专利名称：自适应均衡器和/或天线调谐的制作方法
技术领域：
本发明涉及自适应均衡器和/或天线调谐。
背景技术：
按照ISO 18092、ISO 14443和ETSI配置的近场通信(NFC)器件允许基于RF技术的两个器件之间的双向通信。这些器件可以具有不同操作模式，包括:标签模拟模式、NFC对等模式和/或阅读器/记录器模式。接近式耦合器件(PCD)包括发射电磁场的电路，电磁场通过电感/磁耦合来为接近式集成电路卡(PICC)(例如，标签或发射机)供电。P⑶的天线包括发射磁场的电感器Lp其中磁场用于为(无源)PICC供电和在经由互感M发射期间携带数据。为了使PCD发射机能效高，天线电感器可以与电容式网络(；相结合，使得天线是谐振器的一部分。为了使从P⑶至(通常没有电池的)PICC的功率传递高效并且为了使PCD自身的能效高，PCD天线谐振器可以被调谐至在发射中使用的载波频率。电阻器艮可以提供阻尼，以增大发射带宽。这个电阻器两端的电压也可以用于检测由PICC(典型地，使用负载调制)发射的信号。基于电感耦合射频识别技术的应用已经从简单存在性检测发展到更高级的应用，比如电子护照和客票、非接触式智能卡和移动电话中的NFC通信。这种发展伴随着增大的数据速率的要求，导致最近建议修改IS0/IEC 14443 (接近式耦合)标准，以支持若干M比特/秒的数据速率。将增大的数据速率与高能效天线结构相结合是一项挑战性的任务。
发明内容
各种示例实施例涉及无线传输电路和方法中的预均衡，并且涉及解决包括本文所讨论的那些挑战的多种挑战。根据本公开的示例实施例，提供了一种自适应预均衡器的数字实现，其能够为了获得与发射数据的传递函数相关的反馈的附加目的而再使用PCD中用于接收数据的接收机结构。可以在使均衡适应于传递函数的过程中使用这个反馈。连续地调节简单有限脉冲响应(FIR)滤波器的系数，以创建总频率无关采样传递函数，从而在未知和变化信道条件下使符号间干扰(ISI)预均衡。根据本公开的其它实施例，发射设备使用天线进行无线通信。设备具有发射电路，被配置和布置为使用天线与远程设备之间的发生在无线介质中的磁耦合来发射第一无线信号。发射设备的接收机电路被配置和布置为接收第二无线信号，其中，第二无线信号来自天线且代表了被无线介质中发生的耦合所修改的第一无线信号。设备的误差电路被配置和布置为通过将第一无线信号与第二无线信号相比较来产生误差信号。设备的均衡器电路被配置和布置为利用通过响应于误差信号而调整均衡来补偿ISI的编码对第一无线信号进行预编码。根据本公开的各种实施例，双向无线通信设备包括发射路径和接收路径。发射路径具有均衡器电路，被配置和布置为利用补偿由误差信号代表的ISI的编码对第一数字数据进行预编码。发射路径中的数模转换器电路被配置和布置为根据预编码的第一数字数据产生模拟发射信号。发射路径还包括上变频电路，被配置和布置为通过将载波频率分量调制为基带发射信号来产生通带信号。发射路径的放大器电路被配置和布置为向天线提供通带信号的放大版本。接收路径包括下变频电路，被配置和布置为通过解调通带信号来产生模拟基带接收信号。接收路径的模数转换器电路被配置和布置为根据模拟接收信号产生第二数字数据。接收路径的误差电路被配置和布置为通过将第一数字数据与第二数字数据相比较来产生误差信号。本公开的附加方面涉及一种方法，包括:使用发射电路，通过使用天线与远程设备之间的发生在无线介质中的磁耦合来发射第一无线信号。接收机电路用于接收第二无线信号，其中，第二无线信号来自天线且代表了被发生在无线介质中的耦合所修改的第一无线信号。误差电路用于通过将第一无线信号与第二无线信号相比较来产生误差信号。均衡器电路于是用于利用通过补偿误差信号来补偿ISI干扰的编码对第一无线信号进行预编码。误差信号还可以用于驱动自适应调谐电路，其再次调谐发射机天线。
