一种具有独立能量接收天线的无源nfc通信接口的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信领域，具体涉及一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口。
【背景技术】
[0002]NFC(近场通信)由于使用了磁场作为信息载体，实现了比传统无线通信短得多的通信距离(几厘米)，具有安全性高、使用方便等优点。NFC标准中的一个重要部分是对高频RFID无源接口的继承，允许有源NFC接口与无源NFC接口之间的通信。具体来讲，无源NFC接口接收来自有源NFC接口的射频能量为自身和外部装置供电，以维持设备内部运算及外部通信。NFC无源接口目前被广泛用用于无线支付、蓝牙配对、点对点传输、无源标签等应用，并在未来物联网有着广泛的应用前景。然而，现有无源NFC通信接口的设计由于直接继承自RFID，能量接收效率很低，仅能从有源NFC接口取得很少的能量(大约10mW)，因此只能维持无源装置的简单操作，如读写内部内存等。对于目前以及未来几年内针对NFC无源接口的大量应用，如银行双界面卡、新型可视银行卡、智能穿戴式设备、传感网络等来说，如此低的接收功率极大地限制了这些应用可以提供的功能及性能。
[0003]现有解决方案主要是从降低器件功耗入手，使得这少量的能量也可以维持装置的正常工作。这些方案包含使用更新的制造技术降低功耗(如从130nm制程升级到90nm制程)、增加装置休眠时间、降低装置工作频率等等。然而，这些手段要么提高了装置成本，要么限制了装置的性能。
【发明内容】
[0004]为有效解决上述的问题，本发明提供一种具有高接收功率的、独立能量接收天线的无源NFC通信接口设计，来从根本上解决NFC无源接口接收功率低的问题。
[0005]—种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，由NFC无源通信电路和射频能量接收电路构成；
进一步地，所述NFC无源通信电路由NFC通信天线、通信天线匹配电路和NFC收发器构成，专门负责NFC无源通信；
进一步地，所述射频能量接收电路由射频能量接收天线、射频能量接收天线匹配电路、桥式整流及DC/DC构成，专门负责NFC射频能量接收；
进一步地，所述NFC通信天线通过通信天线匹配电路连接NFC收发器，通信天线匹配电路将NFC通信天线的阻抗调节至可以与NFC收发器相匹配，NFC收发器解调NFC通信天线接收到的13.56Mhz信号，并调制需发送到NFC通信天线的13.56Mhz信号；
进一步地，所述NFC通信天线只接收很低能量的信号以保证射频能量接收天线接收绝大多数射频能量，其至少具有以下性质之一:低Q值(〈20)、低电感值(<4uH)、与发射天线低耦合(耦合系数〈0.2)、不在13.56Mhz谐振(与通信天线匹配电路连接后)；
进一步地，所述射频能量接收天线通过射频能量接收天线匹配电路连接桥式整流的输入，桥式整流的输出连接DC/DC的输入，所述射频能量接收天线匹配电路调节射频能量接收天线的谐振频率和阻抗，桥式整流将接收的射频能量转换为直流电压，DC/DC将该直流电压稳压并输出；
进一步地，所述射频能量接收天线具有以下性质:电感值在3uH到1uH之间、Q值在20以上、天线面积在10mm2至5000mm2之间、与射频能量接收天线匹配电路连接后在13.56Mhz谐振；
进一步地，所述射频能量接收天线匹配电路将射频能量接收天线的阻抗根据实际负载情况调节至合适范围以提高接收功率；
进一步地，所述射频能量接收电路的整流输出端连接所述无源NFC通信接口的电源，为无源NFC通信接口的工作提供全部电能；
进一步地，所述无源NFC通信接口通过总线与外部装置连接，将NFC无源通信电路接收到的NFC数据传送给外部装置，并接收来自外部装置待发送的NFC数据；
进一步地，所述无源NFC通信接口的电源通过一定形式连接外部装置，为外部装置的工作提供全部或部分电能。
[0006]—种具有独立能量接收天线的无源NFC通信方法，应用上述的无源NFC通信接口，其特征在于，所述通信方法包括以下步骤:
A)应用两个或两个以上的天线分别进行NFC通信及NFC射频能量接收；
B)控制调节进行NFC通信的天线，使其接收很低能量的信号，并将接收的信号阻抗调节至与NFC收发器相互匹配；
C)控制调节进行NFC射频能量接收的天线，使其提高接收功率。
[0007]进一步地，所述步骤B)中的用于NFC通信的天线控制Q值在20以下、电感值在4uH以下、与发射天线的親合系数小于0.2、或不在13.56Mhz谐振；
所述步骤C)中的用于NFC射频能量接收的天线具体控制在:电感值在3uH-10uH、Q值在20以上、天线面积在10mm2至5000mm 2之间。
[0008]本发明的有益效果:本发明可大大提高无源NFC通信接口的能量接收功率，为带有无源NFC通信接口的装置提供大量电能。这些额外的电能将允许装置提供更多的功能，更高的性能，更好的用户体验。本发明大大扩展了无源NFC通信接口在当前及未来数年内的应用范围。
[0009]本发明不同于传统无源NFC通信接口使用同一个天线进行通信与能量接收，本发明使用两个或多个天线分别负责通信与NFC射频能量接收，允许单独为每个天线进行优化，在保证NFC通信性能的同时极大地提高了射频接收功率。这带有无源NFC通信接口的装置提供大量电能，允许装置提供更多的功能，更高的性能，更好的用户体验。本发明大大扩展了无源NFC通信接口在当前及未来数年内的应用范围。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的电气结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0012]相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0013]如图1所示，本发明提供一种具有高接收功率的、具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口的设计，所述无源NFC通信接口 4包含NFC无源通信电路和射频能量接收电路构成，分别负责NFC无源通信与NFC射频能量接收；其中所述NFC无源通信电路包含NFC通信天线1、通信天线匹配电路2、NFC收发器3，提供NFC无源通信功能；所述射频能量接收电路包含射频能量接收天线10、射频能量接收天线匹配电路9、桥式整流8、DC/DC 7，提供NFC射频能量接收功能；所述NFC通信天线I通过通信天线匹配电路2连接NFC收发器3 ;所述NFC通信天线I接收来自NFC有源接口的信号，并发送NFC收发器3产生的信号；所述通信天线匹配电路2将NFC通信天线I的阻抗调节到可与NFC收发器3匹配；所述NFC收发器3解调来自天线的信号，并调制发给天线的信号；所述射频能量接收天线10通过射频能量接收天线匹配电路9连接桥式整流8的输入端，桥式整流8的输出端连接DC/DC 7的输入端；所述射频能量接收天线10接收NFC有源接口发送的射频能量；所述射频能量接收天线匹配电路9将射频能量接收天线10调谐至13.56Mhz的谐振频率，并将天线阻抗根据实际负载状况变换至合适范围；射频能量经阻抗变换后传送至桥式整流8进行整流，所得的直流电压经DC/DC 7转换为合适电压，为无源NFC通信接口 4供电；所述无源NFC通信接口 4通过数据总线与外部装置5相连，外部装置5负责处理无源NFC通信接口 4接收的NFC数据，以及提供无源NFC通信接口 4需发送的NFC数据；所述无源NFC通信接口 4的电源输出亦与外部装置5相连，用来向外部装置发送无源NFC通信接口 4接收的能