(57)【要約】  本発明は、アンテナ（１０）とコントローラ（２０）とを備え、コントローラ（２０）は、データを受信および／または送信し、ＮＦＣ構成（１００）の動作を制御するためにアンテナ（１０）に接続される、近距離無線通信（ＮＦＣ）構成（１００）に関する。ＮＦＣ構成（１００）は、アンテナ（１０）に動作可能に接続されたブースタ（３０）と、ＮＦＣ構成（１００）に接続された起動回路（４０）とをさらに備え、起動回路（４０）は電磁場を検出し、それに応答して、ＮＦＣ構成（１００）に電源を投入させ、当該ＮＦＣ構成（１００）を起動させるように構成される。一実施形態では、起動回路（４０）が、前記電磁場を前記イネーブル信号に変換することによって前記イネーブル信号を生成するように構成される。
2020524478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ（１０）とコントローラ（２０）とを備え、
前記コントローラ（２０）は、前記アンテナ（１０）に接続され、データを受信および／または送信し、前記ＮＦＣ構成（１００）の動作を制御する近距離無線通信（ＮＦＣ）構成であって、
さらに、前記アンテナ（１０）に動作可能に接続されたブースタ（３０）と、
前記ＮＦＣ構成（１００）に接続された起動回路（４０）と、を備え、
前記起動回路（４０）は、電磁場を検出し、それに応答して前記ＮＦＣ構成（１００）に電源を投入させ、当該ＮＦＣ構成（１００）を起動させるように構成されることを特徴とするＮＦＣ構成（１００）。
【請求項２】
前記起動回路（４０）は、前記電磁場をイネーブル信号に変換することによって前記イネーブル信号を生成するように構成される、請求項１に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項３】
前記起動回路（４０）が電磁場を検出するように、前記ブースタ（３０）に電源を投入するために、前記ブースタ（３０）と前記起動回路（４０）との間に電源部品（５０）が接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項４】
前記起動回路（４０）は、前記イネーブル信号を前記電源部品（５０）に送信するように構成され、前記電源部品（５０）は前記イネーブル信号の受信に応答して前記ブースタ（３０）に電源を投入するように構成される、請求項２および３に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項５】
前記起動回路（４０）は、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換するように構成される整流構成（８０）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項６】
前記アンテナ（１０）と、アンテナインピーダンスの特定の範囲を達成するように構成された前記ブースタ（３０）との間に挿入される整合回路（６０）をさらに備えている、請求項１から５のいずれか一項に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項７】
前記起動回路（４０）は、電磁場を検出するように構成されたアンテナ（１０，７０）に接続されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項８】
前記アンテナは、別個の電磁場起動アンテナ（７０）である、請求項７に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項９】
前記アンテナは、前記ブースタ（３０）が接続されているものと同一のアンテナ（１０）である、請求項７に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項１０】
前記電磁場は、第２のＮＦＣ構成（２００）から発する電磁場である、請求項１から９のいずれか一項に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項１１】
前記ＮＦＣ構成（１００）は、スマートウォッチ（１０００）内に封入されるように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＮＦＣ構成（１００）。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のＮＦＣ構成（１００）を備えるスマートウォッチ（１０００）。
【請求項１３】
近距離無線通信（ＮＦＣ）構成（１００）におけるアンテナ構成を起動させる方法であって、
起動回路（４０）による電磁場の存在を検出する（８０１）ステップと、
イネーブル信号を生成する（８０３）ステップと、
