用于激活NFC设备的电路和方法与流程

用于激活nfc设备的电路和方法
1.分案申请说明
2.本技术是于2017年9月6日提交的、申请号为201710795598.1、名称为“用于激活nfc设备的电路和方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
3.本说明书总体上涉及电子电路和移动通信设备，并且在具体实施例中涉及用于激活近场通信(nfc)设备的电路和方法。


背景技术：

4.现在许多设备具有近场通信功能。最广泛应用的是越来越多地提供通常被称为nfc路由器的近场通信接口的移动电信设备(例如，移动电话或智能电话)，从而在电话上赋予额外的功能。nfc路由器使得移动设备能够以卡模式操作，该设备然后具有非接触式通信卡的功能，或者在读取器模式下，该设备具有非接触式卡读取和/或写入端子的功能。
5.无论是在卡模式还是在读卡器模式下，nfc路由器由包含路由器的设备的电池供电。设备本身的电池通常通过充电器连接到例如配电网络、发电机、太阳能电池板等来充电。


技术实现要素：

6.本发明的实施例弥补了组合电池和近场通信接口的设备的全部或部分缺点。
7.本发明的实施例改进了这种装置的能量管理。
8.本发明的实施例提供了一种特别适合仅在卡模式或对等(peer-to-peer)卡模式下操作的设备的解决方案。
9.实施例提供近场通信路由器包括路由器内部的第一开关和路由器的第一端子与路由器的第二端子之间。第一开关的控制端子连接到整流桥的输出端子，用于整流由路由器外部的天线拾取的信号。
10.根据实施例，第一开关的控制端子通过电阻和电容单元连接到整流桥的输出端子。
11.根据实施例，电池包括将整流桥的输出端子连接到第一开关的控制端子的电阻元件和将第一开关的控制端子连接到路由器的第二端子的电容元件。
12.实施例提供了一种用于激活近场通信路由器的系统，其包括路由器内部的第一开关和路由器的第一端子与路由器的第二端子之间。第一开关的控制端子连接到整流桥的输出端子，用于整流由天线拾取的信号。第二开关位于路由器的外部，并且位于用于施加由电池提供的电压的第一端子和路由器的第三端子之间。第二开关的控制端子连接到路由器的第一端子。
13.根据实施例，路由器的第一端子由路由器外部的电阻元件连接到第一端子，以施加由电池提供的电压。
14.根据实施例，路由器的第三端子连接到地。
15.实施例提供了一种包括如上所述的路由器的便携式通信设备。
16.实施例提供了一种包括如上所述的系统的便携式通信设备。
17.实施例提供了一种用于激活非接触式通信路由器的方法。在整流桥的端子处检测电压的存在，以便在路由器的电源端子之间没有施加电压的情况下整流由天线拾取的信号。在端子之间施加电源电压。
附图说明
18.这些特征和优点以及其他特征和优点将在以下关于具有附图的特定实施例的非限制性描述中详细公开，其中：
19.图1是将要描述的实施例的类型的电子设备的示例的局部示意性框图；
20.图2是nfc路由器的实施例的简化局部图；和
21.图3示意性地示出了用于触发nfc路由器的电源的触发电路操作。
具体实施方式
22.相同的元件在不同的附图中被相同的附图标记表示。
23.为了清楚起见，仅对用于理解将要描述的实施例有用的步骤和元件进行了详细的说明。特别地，没有详细给出近场通信路由器的操作，所描述的实施例与普通操作兼容。此外，还没有详细给出包含这种路由器的设备或系统的应用，所描述的实施例再次与普通应用兼容。
24.除非另有规定，否则当引用两个互连的元件时，这意味着直接连接而不具有除导体之外的任何中间元件，并且当参考两个互连元件时，这意味着这两个元件可以直接连接或通过一个或多个其他元件连接。
25.在下面的描述中，当提及“约”、“大约”等术语时，这表示差距在10％以内，优选在5％以内。
26.图1是部分示出设置有电池和近场通信电路的移动设备1的实施例的近场通信系统的块的形式的示意图。
27.在一些实施例中，本说明书更具体地涉及包括近场通信电路和可再充电电池的设备。
28.设备1尤其包括连接到天线14的近场通信接口2(本文中也称为nfc路由器2)，用于当设备1与终端3具有短距离时与终端3进行通信。设备1还包括用于操作该设备的电池16，而不管近场通信模式如何。例如，在移动电话的情况下，电池16使得可以操作用于gsm型通信的电话。电池16由设置在设备1中的充电器18充电，并且通常从旨在连接到外部变压器的端子182接收dc电压。无论是在读卡器模式、卡模式或是对等模式，电池16还为nfc路由器2供电。
29.装置1还包括根据其性质的各种处理电路。这些电路在图1中由处理器13表示。这些电路能够由电池16供电，并且至少对于它们中的一些，与nfc路由器2进行通信。
30.电池充电器18通常是用于向电池16提供合适的充电电压并监测电池电量的电压调节系统。
31.在“对等”或p2p操作模式中，提供有nfc路由器2的两个设备彼此通信以交换信息。在这种操作模式中，每个设备以卡模式和读取器模式交替工作。
32.当nfc设备(特别是便携式设备)在读取器或端子模式下操作时，其电池为nfc路由器2和处理电路13供电。
33.然而，在nfc路由器的待机或非操作期间，它被置于低消耗模式。
