DE102018124480B4

DE102018124480B4 - Kommunikationsvorrichtung und verfahren zum betreiben eines antennenschwingkreises

Info

Publication number: DE102018124480B4
Application number: DE102018124480.0A
Authority: DE
Inventors: Josef Gruber; Edmund Ehrlich; Matthias Emsenhuber; Jürgen Hoelzl; Matthias Pichler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2038-10-05
Also published as: US20200112932A1; CN111010215A; DE102018124480A1; US10863467B2; CN111010215B

Abstract

Kommunikationsvorrichtung (600), aufweisend:Einen Antennenschwingkreis (601);Einen Antennentreiber (603), der eingerichtet ist, dem Antennenschwingkreis (601) eine Trägerschwingung zuzuführen;Eine Steuereinrichtung (602), die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht und eingerichtet ist, den Antennentreiber (603) derart zu steuern, dass er dem Antennenschwingkreis (601) die invertierte Trägerschwingung zuführt, so dass die Länge des Pulses an dem Antennenschwingkreis im Zeitpunkt (411) des Übergangs zur Dämpfungsperiode (409) verdoppelt ist.

Description

Ausführungsbeispiele betreffen allgemein Kommunikationsvorrichtungen und Verfahren zum Betreiben eines Antennenschwingkreises.
Moderne elektronische Geräte wie Mobiltelefone und Chipkarten werden häufig mit Unterstützung für Nahfeldkommunikation (NFC für engl. Near Field Communication) ausgestattet, beispielsweise um bargeldloses Bezahlten zu ermöglichen. Ein derartiges System ist beispielsweise in EP 3 145 092 A1 gezeigt. Ein typisches Erfordernis ist dabei, mit einer Antenne auskommen zu können, die so klein ist wie möglich, während die Datenkommunikation nichtsdestotrotz effizient und robust erfolgen soll. Entsprechend sind Herangehensweisen wünschenswert, die es ermöglichen, Antennen effektiv für die Nahfeldkommunikation zu nutzen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt, aufweisend einen Antennenschwingkreis, einen Antennentreiber, der eingerichtet ist, dem Antennenschwingkreis eine Trägerschwingung zuzuführen und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht und eingerichtet ist, den Antennentreiber derart zu steuern, dass er dem Antennenschwingkreis die invertierte Trägerschwingung zuführt, so dass die Länge des Pulses an dem Antennenschwingkreis im Zeitpunkt des Übergangs zur Dämpfungsperiode verdoppelt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Betreiben eines Antennenschwingkreises gemäß der oben beschriebenen Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt.
Die Figuren geben nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse wieder sondern sollen dazu dienen, die Prinzipien der verschiedenen Ausführungsbeispiele zu illustrieren. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben.

1 zeigt eine Kommunikationsanordnung mit einer passiven NFC-Kommunikationsvorrichtung.
2 zeigt eine Kommunikationsanordnung mit einer aktiven NFC-Kommunikationsvorrichtung.
3 zeigt eine Anordnung mit Frontend und daran angeschlossener Antenne.
4 zeigt einen Vergleich zwischen einem Fall ohne Dämpfung, einem Fall mit passiver Dämpfung und einem Fall mit aktiver Dämpfung.
5 veranschaulicht ein aktives Dämpfen bei einer Drei-Phasen-XOR-Modulation.
6 zeigt eine Kommunikationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm, dass ein Verfahren zum Betreiben eines Antennenschwingkreises gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.

Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Figuren, die Details und Ausführungsbeispiele zeigen. Diese Ausführungsbeispiele sind so detailliert beschrieben, dass der Fachmann die Erfindung ausführen kann. Andere Ausführungsformen sind auch möglich und die Ausführungsbeispiele können in struktureller, logischer und elektrischer Hinsicht geändert werden, ohne vom Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele schließen sich nicht notwendig gegenseitig aus sondern es können verschiedene Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, so dass neue Ausführungsformen entstehen. Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung.
1 zeigt eine Kommunikationsanordnung 100 mit einer passiven NFC-Kommunikationsvorrichtung 101.
Die NFC-Kommunikationsvorrichtung 101 kommuniziert mit einer NFC-Leservorrichtung 102, auch bezeichnet als PCD (proximity coupling device).
