具有改进的有源负载调制能力的rf装置和方法
【专利摘要】本发明描述了一种利用有源负载调制的RF双向通信装置，所述装置包括：(a)包括天线(326)的谐振电路，以及(b)控制单元(322)，用于控制装置的通信，包括发射模式和接收模式之间的切换，其中控制单元适用于(c)修改谐振电路的配置，使得当装置处于接收模式时所述谐振电路具有第一谐振频率(f0+Δf)，而当装置处于发射模式时谐振电路具有第二谐振频率(f0)，以及(d)修改谐振电路的配置，使得在装置处于发射模式时周期性地修改谐振电路的Q因子。还描述了对应的方法和包括RF装置和读取器/写入器装置的系统。另外，描述了计算机程序和计算机程序产品。
【专利说明】具有改进的有源负载调制能力的RF装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及RF装置领域，具体地涉及使用有源负载调制的短距离或非接触式通信的RF装置。
【背景技术】
[0002]诸如非接触式应答器卡(例如，智能卡、电子护照、票等等)和NFC(近场通信)装置之类的近来的RF装置能够执行与读取器装置的半双工双向通信。因此，这些RF装置能够按照接收模式和发射模式操作。在发射模式中，RF装置可以利用有源负载调制来发射信息或数据。为了优化发射，RF装置的天线电路调谐到读取器装置的载波频率，例如在与ISQ/IEC14443和NFC标准兼容的系统中调谐到13.56MHz。然而，这种天线配置对于接收模式下的使用通常不是理想的，因为读取器调制的形状可能经历不利的影响。类似地，针对接收模式而优化的天线配置对于在发射模式下使用通常不是理想的。
[0003]因此，可能需要一种改进RF装置之间双向通信状况的方法。
【发明内容】
[0004]这种需要通过根据独立权利要求的主题来满足。在从属权利要求中阐述了本发明的有利实施例。
[0005]根据第一方面，提出了一种利用有源负载调制的RF双向通信装置，所述装置包括:(a)包括天线的谐振电路，以及(b)控制单元，用于控制装置的通信，包括发射模式和接收模式之间的切换，其中控制单元适用于(C)修改谐振电路的配置，使得当装置处于接收模式时所述谐振电路具有第一谐振频率，而当装置处于发射模式时谐振电路具有第二谐振频率，以及(d)修改谐振电路的配置，使得在装置处于发射模式时周期性地修改谐振电路的Q因子。
[0006]这一方面是基于这样的思想:针对发射模式和接收模式的任一种来优化谐振电路的谐振频率和Q因子。通过选择第二谐振频率等于相应的读取器/写入器装置的载波频率，可以获得相对较高的Q因子，使得可以高效地进行发射。更具体地，较高的Q因子允许针对边带级别的较大输出功率，从而允许较高的LMA(负载调制幅度)。类似地，通过在接收模式下选择不同的谐振频率，即第一谐振频率，由于较低的Q因子提供较大的带宽，对接收的信号的影响较小，这对于接收是有益的，所以可以优化接收。另外，这一方面是基于这样的思想:当装置处于发射模式时，通过周期性地修改谐振电路的Q因子，可以对抗由较高的Q因子引起的在天线网络处设置电压的较长时间。更具体地，通过在发射期间的调制暂停内周期性地修改Q因子，在较短的时间段内迫使天线电路回到它的空闲状况。
[0007]在本发明上下文中，术语“Q因子”表示“质量因子”，本领域中也简称为“Q”，其表征了谐振电路相对于其谐振频率的带宽。
[0008]在本发明上下文中，术语“修改Q因子”可以具体地表示增加和/或降低Q因子。
[0009]在本发明上下文中，术语“谐振电路的配置”可以具体地表示形成谐振电路的电子部件的物理配置。
[0010]RF双向通信装置可以具体地是非接触式应答器卡或NFC装置。
[0011]控制单元可以包括处理器和加载有控制程序的程序存储器。替代地或者附加地，控制单元可以包括专用硬连线逻辑。在任意情况下，控制单元能够控制装置的各种通信功能。具体地，控制单元可以通过控制相应的开关使得将各种电子部件与谐振电路连接或断开来修改谐振电路的配置，从而改变谐振电路的谐振频率和/或Q因子。开关可以包括在控制单元中，或者开关可以与控制单元相分离。在后一种情况下，开关与控制单元相连，使得控制单元可以通过向每一个开关的控制端子发送相应的控制信号来控制开关的状态。
