阅读说明：本技术 用于近场通信中的协议检测和解码的集成电路和方法 (Integrated circuit and method for protocol detection and decoding in near field communication ) 是由 M·什蒂格利奇 I·布拉图兹 A·佩维克 R·本科维克 于 2019-06-17 设计创作，主要内容包括：一种用于解码由调制信号承载的数据流的方法,包括接收调制信号。调制信号是根据属于包括至少三个协议的协议组的协议进行调制的。该方法还包括从所接收的调制信号中提取时钟信号,检测协议,以及使用所提取的时钟信号根据检测到的协议来解码数据流。(A method for decoding a data stream carried by a modulated signal includes receiving the modulated signal. The modulated signal is modulated according to a protocol belonging to a protocol group comprising at least three protocols. The method also includes extracting a clock signal from the received modulated signal, detecting a protocol, and decoding the data stream according to the detected protocol using the extracted clock signal.)

用于近场通信中的协议检测和解码的集成电路和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月19日提交的欧洲专利申请No.18178584.1的优先权，该申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及无线通信领域中的协议检测和解码，并且在特定实施例中，涉及用于近场通信(NFC)中的协议检测和解码的集成电路和方法。

背景技术

本发明的实施例涉及无线通信领域，尤其是近场通信(NFC)，并且更具体地，涉及在多协议应答器或标签处检测和解码由与上述应答器或标签通信的读取器使用的协议。

近场通信(NFC)是用于无线设备、特别是智能电话和类似装置的一组标准，其用于通过使两个装置接触在一起或使它们接近(通常相距10cm或更小的距离)来在两个装置之间建立无线电通信。

NFC使用位于彼此的近场内的两个环形天线之间的电磁感应，以有效地形成空心变压器。例如，它以13.56MHz操作。NFC涉及发起者和目标。发起者或读取器主动生成RF场，该RF场可以为被动目标、被称为应答器或“标签”的无电源芯片供电。这使得NFC目标能够采用简单的形状因子，如不使用电池的粘贴标签、遥控钥匙或卡。

从读取器到标签的通信是通过读取器根据某些标准对载波信号进行幅度调制来实现的。

标签可以是被动的或主动的。在第一种情况下，标签不生成电磁场，而在第二种情况下，它也生成电磁场，并且读取器与标签之间的通信使用有源负载调制(ALM)。

NFC技术在ISO/IEC 18 092、ISO/IEC 21 481和NFC FORUM文档中被标准化，但是包含各种预先存在的标准，包括在ISO/IEC 14 443中标准化的A类协议和B类协议。

A类协议(也称为ISO 14443A和NFC-A技术)基于使用改进的米勒脉冲位置的开关键控(OOK)调制。帧的开始(称为SOF符号)仅由一个脉冲组成。帧的结束(EOF)由非调制周期来标记。

B类协议(也称为ISO 14443B和NFC论坛NFC-B技术)基于幅移键控(ASK)调制，并且采用直接比特编码。SOF符号包括10到11个低位，然后是2到3个高位。EOF由一些低位表示。

FeliC协议A(也称为NFC-F技术)在JIS.X.6319中标准化并且基于ASK调制，并且完全不同。数据在212kHz或424kHz的子载波时钟上进行曼彻斯特编码。SOF具有48个或更多个未调制的子载波时钟。数据的开始由子载波的第一相位变化来标记。EOF通过数据来发信号通知。

由于不同的幅度调制指数，在已知的解决方案中通常采用两个不同结构的解调器：OOK解调器和ASK解调器。

如果检测到B类或F类协议，则用于通过B类或F类解码器来解码发送到标签的数据的通常方法是频率与读取器载波信号频率成比例的时钟信号。上述时钟信号由耦合到标签天线线圈的时钟提取器生成。

