu implementieren.
Unter weiterem Bezug auf 3 sei bemerkt, dass der Pierce-Oszillator 304 dafür ausgelegt werden kann, bei verschiedenen Resonanzfrequenzen zu oszillieren, um verschiedene Typen von NFC-fähigen Vorrichtungen 104 zu scannen, die entsprechend bei verschiedenen Resonanzfrequenzen arbeiten. Beispielsweise kann zum Detektieren zweier verschiedener Typen von NFC-fähigen Vorrichtungen 104, die bei einer ersten Resonanzfrequenz bzw. einer zweiten Resonanzfrequenz arbeiten, der Pierce-Oszillator 304 dafür ausgelegt werden, während eines ersten Zeitraums bei der ersten Resonanzfrequenz zu oszillieren und während eines zweiten Zeitraums bei der zweiten Resonanzfrequenz zu oszillieren. Bei diesem Beispiel kann der Pierce-Oszillator 304 auf die Eingangsimpedanz ansprechen, die an der Induktivität L 306 bei verschiedenen Resonanzfrequenzen gesehen wird, statt auf die Detektion eines Typs der NFC-fähigen Vorrichtung 104 begrenzt zu sein.
Für eine gegebene Eingangsimpedanz infolge einer Erhöhung der Kopplung zwischen der Induktivität L 306 und der Antenne 108 der NFC-fähigen Vorrichtung 104 nimmt die Oszillation des Pierce-Oszillators 304 infolge einer Erhöhung des Realteils der Impedanz Zein 320, die an der Antenne 106 der Architektur 300 gesehen wird, ab.
Bei einer Implementation ist ein begrenzender Verstärker 322 mit einem Ausgang des ersten Transistors M1 302 gekoppelt, wobei der begrenzende Verstärker 322 ferner von existierenden Komponenten innerhalb des NFC-Moduls 208 abgeleitet werden kann, wie vorstehend beschrieben wurde. Bei dieser Implementation kann der begrenzende Verstärker 322 Sinuswellensignale durch Detektieren von Nulldurchgängen in Rechteckwellensignale umwandeln. Ferner kann der begrenzende Verstärker 322 eine Ausgabe bereitstellen, welche das Vorhandensein der NFC-fähigen Vorrichtung 104 auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Oszillation im Pierce-Oszillator 304 angeben kann.
Beispielsweise kann eine kleine Strommenge I 324 vom Pierce-Oszillator 304 verwendet werden, um eine Oszillation bei einer bestimmten Frequenz (beispielsweise 13,56 MHz) aufrechtzuerhalten. Nach der Positionierung der NFC-fähigen Vorrichtung 104 innerhalb eines bestimmten Abstands (beispielsweise 10 mm) vom Induktor L 306 erzeugt eine Erhöhung der Kopplung ”K” eine entsprechende Erhöhung der am Induktor L 306 gesehenen reflektiven Impedanz. Die Erhöhung der reflektiven Impedanz kann Verluste an der Antenne 106 hervorrufen, wodurch die Oszillation des Pierce-Oszillators 304 erheblich verringert wird.
Auf der Grundlage der erheblich verringerten Oszillation am Pierce-Oszillator 304 kann der begrenzende Verstärker 322 ein Signal zuführen, das einen zweiten Transistor M2 326 sperrt. Bei diesem Beispiel können der zweite Transistor M2 326 und ein dritter Transistor M3 328 als Schalttransistoren ausgelegt werden, um einen Oszillationsdetektor 330 zu bilden. Das heißt, dass der dritte Transistor M3 328 am Ausgang 332 einen niedrigen Logikzustand (d. h. eine niedrige Spannung) bereitstellt, wenn der Pierce-Oszillator 304 oszilliert, und einen hohen Logikzustand (d. h. eine hohe Spannung) bereitstellt, wenn es infolge der reflektiven Impedanz keine Oszillation gibt.
Für die Ausgabe eines hohen Logikzustands entlädt sich ein Kondensator C 334 in Richtung eines Widerstands 330, so dass sich der dritte Transistor M3 328 bei einem Sperrzustand befindet. Bei diesem Zustand kann die hohe Spannung am Ausgang 332 durch einen Vorspannungswiderstand 336 vorgeschrieben werden.
