本公開一般地涉及用于電子通信的方法和裝置，并且更具體地涉及用于近場無線電通信的方法和裝置。

背景技術(shù)：

一些智能電話和其他設(shè)備(尤其是便攜式設(shè)備)能夠用近場通信(nfc)彼此通信。當使設(shè)備接觸在一起時或者通過將設(shè)備彼此靠近，這些設(shè)備可以彼此通信。在某些示例中，用于近場通信的通信范圍大約是10厘米。根據(jù)一個標準，近場通信設(shè)備使用相應(yīng)設(shè)備中的兩個回路天線之間的電磁感應(yīng)來以13.56mhz的射頻帶進行通信。這些設(shè)備中的一些可以是無源的，它們沒有自己的電池，但可以通過磁感應(yīng)從另一通信設(shè)備獲得能量以用于它們的操作。

有效的近場通信需要例如由天線產(chǎn)生相對較大的磁場，以能夠為無電池的無源nfc設(shè)備供電。便攜式設(shè)備(例如智能電話)傾向于具有較小的體積，在這些體積中安裝天線。從利用電池而工作的設(shè)備中的較小天線產(chǎn)生大磁場的需求使得近場通信電路具有較高成本，尤其是對于近場通信設(shè)備的射頻(rf)功率放大器組件和電壓調(diào)節(jié)器組件。除了高成本之外，由于rf功率放大器和電壓調(diào)節(jié)器中相對較低的效率，運行近場通信設(shè)備導致高功耗，從而導致電池耗竭。由低效率組件的功耗產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生散熱問題，即需要提供冷卻并且需要提供在經(jīng)受散熱問題時運行的電路元件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種通信設(shè)備，包括：用于對電壓參考和反饋信號進行比較以獲得輸入信號的裝置；用于根據(jù)輸入信號和振蕩器信號來生成經(jīng)調(diào)制的輸出的裝置，該裝置基于調(diào)制控制信號來生成經(jīng)調(diào)制的輸出；功率晶體管，該功率晶體管具有被連接以接收經(jīng)調(diào)制的輸出的輸入端并且具有輸出端；以及用于對功率晶體管的輸出進行濾波以提供經(jīng)濾波的輸出的裝置，經(jīng)濾波的輸出被連接至通信天線。

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種通信設(shè)備，包括：放大器，被連接以接收電壓參考和反饋信號，并且可操作為生成輸入信號；脈寬調(diào)制器，被連接以接收振蕩器信號和輸入信號并且可操作為生成經(jīng)調(diào)制的輸出；功率晶體管，具有被連接以接收經(jīng)調(diào)制的輸出的輸入端，并且具有輸出端；以及濾波器，被連接到功率晶體管的輸出端并且可操作為提供經(jīng)濾波的輸出，經(jīng)濾波的輸出被配置用于連接至天線。

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于生成通信信號的方法，包括：生成參考電壓；通過調(diào)制信號來調(diào)制參考電壓以生成經(jīng)調(diào)制的參考信號；對經(jīng)調(diào)制的參考信號進行放大以提供經(jīng)放大的信號；生成處于載頻的振蕩信號；使用振蕩信號在載頻處對經(jīng)放大的信號進行脈寬調(diào)制以獲得脈寬調(diào)制載波信號；對脈寬調(diào)制載波信號進行放大以提供輸出信號；基于輸出信號對經(jīng)放大的信號進行調(diào)節(jié)；對輸出信號進行濾波以獲得經(jīng)濾波的輸出信號；以及將經(jīng)濾波的輸出信號供應(yīng)至通信天線。

根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于生成通信信號的方法，包括：生成參考電壓；對參考電壓進行放大以提供經(jīng)放大的信號；生成處于載頻的振蕩信號；使用振蕩信號和調(diào)制信號在載頻處對經(jīng)放大的信號進行脈寬調(diào)制以獲得調(diào)制載波信號；對調(diào)制載波信號進行放大以提供輸出信號；基于輸出信號對經(jīng)放大的信號進行調(diào)節(jié)；對輸出信號進行濾波以獲得經(jīng)濾波的輸出信號；以及將經(jīng)濾波的輸出信號供應(yīng)至通信天線。

附圖說明

圖1a是近場通信系統(tǒng)的功能性框圖，本設(shè)備相對于該設(shè)備有所改善；

圖1b是近場通信設(shè)備的功能性框圖，本設(shè)備相對于該設(shè)備有所改善；

圖2是另一近場通信設(shè)備的功能性框圖，本設(shè)備相對于該設(shè)備有所改善；

圖3是示出近場通信設(shè)備的功能元件的芯片位置的功能性框圖，本設(shè)備相對于該設(shè)備有所改善；

圖4是根據(jù)本公開的一方面，示出近場通信設(shè)備的組件的芯片位置的功能性框圖；

圖5是現(xiàn)有技術(shù)的近場通信設(shè)備的電路圖；

圖6是根據(jù)本公開的一方面的近場通信設(shè)備的電路圖；

圖7是根據(jù)本公開的另一方面的近場通信設(shè)備的電路圖；

圖8是根據(jù)本公開的另一方面的近場通信設(shè)備的電路圖，類似于圖6和圖7的電路的元件被示為省略號；

圖9a、9b、9c和9d是由圖8的電路根據(jù)4伏電池電量水平的仿真而生成的信號圖；以及

圖10a、10b、10c和10d是由圖8的電路根據(jù)2.2伏電池電量水平的仿真而生成的信號圖。

具體實施方式

對于利用電池而操作的設(shè)備(例如，智能電話、平板、個人電子設(shè)備和其他移動和非移動設(shè)備)，近場通信(nfc)需要由小天線產(chǎn)生大磁場，通常使用電池產(chǎn)生。近場通信電路通常包括射頻(rf)功率放大器以產(chǎn)生處于足夠的電壓和電流等級的射頻信號，從而通過天線向另一設(shè)備提供感應(yīng)通信。近場通信電路通常還包括電壓調(diào)節(jié)器以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓以供應(yīng)給rf功率放大器。在有噪聲的電源(例如來自電池的輸出)被用作電源的情形中，電壓調(diào)節(jié)器可以是近場通信設(shè)備的重要部分。

