专利名称：在一系列场强上的支持 nfc 的装置中的变化负载调制的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及近场通信(NFC)装置及其操作和应用。更具体地，本发明涉及用于测量NFC读取器场的强度并调整标签读取器的负载调制的方法和设备。
背景技术：
近场通信(NFC)包括装置间非接触的或无线的通信，其中这些装置在空间上仅分隔一小段距离并在第一装置生成的场和第二装置的天线之间进行耦合。在一种操作模式中，当第二装置调制其天线端间的阻抗且对耦合场的影响被第一装置检测到时，信息被从第二装置通信至第一装置。由于对场的可检测的影响是由调制天线端间的阻抗引起的，这种通信方案被称为负载调制。仅在很短的距离上无线通信的能力为与电子装置、产品和系统的安全个人交互提供了一系列的框架。真正地，个人应用已经超越与电脑交互的呆板模式而变为其中计算和通信硬件是真正的个人项目、且高度地移动化并融入现代的生活方式中的这种模型。与这种强大的个人计算和通信装置的使用模式相一致，“移动(on-the-go)”计算和通信的许多应用已被、并正在被开发出来。这样的移动应用的一类包括装置之间的NFC。诸如与商店、银行、火车、公交等进行财务交易的应用可通过两个装置的近场耦合进行来交换财务和/或个人信息。应理解，在第一和第二 NFC装置的交互中，其中装置中的至少一个被人移动进近场耦合范围，这样的装置的相对位置可能在一次使用和下一次使用时存在不同。由于缺少位置上的严格统一，耦合场强度将发生变化。通过负载调制通信的传统的NFC装置无法应对不一致的场强，无论是由于对准变化或其他的原因导致的不一致。需要用于在一系列标签读取器场强上支持NFC的装置(NFC-enabled device)中的变化负载调制的方法和设备。
发明内容
(I) 一种操作通信装置的方法，包括:在所述通信装置处选择第一负载调制负载；由所述通信装置确定耦合至所述通信装置的场的场强；如果所述场强大于阈值，则在所述通信装置处选择第二负载调制负载。(2)根据(I)所述的方法，其中，所述通信装置是支持NFC的装置。(3)根据(I)所述的方法，其中，所述场是NFC读取器场。(4)根据(I)所述的方法，所述第一负载调制负载和所述第二负载调制负载均包括一个或多个晶体管。(5)根据(I)所述的方法，进一步包括:利用所述第一负载调制负载来对所述场进行负载调制。(6)根据(5)所述的方法，进一步包括:利用所述第二负载调制负载来对所述场进行负载调制。(7)根据(6)所述的方法，其中，利用所述第一和所述第二负载的负载调制同时进行。(8) 一种操作通信装置的方法，包括:生成指示标签读取器场的场强的信号；将所述信号至少与第一阈值进行比较，并产生比较结果信号；以及，至少部分地基于所述比较结果信号来产生负载调制负载。(9)根据(8)所述的方法，其中，所述负载调制负载具有当所述第一阈值被超过时减少的阻抗值。(10) 一种操作支持NFC的装置的方法，包括:提供第一负载调制负载和第二负载调制负载；生成指示所述支持NFC的装置所耦合的场的强度是否大于预定阈值的信号；如果所述场的强度不大于所述预定阈值，则选择所述第一负载调制负载；以及，如果所述场的强度大于所述预定阈值，则选择所述第二负载调制负载；其中，所述第二负载调制负载具有比所述第一负载调制负载低的阻抗。(11)一种支持NFC的装置，包括:天线；负载调制负载子电路，耦合至所述天线；以及，负载调制负载控制器，耦合至所述天线和所述负载调制负载子电路；其中，所述负载调制负载控制器向所述负载调制负载子电路提供一个或多个控制信号；并且，其中，所述负载调制负载子电路响应于所述一个或多个控制信号而提供预定负载阻抗。(12 )根据(11)所述的支持NFC的装置，其中，所述负载调制负载控制器包括耦合至所述天线的分流调节器。(13)根据(11)所述的支持NFC的装置，其中，所述预定负载阻抗在所述支持NFC的装置检测到读取器场强小于阈值时包括第一阻抗，并且在检测到的读取器场强大于所述阈值时包括第二阻抗。(14)根据(13)所述的支持NFC的装置，其中，所述第一阻抗大于所述第二阻抗。(15)根据(11)所述的支持NFC的装置，负载调制负载子电路在第一天线端和第二天线端之间包括两个或更多电通路。(16)—种近场通信装置，包括:负载调制负载子电路，用于提供至少两种预定负载调制负载阻抗；其中，由所述负载调制负载子电路提供的负载调制负载阻抗取决于被传输的数据以及耦合至所述近场通信装置的读取器场强的大小。(17)根据(16)所述的近场通信装置，其中，所述负载调制负载子电路包括至少两个能够独立切换的电路径。(18)—种近场通信装置，包括:负载调制负载子电路，用于提供持续变化的负载调制负载阻抗；其中，由所述负载调制负载子电路提供的负载调制负载阻抗取决于被传输的数据以及耦合至所述近场通信装置的场强的大小。( 19)根据(18)所述的近场通信装置，其中，所述负载调制负载子电路的阻抗通过模拟信号设定，所述模拟信号源自数据被传输之前被采样并保持的所述场强的测量值。(20 )根据(18 )所述的近场通信装置，其中，所述场强是读取器场强。
