天线和通信装置的制作方法

本公开涉及天线和通信装置，更具体地，涉及能够实现使用磁场的近场通信和使用电场的近场通信两者的天线和通信装置。

背景技术：

使用近场通信以例如用于电子通勤通行证，电子货币等，其中，在近场通信中，使用ic(集成电路)卡等以非接触方式在短距离进行无线通信。此外，已经广泛使用具有利用近场通信的电子货币功能的移动电话。根据这种近场通信(以下也称为nfc通信)，在天线附近形成准静态磁场，并进行通信。

此外，使用准静态电场的近场通信之一是通过人体作为通信介质(以下也称为hbc通信)进行传输的人体通信(例如，参照专利文献1)。以下，准静态磁场和准静态电场分别简称为磁场和电场。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开no.2012-53520

技术实现要素：

技术问题

为了建立nfc通信，用户必须取出具有nfc通信功能的ic卡、移动电话等，并使其靠近对方设备。相比而言，为了建立hbc通信，用户不需要拿出设备，而只需要用手触摸他口袋等中的设备，因为hbc通信采用电场扩展入人体中的性质。因此，hbc通信可以提供更直观的用户接口。因此，期望提供一种能够利用当前流行的nfc通信和使用电场的hbc通信两者的通信装置。

鉴于上述情况作出本公开，本公开的目的在于实现使用磁场的近场通信和使用电场的近场通信两者的通信。

解决技术问题的技术方案

根据本公开的第一方面的天线由使用磁场的近场通信和使用电场的近场通信共享。

在本公开的第一方面中，天线由使用磁场的近场通信和使用电场的近场通信共享。

根据本公开的第二方面的通信装置包括：使用磁场以非接触方式进行通信的第一近场通信单元；使用电场以非接触方式进行通信的第二近场通信单元；以及由第一近场通信单元的通信和第二近场通信单元的通信共享的天线。

在本公开的第二方面中，天线由使用磁场以非接触方式进行通信的第一近场通信单元的通信和使用电场以非接触方式进行通信的第二近场通信单元的通信共享。

通信装置可以是独立设备，或者可以是一个设备的内部块。

发明的有益效果

根据本公开的第一和第二方面，使用磁场的近场通信和使用电场的近场通信都是可行的。

应当注意，这里描述的效果不一定是限制性的，并且可以是本公开中描述的任何效果。

附图说明

图1是示出根据本公开的第一实施例的通信装置的框图。

图2是示出根据本公开的第二实施例的通信装置的框图。

图3是示出根据本公开的第三实施例的通信装置的框图。

图4是示出根据本公开的第四实施例的通信装置的框图。

图5是示出当开始与对方设备进行通信时如何控制通信的示图。

图6是各自示出当开始与对方设备进行通信时如何控制通信的示图。

图7是各自示出当开始与对方设备进行通信时如何控制通信的示图。

图8是示出天线的第一和第二配置示例的示图。

图9是天线的第三构成例。

图10是天线的第四构成例。

图11是在两个开关器件被接通或断开的状态下总结通信的特性的示图。

具体实施方式

在下文中，将描述用于实施本公开的实施方式(以下称为实施例)。请注意，将按以下顺序进行描述。

1.通信装置的第一实施例(包括支持nfc通信和hbc通信两者的数据转换器的通信装置的配置示例)

2.通信装置的第二实施例(包括仅支持nfc通信的数据转换器的通信装置的配置示例)

3.通信装置的第三实施例(包括仅支持hbc通信的数据转换器的通信装置的配置示例)

4.通信装置的第四实施例(共享天线的配置示例)