Die NFC-Leservorrichtung 102 emittiert über eine Leserantenne 103 ein Leserfeld, das ein Frontend für kontaktlose Kommunikation 104 der NFC-Kommunikationsvorrichtung 101 unter Verwendung einer NFC-Antenne 105 moduliert. Die Modulation wird seinerseits von der NFC-Leservorrichtung 102 wahrgenommen. Eine integrierte Schaltung 106 der NFC-Kommunikationsvorrichtung 101 steuert die Modulation derart, dass auf diese Weise Daten von der NFC-Kommunikationsvorrichtung 101 an die NFC-Leservorrichtung 102 übertragen werden können. Das Frontend 104 ist beispielsweise Teil der integrierten Schaltung 106.
2 zeigt eine Kommunikationsanordnung 200 mit einer aktiven NFC-Kommunikationsvorrichtung 102.
Ähnlich wie in 1 kommuniziert die NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 mit einer NFC-Leservorrichtung 202.
In diesem Beispiel ist die NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 jedoch eine aktive Kommunikationsvorrichtung: Sie verfügt über ein aktives analoges Booster-Frontend 203 zur kontaktlosen Kommunikation 202. Das Booster-Frontend 203 ist über eine Schnittstelle 206, z.B. über eine ACLB (Active Contactless Bridge), mit einer integrierten Schaltung 204 verbunden, die ein kontaktloses Frontend 205 aufweist. Die integrierte Schaltung 204 kann über die Schnittstelle 206 Daten mit dem Booster-Frontend 202 Daten austauschen. Das Booster-Frontend 202 ist mit einer NFC-Antenne 207 der NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 gekoppelt und sendet über die NFC-Antenne 207 Funksignale an die Leservorrichtung 202, die die Leservorrichtung 202 mittels einer Leserantenne 208 empfängt oder empfängt Funksignale von der Leservorrichtung 202 mittels der NFC-Antenne 207, die die Leservorrichtung 202 mittels der Leserantenne 208 aussendet.
Zur Übertragung von Daten an die Leservorrichtung 202 moduliert die NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 (beispielsweise das Booster-Frontend 203) ein Trägersignal. Eine entsprechende Trägerschwingung mit einer gewissen Trägerfrequenz wird von einem Frequenzgeber 209, typischerweise einem Oszillator, bereitgestellt.
Sowohl die integrierte Schaltung als auch das Booster-Frontend sind aktive Komponenten und verfügen über eine Spannungsversorgung, wie durch die Anschlüsse Vcc (für die Versorgungsspannung) und GND (für das Massepotential) angedeutet ist.
Die passive Kommunikationsvorrichtung 101 ist beispielsweise eine Vorrichtung, die über keine eigene Energieversorgung (also z.B. keine Batterie) verfügt, wie beispielsweise eine Chipkarte (z.B. eine Smartcard) in der typischen Kartenform (z.B. eine Kantinenkarte, ein Personalausweis oder eine Karte zum Bezahlen im öffentlichen Nahverkehr). Es gibt jedoch auch Vorrichtungen, die über eine Energieversorgung (typischerweise einen Akkumulator) verfügen und NFC-Kommunikation unterstützen, beispielsweise zum bargeldlosen Bezahlen. Einer solchen Vorrichtung entspricht beispielsweise die aktive Kommunikationsvorrichtung 201. Beispiele für solche Kommunikationsvorrichtungen sind Mobiltelefone, Uhren (Smartwatches) oder andere tragbare Vorrichtungen („wearable devices“), die NFC unterstützen.
Die aktive Kommunikationsvorrichtung 201 ist in diesem Beispiel gemäß einer Boosted-NFC-Architektur ausgestaltet. Diese ermöglicht es insbesondere, dass eine kleinere NFC-Antenne 207 verwendet werden kann als es bei der passiven Kommunikationsvorrichtung 101 mit der NFC-Antenne 105 der Fall ist.
Jedoch erreichen bei modernen Kommunikationsvorrichtungen die für eine NFC-Antenne vorgesehene Fläche Werte von weniger als 100 mm² und deshalb sind nichtsdestotrotz spezielle Übertragungsmodi erforderlich, um die für die Leservorrichtung 202 sichtbare Amplitude bei der Modulation eines Funksignals zu erhöhen. Eine Möglichkeit dafür ist die XOR(exklusives Oder)-Übertragung oder BPSK(Binary Phase Shift Keying)-Modulation.
Für eine Übertragung von Daten an die Leservorrichtung 202, wie eine XOR- oder BPSK-Übertragung, synchronisiert die NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 (beispielsweise das Booster-Frontend 203) ihren Oszillator 209 mit der Frequenz eines von der Leservorrichtung 202 ausgestrahlten Funksignals (auch bezeichnet als das Leserfeld), das als Referenzsignal für die NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 angesehen werden kann.