参照
本发明的实施方式。在图中，相同的参考标号表示相同的或功能相似的元件。此外，参考标号最左边的数字标识该参考标号首次出现的图。图1是示出根据本发明的近场通信(NFC)环境的框图。图2是高阶框图，示出适于至少部分基于标签天线所耦合的读取器场的强度来改变负载调制负载的硬件结构。图3是图2中所示的负载调制控制块206的高阶电路框图。图4是适于本发明实施方式使用的分流调节器(shunt regulator)的简化示意图。图5是示例性可变负载调制的负载的高阶框图，该负载具有由传输数据直接控制的第一部分和至少部分地由耦合至标签天线的读取器场的强度控制的第二部分。图6是示例性可变负载调制的负载的示意图，该负载包括双极型晶体管，每个都与表示预定阻抗的一个或多个组件串联。图7是示例性可变负载调制负载的示意图，该负载包括在标签天线的天线端之间漏极到源极并联耦合的一对FET。图8是示例性可变负载调制的负载的示意图，该负载包括在标签天线的天线端之间的两个并联通路，其中两个并联通路中的至少一个包括彼此串联耦合的两个或更多个FET。图9是示例性可变负载调制的负载的示意图，该负载包括标签天线的天线端之间的多个并联通路，其中，通路中的第一个由传输数据直接控制，且多个通路中的其他通路中的至少两个的阻抗取决于耦合至标签天线的读取器场的强度。图10是根据本发明的用于可变负载调制的负载的示例性控制子电路的示意图。图11是根据本发明的处理的流程图。
具体实施例方式总的来说，本发明的实施方式使用场强测量信号来控制负载调制的程度，以便当读取器信号强时，低阻抗负载调制器可被使用以改善读取器的所见信号。在较弱的场中，较高的阻抗负载调制器可被使用以确保读取器时钟可以被标签或标签仿真器恢复。以这种方式，与传统NFC通信装置相比，由各种NFC通信规范、标签或标签仿真器加在NFC通信装置上的要求可以在更广的操作范围上被保持。下面详细的说明引用本发明的示例性实施方式的附图。详细说明中对“一种例证性实施方式”、“示例性实施方式”、“例证性实施方式”等的引用，表明引用的实施方式可包括具体的特征、结构或特性，但每个例证性实施方式可不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定关于同一例证性实施方式。进一步地，当特定的特征、结构或特性被结合例证性实施方式被说明时，无论是否被明确地说明，本领域技术人员可结合其他例证性实施方式影响这样的特征、结构或特性。本文所说明的例证性实施方式以示例性目的被提出，并无限制。其他例证性实施方式是可行的，而可在本发明的精神和范围内对例证性实施方式做出修改。因此，详细说明并不意为限制本发明。而且，本发明的范围仅根据附加的权利要求及其等同物被定义。例证性实施方式的详细的说明将如此全面的揭示本发明的总体性质以至于其他人可在不脱离本发明精神和范围的前提下，无需过度实验地，通过应用本领域技术知识来容易地修改和/或为各个应用调整这样的例证性实施方式。因此，这样的调整和修改应是在根据本文提出的教导和引导的例证性实施方式的含义和多个等同物范围内的。应理解，本文的措辞或术语是以说明为目的的并无限制，以便本说明书的措辞和术语可被本领域技术人员根据本文的教导所理解。尽管本发明的描述关于NFC方面进行描述，但本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明可被应用至使用近场和/或远场的其他通信。例如，尽管使用支持NFC的装置描述本发明，本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明精神和范围的前提下，这些支持NFC的装置的功能可被应用至使用近场和/或远场的其他通信装置。术语如本文所用，措辞“近场通信器”指至少包括提供NFC标签和NFC标签读取器机能的资源的产品。这样的产品有时可被称为支持NFC的装置。术语芯片、裸片、集成电路、半导体装置和微电子装置，在电子设备领域中常常被交替使用。本发明可应用于如本领域中通常理解那样的以上全部。