5.通信开始的处理流程

6.共享天线的构成例

<1.通信装置的第一实施例>

图1是示出根据本公开的第一实施例的通信装置的框图。

图1所示的通信装置1是能够实现使用磁场的近场通信(其通常称为nfc(近场通信)，以下称为nfc通信)和使用电场的近场通信两者的装置。

应当注意，下面描述的通信装置1作为使用电场的近场通信，例如使用用户的人体作为通信介质进行人体通信(以下也称为hbc(人体通信)通信)。应当理解，通信装置1可以通过使传输侧电极和接收侧电极面对彼此而不经由人体来使用电场来进行近场通信。

nfc通信是例如使用具有预定频率(例如，13.56mhz)的高频磁场作为标准化为iso/iec14443的介质的短距离无线通信。应当注意，nfc通信不限于此，例如，也可以是使用磁场的其他短距离无线通信，诸如具有通信距离高达几毫米(国际标准：iso/iec10536)的接触型通信，以及具有约50cm至1m的通信距离(国际标准：iso/iec15693)的邻近型通信。

hbc通信是短距离无线通信。因此，通过两个电极的电容耦合产生电场，并且通过电场(电势)的变化，使用用户的人体作为通信介质进行传输。hbc通信的标准化标准包括ieee802.15.6hbc和iso/iec17982。

通信装置1包括设备主机11、存储器12、数据转换器13、nfc数字处理器14、nfc模拟处理器15、hbc数字处理器16和hbc模拟处理器17。

通信装置1可以是执行短距离无线通信的独立设备，或者可以是作为通信芯片模块或通信ic的组件，该通信芯片模块或通信ic作为组件嵌入在诸如智能电话(移动终端)、个人计算机和服务器装置的另一装置中。

例如，设备主机11是cpu(中央处理单元)、rom(只读存储器)、ram(随机存取存储器)等，并且控制整个通信装置1。该设备主机11产生被传输到作为通信伙伴的对方设备的传输的数据，将传输的数据传输到数据转换器13，并且获取从数据转换器13提供的接收数据。在通信装置作为组件嵌入在另一装置中的情形下，设备主机11控制上位控制器与数据转换器13之间的数据交换，上位控制器控制通信装置1嵌入的装置的主体。传输的数据以及接收的数据还包括命令和消息。

存储器12存储用于控制整个通信装置1的程序以及传输和接收所需的数据。例如，存储器12是非易失性存储器，例如eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、由电池备份的sram(静态随机存取存储器)等。

数据转换器13将传输的数据和接收的数据转换成nfc通信或hbc通信的信号格式的数据。具体地，在通信装置1传输数据的情况下，数据转换器13将从设备主机11提供的传输的数据转换为nfc通信或hbc通信的信号格式的数据，并将转换的数据提供给nfc数字处理器14或hbc数字处理器16。此外，在通信装置1接收数据的情况下，数据转换器13将从nfc数字处理器14提供的nfc通信的信号格式的数据或从hbc数字处理器16提供的hbc通信的信号格式的数据转换为可由设备主机11接收的数据格式的数据，并将转换的数据提供给设备主机11。

例如，nfc通信的信号格式由iso/iec21481(nfcip-2)定义。hbc通信的信号格式可以符合例如由ieee802.15.6hbc或iso/iec17982定义的人体通信的规范。

nfc数字处理器14是对nfc通信的传输的信号和接收的信号执行数字处理的处理器。例如，nfc数字处理器14进行诸如ask(幅移键控)和bpsk(二进制相移键控)的预定调制方法的调制处理、对应与其的解调处理、纠错处理等。

nfc模拟处理器15是对nfc通信的传输的信号和接收的信号进行模拟处理的处理器。例如，nfc模拟处理器15在接收信号时执行检测信号的检测处理、ad转换处理等，并且在传输信号时执行ask解调处理、负载调制处理等。线圈(环形线圈)21和电容器22作为天线连接到nfc模拟处理器15，并且线圈21和电容器22构成谐振电路。线圈21和电容器22根据nfc模拟处理器15的控制以谐振频率(例如13.56mhz)谐振，并且在线圈21周围产生磁场。或者，线圈21和电容器22根据nfc模拟处理器15的控制对由对方设备(读/写器)产生的磁场进行负载调制。结果，使用通信装置1和对方设备之间的磁场来传输和接收数据。

hbc数字处理器16是对hbc通信的传输的信号和接收的信号执行数字处理的处理器。例如，hbc数字处理器16进行诸如bpsk的预定调制方法的调制处理、对应于其的解调处理、纠错处理等。

hbc模拟处理器17是对hbc通信的传输的信号和接收的信号执行模拟处理的处理器。例如，hbc模拟处理器17进行模拟信号的放大处理、滤波处理、ad转换处理等。用作天线的电容器23连接到hbc模拟处理器17。电容器23根据hbc模拟处理器17的控制在电容器23周围产生电场。或者，电容器23根据hbc模拟处理器17的控制，经由人体接收由对方设备产生的电场的改变。结果，使用通信装置1和对方设备之间的电场来传输和接收数据。