以上讨论并非旨在描述本公开的每个实施例或每种实现。附图和以下描述也举例说明了各种实施例。通过结合附图考虑以下详细描述，可以更完整地理解各种示例实施例，其中:图1描述了根据本公开实施例的自适应环的框图；图2描述了根据本公开实施例的包括接收机硬件和预均衡器块的PCD的框图；图3描述了根据本公开实施例的单抽头FIR均衡器电路的框图；图4描述了根据本公开实施例的带载波抑制电路的电路的框图；图5描述了根据本公开实施例的包括谐振频率可调的天线电路的设备的框图；图6描述了根据本公开实施例的包括接收机硬件、预均衡器块和可调谐谐振频率电路的PCD的框图；图7描述了根据本公开实施例的带调谐输出的自适应预均衡器的框图；图8描述了根据本公开实施例的带调谐输出和增益单元的自适应预均衡器的框图；以及图9描述了根据本公开实施例的带调谐输出、半双工乘法器和增益单元的自适应预均衡器的框图。
具体实施例方式尽管本公开可以修改为多种修改和备选形式，但是已经在附图中以示例的方式示出了本公开的细节，并且将对其进行详细描述。然而，应该理解，目的不是将本公开限于所描述的特定实施例。相反，本公开将覆盖落入本发明范围(包括权利要求中限定的各方面)内的所有的修改、等同物以及备选。应认为，本公开可以应用于用于和/或涉及无线设备中的预均衡和/或自适应调谐的多种不同类型的电路、设备和系统。尽管本公开不必限于该上下文，但是可以通过相关示例的讨论来认识本公开的各个方面。
根据本公开的各个示例实施例，提供了一种在近场通信(NFC)中使用的无线通信设备。设备包括发射电路，被配置和布置为使用天线与远程设备之间的磁耦合来发射无线信号。发射器件的接收机电路被配置和布置为从天线接收无线信号。这个接收的无线信号代表了被无线介质中的传输所修改的发射的无线信号。设备的误差电路被配置和布置为通过将第一无线信号与第二无线信号相比较来产生误差信号。设备的均衡器电路被配置和布置为利用通过根据误差信号调节发射信号来补偿符号间干扰的编码对发射数据进行预编码。本公开的实施例涉及使用(发射前的)预均衡来减少符号间干扰，其中，预均衡利用了与用于发射预均衡数据的同一天线相连的接收机电路路径。已经意识到，发射天线可以用于精确地确定收敛到期望传递函数上的预均衡编码。这允许连续适配预均衡的传递函数。这种自适应性对于对抗以IM比特/秒或者更高速率工作的近场通信(NFC)应用中的符号间干扰(ISI)特别有用。本公开的多方面认识到，通过将谐振器的阻尼保持最小来获得高能效(因为阻尼与能量损失等价)，这在(移动)NFC应用中尤其重要。然而，至少部分地由于高ISI，低阻尼还意味着低发射带宽。增大符号速率，例如增大各个ISO 14443修改建议中的数据速率，将导致数据带宽增大，并且还将由于天线谐振器而导致ISI增大。因此，对于更高数据速率而言，满足ISI需求变得更有挑战性。这些更高数据速率可以包括但不限于数据速率在IM比特/秒以上的系统。可以通过增大天线阻尼而减少ISI。然而，这种阻尼可能会降低功率效率。因此，本公开的实施例涉及使用一定的均衡来减少ISI。一般而言，可以在发射之前(预均衡)、接收之后(后均衡)、或者发射之前和接收之后进行均衡。在从PCD向PICC发射数据的情况下，本公开的多个方面认识到，后均衡具有多种缺点，例如，需要(无源)PICC的附加处理功率。此外，典型地，Picc从磁场获取其功率的事实导致数据信号的非线性失真，从而使后均衡处理更加困难。