非接触式通信设备的制作方法

本实用新型的应用和实施例涉及用于在非接触式设备内同步信号的设备。

背景技术：

首字母缩写词NFC表示用于在例如10cm的短距离上在两个非接触式设备之间交换数据的短距离高频无线通信技术。

NFC技术在ISO/IEC 18092、ISO/IEC 21481和NFC论坛文献中被标准化，但是并入了包括ISO/IEC 14443标准的A类和B类协议在内的一系列预先存在的标准。

例如通过使用诸如ISO/IEC 14443标准的协议A之类的非接触式通信协议，NFC设备通常可以以读取器或卡模式进行使用以与另一非接触式设备交互。

在卡模式中，NFC组件充当应答器，例如卡或标签，并且与作为读取器的外部设备交互。

存在着许多应用，诸如通过运输系统中的支付栅栏(移动电话充当旅行机票)或支付应用(移动电话充当信用卡)。

以卡模式模拟的设备可以是无源的或有源的。无源设备对由读取器生成的磁场进行负载调制。有源设备使用有源负载调制(本领域技术人员在ALM的首字母缩写词下也已知)来向读取器传输信息。此外，该设备还经由其天线生成磁场，该磁场模拟由无源设备执行的读取器场的负载调制。

当由无源负载调制导致的信号不足够强烈以被读取器检测到时，有利地使用有源负载调制。特别是当设备的天线很小或位于不利环境中时就是这种情况。

当读取器检测到卡时，以已知的传统方式，读取器通过调制其生成的磁场来发起通信。这对于卡而言是接收阶段。当读取器终止该步骤时，卡通过生成其自己的磁场并在传输帧期间对其进行调制来进行响应。然后有两种可能的情形。

在第一种情形下，每帧可以包括ALM载波的一系列突发(正如它们在英语中已知的那样)，由空间隔开，其中卡不发出信息并且没有电磁场。两个连续突发的初始瞬时之间的时间间隔等于用于调制的子载波的周期。

在某些情况下，必须增加调制。这是通过以不间断的方式生成在帧期间由卡产生的电磁场来完成的。这是第二种情形。

在该第二种情形下，取决于所传输的信息，在帧期间由卡生成的电磁场可以具有与由读取器生成的磁场相同或相反的相位。

因此，所生成的磁场的幅度与距离的立方成反比地减小。

因此，在卡天线处，由卡发出的电磁场处于比由卡已经接收的(由读取器生成的)电磁场更高的水平并且同步必须在其上发生。为了引导，由卡发出的电磁场的水平与由卡接收的(由读卡器生成的)电磁场的水平之间的比率可能高达60dB。

在第一种情形下(突发在每个传输帧期间由空间隔开)，可以在由读取器生成的载波信号和由卡生成的ALM载波时钟信号之间的这些空间内发生同步。

然而，由于卡在每个传输帧期间连续生成其自身的电磁场，因此在上述第二种情形下当前这是不可能的。

因此，在这种情况下，当前在每个传输帧之后的接收阶段期间发生同步。因此，这种同步发生在各帧外部。但是，这种解决方案并不令人满意。

实际上，读取器载波信号和ALM时钟信号之间的相位差在每帧期间增加并且与帧的长度成比例。

此外，在帧外部的这种同步需要外部时钟参考，这增加了功耗。

技术实现要素：

本实用新型的应用和实施例涉及使用非接触式设备或连接到天线的电子组件的无线或非接触式通信，特别是被配置为根据非接触式通信协议经由天线来与读取器交换信息的设备。

本实用新型的特定应用和实施例涉及以13.56MHz的频率、使用有源负载调制(ALM)用于与读取器通信的在非接触式设备和读取器之间的非接触式通信，并且涉及读取器载波信号与设备中生成的载波时钟信号(ALM载波时钟信号)之间的同步。

