Nfc收发的制造方法

Nfc收发的制造方法
【专利摘要】一种近场通信设备(NFC收发机)包括配置成在第一有源近场通信模式下将电流传达到天线的电流数模转换器(电流DAC)。该NFC设备在第二无源通信模式下使用负载调制来发送数据。为了实现负载调制，将该电流DAC的组件用作调制负载。
【专利说明】NFC收发机
[0001]背景
[0002]领域
[0003]本发明一般涉及近场通信(NFC)。更为具体地，本发明涉及NFC收发机，它包括用于以有源模式驱动天线并以无源或场供电模式执行负载调制的可编程数模转换器(DAC)。
[0004]背景
[0005]近场通信(NFC)是使得能够在两个或更多个设备之间进行短程信息交换的无线技术。具有NFC能力的设备可简化面向在场性的事务以使得能够实现快速且更安全的信息交换，例如在对物品和服务的购买中，或其中的信息交换中。
[0006]如本领域技术人员将领会和理解的，NFC技术通过磁场感应通信，其中至少两个环形天线位于彼此的“近场”内，从而有效地形成在全球可用且无执照的射频内工作的空气心变压器，该射频如所指出的那样是具有几乎2MHz带宽的13.56MHz工业、科学和医疗(ISM)频带。
[0007]常规的NFC收发机可包括模拟组件，这些组件可导致大面积需求，且可能会使对所需NFC标准的支持复杂化。而且，常规NFC收发机可要求用于支持负载调制的附加电路系统。
[0008]存在对用于增强型NFC收发机的方法、系统和设备的需求。更为具体地，存在所要求的面积比常规收发机小并支持有源和无源模式操作两者的NFC收发机的需求。还存在对包括该NFC收发机的系统以及相关联的操作方法的需求。
[0009]附图简要说明
[0010]图1是常规NFC发射机的框图。
[0011]图2是根据本发明的示例性实施例的包括发射机的NFC系统的框图。
[0012]图3解说了根据本发明的示例性实施例的包括一设备的系统，该设备包括耦合到天线的电流数模转换器(DAC)。
[0013]图4解说了根据本发明的示例性实施例的数模转换器(DAC)内的驱动器阵列。
[0014]图5解说了根据本发明的示例性实施例的包括低压差分信令(LVDS)驱动器的DAC单元。
[0015]图6解说了根据本发明的示例性实施例的包括LVDS驱动器的另一 DAC单元。
[0016]图7解说了根据本发明的示例性实施例的包括LVDS驱动器的另一 DAC单元。
[0017]图8描绘了根据本发明的示例性实施例的包括LVDS驱动器的又一 DAC单元。
[0018]图9是解说根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。
[0019]详细描述
[0020]以下结合附图阐述的详细描述旨在作为本发明的示例性实施例的描述，而无意代表能在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本说明书使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”，并且不应当一定要解释成优于或胜过其他示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和设备以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。
[0021]NFC是使无线通信设备(诸如蜂窝电话、智能电话和个人数字助理(PDA))能建立对等(P2P)网络的通信标准。NFC可在电子设备彼此靠近，例如在从小于I厘米到大约IOcm的距离的范围时，使其能自动交换数据和发起应用。作为非限定性示例，NFC可使得能将存储在数码相机中的图像下载到个人计算机、将音频和视频娱乐下载到便携式设备、或将存储在智能电话中的数据下载到个人计算机或其它无线设备。NFC可与智能卡技术兼容，且还可被用于实现对物品和服务的购买。在示例性实施例中，用于NFC的频率以大约13.56MHz为中心。
[0022]NFC收发机可包括用于与天线或耦合元件内的其它电路系统进行阻抗匹配的电路系统。NFC收发机还可包括合适的逻辑、电路系统、处理器、代码或其组合，以实现NFC信号的接收和发射，对于NFC信号而言，所接收到的信号的载波频率在NFC频带内。数据可调制在载波频率上。 [0023]常规的NFC可基于射频识别(RFID)技术，该技术使用场感应来实现彼此紧邻的电子设备之间的通信。这可使用户能够执行直观、安全、无接触的事务。常规的现有技术NFC可工作在13.56MHz，并以最高达424K比特/秒的速度传递数据。当然，对NFC技术的改进可导致有所不同的频率、有所不同的吞吐量值、或两者。两个或更多个NFC兼容的设备之间的通信可在这些设备彼此处于短距离以内时发生，且可与其它已知的无线技术(诸如举例而言蓝牙或W1-Fi)兼容。
