CN103872797B - 一种无源Wi-Fi提示贴 - Google Patents

Abstract

一种无源Wi-Fi提示贴，涉及集成电路的设计及制造领域，用于贴在公共场所醒目位置提示Wi-Fi信号的强弱和可用性。Wi-Fi磁场的一部分磁力线穿过Wi-Fi提示贴的线圈。片外天线线圈电感与片内电容发生谐振，在天线线圈上产生了一个电压，不同Wi-Fi强度，线圈感应出不同大小电压。将它整流、限流后就可以作为数字逻辑及LED指示灯的电源。同时，由整流器出来的带有一定纹波的直流电压通过ADC转化成一个对应的电压数值。数字逻辑的时钟信号由模拟前端的振荡器OSC产生。模拟前端在电源稳定后产生上的电复位信号使数字逻辑重置,数字逻辑根据ADC输出的电压数值的大小控制几个LED亮，从而提示Wi-Fi信号的强弱和可用性。

Description

一种无源Wi-Fi提示贴

发明领域

本发明涉及集成电路的设计及制造领域，更具体的，本发明主要涉及一种Wi-Fi提示贴，用于贴在公共场所醒目位置提示Wi-Fi信号的强弱及其可用性。

背景技术

Wi-Fi(WirelessFidelity)又称802.11b标准，是一种能够把笔记本电脑、平板电脑、手机等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi对基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性进行了改善。该技术使用的是2.4GHz附近的频段，这一频段目前还属于没用许可的无线频段。

Wi-Fi技术突出的优势在于：

第一、无线电波的覆盖范围广，半径可达100米左右，可以在办公室使用，也可以在整栋大楼中，甚至更大一片区域使用。

第二、传输速度非常快，可以达到11Mbps，符合个人和社会信息化的需求。

第三、厂商进入这一领域的门槛比较低。不用耗费大量资金进行网络布线，只要在车站、机场、校园、图书馆等人员较密集的地方设置“热点”，通过高速线路将因特网接入这些场所，用户只要将支持无线LAN的笔记本电脑、平板电脑、手机拿到该区域内，即可高速接入因特网，从而节省了大量的成本。

正因为以上突出优势，Wi-Fi现在应用的很广。各种笔记本电脑、平板电脑、手机等设备都带有Wi-Fi功能，它们可以搜索Wi-Fi信号，并显示相应Wi-Fi信号的强度。在公共场所，目前还没有一种特别简洁的用于显示Wi-Fi信号强度的小型专用设备。

发明内容

本发明的目的在于提出一种无源Wi-Fi提示贴，该提示贴不需外界提供电源，可通过自身感应Wi-Fi信号产生电压来提供电源；除了线圈天线和用于显示Wi-Fi强度的LED灯外，其余的电路全部集成在一块芯片上，结构简洁小巧，安装方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种无源Wi-Fi提示贴，该无源Wi-Fi提示贴包括提示贴芯片内部和提示贴芯片外部；所述提示贴芯片内部包括模拟前端部分和数字逻辑部分；芯片外部包括感应线圈和LED指示灯。

以下对该无源Wi-Fi提示贴进行详细说明。

提示贴芯片内部包括模拟前端部分和数字逻辑部分，其中模拟前端部分包括电源产生模块、上电复位模块、数据采集模块、时钟产生模块；

所述模拟前端的电源产生模块包括射频接口、整流器、限幅器、带隙基准；完成外部Wi-Fi信号能量的获取，向数字逻辑部分提供电源、上电复位信号、电压值和时钟，为LED指示灯供电。

射频接口与所述模拟前端的电源产生模块的整流器相连；射频接口通过天线耦合获取外部Wi-Fi信号能量，并把这个信号给整流器。整流器接收射频接口获得的外部Wi-Fi信号能量，产生带有一定纹波的直流电压，输出给限幅器和数据采集模块。限幅器接收整流器输出的电压，在带隙基准提供一定的基准电压下，产生稳定的直流电压为芯片供电。

