用于組合天線驅動器和并聯調節器的部件的nfc裝置制造方法

用于組合天線驅動器和并聯調節器的部件的nfc裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了用于組合天線驅動器和并聯調節器的部件的NFC裝置，其中，本發明的實施方式可以用來以減小的成本生產更小、更緊湊的天線驅動器。提供用于將天線驅動器的部件與并聯調節器和鉗位電路的部件集成的方法。通過根據本發明的實施方式將這些部件組合，在天線驅動器中的晶體管計數可以減小。該集成裝置有利地允許以減小的制造成本并用減小的占位面積提供天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制功能性。
【專利說明】用于組合天線驅動器和并聯調節器的部件的NFC裝置
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本申請要求于2012年6月14日提交的美國非臨時申請第13/523，445號的優先權，其全部內容結合于此作為參考。
【技術領域】
[0003]本發明涉及天線，并且更具體地涉及NFC收發器裝置。
【背景技術】
[0004]在許多常規通信裝置中，經常包括分離電路從而提供天線驅動器功能性和調節器/鉗位電路(clamp)功能性。使用用于天線驅動器功能性和調節器/鉗位電路功能性的分離線路的實施可能需要若干個大型晶體管，這增加了制造成本和占位面積(real estate)。
[0005]例如，許多常規天線驅動器電路在每個天線端口上結合兩個大型輸入/輸出晶體管。用于近場通信(NFC)裝置的常規天線驅動器可以包括用于將電流下拉到Vss (例如負電源電壓)的N型金屬氧化物半導體(NMOS)裝置，以及用于從Vdd (例如正電源電壓)提供電流的P型金屬氧化物半導體(PMOS)裝置。這些NMOS和PMOS裝置是用來為天線驅動器電路實施邏輯的專用金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)。
[0006]用于天線的調節器和鉗位控制的電路還可以包括NMOS裝置和/或PMOS裝置。因此，向裝置添加調節器和/或鉗位控制電路可以進一步增加該裝置需要的制造成本和占位面積(例如電路板面積)。這些專用晶體管可非常昂貴并且還可在收發器裝置集成電路(IC)上需要巨大的占位面積。

【發明內容】

[0007]根據本發明的一實施方式，提供了一種電路，包含:天線端口，耦接至第一晶體管、第二晶體管以及第三晶體管；前級驅動器，被配置為耦接至該第一晶體管、該第二晶體管以及該第三晶體管；電壓調節器，被配置為耦接至該第二晶體管；以及鉗位控制器，被配置為耦接至該第三晶體管。
[0008]此外，該第一晶體管為P型金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管，并且其中，該第二晶體管和該第三晶體管為N型金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管。
[0009]此外，該電路還包含:第一開關，被配置為將該前級驅動器耦接至該第一晶體管；第二開關，被配置為將該前級驅動器耦接至該第二晶體管；以及第三開關，被配置為將該前級驅動器耦接至該第三晶體管。
[0010]此外，該電路還包含:第四開關，被配置為將該調節器耦接至該第二晶體管；第五開關，被配置為將該鉗位控制器耦接至該第三晶體管。
[0011]此外，在第一模式期間，該第一開關、該第二開關和該第三開關被配置為閉合，同時該第四開關和該第五開關開啟；以及在第二模式期間，該第一開關、該第二開關和該第三開關被配置為開啟，同時該第四開關和該第五開關閉合。[0012]此外，該天線端口為近場通信(NFC)裝置的天線端口，其中，該天線端口被配置為在該第一模式期間支持該近場通信裝置的讀取器模式，并且其中，該天線端口被配置為在該第二模式期間支持該近場通信裝置的目標模式。
[0013]此外，該電路還包含耦接至該天線端口和該調節器的二極管，其中，該調節器被配置為:從該二極管接收反饋信號；將該反饋信號與基準信號比較；以及響應于在該反饋信號和該基準信號之間的該比較，調整提供給該第二晶體管的電壓。
[0014]此外，該電路還包括:第二天線端口，耦接至第四晶體管、第五晶體管和第六晶體管，其中:該前級驅動器進一步被配置為耦接至該第四晶體管、該第五晶體管和該第六晶體管，該電壓調節器進一步被配置為耦接至該第五晶體管，以及該鉗位控制器進一步被配置為耦接至該第六晶體管。
[0015]此外，該鉗位控制器被配置為:確定是該第一天線端口的第一電壓還是該第二天線端口的第二電壓較低；如果該第一電壓較低，則在該第一天線端口創建短路電路；以及如果該第二電壓較低，則在該第二天線端口創建短路電路。
[0016]根據本發明的又一實施方式，提供了一種近場通信(NFC)裝置，包括:第一天線端口，耦接至第一多個晶體管；第二天線端口，耦接至第二多個晶體管；前級驅動器，被配置為耦接至該第一多個晶體管和該第二多個晶體管；電壓調節器，被配置為耦接至該第一天線端口和該第二天線端口 ；以及鉗位控制器，被配置為耦接至該第一天線端口和該第二天線端口。
[0017]此外，該近場通信裝置被配置為接收指示該近場通信裝置將該第一天線端口置于讀取器模式或目標模式的信息。
[0018]此外，該近場通信裝置被配置為響應于接收到將該第一天線端口置于該讀取器模式的指令，將該前級驅動器耦接至該第一多個晶體管，并將該電壓調節器和該鉗位控制器從該第一天線端口解率禹。
[0019]此外，該近場通信裝置被配置為響應于接收到將該第一天線端口置于該讀取器模式的指令，將該前級驅動器從該第二多個晶體管解耦，并將該電壓調節器和該鉗位控制器率禹接至該第二天線端口。
[0020]此外，該近場通信裝置被配置為響應于接收到將該第一天線端口置于該目標模式的指令，將該前級驅動器從該第一多個晶體管解耦，并將該電壓調節器和該鉗位控制器耦接至該第一天線端口。
[0021]此外，該近場通信裝置被配置為響應于接收到將該第一天線端口置于該目標模式的指令，將該前級驅動器耦接至該第二多個晶體管，并將該電壓調節器和該鉗位控制器從該第二天線端口解率禹。
