CN114844530A - 无源nfc接口和无源nfc设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无源NFC接口和无源NFC设备。该无源NFC接口包括：用电模块；NFC天线，用以与有源NFC设备建立通信连接、以及感应来自有源NFC设备的电磁场能量而产生感应电压以对用电模块进行供电；调节模块，用以在通信连接不稳定时限制用电模块的供电电流、以及在通信连接稳定时取消限制。本发明具有有益效果。例如，当无源NFC接口与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时，可以通过调节模块限制整流模块输送至用电模块的供电电流，以避免无源NFC接口及包含其的无源NFC设备无法上电或通信失败等问题；并且，当通信连接稳定时，还可以通过调节模块取消对所述供电电流的限制，以提高无源NFC接口的供电能力和供电效率。

Description

无源NFC接口和无源NFC设备

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无源NFC接口和无源NFC设备。

背景技术

由于，NFC(Near Field Communication，近场通信)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)，具有无源通信、安全性高、使用广泛等优点。因此，基于NFC的应用也越发广泛，例如NFC支付、NFC配对、NFC电子价签、NFC电子墨水屏、NFC智能锁等。

NFC标准中的一个重要部分是对高频RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)无源接口的传统继承，其允许NFC读写器接口与NFC被动接口之间的通信。然而，传统的NFC被动接口，一方面在NFC设备入场瞬间会因电流负载过大而导致NFC设备无法上电、通信失败等问题，另一方面在NFC设备进行能量采集时，能量转换效率也很低。

发明内容

本发明的目的在于，为了克服上述技术问题，而提供一种改进的无源NFC接口和无源NFC设备。

本发明实施例提供的无源NFC接口包括：用电模块；NFC天线，用以与有源NFC设备建立通信连接、以及感应来自有源NFC设备的电磁场能量而产生感应电压以对用电模块进行供电；调节模块，用以在通信连接不稳定时限制用电模块的供电电流、以及在通信连接稳定时取消限制。

可选地，调节模块包括：限流单元，用以限制供电电流；开关单元，用以在通信连接不稳定时使得限流单元限制供电电流、以及在通信连接稳定时短路限流单元以取消限制。

可选地，限流单元包括限流电阻，开关单元包括与限流电阻并联的PMOS管；其中，PMOS管的源极与NFC天线连接，其漏极与用电模块连接，其栅极适于在通信连接不稳定时关闭PMOS管以及在通信连接稳定时导通PMOS管。

可选地，无源NFC接口包括与PMOS管的栅极连接的控制模块，用以在通信连接不稳定时向PMOS管的栅极输出第一控制信号、以及在通信连接稳定时向PMOS管的栅极输出第二控制信号；其中，第一控制信号用以控制PMOS管关闭，第二控制信号用以控制PMOS管导通。

可选地，无源NFC接口包括与控制模块连接的获取模块，用以获取NFC接口和有源NFC设备之间的通信状态；控制模块用以在通信状态不稳定时生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在通信状态稳定时生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

可选地，无源NFC接口包括与控制模块连接的获取模块，用以获取感应电压的状态；控制模块用以在感应电压不稳定时生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在感应电压稳定时生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

可选地，无源NFC接口包括与控制模块连接的获取模块，用以获取用电模块的供电时间；控制模块用以在供电时间小于第一阈值时生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在供电时间大于或者等于第一阈值时生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

可选地，用电模块为储能电容，第一阈值为储能电容和限流电阻的时间常数。

可选地，无源NFC接口包括与控制模块连接的获取模块，用以获取用电模块的供电电压；控制模块用以在供电电压小于第二阈值时生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在供电电压大于或者等于第二阈值时生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

可选地，用电模块包括储能单元和/或负载单元。

本发明实施例提供的无源NFC设备，包括上述的无源NFC接口。

可选地，无源NFC设备包括无源电子屏、无源电子锁和无源穿戴设备。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有有益效果。

例如，当无源NFC接口与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时，可以通过调节模块来限制整流模块输送至用电模块的供电电流，以避免无源NFC接口以及包含其的无源NFC设备无法上电或通信失败等问题。并且，当无源NFC接口与有源NFC设备之间的通信连接稳定时，还可以通过调节模块取消对所述供电电流的限制，以提高无源NFC接口的供电能力和供电效率。