為了更好地理解根據(jù)本公開的近場通信設(shè)備的優(yōu)勢，下文將首先呈現(xiàn)傳統(tǒng)近場通信設(shè)備的典型示例。在一些典型的傳統(tǒng)設(shè)備中，rf功率放大器和電源必須被提供有濾波器以對輸出信號進行過濾，從而防止電磁干擾(emi)。對輸出信號附加濾波增加了近場通信設(shè)備的成本。在一些傳統(tǒng)的近場通信設(shè)備中，所使用的功率放大器和功率調(diào)節(jié)器具有較低效率，從而導致較高的功耗。高功耗使得設(shè)備產(chǎn)生熱量，這一問題必須通過例如可能增加設(shè)備成本的措施來解決。

解決近場通信設(shè)備中的功耗問題的努力使得d類放大器被用作rf功率放大器組件，但是在射頻處d類放大器的on-off開關(guān)產(chǎn)生不想要的電磁信號，這需要在射頻輸出處添加emi(電磁干擾)濾波器。如上所述，添加濾波器增加了設(shè)備的開銷。濾波器還被用于d類放大器以適應(yīng)天線匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗。當卡或其他設(shè)備移入由天線產(chǎn)生的場時，該阻抗變化顯著。因為d類放大器的輸出電流取決于阻抗，因此濾波器被添加以在卡或其他設(shè)備移入天線場時，降低由濾波器所看到的阻抗的變化。

在另一近場通信設(shè)備中，降低設(shè)備成本的努力使得a類放大器被用作rf功率放大器，但a類放大器具有較低效率，這使得設(shè)備產(chǎn)生更高功耗。高功耗需要解決所產(chǎn)生的熱量的措施，例如需要添加散熱設(shè)備。

在其他近場通信設(shè)備中，電壓調(diào)節(jié)器組件位于電路芯片外，在該電路芯片上提供了近場通信設(shè)備的其他組件。電壓調(diào)節(jié)器的芯片外位置將一些熱源移到近場通信芯片外，但是在芯片外位置提供電壓調(diào)節(jié)器的要求導致更高的設(shè)備成本。如果所使用的電壓調(diào)節(jié)器是dcdc轉(zhuǎn)換器，則電壓調(diào)節(jié)器通常具有較好的效率，并且功耗可能不是問題。

圖1a示出了一種近場通信(nfc)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有nfc通信功能的第一無線通信設(shè)備1和具有nfc通信功能的第二無線通信設(shè)備2。第一無線通信設(shè)備1和第二無線通信設(shè)備2被配置為根據(jù)nfc協(xié)議進行通信。

圖1b示出了用于便攜式設(shè)備(例如，智能電話、平板、計算機、個人電子設(shè)備或其他設(shè)備)的nfc設(shè)備18。說明書此處和其他地方所描述的nfc設(shè)備18提供了發(fā)送器部分以用于發(fā)送信息。nfc設(shè)備的接收器部分未被示出，盡管接收器可被提供并且甚至可與發(fā)送器共享一些組件。近場通信設(shè)備18由電池20供電，在該示例中電池20是3.6伏電池。電池20通過電感器22連接至dcdc電壓調(diào)節(jié)器24。dcdc控制器電路也由該電池供電，以便驅(qū)動功率開關(guān)。此處未示出電能連接，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解該電能連接。dcdc電壓調(diào)節(jié)器24的輸出被連接至電容器26，電容器26的另一端接地。電感器22和電容器26一起形成針對電壓調(diào)節(jié)器24的濾波器。電壓調(diào)節(jié)器24操作為在其輸出端處提供比4v大的經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓。

dcdc電壓調(diào)節(jié)器24的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出被連接至非線性射頻功率放大器28。射頻(rf)功率放大器操作為產(chǎn)生nfc(近場通信)頻率處的射頻信號。射頻信號由數(shù)據(jù)信號或要被傳輸?shù)钠渌畔⒄{(diào)制。數(shù)據(jù)信號或其他信息由調(diào)制器30提供給射頻功率放大器28，調(diào)制器30將經(jīng)調(diào)制的信號或調(diào)制器信號供應(yīng)給功率放大器28的調(diào)制器輸入。功率放大器28的經(jīng)調(diào)制的射頻輸出由emi(電磁干擾)濾波器濾波，emi濾波器由串聯(lián)的電感器32和電容器34形成，emi濾波器的另一端接地。emi濾波器32和34移除不想要的諧波和可能以其他方式干擾其他電子設(shè)備的信號的其他高頻分量。

經(jīng)濾波的輸出被提供至天線匹配電路36，天線匹配電路36將電路的輸出阻抗匹配至近場通信天線38的輸入阻抗。天線38發(fā)射近場信號，該近場信號可被用于以非接觸方式向其他近場通信設(shè)備和從其他近場通信設(shè)備以感應(yīng)的方式傳輸信息。在圖1b的示例中，非線性射頻功率放大器28是在rf輸出端處需要emi濾波器的類型，例如d類放大器。

在圖2中，近場通信(nfc)設(shè)備39被提供用于移動設(shè)備或其他設(shè)備。近場通信設(shè)備39由電池40供電，電池40被連接至串聯(lián)電感器42，電感器42進而被連接在dcdc電壓調(diào)節(jié)器44的輸入端。在該示例中電池40是3.6伏電池。便攜式設(shè)備中的典型電池提供大約3伏。dcdc調(diào)節(jié)器操作為將3伏信號轉(zhuǎn)換為5伏。所示dcdc調(diào)節(jié)器是升壓dcdc調(diào)節(jié)器。相反，降壓調(diào)節(jié)器一般在調(diào)節(jié)器的輸出端和電容器之間連接有電感器。電壓調(diào)節(jié)器44在其輸出端處提供經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓。dcdc電壓調(diào)節(jié)器44的輸出端連接電容器46，電容器46的另一端接地。電感器42和電容器46一起對電壓調(diào)節(jié)器44的輸出信號進行濾波。

