TWI454076B - 通訊裝置與其近場通訊電路 - Google Patents

Description

通訊裝置與其近場通訊電路

本發明是有關於一種通訊裝置，且特別是有關於一種具有近場通訊電路的通訊裝置，其中近場通訊電路可透過鐵氧磁珠(ferrite bead)消除高頻諧波的近場通訊電路。

在日常生活中，近場通訊(Near Field Communication)技術的應用已愈趨廣泛，舉凡***、電子錢包、悠遊卡、旅館房卡及商店會員卡等，都可見到其蹤跡。近年來，整合近場通訊功能的手機更是大幅提升了使用者的便利性，例如將手機與悠遊卡作結合，讓使用者在搭乘捷運或公車時，可直接以手機作感應扣款的動作；或是將手機與電子錢包作結合，讓使用者在購物時可直接以手機作感應扣款等應用。

然而，當近場通訊技術整合至一通訊裝置，例如個人數位助理(PDA: personal digital assistant)手機或智慧型手機之中時，由於近場通訊技術操作的基頻所產生的高頻諧波可能會與手機的通訊頻帶重疊，因此會對手機的訊號產生干擾，進而導致手機的收訊品質下降。

本發明提供一種近場通訊電路，其可在發送近場通訊訊號時，透過其中的鐵氧磁珠將近場通訊訊號中的高頻諧波先行濾除。

本發明提供一種近場通訊電路，包括第一接點、第二接點、第一鐵氧磁珠、第二鐵氧磁珠以及近場通訊控制器。第一接點和第二接點用於耦接近場通訊天線。第一鐵氧磁珠耦接第一接點，第二鐵氧磁珠耦接第二接點。近場通訊控制器包括第一腳位和第二腳位，第一腳位和第二腳位分別耦接第一鐵氧磁珠和第二鐵氧磁珠，第一腳位和第二腳位輸出差動(differential)近場通訊訊號以供近場通訊天線輸出，第一鐵氧磁珠和第二鐵氧磁珠允許差動近場通訊訊號其中的基頻成分通過並濾除差動近場通訊訊號其中的多個高頻成分，每一上述高頻成分皆為基頻成分的高頻諧波。

在本發明之一實施例中，上述之近場通訊電路用於通訊裝置，通訊裝置具有一無線通訊系統，且高頻成分的頻率其中之至少一頻率與無線通訊系統的工作頻率其中之一重疊。

在本發明之一實施例中，上述之第一鐵氧磁珠和第二鐵氧磁珠的構造完全相同。

在本發明之一實施例中，上述之第一鐵氧磁珠在基頻成分的頻率的阻抗值小於第一臨界值，而且第一鐵氧磁珠在每一上述高頻成分的頻率的阻抗值皆大於第二臨界值。

在本發明之一實施例中，上述之第一鐵氧磁珠的最大直流阻抗小於或等於近場通訊控制器可接受的第三臨界值。

在本發明之一實施例中，上述之第一鐵氧磁珠的額定電流(rated current)大於第一腳位的輸出電流，而且第二鐵氧磁珠的額定電流大於第二腳位的輸出電流。

在本發明之一實施例中，上述之近場通訊電路更包括阻抗匹配(impedance matching)電路，耦接於第一腳位、第二腳位和近場通訊天線之間，提供近場通訊控制器和近場通訊天線的阻抗匹配。

在本發明之一實施例中，上述之第一腳位和第二腳位輸出的差動近場通訊訊號為方波，而且近場通訊電路更包括波形轉換電路，耦接於第一腳位、第二腳位和阻抗匹配電路之間，將差動近場通訊訊號從方波轉換為正弦波，其中上述方波和正弦波的頻率皆和上述基頻成分相同。

本發明提供一種通訊裝置，其具有上述近場通訊電路與上述無線通訊系統。

基於上述，本發明提供一種近場通訊電路與具有近場通訊電路的通訊裝置，其中近場通訊電路可在發送近場通訊訊號時，透過其中的鐵氧磁珠將近場通訊訊號中的高頻諧波成分先行濾除，以避免這些高頻諧波對無線通訊系統的工作頻率造成干擾。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