又例如，采用PMOS管作为调节模块中的开关单元，不但可以使得电路结构简单、有利于降低成本，而且还可以提高供电效率和供电能力、降低能量损耗。

又例如，由于无源NFC接口的供电能力强，因此可以采用大容量电容作为储能单元以将无源NFC接口接收的电磁场能量以电能的形式全部储存起来，从而提高能量利用率。

又例如，可以通过NFC接口和有源NFC设备之间的通信状态、NFC天线产生的感应电压的状态、储能电容的充电时间以及用电模块的供电电压来判断NFC接口和有源NFC设备之间的通信连接是否稳定，以便于在通信连接不稳定时及时限制用电模块的供电电流、以及在通信连接稳定时及时取消所述限制。

又例如，判断NFC接口和有源NFC设备之间的通信连接是否稳定的技术手段简单易操作。

附图说明

图1是本发明实施例中无源NFC接口的一种原理框图；

图2是本发明实施例中无源NFC接口的第二种原理框图；

图3是本发明实施例中无源NFC接口的第三种原理框图；

图4是本发明实施例中无源NFC接口的第四种原理框图；

图5是本发明实施例中无源NFC接口的第五种原理框图；

图6是本发明实施例中无源NFC接口的第六种原理框图；

图7是本发明实施例中无源NFC接口的第七种原理框图。

具体实施方式

如背景技术所述，传统的NFC被动接口，一方面在NFC设备入场瞬间会因电流负载过大而导致NFC设备无法上电、通信失败等问题，另一方面在NFC设备进行能量采集时，能量转换效率也很低。

不同于现有技术，本发明提供一种改进的无源NFC接口和无源NFC设备。本发明实施例提供的无源NFC接口包括：用电模块；NFC天线，用以与有源NFC设备建立通信连接、以及感应来自有源NFC设备的电磁场能量而产生感应电压以对用电模块进行供电；调节模块，用以在通信连接不稳定时限制用电模块的供电电流、以及在通信连接稳定时取消限制。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有有益效果。

例如，当无源NFC接口与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时，可以通过调节模块来限制整流模块输送至用电模块的供电电流，以避免无源NFC接口以及包含其的无源NFC设备无法上电或通信失败等问题。并且，当无源NFC接口与有源NFC设备之间的通信连接稳定时，还可以通过调节模块取消对所述供电电流的限制，以提高无源NFC接口的供电能力和供电效率。

为使本发明实施例的目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

参照图1，本发明实施例提供的无源NFC接口100可以包括依次连接的NFC天线110、调节模块120和用电模块130。

具体而言，NFC天线110用以与有源NFC设备建立通信连接、以及感应来自有源NFC设备的电磁场能量而产生感应电压以对用电模块130进行供电。调节模块120用以在NFC天线110与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时限制用电模块130的供电电流、以及在NFC天线110与有源NFC设备之间的通信连接稳定时取消所述限制。用电模块130用以储存或者消耗基于所述感应电压的电能。

在具体实施中，有源NFC设备可以是具有电源的NFC终端。例如，支持NFC功能的手机。

在具体实施中，有源NFC设备可以与无源NFC接口100靠近，以使无源NFC接口100的NFC天线110进入有源NFC设备产生的电磁场中，从而使有源NFC设备可以与无源NFC接口之间建立通信连接、以及使无源NFC接口100可以采集来自有源NFC设备的电磁场能量。

在具体实施中，NFC天线110用以感应来自有源NFC设备的电磁场能量，并基于该电磁场能量而产生感应电压。具体而言，所述感应电压为射频交流电压。

参照图2，无源NFC接口100还可以包括依次连接于NFC天线110和调节模块120之间的匹配模块140和整流模块150。

具体而言，匹配模块140用以将NFC天线110的谐振频率调至13.56MHz，以提高NFC天线110的能量接收效率。整流模块150用以将NFC天线110产生的交流感应电压整流成直流电压，以对用电模块130进行供电。

