本發(fā)明涉及近場通信(nfc)設備的技術領域，并且更特別地涉及保護nfc設備中部件和系統(tǒng)免受破壞電壓。

背景技術：

近場通信(nfc)系統(tǒng)用于在通常稱作nfc讀取器的nfc發(fā)射器裝置與通常稱作標簽的通電或未通電nfc接收器裝置之間短距離通信。nfc讀取器產(chǎn)生與nfc標簽中天線耦合的短距離磁場，并且可以通過調制該磁場在nfc讀取器和nfc標簽之間發(fā)射數(shù)據(jù)。為此，nfc標簽除了天線之外通常包括發(fā)射/接收電路。

當nfc接收器裝置諸如標簽進入磁場時，在標簽的天線的輸出端處產(chǎn)生電壓。電壓的幅度取決于許多因素，包括磁場的強度、磁場源與標簽之間的距離、標簽中天線的類型、以及存在于標簽中的任何天線接口電路。

標簽中的發(fā)射/接收電路僅可以在破壞發(fā)生之前容忍在其輸入端口處有限的正或負電壓。在nfc標簽的正常工作中(例如當標簽用于從nfc讀取器接收信號并對其做出響應時，這可以不是特別有問題，但是當標簽進入強磁場時，諸如可以發(fā)生在無線充電器系統(tǒng)附近，存在由作為強磁場的結果而可以在標簽天線的輸出端處發(fā)展出的高的正或負電壓破壞標簽的發(fā)射/接收電路的風險。

因此，存在對于保護在nfc設備諸如nfc標簽中發(fā)射/接收和其他電路以避免當nfc設備進入或者存在于強磁場中時可以發(fā)展出的潛在的破壞性電壓的機制的需求。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種近場通信(nfc)裝置，包括：天線；通信電路；以及耦合至天線的保護電路，保護電路用于針對由天線所輸出的破壞性電壓的影響保護通信電路，其中保護電路包括：第一電流控制裝置和第二電流控制裝置；以及用于輸出用于控制第一電流控制裝置和第二電流控制裝置的控制信號的控制器，保護電路可操作用于根據(jù)存在于天線輸出端處電壓的極性而流出(source)或流入(sink)電流以便于產(chǎn)生減小存在于天線輸出端處峰值電壓的電壓。

第一方面的nfc設備包括可操作用于針對潛在地破壞性高峰值正或負電壓保護通信電路的保護系統(tǒng)，這是因為第一電流控制裝置和第二電流控制裝置取決于在天線輸出端處信號的極性而流出或流入電流以產(chǎn)生減小了在天線輸出端處存在的峰值電壓的正或負電壓，由此減小通信電路所經(jīng)受的峰值電壓。

控制器可以包括伺服回路。

伺服回路可以可操作用于將在天線輸出端處峰值電壓與所需的峰值輸出電壓比較以產(chǎn)生用于控制第一電流控制裝置和第二電流控制裝置以便于實現(xiàn)所需峰值輸出電壓的控制信號。

備選地，控制器可以包括連接至第一電流控制裝置和第二電流控制裝置中的每一個的控制輸入的多個二極管。

控制器可以進一步包括可操作用于控制流過多個二極管的電流的開關器件。

當nfc設備通電時可以反向偏置多個二極管。

第一電流控制裝置和第二電流控制裝置可以包括晶體管。

晶體管可以例如是n溝道m(xù)osfet。

n溝道m(xù)osfet的柵極端子可以相互耦合并且耦合至控制器的輸出端。

n溝道m(xù)osfet的源極端子可以相互耦合。

第一n溝道m(xù)osfet的漏極端子可以耦合至天線的一個端子，以及第二n溝道m(xù)osfet的漏極端子可以耦合至天線的另一端子。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了一種近場通信(nfc)裝置，包括：天線；通信電路；以及耦合至天線的負載調制電路，其中負載調制電路包括：第一電流控制裝置和第二電流控制裝置；以及用于輸出用于控制第一電流控制裝置和第二電流控制裝置的控制信號的控制器，負載調制電路可操作用于根據(jù)由控制器輸出的控制信號以調節(jié)在去往天線的輸入端處信號的幅度。

