CN103346819A

CN103346819A - 检测和近场通信设备

Info

Publication number: CN103346819A
Application number: CN2013100794139A
Authority: CN
Inventors: M.凯克
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Aumovio Germany GmbH
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: CN103346819B; FR2988195A1; KR102048427B1; FR2988195B1; KR20130105485A; US20130244577A1; US8929814B2

Abstract

本发明涉及检测和近场通信设备。本发明的主题是一种用于检测便携式设备的接近的检测和近场通信设备，其集成了用于与所述便携式设备进行通信的近场通信天线，其包括印刷电路，所述印刷电路包括面向便携式设备的顶面以及下面的面、微控制器、近场读取器以及检测模块、近场通信天线，所述近场通信天线坐落在具有表面的印刷电路的面上并被链接到近场读取器，所述检测和通信设备此外包括：由铜线绕组构成的多个谐振器，其被印刷在印刷电路的面上，覆盖与表面基本上相同的表面；所述谐振器包括频率调整装置，以便以近场通信频率谐振，并且所述谐振器生成在所述谐振器的端子两端的电压变化，并且被连接到检测模块，以检测便携式设备的接近。

Description

检测和近场通信设备

技术领域

本发明涉及一种检测和近场通信设备。更特别地，本发明涉及一种用于“免提（hands free）”系统的在汽车车辆上车载的检测天线，用于访问所述车辆并且用于与该系统进行近场通信。该检测和近场通信天线（也被叫做NFC（“近场通信（Near Field Communication）”）天线）检测由用户携带的（标记卡（badge）或便携式电话类型的）便携式设备的接近，并且与该便携式设备进行通信，以便标识该便携式设备。如果用户被识别为是被授权来进入该车辆的用户，那么该车辆着手它的门的解锁。更确切地说，便携式设备的识别由被链接到NFC天线并且被集成到微控制器中的被叫做NFC读取器的近场通信读取器来实现。并且门的解锁由被连接到微控制器的为BCM（“车身控制模块（Body Control Module）”，或者底盘控制模块）类型的在车辆上车载的电子单元来触发。

背景技术

根据现有技术，这样的在车辆上车载的NFC天线坐落在车辆的门把手中，并且由两部分构成：检测天线和通信天线。检测天线包括围绕通信天线缠绕的铜线绕组。检测天线被链接到一般靠近检测天线坐落的微控制器，并且被集成到车辆的门把手中。由微控制器所测量的在这个检测天线的端子两端的电压的变化允许检测到便携式设备的接近。检测天线一般为大尺寸，并且大于通信天线，以便获得较大的检测范围。

通信天线包括铜线绕组，并且可以另外包括诸如适配电容器之类的组件。通信天线被链接到被集成到微控制器中的NFC读取器。这个通信天线以近场通信频率、即以为13.56MHz的频率与坐落在便携式设备中的NFC天线进行通信。一般认为该通信天线以13.56MHz谐振。通信天线的频率的调整例如依靠适配电容器来实现。为了避免在检测天线与通信天线之间的任何耦合现象（尤其由于检测天线的大尺寸引起），通信天线并不以为13.56MHz的频率谐振。检测天线因此检测到任何便携式设备的接近，并且并不仅仅检测到被装备有以13.56MHz进行通信的NFC天线的便携式设备的接近。应该理解的是，这产生了错误检测，因为检测天线检测到任何类型的便携式设备，并且不只检测到通信天线可以与其进行通信的便携式设备。这导致了在通信天线与便携式设备之间的通信的尝试，所述尝试将失败并且所述尝试消耗能量。

在车辆上车载的NFC天线的性能的主要标准是在将被叫做初级NFC天线的该天线与将被叫做次级NFC天线的坐落在便携式设备中的NFC天线之间的通信距离。的确，近场通信（也就是说以为13.56MHz的频率进行的通信）的范围从0cm（彼此进行通信的两个对象那么接触）高达为10cm的最大值。应该理解的是，在能够以被NFC通信所允许的最大距离与便携式设备进行通信中存在优点，那么不需要用户使便携式设备接近门把手，更不用说将该便携式设备置于与车辆的门把手接触，以建立通信。

NFC通信距离直接与通信天线的尺寸相关，并且与该通信天线的由微控制器所提供的功率相关。现在，由微控制器被提供给通信天线的功率直接影响车辆的电消耗。并且在车辆停止阶段期间，该电消耗必须被最小化，以便不使电池放电。不得不避免为了增加通信天线的通信距离的任何功率增加。

通信天线的尺寸也被限制，因为该通信天线、检测天线和相关联的电子设备（微控制器、NFC读取器等）、也就是说检测和近场通信设备一般被集成到车辆的门把手的非常受限的空间中。初级NFC天线的两个部分的集成、也就是说检测天线与通信天线的集成常常是困难的，因为在车辆门把手的被分派的空间中缺少场地。