前記起動回路（４０）から電源部品（５０）に前記イネーブル信号を送信する（８０４）ステップと、
前記イネーブル信号の受信に応答して前記電源部品（５０）によって前記ＮＦＣ構成（１００）内のブースタ（３０）を起動させる（８０５）ステップと、を含む方法。
【請求項１４】
前記起動回路（４０）が、前記電磁場を前記イネーブル信号に変換する（１１０２）ことによって前記イネーブル信号を生成する（８０３）ステップをさらに含む、請求項１３に記載のアンテナ構成を起動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は近距離無線通信（ＮＦＣ）の分野に関し、特に、改善されたＮＦＣ構成を提供するためのＮＦＣ構成および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８３年に、略語「ＲＦＩＤ」、つまり無線周波数識別に関連する最初の特許が付与される。１９９７年には、近接した２つのユニット間のデータ通信をデバイスが可能にする、初期の形態の近距離通信、ＮＦＣが特許付与された。２００２年には、「近距離通信」という用語が策定され、２００３年にはＮＦＣがＩＳＯ／ＩＥＣ標準として、後にはＥＣＭＡ標準として承認された。
【０００３】
１９７０年代に最初のデジタル時計が発売された。それ以来、腕時計の開発は続けられてきた。最初は、単純なデジタルディスプレイおよびおそらくは計算機を含むものから、１９９０年代後半に最初に発売されたスマートウォッチまでである。スマートウォッチは、計時を超える機能を有するコンピュータ化された腕時計である。開発が進むにつれて、スマートウォッチはほとんどどんなものにも使用できることが認識された。
【０００４】
ＮＦＣ技術とスマートウォッチの両方がしばらく出回ったという事実にもかかわらず、これら２つを一緒に使用するための多くの技術的困難が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００５】
スマートウォッチができることに影響を及ぼすいくつかの制約がある。例えば、スマートウォッチのサイズはいくつかの制限を導入し、手首の周りに装着するためには十分に小さくなければならない。したがって、スマートウォッチは、バッテリ寿命に関して最適な有用性のために大きなバッテリを収容することができず、最適なＮＦＣ性能および標準準拠を達成するために大きなＮＦＣアンテナも収容することができない。上記に関して、本発明の発明者は、既存の近距離通信、ＮＦＣ、構成に問題があることを認識した。スマートウォッチのようなウェアラブルデバイスに導入されるために十分に小さい一方で、十分な通信距離および最小電力消費を同時に提供することができるＮＦＣ構成は存在しない。市場はスマートウォッチにさらなる要件を課し、その結果、スマートウォッチは、適切なサイズおよびハウジング材料で構成され、ならびに低電力消費を有する必要がある。さらに、ＮＦＣ対応デバイスの通信距離は、ＮＦＣ構成のサイズおよび周囲の材料の特性に大きく依存する。したがって、これは、最終製品（ＮＦＣ対応スマートウォッチまたはデバイス）の設計可能性に制限をもたらす。
【０００６】
本出願の教示によって解決されるべき、または少なくとも軽減されるべき１つの課題は、最小限の電力消費を依然として達成しながら、拡張された通信距離を有するＮＦＣ構成を作ることである。この問題は、第１の態様によれば、アンテナとコントローラとを備えるＮＦＣ構成を提供することによって解決され、前記コントローラは、前記アンテナに接続され、データを受信および／または送信し、ＮＦＣ構成の動作を制御する。ＮＦＣ構成はさらに、アンテナに動作可能に接続されたブースタと、ＮＦＣ構成に接続された起動回路とを備え、上記起動回路は電磁場を検出し、それに応答して、前記ＮＦＣ構成に電源を投入させ、当該ＮＦＣ構成を起動させるように構成される。一実施形態では、前記起動回路は、前記電磁場をイネーブル信号に変換することによって前記イネーブル信号を生成するように構成される。
【０００７】
一実施形態では、前記起動回路が電磁場を検出するように、前記ブースタに電源を投入するために、前記ブースタと前記起動回路との間に電源部品が接続される。
【０００８】
一実施形態では、前記起動回路（４０）が前記イネーブル信号を電源部品（５０）に送信するように構成され、前記電源部品（５０）は前記イネーブル信号の受信に応答して前記ブースタ（３０）に電源を投入するように構成される。
【０００９】
一実施形態では、前記起動回路は、ＡＣ信号をＤＣ信号に変換するように構成される整流構成を備える。
【００１０】
一実施形態では、前記ＮＦＣ構成は、前記アンテナと、アンテナインピーダンスの特定の範囲を達成するように構成された前記ブースタとの間に挿入されている整合回路をさらに備えている。
