專利名稱：微型uhf rfid讀寫與nfc移動(dòng)支付一體化模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于射頻識(shí)別領(lǐng)域，具體涉及一種RFID讀寫器-移動(dòng)支付一體化模塊的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別技術(shù)(RadioFrequency Identification，RFID)，是 20 世紀(jì) 90 年代開始興起的一種無線識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)，可以對(duì)靜止的和移動(dòng)的物體進(jìn)行識(shí)別。識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。目前，超高頻讀寫裝置主要向小型化便攜式和快讀大量讀取兩個(gè)方向發(fā)展，如在手機(jī)支付和物流管理等領(lǐng)域的應(yīng)用。小型便攜且能高速讀寫，是超高頻讀寫器的發(fā)展方向， 然而現(xiàn)有讀寫器的電路布局由核心芯片和外圍功能電路組成，由于芯片集成度不高，外圍功能電路復(fù)雜，造成讀寫器裝置普遍存在集成度不高，體積大，生產(chǎn)工藝要求高等缺點(diǎn)，不利于讀寫器向小型化便攜式、高速讀寫方向發(fā)展。而基于RFID技術(shù)的近場(chǎng)通信(Near Field Communication，NFC)，又稱近距離無線通信，是一種短距離的高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸(在十厘米內(nèi))實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這個(gè)技術(shù)由無接觸式射頻識(shí)別(RFID)演變而來，并向下兼容RFID，最早由Wiilips、Nokia和Sony主推，主要用于手機(jī)等手持設(shè)備中。由于NFC 具有天然的安全性，因此，NFC技術(shù)在手機(jī)支付等領(lǐng)域具有非常廣闊的前景?，F(xiàn)有的RFID讀寫器，由于核心芯片的功能比較單一，只能支持對(duì)其所在工作頻段、特定協(xié)議標(biāo)簽的讀寫及在此基礎(chǔ)上的應(yīng)用，應(yīng)用范圍小，芯片外部還有很多實(shí)現(xiàn)各種實(shí)用功能的附加的芯片和電路，以致讀寫器體積過大而不方便使用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的RFID讀寫器存在的上述問題，提出了一種微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊， 其特征在于，包括穩(wěn)壓電源單元、超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元，其中，所述穩(wěn)壓電源單元為超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元提供工作電壓；所述超高頻讀寫單元用于射頻信號(hào)的收發(fā)和控制；所述近場(chǎng)通信單元用于移動(dòng)支付、高頻讀寫器、非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸交換。進(jìn)一步的，所述超高頻讀寫單元包括振蕩電路子單元、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換子單元、耦合器電路子單元和射頻芯片子單元，所述振蕩電路子單元與所述射頻芯片子單元內(nèi)的壓控振蕩器和鎖相環(huán)電路構(gòu)成載波合成電路，從天線接收的信號(hào)經(jīng)所述的載波合成電路進(jìn)行載波合成之后經(jīng)射頻芯片子單元內(nèi)部緩沖放大，輸出給平衡-不平衡轉(zhuǎn)換子單元，然后經(jīng)耦合器電路子單元處理之后再返回射頻芯片子單元。進(jìn)一步的，所述近場(chǎng)通信單元包括晶振電路子單元、RC匹配電路子單元以及射頻芯片子單元，所述晶振電路子單元為所述的射頻芯片子單元提供外部時(shí)鐘，所述RC匹配電路子單元與所述的射頻芯片子單元相連接，用于提供對(duì)外的天線接口。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊集成了 UHR RFID及HF RFID的射頻芯片，從而實(shí)現(xiàn)雙頻段工作并支持這兩種頻段下多種協(xié)議標(biāo)簽的讀寫，并完成在此基礎(chǔ)上的UHF RFID讀寫及手機(jī)支付、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能。同時(shí)，所選用的射頻芯片集成了射頻信號(hào)的收發(fā)和控制功能，從而很好地克服了現(xiàn)有RFID讀寫器體積過大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了讀寫器的超小型化。