因此，本公开的实施例被设计为使用发射信号的PCD预均衡，以改善接收信号质量。由于预先不完全了解需要补偿的信道，使得预均衡复杂化。这是由于PICC经由未知互感M对天线谐振器特性产生的影响，该影响还取决于变化的PICC位置和未知值Lc。此夕卜，可能例如由于参数扩展而使得预先不完全了解P⑶谐振器自身的特性(包括其谐振频率)。令人吃惊的是，在高数据速率的情况下，即使PCD谐振频率上的很小的误调节(即使是I %的量级)，都将会导致严重的ISI效应。因此，本公开的实施例涉及一种预均衡器，其能够不断地使其传递函数适应信道，以有效地对抗ISI。为了实现自适应预均衡器，使用反馈将发射信号(包括ISI)与需要的(无ISI的)发射符号相比较。因为一些发射机(例如，P⑶)已经包括用于从Picc读取信息的接收链，所以接收机电路硬件可以再用于提供这种反馈。图1描述了根据本公开实施例的自适应环的框图。尽管不必限于这种表示法，但是由两个数据信号Xi和Xq来表示发射的数字符号。这两个符号的使用符合可能使用复杂信令的各种信令模式。例如，能够在极高数据速率IS014443修改所建议的相移键控(PSK)模式下使用复杂信令。自适应(数字)预均衡器102被配置为调节数据符号，以补偿期望传递函数H (z) 106与实际信道传递函数G (z) 104之差。实际传递函数G (z) 104产生结果数据信号Ii和y,，使用加法器/比较器块108和110将yi和yq与期望传递函数106的输出相比较。块108和110产生误差信号ei和e9。使用与用于发射两个数据信号Xi和Xq的同一天线相连的数据读取路径获取结果数据信号。自适应(数字)预均衡器102被配置和布置为根据F(Z)对数据信号进行自适应的预编码，使得数据信号Ji和y,收敛到与期望传递函数106相对应的数据信号。本文将讨论根据这种预均衡器的示例实施例的附加细节。在PCD系统中，发射天线谐振器作用于HF(上变频)信号，从而限制了其带宽。为了设计一种对抗这种谐振器的影响的均衡器，可能有用的是使用基带等价系统的概念，其中，在上变频之前通过影响信号的基带滤波器对谐振器对数据信号的影响进行建模。然后，将天线看作不会影响信号频谱的理想元件。因为天线滤波可以看作是发生在基带中，所以也可以在基带中实现用于抵消天线滤波的均衡处理。因此，图1描述了数字预均衡滤波器可以如何抑制由天线谐振器引起的滤波以及如何消除ISI。PCD的严格时间离散基带等价传递函数的建模已经示出了可以使用单极点时间离散传递函数来对谐振器进行建模。因此，本公开的实施例涉及一种数字预均衡器的实现，其反转这个传递函数，以抵消发射磁场中的ISI。例如，为了反转基带等价传递函数中存在的单极点，引入单个零点。这可以使用单抽头FIR滤波器来完成。在发射磁场中引入PICC将由于耦合电感器对(由互感M表示)而使事情复杂化。所示出的这种I禹合可以造成天线谐振器所引起的复极点对(complex pole pair)的偏移。在使用固定系数的基于FIR的预均衡器的上下文中，因为所引入的零点不再位于基带极点的顶部，所以该偏移意味着将不会完全消除ISI。因此，根据本文讨论的自适应解决方案，零点位置被连续更新，以匹配极点位置。本公开的多个方面意识到，PICC天线在P⑶传递函数中引入了新复极点对。这个第二复极点对可以具有小得多的关联时间常数，因而在本公开的特定实施例中，可以被忽略。备选地，可以通过在FIR滤波器中引入第二抽头(因而在FIR传递函数中引入了第二零点)来补偿第二极点对。图2描述了根据本公开实施例的包括接收机硬件和预均衡器部件的PCD的框图。所述框图包括发射路径和接收路径。