[0024]目前，当前NFC标准下有两种主要操作模式可用:有源和无源(即，场供电)。在有源模式中，设备可产生其自己的无线电场以传送数据。在无源模式中，一个设备可产生无线电场，而另一个设备使用负载调制来传递数据。无源通信模式对功率有限的设备(诸如移动电话和PDA)经常是有用的，这些设备需要使能量使用最小化。这还可防止在设备电池耗尽时NFC通信的中断。
[0025]在本文描述的各个示例性实施例中，术语NFC被理解为涵盖促成短程无线信息传递的任何现在或将来所知的无线或近程通信协议或系统，且被理解为不限于由NFC标准体或组织颁布的目前标准或协议。因此，NFC被理解为在在本文中以术语的一般意义来应用。
[0026]如将由本领域的普通技术人员理解地，NFC收发机在有源模式(本文也称为“发起者模式”)中提供足够的摆幅并在无源模式(本文也称为“标签模式”或“场供电模式”)执行负载调制是有利的。如将由本领域的普通技术人员理解地，以真模拟形式实现此种NFC收发机可导致大面积需求，并可使对多个标准的支持复杂化，而对多个标准的支持是NFC应用中可能需要的。此外，常规的NFC收发机仅可被配置成执行单个功能(即，以单模式操作，或是无源或是有源)。
[0027]如本文所述的本发明的示例性实施例涉及NFC收发机，它包括既支持无源模式(即，标签模式)中的负载调制又支持有源模式(即，发起模式)中的电流驱动的可编程数模转换器(DAC)。该NFC收发机可使其它相关联的组件(例如，UPC滤波器)能以数字组件来实现，这可导致设计的便利以及所需面积量的减少。
[0028]根据本发明的一个示例性实施例，NFC收发机可包括电流数模转换器(DAC)，该电流DAC被耦合到天线。该电流DAC还可被耦合至数字组件(诸如数字滤波器(例如，UPC滤波器))并被配置成从该数字组件接收信号。而且，电流DAC可包括多个驱动器，其中这多个驱动器中的每个驱动器被配置成将电流传达到天线。如以下更全面描述地，电流DAC可被配置成在第一近场通信(NFC)模式(即，有源模式)中驱动电流并且在第二 NFC模式(例如，无源模式)中支持负载调制。
[0029]图1是利用RF路径的NFC发射机100的框图。发射机100包括处理模块102、脉冲成形器104、内插器106，它们均是数字组件。发射机100进一步包括数模转换器(DAC) 108 (它是模拟组件)以及上变频器(UPC)混频器109 (它是RF组件)。此外，发射机100包括重构滤波器110和112、以及功率放大器114，它们也是RF组件。如将由本领域的普通技术人员理解地，NFC发射机100可由于对模拟滤波器的严格的带宽要求而利用较大面积，且可能由于模拟组件中的失配而遭受较大偏差。此外，注意到，NFC发射机100可能额外要求电磁兼容性(EMC)滤波器来抑制功率放大器114的输出谐波。而且，NFC发射机100要求附加的电路系统来支持无源模式(即，标签模式)中的负载调制。
[0030]图2是NFC系统150的框图，该系统被配置成支持如上所述的有源和无源模式两者。NFC系统150包括天线151、数字信号处理器(DSP) 152 (通常也被称为基带调制解调器)、数模转换器(DAC)和驱动器模块154以及负载调制模块156以及其它组件等。如将由本领域的普通技术人员理解地，DAC和驱动器模块154可在有源模式中被利用，而负载调制模块156可在无源模式中被利用。然而，注意到数模转换器(DAC)和驱动器模块154是NFC系统150内分开且不同的组件。
[0031]图3解说了根据本发明的示例性实施例的包括电流数模转换器(DAC) 202的系统200。注意到，电流DAC202在本文中也被称为“分段DAC”。电流DAC202被耦合到天线204并可被配置成从数字组件(诸如仅作为示例，滤波器(诸如数字上变频(UPC)滤波器))接收一个或多个数字信号。电流DAC202还可被配置成从控制模块207接收一个或多个控制信号，该控制模块207可(仅作为示例)包括处理器、控制器、或类似物等。控制模块207可包括模式选择器209，模式选择器209被配置成判断系统200是应处于有源模式还是无源模式中。控制模块207可经由一个或多个传感器、用户输入或其它合适的已知手段来确定系统200的模式(即，有源或无源)。一旦确定了模式，控制模块207就可将一个或多个控制信号传达给电流DAC202以用于控制其配置。
[0032]此外，如以下更全面描述地，电流DAC202可被配置成将电流驱动到天线204中。更为具体地，在一个操作模式(例如，有源模式)中，电流DAC202可被配置成将电流直接传达到天线204，并且因此与常规NFC发射机相比，可以不需要单独的驱动器。
[0033]注意到，由电流DAC202实现的天线驱动器可产生各种信号调制。此外，在较精细的处理节点(例如，CMOS处理节点)处，UPC滤波器可由数字组件来实现而没有显著的惩罚，这导致设计的便利和面积的减少。更为具体地，例如，系统200内的上变频器(UPC)和滤波器可用数字组件来实现。注意到，电流DAC202可针对增强型脉冲成形以13.56MHz的倍数操作，并且因此可以不需要电磁兼容性(EMC)滤波器。