4 zeigt ein als Beispiel dienendes Prozessdiagramm 400, das ein als Beispiel dienendes Verfahren zur Niederleistungs-Karten- oder Tag-Detektion unter Verwendung existierender Komponenten innerhalb einer NFC-Vorrichtung zeigt. Beispielsweise wird die Niederleistungs-Karten- oder Tag-Detektion implementiert, während eine NFC-Datenkommunikation bei einem inaktiven Modus ist. Bei diesem Beispiel werden die Komponenten, die während des inaktiven Modus nicht verwendet werden, umgewidmet und für die Karten- oder Tag-Detektion verwendet. Die Reihenfolge, in der das Verfahren beschrieben wird, sollte nicht als Einschränkung ausgelegt werden, und es kann eine beliebige Anzahl der beschriebenen Verfahrensblöcke in einer beliebigen Reihenfolge kombiniert werden, um das Verfahren oder ein alternatives Verfahren zu implementieren. Zusätzlich können einzelne Blöcke aus dem Verfahren gelöscht werden, ohne vom Gedanken und vom Schutzumfang des hier beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Ferner kann das Verfahren in beliebiger geeigneter Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination davon implementiert werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
In Block 402 wird eine NFC-Antenne mit wenigstens einem Transistor integriert, um einen Oszillator zu bilden. Beispielsweise befindet sich der Betrieb der NFC-Datenkommunikation während des Karten- oder Tag-Detektionsmodus beim inaktiven Modus, um in der tragbaren Vorrichtung Strom zu sparen. Bei diesem Beispiel werden existierende Komponenten in der Art des Transistors M1 302, der ursprünglich für den Betrieb der NFC-Datenkommunikation konfiguriert und verwendet wurde, mit der NFC-Antenne 106 integriert, um den Pierce-Oszillator 304 zu bilden.
In Block 404 wird eine Resonanzfrequenz des gebildeten Oszillators festgelegt. Beispielsweise erleichtert der Prozessor 200 mehrere Resonanzfrequenzeinstellungen zu verschiedenen Zeiträumen, um verschiedene Typen der NFC-fähigen Vorrichtung 104 zu detektieren und zu unterscheiden. Bei diesem Beispiel empfängt der Pierce-Oszillator 304 das Signal vom Prozessor 200, um bei verschiedenen Resonanzfrequenzen zu scannen. Das Scannen bei verschiedenen Frequenzen kann die Detektion und Bestimmung des bestimmten Typs der zu detektierenden NFC-fähigen Vorrichtung 104 erleichtern.
Beispielsweise resoniert eine bestimmte NFC-fähige Vorrichtung 104 bei einer Resonanzfrequenz von 13,56 MHz. Bei diesem Beispiel wird die Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung 104 implementiert, wenn der Pierce-Oszillator 304 bei der Resonanzfrequenz von 13,56 MHz scannt. Bei einem anderen Beispiel arbeitet die NFC-fähige Vorrichtung 104 bei einer anderen Frequenz als 13,56 MHz, und der Pierce-Oszillator 304 kann zu diesem Zweck eingestellt oder ausgelegt werden, um von einer Einstellung der Resonanzfrequenz (beispielsweise 13,56 MHz) zur anderen Einstellung der Resonanzfrequenz zu scannen. Bei diesen Beispielen ist die Einstellung der bestimmten Resonanzfrequenz, die für das Detektieren einer Karte verwendet wird, die gleiche Einstellung der Resonanzfrequenz, die für die Datenkommunikation verwendet werden kann.
In Block 406 erfolgt das Detektieren einer reflektierten Impedanz für die festgelegte Oszillatorresonanzfrequenz. Wenn die Antenne 108 der NFC-fähigen Vorrichtung 104 beispielsweise in der Nähe der Antenne 106 der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 angeordnet wird, gibt es eine Erhöhung der Kopplung zwischen der Antenne 108 und der NFC-Antenne 106 unter der Annahme, dass sie beide etwa bei der gleichen Frequenz (beispielsweise 13,56 MHz) resonieren. Im Fall einer falschen Detektion, beispielsweise wenn ein Metall in der Nähe der Antenne 106 angeordnet wird, ergibt sich keine Erhöhung der Kopplung und auch keine Erhöhung der reflektiven Impedanz, weil das Metall nicht bei Resonanzfrequenzen resoniert, die an der NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 konfiguriert sind.
