用于信息的非接触式通信的系统和非接触式通信设备 |
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| 申请号 | CN201520732627.6 | 申请日 | 2015-09-21 | 公开(公告)号 | CN204993871U | 公开(公告)日 | 2016-01-20 |
| 申请人 | 意法半导体国际有限公司; | 发明人 | A·戴尼; | ||||
| 摘要 | 本公开涉及用于信息的非 接触 式通信的系统和非接触式通信设备。具体地，一种用于第一设备和第二设备之间的信息的非接触式通信的系统，所述第一设备和第二设备分别具有意在经由近 磁场 而被耦合的两个天线，所述系统包括：在第一设备内，传输链，所述传输链包括被配置成生成对应于要传输信息的数字数据流的第一装置以及被配置成根据此流且根据第一抖动的施加而在第一设备的天线中生成第一经过振幅调制的抖动 信号 的第二装置；在第二设备内，接收链，所述接收链包括被配置成对第二经过振幅调制并且抖动的信号执行 频率 变换的第三装置，该第二经过振幅调制并且抖动的信号源自于第一信号且施加有与第一抖动同步的第二抖动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于在第一设备(1、2)和第二设备(2、1)之间的信息的非接触式通信的系统，所述第一设备(1、2)和所述第二设备(2、1)分别具有意在经由近磁场而被耦合的两个天线(11、21)，其特征在于，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 用于信息的非接触式通信的系统和非接触式通信设备技术领域[0001] 本实用新型的实施例涉及两个设备之间的无线通信，所述两个设备例如是两个NFC(“近场通信”)设、例如读取器与标签应答器，或非接触式芯片卡，或处于卡模拟模式的移动电话，这些示例并非是限制性的，并且更特别地涉及减少源自于第三方设备的噪声的影响。 背景技术[0002] 对于本领域的技术人员而言众所周知的近场通信或NFC是一种无线连接技术，其使得能够实现电子设备(例如非接触式芯片卡或处于卡模拟模式的移动电话)与读取器之间的短距离(例如10cm内)通信。 [0003] NFC技术特别适合于连接任何类型的用户设备，并且使得能够实现快速且简单的通信。 [0004] 非接触式设备是能够根据非接触式通信协议经由天线与例如读取器之类的另一非接触式设备交换信息的设备。 [0005] 作为一种非接触式设备的NFC设备是与NFC技术兼容的设备。 [0006] NFC技术是在ISO/IEC 18092和ISO/IEC 21481标准中被标准化的开放技术平台，但是结合了许多现有标准，例如在ISO-14443中所定义的类型A和类型B协议，这些标准可以是在NFC技术中可用的通信协议。 [0007] 除其常规电话功能之外，可以使用蜂窝式移动电话(如果其装配有特定装置的话)来使用在NFC技术中可用的非接触式通信协议来与例如非接触式读取器之类的另一非接触式设备交换信息。 [0008] 这使得能够在非接触式读取器与位于移动电话内的安全元件之间交换信息。因此可实现许多应用，诸如公共运输中的移动票务(移动电话充当旅行票据)或者移动支付(移动电话充当支付卡)。 [0010] 这导致在集成电路设计中必须考虑的电磁杂散耦合。 [0011] 此外，有源模拟和数字设备的固有非线性性引起带外干扰(主要是高次谐波)，这特别在其它期望模拟信号中引起严重的失真以及在受害电路中的灵敏节点上引起电压或直流偏移误差，进而导致该受害电路的故障。 [0012] 举例来说，NFC设备可与其它设备共存于同一电子平台上并共同地占用该电子平台，所述其它设备诸如在FM频带中操作的无线电设备、GPS和蓝牙设备以及无线局部网络站点(WLAN：“无线局域网”)。 [0013] 因此，NFC设备可能成为源自于与侵害者(aggressors)的电磁耦合的多个干扰噪声发射的受害者，该侵害者与NFC设备位于相同的芯片上，诸如FM无线电、GPS、蓝牙或WLAN设备。 [0014] 此类电磁耦合可以在侵害者的天线与NFC设备(受害者)的天线之间或者在侵害者的某些信号与受害者的其它信号(特别是穿过诸如时钟信号的树形结构之类的长路径的信号)之间发生。 [0015] NFC设备还可能成为来自与侵害者的电磁耦合的噪声发射的受害者，该侵害者位于NFC设备所在的芯片的外部但位于同一印刷电路板和同一平台上。此类侵害者可一起例如是电源模块、时钟信号发生器、频率合成器等。 [0016] 被本领域的技术人员称为“EMC”(“电磁兼容”)滤波器的滤波器被用来减少NFC设备对于其它受害者的“攻击性”，但是并未减少其它设备对于NFC受害者的“攻击性”。实用新型内容 [0017] 根据一个实施例，提出减少任何侵害者对于随后被视为受害者的NFC设备的攻击性，无论此侵害者是与NFC设备位于相同芯片上还是位于在此芯片外部。 [0018] NFC通信全部基于振幅调制。因此，例如就从读取器向包括例如标签的设备或处于卡模拟模式的设备的信息传输而言，由读取器的振幅调制器来供应振幅调制。 [0019] 相反地，当从标签或处于卡模拟模式的设备发射信息时，则通过负载的调制来获得振幅调制，所述负载被连接到所述标签或处于卡模拟模式的所述设备的天线。 [0020] 因此，期望信号(有用信号)仍位于两侧谐波(以载波频率为中心的主谐波的左侧和右侧)中。此外，当源自于侵害者的噪声的频率位于侧谐波其中之中时，它影响所述期望信号。 [0021] 因此，根据本实用新型的一个实施例，提出了通过施加也称为“抖动”的离散(dispersion)来衰减攻击NFC受害者的噪声发射(在频域中)。 [0022] 然而，为了避免使期望信号也衰减，根据本实施例提出了在发射机侧和接收机侧(例如，读取器和标签)施加同步抖动。 [0023] 因此在不使期望信号衰减的情况下使噪声发射衰减。这导致位于包含有用信号的侧谐波中并污染侧谐波的噪声频率的能量的减少。因此，在并未滤除期望信号的情况下对噪声发射进行了滤波。 [0025] 该通信有利地是近场通信(NFC)。 [0026] 根据该方面的方法，包括： [0027] 在第一设备(其于是充当发射机设备)内，生成对应于要传输信息的数字数据流，并根据此流且根据第一抖动的施加而在第一设备的天线中生成第一经过振幅调制并且抖动的信号，以及 [0028] 在第二设备(其于是充当接收机设备)内，对第二经过振幅调制并且抖动的信号进行频率变换，所述第二经过振幅调制并且抖动的信号源自于第一信号且施加有与所述第一抖动同步的第二抖动。 [0029] 根据一个实施例，由第一电路来实现第一抖动的施加，并且由第二电路来实现第二抖动的施加。 [0030] 获得同步抖动的特别容易的方式包括使用具有相同初始状态的两个结构上相同的电路。 [0031] 举例来说，可以规定第一电路和第二电路中的每一个包括伪随机二进制序列发生器和可由所述伪随机二进制序列配置的延迟装置，这些延迟装置具有用以接收电路的输入信号的输入端和将递送抖动输出信号的输出端。 [0032] 此外，伪随机二进制序列发生器可以在传统上包括一组触发器(flip-flops)。在这种情况下，电路的初始状态包括触发器的初始值。 [0033] 根据一个实施例，施加所述第二抖动(即，在接收时)包括生成初始时钟信号，以及以使得获得抖动时钟信号的方式对初始执行信号施加第二抖动，并且然后通过使用所述抖动时钟信号作为频率变换信号来执行所述频率变换。 [0034] 在传输时，并且特别是在第一设备是标签或处于卡模拟模式的蜂窝式移动电话时，例如，第一经过调制的抖动信号的生成根据一个实施例包括以使得获得抖动流的方式向数字数据流施加所述第一抖动并用所述抖动流对负载的阻抗进行调制，该负载连接到第一设备的天线的端子。 [0035] 在传输时，当第一设备是例如读取器时，生成第一经过调制的抖动信号包括以使得获得抖动时钟信号的方式向时钟信号施加所述第一抖动，以及使用所述抖动时钟信号作为转换时钟信号对数字数据流进行数模转换。 [0036] 根据一个不同方面，提出了一种用于在第一设备和第二设备之间的非接触式信息通信的系统，所述第一设备和第二设备分别具有意在经由近磁场被耦合的两个天线，所述系统包括： [0037] 在第一设备内，传输链，所述传输链包括被配置成生成对应于要传输信息的数字数据流的第一装置以及被配置成根据此流且根据第一抖动的施加而在第一设备的天线中生成第一经过振幅调制并且抖动的信号的第二装置， [0038] 在第二设备内，接收链，所述接收链包括被配置成对第二经过振幅调制并且抖动的信号执行频率变换的第三装置，第二经过振幅调制并且抖动的信号源自于第一信号且被施加有与所述第一抖动同步的第二抖动。 [0039] 根据一个实施例， [0040] 所述第二装置包括被配置成接收第一输入信号并以使得递送第一抖动输出信号的方式实现向第一输入信号施加第一抖动的第一电路，以及 [0041] 所述第三装置包括被配置成接收第二输入信号并以使得递送第二抖动输出信号的方式实现向第二输入信号施加第二抖动的第二电路。 [0042] 根据一个实施例，所述两个电路在结构上相同并具有相同的初始状态。 [0043] 根据一个实施例，所述第三装置包括 [0044] 发生器，其被配置成生成形成用于第二电路的输入信号的初始时钟信号，该第二电路然后将抖动时钟信号作为抖动输出信号递送，以及 [0045] 频率变换级，其具有将接收第二经过振幅调制并且抖动的信号的信号输入端和将接收抖动时钟信号作为频率变换信号的变换输入端。 [0046] 根据一个实施例，当适用时，例如当设备是标签时，第一电路的输入端被连接到第一装置的输出端，并且第二装置包括调制装置，该调制装置被配置成用抖动输出信号来执行负载的阻抗的调制，该负载被连接到第一设备的天线的端子。 [0047] 根据一个实施例，当适用时，例如当设备是读取器时，所述第二装置包括[0048] 时钟信号发生器，第一电路的输入端被以使得递送抖动时钟信号的方式连接到该时钟信号发生器的输出端， [0049] 数模转换级，其具有连接到第一装置的输出端的信号输入端和连接到第一电路的输出端的时钟输入端，以及 [0050] 振幅调制级，其被连接到所述数模转换级的输出端。 [0051] 很明显，第二设备也可包括如上文定义的传输链，并且第一设备也可包括如上文定义的接收链。 [0052] 换言之，这两个设备中的每一个可以以使得能够实现双向信息交换的方式装配有传输链和接收链。 [0053] 第一设备和第二设备中的每一个均可以是NFC设备。 [0054] 根据一个不同的方面，提出了一种具有天线的非接触式通信设备，所述天线意在经由近磁场耦合到另一非接触式通信设备的天线，所述包括传输链，所述非接触式通信设备包括:被配置成生成对应于要传输信息的数字数据流的第一装置和被配置成根据此流且根据第一抖动的施加在所述天线中生成第一经过振幅调制并且抖动的信号的第二装置。 [0055] 根据一个实施例中，所述第二装置包括被配置成接收第一输入信号并以使得递送第一抖动输出信号的方式实现向第一输入信号施加第一抖动的第一电路。 [0056] 根据一个实施例，当所述设备是例如标签或处于卡模拟模式的蜂窝式移动电话时，第一电路的输入端被连接到第一装置的输出端，并且第二装置包括被配置成用第一抖动输出信号来执行负载的阻抗的调制装置，该负载被连接到第一设备的天线的端子。 [0057] 根据一个实施例，当所述设备是例如读取器时，第二装置包括 [0058] 时钟信号发生器，第一电路的输入端被以使得递送抖动时钟信号的方式连接到该时钟信号发生器的输出端， [0059] 数模转换级，其具有连接到第一装置的输出端的信号输入端和连接到第一电路的输出端的时钟输入端，以及 [0060] 振幅调制级，其被连接到所述数模转换级的输出端。 [0061] 根据不同方面，提出了一种具有天线的非接触式通信设备，所述天线意在经由近磁场耦合到另一非接触式通信设备的天线，在另一非接触式通信设备中可以生成包含要传输信息的第一经过振幅调制并且抖动的信号，所述设备包括接收链，所述接收链包括处理装置，该处理装置被配置成执行第二经过振幅调制并且抖动的信号的频率变换，所述第二经过振幅调制并且抖动的信号源自于第一信号且施加有与在所述另一设备内施加的第一抖动同步的第二抖动。 [0062] 根据一个实施例，所述处理装置包括第二电路，所述第二电路被配置成接收第二输入信号并以使得递送第二抖动输出信号的方式实现向第二输入信号施加第二抖动。 [0063] 根据一个实施例，无论设备是例如读取器还是标签，所述处理装置包括[0064] 发生器，其被配置成生成形成用于第二电路的输入信号的初始时钟信号，该第二电路将抖动时钟信号作为抖动输出信号递送，以及 [0066] 根据并非限制性的实施例的详细描述和附图，本实用新型的其它优点和特性将变得显而易见，在所述附图中： [0067] 图1至3示出涉及根据本实用新型的实施例的图示； [0068] 图4示出涉及现有技术的图示；以及 [0069] 图5至11示出涉及本实用新型的实施例的图示。 具体实施方式[0070] 在图1中，参考标号1表示读取器，例如(但以非限制性方式)是处于卡模拟模式的蜂窝式移动电话或者常规非接触式芯片读卡器或标签，诸如徽章。 [0071] 参考标号2表示第二设备，例如处于卡模拟模式的蜂窝式移动电话以及更一般地电磁应答器(标签(tag))，诸如签条(label)或徽章(badge)。 [0072] 作为NFC设备的这两个设备形成使得能够在两个设备之间执行NFC通信的非接触式通信系统。 [0073] 在这一方面，读取器1具有天线11且标签2具有天线21，这两个天线意在经由由读取器产生的近磁场被耦合。 [0074] 读取器1包括连接在数字处理模块10(例如处理器)与天线11之间的传输链12。 [0075] 传输链12包括第一装置，其被例如结合在处理器10内，被配置成生成对应于要被传输到标签2的信息的数字数据流FL1。如在这方面惯用的，流FL1的每个信息元素包括意在对调制器121的两个输入信道(I和Q)进行馈送的两个系数。 [0076] 在调制器121中执行的向上频率变换及信道I和Q的加和之后，调制器121的输出信号被递送至连接到天线11的放大器122。 [0077] 传输链12还包括在其输入端处接收流FL1并由抖动时钟信号CLKD1定时的数模转换级120。 [0078] 如现在将显而易见的，读取器的传输链包括第二装置，其被配置成根据此流FL1且根据第一抖动的施加在读取器的天线11中生成第一经过振幅调制并且抖动的信号。 [0079] 在这方面，第二装置包括被配置成生成时钟信号CLK1的发生器14和被配置成以使得递送抖动时钟信号CLKD1的方式实现向时钟信号CLK1施加第一抖动的第一电路15。 [0080] 举例来说，时钟信号CLK1和抖动时钟信号CLKD1的频率可约为几百MHz。 [0081] 为了接收由读取器发射的信息，标签2包括连接在天线21与数字处理块20(例如也为处理器)之间的接收链23。 [0082] 如下面将变得显而易见的，此接收链23包括被配置成执行第二经过振幅调制并且抖动的信号的向下变频，所述第二经过振幅调制并且抖动的信号源自于第一经过振幅调制并且抖动的信号(其存在于读取器的天线12中)其而被施加有与第一抖动同步的第二抖动。 [0083] 在这方面，第三装置包括被配置成生成初始时钟信号CLK2的发生器24和在结构上与第一电路15相同并被配置成递送抖动时钟信号CLKD2的第二电路25。 [0084] 在NFC传输的情况下，时钟信号CLK2的频率和抖动时钟信号CLKD2的频率通常等于13.56MHz。 [0085] 第三装置还包括频率变换级230，其具有被连接到天线21的信号输入端，并其该频率变变换级意在通过使用抖动时钟信号CLKD2作为频率变换信号(振荡器信号)来执行第二经过振幅调制并且抖动的信号的向下变频。 [0086] 在频率变换之后，存在于两个信道I和Q上的信号特别地在模块231中经历常规滤波处理，然后经历在模数转换级232中的模数转换。 [0087] 相应数字数据然后由处理器20来处理。 [0088] 为了确保一方面在读取器侧以及另一方面在标签侧执行的两个抖动操作是同步的，意在实现这两个抖动操作的两个电路15和25例如在结构上相同并具有相同的初始状态。 [0089] 在这方面，将可以例如使用图2中所示类型的电路15和25。 [0090] 更特别地，电路15、25包括被配置成生成伪随机二进制序列的发生器150。此类发生器以首字母缩写词“PRBS(伪随机二进制序列)发生器”为本领域的技术人员所知。 [0091] 其包括一系列的触发器D，在这里为五个链式触发器B0—B4，其中某些的输出端Q被连接到异或(EXCLUSIVE OR)逻辑门1500的输入端。逻辑门1500的输出端被回送到该链的第一触发器B0的输入端D。 [0092] 每个触发器被表示为CLOCK的时钟信号控制，并且该链的触发器的每个输出端Q(除最后一个之外)递送二进制激活信号SA0—SA3。 [0093] 电路15、25此外包括延迟装置151，在这里包括反相器1510的链。 [0094] 这些延迟装置的输入端BE意在接收输入信号SGE，并且该链的输出端BS意在递送抖动输出信号SGS。 [0095] 延迟装置151可由激活信号SA0—SA3配置。更确切地，每个激活信号控制例如一个复用器，该复用器意在根据激活信号值来使反相器的链中的相应反相器短路或不使其短路。 [0096] 伪随机序列SA0—SA3因此允许以使得获得伪随机延迟的方式以伪随机方式使链中的反相器短路或者不使其短路，因此有效地在输出端处提供抖动信号。 [0097] 在这里，电路15、25的初始状态是触发器B0—B4的初始值。 [0098] 现在更特别地对图3至7进行参考，以便举例说明在从读取器1到标签2的通信的情况下的图1中所示的系统的操作模式。 [0099] 在图3中，粗线示出了该通信方法的不同步骤和在此操作模式下实现的不同元素。 [0100] 针对从读取器1到标签2的信息通信，读取器1经由传输链12在天线11中生成经过振幅调制的信号，该信号将经由天线11和21之间的磁耦合而被传送给标签2。 [0101] 在现有技术中，即在不存在施加于传输链中的抖动的情况下，如图4中所示，所传送的信号是振幅调制信号，该振幅调制信号包括以13.56MHz的频率为中心的主谐波(载波)和分别地以13.56MHz-fsb和13.56MHz+fsb的频率为中心的两侧谐波BLB和BLS。 [0102] Europay Mastercard Visa或简称EMV是由EMVCo协会发起的用于芯片卡式的支付卡的国际安全标准。大多数(如果不是全部的话)芯片银行卡遵从EMV标准，如大多数(如果不是全部的话)电子支付终端所做的一样。不同文件一起形成的EMV标准的规范，特别是2011年11月的版本2.3，可以从EMVCo协会获得。 [0103] 用于非接触式EMV标准的通信协议主要是基于ISO/IEC 14443标准中所描述的协议。 [0104] 根据EMVCO协会和ISO/IEC14443标准，fsb的值对于从读取器到标签的通信而言等于106kbit/s，并且对于从标签到读取器的通信而言可以等于106、212、424或848kbit/s。 [0105] 叠加在边带BLB上(在频域中)的寄生噪声不能被滤波，这是因为在这种情况下，期望信号也即发射信息也将被滤掉。 [0106] 因此，为了减轻此噪声对通信的影响，在读取器侧且在标签侧施加同步抖动。 [0107] 更确切地，在振幅调制信号的生成和发射之前，以使得获得被递送到数模转换级120的抖动时钟信号CLKD1的方式向时钟信号CLK1施加抖动。 [0108] 由数模转换级递送的流FL1D因此是抖动的，并且将被发射的结果得到的经过振幅调制的信号也是抖动的。在图5中，此信号在频域中被示意性地示出。应注意的是，所有频带BLB、BLP、BLS都已被扩频。 [0109] 如图6中所示，现在假设经过振幅调制并且抖动的信号在传输期间经受噪声BR，此噪声BR位于边带BLB中。 [0110] 在接收时，在天线21中接收到的经过振幅调制的、抖动的且有噪声的信号通过使用抖动时钟信号CLKD2作为振荡器信号而在变换级230中经历向下变频变换。 [0111] 由于在读取器中和标签中分别施加的两个抖动操作是同步的，所以在经过振幅调制的符号上消除了此抖动的影响，这是因为在发射时和在接收时使用的时钟信号CLKD1和CLKD2的相对相位是恒定的。