[0034]图4解说了驱动器210的阵列，这是电流DAC202内的驱动器阵列的示例。每一驱动器216 (即，216_A-216_N)包括相关联的输入212 (即212_A_212_N)，而且驱动器阵列210包括输出214。如将由本领域的普通技术人员理解地，电流DAC(诸如电流DAC202)可包括驱动器阵列，其中每一驱动器216包括一个或多个单元。例如，驱动器216_A可包括2~0个单元(即，I个单元)，驱动器216_B可包括2~1个单元(即，2个单元)，驱动器216_N-1可包括r (N-1)个单元(例如，如果N等于5，则为16个单元)，而驱动器216_N可包括2~N个单元(例如，如果N等于5，则为32个单元)。注意到，驱动器阵列内的任何数量的驱动器都在本发明的范围之内。
[0035]图5解说了根据本发明的示例性实施例的DAC单元250。DAC单元250包括低压差分信令(LVDS)驱动器，该LVDS驱动器包括多个晶体管Ml、M2、M3和M4以及电流源252和254。如将由本领域的普通技术人员理解地，DAC单元250可被配置成例如从控制模块207接收输入信号Dp和Dn，并输出电流Iwt在构想的操作中，偏置电流根据数据输入而被切换到天线中。它使用呈桥接配置的四个MOS开关(M1-M4)。如果开关Ml和M4接通(Dp =O且Dn = I)，则输出电流的极性为正。相反，如果开关M2和M3接通(Dp = I且Dn = O)，则输出电流的极性为负。注意到，本发明并不限于DAC单元250，且其它单元设计可落在本发明的范围之内。例如，参考图6，解说了 DAC单元280。DAC单元280包括LVDS驱动器，该LVDS驱动器包括多个晶体管M5、M6、M7和M8以及电流源254。如将由本领域的普通技术人员理解地，DAC单元280可被配置成例如从控制模块207接收输入信号Vp、Dp和Dn，并输出电流Itjut 2。与典型的LVDS办法相比而言，DAC单元280的这一配置允许该电路能靠较低的电源来运行。
[0036]根据本发明的示例性实施例的另一 DAC单元300在图7中解说。DAC单元300包括LVDS驱动器，该LVDS驱动器包括多个晶体管M9、M12、M13和M16以及电流源252和254。此外，DAC单元300包括共源共栅设备M10、Mil、M14和M15。如将由本领域的普通技术人员理解地，共源共栅设备可改善DAC单元300的应力相关问题，尤其是在较高电压(例如， 1.8伏)下的应力相关问题。更为具体地，共源共栅设备可通过降低跨设备的压降来提供对这些设备的附加保护。如将由本领域的普通技术人员理解地，DAC单元300可被配置成例如从控制模块207接收输入信号Vcasl, Vcas2, Dp和Dn，并输出电流Itjut 3。
[0037]如将由本领域的普通技术人员理解地，NFC的典型技术是使用负载调制，其中设备变化其线圈的负载阻抗以改变其谐振频率以及其品质因数Q。这个动作导致另一设备(即，发起者模式中的设备)处的电压变化。
[0038]根据本发明的示例性实施例，低压差分信令(LVDS)驱动器级可用多个开关来重配置以执行负载调制。此外，其中至少一个单元包括一个或多个开关的LVDC单元阵列可实现对负载调制强度的调节。而且，一个或多个LVDS单元可被配置成提供负载调制中的对称性。参考图8，解说了 DAC单元350。DAC单元350包括LVDS驱动器，该LVDS驱动器包括多个晶体管M17、M19、M20、M21、M23和M24以及电流源252和254。另外，DAC单元350包括共源共栅设备M18和M22，这些设备如上所述可为DAC单元350提供附加保护。根据本发明的示例性实施例，DAC单元350进一步包括多个开关S1-S8。如将由本领域的普通技术人员理解地，DAC单元280可被配置成例如从控制模块207接收输入信号Veasl, Vdd、Dp和Dn，输出电流 I out—4。
[0039]注意到，在图8所解说的配置(8卩，开关52、54、55和57闭合而开关51、53、56和S8断开)中，DAC单元350处于有源模式中，并且因此适配成将电流驱动到相关联的天线中。在其它构想的配置中，DAC单元可提供负载调制。在负载调制期间，电流源252和254各自关闭。此外，当S2、S4、S5和S7闭合时，该电路实际上类似于二极管(由M23形成)和小电阻(由M19、M20和M24形成)。实际上，如果跨输出节点(Iwt 4)的电压摆幅大于一个阈值(Vth)，则该路径接通并调制负载。注意到，放置呈二极管连接的设备M23的理由是要在该电路的操作中引入某种迟滞。类似地，单元350可被配置成使得开关S1、S3、S5和S7接通，而其余开关断开。因此，单元350仍可在负载调制模式中操作，但是迟滞的极性是交替的。此外，如果开关S2、S3、S6和S8接通，而其余开关断开，同时252和254正在传导电流，则驱动器单元在有源模式中操作并将电流驱动到天线中。
