DE112009003513T5

DE112009003513T5 - Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräte

Info

Publication number: DE112009003513T5
Application number: DE112009003513T
Authority: DE
Inventors: Paul Butler; David MILES; Robin Wilson
Original assignee: Innovision Research and Technology PLC
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: GB2465678B; WO2010061224A3; US20110306295A1; DE112009003513B4; GB0821628D0; GB0920719D0; WO2010061224A2; US9182771B2; GB2465678A

Abstract

Ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät weist einen induktiven Koppler (102) auf zum induktiven Koppeln mit dem H-Feld eines HF-Signals, und einen Regler (310), der induktiv mit dem induktiven Koppler (102) gekoppelt ist, um eine Spannung ausgehend aus einem HF-Signal zu regeln. Der Regler (310) weist mindestens eine spannungsgesteuerte Impedanz (501, 502) auf, die eine Einschaltspannung aufweist. Ein Regler-Controller (506, 503 bis 505) liefert jeder spannungsgesteuerten Impedanz (501, 502) eine Steuerspannung derart, dass die Steuerspannung nicht kleiner als die Einschaltspannung der spannungsgesteuerten Impedanz ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräte und auf zu Nahfeldkommunikationen fähige Geräte bzw. Vorrichtungen.
Die Nahfeld-HF(Hochfrequenz)-Kommunikation wird immer mehr zu etwas Alltäglichem, wie dies die Verwendung einer solchen Technologie für die Übertragung von Daten ist. Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräte kommunizieren durch die Modulation des Magnetfelds (H-Felds), das von einer Hochfrequenzantenne erzeugt wird. Daher erfordert es die Nahfeld-HF-Kommunikation, dass eine Antenne eines Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräts innerhalb des magnetischen Wechselfeldes (H-Felds) anwesend ist, das von der Antenne eines anderen Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräts durch die Übertragung eines HF-Signals (zum Beispiel eines 13,56 Mega Hertz Signals) erzeugt wird, um zu ermöglichen, dass das Magnetfeld (H-Feld) des HF-Signals induktiv zwischen den Kommunikationsgeräten gekoppelt werden kann. Das HF-Signal kann moduliert werden, um eine Kommunikation von Steuerdaten und/oder anderen Daten zu ermöglichen. Bereiche von bis zu mehreren Zentimetern (im Allgemeinen von maximal 1 Meter) sind für Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräte üblich.
NFC-(Near Field Communication; Nahfeldkommunikations)-Kommunikationsgeräte stellen einen Typ eines Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräts dar, das in einem Initiator-Modus in der Lage ist, eine Nahfeld-HF-Kommunikation (durch die Übertragung oder Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes) mit einem anderen Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät zu initiieren, und das in einem Target-Modus (Zielmodus) in der Lage ist, auf eine Initiierung einer Nahfeld-HF-Kommunikation durch ein anderes Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät zu antworten bzw. zu reagieren. Der Begriff „Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät” umfasst nicht nur NFC-Kommunikationsgeräte, sondern auch Initiator-Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräte wie etwa RFID-Transceiver oder -Lesegeräte, die eine Nahfeld-HF-Kommunikation initiieren können, aber nicht auf eine Initiierung einer Nahfeld-HF-Kommunikation durch ein anderes Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät antworten können, sowie auch Target- bzw. antwortende Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräte wie etwa RFID-Transponder oder -Tags, die auf eine Initiierung einer Nahfeld-HF-Kommunikation durch ein anderes Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät antworten können, aber keine Nahfeld-HF-Kommunikation mit einem anderen Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät initiieren können. Folglich können NFC-Kommunikationsgeräte sowohl als RFID-Transceiver sowie auch als RFID-Transponder agieren und sind in der Lage, mit anderen NFC-Kommunikationsgeräten, RFID-Transceivern und RFID-Transpondern zu kommunizieren.
Außerdem können NFC-Kommunikationsgeräte mit gewissen peripheren Vorrichtungen bzw. Peripheriegeräten, wie zum Beispiel SIM-Karten (z. B. UICC-Karten), sogenannten Secure Elements (sicheren Elementen), Speichervorrichtungen (zum Beispiel MCU, RAM, ROM und nichtflüchtige Speicher), einem Bildschirmtreiber oder anderen Treibern verknüpft sein oder in diesen enthalten sein oder an diesen angebracht sein. Während des Betriebs muss das NFC-Kommunikationsgerät auch in der Lage sein, mit solchen Peripheriegeräten zu kommunizieren und Daten zu diesen und von diesen zu transferieren.
Es existieren mehrere Standards, die bestimmte Kommunikationsprotokolle und funktionale Anforderungen für RFID- und Nahfeld-HF-Kommunikationen im Detail festlegen. Beispiele dafür sind ISO/IEC 14443, ISO 15693, ISO/IEC 18092 und ISO/IEC 21481.
NFC-Kommunikationsgeräte können in einem größeren Gerät bzw. in einer größeren Vorrichtung, nämlich in zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräten bzw. Vorrichtungen, enthalten sein. Beispiele dafür umfassen Mobiltelefone, PDAs (persönliche digitale Assistenten), Computer, Smartcards (Chipkarten). Wenn es in solchen zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräten bzw. Vorrichtungen enthalten ist, dann muss das NFC-Kommunikationsgerät in der Lage sein, Daten zu und von dem größeren Gerät sowie zu und von allen Peripheriegeräten (einschließlich Anschluss- und Schnittstellensystemen, wie etwa das Single Wire Protokol (Einzel-Draht-Protokoll)), die mit einem solchen größeren Gerät verknüpft sind, transferieren zu können.
Bauelemente von NFC-Kommunikationsgeräten werden im Allgemeinen vor schädlichen Spannungen durch Spannungsregler wie etwa Shunt-Regler (Nebenschlussregler) geschützt. Diese Regler können eine endliche Ansprechzeit aufweisen, während der die Bauelemente des NFC-Kommunikationsgeräts schädlichen Spannungen ausgesetzt sind.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät bereit, das wenigstens einige der oben genannten Probleme verringert.
In einem Aspekt ist ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen induktiven Koppler zum induktiven Koppeln mit dem H-Feld eines HF-Signals, um eine HF-Spannung bereitzustellen; und einen Gleichrichter, der mit dem induktiven Koppler gekoppelt ist, um eine Richtspannung (gleichgerichtete Spannung) ausgehend von der HF-Spannung bereitzustellen; und einen Regler zum Regeln der HF-Spannung auf der Basis der Richtspannung, wobei der Regler eine spannungsgesteuerte Impedanz, die eine Einschaltspannung aufweist, und einen Regler-Controller aufweist, um der spannungsgesteuerten Impedanz eine Steuerspannung derart bereitzustellen, dass die Steuerspannung nicht kleiner als die Einschaltspannung der spannungsgesteuerten Impedanz ist. Wie klar sein wird, gibt es eine Verzögerung, die mit dem Ansprechen jedes Reglers verbunden ist. Aspekte und Beispiele der Erfindung weisen den Vorteil auf, dass sie die Ansprechverzögerung minimieren, ohne dass eine Instabilität in dem Regler erzeugt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Ansprechzeit des Shunt-Elements durch die Steuerung bzw. Regelung der Schwellenspannung und durch die Steuerung bzw. Regelung der gekoppelten Wechselspannung auf der Basis der Richtspannung reduziert wird. Die Kombination dieser beiden Effekte stellt einen wechselstromseitigen Regler bereit, der eine verbesserte Stabilität und eine reduzierte Ansprechzeit aufweist.
