具有能量管理功能的NFC接口制造技术

技术编号:17977747 阅读:7 留言:0更新日期:2018-05-16 18:14
本实用新型专利技术提供一种具有能量管理功能的NFC接口,所述NFC接口具有独立的能量天线,所述NFC接口包括能量管理模块和储能模块,能量管理模块与储能模块电连接,能量管理模块用于根据能量天线采集的电能对储能模块充电,还用于在储能模块将能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时,切断对储能模块的充电。本实用新型专利技术通过增加能量管理模块来动态管理所采集到的能量,既可大大提高NFC接口的能量接收功率,还对这些电能进行存储管理,从而允许具有这样NFC接口的装置采集到更多能量,并可向外输出更多NFC能量,使得NFC接口具有更广泛的用途。

NFC interface with energy management function

The utility model provides an NFC interface with energy management function. The NFC interface has an independent energy antenna. The NFC interface includes the energy management module and the energy storage module. The energy management module is electrically connected with the energy storage module. The energy management module is used to charge the energy storage module according to the energy collected by the energy antenna, and the energy management module is used to charge the energy storage module. It is used to cut off the charging of the energy storage module when the voltage collected by the energy storage module is lowered to the first voltage threshold. By adding energy management module to dynamically manage the energy collected, the utility model can not only greatly improve the energy receiving of the NFC interface, but also store and manage the electrical energy, so that the device with such NFC interface can collect more energy and can transmit more NFC energy out of the NFC interface. More widely used.