这些非接触式组件或设备可以是例如被已知为“NFC”设备的组件或设备，也就是说与NFC(近场通信)技术兼容的设备。

NFC设备可以是例如并入了NFC微控制器的集成电路或芯片。作为非限制性示例，NFC设备可以例如被并入到蜂窝移动电话或平板电脑或任何其他通信装置中，然后使得后者除了其传统的通信功能之外还可以被用于与非接触式读取器交换信息。

本实用新型的实施例提供了一种解决方案，用于当设备在每个传输帧期间连续地生成其自身的电磁场时，改善读取器载波信号和设备载波时钟信号(ALM载波时钟信号)之间的同步。为了满足这种需要，设备可以从由设备的天线接收的信号中尽可能地消除由设备生成的电磁场。

根据一个方面，提出了一种非接触式通信设备，用于通过使用有源负载调制和发送到读取器的帧以非接触的方式来与读取器通信，在每帧之后是接收周期。所述设备包括：天线，所述天线被配置为在每个接收周期期间接收读取器信号，并且用于在每帧期间接收读取器载波信号并将已调制设备载波信号传输到读取器。处理器被配置用于在每个接收周期中执行源自在所述天线上接收的所述读取器信号中的信号与在所述设备中生成的设备载波时钟信号设备之间的第一同步，并且在每帧内执行。所述处理器还被配置用于执行已调制设备载波信号抑制过程，该过程对源自所述天线递送的信号中的中间信号执行，以便获得经处理的信号，以及执行在所述经处理的信号与所述设备载波时钟信号之间的第二同步。

根据一个实施例，所述中间信号是数字信号，并且所述处理器包括处理模块，所述处理模块被配置为以数字方式执行所述抑制过程。

根据一个实施例，所述模块包括用于接收包含所述已调制设备载波信号的调制符号的辅助信号的输入。

根据一个实施例，所述处理模块包括自适应滤波器，其被配置为根据最小二乘法估计滤波器系数。

所述处理器优选地包括控制器，所述控制器被配置为在每帧的开始之前初始化所述滤波器的系数。

根据一个实施例，所述设备载波信号由周期性调制信号来调制，并且所述处理模块包括加法器，所述加法器被配置为执行所述中间信号的至少一部分与被延迟了具有一个值的延迟的所述中间信号的所述部分的相加，其中所述值根据调制信号符号序列而等于所述调制信号的半周期或整个周期。

根据一个实施例，所述处理器包括锁相环，所述锁相环包括具有连接到所述天线的输入并且能够递送所述中间信号的模数转换器、所述处理模块和具有能够递送振荡器信号的输出的数控振荡器。所述处理器还包括：第一时钟信号发生器，被配置为接收所述振荡器信号并生成用于对所述模数转换器进行定时的辅助时钟信号；以及第二时钟信号发生器，被配置为从所述振荡器信号生成所述设备载波时钟信号。

根据一个实施例，所述处理器包括被配置为执行所述第一同步的第一同步电路。所述第一同步电路包括所述锁相环和被配置用于禁用所述处理模块的控制器。

根据一个实施例，所述锁相环包括环路滤波器，其被配置为递送滤波器输出信号以控制所述数控振荡器。

根据另一个可能的实施例，所述锁相环包括环路滤波器，并且所述处理器包括用于接收外部时钟信号的外部时钟输入，以及连接到所述外部时钟输入和所述环路滤波器输出并被配置为从所述外部时钟信号和所述环路滤波器的输出信号中生成控制信号的处理单元，所述控制信号旨在控制所述数控振荡器。

