JP2018023098A - Ｎｆｃシステムにおけるアクティブ型負荷変調の位相を高分解能チューニングする方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】近距離通信（ＮＦＣ）システムにおいて、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）の位相を高分解能でチューニングさせる方法を提供する。
【解決手段】方法は、少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、通信デバイスの位相構成を調整するステップと、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された位相構成で、キャリア信号を変調するステップと、誘導結合のために、通信デバイスから、変調されたキャリア信号を送信するステップとを含む。ここで、通信デバイスの位相構成を調整するステップは、通信デバイスの無線周波数（ＲＦ）減衰器の減衰ファクタを調整するステップを含む。
【選択図】図７

Description

本開示は、概して、ＮＦＣ（Near Field Communication）のための方法及びシステムに関する。より詳細には、本開示は、近距離通信（ＮＦＣ）システムにおいて、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ：Active Load Modulation）の位相の高分解能チューニングを提供する方法及びシステムに関する。

非接触支払いシステム、セキュリティアクセスシステム等といったアプリケーションにおいて、近距離通信の使用が、普及しつつある。一般的なＮＦＣベースのシステムは、ＮＦＣリーダ（例えば、ＰＯＳ端末（Point of Sale terminal））とＮＦＣデバイスとから成る。ＮＦＣデバイスは、一般的には、ＮＦＣ対応カード又は携帯電話である。

さらに、ＮＦＣデバイスは、一般的には、パッシブ型負荷変調（ＰＬＭ：Passive Load Modulation）又はアクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）の何れかで構成され得る。ＡＬＭは、一般的に、ＰＬＭよりも複雑であるが、トランスポンダ（例えば、モバイルデバイス）にＡＬＭを実装するための部品は、よりコンパクトになり得る。また、トランスポンダは、リーダによって生成される電磁場を単に変調するのではなく、電源を利用して電磁場を生成するものであるため、ＡＬＭトランスポンダの通信距離は、ＰＬＭトランスポンダの通信距離よりも、大きくなり得る。

ＮＦＣ対応デバイス及びＮＦＣリーダを利用してトランザクションを実行するために、ＮＦＣ対応デバイスは、ＮＦＣリーダに近付けられる。ＮＦＣリーダがＮＦＣ対応デバイスからの信号を正しく復調できないと、ＮＦＣ対応デバイスとＮＦＣリーダとの間の通信が失敗することがある。このような失敗は、ＮＦＣ対応デバイスがＮＦＣリーダと適切に位置合わせされていない場合又はＮＦＣ対応デバイスがＮＦＣリーダから所定距離範囲内にない場合、生じ得る。

ＮＦＣ対応デバイスのアクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）の位相をチューニングすれば、このような失敗及び他の問題は、有意に低減し得る。従って、近距離通信（ＮＦＣ）システムにおいて、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）の位相を（特に、高分解能で）チューニングする方法及びシステムが所望される。

近距離通信（ＮＦＣ）システムにおいて、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）の位相をチューニングすることは、負荷変調振幅を最適化するために所望される。特に、送信器（ＴＸ）位相が、負荷変調振幅のためにチューニングされる。しかしながら、一実施形態では、ＴＸ位相は、位相ロックループ（ＰＬＬ：Phase Lock Loop）の調整によってチューニングされる。従って、位相設定の粒度は、ＰＬＬ設定の粒度によって制限される。その結果、位相のチューニングの分解能が低くなる可能性がある。従って、他の手段によって、近距離通信（ＮＦＣ）システムにおいて、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）の位相の高分解能チューニングを達成することが望ましい。一実施形態では、位相の高分解能チューニングは、ＮＦＣシステムの無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）減衰器の位相構成を調整することによって達成され得る。

本発明は、誘導結合を介して通信する通信デバイスの位相チューニング分解能を向上させる方法を提供する。当該方法は、（ａ）少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、前記通信デバイスの位相構成を調整するステップと、（ｂ）アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された前記位相構成で、キャリア信号を変調するステップと、（ｃ）誘導結合のために、前記通信デバイスから、変調された前記キャリア信号を送信するステップとを含む。ここで、前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップは、前記通信デバイスの無線周波数（ＲＦ）減衰器の減衰ファクタを調整するステップを含む。

ある実施形態では、前記通信デバイスの前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタの調整は、高分解位相チューニングを提供する。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、前記通信デバイスのアナログ受信器への入力電圧を減衰するように構成される。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、前記通信デバイスのアナログ受信器への入力電圧を、所定範囲内に維持するように構成される。ここで、前記所定範囲は、前記アナログ受信器に、過負荷をかけず、又は、低すぎる入力電圧を供給しない範囲である。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタは、インピーダンス比を変化させることで調整される。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、２つのインピーダンスで構成される。ここで、前記２つのインピーダンスのうち、少なくとも１つは、チューナブルインピーダンスである。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、固定インピーダンスとチューナブルインピーダンスとで直列に構成される。前記チューナブルインピーダンスは、キャパシタと並列のＲ_ａｇｃ（自動利得制御抵抗）を備える。前記Ｒ_ａｇｃは、可変抵抗である。