第一電流控制裝置和第二電流控制裝置可以包括晶體管。

晶體管可以例如是n溝道m(xù)osfet。

n溝道m(xù)osfet的柵極端子可以相互耦合并且耦合至控制器的輸出端。

n溝道m(xù)osfet的源極端子可以相互耦合。

第一n溝道m(xù)osfet的漏極端子可以耦合至天線的一個端子，以及第二n溝道m(xù)osfet的漏極端子可以耦合至天線的另一端子。

附圖說明

現(xiàn)在將嚴格地僅借由示例的方式參照附圖描述本發(fā)明的實施例，其中：

圖1是近場通信(nfc)系統(tǒng)的示意圖；

圖2是用于諸如nfc標簽之類的nfc設備的保護系統(tǒng)的等效電路的示意圖；

圖3a－圖3d是用于示出圖2的保護系統(tǒng)的工作的示意圖；

圖4是用于諸如nfc標簽之類的nfc設備的另一保護系統(tǒng)的等效電路的示意圖；以及

圖5是用于諸如nfc標簽之類的nfc設備的另一保護系統(tǒng)的等效電路的示意圖。

具體實施方式

首先參照圖1，近場通信(nfc)系統(tǒng)通常示出在10，并且包括磁場產(chǎn)生裝置20和nfc接收器裝置30。

磁場產(chǎn)生裝置20可以例如是nfc讀取器或無線充電器，并且包括連接至形式為導電材料(諸如導線等)的線圈的天線22的磁場發(fā)生器24。

nfc接收器裝置30可以例如是nfc標簽。nfc讀取器裝置30包括天線32，同樣形式為導體諸如導線等的線圈。天線32連接至天線接口34，其將天線32耦合至發(fā)射/接收系統(tǒng)36。

天線接口34也連接至保護系統(tǒng)50，其與發(fā)射/接收系統(tǒng)36并聯(lián)連接，并且可操作用于當nfc接收器裝置30存在于強磁場內(nèi)時通過減小在天線接口34輸出端處出現(xiàn)的峰值電壓，保護發(fā)射/接收系統(tǒng)36(以及可以包括在nfc接收器裝置30內(nèi)的其他電路)免受可以由天線所產(chǎn)生的潛在破壞性電壓的影響，如以下所述。

圖2是示出了代表保護系統(tǒng)50的等效電路的示意圖。在圖2的示圖中，信號發(fā)生器52表示天線接口34的輸出端，而同時電阻54，56表示天線52的阻抗。

保護系統(tǒng)50包括第一電流控制裝置和第二電流控制裝置。在圖2中所示的示例中，電流控制裝置采取第一n溝道m(xù)osfet晶體管58和第二n溝道m(xù)osfet晶體管60的形式，但是應該知曉的是也可以使用任何其他合適類型的電流控制裝置，諸如雙極結型晶體管器件。第一n溝道m(xù)osfet晶體管58和第二n溝道m(xù)osfet晶體管60是等同的器件，這有助于當實施在集成電路中時最小化由保護系統(tǒng)50所占據(jù)的芯片面積。

第一晶體管58的柵極端子連接至第二晶體管60的柵極端子，并且第一晶體管58和第二晶體管60的柵極端子連接至共同的控制輸入端62。在一個實施例中，由伺服回路66向共同控制輸入端62提供控制信號。在其他實施例中(以下詳細描述)由備選的專用控制系統(tǒng)提供控制信號。

第一晶體管58的源極端子連接至第二晶體管60的源極端子，以及第一晶體管58和第二晶體管60的源極端子均連接至接地64。

第一晶體管58的漏極端子連接至天線接口34的正輸出端子68(在圖2的等效電路圖中由信號發(fā)生器52代表)，而第二晶體管60的漏極端子連接至天線接口34的負輸出端子70。

現(xiàn)在將參照圖3a至圖3d描述保護系統(tǒng)50的工作。

如上所示，由具有連接至共同控制輸入端62的輸出端的伺服回路66提供控制信號。伺服回路66可以是模擬的或可以是混合信號(也即模擬和數(shù)字電路的組合)，并且被配置用于感測在天線接口34的輸出端子68、70處的峰值電壓(正或負)，以及將感測到的峰值電壓與期望水平比較，在期望水平處峰值電壓將不會破壞發(fā)射/接收電路36?；谠摫容^，伺服回路66輸出控制信號至控制輸入端62以在將實現(xiàn)天線接口34的所需峰值輸出電壓的水平處偏置晶體管58、60。