在一些实施例中，匹配模块140可以采用电容。

在一些实施例中，整流模块150可以采用桥式整流器或同步整流器。

在具体实施中，通过调节模块120将整流模块150整流出来的直流电压输送至用电模块130。

具体而言，调节模块120用以在NFC天线110与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时限制用电模块130的供电电流、以及在NFC天线110与有源NFC设备之间的通信连接稳定时取消所述限制。

通常，当无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时，如果直接将整流模块150整流出来的直流电压输送至用电模块130，会造成无源NFC接口100以及包含其的无源NFC设备中电流负载过大的情形发生，从而导致该无源NFC设备无法上电以及通信失败(例如，因电流负载过大而导致通信回发失败、误回发)等问题。

具体而言，无源NFC接口100与有源NFC设备之间通信连接不稳定的情形可以包括无源NFC接口100的NFC天线110进入有源NFC设备产生的电磁场的瞬间、以及在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接稳定后电流负载突然增大而导致NFC天线110的感应电压跌落的情形。

在一些实施例中，无源NFC接口100的NFC天线110进入有源NFC设备产生的电磁场的瞬间包括当有源NFC设备主动发起通信连接时使NFC天线110进入电磁场的瞬间，也包括当无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接中断之后因需要再次建立通信连接而使NFC天线110再次进入电磁场的瞬间。

在本发明实施例中，当无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时，可以通过调节模块120来限制整流模块150输送至用电模块130的供电电流，以避免无源NFC接口100以及包含其的无源NFC设备无法上电或通信失败等问题。并且，当无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接稳定时，还可以通过调节模块120取消对所述供电电流的限制，以提高无源NFC接口100的供电能力和供电效率。

参照图3，调节模块120可以包括并联的限流单元121和开关单元122。

具体而言，限流单元121用以限制整流模块150输送至用电模块130的供电电流。开关单元122用以在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时使得限流单元121工作以限制整流模块150输送至用电模块130的供电电流、以及在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接稳定时短路限流单元121以取消对整流模块150输送至用电模块130的供电电流的限制。

参照图4，限流单元121可以包括限流电阻。开关单元122可以包括与限流电阻并联的PMOS管；其中，PMOS管的源极与整流模块150连接，其漏极与用电模块130连接，其栅极适于在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时关闭PMOS管、以及在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接稳定时导通PMOS管。

在具体实施中，当PMOS管关闭时，无源NFC接口100在开关单元122处形成断路。在此情形下，从整流模块150输出的电流只能经过限流单元121才能达到用电模块130。

由于，整流模块150输出的电流在经过限流单元121中的限流电阻时会因能量损耗而降低，因此，就限制了从整流模块150输送至用电模块130的供电电流的大小。

具体而言，到达用电模块130的供电电流的大小与限流电阻的阻值相关。在本发明实施例中，以在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时不影响无源NFC接口100以及包含其的无源NFC设备正常上电以及通信为最低要求。

在具体实施中，限流电阻的阻值的确定可以采用本领域中的常规技术手段实现，此处不再赘述。

在具体实施中，当PMOS管导通时，无源NFC接口100在开关单元122处形成通路并由此短路限流单元121。在此情形下，从整流模块150输出的电流经过PMOS管到达用电模块130。

由于，从整流模块150输出的电流经过PMOS管到达用电模块130时没有电流限制和能量损耗，因此，不但可以加快整流模块150对用电模块130的供电效率，而且还可以提高整流模块150对用电模块130供电能力、降低能量损耗。由此，就可以提高无源NFC接口100以及包含其的无源NFC设备的供电效率、供电能力并使其具有低能耗。

在本发明实施例中，用电模块130可以包括储能单元和/或负载单元。其中，储能单元用以将无源NFC接口100接收的电磁场能量以电能的形式储存起来(即无源NFC接口100接收的电磁场能量转化为感应电压并经整流后输送至储能单元储存起来)，负载单元用以消耗无源NFC接口100接收的电磁场能量(即无源NFC接口100接收的电磁场能量转化为感应电压并经整流后输送至负载单元以对其进行直接供电)。

参照图5，在一些实施例中，用电模块130可以包括储能单元131。

在具体实施中，储能单元131可以采用大容量电容，并通过调节模块120对其进行充电，以将无源NFC接口100接收的电磁场能量以电能的形式全部储存起来，从而提高能量利用率。