关于芯片，通常经由物理、电力地导电连接来在其和其他电路元件之间耦合电力、地和多种信号。这样的连接点可被称为输入、输出、输入/输出(I/o)、端、线、管脚、焊点、端口、接口或相似的变体和组合。尽管芯片之中和之间的连接一般通过电导体进行，但本领域技术人员应理解，芯片和其他电路元件可以可选地通过光的、机械的、磁的、静电的和电磁的接口进行耦合。缩写FET指场效应晶体管。术语“gate (栅或门)”是上下文关联的，并当说明集成电路时可以以两种方式被使用。如本文所用，当被用在逻辑门的上下文中时，门指用于实现任意逻辑功能的电路。当被用在晶体管电路配置的上下文中时，栅指三端FET的绝缘栅端。措辞“栅端”一般可以与措辞“栅极”替换，且这两个均可被用于表示三端FET的绝缘栅端。尽管当考虑到半导体本体时FET可被视为四端，但为了说明本发明示例性实施方式，将使用传统的栅-漏-源三端模型说明FET。源/漏端指FET的端，在向栅端施加电压所产生的垂直电场的作用下，由于半导体表面的反转，在电场的作用下在源端和漏端之间发生导通。总体来说，源和漏被构成为使其几何对称。对于几何对称的源和漏端，通常简单地将这些端表示为源/漏端，且本文使用这种命名方式。设计者常常基于当FET在电路中工作时施加至该端的电压指定具体的源/漏端为“源”或“漏”。术语“变容二极管”指电压可变电容器。通过非限制性的示例，电压可变电容器可被诸如二极管、FET和MEMS装置形成。由于二极管正极和负极之间的结电容与在二极管结间施加的反向偏置的幅度有关，电压可变电容器可以由二极管形成。类似地，FET可被用作电压可变电容器。公知的是，FET的栅端和半导体本体之间的电容与施加在栅端的电压和所施加的电压对耗尽区深度的影响相关。即，在沟道反转之后FET栅电容达到最高，而当栅下的耗尽区达到其最大深度时FET栅电容达到最低。MEMS装置也可被用作电压可变电容器。MEMS变容二极管一般通过在所施加电压的控制下变化两个电容器板之间的距离进行工作。措辞“负载调制” 一般指通过修改耦合至由第一装置生成的场的天线或线圈间的阻抗来调制该场。如本文结合NFC装置所用，负载调制指一个处理，通过该处理NFC标签修改NFC读取器场以使读取器可以从被修改场中提取数据。一般，标签通过在其耦合至读取器场期间调制标签天线间的阻抗，即负载，来修改读取器场。负载的调制根据标签正在通信至读取器的数据进行。读取器装置检测该数据相关的负载调制并从被调制的读取器场中提取数据。术语“智能卡”指具有嵌入其中的集成电路的诸如信用卡大小的塑料的物理基板。一般，智能卡被用于财务交易或对已锁设备的安全访问。有源智能卡包括诸如电池的嵌入式电源。无源智能卡需要从外部源被供应电力。在一些例子中，外部源是激励场(energization field),从其中无源智能卡收获执行其期望功能所需的能源。可NFC的智能卡与其他装置以非接触、或无线的方式通信。示例性近场通信环境图1是示出根据本发明的近场通信(NFC)环境的框图。NFC环境100提供了充分接近彼此的第一 NFC装置102与第二 NFC装置104之间的信息的无线通信。信息可包括将被第一 NFC装置102和/或第二 NFC装置104执行的一个或多个指令、将被传输至第一 NFC装置102和/或第二 NFC装置104的来自一个或多个数据存储装置的数据、或其任意组合。数据存储装置可包括一个或多个非接触发送应答器、一个或多个非接触标签、一个或多个非接触智能卡、任何其他机器可读介质、或其任意组合。其他机器可读介质可包括非瞬态存储介质，如但不限于，例如随机存取存储器(RAM)的易失性存储器、例如只读存储器(ROM)的非易失性存储器、闪存、磁盘存储介质以及光存储介质。再其他机器可读介质可包括电的、光的、声音的或其他形式的传播信号，如载波、红外信号、以及数字信号，以提供示例。制造技术和数字化结构的改进导致之前不可能或无法实际实现的多种产品和产品种类的产生。近场通信(NFC)电路、系统和应用领域中出现的发展使新的产品和产品种类成为可能。含有近场通信能力的产品有时被称为可NFC的(NFC-enabled)。例如移动电话、智能卡、密钥链、安全访问卡、平板电脑、或具有NFC能力的其他电子产品被称为可NFC的。近场通信使数据可以在短距离上从第一支持NFC的装置通信至第二支持NFC的装置。尽管对短距离范围的严格的定义在领域内并未达成，但用于NFC的短距离一般被认为是少于4cm或在所选通信频率的一个波长之内，该频率一般是13.56MHz。一般的NFC配置包括一对装置，其中第一装置作为目标或“标签”来响应通信，在第一装置近场耦合距离内的第二装置作为“读取器”来发起通信。