然而，在检测到A类协议的情况下，时钟信号频率将不与读取器载波信号频率成比例。因此，时钟信号不能用作A类解码器的时钟。替代地，使用生成时钟信号的振荡器。

使用这个构思的缺点在于，振荡器导致实现成本的增加。它还需要进行测试，这会增加测试时间。

发明内容

本发明的实施例提出了一种架构，无论检测到协议A、B还是F，这种架构仅使用从读取器场中提取的时钟信号来解码由标签接收的数据。实施例提出了一种能够降低标签内的多协议检测的实现成本的解决方案。

在第一方面，提出了一种用于解码由调制信号承载的数据流的方法。该信号是根据属于包括ISO/IEC14443标准的协议A和B以及JIS.X.6319标准的协议F的组的一种协议进行调制的。该方法包括接收调制信号，检测协议并且使用时钟信号根据协议来解码数据流。

根据该方面，无论检测到的协议如何，时钟信号都是从所接收的调制信号中提取的时钟信号。例如，无论检测到的协议如何，仅使用所提取的时钟信号来解码数据流。

根据一个实施例，检测协议包括：对调制信号执行幅移键控ASK解调以提供第一信号，并且对调制信号执行开关键控OOK解调以提供第二信号。

如果调制信号是根据协议A、B或F进行调制的，则第一信号具有在第一状态(例如，“1”)与第二状态(例如，“0”)之间的转换。

如果调制信号是根据协议A进行调制的或最终根据协议F进行调制的，则第二信号具有在第一状态与第二状态之间的转换。

协议是从第一信号和第二信号检测的。

因此，ASK解调由ASK解调器执行。ASK解调器包括例如比较器，比较器具有第一参考电压，第一参考电压如此高(例如非调制电平的95％)以使得它可以根据三个协议A、B和F来检测调制。

另一方面，OOK解调由OOK解调器执行。OOK解调器包括例如比较器，比较器具有参考电压，该参考电压被设置为较低以仅检测A类协议。但是，有时，当根据F类协议的调制很深时，OOK解调器也可以检测F类协议。

更确切地说，根据标准规范的F类的最大调制指数为30％。在这样的调制指数下，调制电平为非调制电平的54％。但是，有些安装的读取器的调制电平甚至更低，例如非调制电平的50％。50％也是协议检测模式下OOK解调器的典型阈值，这表示OOK解调器也可以检测F类协议。

在一个实施例中，如果调制信号的电平大于第一阈值，则第二信号具有第一状态，并且如果调制信号的电平低于第二阈值，则第二信号具有第二状态，并且检测协议包括：如果第二信号具有第二状态，即当OOK解调器检测到可以是A类或F类协议的调制时，停止时钟信号，并且在非调制信号的接收期间不停止时钟信号。

例如，第一阈值是非调制电平的约50％，并且第二阈值变化以保持高于调制信号的电平，即使该电平变为零。第二阈值有助于快速检测调制信号的上升沿。

第一阈值和第二阈值通常在OOK解调器中实现。

如果OOK解调器检测到A类或F类协议，则可以将时钟信号强制为恒定值，例如零。一旦识别出协议，如果协议是A类，则时钟保持停止，但是如果协议是F类协议，则时钟信号不再停止。

在非调制信号的接收期间，例如在两个连续调制脉冲期间，时钟信号也永远不会停止。

因为当检测到OOK调制时停止时钟信号，所以在协议A和F之中检测协议包括有利地确定非调制信号的持续时间。

换言之，当时钟信号停止时，可以通过确定针对两个协议不同的非调制信号的持续时间来区分协议A和F。例如，当第一数据位为“0”时，速率为106kbps的A类协议的非调制信号的持续时间约为96/fc(载波频率为f_C)，并且速率为212kbps的F类协议的非调制信号的持续时间约为32/f_C。