以下請參照圖1，圖1是根據本發明之一實施例所繪示的近場通訊電路100的功能方塊圖。近場通訊電路100包括第一接點P1、第二接點P2、第一鐵氧磁珠B1、第二鐵氧磁珠B2以及近場通訊控制器110。第一鐵氧磁珠B1與第二鐵氧磁珠B2分別耦接第一接點P1及第二接點P2。近場通訊控制器110包括第一腳位111及第二腳位112，第一腳位111耦接第一鐵氧磁珠B1，第二腳位112耦接第二鐵氧磁珠B2。

在本發明之一實施例中，第一接點P1和第二接點P2可用於耦接近場通訊天線(未繪示)。第一腳位111及第二腳位112可輸出差動近場通訊訊號，此差動近場通訊訊號在依序經過第一鐵氧磁珠B1和第二鐵氧磁珠B2以及第一接點P1和第二接點P2後，可由近場通訊天線輸出。在此差動近場通訊訊號經過第一鐵氧磁珠B1和第二鐵氧磁珠B2時，第一鐵氧磁珠B1和第二鐵氧磁珠B2可允許此差動近場通訊訊號中的基頻成分通過，並濾除此差動近場通訊訊號中的多個高頻成分。上述基頻成分的頻率為13.56 MHz，而上述每一高頻成分皆為此基頻成分的高頻諧波。

以下請參照圖2，圖2是根據本發明之一實施例所繪示的近場通訊電路200的功能方塊圖。近場通訊電路200除了包括近場通訊電路100的所有元件以外，更包括波形轉換電路120及阻抗匹配電路130。阻抗匹配電路130耦接於近場通訊控制器110之第一腳位111、第二腳位112與近場通訊天線之間，用以提供近場通訊控制器110和近場通訊天線的阻抗匹配。波形轉換電路120耦接於近場通訊控制器110之第一腳位111、第二腳位112和阻抗匹配電路130之間。

由於第一腳位111及第二腳位112所輸出的差動近場通訊訊號是頻率為13.56 MHz的方波，透過波形轉換電路120的轉換後，可將此差動近場通訊訊號從方波轉換為正弦波，而上述方波與正弦波的頻率皆和上述差動近場通訊訊號的上述基頻成分相同。然而，波形轉換電路120實際上並無法理想地將方波完全轉換成單一頻率(也就是基頻13.56 MHz)的正弦波，所以轉換後的波形仍會存在一些高頻的諧波成分，而這些高頻諧波成分可藉由第一鐵氧磁珠B1和第二鐵氧磁珠B2來加以濾除。

在本發明之一實施例中，第一鐵氧磁珠B1除了可耦接於近場通訊控制器110與波形轉換電路120之間，也可耦接於波形轉換電路120與阻抗匹配電路130之間或是耦接於阻抗匹配電路130與第一接點P1之間。同樣地，第二鐵氧磁珠B2除了可耦接於近場通訊控制器110與波形轉換電路120之間，也可耦接於波形轉換電路120與阻抗匹配電路130之間或是耦接於阻抗匹配電路130與第二接點P2之間。此外，第一鐵氧磁珠B1與第二鐵氧磁珠B2的相對耦接位置可以不相同，舉例而言，若第一鐵氧磁珠B1是耦接於近場通訊控制器110與波形轉換電路120之間時，第二鐵氧磁珠B2可以耦接於波形轉換電路120與阻抗匹配電路130之間或是耦接於阻抗匹配電路130與第二接點P2之間。