ある実施形態では、前記Ｒ_ａｇｃは、トランジスタによって制御される抵抗バンクで構成される。

ある実施形態では、前記Ｒ_ａｇｃは、０．１度未満の位相チューニングを可能にする、非常に細かいステップの分解能を有する。

ある実施形態では、前記少なくとも１つのシステム又は環境パラメータは、以下のものを含むグループから選択される：誘導結合の電磁場強度；誘導結合の結合条件；前記通信デバイス又は対応するリーダデバイスのアンテナ形状；前記通信デバイスのプロセス、電圧及び温度（ＰＶＴ）変動；前記通信デバイスのシステムアーキテクチャ；前記通信デバイスのマッチングネットワーク特性；前記通信デバイスの通信プロトコル；前記通信デバイスの通信データレート；前記通信デバイスの再送信構成；前記通信デバイスの再構成設定；前記通信デバイスの通信タイミング；前記通信デバイスのアプリケーション。

ある実施形態では、前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップは、システム又は環境パラメータのグループの機能に従い、前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップを含む。

ある実施形態では、前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップは、前記通信デバイスのクロック生成回路の位相構成を調整するステップを含む。

本発明は、誘導結合を介して通信する通信デバイスの位相チューニング分解能を向上させるシステムを提供する。前記システムは、（ａ）少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、前記通信デバイスの位相構成を調整するよう構成された位相構成調整モジュールと、（ｂ）アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された前記位相構成で、キャリア信号を変調するよう構成された信号変調モジュールと、（ｃ）誘導結合のために、前記通信デバイスから変調された前記キャリア信号を送信するよう構成された信号送信モジュールと、（ｄ）減衰ファクタによってアナログ受信器への入力信号を減衰するよう構成された無線周波数（ＲＦ）減衰器とを備える。ここで、前記位相構成調整モジュールは、さらに、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタを調整するように構成される。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記位相構成の調整は、高分解能の位相チューニングを提供する。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、さらに、前記通信デバイスの前記アナログ受信器への入力電圧を所定範囲に維持するように構成される。ここで、前記所定範囲は、前記アナログ受信器に、過負荷をかけず、又は、低すぎる入力電圧を供給しない範囲である。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、２つのインピーダンスで構成される。ここで、前記２つのインピーダンスのうち、少なくとも１つは、チューナブルインピーダンスである。

ある実施形態では、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、固定インピーダンスとチューナブルインピーダンスとで直列に構成される。前記チューナブルインピーダンスは、キャパシタと並列のＲ_ａｇｃ（自動利得制御抵抗）を備える。前記Ｒ_ａｇｃは、可変抵抗である。

ある実施形態では、前記Ｒ_ａｇｃは、トランジスタによって制御される抵抗バンクで構成される。

本発明は、誘導結合を介して通信する通信デバイスの位相チューニング分解能を向上させる、非一時的なコンピュータ可読媒体にエンコードされたコンピュータプログラム製品を提供する。前記コンピュータプログラム製品は、（ａ）少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、前記通信デバイスの位相構成を調整するためのコンピュータコードと、（ｂ）アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された前記位相構成で、キャリア信号を変調するためのコンピュータコードと、（ｃ）誘導結合のために、前記通信デバイスから、変調された前記キャリア信号を送信するためのコンピュータコードとを備える。ここで、前記通信デバイスの前記位相構成の調整は、前記通信デバイスの無線周波数（ＲＦ）減衰器の減衰ファクタの調整を含む。

ある実施形態では、前記通信デバイスの前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記位相構成の調整は、高分解能の位相チューニングを提供する。

本発明は、一以上の以下の利点を有する：（１）本発明は、高度に洗練された及び／又は正確なハードウェア（特に、ＰＬＬ）ではなく、「純粋に」ソフトウェアによる解決策／改良を用いて実現され得る。（２）本発明は、現在利用可能なハードウェアに実装され得る。（３）本発明は、アンテナ及びマッチング回路素子といった部品の製造に、許容誤差のより大きい部品を用いることができる。そのため、本発明は、結果として、設計部品表（ｅＢＯＭ：engineering Bill Of Materials）を低減することができる。（４）本発明の使用によって、ユーザ（例えば、顧客）製造における高価な共振チューニングを回避することができる。（５）本発明は、包絡線検波のみをサポートする、市場において既に確立された欠かせないリーダとの通信安定性におけるロバストネスを向上させることができる（及び、コミュニケーションがないゾーンを避けることができる）。（６）本発明は、包絡線検波による受信器ベースのリーダを用いた、標準の認証を可能にし得る。（７）本発明は、製造及びシステム条件にわたって一貫したパフォーマンスを保障することによって、ユーザ体験を高めることができる。（８）本発明は、リカバリ機構を可能にし得る。（９）本発明は、（プロトコル及びアプリケーション等といった）特定のケースを、位相特性に考慮することができる。（１０）本発明は、IＣ挙動（ＰＶＴ）を補償することができる。（注：ＩＣは、集積回路を示す。ＰＶＴは、プロセス、電圧及び温度を示す。）

上述の概要は、現在又は未来の特許請求の範囲内の全ての例示的な実施形態を表すことを意図するものではない。追加の例示的な実施形態が、以下の図面及び詳細な発明の説明内で論じられる。

記載の実施形態及びそれらの利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより、最もよく理解されるであろう。これらの図面は、記載の実施形態の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者によって記載の実施形態になされ得る形態及び詳細におけるいかなる変更も決して制限しない。

