用于控制天线的频率调谐的方法及相应的系统和无线通信设备与流程

本发明的各实施方式及其实现涉及，使用与天线连接的电子部件进行无线通信或无接触式通信，特别涉及被配置成根据无接触式类型的通信协议通过所述天线与外部设备交换信息的各个部件，并且更具体地涉及对天线频率调谐的控制，即，涉及将天线调谐至与信息的无接触式通信兼容的频率。例如，这种频率可以是等于诸如13.56MHz的载波频率的谐振频率，或者是包括在载波频率附近的容许范围之内的谐振频率。

背景技术：

这些部件可以用更宽泛的描述被更简单地称作“无接触式部件”，并且可以例如是被称作“NFC部件”的部件，即，与NFC(近场通信)技术兼容的部件。

例如，NFC部件可以是NFC微控制器。

首字母缩写NFC(近场通信)表示短距离、高频、无线通信技术，其实现了两个无接触式设备之间在短距离上交换数据，例如，距离是10cm。

NFC技术在文献ISO/IEC 18 092和ISO/IEC 21 481中进行了标准化，但是却包括了多种先有标准，其中包括ISO/IEC 14 443标准的A类协议和B类协议。

NFC微控制器通常可以用于“读取器”模式或用于“卡”模式，以与另一个无接触式设备建立对话，例如，使用诸如ISO/IEC 14 443标准的A类协议和B类协议的无接触式通信协议。

在“读取器”模式中，NFC部件相对于外部无接触式设备充当读 取器，外部无接触式设备则可以是卡或标签(tag)。在读取器模式中，NFC部件随后能够读取外部设备的内容并向外部设备写入信息。

在“卡”模式中，NFC部件则作为卡或标签进行操作，并且与现在是读取器的外部设备建立对话。

例如，NFC微控制器可以被包括到蜂窝移动电话中，则该蜂窝移动电话除了具有其传统电话功能之外，还可以与外部无接触式设备交换信息。

因此存在许多可能的应用，例如，运输应用中通过收费站(移动电话充当了通行门票)或其它支付应用(移动电话充当了信用卡)。

诸如NFC部件的无接触式部件，通常通过阻抗匹配电路连接至天线，以实现优化射频通信的目的。而且，该阻抗匹配电路中所使用的这些外部部件，例如，线圈和电容器，必须按照如下方式被准确地确定尺寸，该方法使得对天线进行正确频率调谐，例如至载波频率上(例如，13.56MHz)，并且因此保证性能的最大水平。.

通常，当被有效实现并且物理连接至NFC部件时，这些外部部件的理论值和天线的理论值以及天线的真实值之间存在差异。这特别由于外部部件和所使用的天线中的技术差异，其将显著降低质量，这对于外部部件而言更明显。

这因而导致了天线中的频率失谐。

天线中的这种频率失谐也可以与由另一个NFC对象的电磁耦合而引起。

技术实现要素：

根据一个实施方式及其实现，思想是以简单方式、采用如下方式来控制天线的频率调谐，所采用的方式是尽可能地限制天线频率失谐的风险，天线频率失谐将导致很差的信息通信或者甚至会中断通信。

通常，阻抗匹配电路包括滤除器，该滤除器被设计成滤除电磁干扰，本领域的技术人员通常使用首字母缩写EMI(电磁干扰)滤除器来表示。更准确地说，这种EMI滤除器，通常是感容滤除器(LC滤 除器)，其使得尽可能的减少通常是13.56MHz的发送信号的高次谐波辐射。

根据一个实施方式及其实现，思想是对EMI滤除器的阻抗匹配进行修改，从而对天线的频率失谐进行补偿，天线的频率失谐特别源于外部部件和/或天线中的技术差异和/或特别源于电磁耦合效应。

根据一个方面，提供了用于控制天线的频率调谐的方法，该天线通过包括用于滤除电磁干扰的装置的感容网络连接至部件，该部件被配置用于根据无接触式通信协议通过所述天线接收和/或发送信息，该方法包括对用于滤除电磁干扰的装置的阻抗的修改。

根据一个实施方式，滤除装置是可配置的且能够采用全部都具有实质上相同的参考截止频率的不同滤除配置，并且电磁过滤装置的阻抗的所述修改包括选择滤除配置，所述天线中流过的电流针对该滤除配置具有最大值。