In Block 408 wird die Oszillationsstärke mit einem Schwellenwert verglichen. Beispielsweise erzeugt die reflektierte Impedanz eine bestimmte Oszillationsstärke. Bei diesem Beispiel kann der Schwellenwert verwendet werden, um die Oszillationsstärke zu bestimmen, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der NFC-fähigen Vorrichtung 104 angibt. Bei diesem Beispiel kann der Prozessor 200 ferner das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der NFC-fähigen Vorrichtung sofort auf der Grundlage des Schwellenwerts bestimmen.
Bei einer anderen Implementation ist der konfigurierte Schwellenwert nicht erforderlich, weil der Oszillationsdetektor 330 (d. h. der zweite Transistor M2 326 und M3 328) dafür ausgelegt werden kann, bei einer bestimmten Eingangsspannung durchzuschalten oder zu sperren. Dabei kann die bestimmte Eingangsspannung der Schwellenwert für das Detektieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der NFC-fähigen Vorrichtung 104 sein.
Wie hier beschrieben, wird der begrenzende Verstärker 322 mit wenigstens einem anderen Transistor M2 326 und dem Transistor M3 328 integriert, um den Oszillationsdetektor 330 zu bilden. Der begrenzende Verstärker 322 kann als Schutz für nachfolgende Komponenten in der Art des zweiten Transistors M2 326 und von M3 328 dienen.
In Block 410 erfolgt das Aktivieren eines NFC-Merkmals. Wenn die reflektive Impedanz beispielsweise eine erhebliche Verringerung der Oszillation des Pierce-Oszillators 304 erzeugt, um eine Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung 104 anzugeben, kann die NFC-Lese-/Schreibvorrichtung 102 ihren NFC-Vorgang aktivieren, um die NFC-bezogene Datenkommunikation mit der NFC-fähigen Vorrichtung 104 auszuführen. Bei diesem Beispiel ist bei der Implementation der Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung kein externer Takt erforderlich.
Die folgenden Beispiele gehören zu weiteren Ausführungsformen:
Beispiel 1 ist eine Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: einen Prozessor, einen Karten- oder Tag-Detektor, der mit dem Prozessor gekoppelt ist, wobei der Karten- oder Tag-Detektor dafür ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: Integrieren einer Nahfeldkommunikations(NFC)-Antenne mit wenigstens einer Transistorkomponente, um einen Oszillator zu bilden, der in einem bestimmten Zeitraum bei einer bestimmten Resonanzfrequenz resoniert, Detektieren einer reflektiven Impedanz bei der bestimmten Resonanzfrequenz, wobei die reflektive Impedanz die Oszillation des Oszillators erheblich verringert, und Aktiveren des Vorgangs der NFC-Datenkommunikation ansprechend auf eine erhebliche Verringerung der Oszillation des Oszillators.
In Beispiel 2 umfasst die in Beispiel 1 erwähnte Vorrichtung ferner einen Schalter zum Umschalten der Funktion der wenigstens einen Transistorkomponente als Kartendetektorkomponente oder als Komponente während des Vorgangs der NFC-Datenkommunikation nach der Detektion einer NFC-Karte oder eines NFC-Tags durch den Karten- oder Tag-Detektor.
In Beispiel 3 ist die in Beispiel 1 erwähnte Vorrichtung eingeschlossen, wobei die bestimmte Resonanzfrequenz für NFC-Karten oder -Tags etwa 13,56 MHz umfasst.
In Beispiel 4 ist die in Beispiel 1 erwähnte Vorrichtung eingeschlossen, wobei der Oszillator ein Pierce-Oszillator ist.
In Beispiel 5 ist die in Beispiel 1 erwähnte Vorrichtung eingeschlossen, wobei eine erhebliche Verringerung der Oszillation eine Detektion einer NFC-fähigen Vorrichtung angibt.
In Beispiel 5 ist die in Beispiel 5 erwähnte Vorrichtung eingeschlossen, wobei die Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung von einem externen Takt unabhängig ist.
In Beispiel 7 ist die in Beispiel 1 erwähnte Vorrichtung eingeschlossen, wobei die reflektive Impedanz auf eine erhöhte Kopplung zwischen der integrierten NFC-Antenne und einer anderen Antenne einer NFC-fähigen Vorrichtung zurückzuführen ist.
In Beispiel 8 umfasst die in den Beispielen 1 bis 7 erwähnte Vorrichtung ferner einen Oszillationsdetektor, der dafür ausgelegt ist, die erhebliche Verringerung der Oszillation des Oszillators zu detektieren.