本発明の通信デバイスの実施形態を示す機能ブロック図である。 異なる誘導結合の条件下における、図１に示す通信デバイスの例示的な位相構成と対比した負荷変調振幅の図である。 誘導結合通信システムを形成する、対応するリーダデバイスとともに、図１に示す通信デバイスの実施形態を示す図である。 Ｉ／Ｑミキサと、増幅器と、フィルタと、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）コンバータと、ベースバンドの信号復調器とを備える、受信器の機能ブロック図である。 ＲＦ減衰器の例示的な概略図である。 ＡＧＣ（Automatic Gain Control）抵抗値にプロットされた位相応答の結果を示す図である。 ＡＧＣ抵抗値にプロットされた最小の位相ステップサイズ（すなわち、分解能）を示す図である。 本発明の方法の実施形態を示す図である。

本願に係る代表的なデバイス及び方法を、このセクションにて説明する。これらの実施例は、文脈を追加して記載された実施形態の理解を助けるために、単に提供されるものである。従って、当業者には、これらの具体的な詳細の一部又は全部がなくても、記載の実施形態が実施され得ることは明らかであろう。他の例では、記載の実施形態を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知のプロセス工程は詳細には記載しない。他の実施形態も可能であり、以下の実施例は、限定として解釈されるべきではない。

以下の詳細な説明では、説明の一部を構成し、記載の実施形態に係る具体的な実施形態を例示として示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が記載の実施形態を実施できるように十分に詳細に記載されているが、これらの実施例は限定的ではない。当業者は、記載の実施形態の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態を用いることができ、変更することができる。

アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）は、市場の全てのモバイルＮＦＣソリューションにおいて最先端技術である。一実施形態では、ＡＬＭは、タイプＡ／Ｂ／Ｆの基準に従い変調された１３．５６ＭＨｚの信号をアクティブに送信する。これは、生成された信号強度に大きな利点を与える。また、これは、負荷変調振幅パラメータに関して、ＩＳＯ １４４４３，ＥＭＶＣｏ等のＮＦＣフォームのような、要求基準を満たすことによって、より小さなアンテナの使用を可能にする。

ＡＬＭの全てのケースにおいて、専用の初期位相を、カード応答に対して規定することができる。この初期位相の設定は、図２に示すような、「２１０」、「２２０」、「２３０」及び「２４０」と示される異なる結合位置において、負荷変調振幅を最適化するために、用いられ得る。図２において、ｘ軸は、初期位相の設定（すなわち、ＴＸ ＣＷ（transmitter carrier wave）信号位相に対するＡＬＭの位相）を度で示す。図２は、ある位相値においてピークになる負荷変調振幅を示す。このように、一実施形態では、位相を用いて、負荷変調振幅が最適化され得る。

この分野（及び認証試験）には、例えば一部のフェリカ（FeliCa）リーダ及び古い支払い端末の、振幅に大きく依存する通信の参照相手が多く存在する。そのため、位相を調整して負荷変調振幅を最適化することは、これらの相手（例えば、一部のフェリカリーダ及び古い支払い端末）での使用において大きな助けとなり得る。

ＮＦＣシステムの送信器（ＴＸ）位相（ＲＸ（受信器）及びＴＸでのキャリアの位相上に見られるような、リーダフィールドからの位相関係）は、複数のシステム及び／又は環境パラメータ／条件（例えば、場の強度、デチューニング／結合条件、アンテナジオメトリ、ＩＣ（ＰＶＴ）（集積回路−プロセス、電圧及び温度）、マッチングネットワーク（トポロジー、…）、プロトコル、データレート、再送信、再構成、タイミング、アプリケーション等）に依存する。

プラットフォームで用いられ得るＴＸ（送信器）位相は、複数のリーダ端末を用いた測定キャンペーンによって規定される。（例えば、ＩＯＴ（Interoperability Test）認証にて規定されるような）全てのリーダが通信をパスするＴＸ位相範囲が存在する。一実施形態のシステムでは、ＴＸ位相は、レジスタによってダイヤルされ、位相ロックループ（ＰＬＬ）の調整によって修正される。ＰＬＬダイヤルの数によって設定する粒度が制限される。そのため、利用可能な設定によって、最適なＩＸ位相が、量子化されることがある。実際には、量子化が制限要因になり、位相範囲が小さくなることがある。従って、近距離通信（ＮＦＣ）システムにおいて、アクティブ型負荷変調のための、より高度な位相のチューニング技術が所望される。一実施形態では、ＮＦＣシステムの無線周波数（ＲＦ）減衰器の位相構成を調整することによって、ＮＦＣシステムにおいて、ＡＬＭの高分解能位相チューニング技術が達成される。

よって、以下の詳細な説明及び図面は、ＮＦＣシステムのＡＬＭの位相の高分解能チューニングを成し得る方法及びシステムの多様な実施形態のさらなる開示を提供する。

図１は、本発明の一実施形態に係る通信デバイス１００の機能ブロック図である。図１に示す実施形態では、通信デバイスは、誘導結合を介して通信する。通信デバイスは、位相構成調整モジュール１０２と、信号変調モジュール１０４と、信号送信モジュール１０６とを含んでよい。通信デバイスは、集積回路（ＩＣ）デバイスであってよい。例えば、通信デバイスは、ハンドヘルドコンピューティングシステムに実装されてもよい。ある実施形態では、通信デバイスは、携帯電話のような、モバイルコンピューティングシステムに実装される。通信デバイスは、誘導結合を利用して通信する近距離通信（ＮＦＣ）デバイスであってよい。ある実施形態では、通信デバイスは、国際標準化機構（ＩＳＯ：International Organization for Standardization）／ＩＥＣ（International Electrotechnical Commission） １４４４３規格と互換性があるＲＦトランスポンダとして実装される。本明細書において、図示の通信デバイスは、特定要素とともに示され、特定の機能とともに説明されるが、他の実施形態では、通信デバイスは、より少ない構成要素又はより多い構成要素を含んで、同様の機能を実現してもよいし、より少ない機能を実現してもよいし、又は、より多くの機能を実現してもよい。