【００１１】
一実施形態では、前記起動回路は、電磁波を検出するように構成されたアンテナに接続されている。一実施形態では、アンテナが別個の電磁場起動アンテナであってもよい。別の実施形態では、前記アンテナは、ブースタが接続されているものと同一のアンテナである。
【００１２】
一実施形態では、前記電磁場は、第２のＮＦＣ構成から発する電磁場である。
【００１３】
一実施形態では、前記ＮＦＣ構成は、スマートウォッチ内に封入されるように構成される。
【００１４】
本出願はさらに、記載された実施形態によるＮＦＣ構成を備えるスマートウォッチを提供する。
【００１５】
本出願はまた、ＮＦＣ構成におけるアンテナ構成を起動させる方法を提供し、前記方法は、起動回路による電磁場の存在を検出するステップと、イネーブル信号を生成するステップと、前記起動回路から電源部品に前記イネーブル信号を送信するステップと、前記イネーブル信号の受信に応答して前記電源部品によって前記ＮＦＣ構成内のブースタを起動させるステップとを含む。
【００１６】
一実施形態では、前記方法は、前記起動回路が、前記電磁場を前記イネーブル信号に変換することによって前記イネーブル信号を生成するステップをさらに含む。本発明の発明者らは、発明的かつ洞察力のある推論の後に、通信距離を拡張することができる構成要素と、実際に必要とされるまでこれらの拡張された距離の構成要素を作動させない他の構成要素とを用いて、賢明な方法でＮＦＣ構成を構築することによって、スマートで小型のＮＦＣ構成が提供されることを、さらに認識した。
【００１７】
開示された実施形態の他の特徴および利点は、以下の詳細な開示、添付の従属請求項、ならびに図面から明らかになるのであろう。
【００１８】
一般に、特許請求の範囲において使用される全ての用語は、本明細書において特に明確に定義されない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。
【００１９】
「ａ／ａｎ／ｔｈｅ（部材、装置、構成部材、手段、ステップなど）」への全ての言及は、特に明記しない限り、部材、装置、構成部材、手段、ステップなどの少なくとも１つの例を指すものとして開放的に解釈されるべきである。本明細書に開示される任意の方法のステップは、明示的に述べられない限り、開示される正確な順序で実行される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本出願によるＮＦＣ構成は、添付の図面を参照して以下に説明される。
【図１】一般的なＮＦＣ構成を示す。
【図２】２つのＮＦＣ構成が互いに通信する簡略化されたシステムを示す。
【図３】本発明の一実施形態によるＮＦＣ構成を示す。
【図４】本発明の一実施形態による２つの別個のアンテナを有するＮＦＣ構成を示す。
【図５】本発明の一実施形態による起動回路およびブースタが同じアンテナに接続されるＮＦＣ構成を示す。
【図６】本発明の一実施形態による整流構成を示す。
【図７】本発明の一実施形態によるＮＦＣ構成を備えるスマートウォッチを示す。
【図８】本発明の一実施形態によるＮＦＣ構成を起動させる一般的な方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
同封された実施形態は、本発明の特定の実施形態が示される添付の図面を参照して、以下でより完全に説明される。しかしながら、本発明は多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は本開示が綿密かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように、例として提供される。同じ参照符号は全体を通して同じ部材を指す。
【００２２】
近範囲無線通信（ＮＦＣ）は、２つの電子デバイスを互いにある範囲内に持っていくことによって、２つの電子デバイスが通信を確立することを可能にする１組の近範囲無線技術である。コンパクトな標準アンテナでの理論上の作動距離は２０ｃｍまでであるが、実際の作動距離は通常約１０ｃｍ以下である。ＮＦＣは、より能力のあるワイヤレス接続をブートストラップするために使用することができる簡単なセットアップを伴う低速接続を提供する。
【００２３】
ＮＦＣは、情報を交換するための方法であり、ＩＳＯ／ＩＥＣ  １４４４３およびフェリカを含む既存の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）規格に基づく。これは、能動、つまり給電アンテナ、および受動、つまり誘導給電アンテナの両方のモードで通信することができる双方向通信プロトコルである。ＮＦＣをＲＦＩＤと区別する重要な特徴は、ＮＦＣデバイス間の双方向通信を可能にする情報の双方向転送の可能性である。
