CN108206710B - 用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法和*** - Google Patents

用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明描述用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法和***的实施例。在实施例中，一种用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法涉及获得与所述通信装置相关的传输输出功率信息和基于所述传输输出功率信息来测量失谐状况。还描述了其它实施例。

Description

用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法和***
技术领域
本发明涉及用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法和***。
背景技术
通信装置能够经由电感耦合彼此通信。举例来说，近场通信(NFC)是基于射频识别(RFID)的无线技术。NFC限定彼此靠近的两个装置之间的无线连接以在所述两个装置之间交换数据。举例来说，读取器与应答器之间的数据通信通常为双向的且由读取器发起，所述读取器产生连续磁场。利用NFC的RFID装置通常能够被配置成用于无源负载调制(PLM)或有源负载调制(ALM)。
在经由电感耦合通信的通信装置中，失谐状况可能影响通信装置的性能。举例来说，失谐状况可能影响功率传递、通信装置的匹配网络的移位特性(例如，谐振频率和Q因数)和传输器的负载。然而，经由电感耦合通信的典型通信装置一般不具有内置的检测失谐状况的能力。
发明内容
描述用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法和***的实施例。在实施例中，一种用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法涉及获得与所述通信装置相关的传输输出功率信息和基于所述传输输出功率信息来测量失谐状况。还描述了其它实施例。
在实施例中，所述方法另外涉及获得通信装置处的接收信号强度指示符(RSSI)。测量失谐状况包括基于传输输出功率信息和RSSI来测量失谐状况。
在实施例中，传输输出功率信息包括通信装置内的传输器电流和传输器电压。
在实施例中，所述方法另外涉及响应于失谐状况来调整通信装置的传输器配置。
在实施例中，获得传输输出功率信息包括从通信装置的电源调节器获得通信装置内的传输器电流和传输器电压。
在实施例中，获得传输输出功率信息包括从通信装置的传输器驱动器获得通信装置内的传输器电流和传输器电压。
在实施例中，基于通信装置的传输输出功率信息来测量失谐状况包括产生当对应通信装置靠近所述通信装置时的传输器阻抗与当对应通信装置并不靠近所述通信装置时的标称传输器阻抗之间的比率。
在实施例中，基于通信装置的传输输出功率信息来测量失谐状况另外包括产生当对应通信装置靠近所述通信装置时的接收器增益与当对应通信装置并不靠近所述通信装置时的标称接收器增益之间的比率。
在实施例中，基于通信装置的传输输出功率信息来测量失谐状况包括在传输响应消息之前基于传输输出功率信息来测量失谐状况。
在实施例中，经由电感耦合通信的通信装置包括：***参数传感器单元，其被配置成获得与所述通信装置相关的传输输出功率信息；和失谐状况测量单元，其被配置成基于所述传输输出功率信息来测量失谐状况。
在实施例中，***参数传感器单元被配置成获得通信装置处的RSSI。所失谐状况测量单元被配置成基于传输输出功率信息和RSSI来测量失谐状况。
在实施例中，传输输出功率信息包括通信装置内的传输器电流和传输器电压。
在实施例中，通信装置另外包括控制单元，所述控制单元被配置成响应于失谐状况来调整通信装置的传输器配置。
在实施例中，***参数传感器单元被配置成从通信装置的电源调节器获得通信装置内的传输器电流和传输器电压。
在实施例中，***参数传感器单元被配置成从通信装置的传输器驱动器获得通信装置内的传输器电流和传输器电压。
在实施例中，失谐状况测量单元被配置成产生当对应通信装置靠近所述通信装置时的传输器阻抗与当对应通信装置并不靠近所述通信装置时的标称传输器阻抗之间的比率。
在实施例中，失谐状况测量单元被配置成产生当对应通信装置靠近所述通信装置时的接收器增益与当对应通信装置并不靠近所述通信装置时的标称接收器增益之间的比率。
在实施例中，失谐状况测量单元被配置成在传输响应消息之前基于传输输出功率信息来测量失谐状况。
在实施例中，一种用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法涉及：获得通信装置内的来自所述通信装置的电源调节器的传输器电流和传输器电压以及所述通信装置的RSSI；和基于传输器电流和传输器电压以及RSSI来测量失谐状况。