[0012]根据实施例，谐振电路包括可切换电容性电路，并且控制单元适用于通过选择性地连接和断开可切换电容性电路来修改谐振电路的配置。
[0013]具体地，可切换电容性电路可以包括一个或多个电容器，各电容器可以由控制单元单独地与谐振电路连接或断开。因此，通过改变谐振电路中的电容器的配置，因此可以改变谐振频率。
[0014]根据另外的实施例，控制单元适用于当从接收模式切换到发射模式时连接可切换电容性电路、并且当从发射模式切换到接收模式时断开可切换电容性电路。
[0015]换句话说，在这一实施例中，当装置按照发射模式操作时，可切换电容性电路是谐振电路的一部分，而当装置按照接收模式操作时，可切换电容性电路不是谐振电路的一部分，即从谐振电路断开。
[0016]应该注意的上述内容指的是第一谐振频率大于第二谐振频率的情况。在相反的情况下，即第一谐振频率小于第二谐振频率的情况下，当装置按照接收模式操作时，可切换电容性电路是谐振电路的一部分，而当装置按照发射模式操作时，可切换电容性电路断开。
[0017]根据另外的实施例，第一谐振频率大于或小于第二谐振频率。
[0018]具体地，这可以通过设计可切换电容性电路，使得当可切换电容性电路与谐振电路相连时可切换电容性电路构成与天线并联设置的电容器来实现。在这种情况下，当可切换电容性电路断开时，即当与天线并联设置的总电容减小时，谐振电路的谐振频率将增加。
[0019]根据另外的实施例，谐振电路包括可调电阻性电路，其中控制单元适用于当装置处于发射模式时，按照交替方式调节电阻性电路的电阻。
[0020]可调电阻性电路可以由至少一个电阻器组成，并且设置为影响天线电路的总电阻。
[0021]因此，通过按照交替方式调节可调电阻性电路的电阻，谐振电路的Q因子将在高值和低值之间交替。更具体地，当可调电阻性电路的电阻增加时，Q因子减小；而当可调电容性电路的电阻减小时，Q因子增加。
[0022]因此，可以按照简单且成本有效的方式上述有利效果，即可以对抗由较高的Q因子引起的在天线网络处设置电压的较长时间。具体地，通过在发射期间的调制暂停内减小Q因子，在较短时间段内迫使天线电路回到到它的空闲状况。
[0023]根据另外的实施例，第一谐振频率是14.4075MHz和/或第二谐振频率是13.56MHz ο
[0024]第一和第二谐振频率的这些示范值将允许装置根据符合例如NFC标准的装置操作。应该注意的是依赖于环境可以选择其他频率值。
[0025]根据第二方面，提出了一种在RF装置和读取器/写入器装置之间执行双向通信的方法，所述方法包括:(a)通过配置RF装置的谐振电路具有第一谐振频率来设置RF装置按照接收模式操作，所述谐振电路包括天线，(b)在RF装置处从读取器/写入器装置接收针对发射的请求，(c)通过配置RF装置的谐振电路具有第二谐振频率来设置RF装置按照发射模式操作，以及(d)在按照发射模式操作期间，修改谐振电路的配置，使得周期性地修改RF装置的谐振电路的Q因子。
[0026]本发明的这一方面是基于与第一方面相同的思想，所述思想如上详细讨论并且至少提供相同的优势。
[0027]根据实施例，所述方法还包:在结束发射模式下的操作之后，通过配置RF装置的谐振电路具有第一谐振频率来重新设置RF装置按照接收模式操作。
[0028]因此可以确保RF装置准备好对于来自相同或另一个读取器/写入器装置的用于传输的新请求作出反应。
[0029]优选地，所述方法可以在根据第一方面以及如上所的实施例任一个的装置中实现。
[0030]根据第三方面，提出了一种包括计算机可执行指令的计算机程序，当计算机执行所述计算机可执行指令时使计算机执行根据第三方面的方法的步骤。
[0031]根据第四方面，提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括加载有根据第四方面的计算机程序的计算机可读数据载体。
[0032]本发明的第三和第四方面是基于如上详细描述的第一方面的相同思想。另外，第三和第四方面使得可以只利用必要的最少硬件修改(即修改谐振电路)来在现有RF装置设计中实现本发明。
[0033]根据第五方面，提出了一种执行双向RF通信的系统，所述系统包括(a)读取器/写入器装置，以及(b)根据第一方面或任一个上述实施例的装置。
