用于调谐天线配置的近场通信调制反馈装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于使用用于调谐天线配置的调制反馈装置校准近场通信(NFC)读取/写入设备的架构、平台和方法。
【专利说明】用于调谐天线配置的近场通信调制反馈装置
【背景技术】
[0001 ] 在实现近场通信(NFC:near field communication)的系统和设备中，NFC读取/写 入设备可与几个NFC启用卡/标签(NFC enabled cards/tags)进行通信。运样的NFC卡/标签 可W是无源的，意味着他们没有电源。在典型的实施方式下，无源NFC卡/标签与NFC读取/写 入设备之间的禪合(coupling)给NFC卡/际签上电W执行NFC交易或通信。
[0002] 随着NFC卡/标签的特定距离和/或定向（即，在禪合期间）随NFC读取/写入设备而 变化，NFC读取/写入设备天线的天线处的有效阻抗或天线加载(antenna loading)也是变 化的。因为例如调制指数取决于天线的有效阻抗或阻抗加载(impedance loading),所W调 制指数作为NFC卡/标签的位置、定向和/或电特性的函数而变化。
[0003] 给定NFC读取/写入设备的NFC模块与天线之间的附加射频(RF:radio打equency) 电路，天线前端的可变阻抗加载不能精确地反映在NFC模块上实施的调制指数和其他调制 特性。当在NFC读取/写入输出引脚（即，NFC模块)测量时，先前的解决方案都存在运种不精 确问题。当直接在天线上执行该测量时，需要附加天线引线连接。运样，需要提供一种解决 方案来解决附加天线引线连接的问题，W实现在NFC读取/写入设备的天线上的调制特性的 测量。
【附图说明】
[0004] 参考附图描述【具体实施方式】。在附图中，附图标记的最左边的数字表示在该附图 标记第一次出现的附图。在全文中使用相同的附图标记标识相同的特征和组件。
[0005] 图1为示出如本文的实施方式所述的与一个或多个近场通信(NFC)卡/标签进行通 信的NFC读取/写入设备的示例情形。
[0006] 图2为如本文的实施方式所述的近场通信(NFC)读取/写入设备的示例方框图。
[0007] 图3为如本文的实施方式所述的近场通信(NFC)读取/写入设备和NFC卡/标签之间 的示例禪合线圈系统。
[000引图4为如本文的实施方式所述的近场通信(NFC)读取/写入设备与NFC卡/标签之间 的示例NFC禪合架构。
[0009] 图5为示出使用用于调谐天线配置的近场通信(NFC)调制装置的示例方法的示例 流程图。
【具体实施方式】
[0010] 本文描述了在近场通信（NFC)读取/写入设备中使用调谐天线配置（tuned antenna configuration)的NFC调制反馈装置的架构、平台和方法。所描述的技术促进(有 助于)NFC控制器或NFC模块的校准，W便在NFC控制器中实施的调制变化量与在NFC天线上 传送的变化量基本相同。换句话说，由于NFC传输信道的分布式性质(dis化ibuted nature) 或由于NFC卡/标签(在禪合配置期间）的物理定向引起的在NFC天线上的非线性加载特性 (即，阻抗加载)不会影响在NFC控制器侧实施的调制变化量。即，在本文所述实施方式中，在 NFC天线侧传送或检测到基本上相同的调制变化量。
[0011] 例如，直接调制测量电路可W被放置于NFC天线侧，W便检测和测量从NFC控制器 侧接收的调制后NFC载波频率信号的调制特性(例如，调制指数、低频基带信号等）。在该示 例中，使用将NFC控制器连接到NFC天线的相同的传输信道或电缆链路(连接部)来反馈测量 出的调制特性。而且，调制测量同向双工器(diplexer)可W安装在NFC控制器，W便将反馈 信号与通过该连接部或电缆链路的其他频带(例如，13.56MHz的NFC载波频率信号)分离。
[0012] 在一个实施方式中，使用来自NFC天线的非线性加载特性的最大阻抗来校准安装 在NFC控制器和NFC天线之间的功率放大器。在该实施方式中，使用最大阻抗可W有助于功 率放大器的配置W避免饱和，并且运样，可W有效实现调制特性。例如，用于不同NFC卡/标 签的电特性可W提供功率放大器中的不同的实际（阻抗)加载。在该示例中，使用可W由禪 合的NFC卡/标签(coupling NFC card/tag)产生的最大阻抗来实施功率放大器的校准。该 功率放大器的校准与上述NFC控制器的校准一起实施。