34.即使在待机模式下，用于避免路由器2的功率消耗的常见解决方案是，在待机期间，nfc路由器2不被供电，并且用户激活开关(例如，备用开关)将其重新开启。然而，这需要用户的干预。
35.另一种解决方案将是使nfc路由器2的电路保持工作(供电)。但是，这与待机模式下的最小功耗要求是不兼容的。
36.图2是nfc路由器2的实施例的简化局部图。
37.该路由器2包括天线电路14连接到的两个端子22和24。该电路14包括由形成天线的电感元件142和并联(或在其它实施例中串联)的电容元件144形成的并联振荡电路。在某些情况下，电容元件144被结合在路由器2中。一个或两个端子22和24被连接到近场电路28和路由器2的其他电路，以便传送(接收和发送)信号通信(包含携带信息的调制的信号)。这些电路28通常是射频编码和解码电路以及各种nfc处理电路。
38.电路28旨在由电池16供电。为此，路由器2的端子27被连接到端子17，端子17被连接到电池16，更精确地连接到电池的正极端子，供应潜在的vbat。
39.根据所示实施例，两个端子22和24连接到安装在桥26中的两个整流元件(优选地两个二极管262和264)的相应阳极，其阴极在端子23处互连(例如，形成节点)。
40.现在，要么，电池至少为电路28的待机模式持续供电，然后电路28在适当的情况下包括用于检测由天线14拾取的场的存在以唤醒其它元件的元件，要么，在电池16和端子27之间设置由用户的动作触发的开关。在第一种情况下，存在无意义的剩余消耗。在第二种情况下，操作是不切实际的，并且激活需要时间。
41.根据图2所示的实施例，开关42(例如，p沟道mos晶体管)插入在端子17和27之间。因此，该开关42在路由器2的外部。开关42的控制端子421(例如，栅极)连接到路由器2的端子29。端子29通过电阻元件44连接到端子17。在路由器2内，端子29由开关46(例如，n沟道mos晶体管)连接至地连接端子25。晶体管46的控制端子(例如，栅极)通过包括低通滤波器的电阻和电容单元48连接到整流桥的输出23。电池48包括将端子23连接到晶体管46的栅极的电阻元件482和将晶体管46的栅极连接到端子25(地)的电容元件484。根据nfc天线14的工作频率(通常为13.56mhz)来选择单元48的时间常数，以平滑由桥26整流的信号并控制晶体管46。
42.晶体管46的作用是在nfc频率范围内的射频辐射被天线14拾取时引起晶体管42的闭合。
43.具有电阻元件44和滤波器48的晶体管42和46构成用于触发电池16对路由器2供电的触发电路。
44.除了开关46之外，使用无源组件的该触发电路的其他实施例是可以想到的。实际上，可以提供用于检测天线端子处的场的其它无源电路(其能够激活晶体管46)。
45.图3示意性地示出了触发电路的操作。该图表示晶体管46的栅极电压vg46、晶体管
42的栅极电压v421和端子27的电压v27的进行的简化示例。
46.为了简化附图的表示，不考虑寄生电压降，并且电压电平由电平0和1表示。
47.在没有由天线14拾取的任何射频场(在图3中表示为“无场”)的情况下，晶体管的栅极没有被极化(电压vg46处于零)并且晶体管46被阻挡。因此，晶体管42的栅极处于高电平(电压vg421处于电平vbat)，并且晶体管42也被阻挡。端子27未通电(零电平)。
48.在这种操作模式中，路由器2没有被供电。路由器2的唯一消耗来自于处于阻挡状态的晶体管46中的损耗，因而被最小化。
49.在存在由天线14拾取的场(在图3中表示为“有场”)的情况下，晶体管46的栅极信号vg46转换到高电平状态。电平取决于在天线14的谐振电路的端子处恢复的电压。一旦该整流和滤波电平达到晶体管46的阈值电压，晶体管46就发生切换(时间t)。晶体管46的导通使晶体管42的栅极电压v421下降。电压v421的低电平vl对应于vbat*(r44 r46)/(r44*r46)，其中r44表示电阻元件44的值，而r46表示晶体管46在“导通”状态下的漏-源电阻。低电平vl低于晶体管42的阈值电压vth42，导致其闭合或导通。这使得由端子27向路由器2供电，端子27接收在晶体管42的“导通”状态v42中的漏-源电压降低的电压vbat。
50.在这种操作模式中，通过在晶体管42和46的“导通”状态下的漏-源电阻中的损耗来增加路由器2的消耗。然而，这种消耗处于不待机状态，故是可以接受的。
51.所描述的实施例的一个优点是在待机模式下的路由器的消耗被最小化，同时允许在存在nfc场的情况下自动退出待机模式。
52.所描述的实施例的一个优点是它们与当前解决方案的路由器的去激活兼容，例如由用于去激活功能的电话的处理器实现。例如，端子17然后通过由处理器控制的开关连接到电池(或者从电池到电源轨)。
53.根据另一示例，提供将端子29连接到处理器的输出端子，以便当想要触发路由器2的电源时迫使晶体管42的栅极的电位下降，而不考虑场是否存在。
54.所描述的实施例的另一个优点是少量的添加组件(两个在路由器外部，三个在路由器内部)。
55.已经描述了各种实施例，各种变型和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。特别地，实施例的实际实现和组件(电阻器44和482，电容器484和晶体管42和46)的尺寸确定在本领域技术人员根据上述功能描述的范围之内。