電壓調(diào)節(jié)器44的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出被連接至線性射頻(rf)功率放大器48的輸入端。要由近場通信設(shè)備39傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或其他信息作為來自調(diào)制器50的經(jīng)調(diào)制的信號被提供至rf功率放大器48。所示這方面的線性rf功率放大器48是在輸出端處不需要emi濾波的類型，并且例如可以是a類放大器。功率放大器48的輸出端被連接至天線匹配電路52，天線匹配電路52將信號耦合至近場通信天線54。近場通信設(shè)備39操作為與其他近場通信設(shè)備感應(yīng)通信。在圖2的示例中，線性功率放大器可以是a類放大器，其可能因為放大器的低效而產(chǎn)生過多的熱量。

轉(zhuǎn)到圖3，例如可被用于移動設(shè)備或其他設(shè)備的近場通信設(shè)備55由電池56供電，電池56由電感器58連接至dcdc電壓調(diào)節(jié)器60的輸入端。電壓調(diào)節(jié)器的輸出端被連接至電容器62，電容器62的另一端接地。電感器58和電容器62對電壓調(diào)節(jié)器的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出進行濾波。dcdc電壓調(diào)節(jié)器60的經(jīng)調(diào)節(jié)的輸出被供應(yīng)至芯片64，芯片64由框示意性地指示。在所示示例中，經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓是5伏。包括電壓調(diào)節(jié)器60在內(nèi)的電源在芯片64外部。

在芯片64上，經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓信號被提供至ldo(lowdropout，低壓差)調(diào)節(jié)器66。ldo調(diào)節(jié)器66的輸出被提供給射頻(rf)功率放大器68的輸入端，rf功率放大器68也在芯片64上。ldo調(diào)節(jié)器66的輸出端還被連接至電容器70，電容器70的另一端接地。電容器70被安裝在芯片外。片上調(diào)制器72向功率放大器68提供調(diào)制器信號，功率放大器的射頻輸出通過調(diào)制器信號從而由數(shù)據(jù)或其他信息調(diào)制。功率放大器68的經(jīng)調(diào)制的輸出在芯片外被發(fā)送至emi濾波器和天線匹配電路74，emi濾波器和天線匹配電路74進而將信號供應(yīng)至近場通信天線76。

如上所述，電壓調(diào)節(jié)器60被移到功率放大器的芯片外，以降低芯片上的熱壓力。使用片外組件和片外電壓調(diào)節(jié)器增加了近場通信設(shè)備的成本。

參考圖4，示出了用于智能電話、平板、個人電子設(shè)備或其他移動或非移動設(shè)備的近場通信設(shè)備80。具體地，所示設(shè)備80提供了發(fā)送器部分。雙向近場通信還利用接收器部分，本申請未示出該接收器部分。接收器部分可共享發(fā)送器部分所使用的一些組件。對于傳入近場通信，傳入信號可以是負載調(diào)制信號，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣。近場通信發(fā)送器設(shè)備由電池82供電，電池82被連接至串聯(lián)電感器84，電感器84進而連接到無調(diào)節(jié)器近場通信調(diào)制器和天線驅(qū)動器86的輸出端88。經(jīng)由被供應(yīng)至輸出端88的電池電能，電能被供應(yīng)給調(diào)制器和天線驅(qū)動器86。輸出端88被連接至電容器90，電容器90的另一端接地。輸出端88還被連接至天線匹配電路92，天線匹配電路92將輸出端88的輸出阻抗匹配至近場天線94的阻抗。無調(diào)節(jié)器近場通信調(diào)制器和天線驅(qū)動器86被提供在芯片96上。在所示近場通信設(shè)備中，無調(diào)節(jié)器近場通信調(diào)制器和天線驅(qū)動器86被完全包含在芯片96上，僅電感器84、電容器90、電池82、天線匹配電路92和天線94被提供在芯片外。減少片外組件降低了近場通信設(shè)備的成本。

在圖5中提供了傳統(tǒng)近場通信設(shè)備的更具體的視圖。功能框100中有dcdc電壓調(diào)節(jié)器，該dcdc電壓調(diào)節(jié)器包括電壓參考102，電壓參考102連接至放大器(例如運算放大器104)的輸入端。運算放大器104在此處作為誤差放大器，其輸出端連接至脈寬調(diào)制器(pwm)106，pwm106具有連接至振蕩器108的參考信號輸入端。所示示例的振蕩器108是2.5mhz振蕩器，但是當然可使用其他振蕩器。脈寬調(diào)制器106的輸出被提供至fet(場效應(yīng)晶體管)110的柵極。一對晶體管112(這里為n-fet和p-fet)以開關(guān)配置方式在電感器118和電容器120之間連接。由三個功率晶體管110和112、脈寬調(diào)節(jié)器106和振蕩器108以及線性控制回路提供升壓和調(diào)節(jié)功能。

dcdc電壓調(diào)節(jié)器100由電池電壓114供電，例如從電池供電。輸出電壓作為反饋電壓被提供給運算放大器104的第二輸入端，以使用放大器作為誤差放大器形成控制回路。注意，從電池電壓114到電感器118的導線與用于輸出電壓反饋的導線交叉但不連接，如沒有指示連接的點所指示的那樣。電壓調(diào)節(jié)器100的輸出被提供至外部dcdc濾波器116，外部dcdc濾波器116包括電感器118，電感器118從電池電壓114串聯(lián)以向晶體管110和112提供電能。晶體管對112的輸出被連接至電容器120，電容器120的另一端接地。電感器118和電容器120操作為對來自電壓調(diào)節(jié)器100的輸出信號進行濾波。濾波器116為電壓調(diào)節(jié)器100的dcdc輸出提供lc濾波。

濾波器116的輸出是經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓，該經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓被連接至功率放大器122的輸入端。功率放大器122包括一對功率晶體管124和126，功率晶體管124和126的柵極連接至13.56mhz振蕩器128。數(shù)據(jù)或信息信號由調(diào)制控制器130調(diào)制到射頻信號上，調(diào)制控制器130間接連接到功率晶體管124和126。調(diào)制控制器130例如以改變功率晶體管124和126的阻抗的方式進行連接。在一些慣例中，間接連接由虛線示出。功率放大器122被配置為d類功率放大器，具有兩個功率晶體管124和126、載波頻率振蕩器128和振幅調(diào)制控制設(shè)備130。