发射路径示为包括元件204-208，而接收路径示为包括元件210-214。特定实施例允许接收路径还用于其它功能，比如从外部设备接收数据并且对数据进行解码。其它实施例仅将接收路径用于预均衡器的反馈。数据信号Xi和Xq表示要发射的数字符号。自适应(数字)预均衡器202被配置为调节数据符号，以补偿期望传递函数H(z)216与实际信道传递函数G(Z)之差，其中，实际信道传递函数G(Z)包括天线Lr和Lc之间存在的互感M的影响。“期望传递”函数表示系统被设计来要收敛到的无ISI传递函数。发射电路包括(笛卡尔)上变频器206，其通过添加载波频率分量来产生通带信号。上变频器206将从数模转换(DAC)块204接收的模拟信号上变频为高频(HF)信号。本公开的备选实施例认识到，DAC 204可以直接产生RF(调制)信号，而无需额外的上变频电路/步骤。因此，DAC 204可以在数字域中进行上变频。在这些实施例中，DAC 204被配置和布置为通过向模拟发射信号添加载波频率分量来产生通带信号，以及有效地，上变频器206是DAC 204的部件。
功率放大器208放大上变频信号,且向天线L提供该放大信号。功率放大器的输出电阻不为电阻器Ra。接收机电路根据从天线k接收的信号产生数据信号和y,。已经根据信道传递函数G(Z)修改了这个接收信号。接收机电路包括(笛卡尔)下变频器210和模数转换块212。使用求和器/比较器块214将模数转换块212的输出与期望传递函数216的输出相比较。求和器/比较器块214产生误差信号ei和e9。图2中描述的接收机电路不包括载波抑制；然而，本公开不限于此。本公开的多种实施例意欲使用将在下文中更详细讨论的载波抑制。还应注意，DAC、ADC和数字块自身所使用的采样频率1/T可以是符号频率的若干(整数)倍。根据时间离散基带等价模型，可以使用单极点离散传递函数G(Z)来对ri/q和yi/q之间的完整收发链(DAC、上变频器、功率放大器、天线、下变频器和ADC)进行建模(设ri和rq是复信号r的实部和虚部):
权利要求
1.一种使用天线进行无线通信的设备，所述设备包括: 发射电路，被配置和布置为使用天线与远程设备之间的在无线介质中发生的磁耦合来发射第一无线信号； 接收机电路，被配置和布置为接收第二无线信号，第二无线信号来自天线且代表了被无线介质中发生的耦合修改的第一无线信号； 误差电路，被配置和布置为通过将第一无线信号与第二无线信号相比较来产生误差信号；以及 均衡器电路，被配置和布置为利用通过补偿误差信号来补偿符号间干扰的编码来对第一无线信号进行预编码。
2.如权利要求1所述的设备，其中，发射电路被还配置和布置为根据工作在至少IM比特/秒数据速度下的近场通信协议，格式化第一无线信号。
3.如权利要求1所述的设备，其中，发射电路还被配置和布置为产生在相移键控PSK协议中使用的两个数据信号Xi和X,。
4.如权利要求1所述的设备，还包括有限脉冲响应FIR滤波器，被配置和布置为根据误差信号产生复系数，其中，产生复系数以使得从预编码和无线介质中发生的耦合产生频率无关传递函数。
5.如权利要求1所述的设备，还包括有限脉冲响应FIR滤波器，被配置为在FIR滤波器的传递函数中包括两个零点。
6.如权利要求1所述的设备，还包括传递函数电路，被配置和布置为根据期望传递函数修改第一数据信号，其中，误差电路被配置和布置为将修改的第一数据信号与第二无线信号相比较。
7.如权利要求6所述的设备，还包括高通滤波器，被配置和布置为抑制第二无线信号中的载波信号，其中，传递函数电路还被配置和布置为在期望传递函数中包括高通滤波器的模型。
