一種具有獨(dú)立能量接收天線的無源nfc通信接口的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，具體涉及一種具有獨(dú)立能量接收天線的無源NFC通信接口。
【背景技術(shù)】
[0002]NFC(近場(chǎng)通信)由于使用了磁場(chǎng)作為信息載體，實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)無線通信短得多的通信距離(幾厘米)，具有安全性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。NFC標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)重要部分是對(duì)高頻RFID無源接口的繼承，允許有源NFC接口與無源NFC接口之間的通信。具體來講，無源NFC接口接收來自有源NFC接口的射頻能量為自身和外部裝置供電，以維持設(shè)備內(nèi)部運(yùn)算及外部通信。NFC無源接口目前被廣泛用用于無線支付、藍(lán)牙配對(duì)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸、無源標(biāo)簽等應(yīng)用，并在未來物聯(lián)網(wǎng)有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有無源NFC通信接口的設(shè)計(jì)由于直接繼承自RFID，能量接收效率很低，僅能從有源NFC接口取得很少的能量(大約10mW)，因此只能維持無源裝置的簡(jiǎn)單操作，如讀寫內(nèi)部?jī)?nèi)存等。對(duì)于目前以及未來幾年內(nèi)針對(duì)NFC無源接口的大量應(yīng)用，如銀行雙界面卡、新型可視銀行卡、智能穿戴式設(shè)備、傳感網(wǎng)絡(luò)等來說，如此低的接收功率極大地限制了這些應(yīng)用可以提供的功能及性能。
[0003]現(xiàn)有解決方案主要是從降低器件功耗入手，使得這少量的能量也可以維持裝置的正常工作。這些方案包含使用更新的制造技術(shù)降低功耗(如從130nm制程升級(jí)到90nm制程)、增加裝置休眠時(shí)間、降低裝置工作頻率等等。然而，這些手段要么提高了裝置成本，要么限制了裝置的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為有效解決上述的問題，本發(fā)明提供一種具有高接收功率的、獨(dú)立能量接收天線的無源NFC通信接口設(shè)計(jì)，來從根本上解決NFC無源接口接收功率低的問題。
[0005]—種具有獨(dú)立能量接收天線的無源NFC通信接口，由NFC無源通信電路和射頻能量接收電路構(gòu)成；
進(jìn)一步地，所述NFC無源通信電路由NFC通信天線、通信天線匹配電路和NFC收發(fā)器構(gòu)成，專門負(fù)責(zé)NFC無源通信；
進(jìn)一步地，所述射頻能量接收電路由射頻能量接收天線、射頻能量接收天線匹配電路、橋式整流及DC/DC構(gòu)成，專門負(fù)責(zé)NFC射頻能量接收；
進(jìn)一步地，所述NFC通信天線通過通信天線匹配電路連接NFC收發(fā)器，通信天線匹配電路將NFC通信天線的阻抗調(diào)節(jié)至可以與NFC收發(fā)器相匹配，NFC收發(fā)器解調(diào)NFC通信天線接收到的13.56Mhz信號(hào)，并調(diào)制需發(fā)送到NFC通信天線的13.56Mhz信號(hào)；
進(jìn)一步地，所述NFC通信天線只接收很低能量的信號(hào)以保證射頻能量接收天線接收絕大多數(shù)射頻能量，其至少具有以下性質(zhì)之一:低Q值(〈20)、低電感值(<4uH)、與發(fā)射天線低耦合(耦合系數(shù)〈0.2)、不在13.56Mhz諧振(與通信天線匹配電路連接后)；
進(jìn)一步地，所述射頻能量接收天線通過射頻能量接收天線匹配電路連接橋式整流的輸入，橋式整流的輸出連接DC/DC的輸入，所述射頻能量接收天線匹配電路調(diào)節(jié)射頻能量接收天線的諧振頻率和阻抗，橋式整流將接收的射頻能量轉(zhuǎn)換為直流電壓，DC/DC將該直流電壓穩(wěn)壓并輸出；
進(jìn)一步地，所述射頻能量接收天線具有以下性質(zhì):電感值在3uH到1uH之間、Q值在20以上、天線面積在10mm2至5000mm2之間、與射頻能量接收天線匹配電路連接后在13.56Mhz諧振；
進(jìn)一步地，所述射頻能量接收天線匹配電路將射頻能量接收天線的阻抗根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況調(diào)節(jié)至合適范圍以提高接收功率；