In einer Ausführungsform ist ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät bereitgestellt, bei dem der induktive Koppler erste und zweite Ausgänge bereitstellt, und bei dem der Regler eine jeweilige spannungsgesteuerte Impedanz aufweist, die mit jedem der ersten und zweiten Ausgänge gekoppelt ist, um die HF-Spannung auf der Basis der gleichgerichteten Spannung zu regeln.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät bereit, das Folgendes aufweist: einen induktiven Koppler zum induktiven Koppeln mit dem H-Feld eines HF-Signals; und einen Regler zum Regeln einer Spannung, die von einem HF-Signal abgeleitet wird, das induktiv mit dem induktiven Koppler gekoppelt ist, wobei der Regler eine spannungsgesteuerte Impedanz, die eine Einschaltspannung aufweist, und einen Regler-Controller aufweist, um der spannungsgesteuerten Impedanz eine Steuerspannung derart bereitzustellen, dass die Steuerspannung nicht kleiner als die Einschaltspannung der spannungsgesteuerten Impedanz ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Shunt-Spannungsregler bereit, wobei die Spannung an der Steuerelektrode des regelnden Transistors (Shunt-Impedanz) auf einer Spannung gehalten werden soll, die nicht kleiner als die Schwellenspannung dieses Regeltransistors ist. Vorteilhafterweise ermöglicht dies, dass die spannungsgesteuerte Impedanz viel schneller gesteuert werden kann. Dies liegt daran, dass, wenn die Steuerspannung auf diese Weise manipuliert wird, immer ein Leitungskanal in der Shunt-Impedanz vorhanden ist oder gerade im Begriff ist, gebildet zu werden, so dass das Leiten bzw. die Leitung schnell gestartet werden kann. Außerdem wird, da die Spannung an der Steuerelektrode bei oder nahe bei der Schwellenspannung liegt, die Ansprechzeit reduziert, die für das Starten des Regelns durch die Steuerung des Shunt-Gates benötigt wird. Deshalb sprechen Spannungsregler, die Beispiele der Erfindung sind, viel schneller auf Änderungen bei der Steuerspannung an, und ein „Überschwingen” der geregelten Spannung wird reduziert. Das bedeutet, dass Bauelemente eines NFC-Kommunikationsgeräts effektiver vor schädlichen Spannungen geschützt werden. Die Verwendung dieses Verfahrens bedeutet, dass der Shunt niemals abrupt beendet wird (Hard-off) und auf einer hohen Impedanz ist und dann in eine geringere geshunte Impedanz übergehen muss, was also heißt, dass es keinen plötzlichen Sprung in der Impedanz gibt.
Der induktive Koppler kann erste und zweite Ausgänge bereitstellen, und eine jeweilige spannungsgesteuerte Impedanz kann mit jedem der ersten und zweiten Ausgänge gekoppelt sein.
In einer Ausführungsform weist jede spannungsgesteuerte Impedanz erste und zweite Hauptelektroden und eine Steuerelektrode auf, die gekoppelt ist, um die Steuerspannung zu empfangen.
In einer Ausführungsform weist jede spannungsgesteuerte Impedanz wenigstens einen Feldeffekttransistor auf und die Einschaltspannung ist die Schwellenspannung des wenigstens einen Feldeffekttransistors.
In einer Ausführungsform weist jede spannungsgesteuerte Impedanz wenigstens einen bipolaren Transistor auf.
In einer Ausführungsform ist der Regler-Controller angeordnet, um eine Referenzspannung von einem diodengekoppelten Isolierschicht-Feldeffekttransistor abzuleiten.
In einer Ausführungsform umfasst das Kommunikationsgerät einen Verstärker mit ersten und zweiten Verstärkereingängen und einem Verstärkerausgang, wobei die Steuerelektrode jeder spannungsgesteuerten Impedanz mit dem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist, der erste Verstärkereinfang gekoppelt ist, um eine zu regelnde Spannung zu empfangen, und der zweite Verstärkereingang gekoppelt ist, um eine Referenzspannung zu empfangen.
In einer Ausführungsform sind der Verstärkerausgang und die Steuerelektrode jeder spannungsgesteuerten Impedanz mit einem ersten Zweig eines Stromspiegels gekoppelt, wobei ein zweiter Zweig des Stromspiegels mit einer Referenzspannungs-Versorgungseinrichtung gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Referenzspannungs-Versorgungseinrichtung einen ersten Transistor, der erste und zweite Hauptelektroden und eine Steuerelektrode aufweist, wobei die erste Hauptelektrode und die Steuerelektrode miteinander und mit dem zweiten Zweig des Stromspiegels gekoppelt sind und die zweite Hauptelektrode mit Masse oder mit einer anderen Referenzspannungsversorgung gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform weist der zweite Zweig des Stromspiegels einen Transistor auf, der eine Steuerelektrode und eine erste Hauptelektrode aufweist, die beide mit einer Referenzstromquelle und mit einer Steuerelektrode eines Transistors des ersten Zweigs des Stromspiegels gekoppelt sind, dessen erste Hauptelektrode mit einer Stromquelle oder einer lokalen Versorgung gekoppelt ist und dessen zweite Hauptelektrode mit dem Verstärkerausgang gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform weist ein Differentialverstärker erste und zweite Verstärkereingänge und einen Verstärkerausgang auf, wobei die Steuerelektrode jeder spannungsgesteuerten Impedanz mit dem Verstärkerausgang gekoppelt ist und die ersten und zweiten Verstärkereingänge mit einer zu regelnden Spannung und mit einer Referenzspannung gekoppelt sind.
In einer Ausführungsform weist der Differentialverstärker eine Stromquellenlast auf, die von einer Stromspiegelanordnung bereitgestellt wird.
In einer Ausführungsform ist eine Stromquelle bereitgestellt, um einen Ableitstrom (bleed current) und einen Schweifstrom (tail current) des Verstärkers einzustellen.
In einer Ausführungsform ist eine Stromquelle bereitgestellt, um einen Ableitstrom und einen Schweifstrom des Verstärkers einzustellen, wobei die Stromspiegelanordnung einen Stromspiegel mit ersten und zweiten Zweigen und einem sogenannten Rückgrat (spine) umfasst, wobei der erste Zweig die Stromquelle mit einer Spannungsversorgungsleitung koppelt und der zweite Zweig mit dem Schweif eines Differentialpaars des Verstärkers koppelt.