【技术实现步骤摘要】
具有能量管理功能的NFC接口
本技术涉及无线通信与无线充电领域,涉及一种具有能量管理功能的NFC接口。
技术介绍
NFC(NearFieldCommunication,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(RadioFrequencyIdentification,无线射频识别)无源接口的继承,允许NFC读写器接口与NFC被动接口之间的通信。如图1所示,NFC读写器101发送的NFC射频信号104给NFC被动标签102。通过NFC射频信号104,NFC读写器101与NFC被动标签102可实现双向半双工通信105,以及单向无线能量传输103。NFC被动标签102接收来自NFC读写器101的射频能量后整流稳压,以维持设备内部运算及外部通信供电需要。然而,传统NFC被动接口的设计源自RFID,信号的接收、发送及能量耦合均通过同一副天线,所以能量转换效率很低,仅能从NFC读写器接口取得很少的能量(大约10mW至20mW),只能维持无源装置的简单操作,如读写内部内存等。目前,NFC被动接口已被广泛应用于无线支付、蓝牙配对、点对点传输、无源标签等应用,特别是目前以及未来几年内NFC被动接口将被大量应用于如银行双界面卡、新型可视银行卡、智能穿戴式设备、传感网络、未来物联网等对功耗有一定要求的应用,如此低的接收功率将极大地限制了这些应用以及应用可以提供的功能及性能。现有技术中CN105897312A已公布一种为能量采集和小尺寸优化的NFC标签接口,如图2所示,包括天线201、可调匹配电路202、解调器203、NFC数据接口204、负载调制电路205、整流稳压电路206和能量采集接口207,其中可调匹配电路202能够匹配天线201实现数据传输时天线201具有低Q值以保证通信带宽,无数据传输时具有高Q值从而让整流稳压电路206整流出更多电能,NFC数据接口204在解调器203解调出数据后通过总线向外部传输NFC数据,能量采集接口207在采集能量后向外部传输电能。这是通过可调匹配电路202来改变天线201的Q值状态来使得NFC标签接口获取更多能量的一种方案,缺点是电路形式复杂,成本高,无法储存能量,不能充分利用能量,而且也要求获取NFC能量的外部设备的负载特性为连续、稳定,否则由于负载突变的瞬间(约几十微秒)将拉低整流稳压电路206的输出电压,使得整流稳压电路206不能正常工作而影响整个NFC标签接口的正常工作。现有技术中CN105099527A已公布一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口,如图3所示,NFC通信接口包括通信天线301、能量天线302、通信天线匹配电路303、NFC收发器304、能量天线匹配电路305、桥式整流306和DC/DC(直流转换直流)307,其中通信天线301、通信天线匹配电路303、NFC收发器304完成NFC收发通信并向外输出NFC数据,能量天线匹配电路305、桥式整流306和DC/DC307完成较多的能量采集及向外输出NFC能量。这是通过增加天线的方式,即通信天线301仍为低Q值天线保证通信带宽,能量天线302为高Q值天线来独立采集能量,从而实现更多能量的获取,但缺点是无法储存能量,不能充分利用能量,而且也要求获取NFC能量的外部设备的负载特性为连续、稳定,否则由于负载突变的瞬间(约几十微秒)将拉低DC/DC电路307的输出电压,使得DC/DC电路307不能正常工作而影响整个NFC通信接口的正常工作。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统单天线的NFC接口能量转换效率低或者虽然通过匹配调节来提高能量转换效率,但增加了电路复杂性和成本且无法充分利用能量和有效保证能量转换电路工作正常,而采用独立能量天线的NFC接口虽然能获得较多能量,但也无法充分利用能量和有效保证能量转换电路工作正常的缺陷,提供一种具有能量管理功能的NFC接口。本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题:本技术提供一种具有能量管理功能的NFC接口,所述NFC接口具有独立的能量天线,其特点是,所述NFC接口包括能量管理模块和储能模块,所述能量管理模块与所述储能模块电连接,所述能量管理模块用于根据所述能量天线采集的电能对所述储能模块充电,还用于在所述储能模块将所述能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时,切断对所述储能模块的充电。本方案中,首先通过采用独立的能量天线可以采集到更多能量,然后通过能量管理模块将能量有效地储存到储能模块中,从而提高能量利用效率。但鉴于储能模块一般具有极低的ESR(EquivalentSeriesResistance,等效串联电阻),在充电时阻抗很低,需要较大的充电电流,特别是在上电起始段储能模块一般会将输入电压值瞬间(比如几十微秒时长)拉低,从而造成其他电路的供电电压过低而不能正常工作。因此,需要能量管理模块能够根据能量天线采集到的电能来动态管理储能模块的充电,还要求能量管理模块在充电管理过程中能够快速响应,即在储能模块将能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时,及时切断充电,使能量天线采集到的电能可以恢复到正常值,从而确保储能模块既可以充电,又不会将电压拉得过低而影响了其他电路的正常工作。其中,第一电压阈值的具体取值一般应根据实际应用要求进行配置,以满足不同应用需求,但一般应在3.3V至10V之间。较佳地,所述能量管理模块包括充电开关,所述充电开关与所述储能模块电连接,所述能量管理模块还用于控制所述充电开关的导通和关断。其中,充电开关可优选如MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)等具有导通阻抗小、响应速度快的器件,这样可保证充电开关具有较快的响应速度。较佳地,所述充电开关还包括充电禁止控制端,所述充电禁止控制端用于强行关断所述充电开关。其中,充电禁止端可让NFC接口强行关断充电开关,以便及时、可靠地保护NFC接口。较佳地,所述能量管理模块还包括第一电压比较器和第一电压配置电路,所述第一电压配置电路用于生成所述第一电压阈值,所述第一电压比较器的两个输入端分别输入所述第一电压阈值和所述能量天线采集的电能,所述第一电压比较器的输出端与所述充电开关电连接,所述第一电压比较器用于在所述能量天线采集的电能的电压高于所述第一电压阈值时,输出导通信号至所述充电开关,否则输出关断信号至所述充电开关。本方案中,通过第一电压比较器对能量天线采集的电能进行判断,当采集的电能高于第一电压阈值时产生导通信号使充电开关导通,这样能量管理模块就通过充电开关将电能向储能模块充电;否则输出关断信号使充电开关关断,这样能量管理模块就停止将电能向储能模块充电,以保证其他电路的正常工作。较佳地,所述能量管理模块还包括放电开关,所述储能模块通过所述放电开关与外部负载电连接,所述能量管理模块还用于控制所述放电开关的导通和关断。其中,所述能量管理模块在将所述能量天线采集的电能向所述储能模块充电的同时,还通过放电开关将该电能向外部负载提供;在只有所述储能模块的储能时,所述能量管理模块就通过所述放电开关将所述储能模块存储的电能向外部负载放电;放电开关可优选如MOSFET本文档来自技高网
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具有能量管理功能的NFC接口