【００２４】
ＮＦＣは、識別、認証、および追跡のために使用される。これはソーシャルネットワークのために、つまり、連絡先、写真またはファイルを共有するために使用され、ＮＦＣ対応デバイスは電子アイデンティティ文書およびキーカードとして機能することができる。ＮＦＣ対応デバイスは、クレジットカードおよび電子チケットスマートカードで使用されるものと同様に、非接触支払いシステムでさらに使用され、モバイル支払いがこれらのシステムに取って代わる／これらのシステムを補うことを可能にする。
【００２５】
図１は、一般的なＮＦＣ構成１００を示す。デバイスがＮＦＣに対応されるためには、デバイスはＮＦＣ構成１００を備えなければならない。ＮＦＣ構成１００は、一般に、アンテナ１０とコントローラ２０との２つの構成要素からなる。図２は一般に、２つのＮＦＣ構成１００、２００が互いに通信するシステムを示す。図に見られるように、２つのＮＦＣ構成１００、２００の各々は、少なくとも１つのアンテナ１０、２１０と、コントローラ２０、２２０とからなる。この方式は、一方のデバイスにおける送信アンテナが他方のデバイスにおける受信アンテナによって測定される電磁場を変調することである。ＮＦＣ構成は、局所電磁場内に伝送エネルギーを含むように設計される。この電磁場エネルギーは通信システムの周りで共振するが、自由空間には放射しない。このタイプの伝送は、「近距離」と呼ばれる。近距離伝送の出力密度は極めて限定的であり、範囲の６乗の逆数（１／ｒ６）に比例して、または１０年当たり−６０ｄＢで、減衰、または転落する。
【００２６】
一般に、ＮＦＣ構成１００、２００の一方はイニシエータとして動作し、通信を開始し、他方のＮＦＣ構成１００、２００はターゲットモード／リスニングモードで動作し、イニシエータを待つ。ＮＦＣ構成１００、２００、つまり、イニシエータおよびターゲットの役割は、ＮＦＣのモードスイッチの一部であるタスク前聴取の方式の間に自動的に割り当てられる。一般に、各ＮＦＣ構成は、ターゲットモードで動作する。ＮＦＣターゲットの環境をスキャン（＝ポーリング）するために、構成は周期的にイニシエータモードに切り替わり、その後ターゲットモードに戻る。イニシエータがターゲットを見つけた場合、通信を確立するために開始シーケンスが提出され、データの交換が開始される。
【００２７】
受動モードでは、イニシエータＮＦＣ構成１００は、キャリア場を提供し、ターゲットＮＦＣ構成２００は既存の場を変調することによって応答する。このモードでは、ターゲットＮＦＣ構成２００は、イニシエータが提供する電磁場からその動作電力を引き出し、したがって、ターゲットＮＦＣ構成２００を応答機とすることができる。受動通信モードでは、一方のＮＦＣ構成１００は電磁場を生成し、他方のＮＦＣ構成２００は、データを転送するための負荷変調を使用する。受動モードは、ＮＦＣ非接触スマートカード、あるいは、マーケティング及びユーザエクスペリエンスアプリケーションにおけるＮＦＣタグと共に使用することが、主に想定されている。ＮＦＣタグなどの受動ＮＦＣ構成は、他のデバイスが読み取ることができる情報を含むが、それ自体はいかなる情報も読み取らない。
【００２８】
能動モードでは、イニシエータおよびターゲットＮＦＣ構成１００、２００の両方が、それら自体の場を交互に生成することによって通信する。ＮＦＣ構成は、データを待っている間、その電磁場を非活性化する。このモードでは、両方のＮＦＣ構成が、典型的には電源を有する。能動モードアプリケーションには、非接触支払い、アクセス制御、およびブートストラップによる他の接続が含まれる。能動ＮＦＣ構成は、情報を読み取り、それを送信することができる。本明細書の教示の一実施形態によるスマートウォッチのような能動ＮＦＣ構成は、ＮＦＣタグから情報を収集することができるだけでなく、他の互換性のあるデバイスと情報を交換することもでき、そのような変更を行うことが許可されている場合には、ＮＦＣタグ上の情報を変更することさえできる。
【００２９】
本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００は、コントローラ２０を備える。コントローラ２０は、データを受信および／または送信し、ＮＦＣ構成１００の動作を制御するように構成される。コントローラは一般に、プロセッサまたは別のプログラマブル論理回路、あるいはタスクを実行する際に協働するように割り当てられた複数のそのようなプロセッサおよび／またはＰＬＣである。上記タスクは、メモリ２５に記憶されたコンピュータ可読プログラム命令によって指定することができる。コントローラはまた、周辺デバイスとインターフェースするように構成される。これは、デバイスの２つの部分間のリンク、またはそのデバイスの動作およびそのデバイスとの接続を管理する外部デバイス上のコントローラとすることができる。コントローラ２０はまた、正しいデータが正しい時間に正しい場所で終わることを保証することによって、確実な水準の命令および管理を提供する。ＮＦＣ構成１００内のコントローラ２０は、ＮＦＣ構成１００の異なる部材を接続し、スイッチボードとして働き、ＮＦＣ対応デバイスおよび外界との間でデータを送受信することを可能にする。