功率放大器122產(chǎn)生不想要的信號，這些不想要的信號由外部emi濾波器132去除，外部emi濾波器132包括電容器136和與功率放大器122的輸出端串聯(lián)的電感器134，電容器136的另一端接地。外部emi濾波器132減少了虛假(spurious)的信號發(fā)射。

濾波器132的輸出端被連接至近場通信天線和調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)138，近場通信天線和調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)138包括與輸入信號串聯(lián)的電容器140、電容器142(其另一端接地)和天線144。天線144是近場通信回路天線。天線和調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)138類似于用于本文所描述的其他電路的天線和調(diào)諧電路。

圖4的近場通信設(shè)備的更詳細的視圖被示于圖6中，具體示出了近場通信設(shè)備的發(fā)送器部分。在該示例中，集成電路150具有在其上形成的組件。這些組件包括電壓參考152，電壓參考152的輸出端連接至乘法器154?；旌掀骰虺朔ㄆ?54的另一輸入端被連接至調(diào)制控制器156。調(diào)制控制器156被示為方框，該方框可以表示信號源和用于向混合器或乘法器154傳輸信號的裝置二者。調(diào)制控制器156可表示被連接以從信號源(未示出)接收用于經(jīng)由近場通信進行傳輸?shù)男盘柕难b置或電路。信號源可提供所存儲的信號，或所生成的信號，或檢測到的信號。在某些示例中，調(diào)制控制器156提供要被傳輸?shù)摹⒔?jīng)行編碼(lineencoded)的比特序列。信號的源可在nfc控制器設(shè)備內(nèi)，或來自nfc控制器設(shè)備外。在最實際的實現(xiàn)方式中，該源在nfc控制器設(shè)備內(nèi)?；旌掀骰虺朔ㄆ?54的輸出端向放大器158的輸入端供應(yīng)經(jīng)調(diào)制的信號。某些方面的放大器158可以是運算放大器。包絡(luò)檢測器160的輸出端提供放大器158的另一輸入，包絡(luò)檢測器160被連接至集成電路150的輸出端以提供反饋回路。在一些方面，可提供峰值檢測器以代替包絡(luò)檢測器。配置反饋回路使得對天線網(wǎng)絡(luò)進行驅(qū)動的發(fā)送器信號tx的峰值處于或接近芯片可忍受的最大電壓。在某些方面，峰值電壓是5伏。因為發(fā)送器信號tx接近方波，因此反饋或控制回路需要峰值或包絡(luò)振幅。

放大器158的經(jīng)放大的輸出被連接至脈寬調(diào)制器(pwm)162。脈寬調(diào)制器162的參考輸入端被連接以接收振蕩器164的輸出。在所示示例中，振蕩器164是13.56mhz振蕩器，即通常用于近場通信的載頻?？墒褂卯a(chǎn)生用于感應(yīng)或近場通信的任何頻率的振蕩器。脈寬調(diào)制器162將調(diào)節(jié)功能和調(diào)制功能集成到調(diào)制器中。這兩個輸入被結(jié)合以控制所傳輸?shù)慕鼒鐾ㄐ判盘?。尤其是，脈寬調(diào)制器162所集成的調(diào)節(jié)和調(diào)制功能根據(jù)調(diào)制和對來自電源的任何噪聲(例如來自電池電源的噪聲)的補償來調(diào)節(jié)輸出。脈寬調(diào)制器162的輸出被提供至功率晶體管166的柵極，功率晶體管166在168處提供該電路的經(jīng)放大的輸出。

脈寬調(diào)制器可由三角波發(fā)生器和比較器制成，三角波發(fā)生器和比較器被連接以將運算放大器的輸出與三角波進行比較。在某些方面，具有兩個輸入的脈寬調(diào)制器可通過在與三角波比較電平之前將運算放大器的輸出乘以振幅因子(以數(shù)字方式或在模擬域)來實現(xiàn)。振幅因子將基于需要被表示的比特位而不同。兩輸入脈寬調(diào)制器可以很多不同的方面構(gòu)建以實現(xiàn)想要的結(jié)果，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣。

集成的脈寬調(diào)制器162驅(qū)動單個功率晶體管166。脈寬調(diào)制器162由振蕩器164提供近場通信設(shè)備的載頻。包絡(luò)檢測器160或線性濾波器提供模擬控制回路。

電池電壓170(例如由電池提供)為電路供電。電池電壓經(jīng)由外部濾波器172提供，外部濾波器172包括電感器174，電池電壓通過電感器174被提供至集成電路150的輸出端168。電容器176從輸出端168接地以完成濾波器。提供給外部濾波器的電池電壓是用于nfc發(fā)送器的功率放大器的唯一電源。nfc電路的其他部分(包括發(fā)送器的其他部分)具有它們自身的調(diào)節(jié)器，這些調(diào)節(jié)器是來自相同電池的電源。這些其他部分不需要像功率放大器那么多的電流。lc濾波器174和176在芯片外部，并且對經(jīng)轉(zhuǎn)換的電壓輸出進行濾波以移除虛假的信號。輸出信號是具有以下包絡(luò)的信號：該包絡(luò)表示由調(diào)制控制器156輸入的經(jīng)行編碼的數(shù)據(jù)比特位。外部濾波器172的經(jīng)濾波的輸出被連接至近場通信(nfc)天線和調(diào)諧電路178，nfc天線和調(diào)諧電路178包括電容器180和182和天線184。天線和調(diào)諧電路178類似于本公開其他地方示出的天線。

dcdc電壓調(diào)節(jié)器、nfc調(diào)制器和功率放大器的功能被結(jié)合到集成電路上(例如在單個集成電路芯片上)的單個電路中。經(jīng)結(jié)合的電路既提供了比傳統(tǒng)設(shè)備可用的電能效率更高的電能效率，又提供更低的設(shè)備成本。在這種配置中，提供dcdc電壓調(diào)節(jié)的開關(guān)功能還被用于生成近場通信載波信號。在dcdc電壓調(diào)節(jié)器中提供電壓調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制功能還用于調(diào)制用于近場通信數(shù)據(jù)和信息傳輸?shù)男盘?。在dcdc調(diào)節(jié)器中，電感器用于將電池電壓提升至更高的供電電壓。電感器的主要角色是用于升壓。電容器與升壓電感器結(jié)合以作為濾波器來減少虛假信號。電感器和電容器被用于對傳統(tǒng)設(shè)備的dcdc電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓進行濾波。在本示例中，電感器和電容器的結(jié)合可作為近場通信前端的emi濾波器。