如果OOK解调器检测到OOK调制并且时钟信号停止，则一旦标签接收到非调制信号，就可以确定在A和F协议之间进行区分的持续时间，这需要使用时钟信号。

检测协议B或F还可以包括分析第一信号。

ASK解调器可以检测A、B和F协议。可以通过分析作为ASK解调器的输出信号的第一信号来区分B和F协议。这可以通过检测F类前导码和B类SOF来完成。

如上所述，如果第二信号具有第二状态并且已经检测到F协议，则可以不再停止时钟信号。

换言之，如果被配置为检测A类协议的OOK解调器检测到F类协议，则时钟信号不再停止，因为时钟信号频率与在天线线圈标签上感应的信号的频率成比例。

在一个实施例中，解码数据流包括使用分别旨在解码根据协议A、B和F调制的数据流的三个解码器之中的一个解码器，并且在检测协议之前，旨在解码根据协议A调制的数据流的解码器已经被激活。

在一个实施例中，如果检测到协议A，则在调制信号的调制脉冲的接收期间停止时钟信号，存储与调制脉冲相对应的第二信号，并且对应的解码器将仅在非调制信号的接收期间基于所存储的第二信号来解码数据流。

例如，通过触发器或锁存器存储第二信号，直到在非调制信号的接收期间再次出现时钟信号。

根据另一实施例，解码根据检测到的协议进行调制的数据流包括激活对应的解码器并且禁用其他解码器。

如果检测到A类协议，则A类解码器保持被启用，并且其他解码器可以保持被禁用。如果检测到B类协议，则B类解码被器启用并且其他解码器可以被禁用，并且如果检测到F类协议，则F类解码器被启用并且其他解码器可以被禁用。

在另一方面，提出了一种用于解码由调制信号承载的数据流的集成电路，该信号是根据属于包括ISO/IEC14443标准的协议A和B以及JIS.X.6319标准的协议F的组的一种协议进行调制的。该集成电路包括：被配置为接收调制信号的接收器；被配置为检测协议的检测器；以及被配置为使用时钟信号根据协议来解码数据流的解码器。无论检测到的协议如何，时钟信号都是从所接收的调制信号中提取的时钟信号。

根据一个实施例，检测器包括：幅移键控ASK解调器，被配置为对调制信号执行ASK解调并且提供第一信号；以及开关键控OOK解调器，被配置为对调制信号执行OOK解调并且提供第二信号。如果调制信号是根据协议A、B或F进行调制的，则第一信号具有在第一状态与第二状态之间的转换，并且如果调制信号是根据协议A或最终根据协议F进行调制的，则第二信号具有在第一状态与第二状态之间的转换。检测器被配置为从第一信号和第二信号检测协议。

在一个实施例中，如果调制信号的电平大于第一阈值，则第二信号具有第一状态，并且如果调制信号的电平低于第二阈值，则第二信号具有第二状态，并且其中该集成电路还包括阻止模块，阻止模块耦合到OOK解调器的输出并且被配置为：如果第二信号具有第二状态，则停止时钟信号，并且在非调制信号的接收期间不再停止时钟信号。

阻止模块被配置为将时钟信号强制为恒定值，例如零。

根据另一实施例，检测器被配置为通过确定非调制信号的持续时间来在协议A和F之中检测协议。

在一个实施例中，检测器被配置为通过分析第一信号来检测协议B和F。

在一个实施例中，如果第二信号具有第二状态并且检测器检测到F协议，则阻止模块被配置为不再停止时钟信号。

根据另一实施例，解码器包括分别旨在解码根据协议A、B和F调制的数据流的三个解码器，并且该集成电路还包括控制装置，控制装置被配置为在检测器检测协议之前激活旨在解码根据协议A调制的数据流的解码器。

在一个实施例中，如果检测器检测到协议A，则阻止模块被配置为在调制信号的调制脉冲的接收期间停止时钟信号。该集成电路包括被配置为存储与调制脉冲相对应的第二信号的存储器，并且对应的解码器将仅在非调制信号的接收期间基于所存储的第二信号来解码数据流。