當天線接口34的輸出在正輸出端子68處是正的時，存在圖3a中所示的情形。在該情形中，第一晶體管58導通并且電流從天線接口34的輸出端(在圖3a的等效電路中由信號發(fā)生器52表示)通過第一晶體管58至接地64，如由虛箭頭所示。因此，第一晶體管58在該情形下用作電流吸收器(currentsink)。該電流流過電阻54的效果是跨越天線32產(chǎn)生負電壓，這作為磁場的結果部分地求反跨越天線32出現(xiàn)的峰值正電壓，并且因此減小了在天線接口34的輸出端處峰值正電壓，由此減小了破壞發(fā)射/接收系統(tǒng)36內(nèi)過電壓狀況的風險。

當在負輸出端子70處天線接口34的輸出為負時，存在圖3b中所示的情形。在該情形中，第二晶體管60導通并且電流從地64通過第二晶體管60流至天線接口34的輸出端(在圖3b的等效電路中由信號發(fā)生器52表示)，如虛箭頭所示。因此，第二晶體管60在該情形中用作電流源。該電流流過天線阻抗56的效果是跨越天線32出現(xiàn)正電壓，其作為磁場的結果而部分地求反了跨越天線32出現(xiàn)的峰值負電壓，并且因此減小了在天線接口34的輸出端處的峰值負電壓，由此降低了破壞在發(fā)射/接收系統(tǒng)36處破壞性過電壓狀況的風險。

當在正輸出端子68處天線接口34的輸出為負時，存在圖3c中所示的情形。在該情形中，第一晶體管58導通并且電流從地64通過第一晶體管58流動至天線接口34的輸出端(在圖3c的等效電路中由信號發(fā)生器52表示)，沿虛箭頭方向。因此，第一晶體管58在該情形中用作電流源。電流穿過阻抗54的效果是作為磁場的結果跨越天線32出現(xiàn)峰值負電壓，由此降低了破壞在發(fā)射/接收系統(tǒng)36處破壞性過電壓狀況的風險。

當在負輸出端子70處天線接口34的輸出為正時，存在圖3d中所示的情形。在該情形中，第二晶體管60導通并且電流從天線接口34的輸出端(在圖3d的等效電路中由信號發(fā)生器52表示)通過第二晶體管60流動至接地64，如由虛箭頭所示。因此，第二晶體管60在該情形中用作電流收集器。該電流穿過天線阻抗56的效果在于負電壓跨越天線32而產(chǎn)生，其部分地求反了作為磁場結果跨越天線32出現(xiàn)的峰值正電壓，并且因此減小了在天線接口34的輸出端處峰值正電壓，由此減小了在發(fā)射/接收系統(tǒng)36處損壞過電壓保護的風險。

如應該知曉的，保護系統(tǒng)50保護發(fā)射/接收系統(tǒng)34通過減小在天線接口34的輸出端處峰值正和負電壓而免受潛在的破壞性正和負過壓狀況的影響。

應該知曉，如上所述并且示出在圖2以及圖3a－圖3d中的保護系統(tǒng)依賴于由連接至共同控制輸入端62的伺服回路66所提供的控制信號，并且因此為了使得保護系統(tǒng)工作，nfc接收器裝置30必須通電，以允許伺服回路66產(chǎn)生控制信號。然而，可能的是當nfc接收器電路未供電時其將進入強磁場，并且因此發(fā)射/接收系統(tǒng)36當保護電路50未工作時可以經(jīng)受潛在地破壞性峰值電壓。

圖4是示出了當nfc接收器裝置30未通電時可以工作的備選保護系統(tǒng)的等效電路的示意圖。圖3和圖4中所示的系統(tǒng)具有一些共同元件，并且因此圖3和圖4中相同的參考數(shù)字涉及相同的元件。

圖4中所示的保護系統(tǒng)80是基于圖2中所示，并且因此包括第一電流控制裝置和第二電流控制裝置。如前所述，在圖4中所示的示例中，電流控制裝置采取第一n溝道m(xù)osfet晶體管58和第二n溝道m(xù)osfet晶體管60的形式，但是應該知曉的是也可以使用任何其他合適類型的電流控制裝置，諸如雙極結型器件。同樣，第一n溝道m(xù)osfet晶體管58和第二n溝道m(xù)osfet晶體管60是等同的器件。