[0013] 图1为示出与一个或多个NFC卡/标签104通信的近场通信(NFC)读取/写入设备102 的示例情形IOOdNFC卡/标签104是无源或有源的（即，无电源或有电源的）"NFC读取/写入设 备102包括天线106,该天线为NFC读取/写入设备102中的NFC控制器或模块(未示出）的一部 分或与NFC读取/写入设备102中的NFC控制器或模块连接。
[0014] NFC卡/标签(多个)104可W包括各自的天线108。如所示，NFC读取/写入设备102的 天线106可W发射磁场或RF场110。当NFC卡/标签104进入RF场110时，产生天线106处的阻抗 加载，并且该阻抗加载可W用于可位于NFC控制器或模块的功率放大器(未示出）的校准。例 如，该阻抗加载包括对应于禪合的NFC卡/标签104的不同电特性和/或物理定向（physical orientation)的不同阻抗量。在该示例中，对应于特定类型的NFC卡/标签104的最大阻抗可 W用于设置功率放大器的线性操作（linear operation;线性运算）。换句话说，功率放大器 可W配置成不在最大阻抗处饱和，运会影响NFC读取/写入设备102的操作的效率，运将在下 文讨论。
[0015] 继续参考图1，NFC读取/写入设备102的NFC控制器或模块可W通过在其前端天线 106上直接测量调制特性(未示出）来校准。例如，现慢出的调制特性反馈到NFC控制器或模 块，并且用于校准和/或NFC论坛认证(NFC For皿cedification)目的。
[0016] 图2示出本实施方式所述的示例NFC读取/写入设备102。例如，NFC读取/写入设备 102使用由禪合的NFC卡/标签104产生的阻抗加载来校准。而且，NFC读取/写入设备102可W 配置成在其前端天线106侧执行直接调制测量，W实施合适的发射机调制控制校正 (transmitter modulation control corrections),如下文所述。在该示例中，NFC读取/写 入设备102包括，但不限于，平板电脑、笔记本、笔记本电脑、膝上电脑、移动电话、蜂窝电话、 智能电话、个人数字助理、多媒体播放设备、数字音乐播放器、数字视频播放器、导航设备、 数字摄像机等。NFC读取/写入设备102还可W包括，但不限于，非便携设备，例如个人计算 机，也不限于无线设备，例如当通过电缆/连接部进行连接时。
[0017] NFC读取/写入设备102可W包括一个或多个处理器200、和禪合(CO叫led)到一个 或多个处理器200的存储器202。存储器202可W为包括不同类型的存储装置的非易失性存 储器/介质，包括只读型的、随机接入型的等。存储器202还可W包括编程/非可编程固件。本 文所述的如硬件之类的特定元件可W W作为存储器202的一部分的固件实现。存储器202具 体可W包括可W作为NFC启用软件/固件应用的应用(application)204。
[0018] NFC读取/写入设备102可W包括电源组件206。电源组件206可W包括诸如电池之 类的各种AC和/或DC元件。电源组件206驱动或供电给包括功率放大器(未示出）在内的NFC 读取/写入设备102的各种其他组件。
[0019] NFC读取/写入设备102可W包括NFC控制器或NFC模块208 dNFC模块208可W配置成 与包括NFC卡/标签104在内的其它NFC启用设备进行通信。NFC模块208可W通过连接部 (connection)或电缆链路(cable link)210连接到天线106。例如，为了校准的目的，NFC模 块208可W通过连接部或电缆链路210发送初始调制后的NFC载波频率信号到天线106。在该 示例中，天线106可W包括：调制检测器212,其配置成测量或检测接收到的初始调制后的 NFC载波频率信号的调制特性。例如，调制特性包括测量出的调制指数、解调的低频基带信 号等。
[0020] 对于测量出的调制特性，相同的连接部或电缆链路210可W用来反馈该测量出的 调制特性到NFC模块208用于校准和/或NFC论坛认证目的。例如，NFC模块208可W包括:调制 测量同向双工器210,其将用于测量出的调制特性的反馈信道与可W在连接部或电缆链路 210中使用或操作的其他频带或信道分离。在该示例中，不需要添加附加电缆链路(连接部） 或用于NFC读取/写入设备102的校准的其他传输信道。