Beispielsweise ist der Oszillators Teil eines PLL(phase locked loop)-, eines DLL(delay locked loop)- oder eines Mischsystems und das Booster-Frontend 203 synchronisiert den Oszillator 209 und somit seine Sendefrequenz, d.h. das Trägersignal, das es zum Senden verwendet, mit der Frequenz und der Phase des von der Leservorrichtung 202 ausgestrahlten Funksignals. Hierzu ist eine kurze Lücke zwischen den Sendeperioden, d.h. Zeitintervallen, in denen die NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 sendet, erforderlich, damit die NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 das von der Leservorrichtung 202 ausgestrahlte Funksignal, im Folgenden auch als Referenzsignal bezeichnet, empfangen kann.
Im Falle einer NFC-Antenne 207 mit hoher Güte ist es jedoch erforderlich, die im Antennenschwingkreis enthaltene Energie (womit die elektromagnetische Energie gemeint ist, die im Schwingkreis zwischen Kapazität und Induktivität pendelt), die das Booster-Frontend 203 für eine vorhergehende Übertragung in den Antennenschwingkreis eingespeist hat, zu entfernen (zumindest zum großen Teil), bevor die NFC-Antenne 207 das Leserfeld empfängt.
3 zeigt eine Anordnung mit (Booster-)Frontend 301 und daran angeschlossener Antenne 302.
Das Frontend 301 entspricht beispielsweise dem Booster-Frontend 203 und die Antenne 302 entspricht beispielsweise der NFC-Antenne 207.
Die Antenne 302 bildet gemeinsam mit Kapazitäten 303, 304, 308 und Ausgängen 305 und 309 des Frontends 301 einen Antennenschwingkreis.
Ein erster Anschluss 313 ist über eine Kapazität 306 mit einem ersten Eingang 307 des Frontends 301 gekoppelt.
Ein zweiter Anschluss 314 der Antenne 302 ist über die Kapazität 308 mit einem zweiten Ausgang 309 des Frontends 301 und über eine Kapazität 310 mit einem zweiten Eingang 311 des Frontends 301 gekoppelt.
Das Frontend 301 weist außerdem einen Erdungsanschluss 312 auf.
Eine Möglichkeit in dem Antennenschwingkreis enthaltene Energie zu entfernen ist es, einen Widerstand parallel zur Antenne 302, z.B. zwischen die Eingänge 307, 311, zu schalten, so dass in einer Sendepause die Energie des Antennenschwingkreises (durch Entladen) gedämpft (d.h. verringert) wird. Diese Herangehensweise ist jedoch für eine Antenne 302 mit hoher Güte oder hoher Induktivität problematisch, da die Spannung am Antennenschwingkreis in diesem Fall die maximale zulässige Betriebsspannung an den Eingangs-Anschlüssen 311, 312 des Frontends 301 überschreiten kann. Der Einsatz der externen Entkoppelkapazitäten (dritte Kapazität 306 und fünfte Kapazität 310) ermöglicht zwar eine Spannungsteilung zwischen dem Antennenschwingkreis und den Eingangs-Anschlüssen 311, 312, führt aber dazu, dass das passive Dämpfen durch den parallelen Widerstand nicht mehr effektiv ist, da diese Dämpfungsschaltung von dem Antennenschwingkreis durch die Entkoppelkapazitäten 306, 310 abgeschnitten ist. In diesem Fall kann typischerweise z.B. eine XOR-Modulation für Modulationsschemata gemäß ISO/IEC 14443 Typ A mit hoher Bitrate, Typ B und Felica nicht unterstützt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein aktives Dämpfen eingesetzt, die das Entfernen (oder zumindest das Reduzieren zum großen Teil) der in dem Antennenschwingkreis enthaltenen Energie vor einer Synchronisationspause auch für eine Antenne 302 mit hoher Güte und hoher Induktivität ermöglicht.
4 zeigt einen Vergleich zwischen einem Fall ohne Dämpfung (in einem ersten Diagramm 401), einem Fall mit passiver Dämpfung (in einem zweiten Diagramm 402) und einem Fall mit aktiver Dämpfung (in einem dritten Diagramm 403).
Die Zeit läuft in den Diagrammen 401, 402, 403 von links nach rechts (d.h. in x-Richtung) und die verschiedenen Signalpegel sind in y-Richtung dargestellt.
