專利名稱:通過(guò)感應(yīng)耦合的有源負(fù)載調(diào)制的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及通過(guò)感應(yīng)耦合來(lái)發(fā)射數(shù)據(jù)的方法,包括以下步驟在交變外部磁場(chǎng)存在時(shí)通過(guò)感應(yīng)天線電路接收天線信號(hào);從所述天線信號(hào)提取第一周期信號(hào);通過(guò)具有接收所述第一周期信號(hào)的同步輸入的同步振蕩器來(lái)產(chǎn)生第二周期信號(hào),將所述振蕩器設(shè)置為自由振蕩模式并且將第二周期信號(hào)的脈沖(bursts)施加到天線電路以生成有源電荷調(diào)制磁場(chǎng)。本發(fā)明還涉及用于發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的、配置為實(shí)現(xiàn)上述步驟的設(shè)備。
背景技術(shù):
在通常方式中,本發(fā)明涉及感應(yīng)耦合通信技術(shù),也被稱為“近距離無(wú)線通信”或 NFC0通過(guò)感應(yīng)耦合的通信通常需要“無(wú)源”設(shè)備和“有源”設(shè)備。這兩個(gè)設(shè)備均裝備有天線線圈。有源設(shè)備發(fā)射例如在13. 56MHz振蕩的磁場(chǎng),并且通過(guò)調(diào)制所述磁場(chǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到無(wú)源設(shè)備。下面,將所述磁場(chǎng)指定為“外部磁場(chǎng)”。無(wú)源設(shè)備通過(guò)負(fù)載調(diào)制將數(shù)據(jù)發(fā)送到有源設(shè)備。負(fù)載調(diào)制可以使無(wú)源的或有源的。無(wú)源負(fù)載調(diào)制包括以承載負(fù)載調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù)率來(lái)修改無(wú)源設(shè)備的天線線圈的阻抗。由有源設(shè)備天線線圈的阻抗中的感應(yīng)耦合來(lái)對(duì)所述阻抗調(diào)制進(jìn)行回波。所述有源設(shè)備可以因此從其天線信號(hào)提取無(wú)源設(shè)備所使用的負(fù)載調(diào)制信號(hào),并且由此推斷無(wú)源設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。有源負(fù)載調(diào)制包括以承載調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù)率來(lái)發(fā)射交變磁場(chǎng)的脈沖。有源設(shè)備將磁場(chǎng)脈沖看作是無(wú)源負(fù)載調(diào)制。這種技術(shù)已經(jīng)由申請(qǐng)人在專利EP 1327222 (US 7,098,770B2),附圖4A到4E,第8頁(yè)表格4,段074中提出。對(duì)于無(wú)源負(fù)載調(diào)制,有源負(fù)載調(diào)制在惡劣環(huán)境中提供更大的通信距離和/或更佳的數(shù)據(jù)傳輸,例如在受到生成傅科(渦流)電流的金屬塊干擾的環(huán)境中。另一方面,有源負(fù)載調(diào)制需要激勵(lì)天線的裝置以及電流源,但是比持續(xù)發(fā)射磁場(chǎng)消耗更小的電流。有源負(fù)載調(diào)制設(shè)備因此就電源而言無(wú)法是純無(wú)源的(純的無(wú)源設(shè)備由通過(guò)有源設(shè)備發(fā)射的磁場(chǎng)來(lái)提供電能),但被認(rèn)為是“無(wú)源的”,因?yàn)樗话l(fā)射用于通信所需要的外部磁場(chǎng)。為了獲得最大的通信距離,有源負(fù)載調(diào)制還需要負(fù)載調(diào)制磁場(chǎng)與有源設(shè)備所發(fā)射的外部磁場(chǎng)同相。有源負(fù)載調(diào)制磁場(chǎng)和外部磁場(chǎng)的相位旋轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致不期望的通信距離波動(dòng)。專利EP 1801741介紹了一種使用鎖相環(huán)來(lái)控制負(fù)載調(diào)制磁場(chǎng)的相位的有源負(fù)載調(diào)制NFC設(shè)備(所述文件的附圖19)。鎖相環(huán)包括壓控振蕩器VC0、相位比較器、以及將控制電壓提供給VCO的低通濾波器。相位比較器接收作為參考頻率的從通過(guò)外部磁場(chǎng)感應(yīng)的天線信號(hào)提取的第一周期信號(hào)。鎖相環(huán)提供第二周期信號(hào),所述第二周期信號(hào)的相位設(shè)置在所述第一周期信號(hào)的相位上。在數(shù)據(jù)發(fā)射模式中,將第二周期信號(hào)的脈沖提供給天線電路以生成磁場(chǎng)脈沖。
當(dāng)設(shè)備切換至數(shù)據(jù)發(fā)射模式時(shí),第一周期信號(hào)不再被施加到相位比較器并且采樣電路HLD( “樣本保持”)保持施加到VCO的控制電壓。鎖相環(huán)因此從同步功能模式切換到自由振蕩模式,并且保持在所述功能模式中直到數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。如果期望的是磁場(chǎng)脈沖與外部磁場(chǎng)是同相的,鎖相環(huán)必須具有在數(shù)據(jù)發(fā)射模式的整個(gè)持續(xù)時(shí)間中具有稍微的相位模糊,所述持續(xù)時(shí)間至少等于數(shù)據(jù)幀發(fā)射的持續(xù)時(shí)間。實(shí)際上,對(duì)這個(gè)周期所容忍的最大去相位(Cbphasing)通常是13. 56MHz處振蕩的磁場(chǎng)近似周期第1/4處。作為實(shí)例,ISO 144434幀具有25.6!118的量級(jí)的持續(xù)時(shí)間。周期信號(hào)的頻率是 13. 56,自由振蕩模式中鎖相環(huán)的相位模糊優(yōu)選地不大于18ns,即13. 56MHz處振蕩的磁場(chǎng)的周期的1/4。然而,在25. 6ms的持續(xù)時(shí)間上獲得大于18ns的穩(wěn)定性意味著鎖相環(huán)必須提供極端的精確度,在0.7ppm((18X 10—725. 6X10_3) * IO6)的量級(jí)。這種精確度要求非常高質(zhì)量和昂貴的電路。因此可能需要提供一種允許相對(duì)于外部磁場(chǎng)具有較小模糊的磁場(chǎng)脈沖的裝置,而不需要使用極端精確和昂貴的電路。