圖1為本實(shí)用新型的微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實(shí)用新型的微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊的系統(tǒng)框圖。圖3為本實(shí)用新型的穩(wěn)壓電源單元電路示意圖。圖4為本實(shí)用新型的振蕩電路子單元電路示意圖。圖5為本實(shí)用新型的平衡-不平衡信號(hào)轉(zhuǎn)換電路示意圖。圖6為本實(shí)用新型的耦合器電路子單元示意圖。圖7為本實(shí)用新型的超高頻讀寫單元射頻芯片子單元示意圖。圖8為本實(shí)用新型的晶振電路子單元示意圖。圖9為本實(shí)用新型的RC匹配電路單元示意圖。圖10為本實(shí)用新型的近場(chǎng)通信單元的射頻芯片子單元示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。本實(shí)用新型的微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示，包括穩(wěn)壓電源單元、超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元，其中，所述穩(wěn)壓電源單元為超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元提供工作電壓；所述超高頻讀寫單元用于射頻信號(hào)的收發(fā)和控制；所述近場(chǎng)通信單元用于移動(dòng)支付、高頻讀寫器、非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸交換。這里，超高頻讀寫單元對(duì)滿足IS0/IEC 18000-6C協(xié)議的電子標(biāo)簽中的內(nèi)容進(jìn)行一定距離的讀寫，具體包括振蕩電路子單元、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換子單元、耦合器電路子單元和射頻芯片子單元，所述振蕩電路子單元與所述射頻芯片子單元內(nèi)的壓控振蕩器和鎖相環(huán)電路構(gòu)成載波合成電路，從天線接收的信號(hào)經(jīng)所述的載波合成電路進(jìn)行載波合成之后經(jīng)射頻芯片子單元內(nèi)部緩沖放大，輸出給發(fā)射電路子單元，然后經(jīng)耦合器電路子單元處理之后再返回射頻芯片子單元。這里，近場(chǎng)通信單元完成手機(jī)支付、手機(jī)的卡模擬及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能，具體包括晶振電路子單元、RC匹配電路子單元以及射頻芯片子單元，所述晶振電路子單元為所述的射頻芯片子單元提供外部時(shí)鐘，所述RC匹配電路子單元與所述的射頻芯片子單元相連接，用于提供對(duì)外的天線接口。在本實(shí)施例中，超高頻讀寫單元的射頻芯片子單元具體采用UHF RFID芯片PR900來實(shí)現(xiàn)，近場(chǎng)通信單元的射頻芯片子單元具體采用NFC芯片PN65N來實(shí)現(xiàn)。下面對(duì)各個(gè)模塊單元分別進(jìn)行說明穩(wěn)壓電源單元圖3所示為穩(wěn)壓電源單元UlO (即MIC6915;3)，穩(wěn)壓電源單元為各單元和各子單元提供各自所需要的電壓值，它屬于低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓芯片，LDO線性穩(wěn)壓芯片成本低，噪音低，靜態(tài)電流小。同時(shí)它需要的外接元件也很少，通常只需要一兩個(gè)旁路電容，這樣就大大簡(jiǎn)化了芯片的外圍電路。再加上本實(shí)用新型采用單電源設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)的體積就進(jìn)一步得到了縮小。UlO(即MIC69153)的6腳為芯片使能端，外接5V電壓，圖中 5V電壓同時(shí)經(jīng)過C49濾波輸入給UlO的7腳。UlO (即MIC6915;3)的9腳為電壓輸出腳， R23.R24為分壓電阻，將5V電壓變壓之后由9腳經(jīng)過C50、C55濾波之后輸出。本模塊中的各個(gè)子單元的工作電壓均為3. 3V。超高頻讀寫單元包括振蕩電路子單元、發(fā)射電路子單元、耦合器電路子單元和射頻芯片子單元。