近场通信设备和方法与流程

1.本公开大体上涉及电子设备。本公开更具体地涉及集成近场通信电路(nfc)的电子设备(更通常称为nfc设备)以及由这些设备实施的近场通信设备。


背景技术：

2.除了nfc设备之间的近场数据交换方法之外，能够实施旨在用另一nfc设备为nfc设备充电的近场功率输送方法的nfc设备是已知的。然而，这种nfc设备变得复杂、笨重且昂贵。


技术实现要素：

3.需要改善近场通信设备及其已知的通信方法。
4.实施例克服了近场通信设备及其已知通信方法的全部或部分缺点。
5.实施例提供了一种方法，包括以下步骤：
6.a)由第一近场通信设备检测第二近场通信设备的存在；以及
7.b)在第二设备旨在由第一设备在近场充电的情况下，由控制设备调整形成第一设备的近场通信电路的一部分的阻抗匹配电路的阻抗。
8.实施例提供了一种近场通信电路，旨在被集成在能够检测第二近场通信设备的存在的第一近场通信设备中，该近场通信电路包括：
9.阻抗匹配电路；以及
10.控制设备，被配置为在第二设备旨在由第一设备在近场充电的情况下，调整阻抗匹配电路的阻抗。
11.实施例提供了一种近场通信设备，包括：
12.诸如所描述的近场通信电路；以及
13.近场通信天线，被耦合至近场通信电路。
14.根据实施例，阻抗被设置为：
15.在不存在第二设备的情况下为第一值；以及
16.在存在第二设备的情况下为第二值。
17.根据实施例，检测通过流过阻抗匹配电路的电流的变化来调节。
18.根据实施例，检测通过由第一设备传输的信号的幅度和相位变化来调节。
19.根据实施例，检测通过至少一个数据帧在第一设备与第二设备之间的传输来调节。
20.根据实施例，阻抗通过控制阻抗匹配电路的至少一个可变电容元件来调整。
21.根据实施例，阻抗通过与阻抗匹配电路的第一电容元件并联连接至少一个第二电容元件来调整。
22.根据实施例，该电路还包括被耦合至阻抗匹配电路的近场通信控制器。
23.根据实施例，控制设备被耦合至近场通信控制器和阻抗匹配电路。
附图说明
24.本公开的前述和其他特征和优点将在以下具体实施例和实施模式的非限制性描述中结合附图详细讨论，其中：
25.图1以框的形式示意性地示出了所描述的实施例和实施模式适用类型的近场通信系统的示例；
26.图2以框的形式示意性地示出了近场通信电路的示例；
27.图3是根据实施例的图2的近场通信电路的电气图；
28.图4是根据另一实施例的图2的近场通信电路的电气图；
29.图5示出了根据实施模式的控制近场通信电路的方法；
30.图6示出了将所描述的实施例和实施模式应用于两个近场通信设备之间的数据交换的示例；以及
31.图7示出了将所描述的实施例和实施模式应用于由另一设备对设备进行充电的另一示例。
具体实施方式
32.在各个附图中，相似的特征由相似的附图标记指定。具体地，不同实施例和实施方式共有的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记指定，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。
33.为了清楚起见，仅对理解所描述的实施例和实施模式有用的那些步骤和元素被示出，并且将被详述。具体地，射频信号的生成及其解释未被详述，所描述的实施例和实施模式与这种信号的生成和解释的常用技术兼容。
34.除非另有指示，否则当引用连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，并且当引用耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接，或者它们可以经由一个或多个其他元件耦合。
35.在以下描述中，当引用修饰绝对位置(诸如术语“正面”、“背面”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”等)或相对位置(诸如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)的术语或者修饰方向的术语(诸如术语“水平”、“竖直”等)时，除非另有指定，否则是指附图的定向。