当Wi-Fi提示贴靠近外部Wi-Fi信号时，片外电感与片内电容发生谐振，将Wi-Fi信号能量转移到Wi-Fi提示贴芯片内部的阻性负载。片外电感两端的是2.4GHz正弦交变电压，电压信号经过整流器整流后产生带有一定纹波的直流电压，这个电压经过限幅器后会准确的落在变化很小的范围内，并且不会随外部Wi-Fi信号能量强度的变化而变化，带隙基准（Bandgap）为限幅器、上电复位模块提供一定的基准电压。

所述上电复位模块包括比较器和延迟单元，比较器的“+”端与所述模拟前端的电源产生模块输出的电源电压相连，“-”端与所述模拟前端的电源产生模块的带隙基准相连，比较器输出连接延迟单元，经过延迟单元输出上电复位信号给数字逻辑部分。

Wi-Fi提示贴芯片上电之初，Wi-Fi提示贴芯片数字逻辑部分内部寄存器的状态不确定。Wi-Fi提示贴芯片模拟前端在电源稳定后，产生上电复位信号来使数字逻辑部分重置。

所述数据采集模块为一个模数转换器ADC，用于把模拟电压信号转化成数字电压信号。

本发明中，外部Wi-Fi信号强度变化时，Wi-Fi提示贴芯片的电源产生模块中整流器将交流电压转换为带有一定纹波的直流电压，把这一大小变化的直流电压接在ADC的模拟信号输入端，数字信号输出端输出这一大小变化的直流电压的数值。

所述时钟产生模块为一个低功耗振荡器OSC，由所述模拟前端的电源产生模块提供电源，输出时钟信号给数字逻辑部分。

提示贴芯片内部的数字逻辑部分为一个MCUcore，其主要功能是控制各LED的亮与灭个数，以此来反应Wi-Fi提示贴所处位置Wi-Fi信号的强弱及其可用性。

由Wi-Fi提示贴芯片模拟前端中整流器输出的带有一定纹波的直流电压经过ADC后，得到一个4位二进制数值，表示这一带有一定纹波的直流电压的大小；这4位数据分别接在MCUcore的4个GPIO上；借助Wi-Fi提示贴芯片模拟前端提供的电源电压、上电复位信号、时钟信号，MCUcore开始工作，其内部程序进行相应的处理，控制另外5个GPIO的输出，进而控制5个LED的亮与灭，显示Wi-Fi信号的强弱及其可用性。

所述芯片外部感应线圈L并联到芯片内部电容C两端，组成LC谐振回路。当Wi-Fi提示贴靠近外部Wi-Fi信号时，LC谐振回路将Wi-Fi信号能量转移给所述模拟前端的电源产生模块的整流器。

所述芯片外部的LED指示灯用来显示Wi-Fi信号的强弱及其可用性。5个LED指示灯正极都连接所述模拟前端的电源产生模块的限幅器输出的电压，负极分别连接到MCUcore的5个GPIO上。当与某LED指示灯相连的MCUcore的GPIO为低电平时，该LED指示灯亮，否则，该LED指示灯灭。

该Wi-Fi提示贴的外壳为一块方形塑料卡片，芯片与片外线圈被封装在卡片内部，从卡片内部引出5根金属线，连接外部5个LED指示灯，5个LED指示灯按一条线等间距整齐固定在卡片上；该Wi-Fi提示贴固定在公共场合的方式很简单，Wi-Fi提示贴的背面有粘贴胶，选好合适安装位置后，直接把其贴上就行。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。