図１に示す実施形態において、位相構成調整モジュール１０２は、少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、通信デバイスの位相構成を調整するように構成される。通信デバイスの位相構成は、通信デバイスの入力／出力位相挙動を反映してもよい。例えば、通信デバイスの位相構成は、受信信号の位相と応答のキャリアの位相との間の相対的な位相設定であってよい。異なるリーダ（例えば、異なる製造元のリーダ、異なるモデルのリーダ、異なるタイプのリーダ）は、異なるアンテナ、異なるマッチングネットワーク及び通信デバイスに対して異なる相対位相を有することがある。そのため、異なるリーダは、通信デバイスとリーダとの間のチャネル及びチャネル位相に影響を及ぼす可能性がある。一以上のシステム又は環境パラメータに基づいて位相構成を調整して、良好な信号雑音比（ＳＮＲ）を有する位相設定を達成すれば、異なるリーダ及び異なる誘導結合位置にわたり、ロバストな通信が提供され得る。

位相構成調整モジュール１０２で用いられるシステム又は環境パラメータの例として、限定ではないが、誘導結合の電磁場強度、誘導結合の結合条件、通信デバイス又は対応するリーダデバイスのアンテナ形状、通信デバイスのプロセス、電圧及び温度（ＰＶＴ）変動、通信デバイスのシステムアーキテクチャ、通信デバイスのマッチングネットワーク特性、通信デバイスの通信プロトコル、通信デバイスの通信データレート、通信デバイスの再送信構成、通信デバイスの再構成設定、通信デバイスの通信タイミング、及び、通信デバイスのアプリケーションが挙げられる。少なくとも１つのシステム又は環境パラメータは、上述のような、システム又は環境パラメータの２つ以上の組み合わせを含んでよい。ある実施形態では、位相構成調整モジュールは、さらに、システム又は環境パラメータのグループの機能に従ってキャリアの信号の位相を調整するように構成される。

位相構成調整モジュール１０２は、データフレームの送信前に、通信デバイス１００の送信キャリアの位相構成を調整するように構成されてもよい。又は、位相構成調整モジュール１０２は、データフレームの送信中、通信デバイスの送信キャリアの位相構成を、静的、動的又はオンザフライで、調整するように構成されてもよい。ある実施形態では、位相構成調整モジュールは、製造後であるが消費者／エンドユーザの手に渡る前に、通信デバイスの送信キャリアの位相構成を調整するよう構成される。ある実施形態では、少なくとも１つのシステム又は環境パラメータは、通信デバイスのスタートアップ中又は各データフレームの送信前に、取得される。

図１に示す実施形態では、信号変調モジュール１０４は、調整された位相構成を有するキャリア信号を、ＡＬＭを用いて変調するように構成される。信号送信モジュールは、クロックリカバリ回路及びアナログ送信器を含んでもよい。

図１に示す実施形態では、信号送信モジュール１０６は、誘導結合のために、通信デバイスから、変調されたキャリア信号を送信するように構成される。信号送信モジュールは、ループアンテナのような誘導型アンテナを含んでもよい。

ある実施形態では、通信デバイス１００は、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）デバイスである。このような実施形態では、信号送信モジュールは、より大きな通信距離を生じる、電流源を用いた発信ＲＦを送信するための自己磁場を、生成するよう構成され得る。通信デバイス及び対応するリーダデバイスの両方が、磁場を生成するとき、通信デバイスと対応するリーダデバイスとの間の誘導結合は、一以上のシステム又は環境パラメータによる影響を受ける可能性がある。その結果、一以上のシステム又は環境パラメータに起因して、磁場がずれることがある。磁場がずれると、変調の振幅部分の信号強度が減少する可能性があり、結果として、通信パフォーマンスが低下する（例えば、ＳＮＲが低下する）。一般的には、ＡＬＭデバイス及びリーダの磁場が互いにずれたり干渉したりすることを防ぐために（例えば、送信中に一定の位相を維持するために）、許容誤差が非常に小さい部品がトランスポンダに用いられる。図１に示す実施形態では、通信デバイスの位相構成は、少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、調整される。許容誤差がより大きい部品を、送信中の所望の位相配置を維持しつつ、ＲＦＩＤデバイスに使用することができる。なぜなら、通信デバイスの位相構成が少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて調整されるためである。加えて、大量生産における共振チューニングが低減され得るか又は避けられ得る。さらに、特定タイプのリーダ（例えば、包絡線検波ベースのリーダデバイス）に対して、通信安定性におけるロバストネスが改善され得る。加えて、多様な生産、システム、プロトコル及びアプリケーション条件にわたり、一貫したパフォーマンスを提供することによって、ユーザ経験を高めることができる。さらに、ＰＶＴに起因するＩＣ挙動の変動を補償することができる。