【技术保护点】
一种具有能量管理功能的NFC接口,所述NFC接口具有独立的能量天线,其特征在于,所述NFC接口包括能量管理模块和储能模块,所述能量管理模块与所述储能模块电连接,所述能量管理模块用于根据所述能量天线采集的电能对所述储能模块充电,还用于在所述储能模块将所述能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时,切断对所述储能模块的充电。

【技术特征摘要】
1.一种具有能量管理功能的NFC接口,所述NFC接口具有独立的能量天线,其特征在于,所述NFC接口包括能量管理模块和储能模块,所述能量管理模块与所述储能模块电连接,所述能量管理模块用于根据所述能量天线采集的电能对所述储能模块充电,还用于在所述储能模块将所述能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时,切断对所述储能模块的充电。2.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述能量管理模块包括充电开关,所述充电开关与所述储能模块电连接,所述能量管理模块还用于控制所述充电开关的导通和关断。3.如权利要求2所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述充电开关还包括充电禁止控制端,所述充电禁止控制端用于强行关断所述充电开关。4.如权利要求2所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述能量管理模块还包括第一电压比较器和第一电压配置电路,所述第一电压配置电路用于生成所述第一电压阈值,所述第一电压比较器的两个输入端分别输入所述第一电压阈值和所述能量天线采集的电能,所述第一电压比较器的输出端与所述充电开关电连接,所述第一电压比较器用于在所述能量天线采集的电能的电压高于所述第一电压阈值时,输出导通信号至所述充电开关,否则输出关断信号至所述充电开关。5.如权利要求4所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述能量管理模块还包括放电开关,所述储能模块通过所述放电开关与外部负载电连接,所述能量管理模块还用于控制所述放电开关的导通和关断。6.如权利要求5所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述充电开关的响应时间小于10μs,和/或,所述放电开关的响应时间小于10μs。7.如权利要求5所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述能量管理模块还包括第二电压比较器和第二电压配置电路,所述第二电压配置电路用于生成第二电压阈值,所述第二电压比较器的两个输入端分别输入所述第二电压阈值和所述储能模块的电能,所述第二电压比较器的输出端与所述放电开关电连接,所述第二电压比较器用于在所述储能模块存储的电能的电压值低于所述第二电压阈值时,输出关断信号至所述放电开关,否则输出导通信号至所述放电开关。8.如权利要求7所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述能量管理模块还包括第三电压比较器和第三电压配置电路,所述第三电压配置电路用于生成第三电压阈值,所述第二电压阈值低于所述第三电压阈值,所述第三电压比较器的两个输入端分别输入所述第三电压阈值和所述储能模块的电能,所述第三电压比较器用于在所述储能模块存储的电能的电压值低于所述第三电压阈值时,输出一告警信号,所述NFC接口用于根据所述告警信号向外部负载进行放电告警。9.如权利要求8所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述第一电压比较器、所述第二电压比较器和所述第三电压比较器的传播延迟时间均小于5μs。10.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述NFC接口还包括天线匹配电路,所述天线匹配电路用于匹配所述能量天线以提高能量接收效率。11.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口,其特征在于,所述NFC接口还包括独立的接收天线、独立的发射天线、解调模块、负载调制模块、NFC控制器,所述接收天线与所述解调模块电连接,所述发射天线与所述负载调制模块电连接,所述NFC控制器分别与所述解调模块、所述负载调制模块电连接;所述接收天线用于接收NFC读卡器发射的NFC信号并发送至所述解调模块,所述解调模块解调后将解调数据传输至所述NFC控制器;所述NFC控制器用于按照预定格式将待发送数据传输至所述负载调制模块,由所述负载调制模块调制后通过所述发射天线...

【专利技术属性】
技术研发人员:周若谷
申请(专利权)人:南京启纬智芯微电子有限公司
类型:新型
国别省市:江苏,32

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