【００３０】
先に述べたように、ＮＦＣ構成１００の他の基本部分は、アンテナ１０である。アンテナはある場所から別の場所へ情報を送信および／または受信するための一種のインターフェースであり、離れている別のデバイスと通信することを可能にする。ＮＦＣ構成１００において、アンテナ１０はループアンテナであってもよい。ＮＦＣ構成１００は、お互いの近接場内に配置された２つのループアンテナ間の電磁誘導を使用し、通信するために空心変圧器を効果的に形成する。上記場は、他のＮＦＣ対応デバイス内の同様のアンテナまたはコイルによって受信され、そこで、ＩＤ番号状態情報または任意の他の情報などのデータをコントローラ２０に通信するために、電気インパルスに戻される。アンテナ１０は、ＩＳＯ／ＩＥＣ  １４４４３およびＩＳＯ／ＩＥＣ  １８０００‐３無線インターフェース上で、１０６  ｋｂｉｔ／ｓ〜４２４ｋｂｉｔ／ｓの範囲の速度で、１３．５６ＭＨｚのグローバルに利用可能な無認可の無線周波数ＩＳＭ帯域内で動作する。電磁エネルギーの大部分は許容される±７ｋＨｚの帯域幅範囲に集中するが、主ローブのスペクトルマスクは１．８ＭＨｚ程度の広さである。
【００３１】
ループアンテナはワイヤ、チュービング、または他の導電体のループまたはコイルからなる無線アンテナであり、その端部は平衡伝送接続に接続される。ＮＦＣ構成１００は、磁気ループとしても知られる小さなループを使用し、このようなアンテナによって生成される磁界強度およびパターンは、ループによって囲まれる面積および巻数に依存する。巻数およびそれらのレイアウトは、目標インダクタンス（１．０〜３．０μＨ）を達成するために重要な役割を果たす。上記ループは長方形、円形、または不規則な形状など、任意の形態を有することができ、したがって、アンテナを任意の形状のデバイスに容易に適合させることができる。しかしながら、アンテナの幾何学的形状は、目標動作距離を達成するための重要な要因である。さらに、アンテナのサイズは、通信距離にとって重要である。アンテナサイズが大きいほど、動作距離が大きいことを意味する。
【００３２】
したがって、図２を参照すると、ＮＦＣ構成１００は、アンテナ１０を介して１３．５６ＭＨｚの電流を励起する。これは電磁場を誘発し、さらに（相互連結を介して）ＮＦＣ構成２００のアンテナ２１０に、それらが十分近接するときに、電流を誘導する。この誘導電流は、コントローラ２２０によって読み取ることができ、したがって、通信がある。
【００３３】
本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００は、図３に示すように、ブースタ３０をさらに備える。ブースタ３０はアンテナ１０とコントローラ２０との間のハードウェアインターフェースであり、アンテナ１０に動作可能に接続される。それは、電磁場を聴取し、入ってくる信号および出ていく信号を増幅するために使用される。したがって、ブースタ３０は、ＮＦＣ対応デバイスの作動距離を向上させる。ブースタ３０はそれがＮＦＣ構成１００に適合し、ＮＦＣ対応デバイス内に封入される限り、任意の既知の設計のものとすることができる。ブースタ３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータまたは負荷スイッチなどの電源部品５０によって電力供給される。
【００３４】
したがって、発明者らが実現したように、ＮＦＣ構成１００のブースタ３０を使用することによって、必要な作動距離を達成しながら、高い総消費電力を犠牲にしてアンテナ１０のサイズを縮小することが可能である。これは、例えばスマートウォッチのような、より小さいサイズのデバイス内でＮＦＣ構成１００を使用することを可能にする。
【００３５】
一実施形態では、本明細書の教示は、スマートウォッチにおいてモバイル支払いまたはモバイルウォレットアプリケーションを実施するために使用され得る。そのような実施形態では、本明細書の教示は、ＥＭＶＣｏによる通信距離の要件を依然として満たしながら、ＮＦＣ構成をスマートウォッチで使用することを可能にする。
【００３６】