具有上述配置的通信装置1可以支持使用磁场的nfc通信和使用电场的hbc通信的两种近场通信，根据需要选择通信方法之一，并与对方设备通信。

<2.通信装置的第二实施例>

图2是示出根据本公开的第二实施例的通信装置的框图。

如图2所示，对应于第一实施例的构成的构成由相同的附图标记表示。在下文中，将仅描述与第一实施例的构成不同的构成。

在第二实施例中，第一实施例的数据转换器13和hbc数字处理器16分别被替换为数据转换器31和格式转换器32，并且其它构成与第一实施例的那些类似。

第一实施例的数据转换器13可将设备主机11可读取格式和可写入格式的数据转换为nfc通信和hbc通信的两种信号格式的数据。与之相比，第二实施例的数据转换器31具有仅将数据转换为nfc通信的信号格式的数据的功能。

数据转换器31将传输的数据转换成nfc通信的信号格式的数据，将指示数据将要通过hbc通信传输的标记或指示数据将通过nfc通信传输的标记添加到经转换的传输的数据，并将经转换的传输的数据传输给nfc数字处理器14。此外，数据转换器31将从nfc数字处理器14提供的nfc通信的信号格式的数据转换为可由设备主机11接收的格式的数据，并将转换的数据提供给设备主机11。

在nfc数字处理器14从数据转换器31获取这样的nfc通信的信号格式的传输的数据的情况下：该传输的数据具有指示要通过hbc通信传输数据的标记，nfc数字处理器14将传输的数据提供给格式转换器32。此外，在nfc数字处理器14从数据转换器31获取这样的nfc通信的信号格式的传输的数据的情况下，该传输的数据具有指示通过nfc通信传输数据的标记，nfc数字处理器14对传输的数据执行诸如调制处理的数字处理，并且接着将要传输的数据提供给nfc模拟处理器15。

另一方面，在从格式转换器32将接收的数据提供给nfc数字处理器14的情况下，nfc数字处理器14将接收的数据提供给数据转换器31。此外，在从nfc模拟处理器15提供nfc通信的信号格式的接收的数据的情况下，nfc数字处理器14对接收的数据执行诸如解调处理等的数字处理，并且接着将处理的数据提供给数据转换器31。

格式转换器32不仅执行第一实施例的hbc数字处理器16的处理，而且还将nfc通信的信号格式转换为hbc通信的信号格式，反之亦然。具体地，格式转换器32将从nfc数字处理器14提供的nfc通信的信号格式的传输的数据转换为hbc通信的信号格式的数据，对数字执行诸如解调处理等的数字处理，并将数据提供给hbc模拟处理器17。此外，在通过hbc通信接收的接收数据从hbc模拟处理器17提供给格式转换器32的情况下，格式转换器32对hbc通信的信号格式的接收的数据执行诸如解调处理等的数字处理，然后将数据转换成nfc通信的信号格式的数据，并将数据提供给nfc数字处理器14。

第二实施例的其他构成类似于第一实施例的构成。

此外，具有上述构成的通信装置1可以支持使用磁场的nfc通信和使用电场的hbc通信的两种近场通信，根据需要选择通信方法之一，并与对方设备通信。

<3.通信装置的第三实施例>

图3是示出根据本公开的第三实施例的通信装置的框图。

在图3中，与第一实施例的构成对应的构成由相同的附图标记表示。在下文中，将仅描述与第一实施例的构成不同的构成。

在第三实施例中，第一实施例的数据转换器13和nfc数字处理器14分别由数据转换器41和格式转换器42代替，并且其他构成与第一实施例的构成类似。

第一实施例的数据转换器13可以将设备主机11可读取格式和可写入格式的数据转换成nfc通信和hbc通信的两种信号格式。与之相比，第三实施例的数据转换器41具有将数据仅转换为hbc通信的信号格式的数据的功能。