In Beispiel 9 ist die in Beispiel 8 erwähnte Vorrichtung eingeschlossen, wobei der Oszillationsdetektor einen begrenzenden Verstärker und einen zweiten Transistor, der als Schalttransistor ausgelegt ist, welcher eine niedrige Logikausgabe oder eine hohe Logikausgabe erzeugt, umfasst.
Beispiel 10 ist ein Karten- oder Tag-Detektor, welcher Folgendes umfasst: eine Nahfeldkommunikations(NFC)-Antenne, wenigstens eine Transistorkomponente, die mit der NFC-Antenne integriert ist, wodurch ein Oszillator gebildet ist, wobei eine reflektive Impedanz die Oszillation des Oszillators erheblich verringert, und einen Oszillationsdetektor, der dafür ausgelegt ist, das Vorhandensein einer gekoppelten Karte oder eines gekoppelten Tags auf der Grundlage einer erheblich verringerten Oszillation des Oszillators zu detektieren.
In Beispiel 11 ist der Karten- oder Tag-Detektor aus Beispiel 10 eingeschlossen, wobei der Oszillator bei einer bestimmten Resonanzfrequenz resoniert, die für NFC-Karten oder -Tags etwa 13,56 MHz umfasst.
In Beispiel 12 ist der Karten- oder Tag-Detektor aus Beispiel 11 eingeschlossen, wobei die bestimmte Resonanzfrequenz verwendet wird, um eine falsche Detektion von Metallen zu vermeiden.
In Beispiel 13 ist der Karten- oder Tag-Detektor aus Beispiel 10 eingeschlossen, wobei der Oszillator ein Pierce-Oszillator ist.
In Beispiel 14 ist der Karten- oder Tag-Detektor aus Beispiel 10 eingeschlossen, wobei der Oszillationsdetektor einen begrenzenden Verstärker und einen anderen Transistor, der als Schalttransistor ausgelegt ist, welcher eine niedrige Logikausgabe oder eine hohe Logikausgabe erzeugt, umfasst.
In Beispiel 15 ist der Karten- oder Tag-Detektor aus einem der Beispiele 10 bis 14 eingeschlossen, wobei die erhebliche Verringerung der Oszillation auf eine erhöhte Kopplung zwischen der NFC-Antenne und einer zweiten Antenne einer NFC-fähigen Vorrichtung zurückzuführen ist.
Beispiel 16 ist ein Verfahren zur Niederleistungs-Nahfeldkommunikations(NFC)-Karten- oder -Tag-Detektion, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Integrieren einer NFC-Antenne mit wenigstens einem Transistor, um einen Oszillator zu bilden, Festlegen einer Oszillatorresonanzfrequenz, Detektieren einer reflektiven Impedanz für die Oszillatorresonanzfrequenz, wobei die reflektive Impedanz einen erheblichen Verlust der Oszillatoroszillation erleichtert, und Aktivieren des Vorgangs einer NFC-Datenkommunikation auf der Grundlage des erheblichen Verlusts der Oszillatoroszillation.
In Beispiel 17 ist das Verfahren aus Beispiel 16 eingeschlossen, wobei die Integration das Schalten des wenigstens einen Transistors zur Rekombination mit der NFC-Antenne umfasst.
In Beispiel 18 ist das Verfahren aus Beispiel 16 eingeschlossen, wobei die Oszillatorresonanzfrequenz etwa 13,56 MHz umfasst.
In Beispiel 19 ist das Verfahren aus Beispiel 16 eingeschlossen, wobei der gebildete Oszillator ein Pierce-Oszillator ist.
In Beispiel 17 ist das Verfahren nach einem der Beispiele 16 bis 19 eingeschlossen, wobei der erhebliche Verlust der Oszillatoroszillation das Vorhandensein oder die Detektion der NFC-Karte oder des NFC-Tags angibt.