In den Diagrammen 401, 402, 403 zeigt eine jeweilige erste Kurve 404 den Verlauf der Spannung zwischen den Eingängen 307 und 311, eine jeweilige zweite Kurve 405 ein mögliches Zuschalten eines Dämpfungswiderstands zwischen die Eingänge 307 und 311, eine jeweilige dritte Kurve 406 das an den ersten Ausgang 305 angelegte Potential und eine jeweilige vierte Kurve 407 das an den zweiten Ausgang 309 angelegte Potential.
Im Fall ohne Dämpfung (erstes Diagramm 401) wird kein Dämpfungswiderstand verwendet und entsprechend ist die zweite Kurve 405 konstant auf niedrigem Pegel. In einer Sendepause 408 werden beide Ausgänge 305, 309 auf konstantes Potential (z.B. gleiches Potential, z.B. Massepotential) gelegt und die Amplitude der Spannung, die zwischen den Eingangsknoten 307, 311 schwingt und die im Antennenschwingkreis enthaltene Energie widerspiegelt, nimmt verhältnismäßig langsam ab.
Im Fall mit passiver Dämpfung (zweites Diagramm 402) wird in einer Dämpfungsperiode 409 am Anfang der Sendepause zwischen die Eingänge 307, 311 ein Dämpfungswiderstand geschaltet. Die beiden Ausgänge 305, 309 werden auf konstantes Potential gelegt. Die Amplitude der Spannung, die zwischen den Eingangsknoten 307, 311 schwingt und die im Antennenschwingkreis enthaltene Energie widerspiegelt, nimmt in der Dämpfungsperiode 409 verhältnismäßig schnell ab und eine nachfolgende Synchronisationsperiode 410 der Sendepause kann zur Synchronisation mit dem Leserfeld verwendet werden.
Wie oben erläutert ist die Verwendung eines Dämpfungswiderstands in manchen Fällen jedoch unerwünscht oder nicht effektiv oder erfordert eine niederohmige Koppelung (interne Koppelung) von der Antenne zu den Eingängen.
Im Fall mit aktiver Dämpfung (drittes Diagramm 403), wie sie gemäß verschiedenen Ausführungsformen vorgesehen ist, wird kein Dämpfungswiderstand verwendet und entsprechend ist die zweite Kurve 405 konstant auf niedrigem Pegel.
In einer Dämpfungsperiode 409 am Anfang der Sendepause werden die Potentiale an den Ausgangsanschlüssen invertiert. Anders ausgedrückt werden die Potentiale an den Ausgangsanschlüssen um 180 Grad phasenverschoben, sichtbar für den Zeitpunkt 411, an denen aufgrund der Phasenverschiebung die Länge der aktuellen Pulse an den Ausgängen 305, 309 verdoppelt wird.
Damit ist die Schwingung, die dem Antennenschwingkreis zugeführt wird, gegenphasig zu der im Antennenschwingkreis vorhandenen Schwingung.
Die Amplitude der Spannung, die zwischen den Eingangsknoten 307, 311 schwingt und die im Antennenschwingkreis enthaltene Energie widerspiegelt, nimmt deshalb in der Dämpfungsperiode 409 verhältnismäßig schnell ab und das Frontend 301 kann eine nachfolgende Synchronisationsperiode 410 der Sendepause zur Synchronisation des Oszillators 209 mit dem Leserfeld verwenden.
Das aktive Dämpfen kann bei internem oder externem Koppeln eingesetzt werden. Es ermöglicht die Verwendung von XOR-Modulation für alle Modulationsschemata und Bitraten für eine Antennenstruktur, wie sie in 3 dargestellt ist.
Das aktive Treiben der Ausgangsanschlüsse 305, 309 in entgegengesetzter Richtung (d.h. mit der invertierten Trägerschwingung), wie es gemäß verschiedenen Ausführungsformen beim aktiven Dämpfen vorgesehen ist, eliminiert die Energie in dem Antennenschwingkreis und öffnet ein Fenster, in dem das Leserfeld präsent ist, von dem Antennenschwingkreis aufgenommen werden kann und von der NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 dazu verwendet werden kann, den Oszillator 209 mit dem Leserfeld zu synchronisieren. Das Frontend 203 kann die Dauer und den Pegel der invertierten Trägerschwingung gemäß Parametern der Antenne 302 (z.B. Induktivität und Qualitätsfaktor) einstellen.
Im Falle keiner Dämpfung, wie es das erste Diagramm 401 veranschaulicht, ist die Energie im Antennenschwingkreis (auch nach dem Abschalten der Trägerschwingung in der Sendepause) hingegen zu hoch, was die Synchronisationsperiode korrumpiert.