在本发明的各个实施方式中，第一装置可配备用作标签和读取器这两者工作的电路系统，通常被称为通信器。包括NFC标签电路系统以及用于其它机能的电路系统的电子产品可被称为标签仿真器，或具有在“标签仿真模式”中工作的能力。类似地，包括NFC读取器电路系统以及用于其他机能的电路系统的电子产品可被称为读取器仿真器，或具有在“读取器仿真模式”中工作的能力。如将在以下更详细的说明，支持NFC的装置和应用至少在消费者电子和工业产品中具有实用性。结合下面的示例性实施方式，注意，对计算平台的任何引用意为包括无论其形式因素或输入/输出配置的相似的计算装置和计算机。通过示例，并无限制地，智能手机是一种计算平台。示例性场强相关的负载调制器
图2示出根据本发明的NFC通信装置的负载调制通信部分。与仅具有仅根据传输数据的单个阻抗改变不同，本发明的实施方式提供两个或更多的阻抗改变，所述两个或更多的改变依赖于传输数据和同时检测到的耦合至NFC天线的标签读取器场的强度这两者。更具体地参照图2，电路200被示出为包括标签天线202，其具有第一天线端210和第二天线端212。可变负载调制负载子电路204耦合在天线202的端210、212之间。负载控制子电路206耦合在端210、212之间。传输信号Tx被作为输入耦合至可变负载调制负载子电路204和负载控制子电路206。定时控制信号LoadModeEn被作为输入耦合至负载控制子电路206。在本示例性实施方式中，Tx和LoadModeEn都是数字信号。负载控制子电路206生成数字信号208作为输出，该信号208被作为输入稱合至可变负载调制负载子电路 204。通过响应于信号Tx的状态改变(即调制)调制天线端210、212间的负载，可变负载调制负载子电路204负责标签和标签读取器(未示出)之间的通信。图2所示的组件中的一些或所有可以被(但并不要求被)集成在单个芯片上。在图2的示例性实施方式中，信号Tx控制天线端210、212间负载以第一量改变。当信号208被认定(assert)时，信号Tx控制天线端210、212间的负载以第二量改变。在一些实施方式中，第一和第二量是标定的固定量。在本发明的一般实施方式中，为每一个具体的天线设计均选择一个负载调制负载的默认值。再次地，在一般实施方式中，在其中负载调制负载被改变的通信之后，将为下一次通信重新选择默认负载调制负载。本发明的各个实施方式使用在负载调制负载子电路中的负载阻抗的预定值，其中所选择的负载至少部分地基于与对应的负载调制负载子电路一起使用的具体的天线设计。参照图3，负载控制子电路206的更详细的示意框图包括耦合在天线端210、212之间的分流调节器302。分流调节器302提供输出信号303，该信号代表天线202耦合至的场的强度。参考304提供输出信号305，该信号代表场强值，在该值以上低阻抗负载调制器可以被使用以改善读取器所见信号。参考304可以是固定的或可编程的。在一般的工作方案中，参考304的输出是不变的。在这种标签或标签仿真器被配备两个或更多不同的天线的各个可选的实施方式中，可编程参考304可被用于提供更新的参考值以与不同的天线中的每一个一起使用。在另一种可选中，参考304具有多个固定的参考值以适应两个或更多不同天线中所选的一个或多个。在本实施方式中，参考304将被提供选择信号，该选择信号指示应输出其多个参考值中的哪一个以与分流调节器302的输出信号303作比较。仍关于参考304，在进一步的实施方式中，输出的参考值可至少部分地基于移动通信中的错误率而改变。在更进一步的实施方式中，通信协议栈(一般以软件实现)提供控制信息以使参考304输出的参考值可基于通信协议栈的决定而改变。在一些实施方式中，参考304是可寻址的，而且选择具体输出值的地址被放置于耦合至参考304的参考地址寄存器(未不出)中。在一些实施方式中，参考地址寄存器对于协议栈软件是可访问的并可被协议栈的软件直接地控制。比较器306被耦合以接收分流调节器302的输出信号303和参考304的输出信号305作为输入。比较器306生成输出信号307，该信号当应使用低阻抗负载调制负载时是逻辑1，其他时候为逻辑O。即，当被耦合的读取器场的强度超过了预定值时，那么输出信号307的状态使得低阻抗调制负载被用于与读取器通信。仍参照图3，输出信号307被耦合至D型触发器308的D输入端。在示例性实施方式中，触发器308在工作期间不被复位。不过，在本发明的范围内，可选的实现方法可以在一个或多个的预定时间处或由于一个或多个的预定条件复位触发器308至已知状态。在一些例子中，作为制造过程的一部分，诸如触发器的复位元件辅助电路的测试。