[0022]根據本發明的又一實施方式，提供了一種方法，包括:確定天線端口是用來接收磁場還是用來創建該磁場；以及響應于確定該天線端口用來創建該磁場:將前級驅動器耦接至第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管，將調節器從該第二晶體管解耦，以及將鉗位控制器從該第三晶體管解耦。
[0023]此外，該方法還包括:響應于確定該天線端口用來創建該磁場:將該前級驅動器從第二天線端口解耦，將該調節器耦接至該第二天線端口，以及將鉗位控制器耦接至該第二天線端口。[0024]此外，該方法還包括:響應于確定該天線端口不用來創建該磁場:將該前級驅動器從該第一晶體管、該第二晶體管和該第三晶體管解耦，將該調節器耦接至該第二晶體管，以及將該鉗位控制器耦接至該第三晶體管。
[0025]此外，該方法還包括:響應于確定該天線端口不用來創建該磁場:將該前級驅動器耦接至該第二天線端口，將該調節器從該第二天線端口解耦，以及將鉗位控制器從該第二天線端口解率禹。
[0026]此外，該方法還包含基于從主機近場通信(NFC)裝置接收到的指令，確定該天線端口是用來接收該磁場還是用來創建該磁場。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]結合于本說明書中并構成本說明書的部分的附圖示出了本發明的實施方式，并且與在上面給出的一般描述和在下面給出的實施方式的詳細描述一起用來解釋本發明的原理。在附圖中:
[0028]圖1A示出了常規天線驅動器的電路圖。
[0029]圖1B示出了具有兩個端口的常規天線驅動器的電路圖。
[0030]圖2示出了用于天線的常規調節器/鉗位電路的電路圖。
[0031]圖3A示出了根據本發明的實施方式的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的電路圖。
[0032]圖3B示出了根據本發明的實施方式的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的另一電路圖。
[0033]圖4示出了根據本發明的實施方式的用于兩個天線端口的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的電路圖。
[0034]圖5是根據本發明的實施方式的用于提供天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制電路功能性的方法的流程圖。
[0035]圖6示出了 NFC環境的框圖。
[0036]圖7示出了圖解NFC裝置用共享存儲器集成到電子主機通信裝置中的框圖。
[0037]圖8示出了根據本發明實施方式的帶有集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的NFC裝置的框圖。
[0038]本發明的特征和優點從結合附圖從在下面闡述的詳細描述中變得更明顯，在該附圖中，相似參考標號遍及所有附圖表示對應的元件。在附圖中，相似參考號一般表明是相同的、功能上相似的和/或結構上相似的元件。其中，元件首先出現的附圖由在對應參考標號中的最左邊的數字表明。
【具體實施方式】
[0039]在以下描述中，闡述眾多具體詳情從而提供對本發明的徹底理解。然而，對本領域技術人員顯而易見的是，包括結構、系統和方法的本發明可以在沒有這些具體詳情的情況下實踐。本文的描述和表示是由本領域技術人員用于最有效地將其工作的實質向本領域其他技術人員傳達的普遍手段。在其他實例中，眾所周知的方法、例程、部件和電路不詳細描述從而避免不必需地使本發明的各方面模糊。[0040]在本說明書中對“一個實施方式”、“一件實施方式”、“一件例子實施方式”等的引用表明描述的實施方式可以包括特別特征、結構或特性，但每個實施方式不必需包括該特別特征、結構或特性。此外，這樣的短語不必需指代相同的實施方式。進一步地，當結合實施方式描述特別特征、結構或特性時，認為在本領域技術人員的知識內，結合其他實施方式(無論它們是否被明確描述)是影響這樣的特征、結構或特性的。
[0041]盡管關于近場通信(NFC)實施方式描述了本發明，但相關領域技術人員認識到本發明可以在不背離本發明的精神和保護范圍的情況下應用于使用近場和/或遠場的其他通信。例如，盡管使用支持NFC的通信裝置描述本發明，但相關領域技術人員認識到，這些能夠NFC的通信裝置的功能可以在不背離本發明的精神和保護范圍的情況下應用于使用近場和/或遠場的其他通信裝置。
[0042]1.概述
[0043]本發明的實施方式提供用于將天線驅動器的部件與并聯調節器(shuntregulator，分路調節器)和鉗位電路的部件組合，從而在天線驅動器電路中減少晶體管計數的系統和方法。因為由于需要這些晶體管是數百毫安電流的來源或吸收該電流因此這些晶體管可以非常昂貴，所以本發明的實施方式可以用來以減小的成本生產天線驅動器。進一步地，因為這些晶體管可以在集成電路(IC)上需要顯著的硅面積，所以本發明的實施方式可以有利用來生產在與為天線驅動器功能性和調節器/鉗位控制功能性需要分離電路的傳統裝置比較時更小、更緊湊的天線驅動器。
[0044]本發明的實施方式提供了用于將天線驅動器的N型金屬氧化物半導體(NMOS)輸入/輸出晶體管與并聯調節器和鉗位電路的NMOS輸入/輸出晶體管組合的系統和方法。例如，本發明的實施方式提供了集成天線驅動器、并聯調節器和鉗位控制電路。通過為天線驅動器和并聯調節器/鉗位電路功能性重復使用這些NMOS晶體管，在裝置中的總晶體管計數可以減小。
[0045]2.實施
[0046]圖3A、圖3B和圖4示出了根據本發明實施方式的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的電路圖。本發明的實施方式(例如由圖3A、圖3B和圖4示出)可以在一個或更多IC上實施。例如，在實施方式中，在圖3A中示出的全部元件都可以在單個IC上實施，在圖3B中示出的全部元件都可以在單個IC上實施，并且在圖4中示出的全部元件都可以在單個IC上實施。在實施方式中，圖3A、圖3B和/或圖4的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路可以并入近場通信(NFC)裝置中。現在參考圖6、圖7和圖8描述NFC裝置。