図２は、異なる誘導結合の条件下における、図１に示す通信デバイス１００の例示的な位相構成と対比した負荷変調振幅の図を示す。図２では、通信デバイスの位相構成は、受信信号の位相とキャリアの位相との間の初期の相対的な位相設定であり、度で示される。図２図では、負荷変調振幅は、ミリボルト（ｍＶ）で示される。図２に示すような、４つの曲線２１０，２２０，２３０，２４０は、４つの異なる誘導結合条件を表す。各誘導結合条件において、負荷変調振幅は、最初は、第１ピークまで位相が増加するに連れて増加し、続いて、最低点まで位相が増加するに連れて減少する。その後、負荷変調振幅は、第２ピークまで位相が増加するに連れて増加し、続いて、位相が増加するに連れて減少する。しかしながら、異なる誘導結合条件において、負荷変調振幅のピークは、異なる位相で生じる。静的又は動的に位相を調整することで、負荷変調振幅のピーク（すなわち、通信デバイスからの出力信号の振幅）が、各誘導結合条件において達成され得る。

図３は、図１に示す通信デバイス１００の実施形態を示す。通信デバイスは、対応するリーダデバイス３３０とともに、誘導結合通信システム３５０を形成することができる。ある実施形態では、対応するデバイス３３０は、専用のリーダデバイスであり得る。ある実施形態では、対応するデバイス３３０は、通信の相手デバイス（例えば、携帯電話）であり得る。ある実施形態では、対応デバイス３３０は、リーダモードで動作する通信の相手デバイス（例えば、携帯電話）であり得る。図３に示す実施形態では、通信デバイス３００は、位相構成調整モジュール３０２と、アンテナ３１２に結合されるマッチングネットワーク３１０と、アナログ受信器「ＲＸ」３１４と、クロック生成回路３１６と、アナログ送信器「ＴＸ」３１８と、ＲＦ減衰器３２０とを含む。アンテナは、ループアンテナのような誘導型アンテナであってよい。通信デバイスの動作例において、無線周波数（ＲＦ）信号は、対応するリーダデバイス３３０のアンテナ３３２から誘導結合を介してアンテナで受信され、さらに、アナログ受信器を経て、ＲＦ信号からデジタル信号に変換される。信号は、クロック生成回路によるＲＦ信号から生成され、さらに、アナログ送信器で、アンテナを用いた誘導結合を介して送信される発信ＲＦ信号を生成するために用いられる。図３に示す通信デバイス３００は、図１に示す通信デバイス１００の１つの可能な実施形態である。しかしながら、図１に示す通信デバイスは、図３に示す実施形態に限定されない。

ある実施形態では、通信デバイス３００は、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）デバイスである。これらの実施形態において、アンテナは、電流源を用いた発信ＲＦを送信するための自己磁場を生成するよう構成され得る。その結果、ＰＬＭデバイスよりも、通信距離が大きくなり得る。図３に示す実施形態では、通信デバイスの位相構成は、少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて調整される。より大きな許容誤差の部品を、送信中の所望の位相配置を維持しつつ、ＲＦＩＤデバイスに用いることができる。なぜなら、通信デバイスの位相構成が、少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて調整されるためである。対応するリーダデバイスは、信号を復調することが可能である。なぜなら、通信デバイスから取得するＲＦ信号の振幅は、対応するリーダデバイスの復調器の感度レベルを十分に上回るが、対応するリーダデバイスの復調器をオーバードライブさせるほど大きくはないためである。

位相構成調整モジュール３０２は、通信デバイスの多様な構成要素の位相構成を調整することができる。位相構成調整モジュールは、通信デバイスの多様な構成要素の位相構成を、静的、動的又はオンザフライで、調整することができる。位相構成調整モジュールは、生産時及び消費者／エンドユーザの手に渡る前に、通信デバイスの多様な構成要素の位相構成を調整することができる。図３に示す実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ受信器「ＲＸ」３１４、クロック生成回路３１６、アナログ送信器「ＴＸ」３１８及び／又はＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整することができる。図示の位相構成調整モジュールは、アナログ受信器、クロック生成回路及びアナログ送信器とは別に示されているが、ある実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ受信器、クロック生成回路及びアナログ送信器内に実装される。

（図３に示す実施形態では）位相構成調整モジュールは、構成要素（すなわち、アナログ受信器「ＲＸ」３１４、クロック生成回路３１６、アナログ送信器「ＴＸ」３１８及び／又はＲＦ減衰器３２０）の任意の組み合わせの位相構成を調整することができるが、一実施形態では、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整することによって、高分解能の位相チューニングが達成され得る。一実施形態では、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整することによって、最高分解能の位相チューニングが達成され得る。しかしながら、他の構成要素で達成される位相チューニングの総量が、より高くなることがある。従って、一実施形態では、細かい位相チューニングがＲＦ減衰器３２０で実行されつつ、粗い位相チューニングが他の構成要素（すなわち、アナログ受信器「ＲＸ」３１４、クロック生成回路３１６、アナログ送信器「ＴＸ」３１８）において実行されてもよい。これに関して、一実施形態では、ＲＦ減衰器３２０に、アナログ受信器「ＲＸ」３１４、クロック生成回路３１６及びアナログ送信器「ＴＸ」３１８の任意の組み合わせを併せて位相構成を調整することで、高分解能の位相チューニングが達成され得る。一実施形態では、クロック生成回路３１６の位相構成を調整することによって、最大量の位相チューニングが達成され得る。従って、これに関して、一実施形態では、ＲＦ減衰器３２０にクロック生成回路３１６を併せて位相構成を調整することによって、高分解能の位相チューニングが達成され得る。