在一个实施例中，控制器被配置为激活旨在根据检测到的协议来解码数据流的解码器并且禁用其他解码器。

在另一方面，提出了一种包括集成电路的标签。

附图说明

根据仅通过示例并且鉴于以下附图给出的以下描述，本发明的其他特征和优点将很清楚，在附图：

图1至图5示意性地示出了所提出的发明的不同实施例。

具体实施方式

本发明的实施例涉及无线通信领域，尤其是近场通信(NFC)，并且更具体地，涉及在多协议应答器或标签处检测和解码由与应答器或标签通信的读取器使用的协议。

图1示出了标签TG的集成电路IC，其包括耦合到标签TG的线圈天线ANT的标签输入100。线圈天线ANT可以被配置为当标签以非接触方式与读取器RD通信时接收调制信号SIG。

调制信号SIG被发送到检测器MD，检测器MD被配置为从协议组之中检测协议。例如，该组协议可以包括A类、B类和F类协议。然后，调制信号SIG被发送到解码器电路DEC，解码器电路DEC被配置为解码由调制信号SIG承载的数据流。

检测器MD包括被配置为在第一检测器输入101上接收调制信号SIG的第一解调器DEM1。第一解调器DEM1还被配置为执行调制信号SIG的ASK解调并且在第一解调器输出103处递送第一信号SIG1。

在所示示例中，检测器MD被配置为区分B类协议和F类协议，并且通过检测器输出108在属于控制器MC的第一控制器输入118上递送信号。

更确切地说，检测器MD包括被配置为检测B类协议SOF的第一协议检测电路RB和被配置为检测F类协议SOF的第二协议检测电路RF。

在该示例中，第一协议检测电路RB和第二协议检测电路RF由检测电路DET全局参考，并且它们的连接将在图4中详述。根据可能的变型，第一协议检测电路RB和第二协议检测电路RF可以并入控制器MC中。

检测器MD还包括被配置为在第二检测器输入102处接收调制信号SIG的第二解调器DEM2。解调器DEM2还被配置为执行OOK解调并且在第二解调器输出104处输出第二信号SIG2。

解码器DEC包括B类解码器DB，其被配置为在第一DB解码器输入122上接收第一信号SIG1并且解码第一信号SIG1。解码器DEC还包括F类解码器DF，其被配置为在第一DF输入123上接收第一信号SIG1并且解码第一信号SIG1。解码器DEC还包括A类解码器DA。A类解码器DA可以初始运行。也就是说，A类解码器DA可以在接收第一信号SIG1之前运行。例如，初始运行可以表明解码器DA在任何协议检测过程开始之前已经在运行。

在该示例中，A类解码器DA被配置为在第一DA输入119上接收第二信号SIG2，第二信号SIG2由解码器DA内的存储器MMA存储。A类解码器DA还被配置为通过尝试解码存储的第二信号SIG2来检测A类协议。更确切地说，如果A类解码器DA成功解码第二信号SIG2，则表明第二信号SIG2已经根据A类协议被调制。

另一方面，如果A类解码器DA不能解码第二信号SIG2，则表明第二信号SIG2已经根据F类协议被调制。因此，A类解码器DA被配置为从第一DA输出120在第二控制器输入121上向控制器MC通知解码已经成功还是已经失败。在失败的情况下，如果电路RF检测到F类协议，则A类解码器DA将被禁用，并且F类解码器DF将被激活以解码第一信号SIG1。

根据可能的变型，检测器MD可以包括耦合到第二解调器DEM2和A类解码器DA的第三协议检测电路。第三协议检测电路可以被配置为接收第二信号SIG2并且检测A类协议的帧的开始。第三检测电路还可以被配置为确定非调制信号的持续时间，以便在A类协议和F类协议之间进行区分。

例如，当第一数据位为“0”时，速率为106kbps的A类协议的非调制信号的持续时间约为96除以载波频率(96/f_C)，并且速率为212kbps的F类协议的非调制信号的持续时间约为32除以载波频率(32/f_C)。

如果第三检测块检测到A类协议，则第三检测块将第二信号SIG2发送到A类解码器DA以解码第二信号SIG2。A类解码器DA可以初始如先前所描述的那样运行。也就是说，可以初始启用A类解码器DA以解码第二信号SIG2。