在本發明之一實施例中，近場通訊電路100或近場通訊電路200可用於一通訊裝置10上，如圖4所示。通訊裝置10可以是一PDA手機或智慧型手機，通訊裝置10另具有一無線通訊系統500，其中無線通訊系統500可為支援全球行動系統(GSM: Global System for Mobile Communications)、分碼多工(CDMA: Code Division Multiple Access)、寬頻分碼多工(WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access)或長程進化(LTE: Long Term Evolution)等各種標準或協定(protocol)的無線通訊系統，但不限於此。無線通訊系統500具有一天線146，用以傳送無線訊號至基地台或接收由基地台所傳送的無線訊號。近場通訊電路100、200的接點P1和P2耦接一近場通訊天線150，且提供通訊裝置10近場通訊的功能，此近場通訊功能可以是***、電子錢包、悠遊卡、旅館房卡及商店會員卡等，但不限於此。在將近場通訊電路100、200設於通訊裝置10上後，可使得通訊裝置10同時具有近場通訊功能與無線通訊功能。舉例而言，若通訊裝置10為智慧型手機，而近場通訊電路100、200所提供的近場通訊功能則是電子錢包的功能，如此一來，當通訊裝置10的使用者在消費時，即可利用近場通訊功能直接進行扣款，而不須再另外使用現金交易。上述的差動近場通訊訊號的基頻成分的頻率即為近場通訊功能的工作頻率，此工作頻率通常大於或等於13.553MHz而且小於或等於13.567MHz，較佳為13.56 MHz。另外，上述無線通訊功能係由無線通訊系統500所提供，且無線通訊系統500可操作於多個工作頻率，上述的差動近場通訊訊號的至少一個高頻成分的頻率與上述無線通訊系統500所操作的工作頻率其中之一重疊；換言之，上述的差動近場通訊訊號的至少一個高頻成分的頻率會干擾上述無線通訊系統500所操作的工作頻率其中之一。

請參考圖1、圖2與圖4，透過近場通訊電路100、200中的第一鐵氧磁珠B1及第二鐵氧磁珠B2，可將通過的差動近場通訊訊號中的高頻諧波濾除，讓這些高頻諧波的成分不會跟無線通訊系統500的工作頻率混合在一起。這使得當近場通訊電路200與無線通訊系統500於通訊裝置10中同時運作時，無線通訊系統500的無線通訊功能可以不被近場通訊電路200的近場通訊功能所干擾，進而提供通訊裝置較好的通訊品質。

舉例而言，若無線通訊系統500為一全球行動系統(GSM)，其無線通訊功能的工作頻率是GSM850通訊標準中，頻道189的下鏈(downlink)頻率，也就是881.4 MHz，此頻率剛好會與基頻成分(13.56 MHz)的65倍高頻諧波(13.56 x 65=881.4 MHz)相同。所以在此例中，當通訊裝置10在使用近場通訊功能時，可透過第一鐵氧磁珠B1及第二鐵氧磁珠B2來將此65倍高頻諧波濾除，以避免此高頻諧波對無線通訊功能的工作頻率造成干擾，進而保證無線通訊功能的收訊品質。

舉另一例而言，若無線通訊系統500為一全球行動系統(GSM)，其無線通訊功能的工作頻率是GSM900通訊標準中，頻道3的下鏈頻率，也就是935.6 MHz，此頻率剛好與基頻成分的69倍高頻諧波(13.56 x 69=935.64 MHz)相近，此時則同樣可利用第一鐵氧磁珠B1及第二鐵氧磁珠B2來將此高頻諧波濾除，使其不對無線通訊功能的收訊造成干擾。

為了讓第一鐵氧磁珠B1及第二鐵氧磁珠B2能夠允許基頻成分完整通過，同時準確地將高頻諧波濾除，所以第一鐵氧磁珠B1及第二鐵氧磁珠B2的阻抗特性選擇相當重要。在本發明之一實施例中，第一鐵氧磁珠B1及第二鐵氧磁珠B2的構造是完全相同的，因此第一鐵氧磁珠B1及第二鐵氧磁珠B2的各種阻抗特性與額定電流等特性完全相同，因此以下將只針對第一鐵氧磁珠B1進行討論。第二鐵氧磁珠B2可比照第一鐵氧磁珠B1。

第一鐵氧磁珠B1的阻抗值(impedance) Z可以等效化為Z=R+jX的式子來分析，其中R為第一鐵氧磁珠B1的直流阻抗值(resistance)，X為第一鐵氧磁珠B1的電抗值(reactance)，j為虛數單位。