Das aktive Dämpfen gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann z.B. für eine Drei-Phasen-XOR-Modulation für eine Antenne mit hoher Güte und/oder hoher Induktivität, für ISO/IEC 14443 Typ A-Übertragung mit höheren Bitraten, für ISO/IEC 14443 Typ B-Übertragung mit Standard Baud-Rate und höheren Bitraten und für Felica 212 kBit/s und 424 kBit/s eingesetzt werden. Es erlaubt den Betrieb der NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 in größerer Entfernung zur Leservorrichtung 202 und führt zu besserer Interoperabilität und Bedienerfreundlichkeit für den Benutzer.
5 veranschaulicht ein aktives Dämpfen bei einer Drei-Phasen-XOR-Modulation.
Wie in 4 läuft die Zeit in 5 von links nach rechts (d.h. in x-Richtung) und die verschiedenen Signalpegel sind in y-Richtung dargestellt.
Eine erste Kurve 501 veranschaulicht den Sub-Träger. Die Signalübertragung erfolgt gemäß dem in diesem Beispiel verwendeten XOR-Modulation-Kommunikationsprotokoll durch eine Aneinanderreihung von Sub-Trägern. Der dargestellte Sub-Träger 501 dient beispielsweise zur Übertragung eines einzelnen Bits von der NFC-Kommunikationsvorrichtung 201 an die Leservorrichtung 202. Beispielsweise repräsentiert der Subträger mit der dargestellten Phase eine binäre 1 oder eine binäre 0.
Eine zweite Kurve 502 zeigt den Verlauf der Spannung zwischen den Eingängen 307 und 311, also die effektive Spannung im Antennenschwingkreis, deren Amplitude die im Antennenschwingkreis enthaltene Energie repräsentiert.
In den Sendeperioden 503, 504 (wie gemäß dem verwendeten Kommunikationsprotokoll vorgesehen) führt das Frontend 301 der Antenne 302 über die Ausgänge 305, 309 die normale (d.h. nicht-invertierte) Trägerschwingung zu. Steigende Flanken des Subträgers 501 werden dabei durch einen Phasenversatz zwischen einer MS2-Sendeperiode 503 und einer MS1-Sendeperiode 504 übertragen. Nach der MS1-Sendeperiode 504 folgt eine Dämpfungsperiode 505, in der das Frontend 301 der Antenne 302 (bzw. dem Antennenschwingkreis) die (gegenüber der vorhergehenden MS1-Sendeperiode 504) invertierte Trägerschwingung zuführt. Die Amplitude der Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen 311, 312 nimmt dabei schnell ab und im Anschluss wird der Antennenschwingkreis vom Leserfeld angeregt, was in einer folgenden Einrastperiode 506 das Frontend 301 nutzt, um den Oszillator 209 (z.B. eine PLL) auf die Frequenz und Phase des Leserfelds einzustellen, d.h. den Oszillator 209 mit dem Leserfeld zu synchronisieren.
Wie erläutert erfolgt das aktive Dämpfen durch Zuführen der invertierten Trägerschwingung, d.h. in anderen Worten durch Senden des invertierten Trägers, durch das Frontend 301 an den Ausgangsanschlüssen 305, 309. Das Frontend kann die Stärke des Sendens des invertierten Trägers individuell einstellen und auf die gegenwärtige Signalstärke des nichtinvertierten Trägers dynamisch anpassen. Das Frontend 301 kann gemäß einer Ausführungsform die Dämpfungsdauer in Schritten von halben Trägerzyklen festlegen.
Zusammenfassend wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen eine Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt, wie sie in 6 dargestellt ist.
6 zeigt eine Kommunikationsvorrichtung 600 gemäß einer Ausführungsform.
Die Kommunikationsvorrichtung 600 weist einen Antennenschwingkreis 601 und einen Antennentreiber 602 auf, der eingerichtet ist, dem Antennenschwingkreis 601 eine Trägerschwingung zuzuführen.
Die Kommunikationsvorrichtung 600 weist ferner eine Steuereinrichtung 603 auf, die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht und eingerichtet ist, den Antennentreiber 602 derart zu steuern, dass er dem Antennenschwingkreis 601 die invertierte Trägerschwingung zuführt.