發(fā)明內(nèi)容
為此,本發(fā)明提出使用同步振蕩器并且每次將振蕩器所提供的周期信號(hào)的脈沖施加到天線電路之前在外部磁場(chǎng)上重新同步振蕩器。更為特別地,本發(fā)明的實(shí)施方式涉及通過(guò)感應(yīng)耦合來(lái)發(fā)射數(shù)據(jù)的方法,包括以下步驟在交變外部磁場(chǎng)存在時(shí),通過(guò)感應(yīng)天線電路來(lái)接收天線信號(hào),從所述天線信號(hào)提取第一周期信號(hào),通過(guò)具有接收所述第一周期信號(hào)的同步輸入的同步振蕩器來(lái)產(chǎn)生第二周期信號(hào),所述振蕩器具有設(shè)置為與第一周期信號(hào)同相的同步振蕩模式和自由振蕩模式,以及將第二周期信號(hào)的脈沖施加到天線電路以生成有源負(fù)載調(diào)制磁場(chǎng),其中所述方法進(jìn)一步包括以下步驟在每次將所述第二周期信號(hào)的脈沖施加到所述天線電路之前,將所述振蕩器置于所述同步振蕩模式,以及在將所述第二周期信號(hào)的脈沖施加到所述天線電路過(guò)程期間, 將所述振蕩器置于自由振蕩模式。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述方法包括以下步驟在將所述第二周期信號(hào)的脈沖施加到所述天線電路之后,在將所述振蕩器設(shè)置回同步振蕩模式之前,在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述方法包括以下步驟提供數(shù)據(jù)承載調(diào)制信號(hào),當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)具有第一邏輯值時(shí),將所述第二周期信號(hào)施加到所述天線電路,至少當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)具有所述第一邏輯值時(shí),生成具有掩蔽值的掩蔽信號(hào),以及當(dāng)所述掩蔽信號(hào)具有掩蔽值時(shí), 阻止將所述第一周期信號(hào)施加到所述振蕩器的同步輸入。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述方法包括以下步驟為所述掩蔽信號(hào)的掩蔽值授予比調(diào)制信號(hào)的第一邏輯值的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間,以在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式中。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述方法包括以下步驟使第二周期信號(hào)相對(duì)于天線信號(hào)去相位。
本發(fā)明的實(shí)施方式還涉及一種通過(guò)感應(yīng)耦合的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備,包括感應(yīng)天線電路,其中在交變外部磁場(chǎng)存在時(shí)出現(xiàn)天線信號(hào);用于從天線信號(hào)提取第一周期信號(hào)的裝置;同步振蕩器,具有接收第一周期信號(hào)的同步輸入,提供第二周期信號(hào),所述振蕩器具有設(shè)置為與第一周期信號(hào)同相的同步振蕩模式和自由振蕩模式;以及有源負(fù)載調(diào)制電路,配置為將第二周期信號(hào)的脈沖施加到天線電路并且生成有源負(fù)載調(diào)制磁場(chǎng),其中所述設(shè)備配置為,在每次將所述第二周期信號(hào)的脈沖施加到所述天線電路之前,將所述振蕩器置于所述同步振蕩模式,以及在將所述第二周期信號(hào)的脈沖施加到所述天線電路期間,將所述振蕩器置于自由振蕩模式。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述設(shè)備配置為,在將所述第二周期信號(hào)的脈沖施加到所述天線電路之后,在將所述振蕩器再次設(shè)置為同步振蕩模式之前,在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述設(shè)備配置為,生成或接收承載負(fù)載調(diào)制信號(hào)的數(shù)據(jù);當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)具有第一邏輯值時(shí),將所述第二周期信號(hào)施加到所述天線電路;至少當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)具有所述第一邏輯值時(shí),生成具有掩蔽值的掩蔽信號(hào);以及當(dāng)所述掩蔽信號(hào)具有掩蔽值時(shí),阻止將所述第一周期信號(hào)施加到所述振蕩器的同步輸入。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述設(shè)備配置為,為所述掩蔽信號(hào)的掩蔽值授予比調(diào)制信號(hào)的第一邏輯值的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間,以在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式中。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述同步振蕩器是具有由振蕩器的組件所確定的其自身的自動(dòng)振蕩頻率的非穩(wěn)態(tài)振蕩器類型。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述同步振蕩器是數(shù)字類型的并且配置為,在同步振蕩模式, 在輸出上重新復(fù)制在所述同步輸入上施加的周期信號(hào)的周期,以及在自由振蕩模式,在輸出上重構(gòu)在同步振蕩模式期間的同步輸入上接收的頻率。