根据另一方面，提出了一种主机装置，包括如上定义的设备。

该主机装置可以是，特别地但非排他地，以卡模式模拟的应答器、或非接触式智能卡、或通信装置，例如平板电脑或蜂窝移动电话。

附图说明

通过阅读详细描述和附图，本实用新型的其他优点和特性将变得显而易见，所述附图不以任何方式进行限制，其中：

图1至图5示出了本实用新型的实施例和应用。

具体实施方式

在图1中，参考APP表示通信装置，例如，配备有用于建立电话通信的天线ANT1的蜂窝移动电话。

在当前情况下，装置APP还包括例如NFC类型的非接触式通信设备CMP。该设备可以是例如NFC类型的非接触式电子芯片。

在这种情况下，假设以卡模式模拟主机装置APP。以传统的方式，设备CMP具有两个触点TX1和TX2以及另外两个触点RX1和RX2。

天线ANT2(例如，电感绕组)可以被用于与外部读取器RD的非接触式通信。

天线ANT2的第一端子连接到触点TX1和RX1，而天线ANT2的另一端子连接到触点TX2和RX2。

触点TX1和TX2形成设备DIS的两个输出端子，用于将数据发送到天线ANT2，而触点RX1和RX2形成设备的两个输入端子，用于从天线ANT2接收数据。

以传统的方式，在天线ANT2和设备CMP之间连接外部阻抗匹配电路，并且以已知且传统的方式在触点TX1、TX2和天线ANT2之间连接用于滤除电磁干扰的滤波器FEMI。

非接触式通信设备CMP能够通过使用有源负载调制以非接触方式来与读取器RD通信，并且如图4中所示，将帧TR1、TR2、TR3......传输到读取器RD。

每帧之后是接收周期RX1、RX2、......

在这些接收周期期间，仅读取器RD生成其电磁场和用于将信息传输到设备的模块，该模块然后处于监听阶段。

因此，在每个接收周期期间，天线接收读取器信号SA1(图2)。

在每帧TRi期间，天线被设计为接收读取器载波信号SA1并将已调制设备载波信号SPMR传输到读取器(图2)。

另外，如图2中所示，设备CMP包括处理器MTR，其被配置为执行在设备CMP内生成的设备载波时钟信号CLKALM与在天线ANT2上接收的读取器载波信号之间的同步。

更确切地说，处理器MTR被配置用于

在每个接收周期RXi中，执行源自在天线ANT2上接收的读取器信号SA1中的信号SA2与在该设备中生成的设备载波时钟信号设备CLKALM之间的第一同步SYNC1(图4)，以及

在每帧TRi内执行，

已调制设备载波信号抑制过程SPMR，该抑制过程对源自天线ANT2所递送的中间信号SINT执行，以便获得经处理的信号STR，以及

在经处理的信号STR与设备载波时钟信号CLKALM之间的第二同步SYNC2(图4)。

中间信号SINT是数字信号，并且处理器MTR继而包括处理模块5，处理模块5被配置为以数字的方式执行抑制过程。

更确切地说，设备DIS包括由辅助时钟信号CLKX定时的域DM，如下所详细描述的，该辅助时钟信号CLKX源自数控振荡器11的输出信号CLKO。

举例来说，辅助时钟信号CLKX具有54.24MHz的频率，而由振荡器11递送的信号CLKO具有868MHz的频率。

这里将回想起由读取器生成的载波信号具有13.56MHz的频率，并且设备载波时钟信号CLKLM也具有13.56MHz的频率。

处理器MTR包括锁相环PLL，其一个输入由以辅助时钟信号CLKX的速率定时的模数转换器2的输入来定义。

该模数转换器例如在放大器1中放大之后接收从天线递送的信号SA1中获得的模拟信号SA2。

这里应该注意，信号SA1是由读取器生成的读取器载波信号和在传输帧期间经由天线传输到读取器的已调制设备载波信号SPMR的组合。

模数转换器2递送数字信号SN1，该数字信号SN1在传统已知结构的级3中经历转置到基带，例如13.56MHz的消旋器。

因此，信号SN2是数字基带信号。

该信号SN2在抽取器单元4中经历抽取(子采样)，例如以便每16个中仅保留一个采样。

然后，在抽取器单元4的输出处获得中间信号SINT，并且模块5将对中间信号执行抑制过程，在这种情况下，该抑制过程是噪声抑制算法。

在该示例中，当在主输入500上接收到信号SINT时，噪声由在模块5的辅助输入501上接收到的调制信号SMOD形成。

实际上，在通过滤波器FEMI之后经由天线传输到读取器的已调制设备载波信号SPMR是由调制信号SMOD调制的信号，其包括以子载波的频率(在本例中为847.5kHz)的速率递送的调制符号+1-1。