36.除非另有指定，否则表达“围绕”、“近似”、“基本上”和“大约”表示在10％内，优选地在5％内。
37.在本描述中，术语nfc设备指定集成至少一个近场通信电路(nfc)的电子设备。
38.图1非常示意性地示出了所描述的实施例和实施模式适用类型的近场通信系统的示例。
39.在所示示例中，第一nfc设备100a(dev1)能够通过近场电磁耦合与第二nfc设备100b(dev2)通信。根据应用，针对通信，nfc设备100a、100b中的一个nfc设备在所谓的读取器模式下操作，而另一nfc设备100b、100a在所谓的卡模式下操作，或者两个nfc设备100a和100b以对等模式(p2p)通信。
40.每个nfc设备100a、100b集成例如近场通信电路，在图1中由框101a、101b符号化。例如，近场通信电路101a和101b各自包括用于借助于天线(未示出)生成或检测射频信号的各种元件或电子电路，例如调制或解调电路。在nfc设备100a与100b之间的通信期间，由nfc
设备100a、100b之一生成的射频信号例如被位于其范围内的另一nfc设备100b、100a捕获。
41.在所示示例中，假设nfc设备100a发射电磁场(emf)，以发起与nfc设备100b的通信。一旦在其范围内，emf场例如就被第二nfc设备100b捕获。然后在nfc设备100a的天线和nfc设备100b的天线的情况下，耦合在两个振荡电路之间形成。这种耦合例如导致由用于生成nfc设备100a的emf场的振荡电路上的nfc设备100b的电路形成的负载发生变化。
42.针对通信，发射场的对应相位或幅度变化例如由设备100a检测，然后启动与设备100b的nfc通信协议。在nfc设备100a的一侧，例如检测振荡电路两端的电压幅度和/或相对于由电路101a生成的信号的相移是否超出分别由阈值界定的幅度和/或相位范围。
43.在通信的情况下，一旦nfc设备100a检测到nfc设备100b存在于其场中，它就开始建立通信的程序，例如实施由nfc设备100a对请求的传输和由nfc设备100b对响应的传输(轮询序列，诸如在nfc论坛规范中定义的)。
44.例如，应用旨在利用emf场来实施在nfc设备100a与100b之间的数据交换。这例如对应于以下情况：nfc设备100a是移动终端(例如蜂窝电话或触摸板)，并且nfc设备100b例如是类似于nfc设备100a的移动终端或微电路卡(例如个人身份证)，移动终端100a然后从移动终端读取数据或将数据写入移动终端，或者从微电路卡100b读取数据或将数据写入微电路卡100b。
45.例如，其他应用更旨在利用emf场来实施nfc设备100a与100b之间的功率交换。通常，这例如对应于设备100b具有能够由nfc设备100a充电的电源(未示出)(例如电池)的情况。这例如更具体地对应于以下情况：nfc设备100a是移动终端，例如蜂窝电话或触摸板，并且nfc设备100b是连接物体，例如连接的手表、连接的手镯、一对无线耳机、数字笔等。在这种情况下，nfc设备100a例如具有容量比nfc设备100b更大的电池。
46.作为示例，在nfc设备100a被用于为nfc设备100b充电的情况下，nfc设备100a是无线充电轮询器(wlc-p)，并且nfc设备100b是无线充电监听器(wlc-l)。在这种情况下，nfc设备100a、100b例如实施诸如在nfc论坛规范中定义的无线功率输送(wpt)。
47.通常，nfc设备100a的近场通信电路101a根据与nfc设备100b的通信是实施数据交换还是功率交换而不同。因此，如果nfc设备100a被配备有针对与nfc设备100b的数据交换而优化的电路101a，那么该电路通常无法有效地为nfc设备100b充电。相反，如果nfc设备100a被配备有针对与nfc设备100b的功率交换而优化的电路101a，那么该电路通常无法有效地与nfc设备100b通信。这限制了nfc设备100a的功能性。
48.为了克服这个问题，例如可以被提供的是，为nfc设备100a配备优化的两个近场通信电路，一个用于数据交换，并且另一个用于nfc设备100b的充电。然而，这将导致nfc设备100a的复杂性、尺寸和成本增加。