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,其中所述同步振蕩器包括鎖相環(huán),包括提供相位信號(hào)的相位比較器,接收相位信號(hào)且提供控制電壓的有源低通濾波器,接收控制電壓且提供第二周期信號(hào)的壓控振蕩器,以及用于在切換到自由振蕩模式期間阻止相位比較器以及用于在壓控振蕩器的輸出處保持控制電壓的值的裝置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述設(shè)備配置為包括使第二周期信號(hào)相對(duì)于天線信號(hào)去相位的裝置。本發(fā)明的實(shí)施方式還涉及一種設(shè)備,包括根據(jù)上面介紹的實(shí)施方式中的一個(gè)所述的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備,以及至少一個(gè)提供發(fā)射到設(shè)備的數(shù)據(jù)的主處理器根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式,所述設(shè)備安裝在便攜式支持之中或之上。本發(fā)明的實(shí)施方式還涉及一種芯片卡,包括至少一個(gè)處理器以及根據(jù)上述實(shí)施方式中的一個(gè)所述的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備。
下面將結(jié)合附圖以非限制性的方式來(lái)介紹根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的實(shí)施方式, 其中圖1示出了根據(jù)包括同步振蕩器的本發(fā)明的NFC數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備;
圖2A到2D示出了在通過(guò)有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)射期間在運(yùn)行圖1的設(shè)備時(shí)所使用的信號(hào);圖3A到3D示出了在通過(guò)有源負(fù)載調(diào)制進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)射期間在運(yùn)行圖1的設(shè)備時(shí)所使用的其它信號(hào);圖4示出了圖1的設(shè)備所使用第一周期信號(hào)和第二周期信號(hào)之間的相位誤差;圖5示出了同步振蕩器的第一實(shí)施方式實(shí)例;圖6示出了同步振蕩器的第二實(shí)施方式實(shí)例;圖7A示出了在數(shù)據(jù)接收和發(fā)射期間圖1的設(shè)備的天線信號(hào)的形式,以及圖7B到 7E示出了與天線信號(hào)相關(guān)的信號(hào);圖8示出了部分的圖1設(shè)備的實(shí)施方式改變;圖9示出了圖1的設(shè)備另一實(shí)施方式改變;圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的包括數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備的便攜式設(shè)備的實(shí)例;圖IlAUlB是根據(jù)本發(fā)明的包括數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備的便攜式設(shè)備的另一實(shí)例的頂部和底部視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的通過(guò)感應(yīng)耦合運(yùn)行的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備ND1,包括接觸通信接口電路ICT,轉(zhuǎn)向載波頻率的天線電路ACT,包括天線線圈ACl并且可以可選地包括各種其它組件,例如電容和/或電感,耦合到解碼電路DCCT的解調(diào)電路DMCT,通過(guò)天線電路接收數(shù)據(jù)DTr,耦合到解調(diào)電路MCT的編碼電路CCT,通過(guò)天線電路發(fā)射數(shù)據(jù)DTx,時(shí)鐘電路CKCT,以及同步振蕩器SO。接觸通信接口電路ICT允許設(shè)備NDl連接到至少一個(gè)主處理器HPl。主處理器HPl 提供數(shù)據(jù)DTx并且接收數(shù)據(jù)DTr。數(shù)據(jù)DTx/DTr通常是NFC應(yīng)用NFC的應(yīng)用數(shù)據(jù)(事務(wù)處理、支付、信息交換等)。在一種變形中,設(shè)備NDl可以是自動(dòng)的并且包括被配置為管理非接觸應(yīng)用的內(nèi)部處理器。內(nèi)部處理器因此管理其自己的數(shù)據(jù)DTx和處理數(shù)據(jù)DTr。時(shí)鐘電路CKCT以及解調(diào)電路DMCF接收在天線電路ACT中存在的天線信號(hào)AS。例如,由放大器Al從天線電路提取天線信號(hào)AS,所述放大器Al的增益受自動(dòng)增益控制電路 AGC的控制。在由NFC讀取器類型的外部設(shè)備EDV所發(fā)射的交變外部磁場(chǎng)FLDl存在時(shí)天線信號(hào)AS出現(xiàn),所述外部設(shè)備裝備有天線線圈AC2并且在有源模式中運(yùn)行(連續(xù)地發(fā)射磁場(chǎng))。磁場(chǎng)FLDl例如在13. 56MHz的載波頻率處振蕩(標(biāo)準(zhǔn)ISO 14443,ISO 13693,索尼 Felica )。時(shí)鐘電路CKCT提供外部時(shí)鐘信號(hào)CKe,或“第一周期信號(hào)”,它的頻率通常等于載波頻率,即在之前引用的標(biāo)準(zhǔn)的框架中的13.56MHz。在一個(gè)實(shí)施方式中,當(dāng)檢測(cè)到場(chǎng)FLD2 時(shí),電路CKCT還提供具有確定值的信號(hào)DET,例如1。信號(hào)DET形成載波檢測(cè)信號(hào),其在設(shè)備NDl的某些實(shí)施方式中可能是有用的。