控制器MC被配置为从第一控制器输出124向B类解码器DB的第二DB输入115发送信号，从第二控制器输出125向F类解码器DF的第二DF输入116发送信号，以及从第三控制器输出126向A类解码器DA的第二DA输入117发送信号。

调制信号SIG还被发送到属于时钟提取器CLKEX的时钟输入105，时钟提取器CLKEX被配置为从调制信号SIG中提取定时信息。时钟提取器CLKEX还被配置为在时钟输出106处递送时钟信号CLK。

时钟信号CLK被发送到阻止电路ST的阻止输入109，阻止电路ST被配置为在转发的时钟信号输出110处递送相同的时钟信号CLK或者停止时钟信号。时钟信号CLK分别使用第一时钟解码器输入114、第二时钟解码器输入113和第三时钟解码器输入112对B类解码器DB、F类解码器DF和A类解码器DA的解码过程进行钟控，并且使用时钟控制器输入111对控制器MC进行钟控。

图2示出了根据本发明的实施例的解调器的实现的详细架构。图2的解调器可以是本文中描述的其他实施例解调器的具体实现，诸如例如图1的第一解调器DEM1。如图2所示的第一解调器DEM1是ASK调制检测器。第一解调器DEM1电路包括用于接收调制信号SIG的第一检测器输入101。

第一解调器DEM1还包括第一组部件，第一组部件包括第一电阻器R_ENV、第一二极管D1和第一电容器C_ENV，第一组部件被配置为提供包络信号ENV。然后，信号ENV被发送在比较器COMP1的正输入300上。

第一解调器DEM1还包括第二组部件，第二组部件包括形成电阻分压器RDIV的第二电阻器R₀₁和第三电阻器R₀₂、第二电容器C_REF和第一开关SW1，第一开关SW1连接在电阻分压器RDIV的中点302与第二电容器C_REF的端子303之间。

第二组部件被配置为提供第一参考电压REF95，其参考电平为信号ENV的非调制电平的约95％。第一参考电压REF95被设置为合适的高电平，使得第一解调器DEM1可以根据A类、B类和F类三个协议来检测调制。

第二电容器C_REF缓冲第一参考电压REF95，第一参考电压REF95将在第一开关SW1断开的情况下使用。第一参考电压REF95被发送在比较器COMP1的负输入301上。

现在参考图2的右侧部分，如果调制信号SIG的幅度下降到低于第一参考电压REF95，则比较器COMP1改变状态并且以低电平递送第一信号SIG1，这断开第一开关SW1。因此，由于第二电容器C_REF的使用，所以比较器COMP1继续将信号ENV与参考电压REF95进行比较。第一信号SIG1的低电平可以指示调制是ASK调制。

一旦调制信号SIG的幅度变为大于第一参考电压REF95的幅度，则比较器COMP1再次改变状态并且以高电平递送第一信号SIG1，这使得开关SW1闭合。

图3示出了根据本发明的实施例的解调器的实现的详细架构。图3的解调器可以是本文中描述的其他实施例解调器的具体实现，诸如例如图1的第二解调器DEM2。如图3所示的第二解调器DEM2是例如如本领域中已知的OOK调制检测器。

第二解调器DEM2包括上面介绍的部件和一些附加部件。因此，保持相同的参考标号以便于理解。

除了反相器INV之外，它还包括第四电阻器R₀₃，其与被配置为生成DC电压的电压源V_OFF串联连接。例如，DC电压可以是几十毫伏。

本文中表示第二解调器DEM2的第一阈值的第二参考电压REF50被发送到比较器COMP1的负输入301。第二解调器DEM2还包括由反相器INV的反相器输出407控制的第二开关SW2。

现在参考图3的底部部分，如果调制信号SIG的幅度下降到低于第二参考电压REF50，则比较器COMP1改变状态并且以低电平递送第二信号SIG2，这断开第一开关SW1并且闭合第二开关SW2。第二信号SIG2的低电平可以指示调制是OOK调制。