数据转换器41将传输的数据转换为hbc通信的信号格式的数据，向经转换的传输的数据添加指示数据将通过nfc通信传输的标记或指示将通过hbc通信传输的标记，并将经转换的传输的数据提供给hbc数字处理器16。此外，数据转换器41将从hbc数字处理器16提供的hbc通信的信号格式的数据转换为可由设备主机11接收的格式的数据，并将转换的数据提供给设备主机11。

在hbc数字处理器16从数据转换器41获取hbc通信的信号格式的传输的数据的情况下，该数据具有指示将通过nfc通信传输数据的标记，hbc数字处理器16将传输的数据提供给格式转换器42。在hbc数字处理器16从数据转换器41获取hbc通信的信号格式的传输的数据的情况下，该数据具有指示通过hbc通信传输数据的标记，hbc数字处理器16对传输的数据进行诸如调制处理等的数字处理，并且接着将传输的数据提供给hbc模拟处理器17。

另一方面，在从格式转换器42提供接收数据的情况下，hbc数字处理器16将接收数据提供给数据转换器41。此外，在从hbc模拟处理器17提供hbc通信的信号格式的接收的数据的情况下，hbc数字处理器16对接收的数据执行诸如解调处理等的数字处理，并且接着将处理的数据提供给数据转换器41。

格式转换器42不仅执行第一实施例的nfc数字处理器14的处理，而且还将nfc通信的信号格式转换为hbc通信的信号格式。具体地，格式转换器42将从hbc数字处理器16提供的hbc通信的信号格式的传输数据转换成nfc通信的信号格式的数据，对数据执行诸如解调处理等的数字处理，并将数据提供给nfc模拟处理器15。此外，在通过nfc通信接收的接收数据从nfc模拟处理器15提供给格式转换器42的情况下，格式转换器42对nfc通信的信号格式的接收数据进行诸如解调处理等的数字处理，然后将数据转换为hbc通信的信号格式的数据，并将数据提供给hbc数字处理器16。

第三实施例的其他构成与第一实施例的那些相似。

此外，具有上述构成的通信装置1可以支持使用磁场的nfc通信和使用电场的hbc通信的两种近场通信，并且根据需要选择通信方法之一，并与对方设备通信。

<4.通信装置的第四实施例>

图4是示出根据本公开的第四实施例的通信装置的框图。

在图4中，对应于第一实施例的构成的构成由相同的附图标记表示。在下文中，将仅描述与第一实施例的构成不同的构成。

在第四实施例中，设备主机11、存储器12、数据转换器13、nfc数字处理器14、nfc模拟处理器15、hbc数字处理器16和hbc模拟处理器17的构成与第一实施例的类似。

换句话说，除了nfc通信和hbc通信的天线部分之外，第四实施例的构成类似于第一实施例的构成。

此外，在第四实施例中，第一实施例的线圈21和电容器22和23被线圈51和电容器52代替。线圈51和电容器52连接到nfc模拟处理器15和hbc模拟处理器17两者，并且天线由nfc通信和hbc通信共享。

在通过nfc通信传输或接收数据的情况下，nfc模拟处理器15控制在线圈51周围产生的磁场。

在通过hbc通信传输或接收数据的情况下，hbc模拟处理器17控制在电容器52周围产生的电场。

第四实施例的其他构成与第一实施例的那些类似。

此外，具有上述构成的通信装置1可以支持使用磁场的nfc通信和使用电场的hbc通信的两种近场通信，并且根据需要选择通信方法之一，以及与对方设备通信。

图4中所示的第四实施例具有其中图1的第一实施例的天线部分被由nfc通信和hbc通信共享的天线替代的构造。也可以用第四实施例的nfc通信和hbc通信共享天线的构成替代图2的第二实施例和图3的第三实施例中的每一个的天线部分。