根据另一个方面，提供了包括天线和部件、以及感容网络的系统，该部件被配置用于根据无接触式通信协议通过所述天线接收和/或发送信息，并且该感容网络连接在所述天线和该部件之间，并且该系统包括用于滤除电磁干扰的装置。

根据这一方面，系统还包括处理装置，其被配置用于以如下方式修改用于滤除电磁干扰的装置的阻抗，该方式用以控制天线的频率调谐。

根据一个实施方式，用于滤除电磁干扰的装置是可配置的且能够采用全部都具有实质上相同的参考截止频率的不同滤除配置，并且处理装置包括所述可配置的用于滤除电磁干扰的装置，以及控制装置，该控制装置被配置成用于选择滤除配置，所述天线中流过的电流针对该滤除配置具有最大值。

根据一个实施方式，可配置的滤除装置具有与所述参考截止频率相关联的参考电感和参考电容值；可配置的滤除装置包括连接在该部件和该天线的端子之间的可配置的感容电路，以及连接在感容电路和诸如接地的中性点之间的可配置的电容电路；可配置的感容电路包括 感容模块，所述感容模块通过第一组可切换的辅助电容电路可配置，而可配置的电容电路包括电容模块，该电容模块通过第二组可切换的辅助电容电路可配置；并且在每种滤除配置中，所述截止频率处的感容电路的阻抗等于参考电感，而所述截止频率处的电容电路的阻抗等于所述参考电容值。

根据一个实施方式，在该滤除配置中的一个滤除配置中，没有辅助电容电路连接至感容模块的端子，并且没有辅助电容电路连接至电容模块的端子，并且在每种其它的滤除配置中，第一组中的辅助电容电路连接至感容模块的端子，而第二组中的辅助电容电路连接至电容模块的端子。

第一和第二组可切换的辅助电容电路有利地被设置在部件的内部。

出于这种目的，并且根据一个实施方式，该部件包括用于数据至天线的发送的第一输出端子和第二输出端子，以及第一和第二辅助端子；该所述感容模块包括：第一区块(block)和第二区块，第一区块连接在第一输出端子和天线的第一端子之间的第一区块(block)并且包括并联连接至第一主电容器的端子的第一主电感元件，第二区块连接在第二输出端子和天线的第二端子之间并且包括并联连接至第二主电容器的端子的第二主电感元件；电容模块包括串联连接在第一区块和所述中性点之间的第一附加电容器，以及串联连接在第二区块和所述中性点之间的第二附加电容器；第一组辅助电容电路包括可切换的辅助电容器的第一集合和可切换的辅助电容器的第二集合，该第一集合被并联连接在第一辅助端子和第一输出端子之间，该第二集合被并联连接在第二辅助端子和第二输出端子之间，并且第二组辅助电容电路包括可切换的辅助电容器的第三集合和可切换的辅助电容器的第四集合，该第三集合被并联连接在第一辅助端子和中性点之间，该第四集合被并联连接在第二辅助端子和中性点之间。

根据一个实施方式，该部件包括第一和第二输入端子，其连接至天线的两个端子，用于接收来自天线的数据，并且该控制装置包括检 测器，其被配置用于检测天线端子上的最高电压。

该部件有利地能够以读取器模式或以卡模式进行操作。

根据另一个方面，提供了无线通信设备，例如，蜂窝移动电话，其能够以读取器模式或以卡模式进行操作，或自身作为读取器，其包括诸如在前面定义的系统。

附图说明

根据非限制性的实施方式及其实现的具体描述，并且根据附图，本发明的其它优点和特点将变得更加明显，在附图中：

图1示出了现有技术的一个示例，以及

图2至图5示意性地示出了本发明及其实现的各实施方式。

具体实施方式

在图1中，参考APP表示通信设备，例如，其为蜂窝移动电话，配备有天线ANT1，以建立电话通信。

在这个情况下，设备APP还包括传统的NFC系统，其包括了NFC类型的无接触式部件CMP，例如，其为NFC微控制器。

微控制器CMP传统上包括在读取器模式中使用的两个触点TX1、TX2，以及在读取器模式和在卡模式中使用的两个其他触点RX1、RX2。

出于这种目的，该部件CMP可以配备内部开关SWI，使得端子TX1和TX2被短路以用于以卡模式进行操作，或者使得端子TX1和TX2不被短路以用于以读取器模式进行操作。