如图3所示，触发器308由信号LoadModEn提供时钟。LoadModEn的定时使得触发器308在NFC标签/读取器通信协议中每个响应帧的开始或之前，载入比较器306的输出。换句话说，触发器308是上升沿触发的，而LoadModEn先于每个响应巾贞作出由低到高的一次转变并在该巾贞的末尾返回低状态。当LoadModEn信号为高时，触发器308的输出是稳态的。以这种方式，负载调制负载在标签或标签仿真器与读取器间的数据交换期间不变。触发器308的Q输出端被耦合至逻辑门310的第一输入端。在本示例性实施方式中，逻辑门310是双输入的与门。传输数据Tx被耦合至双输入与门310的第二输入端。与门310的输出是负载调制控制信号208。参考回图2，可见在示例性实施方式中，负载调制控制信号208被耦合至可变负载调制负载204。当负载调制控制信号208被认定时，所耦合的读取器场的强度在预定值以上，天线端210、212之间的低阻抗通路可以被传输数据Tx激活。如上所注明，分流调节器302向比较器306提供输入信号。图4是适于本发明实施方式使用的分流调节器的简化的示意图。标签或标签仿真器、天线202提供差分信号对210、212。FET 404被漏到源地耦合在差分信号对210、212之间，并在工作中响应于调节控制信号303来调整差分恢复通信信号210、212的电力电平，其中调节控制信号303被施加至FET404的栅端。FET 404可被称为分流晶体管。分流晶体管404表示可控制阻抗，当调节控制信号303大于或等于FET的阈值电压时，该可控制阻抗利用差分恢复的通信信号212中的至少一些来分流恢复的通信信号210中的至少一些。本领域技术人员应理解，在实际电路中，FET并不作为“理想”装置工作并且可存在一些小的亚阈值泄漏电流通过FET。这样的亚阈值导通总体上对本文说明的目的来说是无关紧要的并因此不进一步讨论。应进一步理解，可被用于进行上述电力电平调整的任何合适的电路元件或电路元件的组合可被使用在包括分流调节器电路的各个实施方式中。仍参照图4，被共同分流的差分恢复通信信号210、212的量与调节控制信号303的幅度有关。对于更大的调节控制信号303，分流晶体管404将分流更多的差分恢复通信信号210,212这两者。调节控制信号303的幅度随着节点405处电压的升高而增加。节点405处的电压随着从天线202接收的信号的增加而升高。注意，来自分流调节器的信号并不一定是可结合负载调制负载的变化被使用的唯一的信息源。例如，在NFC通信器装置中，即使当标签仿真器被使用时IQ解调器一般不被上电，但原理上IQ解调器也可被用作关于在标签和读取器间耦合的场强的信息的源，并因此可被用于确定负载调制负载的值的改变。图5是示例性可变负载调制的负载的高阶框图，该负载具有由传输数据直接控制的第一部分和至少部分地由耦合至标签天线的读取器场强控制的第二部分。在该可变负载调制负载204的高阶表示中，由传输数据信号Tx4直接控制的第一可切换阻抗502被耦合在天线端210、212之间；由负载调制控制信号208直接控制的第二可切换阻抗504被耦合在天线端210、212之间。以这种方式，当所耦合的读取器场的强度大于预定水平时，可切换阻抗504的并联路径被激活以使传输操作的低阻抗部分成为一个比通过单独激活可切换阻抗502可得到的阻抗更低的阻抗。负载阻抗的一般值是16欧姆或更少，但本发明并不限于负载阻抗的任何具体值。图6是示例性可变负载调制的负载的示意图，该负载包括双极型晶体管，每个都与表示预定阻抗的一个或多个的组件串联。在本可选电路配置中，可变负载调制负载子电路204包括耦合在标签天线的第一侧210与节点603之间的第一双极型晶体管602，和耦合在标签天线的第一侧210和节点607之间的第二双极型晶体管606。可变负载调制负载子电路204进一步包括耦合在节点603和标签天线的第二侧212之间的第一阻抗元件604，和耦合在节点607和标签天线的第二侧212之间的第二阻抗元件608。注意，阻抗元件604、608可具有相同或不同的电特性，并且每个都可以通过一个或多个的有源或无源的电路元件被物理实现。图7是示例性可变负载调制负载子电路的示意图，该子电路包括在标签天线的天线端之间漏到源地并联耦合的一对FET。第一 FET 702响应于数字传输数据信号Tx，在高阻抗状态和低阻抗状态之间切换。第二 FET704响应于数字信号208，在高阻抗状态和低阻抗状态之间切换。当耦合至标签天线的场的强度大于预定值，那么被信号208施加至FET704的栅的电压使得FET 702和704响应于传输数据同时工作。因此，当读取器场是强的时，阻抗的改变相对于只有FET 702切换时更大。