因而，不可能的是，增加通信天线的尺寸或者放大被提供给该天线的功率，以便提升与便携式设备的次级NFC天线的通信距离。

从现有技术中公知的是，在初级NFC天线之下放置铁氧体，其中所述铁氧体坐落在车辆侧。该铁氧体反射了通信天线的电磁场的被引导朝着车辆的部分。电磁场朝着车辆外部的反射的结果是显著增加了通信天线的通信距离。然而，铁氧体的添加是具有不可忽略的成本的，并且在专用于检测和近场通信设备的门把手的受限的空间中并不总是可实现的。

发明内容

本发明因此提出了一种检测和近场通信设备，从而使得减轻这些缺点成为可能。

在这种情况下，本发明的目标是一种包括初级NFC天线的检测和近场通信设备，用于检测便携式设备并且用于与所述便携式设备进行近场通信，其中所述检测和近场通信设备使得下面成为可能：

·增加近场通信距离，而不影响初级NFC天线的尺寸或者其功率，

·省去检测天线，

·只检测集成了NFC天线的便携式设备，并且并不只是检测任何类型的便携式设备，因而减少错误检测的数目。

本发明提出了一种用于检测便携式设备的接近的检测和近场通信设备，所述检测和近场通信设备集成了用于与所述便携式设备进行通信的近场通信天线，其中所述检测和近场通信设备包括：

·印刷电路，所述印刷电路包括：

-面向便携式设备的顶面（upper face）以及在与顶面相对的侧上取向的下面的面（lower face），

-微控制器，

-近场读取器，以及

-检测模块，

-近场通信天线，所述近场通信天线坐落在具有表面和中心的印刷电路的面上，并且被链接到近场读取器，

所述检测和近场通信设备此外还包括：

·由铜线绕组构成的多个谐振器，所述多个谐振器被印刷在印刷电路的面上，覆盖与通信天线的表面基本上相同的表面，

·所述谐振器包括频率调整装置，以便以近场通信频率谐振，

·并且所述谐振器生成在所述谐振器的端子两端的电压变化，并且被连接到检测模块，以检测便携式设备的接近。

以优选的方式，通信天线坐落在印刷电路的面向便携式设备的顶面上，并且多个谐振器坐落在印刷电路的下面的面上。

在第一实施例中，频率调整装置包括适配电容器。

在第二实施例中，频率调整装置包括多个铜线绕组。

优选地，多个谐振器以均匀的方式被分布在通信天线的表面上。并且更确切地说，多个谐振器以关于在通信天线的中心穿过该通信天线的纵轴对称并且关于在通信天线的中心穿过该通信天线的横轴对称的方式被分布。

本发明涉及被集成到车辆门把手中的任何检测和近场通信设备。

本发明还涉及包括诸如在上文所描述的检测和近场通信设备的任何汽车车辆。

附图说明

在阅读跟随的描述时并且在检查附图时，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显，在所述附图中：

·图1表示了根据现有技术的检测和近场通信设备的从上方看的示意图，

·图2表示了根据本发明的检测和近场通信设备的从上方看的示意图，

·图3表示了具有和不具有本发明的谐振器的检测和近场通信设备的示意性侧视图，

·图4表示了根据本发明的检测和近场通信设备的谐振器的示意图，

·图5a和5b表示了根据本发明的第一和第二变型方案的检测和近场通信设备的示意图。

具体实施方式

根据现有技术（参阅图1），检测和近场通信设备D包括初级NFC天线A和微控制器30，所述微控制器30集成了被叫做NFC读取器60的近场通信读取器以及检测模块50。初级NFC天线A包括：

·通信天线20，所述通信天线20在表面S上包括铜线绕组，

·检测天线10，所述检测天线10包括围绕通信天线20的铜线绕组。

这些天线中的每个都被链接到微控制器30。通信天线20被链接到微控制器30的NFC读取器60，并且检测天线10被链接到微控制器30的检测模块50。微控制器30（参阅图3）被集成到印刷电路70中，所述印刷电路70的顶面F_S坐落在初级NFC天线A下面。检测和近场通信设备D坐落在受限的空间中，例如坐落在车辆门把手P中。印刷电路70的顶面F_S以及通信天线20坐落在门把手P的面向车辆的外部的那侧上。