天线ANT2，例如，其为单个电感绕组，可以被用于与外部设备进行无接触式通信。该天线ANT2的第一端子B1连接至触点TX1和RX1，而天线ANT2的第二端子B2连接至触点TX2和RX2。

最后，外部阻抗匹配电路连接在天线ANT2和部件CMP之间。

更准确地说，传统上和以本身已知的方式，该阻抗匹配电路可以包括被设计用于滤除电磁干扰的滤除器FL(EMI滤除器)。

此处的这个滤除器FL是传统上的LC型滤除器，其包括了在触 点TX1和接地GND之间与电容器C11串联连接的线圈B11。

滤除器FL还包括在触点TX2和接地GND之间与电容器C12串联连接的线圈B12。

线圈B11和线圈B12的电感等于LEMI，而电容器C11和C12的电容值等于CEMI。

这两个值分别构成了EMI滤除器的参考电感和参考电容值。

这些参考值与EMI滤除器的截止频率相关联，在下文中表示成参考截止频率(例如，针对13.56MHz载波频率是20MHz)。

而且，这些LEMI和CEMI参考值被选择成，构成在滤除器FL的参考截止频率f附近谐振的电路。

因此，CEMI和LEMI的参考值满足下面的等式(1)。

$CEMI=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}f\right)}^{2}LEMI}---\left(1\right)$

阻抗匹配电路还包括电容器C1、C2、CS1和CS2。

电容器C1和C2构成触点RX1和RX2的端子上的电容分压器。

另一方面，电容器CS1和CS2被选择成使天线ANT2中的电流最大，从而增加电场的强度。

以获取优化操作的方式，部件CMP、以及天线ANT2和外部阻抗匹配电路，构成了具有等于载波频率的谐振频率的谐振电路，例如，在ISO/IEC 14443标准所定义的A类或B类通信协议的情况下是13.56MHz。

然而，在A类发送协议的情况下，被包含在载波频率附近的+/-15％的范围内的谐振频率可以被考虑成可接受的谐振频率。

然而，当外部阻抗匹配电路被有效实现时，该外部阻抗匹配电路的不同元件的实际电感和实际电容值可能相对于理论值有所变化，这特别源于在所使用的线圈和电容器中技术上的差异。

继而，天线ANT2可能不再被调谐至使得正确进行信息通信的可接受的谐振频率。

天线的这种频率失谐还可以由与部件CMP进行通信的外部设备的天线的电磁耦合产生。

为了克服这种缺陷，并且为了将天线ANT2的频率调谐控制到可接受的谐振频率，根据图2中示出的本发明的一个实施方式，系统包括天线ANT2、部件CMP、以及感容网络1，感容网络1连接在天线ANT2和部件CMP之间，而且系统包括处理装置MTR，该处理装置MTR被配置用于采用如下方式修改用于滤除电磁干扰的装置的阻抗，其所采用的方式用以将天线的频率调谐控制到可接受的谐振频率(例如，等于或接近载波频率的频率)，例如，为13.56MHz。

出于简化的目的，现在将仅对图2和图1之间的差别进行描述。

需要记住的是，触点TX1和TX2构成了部件CMP的第一输出端子，用于将数据发送给天线ANT2，而触点RX1和RX2构成该部件的两个输入端子，用于接收来自天线ANT2的数据。

用于滤除电磁干扰的装置10此时是可配置的，并且能够采用不同的滤除配置，这些不同的滤除配置全部都具有实质上相同的参考截止频率f，例如，该频率为20MHz。

处理装置MTR继而包括这些可配置的滤除装置10和控制装置MCTL，控制装置MCTL被配置用于选择滤除配置，天线ANT2中流过的电流针对该滤除配置具有最大值。

现在将更详细地描述可配置的滤除装置10。

可配置的滤除装置包括第一区块BLC1，其连接在部件的第一输出端子(触点TX1)和天线ANT2的第一端子B1之间。该第一区块BLC1包括与第一主电容器CP1的端子并联连接的第一主电感元件LP1。

第二区块BLC2连接在部件CMP的第二输出端子(触点TX2)和天线ANT2的第二端子B2之间。该第二区块BLC2包括与第二主电容器CP2的端子并联连接的第二主电感元件LP2。

主电感元件LP1和LP2有利地是相同的。同样，主电容器CP1和CP2也有利地是相同的。

这两个区块BLC1和BLC2共同构成感容模块。

可配置的滤除装置10还包括，被串联连接在第一区块BLC1和 接地GND之间的第一附加电容器，以及被串联连接在第二区块BLC2和接地GND之间的第二附加电容器CA2。