該近場通信設(shè)備的一些方面結(jié)合調(diào)制器和功率放大器的功能。該近場通信設(shè)備跳過圖5中所示的傳統(tǒng)途徑中生成5伏dc信號的步驟，而直接通過電感來削減(chop)電池電壓。該削減直接提供了升壓至5伏的d類信號。該方面的近場通信設(shè)備消除了傳統(tǒng)dcdc電壓調(diào)節(jié)器中所使用的電感器。在近場通信設(shè)備的一些方面，使用了電容器，但在該設(shè)備中所需要的電容器具有比傳統(tǒng)設(shè)備中所使用的電容器更小的電容。根據(jù)本公開的近場通信設(shè)備的電容器操作為提供虛假信號濾波。該電容器可具有比傳統(tǒng)設(shè)備中的電容器更低的電容值。在傳統(tǒng)dcdc電壓調(diào)節(jié)器中，使用具有大于1微法(1μf)的值的電容器，但是在本電路的一些方面中所使用的電容器可使用大約10納法(10nf)的電容器。

dcdc升壓功能在與傳統(tǒng)近場通信設(shè)備的d類功率放大器功能相同的頻率處執(zhí)行。在某些方面，處于13.56mhz近場通信載波頻率的信號既被用于電壓調(diào)節(jié)功能，又被用于直接生成近場通信射頻信號。

近場通信信號的調(diào)制通過對dcdc電壓調(diào)節(jié)器的操作進行同步調(diào)制來提供。結(jié)果是傳統(tǒng)設(shè)備中發(fā)生的dcdc電壓調(diào)節(jié)器操作頻率和rf信號頻率之間的干擾在本設(shè)備中被避免。這比那些設(shè)備提供了以下優(yōu)勢：dcdc電壓調(diào)節(jié)器以大約3mhz到5mhz范圍的頻率操作，并且功率放大器以與電壓調(diào)節(jié)器的頻率異步的13.56mhz載波頻率操作。使用同步電壓調(diào)節(jié)和射頻信號生成消除了顯著的emi發(fā)射源。

返回參考圖5，傳統(tǒng)近場通信設(shè)備使用三個功率晶體管用于電壓調(diào)節(jié)器功能，并且使用兩個功率晶體管用于功率放大器功能。在傳統(tǒng)設(shè)備的示例中，dcdc電壓調(diào)節(jié)器100使用一個大型nmos功率晶體管和一個大型pmos功率晶體管112和一個大型nmos功率晶體管110以生成經(jīng)升壓和調(diào)節(jié)的電壓。功率放大器122使用一個大型nmos功率晶體管124和一個大型pmos功率晶體管126。功率晶體管110、124和126和晶體管對112占用了硅芯片上的大量面積，大到使得傳統(tǒng)nfc設(shè)備芯片的硅面積的大部分被用于功率晶體管。

通過比較圖5和圖6可以看出，根據(jù)所示方面的近場通信設(shè)備僅使用單個功率晶體管。這通過合并電壓轉(zhuǎn)換器和功率放大器的功能來完成。在一種示例中，單個功率晶體管是nmos功率晶體管，但是當然也可以是其他功率晶體管。功率晶體管所需的芯片面積近似為傳統(tǒng)電路芯片面積的五分之一。因為整個電路面積的那么多的部分用于功率晶體管，因此根據(jù)本方面的電路相比于傳統(tǒng)電路在芯片面積方面提供了大約5比1的降低。芯片面積的降低可被稱為第一順序的模具節(jié)省(diesavings)，其在考慮任何次級效果(這些效果可能引起額外的模具節(jié)省或模具尺寸增大)之前被估計。所需的較小芯片面積不僅降低成本，而且允許該設(shè)備所在的便攜式設(shè)備做得更小或允許該便攜式設(shè)備包括其他特征而不增加其尺寸。

如圖5中可以看出，電池電流流過兩個串聯(lián)的mos晶體管124和126，以向負載處的天線網(wǎng)絡(luò)提供電流。然而在圖6的電路中，電池電流直接連接至天線網(wǎng)絡(luò)(此處經(jīng)過外部濾波器)。電池電流在沒有通過mos晶體管連接的情況下被提供至負載。根據(jù)這一方面的電路和傳統(tǒng)設(shè)備相比從電池到天線具有低得多ir下降(當電流(i)流過電阻(r)時電壓的下降)，這提供了更好的效率和更好的性能。

與將電壓調(diào)節(jié)功能集成在集成電路芯片上的傳統(tǒng)設(shè)備相比，根據(jù)本方面的近場通信設(shè)備通過需要更小的硅芯片面積，提供了對傳統(tǒng)近場通信設(shè)備的改善。在65nm芯片制造工藝技術(shù)中，根據(jù)本方面的電路提供了80％的芯片使用面積的降低。

通過直接從電池提供操作而無需來自用于dcdc電壓調(diào)節(jié)的片外電壓調(diào)節(jié)器的經(jīng)調(diào)節(jié)的供電，根據(jù)本方面的近場通信設(shè)備提供了對傳統(tǒng)近場通信設(shè)備的改善。

根據(jù)本方面的近場通信設(shè)備通過比傳統(tǒng)設(shè)備少需要一個電感器，提供了對傳統(tǒng)近場通信設(shè)備的改善。電感器可能占據(jù)印刷電路板(pcb)上相對較大的面積。例如，電感器可能具有0.06英寸乘0.03英寸的包裝尺寸(包裝尺寸碼0603)。近場通信設(shè)備所需的電感器數(shù)量的減少允許更小的印刷電路板用于該設(shè)備。