同步振蕩器SO接收外部時(shí)鐘信號(hào)CKe,并提供內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKs,或“第二周期信號(hào)”。振蕩器SO具有同步振蕩模式,其中信號(hào)CKs的相位設(shè)置在信號(hào)CKe的相位上,以及自由振蕩模式,其中信號(hào)CKs不再設(shè)置為與信號(hào)CKe同相。為將數(shù)據(jù)DTr發(fā)送到設(shè)備NDl,外部設(shè)備EDV通過(guò)數(shù)據(jù)承載解調(diào)信號(hào)MS (DTr)將解調(diào)(例如幅度解調(diào))施加到磁場(chǎng)FLD1。信號(hào)MS(DTr)在天線信號(hào)AS中回波并且因此在抑制載波后由解調(diào)電路DMCT來(lái)提取。電路DMCT將調(diào)制信號(hào)MS(DTr)提供給電路DCCT,其解碼數(shù)據(jù)DTr并且將其提供給通信接口電路ICT或設(shè)備NDl的內(nèi)部處理器(如果后者裝備了這樣的處理器)。將發(fā)送到外部設(shè)備EDV的數(shù)據(jù)DTx提供給編碼電路CCT,其提供數(shù)據(jù)承載解調(diào)信號(hào) MS(DTx)給調(diào)制電路MCT??梢岳脧妮d波頻率導(dǎo)出的子載波(例如848kHz (ISO 1443)的子載波或424kHz(IS0 15693)的子載波)來(lái)調(diào)制上述調(diào)制信號(hào)MS (DTx),或簡(jiǎn)單地在基帶中編碼而不用子載波(索尼Felica )。為生成子載波,電路mct接收由同步振蕩器所提供的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKs。此處,調(diào)制電路MCT是實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)人在專利EP 1327222 (US 7,098,770B2)介紹的方法的有源負(fù)載調(diào)制電路。電路MCT向天線電路ACT提供有源負(fù)載調(diào)制信號(hào)Slm,其包括由非調(diào)制周期所分隔的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKs的脈沖(波序),其中信號(hào)Slm具有默認(rèn)值,例如0。 此處,調(diào)制電路MCT包括接收信號(hào)CKs和MS (DTx)并且提供信號(hào)Slm的AND類型的邏輯門 G2,以及將門G2的輸出和信號(hào)Slm的施加點(diǎn)連接到天線電路ACT的放大器A2。此處,當(dāng)信號(hào)MS (DTx)等于0時(shí),信號(hào)Slm等于0,以及當(dāng)信號(hào)MS (DTx)等于1時(shí)重新復(fù)制信號(hào)CKs。因此,當(dāng)信號(hào)MS(DTx)等于1時(shí),天線電路ACT接收信號(hào)CKs的脈沖并且天線線圈ACl發(fā)射相應(yīng)的磁場(chǎng)FLD2的脈沖。通過(guò)外部設(shè)備EDV將磁場(chǎng)FLD2的脈沖檢測(cè)為無(wú)源負(fù)載調(diào)制。這樣隨后因此可以從其自己的天線信號(hào)提取信號(hào)MS(DTx)以由此推斷由設(shè)備NDl所發(fā)送的數(shù)據(jù)DTx。同步振蕩器SO包括振蕩器電路OSCl,其包括連接到掩蔽電路Gl (此處為AND門) 的輸出端的同步輸入。門Gl在其輸入端接收外部時(shí)鐘信號(hào)CKe以及掩蔽信號(hào)MSK。通過(guò)掩蔽生成器MG從調(diào)制信號(hào)MS (DTx)提供信號(hào)MSK。信號(hào)MSK具有掩蔽值,此處為0,以及透明值,此處為1。當(dāng)振蕩器電路OSCl未基于其同步輸入進(jìn)行掩蔽(MSK= 1)時(shí),振蕩器電路基于外部時(shí)鐘信號(hào)CKe來(lái)同步其自己,以及當(dāng)掩蔽了信號(hào)CKe時(shí)(MSK = 1)運(yùn)行在自由振蕩模式。在一個(gè)實(shí)施方式中,僅當(dāng)調(diào)制信號(hào)MS (DTX)具有與磁場(chǎng)FLD2的脈沖的發(fā)射所對(duì)應(yīng)的值(此處為1)時(shí),掩蔽信號(hào)具有掩蔽值(MSK = 0),并且另外具有透明值(MSK = 1)。在這種情況下,僅在磁場(chǎng)的脈沖的發(fā)射過(guò)程中,振蕩器電路OSCl運(yùn)行在自由振蕩模式。在一個(gè)實(shí)施方式中,在磁場(chǎng)FLD2的脈沖的發(fā)射期間,掩蔽信號(hào)具有掩蔽值,并且在跟隨脈沖發(fā)射的時(shí)間的補(bǔ)充失效期間將掩蔽值保持在這個(gè)值,以向天線信號(hào)AS提供穩(wěn)定時(shí)間。圖2A到2D示出了這個(gè)實(shí)施方式。圖2A示出了信號(hào)CKs,圖2B示出了信號(hào)MS (DTx), 圖2C示出了信號(hào)MSK,以及圖2D示出了由信號(hào)CKs的脈沖組成的信號(hào)Sim。為了簡(jiǎn)化附圖的原因,信號(hào)CKs的頻率不按比例,并且信號(hào)MS(DTs)示為由常量持續(xù)時(shí)間間隔Tp’所分隔的常量持續(xù)時(shí)間Tp的邏輯值1的峰值組成。實(shí)際上,信號(hào)MS(DTx)可以根據(jù)發(fā)射DTx的數(shù)據(jù)具有施加到數(shù)據(jù)DTx的編碼的任意其它形式,以及生成其的方式(特別是具有或不具有子載波)。