实际上，每当调制符号等于1时，信号CLKALM的相位不变，而当调制符号等于-1时相位被反转。

由处理器16以传统方式递送调制信号SMOD，处理器16还处理源自读取器的载波信号中的接收符号。

为了描述处理模块5的可能架构，现在将更具体地对图3进行参考。

该架构使用递归最小二乘法来估计滤波器系数，从而实现自适应滤波。

这里描述的滤波器是有限脉冲响应类型的滤波器。

经由由控制信号SCTRL控制的多路复用器MX1将接收基带中的调制信号SMOD的符号(由+1和-1组成的符号)的辅助输入501连接到用于存储连续符号的第一移位寄存器RG1，在这种情况下是一个16位寄存器。

以子载波频率的速率将每个调制符号递送到第一寄存器RG1。

滤波器5还包括也是16位类型的用于存储滤波器系数的第二移位寄存器RG2，该滤波器系数在其通过最小二乘法估计的过程中被更新。

寄存器RG2的输出经由加法器ADD2环回到相同寄存器RG2的输入，加法器ADD2还接收用于放大最小平方误差的增益的放大器AMP的输出。放大器的输入经由乘法器ML1而连接到寄存器RG1的第十六触发器，乘法器ML1也接收最小平方误差，该误差对应于滤波器的输出。

寄存器RG2的输出还连接到乘法器ML2的第一输入，乘法器ML2还接收寄存器RG1的第十五触发器的输出。

乘法器的输出连接到加法器ADD1的第一输入，加法器ADD1还接收多路复用器MX2的输出，多路复用器MX2的第一输入形成滤波器的主输入500(接收中间信号SINT的采样的输入)。

加法器ADD1的输出连接到第三寄存器RG3(18位寄存器)，该寄存器一方面连接到滤波器的输出并因此递送信号STR，且该寄存器另一方面环回到多路复用器MX2的第二输入。

因此，滤波器的输出递送经处理的信号STR，其在滤波器的收敛之后尽可能地与信号SPMR进行剥离，所述信号SPMR被传输到读取器并且在接收链中在天线ANT2的位置处被发现。

由于源自振荡器11的输出信号CLKO中的辅助信号CLKX对模数转换器2进行定时，并且由于载波时钟信号CLKALM本身是从该信号CLKO生成的，因此锁相环PLL将旨在将读取器载波信号相位的值锁定为恒定值。

锁相环PLL还包括在抑制模块5的输出处的低通滤波器6，接着是相位估计模块，例如本领域技术人员已知的CORDIC类型的模块。

该估计模块7将恒定相位值从其输出递送到具有传统且已知结构的环路滤波器8。

环路滤波器8的输出连接到多路复用器10的第一输入，多路复用器10的输出递送被设计来控制振荡器11的控制信号SCM。

多路复用器10由选择信号SSL控制。

当环路滤波器8的输出有效地链接到多路复用器10的输出时，控制信号SCM是环路滤波器的输出信号。

因此，还可以提供外部时钟15，其递送外部时钟信号CLKEXT。

实际上，取决于振荡器11的特性，锁相环的带宽规范可能施加约束。通过使用外部时钟信号，可以在带宽方面协调这些高要求，并且希望优选地限制由锁相环执行的估计中的噪声量。

实际上，在这种情况下，振荡器的高频噪声由使用外部时钟信号CLKEXT的锁相环补偿，而振荡器的低频噪声由使用信号SINT的相位的锁相环补偿。

单元9还接收环路滤波器8的输出信号SFPLL和外部时钟信号CLKEXT，并组合这两个信号以形成振荡器的控制信号SCM。

更确切地说，单元9生成控制信号，该控制信号被配置为控制振荡器11，使得它生成频率为α.fCLKEXT的信号CLKO，其中α是非整数，并且fCLKEXT是外部时钟信号CLKEXT的频率。在这里描述的实现示例中，α的标称值是(64*13.56MHz)/fCLKEXT。