In einer Ausführungsform ist eine erste Hauptelektrode eines Transistors mit der ersten Hauptelektrode eines der Transistoren des Differentialpaars gekoppelt, während eine zweite Hauptelektrode des Transistors mit der Spannungsversorgungsleitung gekoppelt ist und die Steuerelektrode des Transistors mit dem Rückgrat des Stromspiegels gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform weist ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät einen induktiven Koppler zum induktiven Koppeln mit dem H-Feld eines HF-Signals und einen Regler zum Regeln einer Spannung auf, die von einem HF-Signal abgeleitet wird, das induktiv mit dem induktiven Koppler gekoppelt ist. Der Regler weist wenigstens eine spannungsgesteuerte Impedanz auf, die eine Einschaltspannung aufweist. Ein Regler-Controller stellt jeder spannungsgesteuerten Impedanz eine Steuerspannung derart bereit, dass die Steuerspannung nicht kleiner als die Einschaltspannung der spannungsgesteuerten Impedanz ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Regler für ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät bereit, das einen induktiven Koppler zum induktiven Koppeln mit dem H-Feld eines HF-Signals aufweist, wobei der Regler eine spannungsgesteuerte Impedanz, die eine Einschaltspannung aufweist, und einen Regler-Controller aufweist, um der spannungsgesteuerten Impedanz eine Steuerspannung derart bereitzustellen, dass die Steuerspannung nicht kleiner als die Einschaltspannung der spannungsgesteuerten Impedanz ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Abbildungsdiagramm zeigt, das eine Kommunikation zwischen zwei Geräten veranschaulicht, die NFC-Kommunikationsgeräte enthalten;
2 eine Ausführungsform eines NFC-Kommunikationsgeräts in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Reglers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt; und
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines anderen Beispiels eines Reglers in Übereinstimmung mit einem Beispiel der Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Allgemeinen sollte es verstanden werden, dass alle Funktionsblockdiagramme einfach dafür gedacht sind, die Funktionalität zu zeigen, die innerhalb des Geräts bzw. der Vorrichtung existiert, und sie sollten nicht so verstanden werden, dass sie implizieren, dass jeder Block, der in dem Funktionsblockdiagramm gezeigt ist, notwendigerweise eine diskrete oder separate Einheit ist. Die Funktionalität, die von einem Block bereitgestellt wird, kann diskret sein oder kann durch das Gerät hindurch oder durch einen Teil des Geräts hindurch verteilt sein. Außerdem kann die Funktionalität dort, wo es zweckdienlich ist, festverdrahtete Elemente, Software-Elemente oder Firmware-Elemente oder jegliche Kombination aus diesen enthalten. Das Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät kann gänzlich oder zum Teil als eine integrierte Schaltung oder als (eine) Sammlung(en) von integrierten Schaltungen bereitgestellt werden.
Nun wird spezifisch auf 1 Bezug genommen, in der ein Abbildungsdiagramm gezeigt ist, das eine Kommunikation zwischen zwei zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräten bzw. Vorrichtungen veranschaulicht. In 1 sind die Darstellungen der zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräte bzw. Vorrichtungen teilweise im Schnitt gezeigt worden, und die Funktionalität, die von den zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräten bereitgestellt wird, ist mit Hilfe eines Funktionsblockdiagramms innerhalb des zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräts veranschaulicht.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das eine zu NFC-Kommunikationen fähige Gerät ein Mobiltelefon (Funktelefon) 1 auf und das andere zu NFC-Kommunikationen fähige Gerät weist einen tragbaren Computer 2 wie etwa ein Notebook oder einen Laptop-Computer auf.
Das Mobiltelefon 1 weist die gewöhnlichen Merkmale eines Mobiltelefons auf, das eine Mobiltelefonfunktionalität 10 (für Gewöhnlich in der Form eines programmierten Controllers, im Allgemeinen eines Prozessors oder Mikroprozessors mit zugehörigem Speicher oder Datenspeicher, zur Steuerung des Betriebs des Mobiltelefons in Kombination mit einer SIM-Karte), eine Antenne 8 zum Ermöglichen der Verbindung mit einem Mobilfunknetz und eine Benutzerschnittstelle 3 mit einer Anzeige 4, einer Tastatur 5, einem Mikrophon 6 zum Empfangen der Benutzerstimmeingabe und einen Lautsprecher 7 zum Ausgeben der empfangenen Audiodaten an den Benutzer umfasst. Das Mobiltelefon weist auch eine aufladbare Batterie 11 auf, die mit einer Ladebuchse 12 gekoppelt ist, über die ein Netzteil (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann, um ein Aufladen der Batterie 11 zu ermöglichen. Das Mobiltelefon 1 kann eine alternative oder eine zusätzliche Energieversorgung (nicht gezeigt) aufweisen, zum Beispiel eine Reservebatterie oder eine Notbatterie. Die aufladbare Batterie 11 bildet die primäre Energieversorgung für das Mobiltelefon und das NFC-Kommunikationsgerät 15. Unter der Vorraussetzung, dass diese aufladbar ist, ist sie so konstruiert, dass sie zu gewissen Zeiten entnommen bzw. ausgewechselt werden kann.
In ähnlicher Weise weist der tragbare Computer 2 die gewöhnlichen Merkmale eines tragbaren Computers auf, der eine Funktionalität 20 eines tragbaren Computers 20 für Gewöhnlich in der Form eines Prozessors mit zugehörigem Speicher in der Form eines ROM, RAM und/oder einer Festplatte, ein oder mehrere auswechselbare Medienlaufwerke wie etwa ein Disketten-Laufwerk und/oder ein CDROM- oder DVD-Laufwerk und möglicherweise eine Kommunikationsvorrichtung zum Ermöglichen, dass der tragbare Computer an ein Netzwerk wie etwa das Internet angeschlossen werden kann, umfasst. Der tragbare Computer 2 umfasst auch eine Benutzerschnittstelle 21, die eine Anzeige 22, eine Tastatur 23 und ein Zeigegerät, im gezeigten Fall ein Touchpad 24, umfasst. Der tragbare Computer 2 weist ebenfalls eine aufladbare Batterie 25 auf, die mit einer Ladebuchse 26 gekoppelt ist, über die ein Netzteil (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann, um ein Aufladen der Batterie 25 zu ermöglichen. Wiederum ist die aufladbare Batterie 25 die primäre Energieversorgung für den tragbaren Computer und das NFC-Kommunikationsgerät 30.
Wie in 1 gezeigt ist, weisen die beiden zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräte 1 und 2 außerdem ein NFC-Kommunikationsgerät 15 bzw. 30 auf. Wie gezeigt ist, sind die NFC-Kommunikationsgeräte 15 und 30 in die größeren Geräte integriert und können, wie dies bei den anderen Funktionsblöcken der Fall ist, diskrete Einheiten innerhalb der Hostvorrichtungen bzw. Hostgeräte sein oder können mit Merkmalen versehen sein, die durch die Hostvorrichtung bzw. das Hostgerät hindurch oder durch einen Teil der Hostvorrichtung bzw. des Hostgeräts hindurch verteilt sind oder darin integriert sind.
Jedes NFC-Kommunikationsgerät 15 und 30 weist NFC-Funktionsbauelemente 16 und 31 zum Ermöglichen der Steuerung der NFC-Funktionalität und der Erzeugung, Modulation und Demodulation eines HF-Signals auf, wie dies unten beschrieben werden wird. Jedes NFC-Kommunikationsgerät 15 bzw. 30 umfasst auch eine Antennenschaltung 17 bzw. 32, die einen Induktor oder eine Spule in der Form einer Antenne 18 bzw. 33 aufweist. Die Antennenschaltungen 17 und 32 ermöglichen ein magnetisches Wechselfeld (H-Feld), das von der Antenne eines Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräts 15 (oder 30) durch Übertragung eines HF-Signals (zum Beispiel eines 13,56 Mega Hertz Signals) erzeugt wird, das induktiv mit der Antenne des anderen Nahfeld-HF-Kommunikationsgeräts 30 (oder 15) gekoppelt werden soll, wenn sich diese Antenne innerhalb des Nahfelds des HF-Signals befindet, das von dem einen Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät 15 (oder 30) erzeugt worden ist.
