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模式切换模块以及模式切换方法.pdf

  • 上传人:g****
  • 文档编号:5618840
  • 上传时间:2019-02-24
  • 格式:PDF
  • 页数:11
  • 大小:1.39MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201210348955.7

    申请日:

    2012.09.19

    公开号:

    CN103684535A

    公开日:

    2014.03.26

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H04B 5/00申请日:20120919|||公开

    IPC分类号:

    H04B5/00

    主分类号:

    H04B5/00

    申请人:

    晨星软件研发(深圳)有限公司; 晨星半导体股份有限公司

    发明人:

    陈建盛; 罗永志

    地址:

    518057 广东省深圳市南山区高新南一道中国科技开发院中科研发园三号楼塔楼4-5号

    优先权:

    专利代理机构:

    上海专利商标事务所有限公司 31100

    代理人:

    陈亮

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    内容摘要

    本发明的实施例揭示一种模式切换模块,应用于切换一近场通信元件于一睡眠模式及一通信模式间,该模式切换模块包含有:一谐振电路驱动器,用以驱动一谐振电路以产生一振荡信号;一环境检测器,用以检测该振荡信号受环境影响的程度;以及一有限状态机,依据该振荡信号受环境影响的程度判断是否将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种模式切换模块,应用于切换一近场通信元件于一睡眠模式及一通信模式间,该模式切换模块包含有:
    一谐振电路驱动器,用以驱动一谐振电路以产生一振荡信号;
    一环境检测器,用以检测该振荡信号受环境影响的程度;以及
    一有限状态机,依据该振荡信号受环境影响的程度判断是否将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式。

    2.  如权利要求1所述的模式切换模块,其特征在于,该通信模式包含一读卡机模式以及一标签模式。

    3.  如权利要求2所述的模式切换模块,其特征在于,该环境检测器包含有:
    一信号强度检测器,用以检测该振荡信号的一振幅;其中当该振幅与一起始振幅差异达一第一阈值时,该有限状态机将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式。

    4.  如权利要求3所述的模式切换模块,其特征在于,当该振幅与该起始振幅差异达该第一阈值,且未达一第二阈值时,该有限状态机将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该读卡机模式;以及当该振幅与该起始振幅差异达该第二阈值时,该有限状态机将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该标签模式。

    5.  如权利要求4所述的模式切换模块,其特征在于,该环境检测器还包含一振荡频率检测器,用以检测该振荡信号的一频率;
    其中当该频率与一起始频率差异达一第三阈值,且该振幅与该起始振幅差异未达该第二阈值时,该有限状态机将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该读卡机模式。

    6.  如权利要求5所述的模式切换模块,其特征在于,还包含有一记录器,用以记录该近场通信元件进入该睡眠模式时所对应的该起始振幅、及该起始频率。

    7.  如权利要求6所述的模式切换模块,其特征在于,该记录器记录有该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式的原因。

    8.  如权利要求6所述的模式切换模块,其特征在于,该起始振幅、及该起始频率随着该近场通信元件所在环境的变化而被更新。

    9.  如权利要求1所述的模式切换模块,其特征在于,当该近场通信元件处于该睡眠模式时,关闭该近场通信元件的一接收机及一控制器。

    10.  一种模式切换方法,应用于切换一近场通信元件于一睡眠模式及一通信模式间,该方法包含有:
    令该近场通信元件进入该睡眠模式;
    驱动一谐振电路,以产生一振荡信号;
    检测该振荡信号受环境影响的程度;以及
    依据该振荡信号受环境影响的程度将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式。

    11.  如权利要求10所述的模式切换方法,其特征在于,该通信模式包含一读卡机模式以及一标签模式。

    12.  如权利要求11所述的模式切换方法,其特征在于,包含有:记录该近场通信元件进入该睡眠模式时所对应的一起始值;其中,该起始值至少包含一起始频率以及一起始振幅。

    13.  如权利要求12所述的模式切换方法,其特征在于,包含有:检测该振荡信号的一振幅,当该振幅与该起始振幅差异达一第一阈值时,将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式。

    14.  如权利要求13所述的模式切换方法,其特征在于,包含有:
    当该振幅与该起始振幅差异达该第一阈值,且未达一第二阈值时,将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该读卡机模式;以及
    当该振幅与该起始振幅差异达该第二阈值时,将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该标签模式。

    15.  如权利要求14所述的模式切换方法,其特征在于,包含有:检测该振荡信号的一频率,当该频率与该起始频率差异达一第三阈值,且该振幅与该起始振幅差异未达该第二阈值时,将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该读卡机模式。