其中，發(fā)射電路子單元(圖2所示的Balim)、耦合器電路子單元(圖2所示的 Couper)、和射頻芯片子單元(圖2所示的PR9000)又構(gòu)成了射頻單元。集成在PR9000內(nèi)部的控制子單元發(fā)送控制命令，經(jīng)過基帶處理轉(zhuǎn)換為射頻單元能夠識(shí)別的信號(hào)，射頻單元接收到命令之后發(fā)射射頻信號(hào)，射頻信號(hào)經(jīng)過放大、濾波等操作后由天線發(fā)送到標(biāo)簽。同時(shí)，標(biāo)簽反射回來的信號(hào)經(jīng)由射頻單元處理成為基帶信號(hào)，交給基帶處理單元處理，基帶處理單元將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制單元可以識(shí)別的控制信息給控制單元。下面對(duì)超高頻讀寫單元的各個(gè)子單元進(jìn)行說明。1、振蕩電路子單元圖4所示為本實(shí)用新型射頻單元中的振蕩電路子單元， U5 (TTS18NS-ALL)的1腳經(jīng)R7、R13分壓接3. 3V電壓，U5的4腳經(jīng)L8、C14濾波接3. 3V電壓，3腳輸出后經(jīng)ClO隔直輸入到Ul的48腳，振蕩頻率為19. 2MHz。2、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換子單元圖5所示為本實(shí)用新型超高頻讀寫單元中的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換子單元，其作用是將經(jīng)過載波合成后的信號(hào)經(jīng)Ul (圖7)芯片內(nèi)部緩沖放大，由Ul芯片的第13和14腳輸出給圖5中平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器U2的4腳和6腳，中間經(jīng)過02丄3、1^5、1^6的阻抗匹配和(4丄5隔直，最終實(shí)現(xiàn)4 1的等比值阻抗轉(zhuǎn)換，并且將兩路差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成為一路單端信號(hào)。3、耦合器電路子單元圖6所示為本實(shí)用新型的耦合器電路子單元，其中的U9芯片(即CP0603A0942CL)是耦合器電路子單元的主要組成部分。功率放大之后的信號(hào)經(jīng)過 C34隔直到達(dá)方向性耦合器U9 (即CP0603A0942CL)的1腳。當(dāng)信號(hào)從U4輸出進(jìn)入U(xiǎn)9 (即 CP0603A0942CL)的1腳時(shí)，U9的2腳是1腳的直通端，4腳是1腳的耦合端，3腳是1腳的隔離端；反之，當(dāng)信號(hào)從天線反射回來，從2腳進(jìn)入U(xiǎn)9 (即CP0603A0942CL)，此時(shí)1腳是2腳的直通端，3腳是2腳的耦合端，4腳是2腳的隔離端。理想狀態(tài)下，信號(hào)在互為直通端的兩個(gè)引腳通信時(shí)，不會(huì)發(fā)生任何變化，實(shí)際的情況會(huì)損失掉0. 2dB。U9芯片(即CP0603A0942CL)3 腳對(duì)1腳的耦合度為-15dBm，1腳輸入的信號(hào)經(jīng)過3腳耦合衰減15dBm后經(jīng)過R3、R4、R5組成的衰減網(wǎng)絡(luò)和Cl、L2、L3組成的L型匹配網(wǎng)絡(luò)輸入到射頻芯片Ul (圖7)的7腳。同時(shí)， 由U9芯片(即CP0603A0942CL) 2腳輸出到天線的信號(hào)經(jīng)過天線反射回來，經(jīng)過C42、C43和 L13組成的低通濾波網(wǎng)絡(luò)再返回到2腳，信號(hào)通過4腳耦合后經(jīng)過C56隔直和C1、L2、L3組成的L型匹配網(wǎng)絡(luò)輸入到射頻芯片Ul (圖7)的6腳，在Ul芯片中對(duì)這兩路差分信號(hào)進(jìn)行基帶處理。4、射頻芯片子單元圖7所示為射頻單元中的射頻芯片子單元，射頻芯片子單元中集成了控制單元和基帶處理單元。Ul (即PR9000)內(nèi)的壓控振蕩器和鎖相環(huán)電路，以及射頻單元的振蕩電路子單元構(gòu)成載波合成電路。從天線接收的信號(hào)經(jīng)過載波合成之后經(jīng) Ul芯片(即PR9000)內(nèi)部緩沖放大，輸出給似(圖幻，然后經(jīng)過U9處理之后再返回Ul (即 PR9000)。近場(chǎng)通信單元，包括晶振電路子單元、RC匹配電路子單元以及射頻芯片子單元。這里射頻芯片子單元具體通過NFC芯片PN65N實(shí)現(xiàn)。PN65N芯片是NXP公司出的第二代NFC芯片，其集成了 NFC芯片PN544及安全芯片 SmartMx。其有三種工作模式1.讀卡器模式支持讀 ISO 15693、IS014443TypeA、IS014443TypeB、IS018092 協(xié)議的卡片，實(shí)現(xiàn)高頻RFID讀寫器功能；2.