ある実施形態では、位相構成調整モジュール３０２は、アナログ受信器「ＲＸ」３１４とともに、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整する。一実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ受信器内に、遅延ロックループ（ＤＬＬ：delay-locked loop）として実装される。当該ＤＬＬのタップポイントは、特定の位相遅延を選択するように（例えば、リカバリクロック信号に基づくマルチプレクサを経て）選択され得る。別の実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ受信器内に、専用位相シフタとして実装される。さらなる別の実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ受信器内に、チューナブルフィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）として実装される。

ある実施形態では、位相構成調整モジュール３０２は、クロック生成回路３１６とともに、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整する。一実施形態では、位相構成調整モジュールは、クロック生成回路内に、遅延ロックループ（ＤＬＬ）として実装される。当該ＤＬＬのタップポントは、特定の位相遅延を選択するように調整され得る。別の実施形態では、位相構成調整モジュールは、クロック生成回路内に、所望の位相設定にチューニング可能な、整数分周（integer）位相ロックループ（ＰＬＬ）又はフラクショナル分周ＰＬＬで用いられる分周器段として実装される。さらなる別の実施形態では、位相構成調整モジュールは、クロック生成回路内に、専用位相シフタとして実装される。さらなる別の実施形態では、位相構成調整モジュールは、クロック生成回路内に、クロック遅延ライン（例えば、バッファ）として実装される。

ある実施形態では、位相構成調整モジュール３０２は、アナログ送信器「ＴＸ」３１８とともに、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整する。一実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ送信器内に、送信すべき信号を反転可能なインバータとして実装される。別の実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ送信器内に、クロック経路の遅延要素として実装される。さらなる別の実施形態では、位相構成調整モジュールは、アナログ送信器内に、スルーレート制御デバイスとして実装される。

ある実施形態では、位相構成調整モジュール３０２は、マッチングネットワーク３１０とともに、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整する。一実施形態では、位相構成調整モジュール３０２は、マッチングネットワーク３１０及び／又はアンテナ３１２とともに、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整する。別の実施形態では、位相構成調整モジュール３０２は、構成要素（すなわち、アナログ受信器「ＲＸ」３１４、クロック生成回路３１６、アナログ送信器「ＴＸ」３１８、マッチングネットワーク３１０及び／又はアンテナ３１２）の任意の組み合わせとともに、ＲＦ減衰器３２０の位相構成を調整する。

一実施形態では、非常に細かい粒度を可能にする（すなわち、高分解能の位相チューニングを可能にする）Ｒｘ減衰器が、位相を調整する手段として用いられ得る。Ｒｘ減衰器は、一般的には、位相に多少の影響を与える制御ループである。減衰器の細かいオフセットにより、ＩＣへの入力電圧Ｖ_ｒｘは、微かに変化し、位相遅延にも影響する。ある実施形態では、この位相変化は、０．１度ステップの範囲であり得る。これを、他の手段（例えば、ＰＬＬ）によって達成することは、難しいだろう。

図４に、本発明の受信器３１４の実施形態を示す。受信器は、Ｉ／Ｑミキサ４２０と、増幅器４３０と、フィルタ４４０と、Ａ／Ｄコンバータ４５０と、信号復調器４６０とを備える。受信器は、Ｉ／Ｑミキサ４２０へのＲＦ入力４１０を受信し、復調器４６０からのＢＢ（ベースバンド）出力４７０を生成する。

図５Ａは、ＲＦ減衰器の実施形態を示す。ある実施形態では、ＲＦ減衰器は、通信デバイスのアナログ受信器への入力電圧を減衰するように構成される。ある実施形態では、ＲＦ減衰器は、さらに、通信デバイスのアナログ受信器への入力電圧を、所定範囲内に維持するように構成される。ここで、所定範囲は、アナログ受信器に過負荷をかけず、又は、低すぎる入力電圧を供給しない範囲である。ある実施形態では、無線周波数（ＲＦ）減衰器の減衰ファクタは、インピーダンス比を変化させることによって調整される。ある実施形態では、無線周波数（ＲＦ）減衰器は、２つのインピーダンスから構成される。ここで、２つのインピーダンスのうち、少なくとも１つは、チューナブルインピーダンスである。

特に、図５Ａは、入力電圧Ｖ_ｉｎと、分圧器の抵抗Ｒ_ｅｘｔ，Ｒ_ａｇｃと、Ｖ_ｒｘにおけるＩＣの入力容量及びボードトレース容量を表す容量Ｃ_ａｇｃとともに、ＲＦ減衰器の実施形態を示す。利得に関して減衰器をチューナブルにするために、Ｒ_ｅｘｔ又はＲ_ａｇｃの何れか（又は両方）が、チューナブルにされ得る。図５に示す構成では、Ｒ_ａｇｃがチューナブルである。一実施形態では、Ｒ_ａｇｃは、自動利得制御（ＡＧＣ）に関連する。一実施形態では、Ｒ_ａｇｃは、トランジスタによって制御される抵抗バンクから構成される。一実施形態では、Ｒ_ａｇｃは、０．１度未満の位相チューニングを可能にする非常に細かいステップの分解能を有する。