[0021] NFC模块208可W利用接收到的测量出的调制特性来进行调制变化量、调制指数、 和合适的发射机调制控制校正的比较。
[0022] 图3示出NFC读取/写入设备102与NFC卡/标签104之间的示例禪合线圈系统300。 NFC卡/标签104与天线106的禪合可能在天线106处产生阻抗加载。例如，利用相比于使用功 率放大器消耗功率非常低的阻抗桥来测量该阻抗加载。当NFC读取/写入设备102与NFC卡/ 标签104之间发生实际传输时，需要接通用于传输的功率放大器(未示出）。
[0023] 如所示，电感器Ll 302表示NFC读取/写入设备102的天线IOSdNFC卡/标签104的等 效电路由电感器L2 304、电容C2 306和电阻化308来表示。电感器L2 304可认为是NFC卡/ 标签104的天线108。电容C2306可W用于将天线108(即，电感器L2 304)调谐到约13.56MHz 的频率，即NFC通信的工作频率。RL 308表示NFC卡/标签104的天线108(即，电感L2 304)的 负载。
[0024] 在两个天线106和108(即，电感器302和304)之间的禪合可由禪合系数K 310来表 示。Zin312为输入阻抗，其由W下公式1导出：
[0025]
[00%] 公式1
[0027] 对于实现并行调谐配置（parallel tuned configuration)的NFC卡/标签104， Zin312可W由W下公式2导出：
[002引
[0029] 公式 2
[0030] Zl为天线106(即，电感器Ll 300)的阻抗。公式1和2示出：随着在两个天线106和 108(即，电感器302和304)之间禪合系数K310增加，输入阻抗Zin312增加，运可W变换 (translate)为两个天线106和108(即，电感器302和304)之间的距离的减小。因此，可W使 用可由NFC卡/标签104提供的Zin312的最大值来校准功率放大器(未示出）的线性操作。例 如，该线性操作避免可能在NFC卡/标签104与NFC读取/写入设备102之间的NFC交易或功能 期间影响调制特性的功率放大器的饱和。
[0031] 图4示出在NFC读取/写入设备102与NFC卡/标签104之间的示例NFC禪合架构400。 如所示，NFC模块208可W包括:功率放大器402，其可W基于由NFC卡/标签104的特定电特性 生成的最大加载阻抗来校准。例如，NFC论坛认证允许对应于不同类型的NFC卡/标签104的 不同的电特性。在该示例中，NFC卡/标签104与天线106(即，Ll 302)之间的禪合也可产生相 应的不同阻抗加载。
[0032] 为了避免具有给定最大阻抗加载的饱和，功率放大器402可W配置成与给定的最 大阻抗加载呈线性关系。然后，可W实施如上图2所示的NFC模块208处的校准。具体地，调制 检测器212可W检测接收到的调制后的NFC载波频率信号的调制特性，随后，测量出的调制 特性通过相同的连接部或电缆链路210反馈到NF对莫块208。
[0033] 继续参考图4 ,RF匹配网络404将天线106(即，电感器Ll 300)的阻抗匹配到功率放 大器402的输出阻抗。如上所述，天线106的最大阻抗加载可W用于校准功率放大器402。原 因是，例如，由NF对莫块208正在发射的调制指数当调制指数通过失真的功率放大器402时， 也会失真。
[0034] 在实施方式中，RF匹配网络404为允许13.56MHz NFC载波频率信号通过（即，从NFC 模块208到天线106)的带通滤波器。然而，RF匹配网络404可W向可从天线106反馈的低频基 带信号提供高插入损耗化igh insedion losses)。为此目的，调制测量同向双工器214用 于促进由NFC模块208接收低频基带信号。如上所述，NFC模块208可W利用接收到的低频基 带信号用来进行脉幅调制(PAM: PU 1 Se amp 1 i tude)电平比较、调制指数变化量确定、合适发 射机调制控制补偿/校正等。
[00巧]如所示，RF匹配网络404可W通过连接链路TxP 406和TxN 408连接到功率放大器 402。
[0036] 图5示出使用用于调谐天线配置的NFC调制反馈装置的示例方法的示例流程图 500。该方法中描述的顺序不应被解释为限制性的，并且所述方法的方框的任意数字可W W 任何顺序组合来实施该方法或替代方法。另外，各个方框可W在不脱离本文所述主题的精 神和范围的情况下从上述方法中删除。而且，该方法W在不脱离本发明的范围的情况下W 任何合适的硬件、软件、固件或其组合来实施。