以下請參照圖3，圖3是根據本發明之一實施例所繪示的第一鐵氧磁珠B1的頻率對應阻抗的示意圖。圖3中所繪示的曲線310是根據第一鐵氧磁珠B1在各種頻率下所呈現出來的阻抗值Z的絕對值所繪示，曲線320是根據第一鐵氧磁珠B1在各種頻率下所呈現出來的直流阻抗值R的絕對值所繪示，而曲線330則是根據第一鐵氧磁珠B1在各種頻率下所呈現出來的電抗值X的絕對值所繪示。

由於近場通訊電路200的近場通訊功能的工作頻率(基頻成分)為13.56 MHz，所以在挑選第一鐵氧磁珠B1的阻抗特性時，其對應到頻率13.56 MHz的阻抗值Z需小於第一臨界值T1，且直流阻抗值R須小於或等於近場通訊控制器110可接受的第三臨界值T3，如此一來才能允許基頻成分完整地通過而不造成衰減，進而保證近場通訊功能的效能。而在每一個高頻成分的頻率附近(例如700~1000 MHz，也就是一般通訊標準中，無線通訊功能的工作頻率)時，第一鐵氧磁珠B1的阻抗值Z須大於第二臨界值T2，如此一來才可有效濾除其高頻諧波成分，使近場通訊功能在運作時，其高頻諧波不會影響到無線通訊功能的工作頻率，進而保證無線通訊功能的效能。

此外，第一鐵氧磁珠B1的額定電流須大於第一腳位111的輸出電流，而第二鐵氧磁珠B2的額定電流須大於第二腳位112的輸出電流，如此一來在近場通訊電路200操作時才可避免因腳位的輸出電流超過鐵氧磁珠的額定電流而將鐵氧磁珠燒毀。

綜上所述，本發明提供一種通訊裝置與其近場通訊電路，其中近場通訊電路可透過本身電路中的鐵氧磁珠將所發送的近場通訊訊號中的高頻諧波先行濾除，以避免這些高頻諧波對無線通訊系統的工作頻率造成干擾，進而保證無線通訊功能的品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．通訊裝置

100、200．．．近場通訊電路

110．．．近場通訊控制器

111、112．．．腳位

146．．．天線

150．．．近場通訊天線

500．．．無線通訊系統

B1、B2．．．鐵氧磁珠

P1、P2．．．接點

120．．．波形轉換電路

130．．．阻抗匹配電路

Z．．．阻抗值

R．．．直流阻抗值

X．．．電抗值

310~330．．．曲線

T1~T3．．．臨界值

圖1是根據本發明之一實施例所繪示的近場通訊電路的功能方塊圖。

圖2是根據本發明之一實施例所繪示的近場通訊電路的功能方塊圖。

圖3是根據本發明之一實施例所繪示的第一鐵氧磁珠的頻率對應阻抗的示意圖。

圖4是根據本發明之一實施例所繪示的通訊裝置的功能方塊圖。

100．．．近場通訊電路

110．．．近場通訊控制器

111、112．．．腳位

B1、B2．．．鐵氧磁珠

P1、P2．．．接點

Claims (15)