虛擬卡模式模擬成MIFARE卡(集成SmartMx)，也可外接UICC。實(shí)現(xiàn)手機(jī)支付功能；3. NFC-IPl模式傳輸速率1061ibps、2121ibps或4241ibps，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能。下面對(duì)近場(chǎng)通信單元的各個(gè)子單元進(jìn)行說明。1、晶振電路子單元時(shí)鐘采用27. 12MHz，外圍電路如上圖8所示即可。2、RC匹配電路子單元圖9所示為RC匹配電路單元。其中TX1，TX2為差分輸出， RX為接收。射頻發(fā)射部分TX1、ΤΧ2差分信號(hào)通過電感Li、L2，電容CIO、Cll的諧振把TX 方波信號(hào)從低電壓升到將近50V的正弦波，C12、C13為隔直電容，C18與天線實(shí)現(xiàn)并聯(lián)諧振， 使天線獲得最大的電流，提供給卡能量。一般天線的中間點(diǎn)接地，有利于提高抗靜電、雜散等指標(biāo)。射頻接收部分接收信號(hào)通過C14、R1進(jìn)入到RX腳上，VMID為接收的偏置電壓，外部的C9濾波提高穩(wěn)定性，通過R2對(duì)RX進(jìn)行偏置，讓RX腳電平處于電源的中間點(diǎn)，提高接收靈敏度。匹配的調(diào)節(jié)，一般Li、L2采用IuH電感，最好采用繞線電感。采用日本SAGAMI 的繞線電感，體積小性能好，C10、C11值不變，調(diào)整C18的天線諧振電容或者調(diào)整C12和C13 的值，使天線兩端的電壓達(dá)到50V附近(峰峰值能夠達(dá)到50V，一般建議在30V以上即可，這個(gè)視需求定，太高，電流會(huì)過大)。一般電壓高些，讀卡的距離會(huì)比較遠(yuǎn)。3、射頻芯片子單元即PN65N單元圖10所示為射頻單元中的射頻芯片子單元，射頻芯片子單元內(nèi)部集成了控制單元(HT80C51MX)和基帶處理單元。其中VEN為芯片使能引腳；VEN_M0N為電壓監(jiān)控使能引腳；T)(D與RXD分別為UART 口的發(fā)送與接收引腳；SIMVCC是在芯片工作在Powered-by-Field模式下芯片為SIM(此處以移動(dòng)的SIM卡為例)卡供電的引腳；SWP是芯片與SIM卡進(jìn)行通信的引腳；TX1、TX2、RX、VMID是芯片用來與RC匹配電路之間進(jìn)行發(fā)、收射頻信號(hào)及提供射頻接收電壓參考；PF1、PF2為芯片的卡模擬接口 ；IRQ為芯片中斷請(qǐng)求引腳；RESET為芯片重置引腳。本實(shí)用新型與其它同類RFID讀寫模塊相比，采用模塊式結(jié)構(gòu)，體積?。豢梢栽?UHF 及 HF 雙頻段工作；支持的協(xié)議包括IS0/IEC 18000-6C、ISO 15693、IS014443TypeA、 IS014443TypeB、IS018092。模塊的控制單元和基帶處理單元集成在NFC芯片PN65N中，這是本實(shí)用新型體積小的主要原因。并且穩(wěn)壓電源單元我們采用的是MLF封裝的LDO線性穩(wěn)壓電源，體積很小。由于體積非常小，應(yīng)用范圍得到的大大的提升，可以嵌入到像手機(jī)這樣
6的小體積設(shè)備中實(shí)現(xiàn)手機(jī)雙頻段讀寫器、手機(jī)支付、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能。在手機(jī)電池能提供本模塊工作電壓的情況下，PN65N芯片工作在Polling loop模式下(在此種模式下PN65N芯片工作狀態(tài)在各種功能間循環(huán))，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)支付，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，卡模擬的功能；PR9000 單元正常工作。在手機(jī)斷電的情況下，超高頻讀寫單元不工作，近場(chǎng)通信單元可以工作在 Powered-by-Field模式，由射頻場(chǎng)提供芯片工作所需要的能量，在此種模式下，本模塊能實(shí)現(xiàn)卡模擬的功能。具體來說是基于840MHz-960MHz的UHF RFID(Ultra High Frequency Radio Frequency IDentification)及 13. 