1.该Wi-Fi提示贴是无源的，不需外界提供电源，可通过自身感应Wi-Fi信号产生电压来提供电源。

2.该Wi-Fi提示贴本除了线圈天线和用于显示Wi-Fi强度的LED指示灯外，其余的电路全部集成在一块芯片上，结构简洁小巧，安装方便。

附图说明

图1模拟前端接口示意图。

图2模拟前端系统结构。

图3电源产生模块示意图。

图4数字逻辑接口示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对于本发明作进一步的说明。

本发明中，与外部Wi-Fi信号的直接交互是由Wi-Fi提示贴的模拟前端完成的，模拟前端部分需要完成外部Wi-Fi信号能量的获取。对于Wi-Fi提示贴芯片内部的数字逻辑部分，模拟前端的作用是向数字逻辑部分提供电源、上电复位信号、电压值和时钟。如图1所示为Wi-Fi提示贴模拟前端接口示意图，模拟前端与外部Wi-Fi信号的接口为感应线圈，模拟前端与数字部分的接口有电源、上电复位、电压值和时钟。

如图2所示，本发明中，模拟前端主要由四个功能模块组成：电源产生模块、上电复位模块、数据采集模块和时钟信号产生模块。

Wi-Fi提示贴芯片是通过电磁场耦合获取能量的。模拟前端与外部Wi-Fi信号的接口为片外线圈，外部Wi-Fi信号是空间交变电磁场，经线圈耦合后转变为交变电压，经过整流器将交流电压转换为带有一定纹波的直流电压，并通过限幅器将电压限定在特定的值提供给Wi-Fi提示贴其他模块作为电源。

如图3所示，为电源产生模块示意图，电源产生模块包括射频接口、整流器、限幅器和带隙基准。射频接口获取外部Wi-Fi信号能量，并把这个信号给整流器。整流器接收射频接口获得的外部Wi-Fi信号能量，产生带有一定纹波的直流电压，输出给限幅器和数据采集模块。限幅器接收整流器输出的电压，在带隙基准提供一定的基准电压下，产生稳定的直流电压为芯片供电。

所述射频接口所述模拟前端的电源产生模块的整流器相连；射频接口通过天线耦合从Wi-Fi信号获得能量，通过内部的LC谐振回路将能量转移给Wi-Fi提示贴芯片内部其他电路和LED指示灯供电。

Wi-Fi提示贴通过电磁感应耦合空间中的能量为Wi-Fi提示贴其他电路提供电源，线圈两端的电压为交流信号，通过整流器进行交直流转换，产生直流电压。

Wi-Fi提示贴整流器产生的直流电源的电压大小跟线圈上电压的大小有关，即空间Wi-Fi信号越强电压越大。若Wi-Fi信号强度较强，Wi-Fi提示贴芯片内部电路的功耗不足以将线圈吸收到的能量消耗掉，线圈上的电压就会升高，这将导致Wi-Fi提示贴电源电压过高，器件烧坏。所以，引入限幅器将Wi-Fi提示贴线圈吸收的多余能量释放掉，并且将Wi-Fi提示贴电源电压稳定在需要的值上。

本发明中，用带隙基准（Bandgap）产生不随工艺和温度变化的稳定的基准电压，为限幅器、上电复位模块提供一定基准。

电复位模块包括比较器和延迟单元，比较器的“+”端与所述模拟前端的电源产生模块输出的电源电压相连，“-”端与所述模拟前端的电源产生模块的带隙基准相连，比较器输出连接延迟单元，经过延迟单元输出上电复位信号给数字逻辑部分。

Wi-Fi提示贴芯片上电之初，数字逻辑部分内部寄存器的状态不确定，Wi-Fi提示贴模拟前端在电源稳定后产生上电复位信号使数字逻辑部分重置。

数据采集模块为一个模数转换器ADC，用于把模拟电压信号转化成数字电压信号。

Wi-Fi提示贴芯片是通过电磁场耦合获取能量的。Wi-Fi提示贴模拟前端与外部Wi-Fi信号的接口为片外线圈，外部Wi-Fi信号是空间交变电磁场，经线圈耦合后转变为交变电压，经过整流器将交流电压转换为带有一定纹波的直流电压，把这个直流电压接在ADC的模拟信号输入端，数字信号输出端输出这个直流电压的数值。