    16.  如权利要求15所述的模式切换方法,其特征在于,还包含有:记录该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式的原因。

    17.  如权利要求15所述的模式切换方法,其特征在于,该起始值会随着该近场通信元件所在环境的变化而被更新。

    18.  如权利要求10所述的模式切换方法,其特征在于,令该近场通信元件进入该睡眠模式的步骤包含:关闭该近场通信元件的一接收机及一控制器。

    说明书

    说明书模式切换模块以及模式切换方法
    技术领域
    本发明相关于近场通信(near-field communication,NFC)元件以及相关的控制方法,尤指关于NFC元件在各个操作模式切换控制,以达到省电目的。
    背景技术
    NFC套用射频识别技术(radio-frequency identification,RFID),是一种不需实际触碰,只要在几公分左右的距离感应一下,就能让两个装置互相交换数据的技术。目前以由飞利浦独立出来的恩智浦(NXP)推动的Mifare与索尼的FeliCa两种规范为大宗,主要应用在交通及金融单位。
    目前的NFC技术是由一个称为NFC技术论坛(NFC Forum)的工业组织所领导制定。NFC技术论坛制定了NFC元件的许多操作模式,包含有:一读卡机模式(reader/writer mode)、一点对点通信模式(peer-to-peer mode)、以及一标签模式(card-emulation mode)。当NFC元件操作在读卡机模式时,这NFC元件就像一般NFC读卡机一样,可以向一传统的NFC标签,读取或是写入数据。当操作于点对点通信模式时,两个NFC元件可以互相交换数据。举例来说,两个NFC元件可以分享蓝芽(Bluetooth)或是WiFi设定参数、或是可以交换数字相片等。当操作于标签模式时,这NFC元件对于一个外界的读卡机而言,就像一个传统的NFC标签。标签模式比较常用在无线票务或是付费系统。当然,除了以上三个模式之外,NFC元件也可以操作在其他协定的无线通信模式中,视NFC元件所希望具有的功能而定。
    随着NFC的广泛应用,NFC技术也开始被移动式装置(像是手机或是个人数字助理(personal digital assistant)等)所采用,带给使用者方便的使用经验。举例来说,采用NFC技术的智慧手机(以下称为NFC手机),可以操作于标签模式,以无线方式来进行小额付费;可以操作于读卡机模式,来读取智慧型海报(smart poster)所带有的广告讯息;可以操作于点对点模式,跟另一个智慧手机分享其中的照片。
    NFC操作模式中,读卡机模式与点对点模式是属于非常耗电能的操作,标签模式相对的比较不耗电。如何切换操作模式,对于移动式装置的待机时间而言,影响非常的大。
    一种操作模式切换的方法是手动式。举例来说,让一NFC手机平时一直停留在标签模式中。当使用者选用此NFC手机中特定的应用程式时,此NFC手机才进入读卡机模式或点对点模式。这种方法虽然省电,但是对于使用者而言,相当的不方便。
    另一种是采用轮询(polling)方式。举例来说,一NFC手机大致停留在标签模式中,只是周期性但短暂地自动进入读卡机模式。这样,当一使用者带着此NFC手机接近并停留在一智慧型海报前时,此NFC手机便可以自动读取此智慧型海报中的讯息。尽管操作上方便,但是,每次操作于读卡机模式时,NFC手机消耗的电量相当的可观,可能高达50毫安培(mA)。这对移动式装置的待机时间而言,仍然有相当大的杀伤力。
    因此,操作模式的选取以及切换,是业界人士正在努力研究的课题,目的是提高使用者的方便性,并同时能延长移动式装置的待机时间。
    发明内容
    本发明的实施例揭示了一种模式切换模块,应用于切换一近场通信元件于一睡眠模式及一通信模式间,该模式切换模块包含有:一谐振电路驱动器,用以驱动一谐振电路以产生一振荡信号;一环境检测器,用以检测该振荡信号受环境影响的程度;以及一有限状态机,依据该振荡信号受环境影响的程度判断是否将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式。
    本发明的实施例另揭示一种模式切换方法,应用于切换一近场通信元件于一睡眠模式及一通信模式间,该方法包含有:令该近场通信元件进入该睡眠模式;驱动一谐振电路,以产生一振荡信号;检测该振荡信号受环境影响的程度;以及依据该振荡信号受环境影响的程度将该近场通信元件自该睡眠模式切换至该通信模式。
    附图说明
    图1显示依据本发明所实施例的一NFC元件。
    图2显示图1中的NFC元件10的操作模式的变化。