<5.通信开始的处理流程>

参考图5到图7，将描述当与对方设备开始通信时如何控制通信。

如图5所示，通信装置1交替地输出nfc通信的信号和hbc通信的信号作为用于检测通信伙伴的轮询命令。

然后，如图6所示，在对方设备回复nfc通信的轮询命令的情况下，通信装置1通过nfc通信与已经回复的对方设备进行通信。

另一方面，如图7所示，在对方设备回复hbc通信的轮询命令的情况下，通信装置1通过hbc通信与已经回复的对方设备进行通信。

在通过nfc通信或hbc通信与对方设备的通信完成之后，通信装置1再次开始轮询处理，即交替地输出nfc通信的信号和hbc通信的信号作为轮询命令。

如上所述，通过以时分方式传输nfc通信的轮询命令和hbc通信的轮询命令，通信装置1可以开始与对方设备的通信，即使对方设备采用nfc通信或hbc通信的任何通信方法。

<6.共享天线的构成示例>

图8示出了由nfc通信和hbc通信共享的天线的第一构成例。

图8的a示出了由nfc通信和hbc通信共享的天线的第一构成例。

通常，lc谐振电路的电容器是芯片电容器等。与之相比，在如图8的a所示的通过nfc通信和hbc通信共享天线的情况下，例如，电容器52包括两个平板状的图案电极81a、81b，该平板状图案电极81a、81b平行布置在具有预定厚度的基板的表面侧和背面侧。

例如，线圈51在具有预定厚度的基板上图案化为布置在两个图案电极81a和81b周围。

利用上述构成，电容器52可由用于nfc通信的谐振电容器和用于hbc通信的天线共享。

这允许集成用于nfc通信的天线和用于hbc通信的天线。在用户通过任一通信方式进行通信的情况下，用户只需使对方设备或人体的一部分(例如手)靠近天线的相同位置。

图8的b示出了由nfc通信和hbc通信共享的天线的第二构成例。

可以根据基板的介电常数适当地确定布置有电容器52的两个图案电极81a和81b的基板的厚度。然而，在不能使用具有高介电常数的基板或者未设置足够宽的面积的图案电极81a和81b的情况下，仅仅电容器52可能不能提供充足的电容量。

在这种情况下，如图8的b所示，诸如芯片电容器的电容器82可以与电容器52并联设置。

图9示出了由nfc通信和hbc通信共享的天线的第三构成例。

第三构成例与第一和第二构成例的不同之处在于，电容器52由图案电极91a和91b构成，并且在图案电极91a和91b中分别形成有多个(图9中为四个)狭缝92。

在图案电极具有类似于图8所示的图案电极81a和81b的简单平板形状的情况下，在使用磁场的通信中，产生涡电流，lc谐振电路的q值降低，并且通信性能下降。

鉴于上述，如图9所示，在图案电极91a，91b中分别形成有一个或多个狭缝92。因此，可以显著的抑制涡电流的产生。

应当注意，用于抑制涡电流产生的狭缝的形状不限于图9所示的狭缝92的形状。在不设置狭缝的情况下，图案电极可以分成多个，并且可以并联连接。

此外，形成在两个图案电极91a和91b中的狭缝92的形状可以相同或不同。

图10示出了由nfc通信和hbc通信共享的天线的第四构成例。

在图10所示的天线的第四构成例中，除了线圈51和电容器52之外，还设置开关器件101和102(sw101和sw102)。开关器件101接通/断开线圈51的电连接，并且开关器件102接通/断开电容器52的电连接。电容器52可以采用图8所示的其中没有形成狭缝92的构造以及如图9所示的其中形成有一个或多个狭缝92的构造中的任何一种。此外，狭缝92的形状可以不同于图9所示的形状。

在包括线圈51和电容器52的谐振电路谐振的情况下，通信距离长、频带窄、数据的传输速度慢。在包括线圈51和电容器52的谐振电路不需要谐振的情况下，可以以更高的速度传输和接收数据。

因此，通过提供开关器件101和102，可以选择并执行进行通信的通信方法，其中谐振电路以与预定标准相符的谐振频率谐振(例如为13.56mhz)，或者根据需要以非谐振方式高速传输和接收数据的通信方法。