[0037] 在方框502,执行通过NFC天线的连接部或电缆链路接收调制后的NFC载波频率信 号的步骤。例如，该连接部或电缆链路210将NFC天线106连接到NFC控制器或NFC模块208。在 该示例中，NF对莫块208配置成产生初始调制后的NFC载波频率信号，其通过连接部或电缆链 路210,并且由NFC天线106接收用于校准或NF村仑坛认证目的。
[0038] 在方框504,执行测量在NFC天线接收的调制后NFC载波频率信号的调制特性的步 骤。例如，调制检测器212集成在NFC天线106中。在该示例中，调制检测器212可W配置成测 量诸如接收到的调制后NFC载波频率信号的调制指数之类的调制特性。而且，调制检测器 212可W测量或解调调制了 NFC载波频率信号的低频基带信号。
[0039] 在方框506,执行通过连接部或电缆链路反馈测量出的调制特性的步骤。例如，巧U 量出的调制指数、低频基带信号等通过将初始调制后的NFC载波频率信号传送到NFC天线的 相同的连接部或电缆链路210被反馈到NFC模块208。在该示例中，连接部或电缆链路210用 于频率复用，W便可W使用将高频调制后的NFC载波频率信号传送到NFC天线106的相同连 接部或电缆链路210反馈测量出的低频基带信号。
[0040] 在方框508，执行基于测量出的调制特性来调整调制后的NFC载波频率的调制的步 骤。例如，基于接收到的反馈（即，测量的调制特性），NFC模块208配置成调整初始调制后 (initial modulated)的NFC载波频率的调制指数。为了校准和NF村仑坛认证的目的，可W执 行在NFC控制器侧的调整和/或补偿。
[0041] 在一个实施方式中，由于禪合的NFC卡/标签104的物理定向和/或电特性引起的 NFC天线106的阻抗加载可W用于配置功率放大器402。即，功率放大器402可W配置成，为禪 合的NFC卡/标签104的不同电特性保持线性。
[0042] W下示例设及进一步的实施例：
[0043] 在示例1中，一种近场通信(NFC)设备包括:天线，其配置成接收调制后的NFC载波 频率信号;禪合到天线的调制检测器，其配置成检测接收到的调制后的NFC载波频率信号的 调制特性;NFC控制器，其配置成从所述调制检测器接收检测到的调制特性，其中所述NFC控 制器还配置成基于检测到的调制特性执行校准调整;和将NFC控制器连接到所述天线的连 接部。
[0044] 示例2为示例1的NF村受备，其中所述调制特性包括调制指数和低频基带信号。
[0045] 示例3为示例1的NFC设备，其中所述连接部为促使低频基带信号被反馈到所述NFC 控制器的频率复用器。
[0046] 示例4为示例1的NF村受备，其中所述校准调整包括:所述调制特性的补偿或调整。
[0047] 示例5为示例1到4的NFC设备，其中所述NFC控制器还包括：调制测量同向双工器， 其配置成促进包括低频基带信号的检测到的调制特性的接收。
[004引示例6为示例巧Ij4的NFC设备，RF匹配网络，其将所述天线的阻抗匹配到所述NFC控 制器的输出阻抗，其中所述天线的阻抗基于禪合的NFC标签或卡的物理定向和电特性。
[0049] 示例7为示例巧Ij4的NFC设备，还包括安装在所述NFC控制器和所述天线之间的功 率放大器，其中使用由所述禪合的NFC标签或卡引起的最大阻抗加载来校准所述功率放大 器。
[0050] 示例8为示例7的NFC设备，其中所述功率放大器的校准包括所述最大阻抗处的操 作的线性。
[0051] 示例9为示例1到4的NF村受备，其中所述连接部配置成通过多个频带。
[0052] 在示例10,一种设备，包括:天线，其包括由禪合的近场通信(NFC)卡或标签引起的 阻抗加载;调制检测器，其配置成检测调制指数;近场通信(NFC)模块，其配置成接收所反馈 的检测的调制指数，所述NFC模块包括:功率放大器，其配置成具有基于所述天线处的最大 阻抗加载的线性操作;和调制测量同向双工器，其配置成促进由所述调制检测器反馈的检 测到的调制指数的接收，其中NFC控制器基于检测到的调制指数执行校准调整;和连接部， 其将所述NFC模块连接到所述天线，其中所述连接部配置成促使检测到的调制指数从所述 天线反馈到所述NF对莫块。