参照图1，根据现有技术，当由用户所携带的便携式设备（未被呈现）接近检测天线10时，在检测天线10的端子两端的电压变化（减少或增加）。该电压变化由微控制器30的检测模块50检测到，其接着激活通信天线20。通信天线20的激活在该通信天线20的周围产生了电磁场B1（参阅图3），所述电磁场B1对应于与便携式设备的近场通信的区域。该近场通信区域的特征在于：在通信天线20与被集成到便携式设备中的次级NFC天线（未被呈现）之间的通信的最大距离d_MAX1（参阅图3）。如果便携式设备关于通信天线20坐落在小于该最大通信距离d_MAX1的距离处，那么近场通信可以发生在这两个天线（通信天线和次级NFC天线）之间，在这种情况下，标识符的交换在这两个天线之间被实现，从而使得标识该便携式设备并且触发车辆的门的解锁（如果便携式设备被识别为被授权进入该车辆）成为可能。

如果便携式设备在大于最大通信距离d_MAX1的距离处，那么在通信天线20与便携式设备的次级NFC天线之间没有通信是可能的，并且车辆的门的解锁不能被实现。

检测和近场通信设备D对于本领域技术人员是公知的，并且这里将不进一步被详述。如之前所解释的那样，这样的检测和近场通信设备D的主要缺点在于：在不影响所述设备的尺寸、所述设备的电消耗的情况下，要么在无需添加昂贵的组件的情况下，不可能增加最大通信距离d_MAX1。

如在图2中所图示的那样，根据本发明的检测和近场通信设备D包括多个谐振器40a、40b、40c、40d。这些谐振器40a、40b、40c、40d包括被印刷在印刷电路70（在图1中未被呈现）的面上的铜线绕组。这些谐振器40a、40b、40c、40d是无源的，也就是说，这些谐振器40a、40b、40c、40d没有被供给有电流。以优选的方式，如在图3中所图示的那样，这些谐振器40a、40b、40c、40d被印刷在印刷电路70的下面的面F_I上。该下面的面F_I与印刷电路70的顶面F_S相对，通信天线20位于所述印刷电路70的顶面上方。在其中印刷电路包括多个层的情况下，还可能的是，将谐振器40a、40b、40c、40d集成在印刷电路70的两个连续的层之间，例如集成在通信天线20所位于的第一层之下。

多个谐振器40a、40b、40c、40d覆盖了与通信天线20的表面S基本上相同的表面S1。

这些谐振器40a、40b、40c、40d反射了由通信天线20所产生的并且面向车辆的那部分电磁场B1。更确切地说，谐振器40a、40b、40c、40d朝着车辆的外部反射该电磁场部分B1。因而，由谐振器40a、40b、40c、40d的存在所产生的新的电磁场B2（参阅图3）主要面向车辆的外部，并且比在不存在谐振器40a、40b、40c、40d的情况下由通信天线20所产生的磁场B1宽。由此断定，新的磁场B2的新的最大距离d_MAX2明显地大于在没有谐振器40a、40b、40c、40d的情况下所获得的最大距离d_MAX1。根据本发明，因而所获得的新的近场通信最大距离d_MAX2为比在没有本发明的谐振器40a、40b、40c、40d的情况下所获得的最大通信距离d_MAX1大30%至50%的量级。

根据优选的实施例，谐振器40a、40b、40c、40d以均匀的方式被展开在印刷电路70的下面的面F_I之上。更确切地说（参阅图2），谐振器的分布是关于在通信天线20的中心0穿过通信天线20的纵轴X-X＇和横轴Y-Y＇对称的。因而，由通信天线20所产生的电磁场B1的反射在通信天线20的表面S上是均匀的。并且，最大通信距离中的增益以统一的方式被分布在新的磁场B2的传播方向上。

重要的是注意，不将谐振器40a、40b、40c、40d集成在与印刷电路70中的通信天线20所位于的面相同的面上（在这种情况下，在本例子中，在顶面F_S上）是想要的。在通信天线20与谐振器40a、40b、40c、40d之间的该直接邻近通过减少近场检测区域来扰乱磁场B1，这是不想要的。

根据本发明的第二方面，每个谐振器40a、40b、40c、40d都被链接到检测模块50，而初级NFC天线并不包括任何检测天线10。该检测模块50检测到在每个谐振器40a、40b、40c、40d的端子两端上的电压变化ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd（参阅图2）。这些电压变化ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd表示在谐振器40a、40b、40c、40d附近的便携式设备的接近。因而，检测天线10不再是必需的，该检测天线10可以被丢弃，从而用在每个谐振器40a、40b、40c、40d的端子两端的电压测量来替换该检测天线10。

在第一实施例中，每个谐振器40a、40b、40c、40d都包括频率调整装置、诸如适配电容器Ca、Cb、Cc、Cd（参阅图4）。这些适配电容器被校准为使得每个谐振器40a、40b、40c、40d都以近场通信频率、也就是说以为13.56MHz的频率谐振。

在第二实施例中，可替换地，每个谐振器40a、40b、40c、40d的阻抗都被校准为使得谐振器以13.56MHz谐振。该阻抗通过例如针对每个谐振器40a、40b、40c、40d都调整它的铜线绕组的数目而被校准。