[0040]从而，根据本发明的各个示例性实施例，DAC单元(例如，DAC单元350)可经由一个或多个开关配置以便在有源模式中驱动(即，传达)电流而在无源模式中支持负载调制。因此，包括DAC单元350的电流DAC200可针对有源和无源模式两者中的操作来编程。注意到，单元配置贯穿整个电流DAC可以是一致的。
[0041 ] 现在将描述DAC单元350所构想的操作。在有源模式(即，其中电流DAC200正将电流传达到天线204的模式)期间，开关S2、S4、S5和S7可被闭合，且开关S1、S3、S6和S8可被断开。从而，如将由本领域的普通技术人员理解地，电流Iwt 4连同来自DAC内的其它单元的电流一起可被传达至相关联的天线。而且，如将由本领域的普通技术人员理解地，在无源模式期间，开关S1-S8中的一个或多个可被重配置以提供负载调制。
[0042]注意到，如本文所述的示例性实施例与现有技术的设备相比，要求的面积较小。仅作为示例，被配置为处置50-80mA电流的8比特DAC(例如，DAC202)在深亚微米CMOS (诸如90nm工艺)中可占用0.05mm2的面积。
[0043]图10是解说根据一个或多个示例性实施例的方法400的流程图。方法400可包括确定NFC设备的操作模式(由标号402描绘)。如上所述，控制模块(诸如控制模块207)可被配置成确定NFC应处于有源模式还是无源模式中。方法400还可包括在NFC设备处于有源操作模式时将电流从电流DAC传达到天线(由标号404描绘)。此外，方法400可包括在NFC设备处于无源操作模式时用电流DAC来执行负载调制(由标号406描绘)。
[0044]本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示。例如，贯穿上面描述始终可能被述及的数据、指令、命令、信息、信号、位、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或其任何组合来表示。
[0045]本领域的技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的示例性实施例来描述的各种说明性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为清楚地阐明硬件与软件的这一可互换性，各种说明性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。
[0046]结合本文中公开的示例性实施例描述的各种示例性逻辑框、模块、以及电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文中描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或多个微处理器或任何其它此类配置。
[0047]结合本文中所公开的示例性实施例所描述的方法或算法的步骤可以直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中实施。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从该存储介质读取信息以及向该存储介质写入信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
[0048]在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，后者包括有助于将计算机程序从一地转移到另一地的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPR0M、⑶ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红夕卜、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘常常磁性地再现数据而碟用激光光学地再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
[0049]提供前面对所公开的示例性实施例的描述是为了使本领域任何技术人员皆能制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。由此，本发明并非旨在被限定于本文中所示出的这些示例性实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征一致的最宽泛的范围。
【权利要求】