圖2D示出了當(dāng)調(diào)制信號(hào)MS (DTx)等于1 (可以提供相反的慣例)時(shí)施加到天線電路的持續(xù)時(shí)間為Tp的信號(hào)CKs的脈沖。圖2C示出了當(dāng)信號(hào)MS(DTx)等于1時(shí)將信號(hào)MSK 設(shè)置為0,以及在大于Tp但是小于Tp+Tp’的時(shí)間Tm期間保持為0。振蕩器電路處于同步振蕩模式的重新同步周期的持續(xù)時(shí)間(圖2C中表示為Tsyn),因此等于Tp+Tp’ -Tm。圖3A到3D更為精確地示出了磁場(chǎng)FLD2的兩個(gè)脈沖的發(fā)射之間信號(hào)CKs相對(duì)于信號(hào)CKe的重新同步機(jī)制。圖3A示出了信號(hào)MSK并且與圖2C相同。圖示出了信號(hào)CKe, 圖3C示出了振蕩器電路OSCl的內(nèi)部振蕩信號(hào)CKi,以及圖3D示出了信號(hào)CKs。信號(hào)CKi 和CKs頻率相同并且僅是它們的幅度不同,將信號(hào)CKs的幅度采用邏輯級(jí)1或0。圖;3B示出了外部時(shí)鐘信號(hào)CKe具有在自由振蕩周期期間可能波動(dòng)的相位。實(shí)際上,在這些周期期間,將內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKs射入到天線電路中并且在由外部磁場(chǎng)FLDl感應(yīng)的信號(hào)上重疊。盡管信號(hào)CKs以較足夠好的精度與外部時(shí)鐘信號(hào)CKe同步,感應(yīng)信號(hào)和射入信號(hào)之間的去相位可能足以導(dǎo)致使天線信號(hào)無(wú)法提供可靠?jī)?nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKe的相位波動(dòng)。 然而,圖3C和3D示出了由于持續(xù)時(shí)間Tsyn的頻率重新同步周期(由標(biāo)記Pl所示)在自由振蕩周期(由標(biāo)記P2表示)基本上保持穩(wěn)定的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKs的相位。圖4示出了由于信號(hào)MSK將再次變?yōu)榈扔?,在信號(hào)CKs將會(huì)與信號(hào)CKe重新同步的時(shí)刻,在信號(hào)CKs和信號(hào)CKe之間的最大去相位Dtmax (由臨時(shí)移位來(lái)表示)。Dtmax的值依賴于根據(jù)期望的應(yīng)用所選擇的振蕩器電路OSCl的精確度。例如,可以設(shè)想信號(hào)CKe的周期的1/4的最大去相位。借助于每次發(fā)射磁場(chǎng)FLD2的脈沖前的期間中的重新同步,振蕩器電路OSCl具有保證在數(shù)據(jù)幀DTx整個(gè)持續(xù)時(shí)間上周期的1/4最大去相位的極端精確度不是必要的。將所需的精確度按照數(shù)據(jù)DTx的比特的比例,以及更為精確地按照磁場(chǎng)的脈沖的持續(xù)時(shí)間的比例,基于所使用的代碼其可以僅代表部分比特DTx ( 二進(jìn)制數(shù)據(jù)可以被編碼為磁場(chǎng)的多個(gè)脈沖)??梢蕴峁└鞣N類型的振蕩器電路以構(gòu)成同步振蕩器OS。作為一個(gè)實(shí)例,圖5示出了包括不穩(wěn)定多頻振蕩器類型(也被稱為不穩(wěn)定振蕩器)的振蕩器核心的振蕩器電路 OSCll0這個(gè)振蕩器核心包括兩個(gè)自感L1、L2,電容Cl,兩個(gè)MOS類型的晶體管T1、T2,以及電流源CG1。電感Ll連接在將接收電壓Vcc的供應(yīng)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)m之間。電感L2連接在電壓Vcc供應(yīng)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)N2之間。電容Cl連接在節(jié)點(diǎn)Ni、N2之間。晶體管Tl將其源極 S連接到節(jié)點(diǎn)Ni,其漏極D通過(guò)電流源CGl的中介連接到地,并且其柵極G連接到節(jié)點(diǎn)N2。 晶體管T2將其源極S連接到節(jié)點(diǎn)N2,其漏極D通過(guò)電流源CGl的中介連接到地,并且其柵極G連接到節(jié)點(diǎn)m。此外,通過(guò)三極管T3的基極B形成正振蕩器電路OSCll的同步輸入,三極管T3的發(fā)射極E連接到地并且三極管T3的集電極C連接到節(jié)點(diǎn)m。通過(guò)提供信號(hào)CKs的反相器門 Tl來(lái)形成振蕩器電路的輸出,其輸入連接到節(jié)點(diǎn)N1,在節(jié)點(diǎn)m上存在內(nèi)部振蕩信號(hào)CKi。當(dāng)將信號(hào)CKe施加到晶體管T3的基極B (MSK = 1)時(shí),節(jié)點(diǎn)附上的信號(hào)CKi的相位受到信號(hào)CKe的影響。振蕩器電路的核心不再作為非穩(wěn)定振蕩器而是作為單穩(wěn)態(tài)振蕩
ο當(dāng)信號(hào)MSK等于0時(shí),晶體管T3不再導(dǎo)通并且振蕩器電路的核心運(yùn)行在非穩(wěn)態(tài)振蕩器模式并且在自動(dòng)振蕩頻率上自由地振蕩。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇電感L1、L2和電容Cl,將所
9述頻率設(shè)置為盡可能接近信號(hào)CKe的頻率(在之前引用的步驟的框架中為13. 56MHz)。在一個(gè)實(shí)施方式的變形中,振蕩器電路OSCl可以是數(shù)字類型的并且配置為在同步振蕩模式中分析和存儲(chǔ)在同步輸入上接收的信號(hào)CKe的頻率,并且在其自己的輸出上重新復(fù)制信號(hào)CKe。當(dāng)振蕩器電路切換到自由振蕩模式,其從該存儲(chǔ)值重構(gòu)信號(hào)CKs。如另一實(shí)現(xiàn)的實(shí)例,圖6示出了包括鎖相環(huán)的振蕩器電路0SC12。電路0SC12包括異或O(OR)類型的門G10,以及有源低通濾波器FT1、壓控振蕩器VC0、跟隨電路SCT、以及 AND類型的門Gil。VCO提供內(nèi)部振蕩信號(hào)CKi。將其施加到電路SCT,其輸出端提供內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKs。內(nèi)部振蕩信號(hào)CKi還被通過(guò)門Gll的中介發(fā)送回門GlO的輸入端,其接收另一輸入信號(hào)MSK。門GlO的另一輸入端形成電路0SC12的同步輸入端并且連接到門Gl的輸出端,當(dāng)信號(hào)MSK等于1時(shí)其提供外部時(shí)鐘信號(hào)CKe。門GlO形成相位比較器并且通過(guò)有源低通濾波器FTl的中介將其輸出發(fā)送到VCO的控制輸入端。當(dāng)信號(hào)MSK等于1時(shí),門Gll導(dǎo)通,門GlO接收信號(hào)CKi和信號(hào)CKe并且提供相位差信號(hào)。