第一晶體管58的柵極端子連接至第二晶體管60的柵極端子，并且第一晶體管58和第二晶體管60的柵極端子連接至共同的控制輸入端62。

第一晶體管58的源極端子連接至第二晶體管60的源極端子，以及第一晶體管58和第二晶體管60的源極端子均連接至接地64。

第一晶體管58的漏極端子連接至天線接口34的正輸出端子68(在圖4的等效電路中由信號發(fā)生器52表示)，而第二晶體管60的漏極端子連接至天線接口34的負輸出端子70。

圖4中所示系統(tǒng)80不同于圖2的系統(tǒng)50之處在于，系統(tǒng)50的伺服回路66在圖4的系統(tǒng)80中由專用控制電路82替代。

控制電路82由在第一晶體管58的漏極端子和共同控制輸入端62之間串聯(lián)連接的第一組二極管84、86、88(串聯(lián)中第一二極管的陽極連接至第一晶體管58的漏極端子，并且串聯(lián)中最后二極管的陰極連接至共同控制輸入端)，以及在第二晶體管的漏極端子和共同控制輸入端62之間串聯(lián)連接的第二組二極管90、92、94(同樣串聯(lián)中第一二極管的陽極連接至第二晶體管60的漏極端子，并且串聯(lián)中最后二極管的陰極連接至共同控制輸入端)構成。盡管圖4中所示的系統(tǒng)80中第一組二極管包括三個二極管84、86、88，應該知曉的是可以使用任意數(shù)目的二極管。額外地，可以與二極管串聯(lián)添加電阻器或電容器以保護它們免受高電流水平影響。類似地，盡管第二組二極管在圖4中示出未包含三個二極管，應該知曉的是可以使用任意數(shù)目二極管，如果需要的話具有額外的串聯(lián)電阻器或電容器以保護二極管免受高電流影響。為了設計和實施方式的簡便，如果第一和第二組中所有二極管84、86、88、90、92、94在它們的規(guī)格、工作參數(shù)等方面均是等同的，這是有利的。

在圖4的系統(tǒng)的工作中，第一組和第二組二極管中的一個將被正向偏置，取決于由天線接口34(在圖4的等效電路中由信號發(fā)生器52表示)所輸出信號的極性，因此向第一晶體管58和第二晶體管60中的每一個的柵極端子提供正電壓以準許電流由保護系統(tǒng)80流入或流出以減小在天線接口34的輸出端處的峰值電壓，由此保護發(fā)射/接收系統(tǒng)36免受潛在的過電壓狀況。

例如，如果在天線接口34的正輸出端68處電壓是正的，則第一組二極管84、86、88將正向偏置，由此向第一晶體管58和第二晶體管60的柵極提供正電壓，并且準許保護系統(tǒng)80流入電流以減小由天線接口34所輸出的峰值電壓。

類似地，如果在天線接口34的負輸出端70處電壓是正的，第二組二極管90、92、94將正向偏置，由此向第一晶體管58和第二晶體管60的柵極提供正電壓，并且準許保護系統(tǒng)80流入電流以減小由天線接口34輸出的峰值電壓。

控制電路82可以結合伺服回路66使用以當nfc接收器裝置30通電時和當nfc接收器裝置30未通電時均未發(fā)射/接收系統(tǒng)36提供過電壓保護。在該情形中，當nfc接收器通電時發(fā)射/接收系統(tǒng)36將向共同控制輸入端62提供控制信號，而當nfc接收器裝置30未通電時控制電路向共同控制輸入端提供控制信號。

在圖4中所示的工作模式中，系統(tǒng)80并未從電池吸取任何電流，但是替代地依賴于使用二極管從磁場收集的電力。在共同控制輸入端62處添加大數(shù)值電容器準許收集并存儲能量以由其中使用系統(tǒng)80的裝置的其他部件所使用。

在正常工作中(也即當nfc接收器裝置30通電并且由發(fā)射/接收系統(tǒng)36施加控制信號時)，第一和第二組二極管84、86、88、90、92、94應該反向偏置，以防止由伺服回路66所輸出的控制信號發(fā)射至天線接口34。為了確保是這樣的情形，應該在正常工作中觀測到以下關系：

vpeak_desired-vg_desired<n*vdiodeon,

其中vpeak_desired是在天線接口34的輸出端處期望的正峰值電壓，vg_desired是產(chǎn)生vpeak_desired的柵極電壓，vdiodeon是二極管84、86、88、90、92、94的導通電壓，以及n是在第一或第二組二極管中串聯(lián)連接的二極管的數(shù)目。