Die NFC-Kommunikationsgeräte 15 und 30 sind jeweils mit der Mobiltelefonfunktionalität 10 und der Funktionalität 20 eines tragbaren Computers gekoppelt, um zu ermöglichen, dass Daten und/oder Steuerbefehle zwischen dem NFC-Kommunikationsgerät und der Hostvorrichtung gesendet werden können, und um eine Benutzereingabe in das NFC-Kommunikationsgerät zu ermöglichen. Eine Kommunikation zwischen der Benutzerschnittstelle 3 oder 21 und dem NFC-Kommunikationsgerät 15 oder 30 erfolgt jeweils über die Hostvorrichtungsfunktionalität 10 oder 20.
Jedes NFC-Kommunikationsgerät 15 und 30 umfasst auch eine Energieversorgungseinrichtung 19 und 34. Die Energieversorgungseinrichtungen 19 und 34 können Energieversorgungen innerhalb der Hostvorrichtung bzw. des Hostgeräts oder spezifisch für die NFC-Kommunikationsgeräte 15 und 30 zum Beispiel eine Knopfzellenbatterie oder eine andere kleine Batterie sein. In diesem Fall, wie dies in 1 mit den gestrichelten Linien gezeigt ist, weisen eine oder beide der Energieversorgungseinrichtungen 19 und 34 eine Kopplung auf, um Strom von der entsprechenden Geräte- bzw. Vorrichtungsbatterie 11 oder 25, d. h. der primären Energieversorgung, abzuleiten.
Es wird klar sein, dass 1 nur Beispiele von Typen von Hostvorrichtungen (Hostgeräten) zeigt. Eine Hostvorrichtung kann eine andere Art von elektrischem Gerät sein, wie etwa ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), andere tragbare elektrische Geräte wie etwa ein tragbares Audio- und/oder Video-Abspielgerät wie zum Beispiel ein MP3-Player, ein IPOD^®, ein CD-Player, ein DVD-Player oder ein anderes elektrisches Gerät. Als eine weitere Möglichkeit kann das NFC-Kommunikationsgerät (15 oder 30) in einer peripheren Vorrichtung bzw. in einem Peripheriegerät enthalten sein oder damit gekoppelt sein, zum Beispiel in der Form einer Smartcard oder eines anderen Secure Element (sicheren Elements), das eigenständig sein kann oder innerhalb eines anderen elektrischen Geräts enthalten sein kann oder dafür gedacht ist, in ein anderes elektrisches Gerät eingeführt zu werden, wie zum Beispiel eine SIM-Karte für die Verwendung in einem Mobiltelefon. Als eine weitere Möglichkeit können solche peripheren Vorrichtungen bzw. Peripheriegeräte Anschlusssysteme oder Protokolle wie etwa das Single Wire Protocol umfassen.
Anstatt dass sie innerhalb der Hostvorrichtung integriert sind, können die NFC-Kommunikationsgeräte 15 oder 30 auch mit der Hostvorrichtung zum Beispiel durch eine verdrahtete oder drahtlose Kopplung verbunden sein. In einem solchen Fall kann ein Gehäuse des NFC-Kommunikationsgeräts physisch von dem Gehäuse der Hostvorrichtung getrennt sein oder kann an diesem angebracht sein; im letzteren Fall kann die Befestigung permanent sein, wenn sie einmal erfolgt ist, oder das NFC-Kommunikationsgerät kann entfernbar sein. Das NFC-Kommunikationsgerät kann zum Beispiel untergebracht sein in: einem Gehäuse, das an einer anderen Vorrichtung bzw. einem anderen Gerät anbringbar ist; einem Gehäuseteil, wie etwa einer Hülle des zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräts oder eines anderen Geräts bzw. einer anderen Vorrichtung; einer Zugangskarte; oder es kann ein Gehäuse aufweisen, das so geformt oder konfiguriert ist, dass es wie eine Smartcard (Chipkarte) aussieht. Zum Beispiel kann ein NFC-Kommunikationsgerät mit einem größeren Gerät mittels einer Kommunikationsverbindung wie etwa zum Beispiel einer USB-Verbindung gekoppelt werden, oder es kann als eine Karte bereitgestellt sein (zum Beispiel eine PCMCIA-Karte oder eine Karte, die wie eine Smartcard aussieht), die in einem geeigneten Schlitz des größeren Geräts bzw. der Hostvorrichtung aufgenommen werden kann.
Außerdem kann eines oder beide der zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräte ein eigenständiges NFC-Kommunikationsgerät sein, das heißt, es kann möglicherweise außer seiner NFC-Kommunikationsfunktionalität keine weitere Funktionalität aufweisen.
2 zeigt ein Funktionsblockdiagramm eines zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräts 100 in Übereinstimmung mit der Erfindung, um ausführlicher eine Möglichkeit zu veranschaulichen, wie die NFC-Funktionsbauelemente eines zu NFC-Kommunikationen fähigen Geräts, das die Erfindung verkörpert, implementiert sein können.
In diesem Beispiel weist das zu NFC-Kommunikationen fähige Gerät 100 ein NFC-Kommunikationsgerät 100a auf, das NFC-Funktionsbauelemente aufweist, die eine Antennenschaltung 102, eine Energieversorgungseinrichtung 104, einen Controller 107, einen Datenspeicher 108, einen Signalgenerator 109 und einen Demodulator 114 umfassen.
Die Energieversorgungseinrichtung 104 kann jede oder mehrere von den Arten von Energieversorgungseinrichtungen sein, die oben erörtert worden sind. Der Einfachheit halber sind Energieversorgungskopplungen von der Energieversorgungseinrichtung 104 zu anderen Bauelementen in 2 nicht gezeigt.
Das zu NFC-Kommunikationen fähige Gerät 100 kann, muss aber nicht, auch wenigstens eine weitere Funktionalität 105 (zum Beispiel eine Funktionalität einer Hostvorrichtung oder eines Peripheriegeräts, wie oben beschrieben) und eine Benutzerschnittstelle 106 aufweisen oder kann damit verbunden oder gekoppelt werden.
Die NFC-Funktionsbauelemente umfassen einen Demodulator 114, der zwischen der Antennenschaltung 102 und dem Controller 107 zum Demodulieren eines modulierten, induktiv mit der Antennenschaltung 102 gekoppelten HF-Signals von einem anderen Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät im Nahfeldbereich und zum Zuführen der so extrahierten Daten zu dem Controller 107 für die Verarbeitung gekoppelt ist. Der Gleichrichter 200 ist gekoppelt, um eine gleichgerichtete Ausgabe zu dem Regler 310 bereitzustellen. Der Gleichrichter 200 und der Regler 310 sind mit den Ausgängen AC1 und AC2 der Antennenschaltung gekoppelt. Der Regler 310 stellt einen Spannungsversorgungspegel (Pin-Spannung) ein bzw. regelt diese, und der Gleichrichter 200 stellt dem Rest der NFC-Schaltung eine Richtspannung bereit. Der Regler 310 stellt die Spannung zwischen den Ausgängen AC1 und AC2 der Antennenschaltung auf der Basis des Spannungsversorgungspegels (Pin-Spannung), die von dem Gleichrichter 200 bereitgestellt wird, ein bzw. regelt diese. Wie gezeigt ist, ist der Demodulator 114 mit den Antennenschaltungs-Ausgängen AC1 und AC2 gekoppelt. Als eine andere Möglichkeit, wie sie in 2 mit einer gestrichelten Linie gezeigt ist, kann der Demodulator seine Eingabe von dem Regler 310 empfangen. Als noch eine weitere Möglichkeit kann der Demodulator seine Eingabe von dem Gleichrichter 200 empfangen.