参照图6，在一些实施例中，用电模块130除了包括储能单元131，还包括与储能单元131并联的负载单元132。

在具体实施中，负载单元132用以将无源NFC接口100接收的电磁场能量以电能的形式直接消耗掉。

在一些实施例中，负载单元132可以包括适于耗电的电子屏、电子锁等负载。

在另一些实施例中，用电模块130还可以仅包括负载单元。

在另一些实施例中，负载单元132还可以设置于包含无源NFC接口100的无源NFC设备中，并与无源NFC接口100通过储能单元131连接，以通过储能单元131进行耗电。

参照图7，在一些实施例中，无源NFC接口100还可以包括与PMOS管的栅极连接的控制模块160。

具体而言，控制模块160用以在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时向PMOS管的栅极输出第一控制信号、以及在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接稳定时向PMOS管的栅极输出第二控制信号。其中，第一控制信号用以控制PMOS管关闭，第二控制信号用以控制PMOS管导通。

在另一些实施例中，控制模块160还可以设置于包含无源NFC接口100的无源NFC设备中，并与无源NFC接口100中的PMOS管的栅极连接，以在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接不稳定时向PMOS管的栅极输出第一控制信号、以及在无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接稳定时向PMOS管的栅极输出第二控制信号。

在具体实施中，无源NFC接口100或包含无源NFC接口100的无源NFC设备还可以包括与控制模块160连接的获取模块。

在一些实施例中，获取模块可以用以获取NFC接口100和有源NFC设备之间的通信状态。在此情形下，控制模块160用以在NFC接口100和有源NFC设备之间的通信状态不稳定时生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在NFC接口100和有源NFC设备之间的通信状态稳定时生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

在具体实施中，获取模块用以获取NFC接口100和有源NFC设备之间的通信状态的过程，可以采用本领域常规技术手段实现，此处不再赘述。

在一些实施例中，获取模块还可以用以获取NFC天线100感应来自有源NFC设备的电磁场能量而产生的感应电压的状态。在此情形下，控制模块160用以在感应电压不稳定时(当感应电压不稳定时，无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接也不稳定)生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在感应电压稳定(当感应电压稳定时，无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接也是稳定的)生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

在一些实施例中，当用电模块130包括储能电容时(例如，用电模块130包括储能单元131，储能单元131采用电容时)，获取模块还可以用以获取用电模块130的供电时间(即储能电容的充电时间)。在此情形下，控制模块160用以在供电时间小于第一阈值时生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在供电时间大于或者等于第一阈值时生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

在具体实施中，限流单元121中的限流电阻的电阻值记为R，用电模块130中的储能电容的电容值记为C。

在一些实施例中，第一阈值可以为储能电容和限流电阻的时间常数RC。通常，当用电模块130的供电时间大于或者等于RC时，无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接已处于稳定状态。

在一些实施例中，获取模块还可以用以获取用电模块130的供电电压。在此情形下，控制模块160用以在供电电压小于第二阈值时生成第一控制信号并输出至PMOS管的栅极、以及在供电电压大于或者等于第二阈值时生成第二控制信号并输出至PMOS管的栅极。

具体而言，可以直接采集用电模块130两端的电压作为其供电电压。当供电电压大于或者等于一定阈值(即第二阈值)时，无源NFC接口100与有源NFC设备之间的通信连接处于稳定状态。

在具体实施中，可以通过本领域常规技术手段和经验来确定第二阈值的具体值，此处不再赘述。

综上可知，可以通过NFC接口100和有源NFC设备之间的通信状态、NFC天线100产生的感应电压的状态、储能电容的充电时间以及用电模块130的供电电压来判断NFC接口100和有源NFC设备之间的通信连接是否稳定，以便于在通信连接不稳定时及时限制用电模块的供电电流、以及在通信连接稳定时及时取消所述限制。