时钟产生模块为一个低功耗振荡器OSC，由所述模拟前端的电源产生模块提供电源，输出时钟信号给数字逻辑部分。

如图4所示，为数字逻辑接口示意图。MCUcore的电源由Wi-Fi提示贴模拟前端提供。MCUcore所需时钟信号由Wi-Fi提示贴模拟前端的振荡器OSC产生。Wi-Fi提示贴芯片上电之初，MCUcore内部寄存器的状态不确定，模拟前端在电源稳定后产生上的电复位信号使数字部分重置，MCUcore开始工作。根据ADC输出的数字量d3d2d1d0，MCUcore内部程序进行相应处理：

a.当d3d2d1d0为0000～1010时，GPIO1～5都为1，所有LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置没有Wi-Fi信号，或者Wi-Fi信号极弱，Wi-Fi无可用性；

b.当d3d2d1d0为1011时，GPIO1为0，GPIO2～5都为1，LED1亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号弱，Wi-Fi可能有可用性；

c.当d3d2d1d0为1100时，GPIO1、GPIO2为0，GPIO3～5都为1，LED1、LED2亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号一般，Wi-Fi有可用性；

d.当d3d2～d0为1101时，GPIO1、GPIO2、GPIO3为0，GPIO4～5都为1，LED1、LED2、LED3亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号较强，Wi-Fi有较好可用性；

e.当d3d2d1d0为1110时，GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4为0，GPIO5为1，LED1、LED2、LED3、LED4亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号强，Wi-Fi有很好可用性；

f.当d3d2d1d0为1111时，GPIO1～5都为0，所有LED都亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号很强，Wi-Fi有特别好的可用性。

Claims (5)

1.一种无源Wi-Fi提示贴，其特征在于：该无源Wi-Fi提示贴包括提示贴芯片内部和提示贴芯片外部；所述提示贴芯片内部包括模拟前端部分和数字逻辑部分；芯片外部包括感应线圈和LED指示灯；

提示贴芯片内部包括模拟前端部分和数字逻辑部分，其中模拟前端部分包括电源产生模块、上电复位模块、数据采集模块、时钟产生模块；

所述模拟前端的电源产生模块包括射频接口、整流器、限幅器、带隙基准；完成外部Wi-Fi信号能量的获取，向数字逻辑部分提供电源、上电复位信号、电压值和时钟，为LED指示灯供电；

射频接口与所述模拟前端的电源产生模块的整流器相连；射频接口通过天线耦合获取外部Wi-Fi信号能量，并把这个信号给整流器；整流器接收射频接口获得的外部Wi-Fi信号能量，产生带有一定纹波的直流电压，输出给限幅器和数据采集模块；限幅器接收整流器输出的电压，在带隙基准提供一定的基准电压下，产生稳定的直流电压为芯片供电；

当Wi-Fi提示贴靠近外部Wi-Fi信号时，片外电感与片内电容发生谐振，将Wi-Fi信号能量转移到Wi-Fi提示贴芯片内部的阻性负载；片外电感两端的是2.4GHz正弦交变电压，电压信号经过整流器整流后产生带有一定纹波的直流电压，这个电压经过限幅器后会准确的落在变化很小的范围内，并且不会随外部Wi-Fi信号能量强度的变化而变化，带隙基准为限幅器、上电复位模块提供一定的基准电压；

所述上电复位模块包括比较器和延迟单元，比较器的“+”端与所述模拟前端的电源产生模块输出的电源电压相连，“-”端与所述模拟前端的电源产生模块的带隙基准相连，比较器输出连接延迟单元，经过延迟单元输出上电复位信号给数字逻辑部分；

Wi-Fi提示贴芯片上电之初，Wi-Fi提示贴芯片数字逻辑部分内部寄存器的状态不确定；Wi-Fi提示贴芯片模拟前端在电源稳定后，产生上电复位信号来使数字逻辑部分重置；

所述数据采集模块为一个模数转换器ADC，用于把模拟电压信号转化成数字电压信号。

2.根据权利要求1所述的一种无源Wi-Fi提示贴，其特征在于：外部Wi-Fi信号强度变化时，Wi-Fi提示贴芯片的电源产生模块中整流器将交流电压转换为带有一定纹波的直流电压，把这一大小变化的直流电压接在ADC的模拟信号输入端，数字信号输出端输出这一大小变化的直流电压的大小；