    图3显示一振荡频率检测器。
    图4显示一信号强度检测器。
    图5显示一电磁场检测器。
    图6显示一记录器中所记录的数据。
    主要元件符号说明
    10        NFC元件
    12        NFC芯片组
    14        环型天线
    16        模式切换模块
    18        电源管理单元
    20        控制器
    22        收发器
    24        反向器
    26        记录器
    28        环境检测器
    30        有限状态机
    32        电容
    34        振荡频率检测器
    36        信号强度检测器
    38        电磁场检测器
    49        参考时脉产生器
    50        计数器
    52        移位暂存器
    54        比较器
    56、58    电容
    60        模拟数字转换器
    62        比较器
    64        电阻
    Cf-CUR    计数结果
    Cf-INI              起始值
    Field-indicator     电磁场指标
    Freq-indicator      频率指标
    Level-indicator     强度指标
    Sref                参考信号
    Srf                 振荡信号
    VField-threshold    临界值
    VLevel-CUR          数字值
    VLevel-INI          起始值
    Vrf+、Vrf--         振荡信号
    具体实施方式
    图1显示依据本发明所实施例的一NFC元件10,可以装置于一NFC手机中。但本发明并不限于使用于NFC手机中,本发明可以适用于任何的NFC装置。
    NFC元件10包含有一NFC芯片组(chipset)12以及一环型天线14。NFC芯片组12可以是一单芯片。NFC元件10中有模式切换模块16、电源管理单元18、控制器20、以及收发器22。
    当操作于NFC技术论坛所定义的三个操作模式其中之一时,电源管理单元18使控制器20以及收发器22被供电,而收发器22驱动环型天线14。透过环型天线14,控制器20能跟另一个外界NFC元件,传递或是接收NFC信号。因此,以下泛称NFC技术论坛所定义的三个操作模式,为三个通信模式。
    除了可以操作于一般的通信模式之外,图1中的NFC元件10还可以操作于一睡眠模式(sleep mode)。在睡眠模式时,模式切换模块16被供电且工作着,但透过电源管理单元18的控制,控制器20以及收发器22基本上不被供电,所以NFC元件10不传送或是接收NFC信号。一般而言,在睡眠模式中,比较消耗电能的收发器22以及控制器20是等同于断电的,只有模式切换模块16透过环型天线14,监看外界的变化。因此,在睡眠模式中,将会相当的省电。模式切换模块16中具有一反向器24、一记录器26、一环境检测器28、以及一有限状态机(finite state machine,FSM)30。
    有限状态机30可以记录NFC元件10的当下操作模式,是处于睡眠模式还是三个通信模式其中之一,并据以控制电源管理单元18。
    从图1中可以发现,环型天线14与两个电容32可以构成一个谐振电路。在睡眠模式时,反向器24可以做为一谐振电路驱动器,驱动此谐振电路,来产生振荡信号。
    在睡眠模式时,环境检测器28透过检测此谐振电路上的振荡信号受环境影响的程度,来判断NFC元件10所处的环境是否有所改变。举例来说,当NFC元件10靠近另一个NFC元件时,因为环形天线14的电感值的改变,谐振电路上的振荡信号就会有所变化。一旦这个变化足够大,环境检测器28就送出相对应的信号,使有限状态机30脱离睡眠模式。
    环境检测器28包含一振荡频率检测器(frequency detector)34、一信号强度检测器(level detector)36、以及一电磁场检测器(field detector)38。举例来说,振荡频率检测器34检测环形天线14跟电容32所构成的谐振电路所产生的一振荡信号Srf的振荡频率。信号强度检测器36则是检测此谐振电路所产生的振荡信号Vrf+与Vrf-的振幅。电磁场检测器38则是检测通过环型天线14的电磁场强度。