然而，当耦合至标签天线的场的强度小于预定值时，那么被信号208施加至FET 704的栅的电压使得其不响应于传输数据而改变。集成电路设计的技术人员将理解，作为导通两个并联的FET以减少负载调制负载的阻抗的可选方案，可以使用单个FET并向栅施加两个不同的电压。在η沟道FET的情况中，栅上更高的电压导致更低的导通电阻。在这样的可选实现方法中，信号208将用于施加更高的栅电压而不是导通第二晶体管。向耦合在天线端之间的FET的栅施加在时间上随传输数据和耦合场强的逻辑组合变化的电压，是一种控制负载调制负载的阻抗的方法。但在FET中，漏电流(IDS)并不具有与漏电压(VDS)的线性关系。这会出现额外的设计复杂度。可选的方法将使用被选择的一组完全导通的FET (即低电阻状态)来将一个或多个电路元件(例如电阻器)耦合入天线引线210、212之间的路径。在天线引线210、212之间的路径中使用电阻器做阻抗控制的实施方式，一般使用具有固定的、不随电压改变的阻值的电阻。在一些实施方式中，电阻器可以是可微调的以使制造者在电阻器形成之后可以调整这些电阻用于具体的应用。众所周知微调(修整)电阻器以修改其阻值有多种微调方法。图8是示例性可变负载调制的负载子电路的示意图，该子电路包括在标签天线的天线端之间的两个并联通路，其中两个并联的通路中的至少一个包括彼此串联耦合的两个或更多的FET。更具体地，可变负载调制负载子电路204具有第一路径，该路径包括漏到源地耦合在天线端210和212之间的FET 802。从FET 802的漏到源的阻抗被数字信号Tx控制，该信号Tx表示传输数据。天线端210和212之间的第二路径包括漏到源地串联耦合的多个FET。第一 FET 804-1被漏到源地耦合在天线端210和节点805-1之间。多个串联耦合的FET中的第二 FET 804-2漏到源地耦合在节点805-1和第n_l节点805-(n_l)之间。第η个FET 804-η漏到源地耦合在节点805-(η-1)和天线端212之间。第二路径中的FET804-1,804-2和804-η的栅中的每一个分别耦合至控制信号808-1、808_2、808_η中的对应的一个，这些控制信号是η位宽的调制负载控制总线808的所有组成成员。第二路径的阻抗取决于多个因素，包括但不一定限于，串联FET的数量、这些FET的物理长度和宽度、FET的阈值电压、FET的子阈值导通特性、和施加至这些FET的栅的电压。仍参照图8，应理解，FET 804-1,804-2和804_η可具有相同或不同的物理宽度和长度；相同或不同的阈值电压；相同或不同的亚阈值导通特性；和分别施加至其对应栅的相同或不同的电压。集成电路设计领域技术人员可容易地选择适于任意具体应用的参数，而无需过度实验。图9是示例性可变负载调制的负载的示意图，该负载包括标签天线的天线端之间的多个并联通路，其中通路中的第一个由传输数据直接控制，而多个通路中的其他通路中的至少两个的阻抗取决于耦合至标签天线的读取器场的强度。在本示例性实施方式中，第一路径包括漏到源地耦合在天线端210和212之间的FET 902。FET 902的从漏到源的阻抗被表示传输数据的数字信号Tx控制。天线端210和212之间的第二路径包括彼此漏到源地并联耦合的多个FET。第一个FET 904-1漏到源地耦合在天线端210和212之间；第二个FET 904-2漏到源地耦合在天线端210和212之间；第η个FET 904-η漏到源地耦合在
天线端210和212之间。FET 904- 1、904_2、......>904-η的栅分别耦合至控制信号908-1、
908-2、和908-η，这些控制信号是η位宽调制负载控制总线908的组成成员。在本配置中，FET可以以任何组合地被打开。FET 904-1、904-2、……、904_η可具有相同或不同的电特性。在可选的配置中，FET 904-1,904-2,......、904_η中的每一个可与固定的或可变