在本发明实施例中，NFC接口100和有源NFC设备之间的通信连接是否稳定的判断方式并不限于上述公开的技术手段，还包括本领域中已知的任意常规技术手段。

本发明实施例还提供一种无源NFC设备。

具体而言，该无源NFC设备包括本发明实施例提供的无源NFC接口100。

在具体实施中，该无源NFC设备可以包括具有NFC功能的无源电子屏、无源电子锁和无源穿戴设备等。

尽管上文已经描述了具体实施方案，但这些实施方案并非要限制本发明公开的范围，即使仅相对于特定特征描述单个实施方案的情况下也是如此。本发明公开中提供的特征示例意在进行例示，而非限制，除非做出不同表述。在具体实施中，可根据实际需求，在技术上可行的情况下，将一项或者多项从属权利要求的技术特征与独立权利要求的技术特征进行组合，并可通过任何适当的方式而不是仅通过权利要求书中所列举的特定组合来组合来自相应独立权利要求的技术特征。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种无源NFC接口，其特征在于，包括：

用电模块；

NFC天线，用以与有源NFC设备建立通信连接、以及感应来自所述有源NFC设备的电磁场能量而产生感应电压以对所述用电模块进行供电；

调节模块，用以在所述通信连接不稳定时限制所述用电模块的供电电流、以及在所述通信连接稳定时取消所述限制。

2.根据权利要求1所述的无源NFC接口，其特征在于，所述调节模块包括：限流单元，用以限制所述供电电流；

开关单元，用以在所述通信连接不稳定时使得所述限流单元限制所述供电电流、以及在所述通信连接稳定时短路所述限流单元以取消所述限制。

3.根据权利要求2所述的无源NFC接口，其特征在于，所述限流单元包括限流电阻，所述开关单元包括与所述限流电阻并联的PMOS管；其中，所述PMOS管的源极与所述NFC天线连接，其漏极与所述用电模块连接，其栅极适于在所述通信连接不稳定时关闭所述PMOS管以及在所述通信连接稳定时导通所述PMOS管。

4.根据权利要求3所述的无源NFC接口，其特征在于，包括与所述PMOS管的栅极连接的控制模块，用以在所述通信连接不稳定时向所述PMOS管的栅极输出第一控制信号、以及在所述通信连接稳定时向所述PMOS管的栅极输出第二控制信号；其中，所述第一控制信号用以控制所述PMOS管关闭，所述第二控制信号用以控制所述PMOS管导通。

5.根据权利要求4所述的无源NFC接口，其特征在于，包括与所述控制模块连接的获取模块，用以获取所述NFC接口和所述有源NFC设备之间的通信状态；所述控制模块用以在所述通信状态不稳定时生成所述第一控制信号并输出至所述PMOS管的栅极、以及在所述通信状态稳定时生成所述第二控制信号并输出至所述PMOS管的栅极。

6.根据权利要求4所述的无源NFC接口，其特征在于，包括与所述控制模块连接的获取模块，用以获取所述感应电压的状态；所述控制模块用以在所述感应电压不稳定时生成所述第一控制信号并输出至所述PMOS管的栅极、以及在所述感应电压稳定时生成所述第二控制信号并输出至所述PMOS管的栅极。

7.根据权利要求4所述的无源NFC接口，其特征在于，包括与所述控制模块连接的获取模块，用以获取所述用电模块的供电时间；所述控制模块用以在所述供电时间小于第一阈值时生成所述第一控制信号并输出至所述PMOS管的栅极、以及在所述供电时间大于或者等于所述第一阈值时生成所述第二控制信号并输出至所述PMOS管的栅极。

8.根据权利要求7所述的无源NFC接口，其特征在于，所述用电模块为储能电容，所述第一阈值为所述储能电容和所述限流电阻的时间常数。

9.根据权利要求4所述的无源NFC接口，其特征在于，包括与所述控制模块连接的获取模块，用以获取所述用电模块的供电电压；所述控制模块用以在所述供电电压小于第二阈值时生成所述第一控制信号并输出至所述PMOS管的栅极、以及在所述供电电压大于或者等于所述第二阈值时生成所述第二控制信号并输出至所述PMOS管的栅极。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的无源NFC接口，其特征在于，所述用电模块包括储能单元和/或负载单元。

11.一种无源NFC设备，其特征在于，包括如权利要求1至10中任一项所述的无源NFC接口。

12.根据权利要求11所述的无源NFC设备，其特征在于，包括无源电子屏、无源电子锁和无源穿戴设备。

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