[0047]2.1NFC 環境
[0048]圖6示出了根據本發明的示例實施方式的NFC環境的框圖。NFC環境600在相互充分靠近的第一 NFC裝置602和第二 NFC裝置604之間提供信息(例如一個或更多命令和/或數據)的無線通信。第一 NFC裝置602和/或第二 NFC裝置604可以被實施為獨立或分立裝置，或可以并入或耦接至另一電子裝置或主機裝置鐘，例如移動電話、便攜計算裝置、另一計算裝置(例如膝上計算機、平板計算機或桌面計算機)，計算機外圍設備例(如打印機、便攜式音頻和/或視頻播放器)，支付系統、票務寫入系統(例如停車場售票系統、公共汽車售票系統、火車售票系統或入口售票系統)從而提供一些例子，或并入在讀票系統，玩具、游戲、海報、包裝、廣告材料、產品目錄檢查系統和/或在不背離本發明的精神和保護范圍的情況下對相關領域技術人員是顯而易見的任何其他合適電子裝置中。在此，當并入或耦接至另一電氣裝置或主機裝置時，該類型的NFC裝置可以被稱為能夠NFC的裝置。
[0049]第一 NFC裝置602生成磁場，并且探測第二 NFC裝置604的磁場。第一 NFC裝置602和第二 NFC裝置604可以使用A型標準、B型標準、F型(電子錢包(FeliCa))標準和/或附近標準實施。A型和B型標準在2010年11月18日公布的“NFC Forum:NFC ActivitySpecification !Technical Specification, NFC Forum?Activityl.0NFCForum-TS-Activ行7-1.0”(在下文中“NFC行為規范”)和/或在1999年6月11日公布的IS0/IEC14443-3，“Identification cards—Contactless integrated circuit (s)cards—Proximitycards一Part3 !Initialization and anticollision”中進一步定義，這些以其全部內容包括在此作為參考。F型標準在NFC行為規范中進一步定義。附近標準在2009年4月6日公布的 IS0/IEC15693-3:2009,“ Identification cards—Contactless integrated circuit(s)cards - Vicinity cards—Part3:Ant1-collision and transmission protocol，，(在下文中“附近規范”)中進一步定義。
[0050]一與第二 NFC裝置604建立通信，第一 NFC裝置602就將其對應信息調制到第一載波上，并通過將已調制信息通信施加到第一 NFC裝置的第一天線來生成磁場，從而提供第一信息通信652。一旦信息已傳遞到第二 NFC裝置604，第一 NFC裝置602繼續施加沒有其對應信息的第一載波從而繼續提供第一信息通信652。第一 NFC裝置602充分靠近第二NFC裝置604，以使第一信息通信652感應地耦接至第二 NFC裝置604的第二天線。
[0051]第二 NFC裝置604從第一信息通信652取得或收集功率，從而恢復、處理信息和/或提供對信息的響應。第二 NFC裝置604將第一信息通信652解調從而恢復和/或處理信息。通過將其對應信息施加到感應地耦接至第二天線的第一載波從而提供第二調制信息通信654，第二 NFC裝置604可以響應信息。
[0052]第一 NFC裝置602和/或第二 NFC裝置604的進一步操作可以在2004年4月I日公布的國際標準IS0/IEC18092:2004(E),“Information Technology-Telecommunicationsand Information Exchange Between Systems-Near Field Communication-1nterface andProtocol (NFCIP-1)” 和在 2005 年 I 月 15 日公布的國際標準 IS0/IEC21481:2005 CE),“Information Technology-Telecommunications and Information Exchange BetweenSystems-Near Field Communication-1nterface and Protocol-2 (NFCIP-2)，，中描述,這些國際標準中的每個都以其全部內容包括在此作為參考。
[0053]2.2NFC裝置集成到主機裝置
[0054]NFC裝置(例如NFC裝置602)可以集成到主機通信裝置(例如主機移動電話)中。圖7示出了圖解根據本發明實施方式的NFC裝置602集成到具有共享存儲器704的電子主機通信裝置700中的框圖。在該實施方式中，電子通信裝置700包括NFC裝置700、存儲器704、安全部件708、W1-FI部件710、電話部件712、藍牙部件714、用來向通信裝置供電的電池716、主機處理器718，以及總線720。應理解，部件712、718、710、708和714是任選的，并且被提供為圖解可以并入主機通信裝置的部件中。應進一步理解，根據本發明的實施方式，部件712、718、710、708和714中的一個、若干、全部或沒有任何部件都可以并入主機通信裝置700中。
[0055]根據本發明的實施方式，主機通信裝置700可以代表大量電子通信裝置，包括但不限于移動電話、便攜計算裝置、其他計算裝置(例如個人計算機、膝上計算機、桌面計算機)，計算機外圍設備例如打印機、便攜音頻，和/或視頻播放器，支付系統、車票寫入系統(例如停車場售票系統、公共汽車售票系統、火車售票系統或入口售票系統)。
[0056]在實施方式中，NFC裝置和/或NFC控制器被設計為包括使用安全外部存儲器的安全元件。在實施方式中，該安全外部存儲器由主機裝置提供(例如存儲器704)。在另一實施方式中，該安全外部存儲器由專用的另外的非易失性存儲器芯片(例如閃存或EE存儲器)提供。利用該外部存儲器使得NFC裝置和/或NFC控制器能夠使用不必需支持非易失性存儲器的40nm工藝技術來制造。