[0034]同样，第五方面是基于与如上所的第一方面相同的思想。另外，第五方面提出了 RF装置和读取器/写入器装置的匹配对的附加优势。
[0035]应该注意的是已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体地，已经参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而参考设备类型权利要求描述了其他实施例。然而本领域普通技术人员根据上述和以下描述可以获悉:除非另有水命，除了属于一种类型主题的特征组合之外，涉及不同主题的特征的任意组合，具体地方法类型权利要求的特征和设备类型权利要求的特征的组合是本申请文件公开的一部分。
[0036]本发明的上述方面和另外方面根据下文中描述的实施例的示例是清楚的，并且参考实施例的示例进行解释。下文中将参考实施例的示例更加详细地描述本发明，然而本发明不局限于实施例的示例。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1示出了根据实施例的双向通信的示意性总览图。
[0038]图2示出了在如图1所述的双向通信期间发射阶段的更详细的总览图。
[0039]图3示出了根据实施例的RF装置的电路图。
【具体实施方式】
[0040]附图中的说明是示意性的。应该注意的是在不同的图中，向类似或相同的元件提供相同的参考符号或者只在第一位不同的参考符号。
[0041]图1示出了根据实施例的在RF装置和读取器/写入器装置之间示意性总览图100。在这一阶段，将讨论通信的一般原理。下面结合图3给出RF装置的硬件配置的具体示例。
[0042]更具体地，图1的最左侧部分示出了在时间段102期间RF装置按照接收模式操作。更具体地，将RF装置的谐振电路的谐振频率设置为L+Af，即这里，f0是读取器/写入器装置(未示出)的载波频率。在时间段102期间，RF装置从读取器/写入器装置接收针对传输103的请求。在时间h，发布“接收结束通知”，并且发起RF装置至发射模式的切换并在时间段104期间完成。然后在时间段106期间，即从时间t2到时间t3，RF装置按照发射模式操作，其中谐振频率等于读取器/写入器装置的载波频率，即fres = fo。在这一时间段106期间，RF装置传输针对请求103的响应107。在时间t3，发布“发射结束通知”，并且在时间段108期间切换回接收模式。从时间t4开始，装置再次按照接收模式操作，即= fo+A 这一时间段标记为110。
[0043]现在转到图2，在图2的下半部分中示出了上文结合图1讨论的发射阶段106/206的更加详细的总览图201。应该注意的是图2的上半部分200与图1的说明相对应。更具体地，详细的总览图201示出了用于控制可调电阻性电路的控制信号212。所示的控制信号212具有方波形状，但是其他实施例可以使用其他波形。当控制信号为高时，可调电阻性电路的电阻增加，使得天线电路的电阻增加。这得到了时间段214，与其中可调电阻性电路的电阻减小的时间段216相比，略微减小了谐振电路的Q因子。如可以看出的，在时间段216期间控制信号212为低。
[0044]图3示出了根据实施例的RF装置320的电路图。更具体地，RF装置320包括控制单元322和与天线326相连的主谐振电路324。另外，RF装置320包括可切换电容器C2B，所述可切换电容器经由连接配线328和329与控制单元322内的开关(未示出)相连。另夕卜，RF装置320包括可调电阻性电路330，所述可调电阻性电路包括电阻器RTX。可以调节电阻器Rtx的电阻，使得相应地调节整个谐振电路的Q因子。
[0045]控制单元322根据结合图1和图2如上所述讨论的原理在接收模式和发射模式之间切换。更具体地，为了进入接收模式，控制单元322断开配线328和329，使得电容器C2b都从主谐振电路324断开。因此，整个谐振电路的谐振频率不会受到电容器C2b的影响。在这种模式下，谐振频率是结合图1和图2如上所述的= f0+Afo因此，Q因子相对较小，并且用于从读取器/写入器装置接收信号的带宽相应地较大。