在实施例中，基于通信装置的传输输出功率信息来测量失谐状况包括在传输响应消息之前基于传输输出功率信息来测量失谐状况。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的实施例的其它方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的通信装置的功能框图。
图2描绘可以与对应读取器一起使用以形成电感式耦合的通信***的通信装置的实施例。
图3示出在图2中所描绘的通信装置内的传输器电流相对图2中所描绘的通信装置与对应读取器装置之间的距离的曲线图。
图4示出图2中所描绘的通信装置的接收信号电压相对图2中所描绘的通信装置与对应读取器装置之间的距离的曲线图。
图5是用于获取在图2中所描绘的通信装置内的传输器电流的方法的过程流程图。
图6描绘在交易期间在图2中所描绘的通信装置处接收到的一连串命令和由图2中所描绘的通信装置传输到读取器装置的一连串响应。
图7是根据本发明的实施例的用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法的过程流程图。
图8是根据本发明的另一实施例的用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法的过程流程图。
在整个描述中，类似的附图标号可用于识别类似的元件。
具体实施方式
将容易理解，如本文中大体描述且在附图中示出的实施例的组件可以用各种各样不同的配置来布置和设计。因此，以下如图中所表示的各种实施例的更详细描述并非意图限制本发明的范围，而仅仅是表示各种实施例。虽然在附图中呈现了实施例的各个方面，但是除非特别说明，否则附图未必按比例绘制。
在不脱离本发明精神或基本特性的情况下，可以其它特定形式实施本发明。所描述的实施例应视为在所有方面均仅为说明性而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是由此具体实施方式来指示。在权利要求书等效物的含义和范围内的所有变化均涵盖在权利要求书的范围内。
贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的引用并不暗示可以本发明实现的所有特征和优点都应该在或在本发明的任何单一实施例中。实际上，涉及特征和优点的语言应理解成意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点以及类似语言的论述可以(但未必)涉及同一实施例。
此外，本发明的所描述的特征、优点和特性可以任何合适方式在一个或多个实施例中组合。相关领域的技术人员应认识到，鉴于本文中的描述，本发明可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个的情况下实践。在其它情况下，可在某些实施例中辨识可能不存在于本发明的所有实施例中的额外特征和优点。
贯穿本说明书对“一个实施例”、“一实施例”或类似语言的引用意味着结合所指示的实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”和类似语言可以(但未必)全部涉及同一实施例。
图1是根据本发明的实施例的通信装置140的功能框图。在图1中所描绘的实施例中，通信装置经由电感耦合进行通信。在一些实施例中，通信装置可以是卡片/应答器装置或通信装置可处于“卡片模式”。在一些其它实施例中，通信装置可以是读取器装置或通信装置可处于“读取器模式”。通信装置可包括失谐状况检测单元100，其被配置成执行对于通信装置的失谐状况检测。在图1中所描绘的实施例中，失谐状况检测单元100包括***参数传感器单元102和失谐状况测量单元104。通信装置可以是集成电路(IC)装置。在一些实施例中，通信装置实施于例如移动电话的手持式计算***或移动计算***中。通信装置可以是利用电感耦合进行通信的近场通信(NFC)装置。在一些实施例中，通信装置实施为与ISO/IEC 14443标准兼容的RF应答器。尽管示出的通信装置在本文中被示出为具有某些组件且被描述为具有某些功能性，但通信装置的其它实施例可以包括更少或更多个组件以实施相同、更少或更多功能性。在一些实施例中，通信装置是有源负载调制(ALM)装置。在这类实施例中，通信装置可被配置成产生其自身的磁场以用于使用例如电池的电流源来传输输出RF信号，所述通信装置与无源负载调制(PLM)***相比产生更大通信距离。
在一些实施例中，失谐状况检测单元100可以基于通信装置的一个或多个***参数来检测与通信装置140相关的失谐状况。通信装置可以响应于检测到的与通信装置相关的失谐状况而执行各种操作。失谐状况检测单元可以用于调整通信装置的传输器配置。举例来说，通信装置可以调整通信装置的传输器调制配置、通信装置的传输器阻抗配置和/或通信装置的传输器输出功率配置，以补偿与通信装置140相关的失谐状况从而改进通信装置的整体***性能。因此，可以改进通信装置的基于电感耦合的整体通信性能。