这两个附加电容器CA1和CA2构成电容模块。

如还可以在图2中看出的，部件CMP还包括分别构成第一和第二辅助端子的两个辅助触点A1和A2。

可配置的滤除装置10还包括辅助电容器的第一集合CX1₁-CX1_n，它们可以分别通过诸如MOS晶体管的开关装置SW1₁-SW1_n切换。

该可切换的辅助电容器的第一集合CX1₁-CX1_n并联连接在部件的第一辅助端子A1和第一输出端子TX1之间。

滤除装置10还包括辅助电容器CX2₁-CX2_n的第二集合，它们可以分别通过开关装置SW2₁-SW2_n切换，并且并联连接在部件CMP的第二辅助端子A2和第二输出端子TX2之间。

该可切换的辅助电容器的第一集合和该可切换的辅助电容器的第二集合构成第一组辅助电容电路。

例如，两个同类(homologous)辅助电容器CX1_i和CX2_i例如但不必具有相同的电容值。

可配置的滤除装置10还包括辅助电容器的第三集合CX3₁-CX3_n，它们可以分别通过开关装置SW3₁-SW3_n切换，并且并联连接在第一辅助端子A1和接地GND之间。

可配置的滤除装置10还包括辅助电容器CX41-CX4n的第四集合，它们可以分别通过开关装置SW4₁-SW4_n切换，并且并联连接在第二辅助端子A2和接地GND之间。

同样，两个同类电容器CX3_i、CX4_i例如但不必具有相同的电容值。

而且，两个同类电容器CX1_i和CX3_i可以具有相同的电容值，也可以不具有相同的电容值。

此外，两个同类电容器CX2_i和CX4_i可以具有相同的电容值，也可以不具有相同的电容值。

该可切换的辅助电容器的第三集合和该可切换的辅助电容器的 第四集合构成第二组辅助电容电路。

部件CMP因而除了包括被设计用于对接收到或发出的信息进行处理的装置，还包括了辅助电容器CX1_i、CX2_i、CX3_i、CX4_i的所有集合。实际上优选的是，将辅助电容器放置在部件CMP内部，从而无需强制用户将它们添加在产品的外部。用户实现这种电路的成本将相应地被降低。

控制装置MCTL还包括模块MCD，该模块MCD例如基于逻辑电路，并被设计成用于产生用于控制各开关SW1-SW4的控制信号SCTRL。

这将使得滤除装置的配置被修改，现在将更详细地对其进行说明。

在图2中，对应于可配置的滤除装置10的第一配置，所有开关SW1-SW4都被示出为处于断开位置。

在这种第一配置中，滤除装置10由第一区块BLC1和第二区块BLC2构成。

为了切换到另一种滤除配置中，控制装置MC2向开关发送命令，例如，使得四个同类开关SW1_i、SW2_i、SW3_i和SW4_i同时闭合。

出于这种原因，辅助电容器CX1_i并联于第一主电容器CP1被添加，而辅助电容器CX2_i并联于第二主电容器CP2被添加。

同样，辅助电容器CX3_i并联于第一附加电容器CA1被添加，而辅助电容器CX4_i并联于第二附加电容器CA2被添加。

通过添加CX1_i(对应的CX2_i)，滤除装置10的等价阻抗值被减小。为了保持滤除装置10的截止频率不变，添加CX3_i(对应的CX4_i)，使得由CX1_i(对应的CX2i)的添加而引起的滤除装置10的截止频率的变化尽可能地被CX3_i(对应的CX4_i)的添加所补偿。

每个主电感元件LP1、LP2的电感都等于LEMInew。

而且，在每种滤除配置中，并联连接在每个主电感元件LP1或LP2的端子上的电容值都等于CEMInew。

当然，该电容值CEMInew是根据滤除配置是不同的，其依赖于有效连接在每个主元件LP1或LP2的端子上的一个电容器或多个电 容器。

而且，并联连接在每个区块BLC1、BLC2和接地GND之间的电容值等于CPEMInew。

同样，该电容值CPEMInew针对每个滤除配置是不同的，其依赖于并联连接在每个区块BLC1、BLC2和接地GND之间的一个电容器或多个电容器。

然而，在每种滤除配置中，由区块BLC1或BLC2构成的、已经在需要时添加了辅助电容器的每个感容区块的阻抗Z在本文中通过下面的公式(2)给出：

$Z=\frac{LEMInew.\mathrm{\ω}}{1-LEMInew.CEMInew.{\mathrm{\ω}}^2}---\left(2\right)$