此外，噪声BR则将仅在接收时(即在标签2中)第一次被抖动。因此，如图7中所示，其频谱被扩展，并且此扩频噪声BRE的振幅因此减小。因此在并未使用滤波的情况下执行了噪声衰减。 [0112] 现在更特别地对图8至11进行参考，以便举例说明在从标签2到读取器1的通信期间的图1中所示的系统的操作模式。 [0113] 在这方面，如图1中所示，标签2还包括传输链22，该传输链22包括被配置成向由处理器20递送的且将被发射给读取器的信息流FL2施加第一抖动的电路220。电路220的结构和初始状态与电路15和电路25的结构和初始状态类似。电路221因此递送抖动信息流FL2D。 [0114] 传输链22还包括如下电路220，其包括经由可控开关2201被连接到天线21的端子的负载2200。实际上，天线21包括电感—电容谐振电路，并且电路220将使得能够经由开关2201以使得执行负载调制的方式来修改负载的阻抗，所述负载被连接到对象的天线的端子。 [0115] 为了执行从标签2到读取器1的信息传输，读取器经由其天线12来生成非振幅调制的磁场，该磁场在NFC通信中是13.56MHz正弦波，具有在每米0.5和7.5安培之间的振幅。 [0116] 相反地，天线21调制由读取器生成的场。如上文所示，通过修改连接到天线21的端子的负载来执行此调制。这引起存在于天线21和11中的电压和电流的振幅的改变。 [0117] 在天线11中流动的此电流的副本以使得将其诸如到读取器方式在接收链13中的方式生成，在接收链中以使得提取发射信息的方式而被解调和处理。 [0118] 这实际上还涉及到经过振幅调制的信号，因为由电路220在负载调制期间执行的负载变化导致天线21中和天线11中的信号(电流电压)的振幅和相位调制。 [0119] 读取器的接收链13因此包括向下变频级130，其在其信号输入端处接收在天线11中流动的电流的副本，并且在其变换输入端处接收充当变换信号(振荡器信号)的抖动时钟信号CLKD2。 [0120] 在这方面，可以假设被配置成通过施加与在标签中执行的抖动同步的第二抖动来执行频率变换的接收链的第三装置还包括电路15以及分频器16，其中电路15供应抖动时钟信号CLKD1，分频器16根据具有约为几百MHz的频率的信号CLKD1，递送具有约为13.56MHz的频率的抖动时钟信号CLKD2。 [0121] 在频率变换之后，在块131中处理两个信道I和Q，该块131其在传统上特别地包括滤波器，因为由块131中递送的模拟信号在模数转换级132中被转换成数字信息。 [0122] 此数字信息被发送到处理器10以便进行处理。 [0123] 因此，在不存在由标签2的电路221执行的抖动的情况下，存在于天线21中和天线11中的经过振幅调制的信号将呈现图4中所示的频谱。 [0124] 相反地，由于由电路220执行的负载调制使用抖动信息流FL2D来控制开关2201，所以被递送到读取器的信号的频谱如图9中所示，其中边带BLB和BLS已被扩频。 [0125] 然后再一次假设在通信期间在边带BLB中存在噪声BR(在频域中)。 [0126] 在因此充当接收机的读取器中，然后利用抖动变换信号CLKD2来执行频率变换，并且于是获得图11中所示的变换信号的频谱。 [0127] 在标签中和读取器(接收机)中执行的两个同步抖动操作分别去除了抖动对边带BLB和BLS的影响，因为信号FL2D和CLKD2的相对相位是恒定的。然而，由于噪声BR以及主谐波BLP在接收机中第一次经受抖动，噪声的频谱BRE被沿着主谐波的频谱一起被扩频。 [0128] 因此，再次地降低噪声水平，并且实际上在没有滤波的情况下执行噪声衰减。 [0129] 举例来说，通过使用图2中所示类型的电路作为抖动电路，利用能够由每个反相器施加的具有长度为1的和延迟为125皮秒的伪随机序列，获得了11.2dB的降噪，对应于噪声功率降低的10倍。 |
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