信号SFPLL被用来移位锁相环的操作点并连续调节α的值以便锁定信号SINT的相位。

α的调节以远低于环路滤波器SFPLL的输出信号直接控制振荡器11所需的速率发生。使用外部时钟和信号SFPLL的组合对振荡器11的这种控制期间在信号SINT上的可接受噪声比通过信号SFPLL直接控制振荡器11的情况下高得多(增加大约20到30dB)。读取器信号上的容忍衰减直接受益于该增益。换句话说，这种衰减可能比由信号SFPLL直接控制振荡器11的情况更显著。

如上所指出，在通过第一分频器12之后从振荡器11的输出信号CLKO中获得辅助时钟信号CLKX。

然后将信号CLKX递送到第二分频器13，以便获得具有13.56MHz频率的设备载波时钟信号CLKALM，其与读取器载波信号相位同步。

具有已知传统结构的单元14然后接收调制信号SMOD和信号CLKALM，并且在信号CLKALM根据接收的调制符号的值已被反转或未被反转之后，递送已调制设备载波信号SPMR以经由滤波器FEMI和天线ANT2而被传输到读取器。

如图4中所示，为了加速抑制滤波器5的收敛，优选的是在每个传输帧TRi的开始之前初始化滤波器5的系数。该初始化可以由并入到处理器16中的控制器来执行。

另外，为了执行第一同步SYNC1，可以有利地使用与参考图2描述的锁相环PLL相同的锁相环PLL，但是禁用抑制模块5，因为在这种情况下，不存在数据传输并且因此在每个接收周期RXi期间设备没有生成电磁场。

这由图2中虚线所示的箭头F1图示出。箭头F2涉及同步SYNC2。

出于本实用新型的目的，禁用滤波模块可以被理解为简单地意指模块5的短路或该模块的初始化(通过将自适应滤波器系数重置为零)。这种禁用也可以由并入到处理器16中的控制器来执行。

在一些情况下，上述噪声抑制算法可能是不足够的。特别是当锁相环信号非常嘈杂时——例如当以每秒106千比特的速率使用A类协议时，就是这种情况。

在这种情况下，优选的是使用用于传输信号的自动抑制的算法，其实现在图5中示出。

在该图中，与参考图2描述的那些元件相似或具有类似功能的所有元件具有相同的附图标记。现在仅描述这两个图之间的差异。

在该实施例中，图2的抑制模块5由加法器50代替，加法器50将中间信号SINT延迟了一个等于调制信号SMOD的周期的一部分的延迟51的中间信号SINT相加。

因此，例如，当使用由使用848kHz子载波的A类或B类协议所引起的信号时，调制信号包括多个类型序列-1-1、1、1、-1-1、1、1、-1-1、1、1、-1-1(4*848kHz)。

该序列与延迟了子载波的半个周期的其自身的总和，导致了该序列的抑制。然而，这种自动抑制仅在子载波相位不改变的周期期间是可能的。

因此，当信号SINT与延迟了子载波的半个周期的其自身相加时，在可以在系统的校准期间确定的收敛时间之后，在加法器50的输出处存在对传输到读取器的信号SPMR的抑制。

例如，如果使用每秒848千比特的速度，那么一个比特仅包含一个子载波周期。当重复传输的比特时，具有相同相位的多个子载波周期彼此跟随。然后可以将信号SINT与延迟了子载波的半个周期的其自身相加。

当传输的比特是{0,1}的连续时，信号不再具有与子载波的周期相等的周期，而是具有双倍周期。然后，通过在将中间信号SINT加到其自身之前将中间信号SINT移位整个子载波周期来获得信号SINT中的调制信号的自动抑制。

调制信号SMOD的符号可以被用来识别适合于自动抑制的传输信号的部分，并且确定信号SINT应该被移位子载波的半周期还是子载波的整个周期。

该方法可以应用于在JIS X6319-4标准中定义的类型F信号，该信号是可以被认为是其周期等于符号周期的子载波的调制的信号。