    在睡眠模式中,反向器24驱动环形天线14跟电容32,因而产生振荡信号Srf、Vrf+与Vrf时,这些振荡信号的频率大约都会等于1/sqr(LC),其中,sqr为开根号,L为环形天线14的电感值,C为谐振电路中的一等效电容值。
    当NFC元件10的环境没有变化,举例来说,NFC元件10没有邻近其他的NFC元件时,环型天线14的电感量大约是一个定值。假定因为稳定的振荡,此时振荡信号Srf的振荡频率frf大约等于一起始频率fini;振荡信号Vrf+与Vrf-的振幅Arf+与Arf-大约为起始振幅Aini。
    当睡眠模式中的NFC元件10邻近一外界NFC标签时,因为另一环形天线(属于外界NFC标签)的出现,所以环形天线14的电感值起了变化,导致了谐振电路所产生的振荡信号的频率或振幅的改变。举例来说,振荡频率检测器34检查振荡信号Srf的振荡频率frf是否跟一起始频率fini有一相当的差异;而信号强度检测器36检测振荡信号Vrf+与Vrf-的振幅Arf+与Arf-与一起始振幅Aini是否有一相当的差异。如果振荡频率检测器34或信号强度检测器36发现了振荡频率frf、或是振幅Arf+与Arf-有了相当的变化,振荡频率检测器34或信号强度检测器36可以分别以频率 指标Freq-indicator或强度指标Level-indicator,通知有限状态机30,使其脱离睡眠模式,唤醒收发器22以及控制器20。
    当NFC元件10邻近一外界NFC读卡机时,NFC元件10会进入该外界NFC读卡机所建立起来的强力电磁场。因为电磁感应,所以环形天线14所产生的振荡信号Vrf+与Vrf-将会受该强力电磁场驱使而大幅震荡。电磁场检测器38检测振荡信号Vrf+与Vrf-的振幅是否超过一预设的临界振幅。如果超过了,意味着有强力电磁场的存出现,电磁场检测器38用电磁场指标Field-indicator,通知有限状态机30,使其脱离睡眠模式,唤醒收发器22以及控制器20。
    如果电磁场检测器38检测到强力电磁场的出现,因为强力电磁场的存在大致可以证明一外界NFC读卡机的出现,所以NFC元件10则脱离睡眠模式,进入标签模式;此时,可以忽略振荡频率检测器34或信号强度检测器36的检测结果。如果脱离睡眠模式是因为振荡频率检测器34或信号强度检测器36所造成的,且电磁场检测器38没有检测到强力磁场,则大致可以认定附近有物质影响了环形天线14的电感值,所以NFC元件10则脱离睡眠模式,进入读卡机模式。
    图2显示NFC元件10中的操作模式的变化。电磁场指标Field-indicator比起频率指标Freq-indicator与强度指标Level-indicator,有较高的优先权,可以使NFC元件10脱离睡眠模式,进入标签模式。而频率指标Freq-indicator或强度指标Level-indicator,可以使NFC元件10则脱离睡眠模式,进入读卡机模式。当在标签模式或是读卡机模式时,如果NFC元件10发现有一段相当长的时间是处于呆滞(idle)的状况时,就进入睡眠模式。举例来说,在标签模式时,控制器20可以辨识强力电磁场是否消失,来判断是否处于呆滞;在读卡机模式时,当控制器20发现没有NFC信号从环形天线14传递过来时,来判断是否处于呆滞。
    图3显示一振荡频率检测器34,其包含有一参考时脉产生器49、一计数器50、一移位暂存器(shift register)52以及一比较器54。振荡信号Srf作为计数器50的时脉输入。参考时脉产生器49周期性地以参考信号Sref重置(reset)计数器50的输出,使其归零。移位暂存器52则记忆了计数器50在每个参考时脉周期的计数结果Cf-CUR。计数结果Cf-CUR对应了当下振荡信号Srf的振荡频率frf。比较器54比较看计数结果Cf-CUR是否跟一起始值Cf-INI有相当的差异。稍后将解释,起始值Cf-INI可以是刚刚一开始进入睡眠模式时的计数结果Cf-CUR,所以就是对应一起始频 率fini。如果差异够大,则频率指标Freq-indicator为逻辑上的”1”,否则其为逻辑上的”0”。
    图4显示信号强度检测器36。电容56与58将个别记录振荡信号Vrf+与Vrf--的振幅。两者中的较大值将透过模拟数字转换器60转换成数字值VLevel-CUR。比较器62检查数字值VLevel-CUR是否跟一起始值VLevel-INI有相当的差异。稍后将解释,起始值VLevel-INI可以是刚刚一开始进入睡眠模式时的数字值VLevel-CUR。所以,数字值VLevel-CUR对应的是振荡信号Vrf+与Vrf-的当下振幅Arf+与Arf-中较高的那一个,起始值VLevel-INI对应的是振荡信号Vrf+与Vrf-的一起始振幅Aini。当数字值VLevel-CUR与起始值VLevel-INI之间的差异够大,意味了振荡信号Vrf+与Vrf--的振幅跟一开始进入睡眠模式时有相当的差异,则强度指标Level-indicator为逻辑上的”1”,否则其为逻辑上的”0”。