[0057]2.3集成的天線驅動器、調節器和鉗位控制電路
[0058]圖8示出了根據本發明實施方式的帶有集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的NFC裝置的框圖。NFC裝置602可被配置為在目標或標記操作模式中操作，以響應于來自在輪詢操作模式中的第二能夠NFC的裝置(例如NFC裝置604)的輪詢命令。NFC裝置可以代表NFC標記或NFC通信設備。NFC讀取器是能夠在啟動器模式中操作從而發動與另一NFC啟用裝置通信的一種類型的NFC裝置。NFC標記是能夠在目標模式中操作從而響應于由另一 NFC啟用裝置發動通信的一種類型的NFC裝置。NFC通信設備是能夠在啟動器模式中或在目標模式中操作，并且能夠在這兩個模式之間切換的一種類型的NFC裝置。
[0059]NFC裝置602可以代表獨立或分立裝置，或可以代表能夠NFC的裝置。由于第二能夠NFC的裝置可以被配置為基本相似于NFC裝置602，因此以下描述聚焦在對NFC裝置602的描述上。NFC裝置602可以具有與其關聯的多個身份，例如票券、信用卡、身份證明等。NFC裝置602包括天線模塊802、解調器模塊804、控制器模塊806、功率控制模塊808，以及存儲器模塊810。NFC裝置602可以代表NFC裝置604的示例實施方式。
[0060]天線模塊802從第二能夠NFC的裝置感應地接收通信信號850，從而提供恢復通信信號854。通常，已接收的通信信號850包括已由第二能夠NFC裝置調制的輪詢命令。
[0061]解調器模塊804使用任何合適的模擬或數字調制技術調制恢復通信信號854從而提供恢復命令856。恢復命令856可以是輪詢命令。合適的模擬或數字調制技術可以包括幅度調制(AM)，頻率調制(FM)、相位調制(PM)、相移鍵控(PSK)、頻移鍵控(FSK)、幅移鍵控(ASK)、正交幅度調制(QAM)和/或對相關領域技術人員明顯的任何其他合適調制技術。
[0062]當解調器模塊804在A型標記領域內的時候，其基于100%ASK調制檢測輪詢命令。電壓幅度必須基本降低到零，以使解調器模塊804為A型標記充當間隙檢測器。在此狀況下，可以向不降低到低于A型標記需要的閾值的基于另一調制方案的任何調制給予I的數值。當幅度降到足夠低時，解調器模塊804根據已修改的密勒編碼方案給予其O的數值。
[0063]當解調器模塊804在B型標記領域內的時候，其基于10%ASK調制檢測輪詢命令。解調器模塊804具有在總調制幅度的90%的電壓閾值。如果輪詢命令的調制降低到低于該閾值，則解調器模塊804根據NRZ-L編碼方案給予其O的數值。在此狀況下，基于另一協議的任何調制可以降低到低于B型標記需要的閾值并因此被給予O的數值。向保持高于該閾值的任何調制給予I的數值。
[0064]當解調器模塊804在F型標記領域內的時候，其基于曼徹斯特編碼方案輪詢命令，該編碼方案使用在用于A型標記和用于B型標記的調制閾值之間的調制閾值。如果輪詢命令降低到低于該閾值，那么給予調制O的數值。向保持高于該閾值的任何調制給予I的數值。
[0065]如從上面可見，因為調制振幅沒有降至低于100%ASK調制需要的閾值，所以A型標記不向基于B型或F型標記的任何調制分配O的數值。因此，在A型標記中的調制器模塊804不會檢測被發送檢測B型或F型標記的輪詢命令。
[0066]當解調器模塊804在鄰近標準標記領域內的時候，其取決于讀取器的調制選擇基于10%或100%ASK調制檢測輪詢命令。當使用100%ASK調制時，電壓幅度必須基本降低到零，以使解調器模塊804為A型標記充當間隙檢測器。在此狀況下，可以向不降低到低于鄰近標準標記需要的閾值的基于另一調制方案的任何調制給予I的數值。當幅度降到足夠低時，解調器模塊804根據脈位調制給予其O的數值。
[0067]當10%ASK調制與鄰近標準一起使用時，解調器模塊804具有在總調制幅度的90%的電壓閾值。如果輪詢命令的調制降低到低于該閾值，那么解調器模塊804根據脈位調制編碼方案給予其O的數值。在此狀況下，基于另一協議的任何調制可以降低到低于鄰近標準標記需要的閾值并因此被給予O的數值。向保持高于該閾值的任何調制給予I的數值。
[0068]移動到NFC裝置602的其他方面上，控制器模塊806控制NFC裝置602的全部操作和/或配置。當NFC裝置602支持多個身份時，控制器模塊806向存儲器模塊810發送列表搜索命令862。控制模塊806接收帶有與輪詢命令特性匹配的第一身份的列表搜索響應864。控制器模塊806然后向已接收命令856提供響應858，當響應輪詢命令時該響應858合并列表搜索響應864。
[0069]通常，在已接收通信信號850將輪詢命令傳遞到NFC裝置602之后，第二能夠NFC的裝置在天線模塊802上感應地耦合作為已接收通信信號850的載波。控制器模塊806根據響應858調制該載波從而提供已傳輸通信信號860。例如，天線模塊802的阻抗基于響應858變化從而將NFC裝置602的負載變化，如由第二能夠NFC的裝置所見。
[0070]存儲器模塊810存儲與NFC裝置602關聯的多個身份的列表。當已接收通信信號850是已從第二能夠NFC的裝置調制的輪詢命令時，存儲器模塊810接收列表搜索命令862以便搜索與NFC裝置602關聯的多個身份的列表。一旦發現與輪詢命令特性的匹配，存儲器模塊810返回對應身份作為列表搜索響應864。例如，該匹配可以代表與輪詢命令的特性匹配，稱為第一匹配的來自多個身份之間的第一身份。
[0071]功率控制模塊808可以從已恢復通信信號854為NFC裝置602收集功率。來自向NFC裝置602的其他模塊，例如天線模塊802、解調器模塊804、控制器模塊806和存儲器模塊810供電的功率收集模塊808的功率耦合沒有在圖8中示出。可替換地或另外地，可以提供電池。