1. 一種近場通訊電路，包括：一第一接點；一第二接點，其中該第一接點和該第二接點用於耦接一近場通訊天線；一第一鐵氧磁珠，耦接該第一接點；一第二鐵氧磁珠，耦接該第二接點；以及一近場通訊控制器，包括一第一腳位和一第二腳位，該第一腳位和該第二腳位分別耦接該第一鐵氧磁珠和該第二鐵氧磁珠，該第一腳位和該第二腳位輸出一差動近場通訊訊號以供該近場通訊天線輸出，該第一鐵氧磁珠和該第二鐵氧磁珠允許該差動近場通訊訊號其中的一基頻成分通過並濾除該差動近場通訊訊號其中的多個高頻成分，每一上述高頻成分皆為該基頻成分的高頻諧波，其中該第一鐵氧磁珠的額定電流大於該第一腳位的輸出電流，而且該第二鐵氧磁珠的額定電流大於該第二腳位的輸出電流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之近場通訊電路，其中該基頻成分的頻率為該近場通訊功能的工作頻率，該近場通訊功能的工作頻率大於或等於13.553MHz而且小於或等於13.567MHz。
3. 如申請專利範圍第2項所述之近場通訊電路，其中該近場通訊電路用於一通訊裝置，該通訊裝置具有一無線通訊系統，且上述高頻成分的頻率其中之至少一頻率與該無線通訊系統的工作頻率其中之一重疊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之近場通訊電路，其中該第一鐵氧磁珠和該第二鐵氧磁珠的構造完全相同。
5. 如申請專利範圍第4項所述之近場通訊電路，其中該第一鐵氧磁珠在該基頻成分的頻率的阻抗值小於一第一臨界值，而且該第一鐵氧磁珠在每一上述高頻成分的頻率的阻抗值皆大於一第二臨界值。
6. 如申請專利範圍第4項所述之近場通訊電路，其中該第一鐵氧磁珠的最大直流阻抗小於或等於該近場通訊控制器可接受的一第三臨界值。
7. 如申請專利範圍第1項所述之近場通訊電路，更包括：一阻抗匹配電路，耦接於該第一腳位、該第二腳位和該近場通訊天線之間，提供該近場通訊控制器和該近場通訊天線的阻抗匹配。
8. 如申請專利範圍第7項所述之近場通訊電路，其中該第一腳位和該第二腳位輸出的該差動近場通訊訊號為方波，而且該近場通訊電路更包括：一波形轉換電路，耦接於該第一腳位、該第二腳位和該阻抗匹配電路之間，將該差動近場通訊訊號從該方波轉換為一正弦波，其中該方波和該正弦波的頻率皆和該基頻成分相同。
9. 一種通訊裝置，包括：一無線通訊系統；以及一近場通訊電路，包括： 一第一接點；一第二接點，其中該第一接點和該第二接點用於耦接一近場通訊天線；一第一鐵氧磁珠，耦接該第一接點；一第二鐵氧磁珠，耦接該第二接點；以及一近場通訊控制器，包括一第一腳位和一第二腳位，該第一腳位和該第二腳位分別耦接該第一鐵氧磁珠和該第二鐵氧磁珠，該第一腳位和該第二腳位輸出一差動近場通訊訊號以供該近場通訊天線輸出，該第一鐵氧磁珠和該第二鐵氧磁珠允許該差動近場通訊訊號其中的一基頻成分通過並濾除該差動近場通訊訊號其中的多個高頻成分，每一上述高頻成分皆為該基頻成分的高頻諧波；其中上述高頻成分的頻率其中之至少一頻率與該無線通訊系統的工作頻率其中之一重疊，且該第一鐵氧磁珠的額定電流大於該第一腳位的輸出電流，而且該第二鐵氧磁珠的額定電流大於該第二腳位的輸出電流。
10. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該基頻成分的頻率為該近場通訊功能的工作頻率，該近場通訊功能的工作頻率大於或等於13.553MHz而且小於或等於13.567MHz。
11. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該第一鐵氧磁珠和該第二鐵氧磁珠的構造完全相同。
12. 如申請專利範圍第11項所述之通訊裝置，其中該第一鐵氧磁珠在該基頻成分的頻率的阻抗值小於一第一臨 界值，而且該第一鐵氧磁珠在每一上述高頻成分的頻率的阻抗值皆大於一第二臨界值。
13. 如申請專利範圍第11項所述之通訊裝置，其中該第一鐵氧磁珠的最大直流阻抗小於或等於該近場通訊控制器可接受的一第三臨界值。
14. 如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該近場通訊電路更包括：一阻抗匹配電路，耦接於該第一腳位、該第二腳位和該近場通訊天線之間，提供該近場通訊控制器和該近場通訊天線的阻抗匹配。
15. 如申請專利範圍第14項所述之通訊裝置，其中該第一腳位和該第二腳位輸出的該差動近場通訊訊號為方波，而且該近場通訊電路更包括：一波形轉換電路，耦接於該第一腳位、該第二腳位和該阻抗匹配電路之間，將該差動近場通訊訊號從該方波轉換為一正弦波，其中該方波和該正弦波的頻率皆和該基頻成分相同。