Zusammen schützen der Gleichrichter 200 und der Regler 310 die NFC-Funktionsbauelemente vor hohen Spannungen, die an der Antennenschaltung 102 empfangen werden. Zum Beispiel kann der Regler die Spannung auf 3,3 Volt beschränken. Dafür kann jeder geeignete Regler und jede geeignete Gleichrichtungsschaltung verwendet werden. Die NFC-Funktionsbauelemente können auch einen Verstärker zum Verstärken eines induktiv mit der Antennenschaltung 102 gekoppelten HF-Signals umfassen.
Außerdem umfassen die NFC-Funktionsbauelemente Bauteile für die Ermöglichung einer Modulation eines HF-Signals, um zu ermöglichen, dass Daten zu einem anderen Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät in dem Nahfeldbereich des NFC-Kommunikationsgeräts 100a kommuniziert werden können. Wie in 2 gezeigt ist, weisen diese Bauteile einen Signalgenerator 109 auf, der über einen Treiber 111 mit der Antennenschaltung 102 gekoppelt ist. In diesem Beispiel bewirkt der Signalgenerator 110 eine Modulation, indem er das HF-Signal entsprechend den zu kommunizierenden Daten durchlässt oder ein- und ausschaltet. Das NFC-Kommunikationsgerät kann jedes geeignete Modulationsverfahren verwenden, das in Übereinstimmung mit den Standards und/oder Protokollen ist, unter denen das NFC-Kommunikationsgerät arbeitet. Als eine andere Möglichkeit kann ein separater oder weiterer Signal-Controller in den NFC-Funktionsbauelementen integriert sein, um die Modulation des Signals zu steuern, das von dem Signalgenerator 109 in Übereinstimmung mit den von dem Controller 107 empfangenen Daten oder Anweisungen erzeugt wird.
Die NFC-Funktionsbauelemente können auch einen Controller 107 zum Steuern des gesamten Betriebs des NFC-Kommunikationsgeräts umfassen. Der Controller 107 ist mit einem Datenspeicher 108 zum Speichern von Daten (Informationen und/oder Steuerdaten), die von dem zu NFC-Kommunikationen fähigen Gerät übertragen werden sollen, und/oder von Daten gekoppelt, die von dem zu NFC-Kommunikationen fähigen Gerät empfangen werden. Der Controller 107 kann ein Mikroprozessor sein, zum Beispiel ein RISC-Prozessor, oder ein anderer Mikroprozessor oder eine Zustandsmaschine. Programmbefehle zum Programmieren des Controllers und/oder Steuerdaten für die Kommunikation zu einem anderen Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät können in einem internen Speicher des Controllers und/oder des Datenspeichers gespeichert werden.
Das NFC-Kommunikationsgerät 100a kann in einem Initiator-Modus (das heißt als ein initiierendes Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät) oder in einem Target-Modus (das heißt als ein antwortendes Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät) arbeiten, je nach dem Modus, auf den das NFC-Kommunikationsgerät eingestellt ist. Der Modus kann von dem Controller 107 bestimmt werden oder kann in Abhängigkeit von der Beschaffenheit eines empfangenen Nahfeld-HF-Signals bestimmt werden. Wenn es sich im Initiator-Modus befindet, dann initiiert ein NFC-Kommunikationsgerät Kommunikationen mit jedem kompatiblen antwortenden Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät, das in der Lage ist, auf das initiierende NFC-Kommunikationsgerät zu reagieren (zum Beispiel ein NFC-Kommunikationsgerät im Target-Modus oder ein RFID-Tag oder -Transponder), und das sich in seinem Nahfeldbereich befindet, während ein NFC-Kommunikationsgerät dann, wenn es sich im Target-Modus befindet, auf eine Kommunikation von einem kompatiblen initiierenden Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät (zum Beispiel einem NFC-Kommunikationsgerät im Initiator-Modus oder einem RFID-Initiator oder -Transceiver) wartet. Wenn er so verwendet wird, dann bedeutet der Begriff ,kompatibel' betreibbar bei der gleichen Frequenz und gemäß denselben Protokollen, zum Beispiel entsprechend den Protokollen, die in verschiedenen Standards wie etwa ISO/IEC 18092, ISO/IEC 21481, ISO/IEC 14443 und ISO/IEC 15693 dargelegt sind. NFC-Kommunikationsgeräte arbeiten im Allgemeinen bei oder in der Nähe von 13,56 MHz.
Wenn es sich im Initiator- oder Target-Modus befindet, dann kann das NFC-Kommunikationsgerät in Übereinstimmung mit einem aktiven oder passiven Protokoll kommunizieren. Wenn es ein aktives Protokoll verwendet, dann wird das initiierende NFC-Kommunikationsgerät ein HF-Feld übertragen und wird nach der Fertigstellung seiner Datenkommunikation sein HF-Feld abschalten. Das antwortende Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät (Target bzw. Ziel) wird dann sein eigenes HF-Feld und Daten übertragen, bevor das HF-Feld wieder abgeschaltet wird, und so weiter. Wenn ein passives Protokoll verwendet wird, dann wird das NFC-Kommunikationsgerät (Initiator) sein HF-Feld durch die gesamte Kommunikationssequenz hindurch übertragen und aufrecht erhalten. Das Protokoll, das verwendet wird, hängt von Anweisungen, die von dem Controller 107 empfangen werden, und von der Antwort ab, die ausgehend von einem antwortenden Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät empfangen wird.
In 2 erfolgt die Steuerung des Betriebs des NFC-Kommunikationsgeräts durch den Controller 107. Als eine andere Möglichkeit, in der das NFC-Kommunikationsgerät als Teil einer Hostvorrichtung enthalten ist, kann die Steuerung des Betriebs des NFC-Kommunikationsgeräts von der Hostvorrichtung gelenkt werden, zum Beispiel durch eine weitere Funktionalität 105. Unter solchen Umständen kann die gesamte oder ein Teil der Steuerung durch die andere Funktionalität 105 bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann der NFC-Kommunikationsgerät-Controller 107 die Modulation und Modulationsprotokolle steuern, während die zu übertragenden Daten durch die weitere Funktionalität 105 bereitgestellt werden.
Das NFC-Kommunikationsgerät umfasst auch eine Antennenschaltung 102. Das Design der Antennenschaltung wird von dem NFC-Kommunikationsgerät 100 und der Umgebung abhängen, in der es arbeitet. Zum Beispiel kann die Antennenschaltung in der Form vorliegen, wie sie für die parallele internationale Patentanmeldung mit der Nummer PCT/GB2008/ 000992 ) beschrieben ist (die die Priorität aus der GB 0705635.1 beansprucht).