根據(jù)本方面的近場通信設(shè)備的效率大于傳統(tǒng)近場通信設(shè)備的效率，即使電壓調(diào)節(jié)器與功率放大器集成在芯片上。

圖6所示的方面在脈寬調(diào)制回路以外調(diào)制信號。換言之，調(diào)制器162所提供的脈寬調(diào)制功能是在回路中沒有幅度調(diào)制的情況下被執(zhí)行的。

圖7示出了另一方面，其中幅度調(diào)制控制在脈寬調(diào)制回路內(nèi)。具體地，集成電路200包括電壓參考202，電壓參考202向放大器204(例如運算放大器)的輸入端提供參考信號。放大器204的另一輸入是來自包絡(luò)檢測器206的輸出，包絡(luò)檢測器206根據(jù)集成電路200的輸出生成其信號以提供線性反饋或控制回路。放大器輸出被提供至脈寬調(diào)制器208，脈寬調(diào)制器208以由振蕩器210提供的頻率工作。在所示示例中，振蕩器頻率是近場通信的載頻，13.56mhz。數(shù)據(jù)和信息由調(diào)制控制器212調(diào)制到脈寬調(diào)制信號上，調(diào)制控制器212被提供到脈寬調(diào)制器208的輸入端。因此調(diào)制控制在脈寬調(diào)制回路內(nèi)。

其他組件相同或類似。脈寬調(diào)制器208的輸出(其處于載頻并且具有與外加于其上的調(diào)制數(shù)據(jù)或信息相對應(yīng)的脈寬調(diào)制)被提供至功率晶體管214的柵極。這是本方面所需的唯一功率晶體管。通過外部濾波器222的電感器218和電容器220提供電池電壓216，外部濾波器222位于集成電路200外并且位于芯片外。經(jīng)濾波的輸出被提供至近場通信天線和調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)224，近場通信天線和調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)224包括天線226和電容器228和230。因此，在所示出的這些方面，在脈寬調(diào)制回路之外或之內(nèi)提供調(diào)制。

參考圖8，可提供差分天線配置。圖8示出了如何連接脈寬調(diào)制器和其他元件以向差分天線提供信號。與本文所示的那些方面的元件相同或相似的元件以省略號表示。在某些方面中，集成電路240上由省略號表示的電路元件例如包括如圖6或7所示那樣連接的單個包絡(luò)檢測器和單個誤差放大器。如果使用單個包絡(luò)檢測器，則僅單個包絡(luò)檢測器信號被反饋到脈寬調(diào)制器424中。替代地，可以使用兩個包絡(luò)檢測器，并且兩個包絡(luò)檢測器的輸出均被提供至脈寬調(diào)制器424。其他元件可包括電壓參考和調(diào)制控制。調(diào)制控制可以如上所述在脈寬調(diào)制回路的外部或內(nèi)部提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從本說明書的其他地方所描述的特征理解這些細節(jié)。

集成電路240包括脈寬調(diào)制器242，脈寬調(diào)制器242具有差分輸出，或者更具體地說，具有兩個相位相反的輸出端244和246。某些方面的脈寬調(diào)制器242由振蕩器248在載頻13.56mhz處驅(qū)動。經(jīng)調(diào)制的輸出244和246被提供至功率晶體管250和252的柵極。功率晶體管250和252提供來自集成電路240的輸出txp和txn。

由外部濾波器254對每個輸出txp和txn進行濾波。外部濾波器254被連接至電池電壓256，電池電壓256通過電感器258和260被鏈接至輸出txp和txn。濾波器由電容器262和264完成，電容器262和264接地。經(jīng)濾波的輸出被供應(yīng)至以差分配置連接的近場通信天線和調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)266。具體地，輸入導線通過電容器268和270連接。提供了天線線圈272，天線線圈272兩端連接電容器274。

在近場通信操作的仿真中對圖8所示的差分電路進行了操作。在仿真期間，輸出信號由恒定頻率周期信號進行調(diào)制，在一些實例中，該恒定頻率周期信號可以是近似方波。對于第一次仿真運行，電池輸出電壓被設(shè)置為4伏。4伏電池輸出可表示智能電話或其他便攜式設(shè)備中完全充電的電池。

圖9a示出了穿過近場通信天線272的天線電流信號282的圖280。可以看到，調(diào)制信號被加在天線電流上，電流信號282的幅度隨波峰284和波谷286周期性變化。作為天線的差分驅(qū)動的結(jié)果，電流在0軸288的兩側(cè)具有相等的幅度。如果天線由非差分設(shè)備驅(qū)動，則信號將僅在0軸的一側(cè)出現(xiàn)。

圖9b是示出差分設(shè)備的天線272兩端的電壓信號292的圖290。電壓按照由調(diào)制信號加到載波上的相同周期性變化，具有波峰294和波谷296。信號的包絡(luò)表示由調(diào)制控制提供的經(jīng)過行編碼的數(shù)據(jù)比特位。電壓在0軸298的兩側(cè)。注意，峰值電壓大于4伏的電池電壓。在該示例中，電壓峰值在正負大約16伏。

圖9c是示出電池電流信號302的圖300。電池輸出的變化追蹤了天線電流的周期性信號的變化，包括波峰304和波谷306。電流信號302的平均值低于0軸308。

圖9d是示出集成電路的輸出端或驅(qū)動器的輸出端處的輸出電壓信號312的圖310。在所示示例中，電壓信號312是圖8的差分電路中的引腳txp處的電壓。電壓信號312具有恒定或幾乎恒定的大約5伏的最高電壓電平。這比向電路供電的電池(在該仿真中被設(shè)置為4伏)的電壓要大。脈沖下端包括波峰316和波谷318，波峰和波谷基于調(diào)制信號而變化。

第二次仿真針對差分電路運行，但這次電池電壓為2.2伏。例如，這表示電池中的剩余電荷，或者電池需要充電。天線電流320被示于圖10a的圖322中。信號320的波峰324和波谷326表示外加調(diào)制信號。電流的幅度通過改變脈寬調(diào)制器的平均占空比而維持在與4伏仿真相同的水平。

圖10b是以2.2伏電池供電的情況下通過天線的電壓信號332的圖330。即使在低電池電量的情況下，對于正電壓和負電壓而言，也在波峰334處維持了近似16伏的峰值電壓。波谷336仍然足以區(qū)分，以有效地提供與另一設(shè)備的近場通信。