1.一种设备，包括: 电流数模转换器(DAC)，配置成在第一近场通信(NFC)模式中将电流传达到天线，以及在第二 NFC模式中启用负载调制。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电流DAC包括多个驱动器，所述多个驱动器中的每一驱动器被配置成将电流传达到所述天线。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括耦合到所述电流DAC的数字滤波器。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括耦合到所述电流DAC的数字上变频器。
5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每一驱动器包括一个或多个单元，所述一个或多个单元被配置成将电流传达到所述天线。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述一个或多个单元中的每一单元包括低压差分信令(LVDS)电路。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述一个或多个单元中的每一单元被配置成接收一个或多个控制信号并输出电流。
8.如权利要求6所 述的设备，其特征在于，所述LVDS电路包括多个开关以调节负载调制强度。
9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述LVDS电路包括至少一个共源共栅设备。
10.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每一驱动器包括一个或多个可重配置的单元，用于进行将电流传达到所述天线以及执行负载调制其中之一。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电流DAC被配置成在发起模式中将电流驱动到所述天线并在负载调制模式中调制负载。
12.—种方法,包括: 当处于第一 NFC模式中时,将电流从电流DAC传达到天线；以及 当处于第二 NFC模式中时，用所述电流DAC来执行负载调制。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述传达包括在有源NFC模式中将所述电流从所述电流DAC传达到所述天线。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述执行包括在无源NFC模式中用所述电流DAC来执行负载调制。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括在将电流从所述电流DAC传达到所述天线之前，将数字信号传达到所述电流DAC。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括在将所述数字信号传达到所述电流DAC之前，用数字滤波器对所述数字信号进行滤波。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调制包括用一个或多个单元来调制所述负载，所述一个或多个单元中的每一单元包括低压差分信令(LVDS)电路。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调制包括在所述电流DAC处接收一个或多个控制信号。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括确定所述电流DAC应在无源模式还是有源模式中操作。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调制包括通过调节所述一个或多个单元内的一个或多个开关来调制所述负载。
21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述传达包括将所述电流从所述电流DAC的一个或多个单元传达到所述天线，所述一个或多个单元中的每一单元包括低压差分信令(LVDS)电路。
22.—种设备,包括: 用于在第一 NFC模式中将电流从电流DAC传达到天线的装置；以及 用于在第二 NFC模式中用所述电流DAC来执行负载调制的装置。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，进一步包括用于在将电流从所述电流DAC传达到所述天线之前，将数字信号传达到所述电流DAC的装置。
24.如权利要求22所述的设备，其特征在于，进一步包括用于用所述电流DAC的一个或多个驱动器的一个或多个单元来调制所述负载的装置。
25.如权利要求22所述的设备，其特征在于，进一步包括用于调节所述电流DAC的一个或多个驱动器的一个或 多个单元内的一个或多个开关的装置。
【文档编号】G06K7/10GK104025114SQ201280052570
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2011年10月26日
【发明者】J·萨沃杰 申请人:高通股份有限公司