49.例如，作为变型，可以被提供的是为nfc设备100配备近场通信电路101a和使用除nfc标准之外的标准的无线充电电路，例如根据“qi”标准的电路。除了增加nfc设备100a的复杂性、尺寸和成本的事实之外，这将具有不适用于嵌入小尺寸电源的设备(诸如连接物体)的充电的缺点。
50.图2以框的形式示意性地示出了近场通信电路200的示例。作为示例，电路200对应于图1的nfc设备100a的框101a的全部或部分。
51.在所示示例中，电路200包括近场通信控制器201(nfc控制器)或nfc控制器。nfc控
制器201例如是能够实施近场通信的电子芯片或电子电路。作为示例，nfc控制器201是微控制器。
52.在所示示例中，nfc控制器201被耦合至电磁干扰滤波设备203(emi滤波器)，更简单地称为滤波器。滤波器203例如是包括电子组件的电路，该电子组件被选择和布置为衰减能够由nfc控制器201传输或接收的信号的一个或多个频带。作为示例，滤波器203包括至少一个电容元件(例如电容器)和至少一个电感(例如线圈)。
53.在所示示例中，电磁干扰滤波器203被耦合至阻抗匹配电路205(匹配网络)。阻抗匹配电路205通常被配置为最大化能够由nfc控制器201传输或接收的信号的幅度。
54.在所示示例中，阻抗匹配电路205被耦合至天线207(天线)，例如近场通信天线。通常，电路205被特别设计为适应天线207的电特性。更具体地，阻抗匹配电路205例如包括其电容值根据天线207的阻抗选择的电容器。电容值还可以取决于滤波器203。作为示例，在制造近场通信电路200时，阻抗匹配电路205的电容器的电容值可以在工厂中设置，以准确地对应于天线207和滤波器203的真实电特性。
55.近场通信电路200还可以包括图2中由单个功能块209(fct)示出的其他元件或电路。
56.图3是根据实施例的图2的近场通信电路200的电气图。
57.在所示示例中，nfc控制器201(nfc控制器)包括核心301(核心)和放大器电路303(驱动器)。如图3所图示的，放大器电路303例如包括两个放大器305和307(“驱动器”)。例如，每个放大器305、307包括输出端子309、311。
58.放大器电路303的放大器305和307例如由nfc控制器201的核心301控制。作为示例，核心301向放大器305和307传输射频信号。这些射频信号然后由放大器305和307放大，然后传输给滤波器203和阻抗匹配电路205。
59.滤波器203(emi滤波器)例如被连接至放大器305和307的相应输出端子309和311。在所示示例中，滤波器203包括电感313和315，例如线圈。线圈313例如被连接至端子309和滤波器203的节点317。线圈315例如被连接至端子311和滤波器203的另一节点319。在所示示例中，滤波器203还包括电容元件321和323，例如电容器。电容器321例如被连接至节点317和参考电位的施加节点325，例如接地。电容器323例如被连接至节点319和节点325。
60.根据实施例，阻抗匹配电路205包括至少一个可变电容元件。在所示示例中，阻抗匹配电路205包括可变电容元件327、329和331，例如具有可变电容的电容器。电容器327例如被连接至节点317和阻抗匹配电路205的节点333。电容器329例如被连接至节点319和阻抗匹配电路205的另一节点335。电容器331例如被连接至节点333和节点335。
61.在所示示例中，天线207被连接至节点333和335。可变电容电容器327和329被串联连接在nfc控制器201与天线207之间。可变电容电容器331与天线207并联连接。为了简单起见，电容器327和329被称为串联电容器，并且电容器331被称为并联电容器。
62.在所示示例中，电容器327、329和331由nfc控制器201控制。更具体地，nfc控制器201例如被配置为向每个电容器327、329、331传输能够修改其电容的控制信号。在这种情况下，nfc控制器201例如形成被配置为调整电路205的阻抗的控制设备。