[0072]在實施方式中，功率控制模塊808包括集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路870。集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路870為天線驅動器和并聯調節器/鉗位電路功能性重復使用NMOS晶體管，因此在裝置中的總晶體管計數可以減小，這允許天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制功能性以減小的制造成本并用減小的占位面積(例如減小的電路板面積)提供。
[0073]3.常規天線驅動器、調節器和鉗位電路
[0074]用于常規天線驅動器、調節器和鉗位電路的電路現在參考圖1A-1C描述。圖1A和IB示出常規天線驅動器電路，并且圖1C示出包括用于天線的調節器和鉗位電路的常規電路。在常規裝置中，經常包括分離電路從而提供天線驅動器功能性和調節器/鉗位電路功能性。如在下面討論，為天線驅動器功能性和調節器/鉗位電路功能性使用分離電路的實施可以需要若干大型晶體管，這增加制造成本和占位面積。
[0075]3.1常規天線驅動器
[0076]圖1A示出常規天線驅動器的電路圖。在圖1A中，天線前級驅動器(antennapredriver) 102用來向天線端口供電。例如，天線前級驅動器102可以用來向天線端口104a供電。天線前級驅動器102生成由耦接至天線前級端口 104a的大型晶體管(PM0S108a和NMOSllOa)緩沖的信號。這些大型晶體管允許天線104輸送大電流。例如，NMOSllOa和PMOSlOSa的面積可以是約0.1平方毫米，并且這些晶體管能夠具有2mA的峰值電流。天線端口 104a耦接至PM0S108a的漏極和NMOSllOa的源極。PM0S108a的源極耦接至正供電電壓VddI 14，并且NMOSllOa的源極耦接至負供電電壓Vss116。PMOS108a和NMOSllOa的柵極通過使用開關106和112被耦接至天線前級驅動器102并從該天線前級驅動器102解耦。
[0077]開關106和112循環開閉從而改變天線端口 104a的狀態。例如，在實施方式中，開關106和112循環開閉，從而將天線端口 104a的狀態改變成用于創建數據可以在其上發送和接收的磁場的狀態，或改變成用于接收數據可以在其上發送和接收的磁場的狀態。當圖1的天線用來驅動磁場到天線端口 104a時，水平開關106a和106b閉合，并且垂直開關112a和112b開啟。當水平開關106b閉合時，天線前級驅動器102連接到PM0S108a和NMOSllOa的柵極。盡管水平開關106閉合，但垂直開關112開啟，因此在NMOSllOa的柵極和VssI 16之間沒有連接，并因此在PM0S108a和天線端口 104a之間沒有連接。
[0078]當圖1A的天線驅動器關閉時(例如當天線端口 104a用來接收磁場時)，水平開關106開啟并且垂直開關112閉合。水平開關106的開啟防止在天線前級驅動器102與PM0S108a和NMOSllOa之間的連接。垂直開關112的閉合防止PM0S108a和NMOSllOa接收電流(即，閉合垂直開關112將這些晶體管“斷開”)。通過開啟和閉合水平開關106和垂直開關112，圖1A的天線驅動器可以在用于創建和接收磁場的狀態之間循環。例如，在實施方式中，圖1A的天線驅動器可以為近場通信(NFC)裝置用作天線驅動器。當圖1A的天線驅動器放入用于創建磁場的狀態時，NFC裝置可以在讀取器模式中使用，并且當圖1A的天線驅動器放入用于接收磁場的狀態時，NFC裝置可以在目標(標記)模式中使用。
[0079]圖1B是具有兩個天線端口(天線端口 104a和天線端口 104b)的常規天線驅動器的電路圖。在圖1B中，天線端口 104b耦接至允許天線端口 104b輸送大電流的兩個另外大型晶體管(PM0S108b和NMOSllOb)。兩個另外水平開關(106c和106d)與兩個另外垂直開關(112c和112d)以相同方式切換從而將天線端口 104b放入創建磁場或接收磁場的模式。例如，當水平開關106c和106d閉合并且垂直開關112c和112d開啟時，天線端口 104b可以用來創建磁場。當水平開關106c和106d開啟并且垂直開關112c和112d閉合時，天線端口 104b可以用來接收磁場。在實施方式中，天線前級驅動器102可以在反相中驅動信號到PMOS108b和NMOS110b，以使向天線端口 104b發送的信號與向天線端口 104a發送的信號反相。
[0080]3.2常規調節器/鉗位電路
[0081]圖2示出了用于天線的常規調節器/鉗位電路的電路圖。在常規裝置中，經常包括分離電路從而提供天線驅動器功能性和調節器/鉗位電路功能性。因此，在許多常規通信裝置中，調節器/鉗位電路(例如在圖2中示出)從圖1A和圖1B的天線驅動器電路分離(例如不與該天線驅動器電路集成)。因為使用分離電路，所以圖1A和圖1B的晶體管不與圖2的電路共享。在圖2中，包括新的大型晶體管(NM0S210a和NM0S210b)從而支持調節器和鉗位控制功能性。NM0S210a用來將來自天線端口 104b的電壓和/或電流拉動到Vss116，并且NM0S210b用來將在天線端口 104a生成的低于Vss116的電壓鉗位(即短路)。
[0082]圖2的電路可以“接通”或“斷開”，取決于電路的狀態(即天線端口 104a是用來創建磁場還是接收磁場)。水平開關212和垂直開關214切換開啟和閉合從而改變電路的狀態。例如，如果天線端口 104a用來創建磁場，那么圖2的電路“斷開”。當圖2的電路斷開時，水平開關212開啟并且垂直開關214閉合。由已閉合垂直開關214形成的連接將晶體管210的柵極拉低到Vss116，因此將晶體管210的輸出斷開。
[0083]在圖2中，調節器202可以用來將向天線端口 104a提供的電壓維持在穩定電壓。二極管208在天線端口 104a上檢測信號的電壓并將該信息饋送回到調節器202。在實施方式中，二極管208是全波整流器并且在天線端口 104a上檢測信號的電壓峰值。二極管208在天線端口 104a上將AC信號轉換成近似DC信號。調節器202將二極管208的輸出與可以代表希望電壓的基準電壓206比較。如果調節器202確定在天線端口 104a上的信號的電壓不維持靠近希望電壓(例如在該希望電壓的預定范圍內)，則調節器202可以調整其輸出，從而將向天線端口 104a提供的信號的電壓維持在由基準電壓206設定的期望值。