Claims

Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: einen Prozessor, einen Karten- oder Tag-Detektor, der mit dem Prozessor gekoppelt ist, wobei der Karten- oder Tag-Detektor dafür ausgelegt ist, Folgendes auszuführen: Integrieren einer Nahfeldkommunikations(NFC)-Antenne mit wenigstens einer Transistorkomponente, um einen Oszillator zu bilden, der in einem bestimmten Zeitraum bei einer bestimmten Resonanzfrequenz resoniert, Detektieren einer reflektiven Impedanz bei der bestimmten Resonanzfrequenz, wobei die reflektive Impedanz die Oszillation des Oszillators erheblich verringert, und Aktiveren des Vorgangs der NFC-Datenkommunikation ansprechend auf eine erhebliche Verringerung der Oszillation des Oszillators.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Schalter zum Umschalten der Funktion der wenigstens einen Transistorkomponente als Kartendetektorkomponente oder als Komponente während des Vorgangs der NFC-Datenkommunikation nach der Detektion einer NFC-Karte oder eines NFC-Tags durch den Karten- oder Tag-Detektor umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bestimmte Resonanzfrequenz für NFC-Karten oder -Tags etwa 13,56 MHz umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oszillator ein Pierce-Oszillator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine erhebliche Verringerung der Oszillation eine Detektion einer NFC-fähigen Vorrichtung angibt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Detektion der NFC-fähigen Vorrichtung von einem externen Takt unabhängig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die reflektive Impedanz auf eine erhöhte Kopplung zwischen der integrierten NFC-Antenne und einer anderen Antenne einer NFC-fähigen Vorrichtung zurückzuführen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Oszillationsdetektor umfasst, der dafür ausgelegt ist, die erhebliche Verringerung der Oszillation des Oszillators zu detektieren.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Oszillationsdetektor einen begrenzenden Verstärker und einen zweiten Transistor, der als Schalttransistor ausgelegt ist, welcher eine niedrige Logikausgabe oder eine hohe Logikausgabe erzeugt, umfasst.
Karten- oder Tag-Detektor, welcher Folgendes umfasst: eine Nahfeldkommunikations(NFC)-Antenne, wenigstens eine Transistorkomponente, die mit der NFC-Antenne integriert ist, wodurch ein Oszillator gebildet ist, wobei eine reflektive Impedanz die Oszillation des Oszillators erheblich verringert, und einen Oszillationsdetektor, der dafür ausgelegt ist, das Vorhandensein einer gekoppelten Karte oder eines gekoppelten Tags auf der Grundlage einer erheblich verringerten Oszillation des Oszillators zu detektieren.
Karten- oder Tag-Detektor nach Anspruch 10, wobei die erhebliche Verringerung der Oszillation auf eine erhöhte Kopplung zwischen der NFC-Antenne und einer zweiten Antenne einer NFC-fähigen Vorrichtung zurückzuführen ist.
Karten- oder Tag-Detektor nach Anspruch 10, wobei der Oszillator bei einer bestimmten Resonanzfrequenz resoniert, die für NFC-Karten oder -Tags etwa 13,56 MHz umfasst.
Karten- oder Tag-Detektor nach Anspruch 12, wobei die bestimmte Resonanzfrequenz verwendet wird, um eine falsche Detektion von Metallen zu vermeiden.
Karten- oder Tag-Detektor nach Anspruch 10, wobei der Oszillator ein Pierce-Oszillator ist.
Karten- oder Tag-Detektor nach Anspruch 10, wobei der Oszillationsdetektor einen begrenzenden Verstärker und einen anderen Transistor, der als Schalttransistor ausgelegt ist, welcher eine niedrige Logikausgabe oder eine hohe Logikausgabe erzeugt, umfasst.
Verfahren zur Niederleistungs-Nahfeldkommunikations(NFC)-Karten- oder -Tag-Detektion, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Integrieren einer NFC-Antenne mit wenigstens einem Transistor, um einen Oszillator zu bilden, Festlegen einer Oszillatorresonanzfrequenz, Detektieren einer reflektiven Impedanz für die Oszillatorresonanzfrequenz, wobei die reflektive Impedanz einen erheblichen Verlust der Oszillatoroszillation erleichtert, und Aktivieren des Vorgangs einer NFC-Datenkommunikation auf der Grundlage des erheblichen Verlusts der Oszillatoroszillation.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Integration das Schalten des wenigstens einen Transistors zur Rekombination mit der NFC-Antenne umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Oszillatorresonanzfrequenz etwa 13,56 MHz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erhebliche Verlust der Oszillatoroszillation das Vorhandensein oder die Detektion der NFC-Karte oder des NFC-Tags angibt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der gebildete Oszillator ein Pierce-Oszillator ist.