8.如权利要求1所述的设备，其中，发射电路还被配置和布置为根据以至少1.695M符号/秒的符号速率在至少6.78M比特/秒的数据速率下进行工作的近场通信协议来格式化第一无线信号。
9.如权利要求1所述的设备，还包括调谐电路，被配置和布置为响应于误差信号调整天线的谐振频率。
10.如权利要求9所述的设备，其中，调谐电路被配置和布置为通过改变与天线相连的电容式负载的值来调整天线的谐振频率。
11.如权利要求9所述的设备，其中，调谐电路包括变容二极管和一组可切换电容器中的一项。
12.如权利要求9所述的设备，其中，调谐电路被配置和布置为计算误差信号的虚分量W2, q的积分，使用积分的结果来控制调谐电容器的值，从而强制虚分量W2, q收敛到零。
13.—种双向无线通信设备，包括: 发射路径,包括 均衡器电路，被配置和布置为利用补偿符号间干扰的编码来对第一数字数据进行预编码，所述符号间干扰由误差信号来表不;数模转换器电路，被配置和布置为根据预编码的第一数字数据产生模拟发射信号；上变频电路，被配置和布置为通过将载波频率分量添加到模拟发射信号中来产生通带信号；以及 放大器电路，被配置和布置为向天线提供通带信号的放大版本；以及 接收路径,包括 下变频电路，被配置和布置为通过从通带信号去除载波频率分量来产生模拟接收信号; 模数转换器电路，被配置和布置为根据模拟接收信号产生第二数字数据；以及 误差电路，被配置和布置为通过将第一数字数据与第二数字数据相比较来产生误差信号。
14.如权利要求13所述的设备，其中，数模转换器电路包括上变频电路，数模转换器电路还被配置和布置为在数字域中添加载波频率分量。
15.如权利要求13所述的设备，其中，模数转换器电路包括下变频电路，模数转换器电路还被配置和布置为在数字域中去除载波频率分量。
16.如权利要求13所述的设备，其中，发射路径还被配置和布置为根据以至少IM比特/秒的数据速度工作的近场通信协议来格式化第一数字数据。
17.如权利要求13所述的设备，还包括调谐电路，被配置和布置为响应于误差信号，调整天线的谐振频率。
18.一种方法，包括: 使用发射电路，通过使用天线与远程设备之间的在无线介质中发生的磁耦合来发射第一无线信号； 使用接收机电路接收第二无线信号，其中，第二无线信号来自天线且代表了被发生在无线介质中的耦合所修改的第一无线信号； 使用误差电路，通过将第一无线信号与第二无线信号相比较来产生误差信号；以及使用均衡器电路利用通过补偿误差信号来补偿符号间干扰的编码来对第一无线信号进行预编码。
19.如权利要求18所 述的方法，还包括以下步骤:使用调谐电路响应于误差信号来调整天线的谐振频率。
全文摘要
为了多种应用而实现均衡电路和方法。根据一个这种应用，发射设备使用天线进行无线通信。设备具有发射电路，被配置和布置为使用天线与远程设备之间的发生在无线介质中的磁耦合来发射第一无线信号。发射设备的接收电路被配置和布置为接收第二无线信号，第二无线信号来自天线且代表了被无线介质中发生的耦合所修改的第一无线信号。设备的误差电路被配置和布置为通过将第一无线信号与第二无线信号相比较来产生误差信号。设备的均衡器电路被配置和布置为利用通过补偿误差信号来补偿符号间干扰的编码来对第一无线信号进行预编码。
文档编号H04B1/40GK103078657SQ20121032574
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月5日 优先权日2011年9月9日
发明者雷默克·科内利斯·荷曼·贝克, 马西莫·恰奇 申请人:Nxp股份有限公司