ＥＭＶＣｏはＥＭＶ（Ｅｕｒｏｐａｙ、Ｍａｓｔｅｒｃａｒｄ、およびＶｉｓａ）規格を定義し、管理する非公開企業である。ＥＭＶは、銀行カードおよびＥＭＶ支払いのインフラストラクチャを使用する安全かつ便利な支払いのためのグローバル標準である。ＥＭＶＣｏは、世界的な相互運用性および安全な支払取引の承諾を容易にするために存在する。これは、ＥＭＶ（登録商標）１仕様および関連する試験プロセスを管理し、発展させることによって達成される。これにはカードおよび端末の評価、セキュリティ評価、および相互運用性の問題の管理が含まれるが、これらに限定されない。
【００３７】
理解されるように、本明細書の教示は、ＮＦＣ構成および小型デバイスで実装されるのに十分な容量の電源を必要とする他の実装形態でも使用することができる。
【００３８】
一般に、ブースタは、連続的に動作モードまたはリスニングモードにある。動作モードにないとき、別のＮＦＣ構成からイニシエータプロトコルを受信するために、聴取しなければならない。その結果、ブースタ３０は常に、最低でも数十マイクロアンペア（μＡ）の待機電流を消費することになる。リスニングモードの電力消費は実際の動作モード中に引き出される電流よりもかなり低いが、リスニング中の電流消費は、平均使用時間を考慮すると、ＮＦＣ構成１００全体の電力消費の大部分を占め、ブースタがスマートウォッチでの使用において望ましくないものにする。
【００３９】
高電力消費の問題を解決するために、本発明者らは図３に示すように、起動回路４０をさらに備える本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００提供することによって、ＮＦＣ構成１００が有効化および無効化され、その結果、はるかに低い総電力消費を実現した。
【００４０】
図３から分かるように、電源部品５０は起動回路４０に接続されている。起動回路４０は電磁場を検出し、それをイネーブル信号に変換するように構成された受動回路である。本発明によれば、イネーブル信号は、検出された磁界の存在に応じて、電源部品５０、したがってＮＦＣ構成１００全体をスイッチオンおよびシャットダウンする。これにより、ブースタ３０が常に電力を消費することが防止され、必要なときにのみ起動される。さらに、ＮＦＣ構成１００、２００の間でＮＦＣ通信がない場合、起動回路４０はブースタ３０を無効にし、ＮＦＣ構成１００はパワーダウンされる。
【００４１】
本明細書の教示による一実施形態では、ＮＦＣ構成１００は、別のＮＦＣ構成２００との間で情報を送受信するためのアンテナ１０と、データを受信および／または送信し、ＮＦＣ構成１００の動作を制御するためのコントローラ２０とを備える。ＮＦＣ構成１００は、入ってくる信号および出ていく信号を増幅するためのブースタ３０と、電磁場が検出されたときにＮＦＣ構成１００を起動させる起動回路４０とをさらに備える。このような実施形態の利点は、例えば支払いを実行している間の通信距離に関する要件が満たされることである。ＮＦＣ構成１００で支払いを実行する場合、通信するＮＦＣ構成１００、２００間の距離が、ＮＦＣ対応デバイスの位置決め距離に従って、最小４ｃｍの読み取り距離および３ｃｍから５ｃｍまでの体積範囲で、動作体積要件を満たすことが重要である。さらに、ブースタ３０が電源部品５０および起動回路４０によって電力供給される実施形態では、電力消費が低減され、再充電能力の必要性が低減され得る。例えば、ＮＦＣ取引がない場合、電力節約は９９％もの高さになる。
【００４２】
本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００に電源を投入するために、電源部品５０は、起動回路４０とブースタ３０との間に接続される。これは起動回路４０からイネーブル信号を受信し、このイネーブル信号は起動回路４０が検出された電磁場を変換することによって生成したものである。電源部品５０は、イネーブル信号を受信すると、ブースタ３０に電源を投入することによってＮＦＣ構成１００を起動させる。一実施形態では制御装置２０がブースタ３０を介して電力供給され、別の実施形態では図３の点線を参照すると、制御装置２０が同じ電源部品５０から直接電力供給される。同じイネーブル機能を使用して、ブースタ３０および制御装置２０を含むＮＦＣ構成１００全体をオンおよびオフに切り替えることによって、最小限のシステム電力消費を達成することができる。
【００４３】
一実施形態では、電源部品５０がバッテリによって電力供給されるＤＣ／ＤＣコンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流（ＤＣ）源をある電圧レベルから別の電圧レベルに変換する電子回路または電気機械装置である。これは電力変換器の一種である。電力レベルは、非常に低いもの（小型バッテリ）から非常に高いもの（高電圧電力伝送）までの範囲である。ＤＣ／ＤＣコンバータが電源部品５０として使用され、ＮＦＣ通信が実行されていないとき、ＤＣ／ＤＣコンバータの零入力電流に等しい最小電力消費を達成することができる。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータを電源部品として使用することによって、本発明者らは、最小の電力消費で非常に効率的なＮＦＣ構成１００を提供した。