在低通濾波后,所述差別信號(hào)形成VCO的閾值電壓。因此,信號(hào)CKi受控與信號(hào) CKe同相。當(dāng)信號(hào)MSK到達(dá)0時(shí),門Gl和Gll的輸出為0。將門GlO的輸出強(qiáng)制為0。裝置允許VCO在其輸入上保持閾值電壓,其在信號(hào)MSK變?yōu)?之前接收所述閾值電壓。這些裝置包括,例如,在有源低通濾波器FTl中安排的電壓源,例如電荷泵。因此,VCO繼續(xù)提供信號(hào)CKI并且保持信號(hào)CKi的相位接近信號(hào)CKe的相位。圖7A到7E示意性示出了數(shù)據(jù)接收DTr序列(圖的左側(cè)部分)以及數(shù)據(jù)發(fā)射DTx 序列(圖的右側(cè)部分)。圖7A示出了天線信號(hào)AS的形式。圖7B示出了電路DMCT從天線信號(hào)AS提取的調(diào)制信號(hào)MS(DTr)。圖7C示出了包括信號(hào)CKs的脈沖的有源負(fù)載調(diào)制信號(hào)Sim。圖7D示出了調(diào)制信號(hào)MS (DTx),以及圖7E示出了信號(hào)CKs。此處,信號(hào)AS是全波整流交變信號(hào),其是接收模式中磁場(chǎng)FLDl的影像。然而,天線電路ACT的實(shí)施方式可以包括天線信號(hào)的整流二極管。在這種情況下,其是半交變信號(hào)。在接收數(shù)據(jù)DTr期間,外部設(shè)備EDV(參見圖1)以依賴于所選通信協(xié)議的調(diào)制深度來(lái)調(diào)制磁場(chǎng)FLDl的幅度,并且天線信號(hào)AS具有類似的幅度調(diào)制??梢詤^(qū)分天線信號(hào)的幅度最大的非調(diào)制匪周期和天線信號(hào)的幅度最小的調(diào)制周期AM。實(shí)際上,信號(hào)AS的電壓最大值和電壓最小值依賴于外部設(shè)備EDV和設(shè)備NDl之間的距離。在發(fā)射數(shù)據(jù)DTx期間,天線信號(hào)AS還具有非調(diào)制周期匪,其中其幅度與數(shù)據(jù)接收過(guò)程中的非調(diào)制周期期間所觀察的幅度相等。天線信號(hào)的幅度僅依賴于由外部設(shè)備EDV所發(fā)射的磁場(chǎng)FLDl以及兩個(gè)設(shè)備之間的距離。信號(hào)AS還在發(fā)送磁場(chǎng)FLD2的脈沖期間具有過(guò)電壓周期ALM。實(shí)際上,信號(hào)CKs被射入到天線電路中并且在由外部磁場(chǎng)FLDl所感應(yīng)的信號(hào)上重疊。天線信號(hào)因此包括感應(yīng)組件和射入組件。對(duì)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯清楚的是,根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備NDl容許各種實(shí)施方式。特別地,除了已經(jīng)介紹的有源負(fù)載調(diào)制裝置外,調(diào)制電路MCT可以包括,傳統(tǒng)無(wú)源負(fù)載調(diào)制裝置,例如連接到天線電路ACT的負(fù)載調(diào)制中斷器。在實(shí)施方式的變形中,將信號(hào)MSK施加到增益控制電路AGC,其被配置為將放大器 A2的輸出強(qiáng)制為0。在這種情況下,可能不需要阻止將信號(hào)CKe施加到振蕩器電路OSCl的同步輸入,這樣后者在信號(hào)CKe變?yōu)?時(shí)自動(dòng)地切換到自由振蕩模式。
設(shè)備NDl還可以包括從天線信號(hào)提取供應(yīng)電壓的裝置,例如跟隨有平滑電容的整流器電路,以允許設(shè)備NDl運(yùn)行在缺少本地電源的純無(wú)源模式。在圖8所示的實(shí)施方式中,設(shè)備m還包括振蕩器0SC2,其不與外部時(shí)鐘信號(hào)CKe 同步,例如石英振蕩器。振蕩器0SC2提供允許設(shè)備DVl運(yùn)行在NFC讀取器模式以與無(wú)源非接觸集成電路對(duì)話或與無(wú)源模式中配置的類似設(shè)備對(duì)話的時(shí)鐘信號(hào)CK2。在這種情況下,同步振蕩器電路OSCl可以繼續(xù)用于提供內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)CKs。通過(guò)為無(wú)源模式提供優(yōu)先級(jí),可以通過(guò)上述信號(hào)DET來(lái)作出施加到電路OSCl的同步輸入的時(shí)鐘信號(hào)CKe或CK2的選擇。仍然參見圖8,添加兩個(gè)門G3和G4并且將門Gl修改為具有三個(gè)輸入。門G3是具有三個(gè)輸入的AND門,三個(gè)輸入中的一個(gè)是反相器。門G4是雙輸入OR門。門G3在其兩個(gè)非反向輸入上接收信號(hào)CK2和信號(hào)MSK,并且在其反向輸入上接收信號(hào)DET。門Gl在其輸入上接收信號(hào)CK2、DET以及CKe。將門Gl和G3的輸出施加到門G4,其輸出被連接到振蕩器電路OSCl的同步輸入。當(dāng)信號(hào)DET等于1 (存在外部磁場(chǎng)FLD1),將門G3的輸出強(qiáng)制為 0并且設(shè)備按上述方式運(yùn)行在無(wú)源模式中。當(dāng)信號(hào)DET等于0時(shí),將門Gl的輸出強(qiáng)制為0 并且通過(guò)電路MG將那個(gè)信號(hào)MSK強(qiáng)制為0。將時(shí)鐘信號(hào)CK2施加到振蕩器電路OSCl的輸入,用于磁場(chǎng)FLDl的持續(xù)發(fā)射??梢孕薷慕邮招盘?hào)CKs和MS(DTx)以及提供信號(hào)Slm的門 G2的結(jié)構(gòu),使得其確保利用小于100%的可調(diào)整調(diào)制深度來(lái)調(diào)制信號(hào)CKs,特別地如果設(shè)備必須符合步驟ISO 14443A和1443B。在圖9示出的實(shí)施方式實(shí)例中,設(shè)備NDl包括去相位器(Cbphaser)DPHt5所述去相位器例如是被安排在放大器Al的輸出端。去相位器DPH將去相位Dp施加到天線信號(hào)AS并且提供去相位的天線信號(hào)AS’到時(shí)鐘電路CKCT和解調(diào)制電路DMCF。