63.可变电容电容器327、329和331具体地能够调整阻抗匹配电路205的阻抗。在nfc设备100a集成电路200的示例中，电容器327、329和331的电容值可以例如根据位于其范围内
的设备100b的类型来调整。作为示例，例如在nfc设备100a与100b之间的数据交换的情况下，它可以被提供以根据旨在优化天线207的数据传输的第一配置来调整电容器327、329、331的电容值。例如，在nfc设备100a对nfc设备100b充电的情况下，它还可以被提供以根据旨在优化天线207的功率交换的第二配置来调整电容器327、329和331的电容值。
64.虽然包括两个串联电容元件327和329以及一个并联电容元件331的示例已经在本文中描述，但是根据目标应用适应并联电容元件和串联电容元件的数量在本领域技术人员的能力内。进一步地，虽然图3的实施例是关于连接至包括两个端子或末端的天线(“双端天线”)的通信电路200的应用示例讨论的，但是本实施例可以被本领域技术人员调换为连接至天线的通信电路，该天线包括单个端子或末端(“单端天线”)。
65.关于图3描述的电路200的实施例的优点在于可变电容元件327、329和331能够根据位于其范围内的nfc设备100b的类型来调整电路205的阻抗的事实。因此，例如避免在nfc设备100a中集成多个近场通信电路和/或多个天线。这使得能够减少nfc设备100a的复杂性、尺寸和成本。
66.图4是根据另一实施例的图2的近场通信电路200的电气图。图4的电路200包括与图3的电路200共有的元件。这些共有元件在下文中将不再被详述。图4的电路200与图3的电路200的不同主要在于图4的电路200包括控制电路401(功率管芯)。
67.在所示示例中，nfc控制器201(nfc控制器)的端子被连接至控制电路401的端子。作为示例，这使得控制电路401能够接收同步信号、选择信号、要由天线207传输的数据信号等。
68.在所示示例中，控制电路401的端子被连接至阻抗匹配电路205(匹配网络)。更具体地，控制电路401的端子403、405分别被连接至变压器411(例如绝缘变压器)的端子407、409。绝缘变压器411的两个其他端子413、415例如被耦合或连接至阻抗匹配电路205的节点417、419。节点419例如是参考电位的施加节点，例如接地。
69.在所示示例中，电容器421被连接至绝缘变压器411的端子413和阻抗匹配电路205的节点417。另一电容元件423例如被连接至阻抗匹配电路205的节点417和419。天线207例如与电容元件423并联地连接至阻抗匹配电路205的节点417和419。例如，电容元件421和423是具有固定电容的电容器。
70.在所示示例中：
71.控制电路401的另一端子425被连接至绝缘变压器411的端子413；
72.控制电路401的另一端子427被连接至阻抗匹配电路205的节点417；
73.控制电路401的另一端子429被连接至阻抗匹配电路205的节点417；以及
74.控制电路401的另一端子431被连接至参考电位的施加节点，在该示例中为接地。
75.在所示示例中，控制电路401包括在端子425与427之间连接的可变电容元件433。控制电路401还包括在端子429与431之间连接的另一可变电容元件435。在所示示例中，可变电容元件433与阻抗匹配电路205的电容元件421并联连接。可变电容元件435与阻抗匹配电路205的电容元件423并联连接。通过调整控制电路401的可变电容元件433和435的电容值，例如可以的是修改阻抗匹配电路205的串联和并联电容元件。
76.作为示例，控制电路401的可变电容元件433和435由电容元件的组件形成，例如电容器，彼此并联连接并且可单独选择。例如通过使用由nfc控制器201传输给控制电路401的
控制信号，例如可以的是选择多个电容元件与阻抗匹配电路205的电容元件421和423并联连接，以调整其阻抗。在这种情况下，控制电路401例如形成被配置为调整电路205的阻抗的控制设备。
77.在所示示例中，nfc控制器包括分别经由电阻器441和443耦合至绝缘变压器411的端子407和409的端子437和439。端子437和439例如能够接收由天线207捕获的信号。