[0053] 示例11为示例10的设备，其中所述调制检测器配置成检测和解调调制后的NFC载 波频率信号的低频基带信号。
[0054] 示例12为示例10的设备，其中所述连接部为促使低频基带信号被反馈到所述NFC 模块的频率复用器。
[0055] 示例13为示例10到12中任一项所述的设备，其中所述校准调整包括:对所述天线 处的特定阻抗加载的调制指数的补偿或调整。
[0056] 示例14为示例10到12中任一项所述的设备，其中所述最大阻抗加载基于禪合的 NFC标签或卡的物理定向和电特性。
[0057] 在示例15,一种近场通信(NFC)调制校准的方法，包括:接收调制后NFC载波频率信 号；测量接收到的调制后NFC载波频率信号的调制特性;反馈测量的调制特性;和基于测量 的调制特性，调整调制。
[0058] 示例16为示例15的方法，其中测量所述调制特性包括:测量调制指数或解调接收 到的调制后NFC载波频率信号的低频基带信号分量。
[0059] 示例17为示例15到16中任一项所述的方法，其中测量的调制特性的反馈利用用于 接收调制后NFC载波频率信号的相同连接部。
[0060] 示例18为示例15到16中任一项所述的方法，其中所述调制后NFC载波频率信号约 为13.56MHz。
[0061 ] 示例19为示例15到16中任一项所述的方法，其中调整所述调制包括:调整调制后 NFC载波频率信号的调制指数。
[0062]示例20为示例19的方法，其中所述调制指数的调整至少基于天线的最大阻抗加 载，其中最大阻抗由禪合NFC卡或标签引起。
【主权项】
1. 一种近场通信(NFC)设备，包括： 天线，其配置成接收调制后的NFC载波频率信号； 耦合到天线的调制检测器，其配置成检测接收到的调制后的NFC载波频率信号的调制 特性； NFC控制器，其配置成从所述调制检测器接收检测到的调制特性，其中所述NFC控制器 还配置成基于检测到的调制特性执行校准调整;和 将所述NFC控制器连接到所述天线的连接部。2. 如权利要求1所述的NFC设备，其中所述调制特性包括调制指数和低频基带信号。3. 如权利要求1所述的NFC设备，其中所述连接部为促使低频基带信号被反馈到所述 NFC控制器的频率复用器。4. 如权利要求1所述的NFC设备，所述校准调整包括:所述调制特性的补偿或调整。5. 如权利要求1所述的NFC设备，其中所述NFC控制器还包括： 调制测量同向双工器，其配置成促进包括低频基带信号的检测到的调制特性的接收。6. 如权利要求1所述的NFC设备，还包括： RF匹配网络，其将所述天线的阻抗匹配到所述NFC控制器的输出阻抗，其中所述天线的 阻抗基于耦合的NFC标签或卡的物理定向和电特性。7. 如权利要求1所述的NFC设备，还包括： 安装在所述NFC控制器和所述天线之间的功率放大器，其中使用由所述耦合的NFC标签 或卡引起的最大阻抗加载来校准所述功率放大器。8. 如权利要求7所述的NFC设备，其中所述功率放大器的校准包括所述最大阻抗处的线 性操作。9. 如权利要求1所述的NFC设备，其中所述连接部配置成通过多个频带。10. -种设备，包括： 天线，其包括由耦合的近场通信(NFC)卡或标签引起的阻抗加载； 调制检测器，其配置成检测调制指数； 近场通信(NFC)模块，其配置成接收所反馈的检测到的调制指数，所述NFC模块包括： 功率放大器，其配置成具有基于所述天线处的最大阻抗加载的线性操作;和 调制测量同向双工器，其配置成促进由所述调制检测器反馈的检测到的调制指数的接 收，其中NFC控制器基于检测到的调制指数执行校准调整;和 连接部，其将所述NFC模块连接到所述天线，其中所述连接部配置成促使检测到的调制 指数从所述天线反馈到所述NFC模块。11. 如权利要求10所述的设备，其中所述调制检测器配置成检测和解调调制后的NFC载 波频率信号的低频基带信号。12. 如权利要求10所述的设备，其中所述连接部为促使低频基带信号被反馈到所述NFC 模块的频率复用器。13. 如权利要求10所述的设备，其中所述校准调整包括:对所述天线处的特定阻抗加载 的调制指数的补偿或调整。14. 如权利要求10所述的设备，其中所述最大阻抗加载基于耦合的NFC标签或卡的物理 定向和电特性。
【文档编号】H01Q1/22GK105939166SQ201610074870
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】T·F·科克斯, N·考兰迪卡尔
【申请人】英特尔Ip公司