【００４４】
本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００は、図４および図５にも示すように、整合回路６０をさらに備え得る。電磁場は、ＮＦＣ構成１００の異なる部分を通って移動するので、インピーダンスの差に遭遇することがある。ブースタ３０のタイプに応じて、作動距離および電力消費を考慮して最良の性能を得るために、アンテナのインピーダンス、インダクタンス、および線質係数の特定の範囲が必要とされる。各インターフェース（アンテナ整合）におけるインピーダンス差を最小化することによって、ＮＦＣ構成１００の各部分を通る電力伝達が最大化され、信号の減衰が最小化される。これは、整合回路６０を用いて得られる。整合回路６０はディスクリートコンデンサ、抵抗器、およびインダクタから構成されてもよく、図中のアンテナ整合６０は例示の目的のためだけのものである。整合回路６０を最適に設計することにより、より高い効率が達成される。
【００４５】
本明細書の教示による起動回路４０は、電磁場が存在するか否かを検出するためにアンテナに接続されてもよい。
【００４６】
一実施形態では、図４に示すように、起動回路４０は、別個のアンテナ７０を使用する。起動回路４０に別個のアンテナ７０を使用することによって、アンテナ１０とアンテナ７０とで異なる設計を使用することが可能である。アンテナ１０、７０の各々は、それらの特定の目的のために最適な方法で設計することができる。アンテナ１０は情報が送受信されるべきであることに関して設計されてもよく、一方、アンテナ７０は電磁場が効率的に感知されるべきであることに関して設計されてもよい。したがって、２つの別個のアンテナを使用することにより、ＮＦＣ構成１００は非常に柔軟になり、上記の目的のために最適化される。
【００４７】
本発明の教示による一実施形態では、図５に示すように、ブースタ３０が接続されているのと同じアンテナ１０に起動回路４０を接続することが可能である。したがって、アンテナ１０は電磁場を検出するために使用される。ブースタ３０および起動回路４０の両方によって同じアンテナ１０を使用することによって、１つのアンテナしか使用されないので、ＮＦＣ構成１００は、より少ないスペースしか必要とせず、より小さい領域内に封入することができる。これは、ＮＦＣ構成１００が非常に小さな装置内に封入されるときに有益であり、空間を消費する構成要素の問題を解決する。アンテナ１０の起動回路４０への取り付けは、ブースタ３０および起動回路４０の両方の異なる負荷および整合要件による共存問題を考慮して、直接接続または一対のスイッチを介して行うことができる。
【００４８】
図５に示すように、ブースタ３０および起動回路４０が同じアンテナ１０に直接接続されている場合、ブースタ３０用の整合回路６０は、スイッチオン状態およびスイッチオフ状態の両方において、アンテナ１０および起動回路４０の両方からの並列負荷を考慮する必要がある。
【００４９】
本発明者らはまた、以下に詳細に説明するように、起動回路４０側の整流構成８０は送信時にブースタ３０からのより高い入力電力を処理する必要があり、特に、整流器ダイオードは、十分に高い降伏定格を有するべきであることを認識した。これを考慮すれば、ブースタ３０と起動回路とを同一のアンテナ１０に接続することに支障はない。
【００５０】
起動回路４０は、一実施形態によれば、整流構成８０を備える。整流器は、典型的には上手く連結されたダイオードのセットから作られ、周期的に方向を反転する交流（ＡＣ）を、一方向のみに流れる直流（ＤＣ）に変換する電気装置である。この方法は整流として知られている。起動回路４０の入力信号は送信ＮＦＣ構成のアンテナ２１０から受信ＮＦＣ構成アンテナ１０、７０に結合された１３．５６ＭＨｚのＡＣ信号であるので、起動回路４０に必要な特徴の１つはＡＣ信号をＤＣに変換することである。したがって、整流回路８０が適用される。整流回路８０は多くの方法で実現することができ、負荷要件に応じて選択される。これとは別に、いくつかのさらなる考慮事項は、構成要素定格、順方向電圧、降伏電圧、順方向電流定格、過渡電流定格、温度範囲、実装要件などである。ダイオードを異なる構成で接続することによって、異なる種類の整流器が得られる。
【００５１】