其中ω表示对应于电磁干扰滤除器的参考截止频率f(例如，20MHz)的角频率。

因此，值LEMInew以及各主电容器和辅电容器的电容值将被选择为使得阻抗Z在每种滤除配置中等于参考电感LEMI。

而且，电容值CPEMInew在本文中通过下面的公式(3)定义：

$CPEMInew=\frac{1}{{\left(2\mathrm{\π}f\right)}^{2}LEMI}---\left(3\right)$

其中f表示电磁干扰滤除器的参考截止频率。

同样，各附加电容器和辅电容器的电容值采用如下方式被选择，该方式用以针对每种滤除配置都满足这一条件。

图3以示例方式示出了通过闭合开关SW1₁、SW3₁、SW2₁和SW4₁而获得的另一种滤除配置。出于此原因，在这种滤除配置中，附加电容器CX1₁并联连接至主电容器CP1的端子，而辅助电容器CX3₁并联连接至附加电容器CA1的端子。

同样，辅助电容器CX2₁被并联连接至主电容器CP2的端子，而辅助电容器CX4₁被并联连接至附加电容器CA2的端子。

在图4中示出了此时通过闭合开关SW1₂、SW3₂、SW2₂和SW4₂获得的另一种滤除配置。

在这种滤除配置中，此时将附加电容器CX1₂和CX2₂并联连接至 主电容器CP1和CP2的端子，而将辅助电容器CX3₂和CX4₂并联连接至附加电容器CA1和CA2的端子。

在图5中，示出了此时通过闭合开关SW1_n、SW3_n、SW2_n和SW4_n获得的又一种滤除配置。

在该滤除配置中，此时将附加电容器CX1_n和CX2_n并联连接至主电容器CP1和CP2的端子，而将辅助电容器CX3_n和CX4_n并联连接至附加电容器CA1和CA2的端子。

在实践中，一旦系统被供电，控制装置MCTL就连续地将滤除装置10配置在其连续的滤除配置中，从而确定导致天线ANT2中流经的电流的值最大的滤除配置。

这种滤除配置因而将对应于导致将天线ANT2最佳地调谐至等于或接近理论上确定的谐振频率(例如，13.56MHz)。

当然，辅助电容器的数目，以及由此得到的滤除配置的数目，根据电磁过滤装置10的阻抗的修改中期望的粒度和所占据的表面积的折衷而得到。

为了确定天线ANT2中流经的电流的最大值，例如，控制装置可以包括连接到端子RX1和端子RX2之间、且被配置用于检测天线ANT2的端子两端的最大电压差的一个或两个检测器DCT，在这里使用了两个检测器DCT。

在实践中，一旦利用经过焊接(soldered)的各部件组成了系统，滤除配置的选择就可以保持不变。

然而，还可以设想动态地做出配置选择，即，例如，当存在有效耦合至天线ANT2的外部设备时，例如在信息通信的每个会话的开始动态地做出配置选择。

不言而喻，上面所描述的内容在读取器模式(开关SWI断开)还是在卡模式(开关SWI闭合)中都有效。

本发明不限于所描述的实施方式及其实现方式，而是包括这些实施方式及其实现方式的所有变化。

因此，虽然已经描述了为了定义滤除配置，针对每个辅助电容器 集合仅仅切换一个辅助电容器，但是，完全可以设想在同一个集合中切换多个辅助电容器。

同样，两个同类晶体管CX1_i和CX3_i(或CX2_i和CX4_i)的电容值不必相同。

为了定义配置，可以选择闭合两个或多于两个不必是同类的开关。

实际上，如何实现每种滤除配置(所使用的辅助电容器数目、闭合开关或断开开关的数目、等等)并不重要，只要由上面的公式(2)所定义的阻抗Z，在每种滤除配置中，都等于或实质上等于参考电感LEMI，并且继而通过上面的公式(3)获得的电容值CPEMInew即可。

最后，并不是绝对要求两个同类晶体管CX1_i和CX2_i(或CX3_i和CX4_i)的电容值相同，当使用如下两个检测器DCT时尤其如此，这两个检测器DCT在一边分别与电容器CX1_i和CX3_i关联、而在另一边分别与CX2_i和CX4_i关联。