在图1中所描绘的实施例中，***参数传感器单元102用于获得与通信装置140相关的至少一个***参数。***参数传感器单元可实施为固件、硬件，和软件、固件和/或硬件的组合。在一些实施例中，***参数传感器单元包括至少一个传感器，例如，电压传感器或电流传感器。在一些实施例中，***参数传感器单元获得与通信装置相关的传输输出功率信息。传输输出功率信息可用于导出与通信装置相关的传输器失谐状况。传输输出功率信息可以包括通信装置内的传输器电压和/或通信装置内的传输器电流。***参数传感器单元还可以获得通信装置处的接收信号强度指示符(RSSI)。举例来说，***参数传感器单元可以包括RSSI传感器，所述RSSI传感器被配置成测量通信装置处的接收RF信号的信号幅度以产生RSSI。RSSI可用于导出与通信装置相关的接收器失谐状况。
在图1中所描绘的实施例中，失谐状况测量单元104用于基于与通信装置140相关的至少一个***参数来测量失谐状况。失谐状况测量单元可实施为软件、固件、硬件，和软件、固件和/或硬件的组合。在一些实施例中，失谐状况测量单元包括至少一个处理器，例如，微处理器。在一些实施例中，失谐状况测量基于与通信装置相关的传输输出功率信息测量与通信装置相关的传输器(TX)失谐状况。在实施例中，失谐状况测量单元产生当对应通信装置(例如，读取器装置或卡片/标签装置)靠近所述通信装置时(例如，当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围(例如，20厘米)内时)的传输器阻抗与当对应通信装置并不靠近所述通信装置时(例如，当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围(例如，20厘米)之外时)的标称传输器阻抗之间的比率。举例来说，失谐状况测量单元产生当对应通信装置在所述通信装置的预限定通信范围内时的传输器阻抗与当并不存在处于所述预限定通信范围的(例如)至少10倍以内的对应通信装置时的标称传输器阻抗之间的比率。在一些实施例中，失谐状况测量可基于通信装置处的RSSI来测量与通信装置相关的接收器(RX)失谐状况。在实施例中，失谐状况测量单元产生当对应通信装置靠近所述通信装置时(例如，当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围(例如，20厘米)内时)的接收器增益与当对应通信装置并不靠近所述通信装置时(例如，当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围(例如，20厘米)之外时)的标称接收器增益之间的比率。举例来说，失谐状况测量单元产生当对应通信装置在所述通信装置的预限定通信范围内时的接收器增益与当并不存在处于所述预限定通信范围的(例如)至少10倍以内的对应通信装置时的标称接收器增益之间的比率。在一些实施例中，失谐状况测量单元可基于与通信装置相关的传输输出功率信息和通信装置处的RSSI来测量与通信装置相关的***失谐状况。
图2描绘类似于图1中所描绘的通信装置140的通信装置240的实施例，该通信装置240可以与对应读取器装置230一起使用以形成电感式耦合的通信***250。对应读取器装置可以是专用读取器装置或处于读取器模式的通信装置。在图2中所描绘的实施例中，通信装置240包括失谐状况测量单元204、控制单元222、耦合到天线212的匹配网络210、模拟接收器214、RSSI传感器216、模拟传输器驱动器218和低压差稳压器(LDO)220，该RSSI传感器216被配置成测量接收RF信号(RX信号)的信号幅度以产生接收信号强度指示符(RSSI)。天线可以是感应型天线，例如环形天线。在通信装置的示例操作中，RF信号(例如，RX信号)由天线经由电感耦合从对应读取器装置的天线232接收且被传递到模拟接收器，以将所述RF信号转换成数字信号(例如，RX数据)。响应于RF信号而产生信号(例如，TX数据)并且将所述信号用于在传输器驱动器处产生输出RF信号(例如，TX信号)，所述输出RF信号是使用天线经由电感耦合而传输的。图2中所描绘的通信装置240是图1中所描绘的通信装置140的一个可能的实施例。然而，图1中所描绘的通信装置不限于图2中所示出的实施例。在一些实施例中，通信装置240是有源负载调制(ALM)装置。尽管通信装置240在图2中示出为包括LDO222，但在其它实施例中，通信装置240包括其它类型的电源调节器(例如，DC至DC转换器)。另外，尽管通信装置240在图2中示出为与对应读取器装置230一起使用以形成电感式耦合的通信***250，但在其它实施例中，通信装置240处于读取器模式且与对应卡片/标签装置一起使用以形成电感式耦合的通信***。