78.上文关于图4讨论的近场通信电路200的优点在于阻抗匹配电路205的阻抗由控制电路401的可变电容元件433和435调整的事实。这使得能够实施阻抗调整功能性，而不必修改阻抗匹配电路205、nfc控制器201和/或天线207。
79.图5示出了根据实施模式的控制近场通信电路的方法500。方法500例如由先前关于图3和4描述的电路200实施。电路200例如被集成在nfc设备100a中(图1)。
80.在所示示例中，方法500包括初始步骤501(空闲)。作为示例，初始步骤501对应于电路200不实施近场通信的步骤。
81.在步骤501之后的另一步骤503(尝试检测nfc设备)期间，近场通信电路200尝试检测位于其范围内的nfc设备。这例如对应于诸如先前关于图1描述的场发射。
82.在步骤503之后的又一步骤505(检测到nfc设备？)期间，验证nfc设备(例如nfc设备100b(图1))是否位于其范围内。作为示例，nfc设备100b的检测根据以下至少一个条件：
83.流过阻抗匹配电路205的电流变化；
84.由嵌入电路200的nfc设备100a传输的信号的幅度和相位变化；以及
85.至少一个数据帧在nfc设备100a与100b之间的传输。
86.在nfc设备100b由nfc设备100a检测到(框505的输出是)的情况下，进行到nfc设备100b的类型的标识的又一步骤507(标识设备类型)。在相对情况下，即，如果nfc设备在步骤505期间未被检测到(框505的输出否)，则例如返回到步骤503。
87.在步骤505期间，例如估计nfc设备100b是否旨在与nfc设备100a交换数据或者nfc设备100b是否更旨在由nfc设备100a充电。
88.在步骤507之后的又一步骤509(wlc-l设备？)期间，验证检测到的nfc设备100b是否是wlc-l类型。在nfc设备100b不是wlc-l类型的情况下(框509的输出否)，进行到将阻抗匹配电路205的阻抗保持为第一值z1的又一步骤511(保持阻抗等于z1)。例如，阻抗值z1对应于nfc设备100a的阻抗匹配电路205被优化以与nfc设备100b交换数据的配置。作为示例，值z1大约等于8欧姆。
89.在步骤511之后的又一步骤513(与nfc设备交换数据)期间，例如nfc设备100a与100b之间的数据交换被执行。
90.在步骤513之后的又一步骤515(数据交换结束？)期间，例如验证nfc设备100a与100b之间的数据交换是否已经结束或者nfc设备100b是否已经离开场。如果是这种情况(框515的输出是)，则例如返回到初始步骤501。与此相对，即，例如如果nfc设备100b仍然在nfc设备100a的场中，并且如果数据交换正在进行(框515的输出否)，则例如返回到步骤513。
91.在步骤509中，如果检测到的设备是wlc-l类型(框509的输出是)，那么进行到将阻抗匹配电路205的阻抗调整为第二值z2的又一步骤517(将阻抗设置为z2)。例如，阻抗值z2对应于nfc设备100a的阻抗匹配电路205被优化以与nfc设备100b交换功率以例如对nfc设备100b充电的配置。作为示例，值z2大约等于12欧姆。
92.在步骤517之后的又一步骤519(与wlc-l设备交换功率)期间，nfc设备100a例如开始对nfc设备100b充电。在步骤519之后的又一步骤521(功率交换结束？)期间，例如验证nfc设备100b的充电是否已经结束或者nfc设备100b是否已经离开nfc设备100a的场。如果是这种情况(框521的输出是)，则进行到将阻抗匹配电路205的阻抗调整为第一值z1的又一步骤523(将阻抗设置为z1)。相反，即，例如如果nfc设备100b仍然在nfc设备100a的场中，并且如果充电正在进行(框521的输出否)，则例如返回到步骤519。
93.方法500的优点在于阻抗匹配电路205的阻抗可以根据检测到的nfc设备100b的类型来调整。如果nfc设备100b是wlc-l类型，则电路205的阻抗被调整以有利于nfc设备100b的充电。相反，只要wlc-l型设备未由nfc设备100a检测到，电路205的阻抗就保持为能够优化数据交换的值。具体地，这能够更快速地检测希望与nfc设备100a交换数据的nfc设备100b。