進(jìn)一步地，所述射頻能量接收電路的整流輸出端連接所述無源NFC通信接口的電源，為無源NFC通信接口的工作提供全部電能；
進(jìn)一步地，所述無源NFC通信接口通過總線與外部裝置連接，將NFC無源通信電路接收到的NFC數(shù)據(jù)傳送給外部裝置，并接收來自外部裝置待發(fā)送的NFC數(shù)據(jù)；
進(jìn)一步地，所述無源NFC通信接口的電源通過一定形式連接外部裝置，為外部裝置的工作提供全部或部分電能。
[0006]—種具有獨(dú)立能量接收天線的無源NFC通信方法，應(yīng)用上述的無源NFC通信接口，其特征在于，所述通信方法包括以下步驟:
A)應(yīng)用兩個(gè)或兩個(gè)以上的天線分別進(jìn)行NFC通信及NFC射頻能量接收；
B)控制調(diào)節(jié)進(jìn)行NFC通信的天線，使其接收很低能量的信號(hào)，并將接收的信號(hào)阻抗調(diào)節(jié)至與NFC收發(fā)器相互匹配；
C)控制調(diào)節(jié)進(jìn)行NFC射頻能量接收的天線，使其提高接收功率。
[0007]進(jìn)一步地，所述步驟B)中的用于NFC通信的天線控制Q值在20以下、電感值在4uH以下、與發(fā)射天線的親合系數(shù)小于0.2、或不在13.56Mhz諧振；
所述步驟C)中的用于NFC射頻能量接收的天線具體控制在:電感值在3uH-10uH、Q值在20以上、天線面積在10mm2至5000mm 2之間。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明可大大提高無源NFC通信接口的能量接收功率，為帶有無源NFC通信接口的裝置提供大量電能。這些額外的電能將允許裝置提供更多的功能，更高的性能，更好的用戶體驗(yàn)。本發(fā)明大大擴(kuò)展了無源NFC通信接口在當(dāng)前及未來數(shù)年內(nèi)的應(yīng)用范圍。
[0009]本發(fā)明不同于傳統(tǒng)無源NFC通信接口使用同一個(gè)天線進(jìn)行通信與能量接收，本發(fā)明使用兩個(gè)或多個(gè)天線分別負(fù)責(zé)通信與NFC射頻能量接收，允許單獨(dú)為每個(gè)天線進(jìn)行優(yōu)化，在保證NFC通信性能的同時(shí)極大地提高了射頻接收功率。這帶有無源NFC通信接口的裝置提供大量電能，允許裝置提供更多的功能，更高的性能，更好的用戶體驗(yàn)。本發(fā)明大大擴(kuò)展了無源NFC通信接口在當(dāng)前及未來數(shù)年內(nèi)的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明提供一種具有高接收功率的、具有獨(dú)立能量接收天線的無源NFC通信接口的設(shè)計(jì)，所述無源NFC通信接口 4包含NFC無源通信電路和射頻能量接收電路構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)NFC無源通信與NFC射頻能量接收；其中所述NFC無源通信電路包含NFC通信天線1、通信天線匹配電路2、NFC收發(fā)器3，提供NFC無源通信功能；所述射頻能量接收電路包含射頻能量接收天線10、射頻能量接收天線匹配電路9、橋式整流8、DC/DC 7，提供NFC射頻能量接收功能；所述NFC通信天線I通過通信天線匹配電路2連接NFC收發(fā)器3 ;所述NFC通信天線I接收來自NFC有源接口的信號(hào)，并發(fā)送NFC收發(fā)器3產(chǎn)生的信號(hào)；所述通信天線匹配電路2將NFC通信天線I的阻抗調(diào)節(jié)到可與NFC收發(fā)器3匹配；所述NFC收發(fā)器3解調(diào)來自天線的信號(hào)，并調(diào)制發(fā)給天線的信號(hào)；所述射頻能量接收天線10通過射頻能量接收天線匹配電路9連接橋式整流8的輸入端，橋式整流8的輸出端連接DC/DC 7的輸入端；所述射頻能量接收天線10接收NFC有源接口發(fā)送的射頻能量；所述射頻能量接收天線匹配電路9將射頻能量接收天線10調(diào)諧至13.56Mhz的諧振頻率，并將天線阻抗根據(jù)實(shí)際負(fù)載狀況變換至合適范圍；射頻能量經(jīng)阻抗變換后傳送至橋式整流8進(jìn)行整流，所得的直流電壓經(jīng)DC/DC 7轉(zhuǎn)換為合適電壓，為無源NFC通信接口 4供電；所述無源NFC通信接口 4通過數(shù)據(jù)總線與外部裝置5相連，外部裝置5負(fù)責(zé)處理無源NFC通信接口 4接收的NFC數(shù)據(jù)，以及提供無源NFC通信接口 4需發(fā)送的NFC數(shù)據(jù)；所述無源NFC通信接口 4的電源輸出亦與外部裝置5相連，用來向外部裝置發(fā)送無源NFC通信接口 4接收的能