[0084]當天線端口 104a接收磁場時，圖2的電路“接通”。在此狀態下，水平開關212閉合并且垂直開關214開啟。因此，調節器202耦接至NM0S210a的柵極，并且鉗位控制器204率禹接至NM0S210b的柵極。當天線端口 104a接收磁場時，電流流過稱接至天線端口 104a的天線，并且電壓在天線端口 104a上建立。調節器202將由二極管208檢測到的電壓與基準電壓206比較，并且如果已檢測電壓過高，那么調節器202提高向NM0S210a的柵極提供的電壓，這進而提高向天線提供的電壓(并因此減小在天線端口 104a流過天線的電流)。當二極管208檢測到較低電壓時，調節器202停止提高向NM0S210a的柵極提供的電壓。
[0085]鉗位控制器204可以用來防止來自天線端口 104a的電壓超過預定量值。如果多于一個天線存在，那么該功能性是尤其重要的。為明顯，單個天線端口 104a在圖2中示出(例如對于單端口天線實施方式)。然而，應理解本發明的實施方式可以包括多個天線端口(例如對于雙端口天線實施方式)。例如，本發明的NFC實施方式可以包括兩個天線端口(例如在圖1B中示出)。在具有兩個天線端口的本發明的實施方式中，當在一個天線端口的電壓為正(即高于Vss116)時，在其他端口的電壓變為負(即其驅動到低于Vss116)。鉗位控制器204可以用來防止低于Vss的電壓影響圖2的電路。
[0086]如先前討論，當圖2的電路“接通”并且天線端口 104a接收磁場時，水平開關212閉合并且垂直開關214開啟。在此狀態下，鉗位控制器204耦接至NM0S210b的柵極。如果鉗位控制器204檢測到在天線端口 104a的電壓為負，那么鉗位控制器204使用NM0S210b在天線端口 104a和Vss116之間創建短路電路。例如，在使用兩個天線端口的實施方式中，鉗位控制器204可以檢測是天線端口 104a處的電壓還是天線端口 104b處的電壓較高。如果天線端口 104b處的電壓高于在天線端口 104a處的電壓，那么鉗位控制器204可以確定天線端口 104a為“負”。作為響應，鉗位控制器204調整向NM0S210b的柵極提供的電壓，以使在天線端口 104a和Vss116之間具有短路。通過這樣做，鉗位控制器204防止在天線端口104a的低于VssI 16的電壓負面影響圖2的電路。
[0087]4.集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路
[0088]如先前討論，用來提供天線驅動器功能性和調節器/鉗位控制功能性的分離電路需要若干個大型晶體管(例如晶體管108、110和210)。通過將天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制功能性集成到單個電路中，本發明的實施方式使用減小數目的晶體管有利提供天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制功能性。在需要晶體管數目上的該減小有利導致在需要占位面積上和制造成本的減小。例如，這些晶體管可以每個都在IC上需要占位面積中的5%或更多。因此，本發明的實施方式使得能夠生產用于提供天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制功能性的更便宜、更小的1C。
[0089]圖3A示出了根據本發明的實施方式的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的電路圖。該電路需要比提供天線驅動器功能性和調節器/鉗位控制功能性的兩個分離電路(例如由圖1A、1B和2示出)更少的晶體管。在實施方式中，圖3A的電路可以在NFC裝置(例如NFC裝置602)中實施。例如，圖3A的電路可以實施為功率控制模塊808的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路870。
[0090]在實施方式中，圖3A的電路可以放入兩個操作模式:用于從天線端口 104a接收磁場的操作模式(例如當天線端口 104a用來支持NFC裝置的目標(標記)模式時)，以及用于經天線端口 104a創建磁場的操作模式(例如當天線端口 104a用來支持NFC裝置的啟動器(讀取器)模式時)。
[0091]如果天線端口 104a用來創建磁場，那么水平開關302a、302b和302d閉合從而允許信號向PM0S306和NM0S308a傳播。同時，垂直開關304開啟并且水平開關302c和302e開啟，因此調節器202和鉗位控制器204從電路的剩余部分斷開。在該模式中，天線前級驅動器102生成由耦接至天線端口 104a的PM0S306和NM0S308a放大的信號。這些大型晶體管允許天線端口 104a輸送大電流。
[0092]如果天線端口 104a用來接收磁場，那么垂直開關304閉合并且水平開關302a、302b和302d開啟，從而在天線端口 104a和天線前級驅動器102之間創建開路。水平開關302c和302e閉合從而將調節器202和鉗位控制器204連接到電路的剩余部分。當天線端口 104a接收磁場時，調節器202調節在天線端口 104a檢測到的信號，并且鉗位控制器204防止在天線端口 104a的負電壓(例如低于Vss116的電壓)負面影響電路的剩余部分。
[0093]圖3B示出根據本發明的實施方式的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的另一電路圖。在實施方式中，圖3B的電路可以在NFC裝置(例如NFC裝置602)中實施。例如，圖3B的電路可以實施為功率控制模塊808的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路870。