在構(gòu)思去相位器DPH 期間可以確定和設(shè)置去相位DPH??商鎿Q地,通過(guò)施加到去相位器的命令PHC來(lái)動(dòng)態(tài)地確定去相位Dp,其指定去相位Dp的值,例如在0和360°之間。去相位器DPH允許設(shè)備NDl發(fā)射相對(duì)于外部磁場(chǎng)FLDl具有去相位Dp的磁場(chǎng)FLD2 的脈沖。這樣允許,例如,在通信距離不會(huì)超過(guò)特定限制(例如,為了安全原因)的特定應(yīng)用中,降低通信距離以在上述限制之下。本實(shí)施方式示出了通過(guò)同步振蕩器SO的信號(hào)CKs的相位控制允許磁場(chǎng)FLD2和磁場(chǎng)FLDl之間的僅僅大于零的相位差。通過(guò)同步振蕩器的信號(hào)CKs的相位控制還可以允許控制磁場(chǎng)FLD2相對(duì)于磁場(chǎng)FLDl的主動(dòng)去同步,而所有將兩個(gè)磁場(chǎng)間的去相位Dp保持在盡
可能是常量的值。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備NDl還容許各種應(yīng)用。在圖10示出的應(yīng)用實(shí)例中,設(shè)備NDl被集成到便攜式設(shè)備HDl中并且被連接到一個(gè)或多個(gè)主處理器,此處為將設(shè)備HDl用作非接觸通信接口(NFC接口)的兩個(gè)主處理器HP1、HP2。便攜式設(shè)備HDl例如是電話、數(shù)字音樂(lè)播放器、或個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。處理器HPl可以是設(shè)備的主要處理器, 或安全處理器,例如SIM卡處理器。處理器HP2可以例如是移動(dòng)電話的基帶處理器,也執(zhí)行 GSM信道通信。在圖IlAUlB中示出的另一應(yīng)用實(shí)例中,設(shè)備NDl連接到主處理器HPl并且整體被集成到塑性支持CD以形成芯片卡HD2。天線線圈ACl例如是具有一個(gè)或多個(gè)線圈的共面天線線圈。在其背面(圖11B),卡HD2裝備有一組接觸CP??℉D2可以例如形成SIM-NFC 卡。在這種情況下,該組接觸可以包括根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 7816的接觸Cl到C8。卡HD2還可以形成SD類型的卡,旨在插入到任意類型的設(shè)備(移動(dòng)電話、個(gè)人電腦、...中作為NFC通信接口。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)感應(yīng)耦合來(lái)發(fā)射數(shù)據(jù)的方法,包括以下步驟在交變外部磁場(chǎng)(FLDl)存在時(shí),通過(guò)感應(yīng)天線電路(ACT,ACl)來(lái)接收天線信號(hào)(AS, AS,);從所述天線信號(hào)(AS,AS’ )提取第一周期信號(hào)(CKe);通過(guò)具有接收所述第一周期信號(hào)(CKe)的同步輸入的同步振蕩器(S0,0SC1)來(lái)產(chǎn)生第二周期信號(hào)(CKs),所述振蕩器具有設(shè)置為與第一周期信號(hào)同相的同步振蕩模式和自由振蕩模式,以及將第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到天線電路以生成有源負(fù)載調(diào)制磁場(chǎng)(FLD2), 其特征在于,其包括以下步驟在每次將所述第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到所述天線電路之前,將所述振蕩器置于所述同步振蕩模式,以及在將所述第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到所述天線電路期間,將所述振蕩器置于自由振蕩模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,包括以下步驟在將所述第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到所述天線電路之后,在將所述振蕩器設(shè)置回同步振蕩模式之前,在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的一項(xiàng)所述的方法,包括以下步驟 提供數(shù)據(jù)承載調(diào)制信號(hào)(MS(DTx));當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)(MS(DTx))具有第一邏輯值時(shí),將所述第二周期信號(hào)(CKs)施加到所述天線電路;至少當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)(MS(DTx))具有所述第一邏輯值時(shí),生成具有掩蔽值的掩蔽信號(hào);以及當(dāng)所述掩蔽信號(hào)具有掩蔽值時(shí),阻止將所述第一周期信號(hào)(CKe)施加到所述振蕩器 (SO, 0SC1)的同步輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3中的一項(xiàng)所述的方法,包括以下步驟為所述掩蔽信號(hào)的掩蔽值授予比調(diào)制信號(hào)(MS(DTx))的第一邏輯值的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間,以在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的一個(gè)所述的方法,包括以下步驟使第二周期信號(hào)(CKs)相對(duì)于天線信號(hào)(AS)去相位。