[0046]现在为了进入发射模式，控制单元322将配线328和329与地(GND)相连，使得电容器C2b现在与主谐振电路324的电容器C2a并联连接。因此，整个谐振电路的谐振频率受到电容器C2b的影响。更具体地，与天线326并联的总电容增加，并且整个谐振电路的谐振频率减小为fMS = fo(也参见结合图1和图2的上述讨论)。因此与接收模式相比，Q因子也相对较大。在发射期间，控制单元322还操作为周期性地调节电阻器RTX，使得由于电路的交替变化的电阻，谐振电路的Q因子在上述相对较大的值和略微较小的值之间交替。
[0047]尽管以上实施例依赖于在fras = f0和= fο+ Δ f之间切换谐振频率，但是应该注意的是通过切换减小谐振频率也可以获得相同的效果，即在fMS = fo和= f(TA f■之间。在这种情况下，在发射模式中将使用fMS = fo，而在接收模式中将使用fMS = fo-Δ
[0048]应该注意的是除非另有说明，诸如“上”、“下”、“左”和“右”之类的术语的使用只是表示相应图的朝向。
[0049]应该注意的是术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且冠词“一”或“一”的使用不排除多个。同样，可以对与不同实施例相关联的元素进行组合。还应该注意的是权利要求中的参考符号不应该解释为限制权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种利用有源负载调制的即双向通信装置，所述装置包括: 谐振电路，包括天线(326),以及 控制单元(322)，用于控制装置的通信，包括发射模式和接收模式之间的切换， 其中控制单元适用于 修改谐振电路的配置，使得当装置处于接收模式时所述谐振电路具有第一谐振频率(^0+/八，而当装置处于发射模式时谐振电路具有第二谐振频率0，以及 修改谐振电路的配置，使得在装置处于发射模式时周期性地修改谐振电路的0因子。
2.根据任一前述权利要求所述的装置，其中: 谐振电路包括可切换电容性电路(328,329)，以及 控制单元适用于通过选择性地连接和断开可切换电容性电路来修改谐振电路的配置。
3.根据任一前述权利要求所述的装置，其中控制器单元适用于在从接收模式切换到发射模式时连接可切换电容性电路，而在从发射模式切换到接收模式时断开可切换电容性电路。
4.根据任一前述权利要求所述的装置，其中第一谐振频率大于或小于第二谐振频率。
5.根据任一前述权利要求所述的装置，其中谐振电路包括可调电阻性电路(330),其中控制单元适用于在装置处于发射模式时，按照交替方式调节电阻性电路的电阻。
6.根据任一前述权利要求所述的装置，其中第一谐振频率是14.40751取和/或第二谐振频率是13.56册12。
7.—种在即装置(320)和读取器/写入器装置之间执行双向通信的方法，所述方法包括: 通过配置即装置的谐振电路具有第一谐振频率，将即装置设置为操作于接收模式，所述谐振电路包括天线(326), 在即装置处从读取器/写入器装置接收针对发射的请求， 通过配置即装置的谐振电路具有第二谐振频率，将即装置设置为操作于发射模式，以及 在操作于发射模式期间，修改谐振电路的配置，使得周期性地修改即装置的谐振电路的0因子。
8.根据前述权利要求所述的方法，还包括: 在结束发射模式下的操作之后，通过配置即装置的谐振电路具有第一谐振频率来重新设置即装置操作于接收模式。
9.一种包括计算机可执行指令的计算机程序，当计算机执行所述计算机可执行指令时使计算机执行根据权利要求7或8所述方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括加载有根据权利要求9所述的计算机程序的计算机可读数据载体。
11.一种执行双向通信的系统，所述系统包括: 读取器/写入器装置，以及 根据权利要求1至6中任一项所述的装置。
【文档编号】H04B1/40GK104348515SQ201410344732
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2013年7月23日
【发明者】迈克·皮伯, 埃里克·默林, 斯蒂芬·孟德尔 申请人:恩智浦有限公司