Beispiele für Regler, die in dem NFC-Kommunikationsgerät wie etwa dem, das in 2 gezeigt ist, verwendet werden können, werden nun beschrieben werden.
3 zeigt einen Regler in Übereinstimmung mit einem Beispiel der Erfindung.
Das Beispiel von 3 zeigt einen Spannungsregler, der Folgendes aufweist: Transistoren 501, 502, 503, 504 und 505; einen Verstärker 506; eine Masse- oder Referenzspannungs-Verbindung; eine Referenzstromquelle; und zwei Regler-Verbindungselemente AC1 und AC2. Der Klarheit halber sind nicht alle Bauelemente oder Verbindungen, zum Beispiel Energieversorgungsverbindungen, gezeigt worden. In diesem Beispiel sind die Transistoren 501, 502, 503, 504 und 505 Transistoren, die identische oder zumindest im Wesentlichen identische Charakteristiken, wie zum Beispiel identische Schwellenspannungen, aufweisen.
Der Verstärker 506 weist zwei Eingangsanschlüsse 507 und 508 und einen Ausgangsanschluss 509 auf. Der Eingangsanschluss 507 ist mit dem Spannungsversorgungspegel (Pin-Spannung) Vdd gekoppelt, der von dem Gleichrichter bereitgestellt wird, und der Eingangsanschluss 508 ist mit einer Referenzspannung VREF gekoppelt. Jeder der Transistoren 501, 502, 503, 504 und 505 weist eine erste und eine zweite Hauptelektrode und eine Steuerelektrode auf.
Die Transistoren 501 und 502 stellen spannungsgesteuerte Impedanzen bereit, die die jeweiligen Regler-Verbindungselemente AC1 und AC2 mit Masse koppeln. Die Steuerelektroden von 501 und 502 sind mit dem Ausgangsanschluss 509 des Verstärkers 506 gekoppelt. Die Steuerelektrode und die erste Hauptelektrode des Transistors 504 sind beide mit der Steuerelektrode des Transistors 505 und mit einer Referenzstromquelle gekoppelt. Die zweite Hauptelektrode des Transistors 504 ist mit der Steuerelektrode und der ersten Hauptelektrode des Transistors 503 gekoppelt. Die zweite Hauptelektrode des Transistors 503 ist mit einer Masse- oder mit einer Referenzspannungs-Verbindung gekoppelt. Die erste Hauptelektrode des Transistors 505 ist mit der lokalen Versorgung (oder, als eine andere Möglichkeit, mit einer Stromquelle) gekoppelt, und die zweite Hauptelektrode des Transistors 505 ist mit dem Ausgangsanschluss 509 des Verstärkers 506 gekoppelt.
Die Transistoren 504 und 505 bilden einen Stromspiegel, wobei der Strom zwischen den ersten und zweiten Hauptelektroden des Transistors 505 den Strom zwischen den ersten und zweiten Hauptelektroden des Transistors 504 spiegelt.
Der Spannungsabfall quer über die ersten und zweiten Hauptelektroden des Transistors 503 ist die Schwellenspannung des Transistors 504, zum Beispiel 0,4 V. Das Gleiche trifft auf den Transistor 504 und den Transistor 505 zu, da der Transistor 505 den Strom spiegelt, der von dem Transistor 504 durchgeleitet wird. Mit anderen Worten, der Transistor 505 wird den Strom aufnehmen, der benötigt wird, um den Verstärkerausgang 509 und die Steuerelektroden von 501 und 502 auf der Schwellenspannung des Transistors 503 zu halten.
3 veranschaulicht eine Anordnung, in der der Verstärker 506 in Kombination mit einer Spannungseinstelleinrichtung 503, 504, 505 verwendet wird, um eine Steuerspannung auf der Basis des Unterschieds zwischen Vdd und VREF bereitzustellen, wobei die Steuerspannung nicht kleiner als die Schwellenspannung der Shunt-Elemente 501 und 502 ist. In einem anderen Beispiel ist die Spannungseinstellfunktionalität in dem Verstärker 506 enthalten.
4 zeigt Bauelemente eines anderen Reglers in Übereinstimmung mit der Erfindung, wobei der Klarheit halber nicht alle Bauelemente oder Verbindungen gezeigt worden sind.
In dem Beispiel von 4 umfasst ein Verstärker 506' eine Spannungseinstelleinrichtung, um eine Steuerspannung bereitzustellen, die nicht kleiner als die Schwellenspannung der Shunt-Elemente 501 und 502 ist.
Wie es einem Fachmann auf dem Gebiet klar sein wird, stellt die 4 einen Differentialverstärker 506' bereit, der ein Differential-Transistor-Paar 701 und 702 und eine Konfiguration von Stromspiegeln 703, 704 und 705 aufweist. Dieser Verstärker ist lediglich eine Ergänzung zu der Erfindung und wird nicht im Einzelnen beschrieben werden. Es kann jede geeignete Form eines Verstärkers verwendet werden.
Die Steuerelektroden der Transistoren 701 und 702 dienen als jeweilige Verstärkereingänge 724 und 725. Der Verstärkereingang 724 ist mit dem Spannungsversorgungspegel (Pin-Spannung) Vdd gekoppelt und der Verstärkereingang 725 ist mit einer Referenzspannung VREF gekoppelt. Die Stromquelle 709 ist mit einer Versorgungsspannung Vpp gekoppelt. Der Strom von der Stromquelle 709 stellt den Ableitstrom (bleed current) und den Schweifstrom (tail current) des Verstärkers ein. Der Stromspiegel 706 umfasst Transistoren 706a und 706b, die jeweils erste und zweite Hauptelektroden und wenigstens eine Steuerelektrode aufweisen. Die ersten und zweiten Hauptelektroden von 706a und 706b sehen die Leitungspfade bzw. „Zweige” des Stromspiegels vor. Die Steuerelektrode und die erste Hauptelektrode des Transistors 706a sind mit der Steuerelektrode von 706b gekoppelt, um ein „Rückgrat” (spine) bereitzustellen. Der Zweig 706a koppelt die Stromquelle 709 mit Vss und der Zweig 706b koppelt die zweite Hauptelektrode von 701 und 702 (den „Schweif” des Differentialpaars 701, 702) mit Vss.
Die erste Hauptelektrode des Transistors 707 ist mit der ersten Hauptelektrode des Transistors 702 gekoppelt. Die zweite Hauptelektrode des Transistors 707 ist mit Vss gekoppelt. Die Steuerelektrode des Transistors 707 ist mit den Steuerelektroden von 706a und 706b des Stromspiegels 706 gekoppelt.
Die erste Hauptelektrode des Transistors 708 ist mit der ersten Hauptelektrode des Transistors 701 gekoppelt. Die zweite Hauptelektrode des Transistors 708 ist mit Vss gekoppelt. Die Steuerelektrode des Transistors 708 ist mit den Steuerelektroden von 706a und 706b des Stromspiegels 706 gekoppelt.
Die Transistoren 501 und 502 stellen spannungsgesteuerte Impedanzen bereit, die die jeweiligen Regler-Verbindungselemente AC1 und AC2 mit Masse koppeln. Die Steuerelektroden von 501 und 502 sind mit dem Ausgangsanschluss 509' des Verstärkers 506' gekoppelt.