电感式耦合的通信***250中的失谐状况可能影响对电感式耦合的通信***的***性有影响的多个因素。举例来说，失谐状况可能影响通信装置240的天线212上的负载且因此影响传输器驱动器218上的负载。对于高度失谐的通信***，传输器驱动器上的负载可能相对较低(例如，降低10dB)。因此，电压控制的传输器驱动器的电流可能增大，这将增大驱动器电流和功率耗散。失谐状况还可能影响接收器214上的负载。举例来说，在匹配网络210处的功率增大的情况下，接收器可能过载且/或接收器信号预算可能改变。失谐状况还可影响通信装置240的相位配置。举例来说，由于由失谐状况所引起的电感式耦合的通信***中的改变，由通信装置240和对应读取器装置230的匹配网络和天线所引起的相位关系可改变。对于相敏通信(例如，FeliCa网络中的ALM、EMVCo LMA)，失谐状况可负面地影响负载调制幅度(LMA)性能。失谐状况还可影响电感式耦合的通信***的频率响应。举例来说，失谐状况可影响通信装置240和对应读取器装置的天线/匹配网络的频率响应(谐振频率、Q因数)，且因此影响两个通信方向上的传递信号(幅度和相位)。电感式耦合的通信***中的失谐状况对于具有小型天线(例如可穿戴装置)的平台和/或具有显著金属含量的平台来说可能很重要，所述具有显著金属含量的平台的通信或功率传递性能即使在正常(非失谐)状况下也会降低。
失谐状况测量单元204可测量电感式耦合的通信***250中的传输器(TX)失谐状况和/或接收器(RX)失谐状况。在一些实施例中，传输器失谐状况被限定为实际传输器阻抗(在读取器装置230靠近通信装置240的情况下)与标称传输器阻抗(在读取器不靠近通信装置的情况下)之间的比率。传输器失谐状况可由失谐状况测量单元204基于传输器操作期间的传输器(TX)功率(例如，传输器(TX)电压和/或传输器(TX)电流)来测量。在一些实施例中，传输器功率信息是基于传输器电压电平和/或传输器电流来评估的，所述传输器电压电平可由传输器驱动器218、LDO 220(例如，自动功率控制)和控制单元222确定，所述传输器电流由传输器驱动器、LDO或控制单元的电流监测器来测量。图3示出在图2中所描绘的通信装置240内的传输器(TX)电流相对图2中所描绘的通信装置与对应读取器装置230之间的距离的曲线图。如图3中所示，传输器电流在通信装置与对应读取器装置之间的距离“z”增大时减小。
在一些实施例中，接收器失谐状况被限定为当读取器天线靠近通信装置240时的实际接收器增益(从读取器源场到目标接收器输入)相对当读取器天线并不靠近通信装置时的标称接收器增益(从读取器源场到目标接收器输入)的比率。接收器失谐状况可由失谐状况测量单元基于接收器输入电平来测量，所述接收器输入电平可以由RSSI值表示，所述RSSI值由RSSI传感器216产生。图4示出图2中所描绘的通信装置240的接收信号电压相对图2中所描绘的通信装置与对应读取器装置230之间的距离的曲线图。如图4中所示，接收信号电压随着通信装置与对应读取器装置之间的距离“z”增大而减小。在一些实施例中，接收信号电压可在通信装置靠近对应读取器装置时饱和并保持恒定或甚至减小。在这些实施例中，可基于一个或多个另外的输入信号参数来检测接收器失谐状况。
在一些实施例中，失谐状况测量单元204可基于传输器功率信息和来自RSSI传感器216的RSSI值来测量电感式耦合的通信***250中的传输器/接收器失谐状况。传输器功率信息与RSSI值的组合可提供电感耦合的场强度H的信息(并且又提供对通信装置240与对应读取器装置230之间的距离的估计)和对传输器/接收器失谐状况的估计。
在一些实施例中，控制单元222使得一连串步骤能够启动传输器驱动器218和通信装置240的传输器部分的其它组件，以执行对传输器失谐状况的测量。控制单元可实施为软件、固件、硬件，和软件、固件和/或硬件的组合。在一些实施例中，控制单元包括至少一个处理器，例如微处理器。图5是用于获取在图2中所描绘的通信装置内的传输器电流的方法的过程流程图。在框502处，启动传输器块(例如，传输器锁相环(PLL)和传输器电源)。举例来说，启用传输器偏置，起动并稳定传输器PLL，且设置传输器电源。在框504处，启动传输器驱动器并产生RF脉冲。在框506处，捕获传输器驱动器中的传输器电流。在框508处，停用传输器驱动器。在框510处，停用传输器块(例如，传输器PLL和传输器电源)。
在一些实施例中，控制单元222响应于失谐状况而调整通信装置240的传输器配置以补偿所述失谐状况。举例来说，控制单元可以调整通信装置的传输器调制配置、通信装置的传输器阻抗配置和/或通信装置的传输器输出功率配置，以补偿与通信装置相关的失谐状况从而改进通信装置的整体***性能。因此，可以改进通信装置的基于电感耦合的整体通信性能。
在一些实施例中，当通信装置240处于读取器模式时，因为所述通信装置有效地产生RF场而连续执行对失谐状况的测量。在一些实施例中，当通信装置处于卡片模式时，基于超时和/或在激活RF场之后间歇地对交易执行失谐状况测量。图6描绘在图2中所描绘的通信装置240处在读取器模式下接收的一连串命令和由图2中所描绘的通信装置在交易期间传输到读取器装置230的一连串响应。在交易(例如，支付交易)过程中，可紧接在将响应消息传输到读取器装置(如由相应箭头610、620、630和640所表示)之前执行失谐状况测量。
图7是根据本发明的实施例的用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法的过程流程图。在框702处，获得与通信装置相关的传输输出功率信息。在框704处，基于传输输出功率信息来测量失谐状况。所述通信装置可与图1中所描绘的通信装置140和/或图2中所描绘的通信装置240相同或类似。