的阻抗元件串联耦合。在这样的可选配置中，阻抗元件可耦合在天线端210与FET的漏之间、FET的源与天线端212之间、或同时耦合在天线端210与FET的漏之间以及FET的源与天线端212之间。在进一步的可选实施方式中，通过电编程的手段，可从两组以上阻抗元件中选择阻抗元件。例如，熔丝和/或反熔丝可被电编程以在上述的两组以上的阻抗元件中进行选择，并将所选择的组永久连接至构成场强相关可变负载调制负载的可切换路径。类似地，可被重新编程的非易失性存储器可被使用于指定两组以上的阻抗元件中的哪一组被选择。注意，负载调制负载(load-modulation load)是一个阻抗值,不需要是纯的电阻性负载。除了其中晶体管和电阻器耦合在天线端210、212之间的上述示例性实施方式之夕卜，诸如但不限于电容器的其他电路元件也可以被换入或换出天线端之间的通路(即负载调制通路)。电容器可以是固定值的电容器或电压可变电容器(变容二极管，varactor)。在另一可选中，当负载调制阻抗将被设为具体标定数值时，默认切换通路被取消选择，可切换通路中的新的一条被激活以用于传输的数据。图10是根据本发明的用于可变负载调制的负载的示例性控制子电路的示意图。场强指示器1002生成指示被耦合的读取器场的强度的输出信号。参考1004提供多个参考值1005-1、1005-2、......、1005-n，其中每一个被分别耦合至比较器1006-1、1006-2、......、1006-n。每个比较器也接收场强指示器1002的输出。在本示例性实施方式中的每个比较器处，当场强指示器大于相应的参考值，比较器输出逻辑I。比较器1006-1、1006-2、……、1006-n的输出在D型触发器1008-1、1008-2、……、1008-n中被锁存。每个D触发器1008-1、
1008-2、......、1008-n的Q输出通过对应的多个双输入与门1010-1、1010-2、......、1010_n
而与传输数据Tx相“与”。以这种方式，阻抗路径中每个FET的工作可被单独地控制。仍参照图10，D触发器1008-1、1008-2、……、1008_n被称为LoadModEn的信号提供时钟。触发器被提供时钟使得在传输开始之前，新的数据被锁存且调制负载控制总线的信号可用。图11是根据本发明的处理的流程图。从标签到读取器传输数据的示例性方法包括:由标签测量(1102)耦合至标签的读取器场的强度；如果所测量的强度低于预定阈值，则通过利用第一负载阻抗的负载调制将数据从标签传输(1104)至读取器；以及如果所测量的强度大于预定阈值，则通过利用第二负载阻抗的负载调制将数据从标签传输(1106)至读取器；其中，第一和第二负载阻抗不同。在本发明的各个实施方式中，标签使用来自被布置在标签天线的端间的分流调节器的信号作为所耦合的读取器场的强度的度量。如果该度量指示所耦合的场的强度大于预定量，那么利用具有低于当耦合场强小于预定量时所使用的负载阻抗的负载阻抗来进行经由负载调制的通信。在本发明的一种实施方式中，操作支持NFC的装置的方法包括:在通信装置处选择第一负载调制负载；由通信装置确定耦合至通信装置的场的场强；如果场强大于阈值，则在通信装置处选择第二负载调制负载。在本发明的另一种实施方式中，操作通信装置的方法包括:生成指示标签读取器场的场强的信号；将信号至少与第一阈值进行比较，并产生比较结果信号；以及至少部分基于比较结果信号，产生负载调制负载。
在更进一步的实施方式中，操作支持NFC的装置的方法包括:提供第一负载调制负载和第二负载调制负载；生成指示支持NFC的装置所耦合的场的强度是否大于预定阈值的信号；如果场的强度不大于预定阈值，则选择第一负载调制负载；如果场的强度大于预定阈值，则选择第二负载调制负载；其中，第二负载调制负载具有比第一负载调制负载更低的阻抗。本领域技术人员将理解，本发明并不限于正逻辑与(versus)负逻辑的使用。类似地，本发明不限于供电电压的任何具体范围。在本发明的一般的实施方式中，用于负载阻抗的改变以生效的转变或置位时间没有具体速度的要求。不过，其必须在LoadModEn被认定与被负载调制的传输开始之间的时间生效。注意，该时间段可被系统设计工程师设定。并且，由于负载调制负载的切换，即设置，是在传输开始之前进行，因此没有由负载切换产生的非期望的边带噪声。在本发明的可选实现方法中，场强和阈值是数字格式的。注意，数字格式对设计者提出多种权衡方面，包括但不限于将一个或多个模拟信号转换为数字信号所增加的电力消耗。在一些实施方式中，使用持续变化的负载调制负载。持续变化的负载调制负载可以随时间改变其阻抗的幅度。不过，即使这在理论意义上是有益的，但在实际中帧的持续时间和标签移动的速度使得传输期间的任何可能的场的改变都很小。