2.2伏電池供電情況下的電池電流信號340被示于圖10c中的圖342中。信號340包括波峰344和波谷346，但是信號340具有與4伏的電池電流不同的形狀。

圖10d在圖352中示出了輸出引腳txp處的輸出電壓信號350。輸出電壓350低于4伏示例中的輸出電壓，但仍足以經(jīng)由近場通信來傳輸數(shù)據(jù)。pwm的占空比被提供以控制txp和txn輸出的峰值電壓，并將其保持在大約5伏，使得天線中的電流最大化。

平均電池電流非常接近峰值天線電流。峰值天線電壓大約是16伏差分。在一種示例中的天線電感是大約513nh，該天線是兩匝的30乘50mmpcb跡線。設(shè)備的電流效率大約是70％(按rms天線電流/平均電池電流來測量)。作為更高效率的結(jié)果，在使用近場通信時便攜式設(shè)備的電池壽命增加。

因此，本文示出并描述了近場通信設(shè)備，該近場通信設(shè)備包括脈寬調(diào)制器，該脈寬調(diào)制器被提供有近場通信載頻處的振蕩器信號。脈寬調(diào)制器輸入是由反饋回路調(diào)節(jié)的經(jīng)放大的參考電壓。調(diào)制控制提供要被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號。調(diào)制控制可以與參考電壓混合而被提供給放大器，也可被提供給脈寬調(diào)制器。功率晶體管接收脈寬調(diào)制器輸出，并且生成芯片輸出信號。外部濾波器被連接在芯片輸出處以對信號進行濾波，從而提供了調(diào)幅正弦信號，正弦信號被提供至近場通信天線的調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)。電源被連接至外部濾波器。差分版本包括差分輸出，該差分輸出從脈寬調(diào)制器到兩個功率晶體管并且經(jīng)過兩個外部濾波器到差分天線。

示例

示例1是一種通信設(shè)備，包括：放大器，被連接以接收電壓參考和反饋信號，并且可操作為生成輸入信號；脈寬調(diào)制器，被連接以接收振蕩器信號和輸入信號并且可操作為生成經(jīng)調(diào)制的輸出；功率晶體管，輸入端和輸出端，輸入端被連接以接收經(jīng)調(diào)制的輸出；以及濾波器，被連接到功率晶體管的輸出端并且可操作為提供經(jīng)濾波的輸出，經(jīng)濾波的輸出被配置用于連接至天線。

示例2包括示例1的主題，其中脈寬調(diào)制器接收與輸入信號混合的調(diào)制控制信號，并且可操作為基于調(diào)制控制信號來改變經(jīng)調(diào)制的輸出。

示例3包括示例1的主題，其中脈寬調(diào)制器接收調(diào)制控制信號，并且可操作為基于調(diào)制控制信號來改變經(jīng)調(diào)制的輸出，并且包括單獨輸入端，該輸入端被連接以接收調(diào)制控制信號。

示例4包括示例1的主題，其中脈寬調(diào)制器包括差分輸出；其中功率晶體管是具有第一輸出端的第一功率晶體管；并且該主題還包括：第二功率晶體管，該第二功率晶體管具有被連接以接收脈寬調(diào)制器的差分輸出的輸入端，該第二功率晶體管具有第二輸出端，其中第一和第二輸出端被配置用于連接至天線的第一和第二差分輸入端。

示例5包括示例1的主題，還包括：包絡(luò)檢測器，被連接至功率晶體管的輸出端，并且可操作為生成反饋信號以用于放大器。

示例6包括示例1的主題，其中放大器、脈寬調(diào)制器和功率晶體管在同一集成電路芯片上。

示例7包括示例1的主題，其中通信設(shè)備是近場通信設(shè)備。

示例8是一種通信設(shè)備，包括：集成電路芯片，該集成電路芯片具有芯片輸出端，該集成電路芯片包括：脈寬調(diào)制器，該脈寬調(diào)制器形成于集成電路芯片上并且具有信號輸入端和振蕩器輸入端和脈寬輸出端；振蕩器，該振蕩器形成于集成電路芯片上并且能夠以載頻操作，該振蕩器具有振蕩器信號輸出端，該振蕩器信號輸出端被連接至脈寬調(diào)制器的振蕩器輸入端，該振蕩器以載頻驅(qū)動脈寬調(diào)制器；功率晶體管，該功率晶體管形成于集成電路芯片上并且具有信號輸入端，該信號輸入端被連接至脈寬調(diào)制器的脈寬輸出端，該功率晶體管具有輸出端，該輸出端被連接至集成電路芯片的芯片輸出端；放大器，該放大器形成于集成電路芯片上并且具有信號輸出端，該信號輸出端被連接至脈寬調(diào)制器的信號輸入端，該放大器具有第一和第二輸入端；電壓參考，該電壓參考形成于集成電路芯片上并且具有參考電壓輸出端，該參考電壓輸出端被連接至放大器的第一輸入端，該電壓參考可操作為在參考電壓輸出端輸出參考電壓；反饋回路，該反饋回路連接在芯片輸出端和放大器的第二輸入端之間；調(diào)制控制器，該調(diào)制控制器形成于集成電路芯片上并且被連接以向脈寬調(diào)制器提供調(diào)制信號；以及外部濾波器，該外部濾波器被連接至芯片輸出端并且具有天線輸出端，該天線輸出端被配置用于連接至通信天線，該外部濾波器具有輸入端以用于連接至電源。

示例9包括示例8的主題，其中脈寬調(diào)制器包括調(diào)制輸入端，并且其中調(diào)制控制器具有輸出端，該輸出端被連接至脈寬調(diào)制器的調(diào)制輸入端，該脈寬調(diào)制器可操作為用來自調(diào)制控制器的信號輸出來調(diào)制脈寬輸出。

示例10包括示例8的主題，還包括：乘法器，該乘法器形成于集成電路芯片上并且具有第一輸入端和第二輸入端和輸出端，乘法器的第一輸入端被連接至電壓調(diào)制器的參考電壓輸出端，乘法器的第二輸入端被連接至調(diào)制控制器，乘法器的輸出端被連接至放大器的第一輸入端。