56Mhz 的 NFC (Near-Field-Communication)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別、手機(jī)支付、手機(jī)的卡模擬及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，其特征在于，包括穩(wěn)壓電源單元、超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元，其中，所述穩(wěn)壓電源單元為超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元提供工作電壓；所述超高頻讀寫單元用于射頻信號(hào)的收發(fā)和控制；所述近場(chǎng)通信單元用于移動(dòng)支付、高頻讀寫器、非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型UHFRFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，其特征在于，所述超高頻讀寫單元包括振蕩電路子單元、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換子單元、耦合器電路子單元和射頻芯片子單元，所述振蕩電路子單元與所述射頻芯片子單元內(nèi)的壓控振蕩器和鎖相環(huán)電路構(gòu)成載波合成電路，從天線接收的信號(hào)經(jīng)所述的載波合成電路進(jìn)行載波合成之后經(jīng)射頻芯片子單元內(nèi)部緩沖放大，輸出給平衡-不平衡轉(zhuǎn)換子單元，然后經(jīng)耦合器電路子單元處理之后再返回射頻芯片子單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型UHFRFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，其特征在于，所述近場(chǎng)通信單元包括晶振電路子單元、RC匹配電路子單元以及射頻芯片子單元，所述晶振電路子單元為所述的射頻芯片子單元提供外部時(shí)鐘，所述RC匹配電路子單元與所述的射頻芯片子單元相連接，用于提供對(duì)外的天線接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型UHFRFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，其特征在于，所述的射頻芯片子單元具體采用UHF RFID芯片PR900來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型UHFRFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，其特征在于，所述的射頻芯片子單元具體采用NFC芯片PN65N來實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的任一微型UHFRFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，其特征在于，所述的穩(wěn)壓電源單元具體采用穩(wěn)壓芯片MIC69153來實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型UHFRFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，其特征在于，所述的晶振電路子單元提供的時(shí)鐘具體為27. 12MHz。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊，具體包括穩(wěn)壓電源單元、超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元，其中，穩(wěn)壓電源單元為超高頻讀寫單元和近場(chǎng)通信單元提供工作電壓；超高頻讀寫單元用于射頻信號(hào)的收發(fā)和控制；近場(chǎng)通信單元用于移動(dòng)支付、高頻讀寫器、非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸交換。本實(shí)用新型的微型UHF RFID讀寫與NFC移動(dòng)支付一體化模塊集成了UHR RFID及HF RFID的射頻芯片，從而實(shí)現(xiàn)雙頻段工作并支持這兩種頻段下多種協(xié)議標(biāo)簽的讀寫，并完成在此基礎(chǔ)上的UHFRFID讀寫及手機(jī)支付、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信功能，同時(shí)克服了現(xiàn)有RFID讀寫器體積過大的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了讀寫器的超小型化。
文檔編號(hào)G07F7/08GK202275455SQ201120420949
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者文光俊, 李建, 李沈飛, 董琦, 許江成 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)