In anderen Worten versorgt der Antennentreiber im Normalbetrieb, z.B. im Sendebetrieb, den Antennenschwingkreis mit einer Trägerschwingung. Wenn eine Synchronisationsperiode bevorsteht, in anderen Worten ein Zeitintervall, vor der dem Antennenschwingkreis Energie entzogen werden soll, steuert die Steuereinrichtung den Antennenschwingkreis derart, dass er dem Antennenschwingkreis den invertierten Träger zuführt. Beispielsweise führt der Antennentreiber dem Antennenschwingkreis während einer gewissen Zeitdauer eine Trägerschwingung (mit bestimmter Frequenz und Phase) zu und, wenn die Steuereinrichtung detektiert, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht, steuert sie den Antennentreiber derart, dass er dem Antennenschwingkreis die Trägerschwingung mit 180 Grad Phasenverschiebung (und damit die gegenüber der vorher zugeführten Trägerschwingung invertierte Trägerschwingung) zuführt.
Die Steuereinrichtung kann gemäß dem verwendeten Kommunikationsprotokoll, z.B. gemäß einer Rahmenstruktur des Kommunikationsprotokolls, feststellen (d.h. detektieren) dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht, z.B. als Teil einer Sendepause, in der die Kommunikationsvorrichtung gemäß dem Kommunikationsprotokoll nicht sendet. Die invertierte Trägerschwingung, die der Antennentreiber dem Antennenschwingkreis zuführt, dient also insbesondere nicht der Datenübertragung, er ist beispielsweise frei von Modulation (z.B. Amplituden- oder Phasenmodulation) oder zumindest frei von Modulation gemäß zu übertragender Daten.
Nach ausreichender Dämpfung stoppt der Antennentreiber beispielsweise die Zufuhr der invertierten Trägerschwingung zur Antenne und führt der Antenne weder die Trägerschwingung noch die invertierte Trägerschwingung zu, um es dem Antennenschwingkreis zu ermöglichen, sich mit einem Leserfeld zu synchronisieren, d.h. von dem Leserfeld angeregt zu werden und synchron mit dem Leserfeld zu schwingen.
Die aktive Dämpfung ermöglicht ein schnelles Entfernen der im Antennenschwingkreis gespeicherten Energie. Dementsprechend steht (verglichen mit keiner oder passiver Dämpfung) mehr Zeit zur Verfügung, so dass beispielsweise die Sendepause verkleinert werden kann (z.B. später begonnen werden kann) und mehr Zeit zum Senden verwendet werden kann. Beispielsweise kann dadurch die Redundanz der Datenübertragung erhöht werden (z.B. durch Übertragung größerer Teile eines Subträgers) was wiederum die Robustheit der Datenübertragung erhöht.
Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, den Antennentreiber so lange zu steuern, dass er dem Antennenschwingkreis die invertierte Trägerschwingung zuführt, bis die in dem Antennenschwingkreis enthaltene Energie unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt. Die entsprechende Dauer kann vorab geschätzt werden oder durch Simulation von ein oder mehrere typische Fälle ermittelt werden. Die invertierte Trägerschwingung wird beispielsweise mindestens mehrere Taktzyklen lang dem Antennenschwingkreis zugeführt.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm 700, dass ein Verfahren zum Betreiben eines Antennenschwingkreises gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
In 701 wird einem Antennenschwingkreis eine Trägerschwingung zugeführt.
In 702 wird detektiert, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht.
In 703 wird dem Antennenschwingkreis die invertierte Trägerschwingung zugeführt.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiel angegeben.
Ausführungsbeispiel 1 ist eine Kommunikationsvorrichtung, wie sie in 6 dargestellt ist.
Ausführungsbeispiel 2 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1, ferner aufweisend eine Sendeeinrichtung, die eingerichtet ist, basierend auf der Trägerschwingung Daten zu senden.
Ausführungsbeispiel 3 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2, wobei die Sendeeinrichtung eingerichtet ist, die Daten gemäß einem Kommunikationsprotokoll zu übermitteln, wobei die Synchronisationsperiode gemäß dem Kommunikationsprotokoll bevorsteht.
Ausführungsbeispiel 4 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, basierend auf dem Kommunikationsprotokoll zu detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht.
Ausführungsbeispiel 5 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 oder 4, wobei der Antennentreiber eingerichtet ist, dem Antennenschwingkreis die Trägerschwingung zum Senden von Daten in einer Sendeperiode gemäß dem Kommunikationsprotokoll zuzuführen und die Synchronisationsperiode Teil einer Sendepause ist, in dem die Sendeeinrichtung gemäß dem Kommunikationsprotokoll keine Daten sendet.