图8是根据本发明的另一实施例的用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法的过程流程图。在框802处，获得通信装置内的来自所述通信装置的电源调节器的传输器电流和传输器电压以及所述通信装置处的接收信号强度指示符(RSSI)。在框804处，基于传输器电流、传输器电压和RSSI来测量失谐状况。所述通信装置可与图1中所描绘的通信装置140和/或图2中所描绘的通信装置240相同或类似。
尽管以特定次序在本文中示出并描述所述方法的操作，但每个方法的操作次序可改变，以使得可以逆序执行某些操作或以使得可至少部分地与其它操作同时执行某些操作。在另一实施例中，可以间断和/或交替的方式实施不同操作的指令或子操作。
还应注意，可以使用存储在计算机可用存储媒体上以供计算机执行的软件指令来实施所述方法的操作中的至少一些操作。举例来说，计算机程序产品的实施例包括存储计算机可读程序的计算机可用存储媒体，所述计算机可读程序当在计算机上执行时致使计算机执行如本文中所描述的操作。
计算机可用或计算机可读媒体可以为电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体***(或装置或设备)或传播媒体。计算机可读媒体的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可装卸式计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。光盘的当前例子包括具有只读存储器的压缩光盘(CD-ROM)、具有读/写的压缩光盘(CD-R/W)、数字视频光盘(DVD)和蓝光光盘。
在以上描述中，提供各种实施例的具体细节。然而，可以在并没有这些具体细节的全部细节的情况下实施一些实施例。在其它情况下，为了简洁和清晰起见，除了能够实现本发明的各种实施例之外不再详细描述某些方法、操作步骤、组件、结构和/或功能。
尽管已经描述和示出了本发明的具体实施例，但本发明不限于如此描述和示出的部分的具体形式或布置。本发明的范围将由在此所附的权利要求书及其等效物限定。

Claims (7)

1.一种用于操作经由电感耦合通信的通信装置的方法，其特征在于，所述方法包括：
获得与所述通信装置相关的传输输出功率信息；及
基于所述传输输出功率信息测量失谐状况，
其中，所述方法进一步包括获得所述通信装置处的接收信号强度指示符(RSSI)，其中测量所述失谐状况包括基于所述传输输出功率信息和所述RSSI来测量所述失谐状况，
并且其中，基于所述通信装置的所述传输输出功率信息来测量所述失谐状况包括产生当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围内时的传输器阻抗与当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围外时的标称传输器阻抗之间的比率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输输出功率信息包括所述通信装置内的传输器电流和传输器电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于所述失谐状况来调整所述通信装置的传输器配置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述传输输出功率信息包括从所述通信装置的电源调节器获得所述通信装置内的传输器电流和传输器电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述传输输出功率信息包括从所述通信装置的传输器驱动器获得所述通信装置内的传输器电流和传输器电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述通信装置的所述传输输出功率信息来测量所述失谐状况包括在传输响应消息之前基于所述传输输出功率信息来测量所述失谐状况。
7.一种经由电感耦合通信的通信装置，其特征在于，所述通信装置包括：
***参数传感器单元，其被配置成获得与所述通信装置相关的传输输出功率信息；及
失谐状况测量单元，其被配置成基于所述传输输出功率信息来测量失谐状况，
其中，所述***参数传感器单元被配置成获得所述通信装置处的接收信号强度指示符(RSSI)，其中所述失谐状况测量单元被配置成基于所述传输输出功率信息和所述RSSI来测量所述失谐状况，
并且其中，所述失谐状况测量单元被配置成通过产生当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围内时的传输器阻抗与当对应通信装置在所述通信装置的NFC通信范围外时的标称传输器阻抗之间的比率以基于所述通信装置的所述传输输出功率信息来测量所述失谐状况。
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