一実施形態では、ＲＦ減衰器は、直列に、固定インピーダンスと、チューナブルインピーダンスとを備える。例として、図５Ａでは、チューナブルインピーダンスは、並列した、可変抵抗（例えば、Ｒ_ａｇｃ）及びキャパシタ（例えば、Ｃ_ａｇｃ）であり得る。一実施形態では、チューブナルインピーダンスは、並列した、可変抵抗及び可変キャパシタであり得る。一実施形態では、チューナブルインピーダンスは、直列及び／又は並列した、一以上の可変抵抗及び一以上の可変キャパシタの任意の組み合わせであり得る。一実施形態では、ＲＦ減衰器は、チューナブルインピーダンスを備える。

図５Ｂは、ＡＧＣ（自動利得制御）抵抗値にプロットされた位相応答の結果を示す。図５Ｂは、特定のＡＧＣ抵抗値に関連する特定の入力電圧の公称ＡＧＣ設定を示す。特定の入力電圧の公称ＡＧＣ抵抗値を（例えば、ファームウェア及び／又はハードウェア制御を経て）オフセットすることで、このオフセットは、所望の位相オフセットを直ぐに生成する。ＡＧＣ抵抗値は、非常に細かいステップの分解能を有するため、結果として、〜０．１度の細かい位相分解能が達成され得る。ある実施形態では、０．１度未満の位相分解能が達成され得る。

特に、図５Ｂは、例として、５０００オームのＡＧＣ抵抗値に関連する特定の入力電圧の公称ＡＧＣ設定を示す。ＡＧＣ抵抗値と対比した位相オフセットの変動を示す曲線によって、ＡＧＣ抵抗値が増加するとともに、位相オフセットが増加することが分かる。従って、負のＡＧＣ抵抗値のオフセットが加えられる場合（すなわち、ＡＧＣ抵抗値が５０００オーム未満に移動する場合）、位相オフセットは、減ると予測される。これは、グラフの「位相減少領域」と記された部分である。或いは、正のＡＧＣ抵抗値のオフセットが加えられる場合（すなわち、ＡＧＣ抵抗値が５０００オーム以上に移動する場合）、位相オフセットは増えると予測される。これは、グラフの「位相増加領域」と記される部分である。この情報を用いると、公称ＡＧＣ抵抗値をオフセットして、所望の位相オフセットを達成することが可能になる。改めて、ＡＧＣ抵抗値は、非常に細かいステップの分解能を有するため、結果として、〜０．１度の細かい位相分解能が達成され得る。

図６は、ＡＧＣ抵抗値にプロットされた最小の位相ステップサイズ（すなわち、分解能）を示す。図６は、位相をチューニングするＲＦ減衰器の使用をベースにするシステムの位相分解能が０．１度未満であることを示す。これは、ＰＬＬで予測され得る５度の位相分解能と比較すると、大幅な改善である。図６の位相分解能のグラフは、Ｒ_ａｇｃの実装で生じる、不連続性（又はスパイク）を示す。これらの不連続性（又はスパイク）は、ソフトウェアアルゴリズムによって容易に補償され得る。

特に、図６は、ＡＧＣ抵抗値が小さいほど、最小の位相ステップサイズ（すなわち、分解能）が低くなり、ＡＧＣ抵抗値が大きいほど、最小の位相ステップサイズが高くなることを示す。しかしながら、図６から、位相をチューニングするＲＦ減衰器の使用をベースにするシステムの位相分解能が０．１度未満であることが分かる。これは、ＰＬＬで予測され得る５度の位相分解能と比較すると、大幅な改善である。

図７は、本発明の方法の実施形態を示す。図７に示すように、方法７００は、ステップ７１０で開始する。ステップ７１０では、方法は、少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、通信デバイスの位相構成を調整する。ここで、通信デバイスの位相構成の調整は、通信デバイスの無線周波数（ＲＦ）減衰器の減衰ファクタを調整することを含む。その後、方法は、ステップ７２０に進む。ステップ７２０では、方法は、アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された位相構成で、キャリア信号を変調する。次に、ステップ７３０で、方法は、誘導結合のために、通信デバイスから変調されたキャリア信号を送信する。

本明細書では、選択されたセットの詳細に関して、例示的な実施形態を提示した。しかしながら、当業者は、これらの詳細の異なる選択されたセットを含む多くの他の例示的な実施形態が実施され得ることを理解するであろう。以下の特許請求の範囲は、全ての可能な例示的な実施形態をカバーすることが意図されている。

開示の実施形態の様々な態様、実装又は特徴は、別々に又は任意の組み合わせで使用され得る。開示の実施形態の様々な態様は、ソフトウェア、ハードウェア又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実施され得る。

前述の説明は、説明を目的とし、開示の実施形態の完全な理解を提供するために特定の専門語を用いた。しかしながら、当業者には、開示の実施形態を実施するために特定の詳細が要求されないことは明らかであろう。従って、特定の実施形態の前述の説明は、例示及び説明のために提示されるものである。それらは網羅的であること、記載された実施形態を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。当業者には、上記の教示を考慮して多くの修正及び変形が可能であることが明らかであろう。

Claims (20)