6.一種通過(guò)感應(yīng)耦合的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備(NDl),包括感應(yīng)天線電路(ACT),其中在交變外部磁場(chǎng)(FLDl)存在時(shí)出現(xiàn)天線信號(hào)(AS,AS’ ); 用于從天線信號(hào)(AS,AS’ )提取第一周期信號(hào)(CKe)的裝置(CKCT); 同步振蕩器(S0,0SC1),具有接收第一周期信號(hào)(CKe)的同步輸入,提供第二周期信號(hào) (CKs),所述振蕩器具有設(shè)置為與第一周期信號(hào)同相的同步振蕩模式和自由振蕩模式;有源負(fù)載調(diào)制電路(MCT),配置為將第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到天線電路并且生成有源負(fù)載調(diào)制磁場(chǎng)(FLD2), 其特征在于,所述設(shè)備配置為在每次將所述第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到所述天線電路之前,將所述振蕩器置于所述同步振蕩模式,以及在將所述第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到所述天線電路期間,將所述振蕩器置于自由振蕩模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備,配置為,在將所述第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到所述天線電路之后,在將所述振蕩器再次設(shè)置為同步振蕩模式之前,在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7中的一項(xiàng)所述的設(shè)備,配置為 生成或接收數(shù)據(jù)承載負(fù)載調(diào)制信號(hào)(MS(DTx));當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)(MS(DTx))具有第一邏輯值時(shí),將所述第二周期信號(hào)(CKs)施加到所述天線電路;至少當(dāng)所述調(diào)制信號(hào)具有所述第一邏輯值時(shí),生成具有掩蔽值的掩蔽信號(hào);以及當(dāng)所述掩蔽信號(hào)具有掩蔽值時(shí),阻止將所述第一周期信號(hào)(CKe)施加到所述振蕩器 (SO, 0SC1)的同步輸入。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中的一項(xiàng)所述的設(shè)備,配置為,為所述掩蔽信號(hào)(MSK)的掩蔽值授予比調(diào)制信號(hào)(MS(DTx))的第一邏輯值的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間,以在所述天線信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間期間將所述振蕩器保持在所述自由振蕩模式中。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中的一項(xiàng)所述的設(shè)備,其中所述同步振蕩器(SO,OSCl,OSCl1) 是具有由振蕩器的組件(Li,L2,Cl)所確定的其自身的自動(dòng)振蕩頻率的非穩(wěn)態(tài)振蕩器類型。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至9中的一項(xiàng)所述的設(shè)備,其中所述同步振蕩器(SO,0SC1)是數(shù)字類型的并且配置為,在同步振蕩模式,在輸出上重新復(fù)制在所述同步輸入上施加的周期信號(hào)(CKe)的周期,以及在自由振蕩模式,在輸出上重構(gòu)在同步振蕩模式期間在同步輸入上接收的頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至9中的一項(xiàng)所述的設(shè)備,其中所述同步振蕩器(S0,0SC1,0SC12) 包括鎖相環(huán),包括提供相位信號(hào)的相位比較器(GlO); 接收相位信號(hào)且提供控制電壓的有源低通濾波器(FTl); 接收控制電壓且提供第二周期信號(hào)(CKi,CKs)的壓控振蕩器(VCO);以及用于在切換到自由振蕩模式期間阻止相位比較器(GlO)以及用于在壓控振蕩器(VCO) 的輸入處保持控制電壓的值的裝置(FTl)。
13.根據(jù)權(quán)利要求6到12中的一個(gè)所述的設(shè)備,包括使第二周期信號(hào)(CKs)相對(duì)于天線信號(hào)(AS)去相位的裝置(DPH)。
14.一種設(shè)備(HDl,HD2),包括根據(jù)權(quán)利要求6至13中的一個(gè)所述的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備(HDl),以及提供向所述設(shè)備發(fā)射(DTx)的數(shù)據(jù)的至少一個(gè)主處理器(HP1,HP2)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備,安裝在便攜式支持(CD)之中或之上。
16.一種芯片卡(HD2),包括至少一個(gè)處理器(HP1,HP2)以及根據(jù)權(quán)利要求6至13中的一個(gè)的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備(NDl)。
全文摘要
公開一種通過(guò)感應(yīng)耦合的有源負(fù)載調(diào)制的方法和設(shè)備。通過(guò)感應(yīng)耦合的數(shù)據(jù)發(fā)射/接收設(shè)備(ND1),包括天線信號(hào)(AS,AS’)出現(xiàn)的感應(yīng)天線電路(ACT);用于從天線信號(hào)(AS,AS’)提取第一周期信號(hào)(CKe)的裝置(CKCT);同步振蕩器(SO),接收第一周期信號(hào)(CKe)并且提供第二周期信號(hào)(CKs);以及有源負(fù)載調(diào)制電路(MCT),配置為將第二周期信號(hào)(CKs)的脈沖施加到天線電路。所述設(shè)備配置為在每次將所述第二周期信號(hào)的脈沖施加到所述天線電路之前,將所述振蕩器置于所述同步振蕩模式;然后將所述振蕩器置于自由振蕩模式。
文檔編號(hào)G06K7/00GK102411698SQ20111028087
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者B·查拉特, F·佩爾尼塞克 申請(qǐng)人:英賽瑟庫(kù)爾公司