如果對于任何原因無法觀測到以上相互關系，可以對保護系統(tǒng)80做出修改，如現(xiàn)在將參照圖5描述。

圖5是示出了當nfc接收器裝置30通電時并且其通電時可以工作以提供過電壓保護的另一備選保護系統(tǒng)的等價電路的示意圖。同樣，圖3、圖4和圖5中所示的系統(tǒng)具有一些共同元件，并且因此圖3、圖4、圖5中相同的參考數(shù)字涉及相同的元件。

圖5中所示的保護系統(tǒng)100類似于圖4，并且因此為了簡短，將不再描述對于圖5的保護系統(tǒng)100和圖4的保護系統(tǒng)80是共同的元件。

圖5的保護系統(tǒng)100不同于圖4的保護系統(tǒng)80之處在于，其包括第一開關器件102和第二開關器件104。在圖5中所示的示例中，第一開關器件102和第二開關器件104是p溝道m(xù)osfet晶體管器件，但是應該知曉的是可以等同地采用其他類型開關器件。

第一開關器件102的源極端子連接至第一組中最后二極管88的陰極，而第一開關器件102的漏極端子連接至共同控制輸入端62。第一開關器件102的柵極端子從外源接收控制輸入，以控制第一開光器件102的工作。

類似地，第二開關器件104的源極端子連接至第二組中最后二極管94的陰極，而第二開關器件104的漏極端子連接至共同控制輸入端62。第二開關器件104的柵極端子從外部來源接收控制輸入，以控制第二開關器件104的工作。

當nfc接收器裝置30通電時，使能伺服回路66，并且第一開關器件102和第二開關器件104的柵極端子接收正控制輸入，因此關斷第一和第二開關裝置102、104，由此為伺服回路66禁用了控制電路82。因此，當發(fā)射/接收系統(tǒng)36通電時，以參照圖2中所示保護系統(tǒng)50而以如上所述方式保護發(fā)射/接收系統(tǒng)36免受潛在地損害性過電壓狀況。

當nfc接收器裝置30未通電時，伺服回路66被禁用(由于缺乏至nfc接收器裝置30的電力)，以及第一開關器件102和第二開關器件104的柵極端子在0伏下接收控制輸入(同樣由于缺乏至nfc接收器裝置30的電力)，因此導通第一開關器件102和第二開關器件104以使能控制電路82。因此，當nfc接收器裝置30未通電時，參照圖4中所示保護系統(tǒng)80以如上所述方式保護發(fā)射/接收系統(tǒng)36免受潛在地破壞性過電壓狀況。

為了高效地限制在天線接口34輸出端處潛在地破壞性的電壓，第一晶體管58和第二晶體管60必須能夠收集或發(fā)源高電流，這可以高達1安培或甚至更高。為了實現(xiàn)這點，第一晶體管58和第二晶體管60必須每個是非常大的。對于第一晶體管58和第二晶體管60使用相同晶體管類型幫助最小化實施第一晶體管58和第二晶體管60所需的面積。額外地，相同的電流均流過第一晶體管58和第二晶體管60，并且該電流沒有dc分量。這輔助最小化在集成電路中實施保護系統(tǒng)50所需的面積，當因為存在很少電遷移的風險時可以最小化金屬互連的面積。

在此所述保護系統(tǒng)的感興趣特征在于，當nfc接收器裝置30處于發(fā)射模式中時，可以使用保護系統(tǒng)50而并未修改有效載荷調制。

當用于發(fā)射模式時，天線32用于發(fā)射信號，而不是如接收模式中接收信號。通過調節(jié)經(jīng)由共同控制輸入端62施加至第一晶體管58和第二晶體管60的柵極端子的信號幅度，調制了在天線接口34的輸出端子68、70處信號幅度(當nfc接收器裝置30在發(fā)射模式時，其用作輸入端子以用于待發(fā)射的信號)?？梢杂蒼fc讀取器感測并解碼該已調制負載。因此在該情形中與控制器結合使用的第一晶體管58和第二晶體管60可操作用于調節(jié)經(jīng)由共同控制輸入端62向第一晶體管58和第二晶體管60的柵極端子施加的控制信號幅度，以用于負載調制系統(tǒng)。