Die Steuerelektrode und die erste Hauptelektrode des Transistors 710 sind mit dem Verstärkerausgang 509' und dem Stromspiegel 704 gekoppelt.
Die Stromquelle 709 stellt den Strom in dem Verstärkerschweif 706b und in den Transistoren 707 und 708 ein. Die Konfiguration von 707 und 708 bedeutet, dass sie „Ableitströme” aus den Stromspiegeln 703 und 704 entnehmen. Diese Ableitstrome sind unabhängig von dem Vorhandensein oder dem Nichtvorhandensein eines Spannungsunterschieds zwischen den Verstärkereingängen 724 und 725 vorhanden. Das bedeutet, dass immer eine gewisse Menge an Strom durch die Verstärkerzweige 720 und 721 fließt. Das Durchfließen dieses Stroms durch den Transistor 710 gewährleistet, dass der Spannungsunterschied zwischen dem Verstärkerausgang 509' und dem Punkt 722 auf einer Spannung gehalten wird, die nicht kleiner als die Schwellenspannung des Transistors 710 ist.
Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, gibt es einen vorübergehenden Zeitabschnitt bzw. eine Übergangszeit, die mit der Zeit verknüpft ist, die ein Transistor braucht, um sich von einem nichtleitenden Zustand in einen leitenden Zustand zu bewegen. In dem Beispiel von 3 werden von den Transistoren 501 und 502 spannungsgesteuerte Shunt-Impedanzen bereitgestellt.
Es sind zwei Beispiele der Erfindung beschrieben worden, wobei von den Fachleuten auf diesem Gebiet erkannt werden wird, dass diese durch ein einziges erfindungsgemäßes Prinzip verknüpft sind.
Das Prinzip, das den beschriebenen Beispielen gemeinsam ist, ist dasjenige, dass in einem Shunt-Spannungsregler die Spannung an der Steuerelektrode des Regeltransistors (Shunt-Impedanz) auf einer Spannung gehalten werden sollte, die nicht kleiner als die Schwellenspannung dieses Regeltransistors ist.
Vorteilhafterweise ermöglicht dies, dass die spannungsgesteuerte Impedanz viel schneller gesteuert werden kann. Dies liegt daran, dass dann, wenn die Steuerspannung auf diese Weise manipuliert wird, in der Shunt-Impedanz immer ein Leitungskanal vorhanden ist oder gerade im Begriff ist, gebildet zu werden, so dass das Leiten bzw. die Leitung schnell gestartet werden kann. Außerdem wird, da die Spannung an der Steuerelektrode bei oder nahe bei der Schwellenspannung liegt, die Ansprechzeit, die benötigt wird, um das Regeln durch das Steuern des Shunt-Gates zu starten, reduziert. Deshalb sprechen Spannungsregler, die Beispiele der Erfindung sind, viel schneller auf Änderungen bei der Steuerspannung an, und ein „Überschwingen” der geregelten Spannung wird reduziert. Das bedeutet, dass Bauelemente des NFC-Kommunikationsgeräts viel effektiver vor schädlichen Spannungen geschützt werden. Die Verwendung dieses Verfahrens bedeutet, dass der Shunt niemals abrupt beendet wird und auf einer hohen Impedanz liegt und dann in eine niedrigere geshunte Impedanz übergehen muss, was also heißt, dass es keinen plötzlichen Sprung in der Impedanz gibt.
Stromspiegel, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind, sind so dargestellt worden, dass sie ein Verhältnis von eins zu eins aufweisen, aber wie klar sein wird, können auch andere Verhältnisse verwendet werden. Zum Beispiel können Einzeltransistoren durch geeignete Konfigurationen ersetzt werden, die mehrere Transistoren aufweisen. Wie von dem Fachmann auf dein Gebiet erkannt werden wird, kann jeder geeignete drei Anschlüsse aufweisende Schalter bzw. dreipolige Schalter anstelle der dargestellten NMOS- und PMOS-Transistoren verwendet werden. So können zum Beispiel dort, wo NMOS- oder PMOS-Transistoren gezeigt worden sind, diese durch geeignete Konfigurationen von unterschiedlichen MOS-Transistoren, bipolaren Transistoren oder anderen geeigneten Schalterkomponenten mit drei Anschlüssen ersetzt werden.
Wie dem Fachmann auf dem Gebiet klar sein wird, bezieht sich der Begriff Schwellenspannung auf die Spannung, die benötigt wird, um einen Leitungskanal in einem MOS-Transistor zu bilden, und die tatsächliche Spannung wird in Abhängigkeit von betrieblichen und geometrischen Beschränkungen variieren. In anderen Beispielen soll der Begriff Schwellenspannung so verstanden werden, dass er die Spannung meint, die benötigt wird, um irgendeine spannungsgesteuerte Impedanz einzuschalten. Außer dem soll die Schwellenspannung in Fällen, in denen bipolare Transistoren verwendet werden, so verstanden werden, dass sie die Einschaltspannung des bipolaren Transistors, zum Beispiel 0,7 Volt, bedeutet.
Wo wie oben beschrieben behauptet wird, dass Transistoren im Wesentlichen identische Charakteristiken aufweisen, bedeutet dies, dass sie aufeinander abgestimmt sind, das heißt, dass sie unter Verwendung der gleichen Prozessbedingungen hergestellt sind (sie können miteinander integriert sein), und dass sie in dem Fall von MOS-Transistoren zusätzlich dazu, dass sie dieselben Schwellenspannungen aufweisen, auch dieselben Verhältnisse von Breite zu Länge (B/L) des Kanals aufweisen können sowie auch/oder Verhältnisse von Breite zu Länge (B/L) des Kanals in einem bekannten Verhältnis zueinander aufweisen können.
Die in den 3 und 4 gezeigten Regler können in dem in 2 gezeigten NFC-Kommunikationsgerät implementiert werden, um eine gleichgerichtete Energieversorgung für eine weitere Funktionalität des NFC-Kommunikationsgeräts bereitzustellen, obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist. Die verschiedenen Versorgungsspannungen und Stromquellen, die von den Reglern benötigt werden, die in den 3 und 4 gezeigt sind, können durch geeignete Spannungsversorgungen und Stromquellen bereitgestellt werden, die innerhalb des NFC-Kommunikationsgeräts zur Verfügung stehen. AC1 und AC2 würden unter diesen Umständen von den Ausgängen der Antennenschaltung 102 und den Eingängen zu dem Verstärker (Eingänge 507 und 508 in 3 und Eingänge 724 und 725 in 4) jeweils durch eine zu regelnde Spannung und eine Referenzspannung bereitgestellt werden. Beispiele dafür, wie die Eingänge zu dem Verstärker bereitgestellt werden können, sind in der UK-Patentanmeldung Nr. 0722516.2 und in der entsprechenden PCT-Anmeldung PCT/GB2008/003842 beschrieben, die die Priorität daraus beansprucht, und die gesamten Inhalte beider Patentanmeldungen werden durch Erwähnung Bestandteil der vorliegenden Patentanmeldung. Es wird dem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass das gleiche System in jedem Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät, das einen Regler benötigt, und an jeder geeigneten Stelle in einem Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät, an der eine Regulierung benötigt wird, verwendet werden könnte.
