量。
[0014]独立天线结构:
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，无源NFC通信接口 4使用独立天线(NFC通信天线I和射频能量接收天线10)分别负责通信与NFC射频能量接收。使用独立天线结构的主要原因是，NFC无源通信电路与射频能量接收电路对天线有着截然不同的要求。对于NFC无源通信电路来说，为了达到必要的通信带宽，必须使用Q值(品质因数)较低的天线(例如Q〈20)。品质因数越高，天线选择性就越强，带宽也越低。相反，对于射频能量接收电路来说，为了提升在13.56Mhz的接收效率与功率，必须使用Q值很高的天线(例如Q>50)。对Q值要求的矛盾决定了在保证通信性能的前提下，无法有效提升接收效率与功率。故使用单天线极大地限制了系统可以接收的NFC射频能量。
[0015]无源NFC通信接口 4使用独立天线，NFC通信天线I和射频能量接收天线10分别负责通信与能量接收。由于可以对多个天线分别进行优化，通信性能与接收效率可以兼顾。
[0016]无源NFC通信接口 4可以根据实际情况使用多于两个天线，以提高接收范围。
[0017]天线系统优化:
现介绍对NFC通信天线I和射频能量接收天线10的优化措施。优化的目的是在保证NFC通信天线I通信性能的前提下，尽可能的提高接射频能量接收天线10接收的能量。
[0018]在无源NFC通信接口 4中，由于只有射频能量接收天线10接收的能量才可以被收集和利用(NFC通信天线I接收的能量最终将转化为热能而损耗)，为了提高能量接收功率，NFC通信天线I需尽可能的减少接收的能量(只需满足NFC收发器3灵敏度即可)。NFC通信天线I必须至少具有以下性质之一以降低接收的能量。第一，低天线Q值(〈25)。这可通过降低天线截面积，在天线中串入电阻等实现。第二，低天线电感值(〈4 uH)。可通过使用圈数很少的天线，减小天线面积等实现。第三，与发射天线低耦合。这可通过减小天线面积，调节天线位置，增大与发射天线的距离实现。第四，不在13.56Mhz谐振。这可通过调节天线匹配电路2实现。
[0019]对于射频能量接收天线10，为了使其可以尽可能多的接收能量，射频能量接收天线10与射频能量接收天线匹配电路9需满足四个条件。一，射频能量接收天线10连接射频能量接收天线匹配电路9后在13.56Mhz谐振。考虑到射频能量接收天线匹配电路9内部谐振电容受实际值的限制、寄生电容的影响以及与接收天线的互感，射频能量接收天线10的电感值不能太大，否则无法在13.56Mhz谐振。然而，过低的电感值会导致低的接收功率，故电感值一般在3uH到1uH之间比较合适。二，射频能量接收天线10有尽可能高的Q值。提高Q值的方法包括使用具有较大截面积的天线，降低天线的寄生电容，使用阻抗较低的天线材料等等。三，射频能量接收天线10连接射频能量接收天线匹配电路9后的输出阻抗需与负载阻抗匹配，保证最大功率传输。这可以通过调节射频能量接收天线匹配电路9的参数实现。四，射频能量接收天线10需要有合适的面积以提供与发射天线足够的耦合。针对典型NFC有源接口的天线尺寸，射频能量接收天线10的面接须在10mm2至5000mm2之间。
[0020]射频能量接收电路设计:
射频能量接收电路由射频能量接收天线10、射频能量接收天线匹配电路9、桥式整流8以及DC/DC 7组成，作用是将NFC有源接口发送的射频能量以尽可能小的损耗转换为直流电能。射频能量接收天线匹配电路9负责将射频能量接收天线10调谐到13.56Mhz的谐振频率，并根据实际负载将天线阻抗调节到合适程度。桥式整流8用来将13.56Mhz射频信号转化为直流电能，DC/DC 7将该直流电压稳压。为了尽量降低转换损耗，桥式整流8可采用高速低压降肖特基二极管，DC/DC 7可使用低功耗高效率buck、boost或开关电容型稳压器。
【主权项】
1.一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，所述无源NFC通信接口包括用于无源通信的NFC无源通信电路及用于NFC射频能量接收的射频能量接收电路。2.根据权利要求1所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，所述NFC无源接收电路包括NFC通信天线、通信天线匹配电路和NFC收发器。3.根据权利要求2所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，所述射频能量接收电路包括射频能量接收天线、射频能量接收天线匹配电路、桥式整流及 DC/DCo4.根据权利要求3所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，所述NFC通信天线通过通信天线匹配电路与所述NFC收发器连接。5.根据权利要求4所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，所述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; 所述NFC通信天线至少具备以下性质之一:小于20的Q值、小于4uH的电感值、与发射天线的耦合系数小于0.2、或不在13.56Mhz谐振。6.根据权利要求4所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，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，所述桥式整流的输出连接DC/DC的输入，所述DC/DC的输出电压为无源NFC通信接口进行供电。7.根据权利要求6所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，所述射频能量接收天线匹配电路将射频能量接收天线的谐振频率调节到13.56Mhz，并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； 所述射频能量接收天线的电感值在3uH-10uH、Q值在20以上、天线面积在10mm2至5000mm2 之间。8.根据权利要求1所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，其特征在于，所述无源NFC通信接口通过数据总线及电源输出与外部装置连接，外部装置接收并处理无源NFC通信接口的NFC数据，以及提供无源NFC通信接口需要发送的NFC数据。9.一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信方法，应用上述权利要求1-8之一所述的无源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。10.根据权利要求9所述的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信方法，其特征在于，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、与发射天线的耦合系数小于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。
【专利摘要】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。所述无源NFC通信接口包括用于无源通信的NFC无源通信电路及用于NFC射频能量接收的射频能量接收电路。所述NFC无源接收电路包括NFC通信天线、通信天线匹配电路和NFC收发器；所述NFC通信天线通过通信天线匹配电路与所述NFC收发器连接。本发明可大大提高NFC无源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NFC无源通信接口在当前及未来数年内的应用范围。
【IPC分类】H04B5/02
【公开号】CN105099527
【申请号】CN201510568117
【发明人】王清斌
【申请人】王清斌
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月8日