94.图6示出了将所描述的实施例和实施模式应用于两个近场通信设备600a、600b之间的数据交换的示例。在所示示例中，nfc设备600a和600b是蜂窝电话。
95.蜂窝电话600a例如集成了关于图4描述的近场通信电路。更具体地，蜂窝电话600a包括耦合或连接至控制电路401和阻抗匹配电路205的nfc控制器201。
96.蜂窝电话600a例如经由电磁场emf与蜂窝电话600b交换数据。电路205的阻抗然后例如等于值z1。
97.图7示出了将所描述的实施例和实施模式应用于由图6的设备600a对设备700进行充电的另一示例。在所示示例中，nfc设备700是一对无线耳机。
98.蜂窝电话600a例如经由电磁场emf为集成在一对无线耳机700中的每个耳机中的电池701充电。电路205的阻抗然后例如等于值z2。
99.根据情况，电路200使设备600a能够与蜂窝电话600b交换数据，或通过调整电路205的阻抗(例如通过实施关于图5讨论的方法500)来对一对无线耳机700充电。
100.各种实施例、实施模式和变型已经被描述。本领域技术人员将理解，这些各种实施例、实施模式和变型的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。具体地，可变电容元件的数量可以根据应用来调整。
101.最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例、实施模式和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力内。具体地，形成可变电容元件以获得对应于目标应用的阻抗范围将在本领域技术人员的能力内。
102.方法(500)可以被概括为包括以下步骤：a)由第一近场通信设备(100a；600a)检测第二近场通信设备(100b；600b；700)的存在；以及b)在第二设备旨在由第一设备在近场充电的情况下，由控制设备(201；401)调整形成第一设备的近场通信电路(200)的一部分的阻抗匹配电路(205)的阻抗。
103.近场通信电路(200)，旨在被集成在能够检测第二近场通信设备(100b；600b；700)的存在的第一近场通信设备(100a；600a)中，近场通信电路可以被概括为包括阻抗匹配电路(205)；以及控制设备(201；401)，被配置为在第二设备旨在由第一设备在近场充电的情况下，调整阻抗匹配电路的阻抗。
104.近场通信设备(100a；600a)可以被概括为包括近场通信电路(200)和耦合至近场通信电路的近场通信天线(207)。
105.在不存在第二设备(100b；600b、700)的情况下，阻抗可以被设置为第一值(z1)；并且在存在第二设备的情况下，被设置为第二值(z2)。
106.检测可以通过流过阻抗匹配电路(205)的电流的变化来调节。
107.检测可以通过由第一设备(100a；600a)传输的信号的幅度和相位变化来调节。
108.检测可以通过至少一个数据帧在第一设备(100a；600a)与第二设备(100b；600b；700)之间的传输来调节。
109.阻抗可以通过控制阻抗匹配电路(205)的至少一个可变电容元件(327、329、331)来调整。
110.阻抗可以通过与阻抗匹配电路(205)的第一电容元件(421、423)并联连接至少一个第二电容元件(433、435)来调整。
111.电路还可以包括耦合至阻抗匹配电路(205)的近场通信控制器(201)。
112.控制设备(401)可以被耦合至近场通信控制器(201)和阻抗匹配电路(205)。
113.上述各种实施例可以被组合，以提供其他实施例。鉴于上面详述的描述，这些和其他改变可以对实施例进行。
114.通常，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限于本说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这种权利要求被赋予的等效物的全部范围。因此，权利要求不受本公开的限制。