Die oben genannten Ausführungsformen sollen als veranschaulichende Beispiele der Erfindung verstanden werden. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind vorstellbar. Es sollte klar sein, dass alle Merkmale, die in Bezug auf irgendeine Ausführungsform beschrieben worden sind, alleine oder in Kombination mit anderen beschriebenen Merkmalen verwendet werden können, und auch in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen irgendwelcher anderer der Ausführungsformen verwendet werden können, oder dass irgendeine Kombination von irgendwelchen anderen der Ausführungsformen verwendet werden kann. Des Weiteren können auch Äquivalente und Modifikationen, die oben nicht beschrieben worden sind, ebenfalls verwendet werden, ohne dass von dem Schutzumfang der Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

GB 2008/000992 [0057]
GB 0705635 [0057]
GB 0722516 [0082]
GB 2008/003842 [0082]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO/IEC 14443 [0005]
ISO 15693 [0005]
ISO/IEC 18092 [0005]
ISO/IEC 21481 [0005]
ISO/IEC 18092 [0054]
ISO/IEC 21481 [0054]
ISO/IEC 14443 [0054]
ISO/IEC 15693 [0054]

Claims

Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät mit: einem induktiven Koppler zum induktiven Koppeln mit dem H-Feld eines HF-Signals, um eine HF-Spannung bereitzustellen; und einem Gleichrichter, der mit dem induktiven Koppler gekoppelt ist, um eine Richtspannung ausgehend aus der HF-Spannung bereitzustellen; und einem Regler zum Regeln der HF-Spannung auf der Basis der Richtspannung, wobei der Regler eine spannungsgesteuerte Impedanz, die eine Einschaltspannung aufweist, und einen Regler-Controller aufweist, um der spannungsgesteuerten Impedanz eine Steuerspannung derart bereitzustellen, dass die Steuerspannung nicht kleiner als die Einschaltspannung der spannungsgesteuerten Impedanz ist.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 1, wobei der induktive Koppler erste und zweite Ausgänge bereitstellt, und wobei der Regler eine jeweilige spannungsgesteuerte Impedanz aufweist, die mit jedem der ersten und zweiten Ausgänge gekoppelt ist, um die HF-Spannung auf der Basis der Richtspannung zu regeln.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede spannungsgesteuerte Impedanz erste und zweite Hauptelektroden und eine Steuerelektrode aufweist, die gekoppelt ist, um die Steuerspannung zu empfangen.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 3, wobei jede spannungsgesteuerte Impedanz wenigstens einen Feldeffekttransistor aufweist und die Einschaltspannung die Schwellenspannung des wenigstens einen Feldeffekttransistors ist.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 3, wobei jede spannungsgesteuerte Impedanz wenigstens einen bipolaren Transistor aufweist.
Kommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Regler-Controller angeordnet ist, um eine Referenzspannung aus einem diodengekoppelten Isolierschicht-Feldeffekttransistor abzuleiten.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 3, 4 oder 5, das des Weiteren einen Verstärker aufweist, der erste und zweite Verstärkereingänge und einen Verstärkerausgang aufweist, wobei die Steuerelektrode jeder spannungsgesteuerten Impedanz mit dem Ausgang des Verstärkers gekoppelt ist, der erste Verstärkereingang gekoppelt ist, um eine zu regelnde Spannung zu empfangen, und der zweite Verstärkereingang gekoppelt ist, um eine Referenzspannung zu empfangen.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 7, wobei der Verstärkerausgang und die Steuerelektrode jeder spannungsgesteuerten Impedanz mit einem ersten Zweig eines Stromspiegels (504, 505) gekoppelt sind, wobei ein zweiter Zweig des Stromspiegels mit einer Referenzspannungs-Versorgungseinrichtung gekoppelt ist.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 8, wobei die Referenzspannungs-Versorgungseinrichtung einen ersten Transistor (503) aufweist, der erste und zweite Hauptelektroden und eine Steuerelektrode aufweist, wobei die erste Hauptelektrode und die Steuerelektrode miteinander und mit dem zweiten Zweig des Stromspiegels (504, 505) gekoppelt sind und die zweite Hauptelektrode mit Masse oder mit einer anderen Referenzspannungsversorgung gekoppelt ist.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei der zweite Zweig des Stromspiegels (504, 505) einen Transistor (504) aufweist, der eine Steuerelektrode und eine erste Hauptelektrode aufweist, die beide mit einer Referenzstromquelle und mit einer Steuerelektrode eines Transistors (505) des ersten Zweigs des Stromspiegels gekoppelt sind, der eine erste Hauptelektrode aufweist, die mit einer Stromquelle oder einer lokalen Versorgung gekoppelt ist, und dessen zweite Hauptelektrode mit dem Verstärkerausgang gekoppelt ist.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei ein Differentialverstärker (506') erste und zweite Verstärkereingänge und einen Verstärkerausgang aufweist, wobei die Steuerelektrode jeder spannungsgesteuerten Impedanz mit dem Verstärkerausgang (509') gekoppelt ist und die ersten und zweiten Verstärkereingänge mit einer zu regelnden Spannung und mit einer Referenzspannung (724 und 725) gekoppelt sind.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 11, wobei der Differentialverstärker eine Last aufweist, die von einer Stromspiegelanordnung (703, 704, 706) bereitgestellt wird.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Stromquelle (709) bereitgestellt ist, um einen Ableitstrom und einen Schweifstrom des Verstärkers einzustellen.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 12, wobei eine Stromquelle (709) bereitgestellt ist, um einen Ableitstrom und einen Schweifstrom des Verstärkers einzustellen, wobei die Stromspiegelanordnung einen Stromspiegel (706) mit ersten und zweiten Zweigen und einem Rückgrat umfasst, wobei der erste Zweig (706a) die Stromquelle mit einer Spannungsversorgungsleitung koppelt und der zweite Zweig (706b) mit den Schweif eines Differentialpaars (701, 702) des Verstärkers koppelt.
Kommunikationsgerät nach Anspruch 14, wobei eine erste Hauptelektrode eines Transistors (707) mit der ersten Hauptelektrode eines der Transistoren (702) des Differentialpaars gekoppelt ist, während eine zweite Hauptelektrode des Transistors (707) mit der Spannungsversorgungsleitung (Vss) gekoppelt ist und die Steuerelektrode des Transistors (707) mit dem Rückgrat (706c) des Stromspiegels (706) gekoppelt ist.
Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät, im Wesentlichen wie es vorstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist.
Regler für ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät, der die Reglermerkmale aufweist, die in einem der Ansprüche 1 bis 15 dargelegt worden sind.
Regler für ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät, im Wesentlichen wie er vorstehend unter Bezugnahme auf 3 oder 4 der beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist.
Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät ein NFC-Kommunikationsgerät ist.
Zu Nahfeld-HF-Kommunikationen fähiges Gerät, das ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Periphere Vorrichtung, die ein Nahfeld-HF-Kommunikationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Periphere Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die periphere Vorrichtung wenigstens eines von einem Secure Element (sicheren Element), einer Smartcard, einer SIM-Karte, einer Anzeigevorrichtung oder einein Anschluss- bzw. Schnittstellensystem ist.