所述时钟产生模块为一个低功耗振荡器OSC，由所述模拟前端的电源产生模块提供电源，输出时钟信号给数字逻辑部分；

提示贴芯片内部的数字逻辑部分为一个MCUcore，其主要功能是控制各LED的亮与灭个数，以此来反应Wi-Fi提示贴所处位置Wi-Fi信号的强弱及其可用性；

由Wi-Fi提示贴芯片模拟前端中整流器输出的带有一定纹波的直流电压经过ADC后，得到一个4位二进制数值，表示这一带有一定纹波的直流电压的大小；这4位数据分别接在MCUcore的4个GPIO上；借助Wi-Fi提示贴芯片模拟前端提供的电源电压、上电复位信号、时钟信号，MCUcore开始工作，其内部程序进行相应的处理，控制另外5个GPIO的输出，进而控制5个LED的亮与灭，显示Wi-Fi信号的强弱及其可用性。

3.根据权利要求1所述的一种无源Wi-Fi提示贴，其特征在于：所述芯片外部感应线圈L并联到芯片内部电容C两端，组成LC谐振回路；当Wi-Fi提示贴靠近外部Wi-Fi信号时，LC谐振回路将Wi-Fi信号能量转移给所述模拟前端的电源产生模块的整流器；

所述芯片外部的LED指示灯用来显示Wi-Fi信号的强弱及其可用性；5个LED指示灯正极都连接所述模拟前端的电源产生模块的限幅器输出的电压，负极分别连接到MCUcore的5个GPIO上；当与某LED指示灯相连的MCUcore的GPIO为低电平时，该LED指示灯亮，否则，该LED指示灯灭。

4.根据权利要求1所述的一种无源Wi-Fi提示贴，其特征在于：该Wi-Fi提示贴的外壳为一块方形塑料卡片，芯片与片外线圈被封装在卡片内部，从卡片内部引出5根金属线，连接外部5个LED指示灯，5个LED指示灯按一条线等间距整齐固定在卡片上；该Wi-Fi提示贴固定在公共场合的方式很简单，Wi-Fi提示贴的背面有粘贴胶，选好合适安装位置后，直接把其贴上就行。

5.根据权利要求1所述的一种无源Wi-Fi提示贴，其特征在于：MCUcore的电源由Wi-Fi提示贴模拟前端提供；MCUcore所需时钟信号由Wi-Fi提示贴模拟前端的振荡器OSC产生；Wi-Fi提示贴芯片上电之初，MCUcore内部寄存器的状态不确定，模拟前端在电源稳定后产生上的电复位信号使数字部分重置，MCUcore开始工作；根据ADC输出的数字量d3d2d1d0，MCUcore内部程序进行相应处理：

a.当d3d2d1d0为0000～1010时，GPIO1～5都为1，所有LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置没有Wi-Fi信号，或者Wi-Fi信号极弱，Wi-Fi无可用性；

b.当d3d2d1d0为1011时，GPIO1为0，GPIO2～5都为1，LED1亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号弱，Wi-Fi可能有可用性；

c.当d3d2d1d0为1100时，GPIO1、GPIO2为0，GPIO3～5都为1，LED1、LED2亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号一般，Wi-Fi有可用性；

d.当d3d2～d0为1101时，GPIO1、GPIO2、GPIO3为0，GPIO4～5都为1，LED1、LED2、LED3亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号较强，Wi-Fi有较好可用性；

e.当d3d2d1d0为1110时，GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4为0，GPIO5为1，LED1、LED2、LED3、LED4亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号强，Wi-Fi有很好可用性；

f.当d3d2d1d0为1111时，GPIO1～5都为0，所有LED都亮，其余LED都灭，表示Wi-Fi提示贴所处位置有Wi-Fi信号，Wi-Fi信号很强，Wi-Fi有特别好的可用性。