图11是在各开关器件101、102接通或断开的状态下的通信特性的汇总图。

在开关器件101和102都被接通的情况下，包括线圈51和电容器52的谐振电路以预定频率谐振。通信装置1可以通过使用磁场的nfc通信和使用电场的hbc通信的两者进行通信。在这种情况下，通信距离比后述的其他通信的通信距离长、通信频带窄、传输速度慢。然而，可以执行符合诸如iso/iec14443的预定标准的近场通信。符合iso/iec14443的标准，例如传输速率是106kbps、212kbps或424kbps。

与之相比，在开关器件101断开并且开关器件102接通的情况下，仅电容器52电连接，并且因此天线不谐振。通信装置1只能通过使用电场的hbc通信进行通信。在这种情况下，通信距离比上述的谐振通信距离短、通信频带宽、传输速度快。符合iso/iec17982的标准，可以以高达40.68mbps的传输速率进行高速通信。

此外，在开关器件101接通并且开关器件102断开的情况下，仅线圈51电连接，因此天线不谐振。通信装置1只能通过使用磁场的nfc通信进行通信。然而，nfc通信是不符合预定标准的独特的nfc通信。通信距离比上述的谐振通信的通信距离短、通信频带宽、传输速度快。

在开关器件101和102两者都断开的情况下，通过使用磁场的nfc通信和使用电场的hbc通信的任何通信是不可能的。

如上所述，根据天线的第四构成例，通过控制开关设备101和102的接通/断开，可以选择符合预定标准的nfc通信、不符合标准的高速nfc通信、或高速hbc通信，并执行选定的通信。例如，设备主机11执行开关设备101和102的接通/断开控制。

如上所述，各实施例中所示的通信装置1可以支持使用磁场的nfc通信和使用电场的hbc通信的两种近场通信，根据需要选择通信方法之一，并与对方设备进行通信。

本公开的实施例不限于上述实施例，并且在不脱离本公开的范围的情况下可以进行变化和修改。

例如，可以组合和采用上述多个实施例的全部或一部分。

例如，本公开可以采用经由网络由多个设备共享一个功能的云计算的配置，并执行协同处理。

此外，上述流程图中描述的各步骤可以由一个装置执行，或者也可以通过多个装置共享步骤来执行。

此外，在一个步骤包括多个处理的情况下，一个步骤中包括的多个处理可以由一个装置执行，或者也可以通过多个装置共享步骤来执行。

应当注意，本说明书中描述的效果仅仅是说明性的而不是限制性的，并且可以具有除了本说明书中描述的效果之外的效果。

此外，本公开还可以具有以下配置。

(1)一种天线，其由使用磁场的近场通信和使用电场的近场通信共享。

(2)根据(1)所述的天线，其中

使用电场的近场通信是使用人体作为通信介质的人体通信。

(3)根据(1)或(2)所述的天线，包括：

线圈；

电容器；和

开关，其接通/断开线圈和电容器中的每一个的电连接。

(4)根据(3)所述的天线，其中

电容器包括平板状的两个电极。

(5)根据(4)所述的天线，其中

两个电极上形成有狭缝。

(6)一种通信装置，包括：

第一近场通信单元，其使用磁场以非接触方式进行通信；

第二近场通信单元，其使用电场以非接触方式进行通信；和

天线，由第一近场通信单元的通信和由第二近场通信单元的通信共享。

(7)根据(6)所述的通信装置，其中

第二近场通信单元使用人体作为通信介质来使用电场以非接触的方式进行通信。

(8)根据(6)或(7)所述的通信装置，其中

天线包括

线圈，

电容器，和

开关，其接通/断开线圈和电容器中的每一个的电连接。

(9)根据(8)所述的通信装置，还包括：

控制器，其控制开关。

(10)根据(8)或(9)所述的通信装置，其中

电容器包括平板状的两个电极。

(11)根据(10)所述的通信装置，其中

两个电极上形成有狭缝。

参考符号列表

1通信装置

12存储器

13数据转换器

14nfc数字处理器

15nfc模拟处理器

16hbc数字处理器

17hbc模拟处理器

21线圈

22，23电容器

31数据转换器

32格式转换器

41数据转换器

42格式转换器

51线圈

52电容器

81a，81b图案电极

82电容器

91a，91b图案电极

92狭缝

101，102开关器件