Ausführungsbeispiel 6 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 5, wobei die Synchronisationsphase eine Phase zur Synchronisation der Kommunikationsvorrichtung mit der Frequenz und Phase einer anderen Kommunikationsvorrichtung ist.
Ausführungsbeispiel 7 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist den Antennentreiber so lange zu steuern, dass er dem Antennenschwingkreis die invertierte Trägerschwingung zuführt, bis die in dem Antennenschwingkreis enthaltene Energie unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt.
Ausführungsbeispiel 8 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist den Antennentreiber derart zu steuern, dass beim Zuführen der invertierten Trägerschwingung zu dem Antennenschwingkreis zwischen dem Antennentreiber und dem Antennenschwingkreis Impedanzanpassung besteht.
Ausführungsbeispiel 9 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 8, aufweisend einen Frequenzgeber, der eingerichtet ist, die Trägerschwingung zu erzeugen.
Ausführungsbeispiel 10 ist eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 9, aufweisend einen Empfänger, der eingerichtet ist, in der Synchronisationsperiode ein Referenz-Trägersignal zu empfangen und eingerichtet ist, den Frequenzgeber mit der Trägerschwingung zu synchronisieren.
Ausführungsbeispiel 11 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antennenschwingkreises, wie es in 7 beschrieben ist.
Ausführungsbeispiel 12 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 11, ferner aufweisend Senden von Daten basierend auf der Trägerschwingung Daten.
Ausführungsbeispiel 13 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 12, aufweisend Übermitteln der Daten gemäß einem Kommunikationsprotokoll, wobei die Synchronisationsperiode gemäß dem Kommunikationsprotokoll bevorsteht.
Ausführungsbeispiel 14 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 13, aufweisend Detektieren basierend auf dem Kommunikationsprotokoll zu detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht.
Ausführungsbeispiel 15 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 13 oder 14, aufweisend Zuführen der Trägerschwingung zu dem Antennenschwingkreis zum Senden von Daten in einer Sendeperiode gemäß dem Kommunikationsprotokoll, wobei die Synchronisationsperiode Teil einer Sendepause ist, in dem die Sendeeinrichtung gemäß dem Kommunikationsprotokoll keine Daten sendet.
Ausführungsbeispiel 16 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 11 bis 15, wobei die Synchronisationsphase eine Phase zur Synchronisation einer Kommunikationsvorrichtung mit der Frequenz und Phase einer anderen Kommunikationsvorrichtung ist.
Ausführungsbeispiel 17 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 11 bis 16, aufweisend Zuführen der invertierten Trägerschwingung zu dem Antennenschwingkreis so lange bis die in dem Antennenschwingkreis enthaltene Energie unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt.
Ausführungsbeispiel 18 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 11 bis 17, aufweisend Zuführen der invertierten Trägerschwingung zu dem Antennenschwingkreis mittels eines Antennentreibers derart, dass beim Zuführen der invertierten Trägerschwingung zu dem Antennenschwingkreis zwischen dem Antennentreiber und dem Antennenschwingkreis Impedanzanpassung besteht.
Ausführungsbeispiel 19 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 11 bis 18, aufweisend Erzeugen der Trägerschwingung mittels eines Frequenzgebers.
Ausführungsbeispiel 20 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 19, aufweisend Empfangen eines Referenz-Trägersignals in der Synchronisationsperiode und Synchronisieren des Frequenzgebers mit der Trägerschwingung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Sendevorrichtung bereitgestellt, die einen Taktgeber zum Bereitstellen einer Trägerfrequenz aufweist, eine Treibereinrichtung, die eingerichtet ist, in einer Sendeperiode eine Antenne basierend auf der Trägerfrequenz zu speisen und die eingerichtet ist, im Anschluss an eine Sendeperiode die Antenne basierend auf der invertierten Trägerfrequenz zu speisen.
Obwohl die Erfindung vor allem unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollte es von denjenigen, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, verstanden werden, dass zahlreiche Änderungen bezüglich Ausgestaltung und Details daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Bereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird, abzuweichen. Der Bereich der Erfindung wird daher durch die angefügten Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche Änderungen, welche unter den Wortsinn oder den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, umfasst werden.