1. 誘導結合を介して通信する通信デバイスの位相チューニングの分解能を向上させる方法であって、
   少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、通信デバイスの位相構成を調整するステップと、
   アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された前記位相構成でキャリア信号を変調するステップと、
   誘導結合のために、前記通信デバイスから変調された前記キャリア信号を送信するステップと、を含み、
   前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップは、前記通信デバイスの無線周波数（ＲＦ）減衰器の減衰ファクタを調整するステップを含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記通信デバイスの前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタを調整するステップは、高分解の位相チューニングを提供する、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、前記通信デバイスのアナログ受信器への入力電圧を減衰するように構成される、方法。
4. 請求項３に記載の方法であって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、さらに、前記通信デバイスのアナログ受信器への入力電圧を、所定範囲内に維持するように構成され、前記所定範囲は、前記アナログ受信器に、過負荷をかけず、又は、低すぎる入力電圧を供給しない範囲である、方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタは、インピーダンス比を変化させることで調整される、方法。
6. 請求項４に記載の方法であって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、２つのインピーダンスで構成され、前記２つのインピーダンスのうち、少なくとも１つは、チューナブルインピーダンスである、方法。
7. 請求項４に記載の方法であって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、固定インピーダンスとチューナブルインピーダンスとで直列に構成され、前記チューナブルインピーダンスは、キャパシタと並列のＲ_ａｇｃ（自動利得制御抵抗）を備え、前記Ｒ_ａｇｃは、可変抵抗である、方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記Ｒ_ａｇｃは、トランジスタによって制御される抵抗バンクで構成される、方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、前記Ｒ_ａｇｃは、０．１度未満の位相チューニングを可能にする、非常に細かいステップの分解能を有する、方法。
10. 請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも１つのシステム又は環境パラメータは、
    誘導結合の電磁場強度と、
    誘導結合の結合条件と、
    前記通信デバイス又は対応するリーダデバイスのアンテナ形状と、
    前記通信デバイスのプロセス、電圧及び温度（ＰＶＴ）変動と、
    前記通信デバイスのシステムアーキテクチャと、
    前記通信デバイスのマッチングネットワーク特性と、
    前記通信デバイスの通信プロトコルと、
    前記通信デバイスの通信データレートと、
    前記通信デバイスの再送信構成と、
    前記通信デバイスの再構成設定と、
    前記通信デバイスの通信タイミングと、及び、
    前記通信デバイスのアプリケーションと、を含むグループから選択される、方法。
11. 請求項１に記載の方法であって、前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップは、システム又は環境パラメータのグループの機能に従い、前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップを含む、方法。
12. 請求項１に記載の方法であって、前記通信デバイスの前記位相構成を調整するステップは、前記通信デバイスのクロック生成回路の位相構成を調整するステップを含む、方法。
13. 誘導結合を介して通信する通信デバイスの位相チューニングの分解能を向上させるシステムであって、
    少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、前記通信デバイスの位相構成を調整するよう構成された位相構成調整モジュールと、
    アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された前記位相構成で、キャリア信号を変調するよう構成された信号変調モジュールと、
    誘導結合のために、前記通信デバイスから変調された前記キャリア信号を送信するよう構成された信号送信モジュールと、
    減衰ファクタによってアナログ受信器への入力信号を減衰するよう構成された無線周波数（ＲＦ）減衰器と、を備え、
    前記位相構成調整モジュールは、さらに、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタを調整するように構成される、システム。
14. 請求項１３に記載のシステムであって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタの調整は、高分解能の位相チューニングを提供する、システム。
15. 請求項１４に記載のシステムであって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、さらに、前記通信デバイスの前記アナログ受信器への入力電圧を所定範囲に維持するように構成され、前記所定範囲は、前記アナログ受信器に、過負荷をかけず、又は、低すぎる入力電圧を供給しない範囲である、システム。
16. 請求項１５に記載のシステムであって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、２つのインピーダンスで構成され、前記２つのインピーダンスのうち、少なくとも１つは、チューナブルインピーダンスである、システム。
17. 請求項１５に記載のシステムであって、前記無線周波数（ＲＦ）減衰器は、固定インピーダンスとチューナブルインピーダンスとで直列に構成され、前記チューナブルインピーダンスは、キャパシタと並列のＲ_ａｇｃ（自動利得制御抵抗）を備え、前記Ｒ_ａｇｃは、可変抵抗である、システム。
18. 請求項１７に記載のシステムであって、前記Ｒ_ａｇｃは、トランジスタによって制御される抵抗バンクで構成される、システム。
19. 誘導結合を介して通信する通信デバイスの位相チューニングの分解能を向上させる、非一時的なコンピュータ可読媒体にエンコードされたコンピュータプログラム製品であって、
    少なくとも１つのシステム又は環境パラメータに応じて、前記通信デバイスの位相構成を調整するためのコンピュータコードと、
    アクティブ型負荷変調（ＡＬＭ）を用い、調整された前記位相構成で、キャリア信号を変調するためのコンピュータコードと、
    誘導結合のために、前記通信デバイスから、変調された前記キャリア信号を送信するためのコンピュータコードと、を備え、
    前記通信デバイスの前記位相構成の調整は、前記通信デバイスの無線周波数（ＲＦ）減衰器の減衰ファクタの調整を含む、コンピュータプログラム製品。
20. 請求項１９に記載のコンピュータプログラム製品であって、前記通信デバイスの前記無線周波数（ＲＦ）減衰器の前記減衰ファクタの調整は、高分解能の位相チューニングを提供する、コンピュータプログラム製品。