当第二开关SW2接通时，第二参考电压REF50根据信号ENV的幅度而变化。在这种情况下，第二参考电压REF50表示根据信号ENV的幅度而变化的第二阈值。

第四电阻器R₀₃和第二电容器C_REF一起提供时间常数。即使输入信号SIG变为零，源电压V_OFF也允许第二参考电压REF50保持在信号ENV的幅度值以上。

第二参考电压REF50被设置为以合适的电平低于参考电压REF95，该电平确保不检测到根据B类协议的调制并且检测到根据A类协议的调制。在一些情况下，还可以在第二参考电压REF50处检测根据F类协议的调制。

一旦调制信号SIG的幅度开始上升，就检测到上升沿。比较器COMP1改变状态并且以高电平递送第二信号SIG2。

图4示出了根据本发明的实施例的连接到控制器MC的第一协议检测电路RB和第二协议检测电路RF的示意图。

第一协议检测电路RB被配置为在第一协议检测输入130处接收由第一解调器DEM1发送的第一信号SIG1。第一协议检测电路RB还被配置为从第一检测信号输出131向控制器MC的第一检测信号输入141递送第一检测信号SB。

第二协议检测电路RF被配置为在第二协议检测输入132处接收由第一解调器DEM1发送的信号SIG1。第二协议检测电路RF还被配置为从第二检测信号输出137向控制器MC的第二检测信号输入140递送第二检测信号SF。时钟信号CLK使用第一时钟信号输入133和第二时钟信号输入134来对第一协议检测电路RB和第二协议检测电路RF的检测过程进行钟控，并且使用时钟控制器输入111来对控制器MC进行钟控。

图5示出了根据本发明的实施例的解码由调制信号承载的数据流的方法的流程图。

步骤1包括通过天线线圈标签接收调制信号SIG，该调制信号SIG是根据协议组之中的一种协议进行调制的。例如，该组协议可以包括A类、B类和F类协议。

在步骤1之后，执行步骤21和22。例如，步骤21和步骤22可以并行执行(即，同时执行)。在步骤21中，将调制信号SIG发送到第一解调器DEM1以检测是否存在ASK调制。如果解调器DEM1检测到ASK调制，则第一信号SIG1被发送到第一协议检测电路RB，以在步骤31中检测调制信号是否是根据B类协议进行调制的。在步骤41中，在检测到B类协议的情况下，激活B类解码器DB并且禁用A类解码器DA。解码器电路在步骤71中解码数据流。

并行地，第一信号SIG1被存储在触发器或锁存器中，并且将被发送到第二协议检测电路RF，以在步骤32中检测调制信号是否是根据F类协议进行调制的。如果第二协议检测电路RF检测到F协议，则控制器MC在步骤5中检查时钟信号CLK是否停止。如果时钟信号CLK停止，则控制器MC在步骤6中禁用阻止电路ST，以允许时钟信号CLK再次运行。然后在步骤42中激活F型解码器DF，并且禁用A类解码器DA。因此，解码器电路将在步骤72中解码数据流。如果时钟信号CLK未停止，则在步骤42中激活F类解码器DF，以在步骤72中解码数据流。

在步骤22中，将调制信号SIG发送到第二解调器DEM2，以检测是否存在OOK调制。如果检测到OOK调制，则在步骤33中将第二信号SIG2发送到解码器DA，以解码由存储器MMA存储的第二信号，该存储器MMA可以是触发器或锁存器。并行地，阻止电路ST在步骤34中停止时钟信号，直到接收到非调制信号。一旦接收到非调制信号，则阻止电路ST就不会停止时钟信号，并且所存储的第二信号SIG2将被解码。

如果解码器不能解码数据流，则表明调制信号SIG已经根据F类协议被调制。系统将在步骤73中等待第二协议检测电路RF在步骤32中检测F类协议。然后，如果已经成功检测到F类协议，则在调制脉冲期间不再停止时钟信号，如在步骤6中阐明的。