Bezugszeichenliste

100: Kommunikationsanordnung
101: NFC-Kommunikationsvorrichtung
102: NFC-Leservorrichtung
103: Leserantenne
104: Frontend
105: NFC-Antenne
106: integrierte Schaltung
200: Kommunikationsanordnung
201: NFC-Kommunikationsvorrichtung
202: NFC-Leservorrichtung
203: Booster-Frontend
204: integrierte Schaltung
205: Frontend
206: Schnittstelle
207: NFC-Antenne
208: Leserantenne
209: Frequenzgeber
301: Frontend
302: Antenne
303: Kapazität
304: Kapazität
305: Ausgangsanschluss
306: Kapazität
307: Eingangsanschluss
308: Kapazität
309: Ausgangsanschluss
310: Kapazität
311: Eingangsanschluss
312: Erdungsanschluss
313: Antennenanschluss
314: Antennenanschluss
401: Diagramm (keine Dämpfung)
402: Diagramm (passive Dämpfung)
403: Diagramm (aktive Dämpfung)
404: Spannungsverlauf
405: Aktivität Dämpfungswiderstand
406: zugeführtes Potential
407: zugeführtes Potential
408: Sendepause
409: Dämpfungsperiode
410: Synchronisationsperiode
411: Zeitpunkt
501: Subträger
502: Spannungsverlauf
503: MS2-Sendeperiode
504: MS1-Sendeperiode
505: Dämpfungsperiode
506: Einrastperiode
600: Kommunikationsvorrichtung
601: Antennenschwingkreis
602: Antennentreiber
603: Steuereinrichtung
700: Ablaufdiagramm
701: Ablaufschritt
702: Ablaufschritt
703: Ablaufschritt

Claims

Kommunikationsvorrichtung (600), aufweisend: Einen Antennenschwingkreis (601); Einen Antennentreiber (603), der eingerichtet ist, dem Antennenschwingkreis (601) eine Trägerschwingung zuzuführen; Eine Steuereinrichtung (602), die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht und eingerichtet ist, den Antennentreiber (603) derart zu steuern, dass er dem Antennenschwingkreis (601) die invertierte Trägerschwingung zuführt, so dass die Länge des Pulses an dem Antennenschwingkreis im Zeitpunkt (411) des Übergangs zur Dämpfungsperiode (409) verdoppelt ist.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine Sendeeinrichtung, die eingerichtet ist, basierend auf der Trägerschwingung Daten zu senden.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß Anspruch 2, wobei die Sendeeinrichtung eingerichtet ist, die Daten gemäß einem Kommunikationsprotokoll zu übermitteln, wobei die Synchronisationsperiode gemäß dem Kommunikationsprotokoll bevorsteht.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinrichtung (602) eingerichtet ist, basierend auf dem Kommunikationsprotokoll zu detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Antennentreiber (603) eingerichtet ist, dem Antennenschwingkreis (601) die Trägerschwingung zum Senden von Daten in einer Sendeperiode gemäß dem Kommunikationsprotokoll zuzuführen und die Synchronisationsperiode Teil einer Sendepause ist, in dem die Sendeeinrichtung gemäß dem Kommunikationsprotokoll keine Daten sendet.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Synchronisationsphase eine Phase zur Synchronisation der Kommunikationsvorrichtung (600) mit der Frequenz und Phase einer anderen Kommunikationsvorrichtung (600) ist.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (602) eingerichtet ist den Antennentreiber (603) so lange zu steuern, dass er dem Antennenschwingkreis (601) die invertierte Trägerschwingung zuführt, bis die in dem Antennenschwingkreis (601) enthaltene Energie unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (602) eingerichtet ist den Antennentreiber (603) derart zu steuern, dass beim Zuführen der invertierten Trägerschwingung zu dem Antennenschwingkreis (601) zwischen dem Antennentreiber (603) und dem Antennenschwingkreis (601) Impedanzanpassung besteht.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend einen Frequenzgeber, der eingerichtet ist, die Trägerschwingung zu erzeugen.
Kommunikationsvorrichtung (600) gemäß Anspruch 9, aufweisend einen Empfänger, der eingerichtet ist, in der Synchronisationsperiode ein Referenz-Trägersignal zu empfangen und eingerichtet ist, den Frequenzgeber mit der Trägerschwingung zu synchronisieren.
Verfahren zum Betreiben eines Antennenschwingkreises (601) aufweisend: Zuführen einer Trägerschwingung zu einem Antennenschwingkreis (601); Detektieren, dass eine Synchronisationsperiode bevorsteht; und Zuführen der invertierten Trägerschwingung zu dem Antennenschwingkreis (601), so dass die Länge des Pulses an dem Antennenschwingkreis im Zeitpunkt (411) des Übergangs zur Dämpfungsperiode (409) verdoppelt ist.