    图5显示电磁场检测器38。相较于图4中的信号强度检测器36,电磁场检测器38多了电阻64。熟悉本技术领域者可以推知,电磁场检测器38的操作与功能类似于信号强度检测器36,但是可以适用来检测当振荡信号Vrf+与Vrf--的振幅比较高时的状态。简单的说,当电磁场指标Field-indicator为逻辑上的”1”时,振荡信号Vrf+与Vrf--的振幅高过了临界值VField-threshold所对应的一临界振幅;反之,振荡信号Vrf+与Vrf--的振幅低于该临界振幅。这临界振幅应该高于信号强度检测器36所要比较的起始振幅Aini。
    在其他实施例中,信号强度检测器36可以采用跟电磁场检测器38完全不一样的电路。
    图6显示记录器26中所记录的数据,包含有频率指标Freq-indicator、强度指标Level-indicator、电磁场指标Field-indicator、起始值Cf-INI、以及起始值VLevel-INI。记录器26可以是一般的存储器或是正反器(flip flop)所构成。
    请同时参照图6、图1以及图2。当NFC元件10要从一通信模式进入睡眠模式时,控制器20以及收发器22都被关闭,反向器24使谐振电路开始振荡,记录器26记录当下的计数结果Cf-CUR与VLevel-CUR,来当作起始值Cf-INI与起始值VLevel-INI,并且将记录器26所存储的频率指标Freq-indicator、强度指标Level-indicator、与电磁场指标Field-indicator的逻辑值都重置为0。如同先前所述,起始值Cf-INI与起始值VLevel-INI将会作为之后NFC元件10是否符合脱离睡眠模式的条件判断。在睡眠模式中,谐振电路持续振荡。一旦环境检测器28所产生 的频率指标Freq-indicator、强度指标Level-indicator、与电磁场指标Field-indicator的任何一个转态为逻辑上的1时,有限状态机30将唤醒NFC元件10,使电源管理单元18开始对控制器20以及收发器22供电。同时,记录器26立刻记录当下频率指标Freq-indicator、强度指标Level-indicator与电磁场指标Field-indicator,也就是记录NFC元件10被唤醒的原因。被唤醒的控制器20将视记录器26所记录的频率指标Freq-indicator、强度指标Level-indicator、与电磁场指标Field-indicator,来决定操作于读卡机模式或是标签模式。模式切换规则如同图2所示。
    在睡眠模式时,如果电磁场指标Field-indicator转态为逻辑上的1,表示振荡信号Vrf+与Vrf--的振幅高过了临界值VField-threshold所对应的临界振幅,则NFC元件10将被唤醒,而操作于标签模式。在睡眠模式时,如果电磁场指标Field-indicator依然维持在逻辑上的0,但频率指标Freq-indicator或强度指标Level-indicator却转态为逻辑上的1,表示环形天线14的电感值因外在环境的变化而有所改变,则NFC元件10将被唤醒,而操作于读卡机模式。
    依照以上的说明,当图1中的NFC元件10没有接近另一个NFC元件时,几乎都会维持在睡眠模式中。经由实验证明,NFC元件10在睡眠模式中的耗电量可以不高于50微安培(uA)。所以,依据本发明所实施的NFC元件10,将会非常的省电。当NFC元件10接近一NFC标签时,就会自动从睡眠模式中,转态到操作于读卡机模式。当NFC元件10接近一NFC读卡机时,也会自动的转态到操作于标签模式。这样的自动化模式切换,可以带给使用者相当的便利性。
    如果操作于睡眠模式的一NFC元件10接近非NFC元件的金属时,NFC元件10可能会因为环形天线14的电感值起了变化,所以被唤醒,转态而进入读卡机模式。只是,经历一段时间的呆滞,NFC元件10将发现一直没有NFC信号从环形天线14传递过来,所以NFC将会依照图2中的规则,再次进入睡眠模式。请注意,在这次的睡眠模式中,记录器26所记录的起始值Cf-INI、以及起始值VLEVEL-INI,会被更新成有那非NFC元件的金属在附近时的起始值。换言之,NFC元件10会随着环境的变化,自动更新起始值Cf-INI以及起始值VLEVEL-INI,适应性地调整操作模式的切换条件。
    以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

    关 键  词:
    模式 切换 模块 以及 方法
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