在一些实施方式中，使用持续可变的负载调制负载。持续可变的负载调制负载能够改变至任何值，而不是有限数量的离散值。这就要求实现更多的电路系统，但其具有更接近于给定场强的天线端间阻抗的最优值的优势。在一种示例性实施方式中，近场通信装置，包括用于提供持续可变的负载调制负载阻抗的负载调制负载子电路，其中，负载调制负载子电路提供的负载调制负载阻抗取决于被传输的数据和耦合至近场通信装置的场强的幅度。负载调制负载子电路的阻抗由模拟信号设定，该模拟信号源自在数据被传输之前被采样和保持的场强的测量值。一般地，场强是读取器场的强度。注意，负载调制可通过解谐(de-tuning)进行，并且因此，包括但不限于变容二极管的电压可变组件可被用在天线端之间的负载调制通路中。根据所耦合的读取器场的强度来改变负载调制负载的阻抗可被用于无源和有源标签的通信。只要标签使用负载调制进行通信，根据所耦合的读取器场的强度改变负载阻抗就可以被使用。本发明的实施方式至少在NFC通信装置中具有实用性。众所周知，NFC通信装置被应用在许多应用环境中，如NFC标签、标签仿真器、非接触卡、接近卡、智能电话、平板电脑、密钥链等。注意，根据本发明以基于所耦合的场的强度的方式来改变负载调制负载并不限于任何具体应用环境。即，在其中通过负载调制进行通信的任何应用、装置、系统或环境中可米用本发明。结论应理解，本公开的具体实施方式
部分、而不是摘要，意在被用于解释权利要求。本公开的摘要可能描述本发明的一个或多个、但不是全部的示例性实施方式，并因此不应以任何形式地限制本发明和所附的权利要求。以上借助于示出其具体功能和关系的实现方式的功能结构块描述了本发明。这些功能结构块的边界在本文中是为了描述的方便而被随意规定的，只要其具体的功能和关系被适当地进行，可规定可选的边界。对本领域技术人员明显的是，可在不脱离本发明精神和范围的前提下在其中对形式和细节进行多种改变。因此，本发明不应被上述示例性实施方式中的任何内容所限制，而应仅根据所附权利要求和其等同物被规定。
权利要求
1.一种操作通信装置的方法，包括: 在所述通信装置处选择第一负载调制负载； 由所述通信装置确定耦合至所述通信装置的场的场强； 如果所述场强大于阈值，则在所述通信装置处选择第二负载调制负载。
2.根据权利要求1所述的方法，所述第一负载调制负载和所述第二负载调制负载均包括一个或多个晶体管。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:利用所述第一负载调制负载或所述第二负载调制负载来对所述场进行负载调制，或者， 利用所述第一和所述第二负载的负载调制同时进行。
4.一种操作通信装置的方法，包括: 生成指示标签读取器场的场强的信号； 将所述信号至少与第一阈值进行比较，并产生比较结果信号；以及 至少部分地基于所述比较结果信号来产生负载调制负载。
5.一种操作支持NFC的装置的方法，包括: 提供第一负载调制负载和第二负载调制负载； 生成指示所述支持NFC的装置所耦合的场的强度是否大于预定阈值的信号； 如果所述场的强度不大于所述预定阈值，则选择所述第一负载调制负载；以及 如果所述场的强度大于所述预定阈值，则选择所述第二负载调制负载； 其中，所述第二负载调制负载具有比所述第一负载调制负载低的阻抗。
6.一种支持NFC的装置，包括: 天线； 负载调制负载子电路，耦合至所述天线；以及 负载调制负载控制器，耦合至所述天线和所述负载调制负载子电路； 其中，所述负载调制负载控制器向所述负载调制负载子电路提供一个或多个控制信号；并且 其中，所述负载调制负载子电路响应于所述一个或多个控制信号而提供预定负载阻抗。
7.一种近场通信装置，包括: 负载调制负载子电路，用于提供至少两种预定负载调制负载阻抗； 其中，由所述负载调制负载子电路提供的负载调制负载阻抗取决于被传输的数据以及耦合至所述近场通信装置的读取器场强的大小。
8.根据权利要求7所述的近场通信装置，其中，所述负载调制负载子电路包括至少两个能够独立切换的电路径。
9.一种近场通信装置，包括: 负载调制负载子电路，用于提供持续变化的负载调制负载阻抗； 其中，由所述负载调制负载子电路提供的负载调制负载阻抗取决于被传输的数据以及耦合至所述近场通信装置的场强的大小。
10.根据权利要求9所述的近场通信装置，其中，所述负载调制负载子电路的阻抗通过模拟信号设定，所述模拟信号源自数据被传输之前被采样并保持的所述场强的测量值。
全文摘要
本公开涉及在一系列场强上的支持NFC的装置中的变化负载调制。一种支持NFC的装置，包括在天线端间提供两种或更多负载阻抗可选变化的负载调制通信部。两种或更多可选变化中的至少一种取决于传输数据和同时检测到的、耦合至NFC天线的标签读取器场的强度。
文档编号H04B5/00GK103117775SQ20121035714
公开日2013年5月22日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年9月23日
发明者菲利普·斯图尔特·罗伊斯顿, 博杰科·马霍勒夫, 罗宾·温德哈姆·约翰·威尔逊 申请人:美国博通公司