[0094]在圖3B中，二極管310和反饋路徑312a示出。在實施方式中，二極管310是整流器(例如全波整流器)。當整流器202和鉗位控制器204切換進入該電路時(即當天線端口104a用來接收磁場時)，二極管310解析與在天線端口 104a的進入信號關聯的峰值電壓并將其與基準電壓206比較。基于該比較，調節器202可以確定向天線端口 104a提供的信號的電壓是否過高(或過低)。如先前討論，調節器202可以提高(或降低)向NM0S308a提供的電壓的量(并因此更改在天線端口 104a的電流)，從而將在天線端口 104a的電壓維持在穩定值。[0095]圖4示出根據本發明的實施方式的用于兩個天線端口的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路的電路圖。在實施方式中，圖4的電路可以在NFC裝置(例如NFC裝置602)中實施。例如，圖3B的電路可以實施為功率控制模塊808的集成天線驅動器、調節器和鉗位控制電路870。
[0096]在圖4中，天線前級驅動器102、調節器202和鉗位控制器204可以經水平開關302耦接至天線端口 104a，并且經水平開關402耦接至天線端口 104b。在實施方式中，天線前級驅動器102可以在反相中驅動信號，以使向天線端口 104b發送的信號與向天線端口 104a發送的信號反相。
[0097]在實施方式中，當天線端口 104a和天線端口 104b用來創建磁場時,例如天線前級驅動器102連接到天線端口 104a和104b (例如通過閉合水平開關302a、302b、302d、402a、402b和402d)。垂直開關304和404也開啟。通過開啟水平開關302c、302e、402c和402e，將調節器202和鉗位控制器204從天線端口 104a和104b斷開。如果天線端口 104a和104b用來接收磁場，那么通過開啟水平開關302a、302b、302d、402a、402b和402d并且閉合垂直開關304和404，可以將天線前級驅動器102從天線端口 104a和104b斷開。通過閉合水平開關302c、302e、402c和402e，可以將調節器202和鉗位控制器204耦接至天線端口 104a和 104b ο
[0098]當電流流過天線時，調節器202經二極管(例如全波整流器310)檢測在天線端口104b上建立的電壓。通過將該電壓與基準電壓206比較，調節器202可以確定流過天線(經NM0S408a)的電流是應增大還是應減小。鉗位控制器204防止負電壓(例如低于VssI 16的電壓)負面影響圖4的電路的剩余部分。當在一個天線端口的電壓為正(即高于Vss116)時，在其他端口的電壓可以變為負(即其驅動到低于Vss116)。例如，如果在天線端口 104b的電壓高于在天線端口 104a的電壓，則鉗位控制器204可以確定天線I為“負”。作為響應，鉗位控制器204調整向NM0S308a的柵極提供的電壓，以使在天線端口 104a和Vss116之間具有短路。通過這樣做，鉗位控制器204防止在天線端口 104a或天線端口 104b的低于Vss116的電壓負面影響圖4的電路。
[0099]在由圖3A、圖3B和圖4示出的集成電路配置中，可以每個天線“節省”一個晶體管。即，通過將天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制功能性集成到單個電路上，每個天線端口相對于使用分離電路提供天線驅動器功能性并且使用分離電路提供調節器/鉗位控制功能性的常規裝置需要少一個晶體管。因此，本發明的實施方式使得能夠制造支持該功能性的更便宜且更小的通信裝置。
[0100]5.方法
[0101]圖5是根據本發明實施方式的用于提供天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制電路功能性的方法的流程圖。在步驟500中，做出關于天線是用來接收磁場還是用來創建磁場的確定。例如，主機裝置(例如NFC裝置)可以使用天線端口(例如使用天線端口104a)創建磁場(例如，如果NFC裝置在讀取器模式中操作)或接收磁場(例如，如果NFC裝置在目標模式中操作)。然后，支持天線驅動器功能性、調節器功能性和鉗位控制功能性的電路可以在步驟502中基于該確定來配置。
[0102]如果天線端口不用來創建磁場，則天線前級驅動器在步驟504中連接到天線。例如，通過閉合水平開關302a、302b和302d，開啟垂直開關304，將天線前級驅動器102耦接至PM0S306和NM0S308a。在步驟506中，調節器從天線斷開。例如，通過開啟水平開關302c將調節器202從NM0S308a斷開。在步驟508中，鉗位控制也從天線斷開。例如，通過開啟水平開關302e將鉗位控制器204從NM0S308b斷開。
[0103]如果天線端口(例如天線端口 104a)不用來創建磁場(即，如果天線端口用來接收磁場)，則天線前級驅動器在步驟510從天線端口斷開。例如，通過開啟水平開關302a、302b和302d并且閉合垂直開關304，將天線前級驅動器102從電路斷開。在步驟512中，調節器連接到天線端口。例如，通過閉合水平開關302c將調節器202耦接至NM0S308a。在步驟508中，鉗位控制也連接到天線端口。例如，通過閉合水平開關302e將鉗位控制器204連接到 NM0S308b。
[0104]6.其他實施方式
[0105]根據本發明的實施方式的天線驅動器也可以包括另外的功能性。例如，負載調制器功能也可以與調節器202組合。在實施方式中，也可以在不需要另外晶體管的情況下支持負載調制器功能性。例如，NMOS輸入/輸出晶體管(例如NM0S308a)可以被配置為由天線前級驅動器102、調節器202和鉗位控制器204驅動，同時保持其中該晶體管的柵極可以拉動到Vss116從而將該晶體管斷開的功能。
[0106]調節器202也可以重設計從而合并線性分流器(linear shunt)。在此情況下,保護NMOS晶體管(例如NM0S308b)在天線端口之間(例如在天線端口 104a和天線端口 104b之間)連接，而不連接到Vss116，并且不再需要鉗位裝置(例如，鉗位控制器204)。進一步地，在實施方式中，線性分流器的NMOS晶體管可以與用來支持天線驅動器的NMOS晶體管(例如NM0S308a)組合。
[0107]7.結論
[0108]應認識到，詳細描述而不是摘要意圖用來解釋權利要求。例如，摘要可以闡述由本發明人考慮的本發明的一個或多個但不是全部的示例實施方式，并因此不旨在以任何方式限制本發明和附加權利要求。