本明細書の教示による一実施形態では、整流構成８０は図６に示すようなブリッジトポロジの倍電圧整流器によって実現される。ダイオードＤ１およびＤ２は、整流構成８０のスイッチング部材である。それらは、入力ＡＣ信号の交流電圧によって状態を切り換えるように駆動される。Ｃ１およびＣ２は、ダイオードＤ１およびＤ２における状態スイッチングによって生じるリプルを平滑化するための２つの同一のコンデンサである。キャパシタンスが大きければ大きいほど、整流構成８０の出力におけるＤＣレベルはより安定する。しかしながら、より大きなコンデンサのより遅い充放電速度により、より長い遅延が生じる。上述のように、整流構成８０は多くの方法で実現することができ、負荷要件およびさらなる考慮事項に応じて選択される。
【００５２】
起動回路４０の入力における信号レベルが低すぎる場合、例えば、起動回路４０のアンテナ１０、７０が小さすぎるか、または高損失材料によってブロックされる場合、整流構成８０の変換規模を増大させる必要がある。例えば、電圧増倍整流器を適用することができる。このような解決法での変換スケールは、同じダイオードが使用されている倍電圧器からの出力レベルの１．５倍を超える。
【００５３】
本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００は、十分な通信距離を依然として達成しながら、電力効率がよく、かつ小さいので、ＮＦＣ構成１００は、小さいＮＦＣ対応デバイス内に封入されるのに適している。一実施形態では、図７に示されるように、本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００は、スマートウォッチ１０００内に封入されている。そのようなＮＦＣ構成１００は、スマートウォッチ１０００の設計に影響を与えず、市場によってスマートウォッチに課される要件を満たすほど十分に小さいので、本発明者らによって実現され提供されるように、本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００を使用することによって、これは可能になる。そのような要件の例としては、スマートウォッチ１０００はユーザーが着用することになるので、大きすぎることはありえないということが挙げられる。スマートウォッチはあまりにかさばると、ユーザーに不満を抱かせることになるからである。さらに、ＮＦＣ構成１００は、依然として必要な通信距離を受信するので、ＮＦＣ技術を使用する支払いなどの多くのアプリケーションに適している。
【００５４】
本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００の別の利点は、エネルギー効率が良く、それによって充電能力の必要性が低減されることである。スマートウォッチなどのＮＦＣ構成１００が封入されたＮＦＣ対応デバイスは、その電力消費を増加させず、したがって、再充電可能バッテリの必要性が低減される。したがって、例えば、デバイスがしばしば再充電を必要とするときに一般的に使用されるかさばる充電器接点の必要性も低減される。
【００５５】
本発明の教示によるスマートウォッチ１０００の一実施形態が図７に示されており、スマートウォッチは、時計針を有するディスプレイおよび／またはダイヤルなどの出力デバイス１００１（複数可）と、ボタンなどの入力デバイス１００４、１００５（複数可）とを備える。上記スマートウォッチは、スマートウォッチの動作を制御するためのコントローラを担持するＰＣＢ１００２と、他のデバイスに接続するための本明細書の教示によるＮＦＣ構成１００を備える無線周波数インターフェース１００３とをさらに備える。
【００５６】
本明細書の教示はまた、ＮＦＣ構成１００を起動させるための方法を含む。図８は、上記方法のフローチャートを示す。上記方法によれば、起動回路４０は、電磁場の存在を検出する（８０１）。このような電磁場が検出されると、起動回路４０はイネーブル信号を生成する（８０３）。イネーブル信号は、起動回路４０から電源部品５０に送信される（８０４）。イネーブル信号が電源部品５０によって受信されると、電源部品５０は、ＮＦＣ構成１００内のブースタ３０に電源を投入する（８０５）。
【００５７】
一実施形態によれば、本方法は、起動回路４０が電磁場を上記イネーブル信号に変換する（８０２）ことによって、イネーブル信号が生成されることをさらに含む。
【００５８】
本明細書の教示によるＮＦＣ構成および方法は、いくつかの実施形態を参照して上述されている。しかしながら、当業者には容易に理解されるように、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、上記で開示されたもの以外の他の実施形態も、本出願の範囲内で等しく可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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