示例11包括示例8的主題，其中脈寬調(diào)制器包括差分輸出端；其中功率晶體管是第一功率晶體管；其中芯片輸出端是第一芯片輸出端；并且該主題還包括：第二芯片輸出端；和第二功率晶體管，該第二功率晶體管形成于集成電路芯片上并且具有信號輸入端，該信號輸入端被連接至脈寬調(diào)制器的差分輸出端，該第二功率晶體管具有連接至第二芯片輸出端的輸出端。

示例12包括示例11的主題，其中外部濾波器是第一外部濾波器，并且該主題還包括：第二外部濾波器，該第二外部濾波器具有輸入端，該輸入被連接至第二芯片輸出端，該第二外部濾波器具有差分輸出端，該差分輸出端被配置用于連接至通信天線的差分輸入端。

示例13包括示例8的主題，其中外部濾波器包括電感器，該電感器連接在電源和芯片輸出端之間，并且該主題還包括連接在芯片輸出端和地之間的電容器。

示例14包括示例8的主題，還包括：包絡(luò)檢測器，該包絡(luò)檢測器形成于集成電路芯片上并且被連接在反饋回路中，該包絡(luò)檢測器具有被連接至芯片輸出端的輸入端以及被連接至放大器的第二輸入端的輸出端。

示例15包括示例8的主題，其中脈寬調(diào)制器可操作為在脈寬輸出端處提供經(jīng)調(diào)制的信號。

示例16包括示例8的主題，其中通信設(shè)備是近場通信設(shè)備。

示例17是一種用于生成通信信號的方法，包括：生成參考電壓；通過調(diào)制信號來調(diào)制參考電壓以生成經(jīng)調(diào)制的參考信號；對經(jīng)調(diào)制的參考信號進行放大以提供經(jīng)放大的信號；生成處于載頻的振蕩信號；使用振蕩信號在載頻處對經(jīng)放大的信號進行脈寬調(diào)制以獲得脈寬調(diào)制載波信號；對脈寬調(diào)制載波信號進行放大以提供輸出信號；基于輸出信號對經(jīng)放大的信號進行調(diào)節(jié)；對輸出信號進行濾波以獲得經(jīng)濾波的輸出信號；以及將經(jīng)濾波的輸出信號供應(yīng)至通信天線。

示例18包括示例17的主題，還包括：根據(jù)經(jīng)放大的信號和振蕩信號來生成差分脈寬調(diào)制載波信號；對差分脈寬調(diào)制載波信號進行放大以提供差分輸出信號；對差分輸出信號進行濾波以提供經(jīng)濾波的差分輸出信號；以及將經(jīng)濾波的差分輸出信號供應(yīng)至通信天線的差分輸入。

示例19包括示例17的主題，其中通信信號是近場通信信號。

示例20是一種用于生成通信信號的方法，包括：生成參考電壓；對參考電壓進行放大以提供經(jīng)放大的信號；生成處于載頻的振蕩信號；使用振蕩信號和調(diào)制信號在載頻處對經(jīng)放大的信號進行脈寬調(diào)制以獲得調(diào)制載波信號；對調(diào)制載波信號進行放大以提供輸出信號；基于輸出信號對經(jīng)放大的信號進行調(diào)節(jié)；對輸出信號進行濾波以獲得經(jīng)濾波的輸出信號；以及將經(jīng)濾波的輸出信號供應(yīng)至通信天線。

示例21包括示例20的主題，還包括：根據(jù)經(jīng)放大的信號和振蕩信號和調(diào)制信號來生成差分調(diào)制載波信號；對差分調(diào)制載波信號進行放大以提供差分輸出信號；對差分輸出信號進行濾波以提供經(jīng)濾波的差分輸出信號；以及將經(jīng)濾波的差分輸出信號供應(yīng)至通信天線的差分輸入端。

示例22包括示例20的主題，其中通信信號是近場通信信號。

示例23是一種通信設(shè)備，包括：比較裝置，用于比較電壓參考和反饋信號以獲得輸入信號；生成裝置，用于根據(jù)輸入信號和振蕩器信號來生成經(jīng)調(diào)制的輸出，該裝置基于調(diào)制控制信號生成經(jīng)調(diào)制的輸出；功率晶體管，該功率晶體管具有被連接以接收經(jīng)調(diào)制的輸出的輸入端并且具有輸出端；以及濾波裝置，用于對功率晶體管的輸出進行濾波以提供經(jīng)濾波的輸出，該經(jīng)濾波的輸出被連接至通信天線。

示例24包括示例23的主題，其中由比較裝置接收到的參考電壓包括經(jīng)結(jié)合的電壓參考和調(diào)制控制信號。

示例25包括示例23的主題，其中生成裝置在與從比較裝置接收的輸入信號分開的輸入端處接收調(diào)制控制信號。

示例26包括示例24或示例25的主題，其中反饋信號由用于檢測功率晶體管輸出的包絡(luò)的裝置生成。

示例27包括示例23的主題，其中生成裝置生成差分調(diào)制輸出，并且該主題還包括：第二功率晶體管，該第二功率晶體管具有被連接以接收差分調(diào)制輸出的輸入端，并且可操作為生成差分輸出以用于連接至通信天線的差分輸入端。

示例28包括示例23的主題，其中比較裝置、生成裝置和功率晶體管在同一集成電路芯片上。

示例29包括示例23的主題，其中通信設(shè)備是近場通信設(shè)備。

示例30是基本上如上所示的裝置或方法。

雖然以上結(jié)合示例性方面進行了描述，但應(yīng)該理解術(shù)語“示例性”僅意味著作為示例，而不是最好或最優(yōu)。因此，本公開意圖覆蓋替換、修改和等同形式，這些形式可被包括在本公開的范圍內(nèi)。

雖然具體方面已在本文中被示出和描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，在不脫離本申請的范圍的情況下，對于所示和所描述的具體方面可替換各種替換和/或等同實現(xiàn)方式。本申請意圖覆蓋本文所討論的具體方面的任何適應(yīng)性修改或變化。