因而，当实施在上文所描述的第一或第二实施例时，在谐振器40a、40b、40c、40d的端子两端所测量的电压变化ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd只允许检测到以13.56MHz进行通信的通信天线的接近（也就是说集成了次级NFC天线的便携式设备的接近）。

当然，可以通过给每个谐振器40a、40b、40c、40d的电压变化ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd设置阈值来实现该检测。要么，通过给通过对电压变化ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd在它们之间的相乘和/或相加所获得的值设置阈值，或通过对基于这些电压变化ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd由于任何其它数学公式（根据想要的检测精度）所获得的任何值设置阈值，该检测可以被实现。

根据本发明的检测和近场通信设备D的优点在于如下事实：谐振器40a、40b、40c、40d具有比通信天线20更小的尺寸，在所述谐振器与通信天线20之间不存在耦合现象。

检测和近场通信设备D的其它变型是可能的。特别地，谐振器的数目以及它们的部署可以变化。这在图5a和5b中被图示。在图5a中，检测和近场通信设备D仅包括两个谐振器40a和40b，所述两个谐振器40a和40b以关于在通信天线20的中心0穿过通信天线20的纵轴X-X＇和横轴Y-Y＇对称的方式被部署。在图5b中，检测和近场通信设备D包括从40a到40i的九个谐振器，所述从40a到40i的九个谐振器以关于纵轴X-X＇和横轴Y-Y＇对称的方式被部署。

同样地，谐振器的形状可以是各种各样的：方形、矩形、椭圆形、圆形等。

根据本发明的检测和通信设备因此使得下面成为可能：

·不仅增加在便携式设备与在车辆上车载的初级NFC天线之间的最大近场通信距离，而且，

·只检测包括近场通信天线的便携式设备的存在（利用现有技术的解决方案这是不可能的，因为检测天线10（在给定其尺寸的情况下）还没有被校准到13.56MHz，以避免与通信天线20的任何耦合现象），

·并且结果省去检测天线的存在。

当然，本发明并不限于只借助于非限制例子所给出的所描述的实施例。

Claims

1.一种用于检测便携式设备的接近的检测和近场通信设备（D），其集成了用于与所述便携式设备进行通信的近场通信天线，其中，所述检测和近场通信设备（D）包括：

·印刷电路（70），所述印刷电路（70）包括：

-面向所述便携式设备的顶面（F_S）以及在与顶面（F_S）相对的侧上取向的下面的面（F_I），

-微控制器（30），

-近场读取器（60），以及

-检测模块（50），

-近场通信天线（20），所述近场通信天线（20）坐落在具有表面（S）和中心（0）的印刷电路（70）的面（F_S）上，并且被链接到近场读取器（60），

所述检测和近场通信设备（D）的特征在于，所述检测和近场通信设备（D）此外还包括：

·由铜线绕组构成的多个谐振器（40a、40b、40c、40d），所述由铜线绕组构成的多个谐振器（40a、40b、40c、40d）被印刷在印刷电路的面（F_I）上，覆盖与通信天线（20）的表面（S）基本上相同的表面（S1），

·所述谐振器（40a、40b、40c、40d）包括频率调整装置，以便以近场通信频率谐振，

·并且所述谐振器（40a、40b、40b、40c）生成在所述谐振器（40a、40b、40b、40c）的端子两端的电压变化（ΔVa、ΔVb、ΔVc、ΔVd），并且被连接到检测模块（50），以检测所述便携式设备的接近。

2.根据前一权利要求所述的检测和近场通信设备（D），其特征在于，通信天线（20）坐落在印刷电路（70）的面向便携式设备的顶面（F_S）上，并且其特征在于多个谐振器（40a、40b、40c、40d）坐落在印刷电路（70）的下面的面（F_I）上。

3.根据权利要求1或2所述的检测和近场通信设备（D），其特征在于，频率调整装置包括适配电容器（Ca、Cb、Cc、Cd）。

4.根据权利要求1或2所述的检测和近场通信设备（D），其特征在于，频率调整装置包括多个铜线绕组。

5.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的检测和近场通信设备（D），其特征在于，多个谐振器（40a、40b、40c、40d）以均匀的方式被分布在通信天线（20）的表面（S）之上。

6.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的检测和近场通信设备（D），其特征在于，多个谐振器（40a、40b、40c、40d）以关于在通信天线（20）的中心（0）穿过该通信天线（20）的纵轴（X-X＇）对称并且关于在通信天线（20）的中心（0）穿过该通信天线（20）的横轴（Y-Y＇）对称的方式被分布。

7.根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的检测和近场通信设备（D），其特征在于，所述检测和近场通信设备（D）被集成到车辆门把手（P）中。

8.一种汽车车辆，其包括根据前述权利要求中的任意一项权利要求所述的检测和近场通信设备（D）。