[0109]已用圖解具體功能的實施及其關系的功能構件塊的幫助描述本發明。這些功能構件塊的邊界已為描述方便在此任意定義。只要具體功能及其關系適當執行，那么可以定義可替換邊界。
[0110]【具體實施方式】的前面描述完全揭示本發明的一般性質，因此其他人員可以在沒有不適當試驗的情況下，在不背離本發明的一般概念的情況下通過應用在本領域內的知識容易地將這樣的【具體實施方式】修改和/或適配各種應用。因此，基于在此呈現的教導和引導，這樣的適配和修改意圖在已披露實施方式的等效的意義和范圍內。本文所理解的短語和術語用于描述并且不用于限制，以使本說明書的術語或短語由本領域技術人員按照教導和引導來解釋。
[0111]本文描述的代表性信號處理功能(例如信道和信源解碼器等)可以在硬件、軟件或其一些組合中實施。例如，如由本領域技術人員基于在此給出的討論來理解，信號處理功能可以使用計算機處理器、計算機邏輯、專用電路(ASIC)、數字信號處理器等實施。因此，執行在此描述的信號處理功能的任何處理器在本發明的保護范圍和精神內。
[0112]上面系統和方法可以實施為在機器上執行的計算機程序、實施為計算機程序產品或實施為具有已存儲指令的有形和/或非瞬時計算機可讀介質。例如，在此描述的功能可以由計算機程序指令實施，該計算機程序指令由計算機處理器或在上面列出的硬件裝置中的任何一種執行。計算機程序指令導致處理器執行在此描述的信號處理功能。計算機程序指令(例如軟件)可以存儲在有形非瞬時計算機可用介質、計算機程序介質或可以由計算機或處理器訪問的任何存儲介質中。這樣的介質包括存儲器裝置例如RAM或ROM，或其他類型的計算機存儲介質(例如計算機磁盤或CD ROM)。因此，具有導致處理器執行在此描述的信號處理功能的計算機程序代碼的任何有形非瞬時計算機存儲介質在本發明的保護范圍和精神內。
[0113]盡管已在上面描述本發明的各種實施方式，但應理解它們僅作為例子并且不作為限制呈現。對相關領域技術人員顯而易見的是，可以在不背離本發明的精神和保護范圍的情況下，對其做出形式和詳情上的各種改變。因此，本發明的寬度和保護范圍不應受上面描述的示例實施方式中的任何限制，而是應僅根據所附權利要求及其等價物來定義。
【權利要求】
1.一種電路,包含: 天線端口，耦接至第一晶體管、第二晶體管以及第三晶體管； 前級驅動器，被配置為耦接至所述第一晶體管、所述第二晶體管以及所述第三晶體管； 電壓調節器，被配置為耦接至所述第二晶體管；以及 鉗位控制器，被配置為耦接至所述第三晶體管。
2.根據權利要求1所述的電路，其中，所述第一晶體管為P型金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管，并且其中，所述第二晶體管和所述第三晶體管為N型金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管。
3.根據權利要求1所述的電路，還包含: 第一開關，被配置為將所述前級驅動器耦接至所述第一晶體管； 第二開關，被配置為將所述前級驅動器耦接至所述第二晶體管；以及 第三開關，被配置為將所述前級驅動器耦接至所述第三晶體管。
4.根據權利要求3所述的電路，還包含: 第四開關，被配置為將所述調節器耦接至所述第二晶體管； 第五開關，被配置為將所述鉗位控制器耦接至所述第三晶體管。
5.根據權利要求4所述的 電路，其中: 在第一模式期間，所述第一開關、所述第二開關和所述第三開關被配置為閉合，同時所述第四開關和所述第五開關開啟；以及 在第二模式期間，所述第一開關、所述第二開關和所述第三開關被配置為開啟，同時所述第四開關和所述第五開關閉合， 其中，所述天線端口為近場通信(NFC)裝置的天線端口，其中，所述天線端口被配置為在所述第一模式期間支持所述近場通信裝置的讀取器模式，并且其中，所述天線端口被配置為在所述第二模式期間支持所述近場通信裝置的目標模式。
6.根據權利要求1所述的電路，還包含耦接至所述天線端口和所述調節器的二極管，其中，所述調節器被配置為: 從所述二極管接收反饋信號； 將所述反饋信號與基準信號比較；以及 響應于在所述反饋信號和所述基準信號之間的所述比較，調整提供給所述第二晶體管的電壓。
7.根據權利要求1所述的電路，還包括: 第二天線端口，耦接至第四晶體管、第五晶體管和第六晶體管，其中: 所述前級驅動器進一步被配置為耦接至所述第四晶體管、所述第五晶體管和所述第六晶體管， 所述電壓調節器進一步被配置為耦接至所述第五晶體管，以及 所述鉗位控制器進一步被配置為耦接至所述第六晶體管， 其中，所述鉗位控制器被配置為: 確定是所述第一天線端口的第一電壓還是所述第二天線端口的第二電壓較低； 如果所述第一電壓較低，則在所述第一天線端口創建短路電路；以及如果所述第二電壓較低，則在所述第二天線端口創建短路電路。
8.一種近場通信(NFC)裝置，包括:第一天線端口，耦接至第一多個晶體管；第二天線端口，耦接至第二多個晶體管；前級驅動器，被配置為耦接至所述第一多個晶體管和所述第二多個晶體管；電壓調節器，被配置為耦接至所述第一天線端口和所述第二天線端口 ；以及 鉗位控制器，被配置為耦接至所述第一天線端口和所述第二天線端口。
9.一種方法，包括:確定天線端口是用來接收磁場還是用來創建所述磁場；以及響應于確定所述天線端口用來創建所述磁場:將前級驅動器耦接至第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管，將調節器從所述第二晶體管解耦，以及將鉗位控制器從所述第三晶體管解耦。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括:響應于確定所述天線端口用來創建所述磁場:將所述前級驅動器從第二天線端口解耦，將所述調節器耦接至所述第二天線端口，以及將鉗位控制器耦接至所述第二天線端口。
【文檔編號】H04B1/40GK103516387SQ201310237063
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2012年6月14日
【發明者】阿拉斯泰爾·萊弗利 申請人:美國博通公司