一种近场通信调制解调电路、安全芯片及动态令牌的制作方法

本实用新型属于近场通信领域，尤其涉及一种近场通信调制解调电路、安全芯片、动态令牌、非接触式智能卡、非接触式读卡器、数字签名装置及近场通信标签。

背景技术：

NFC(Near Field Communication，近场通信技术)是一种短距高频的无线电通信技术，采用主动和被动两种读取模式。在被动模式下，启动近场通信的设备，也称为发起设备(主设备)，在整个通信过程中提供射频场(RF-field)。它可以选择一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为目标设备(从设备)，不必产生射频场，而使用负载调制(load modulation)技术，将数据传回发起设备，完成信息交互。

然而目前近场无线通信的调制解调技术通常使用集成的NFC通信芯片完成，但是由于NFC通信芯片的生产周期较长、芯片接口也较多，从而导致了近场通信实现的过程交互方法复杂，产品功耗大的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种近场通信调制解调电路，旨在解决当前使用集成的NFC通信芯片进行近场通信导致产品功耗大、成本高的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种近场通信调制解调电路，连接于近场天线与处理芯片之间，所述近场天线包括近场线圈和匹配电容C1，所述电路包括：

通过检波保留调制信息的包络波形的检波单元；

所述检波单元的输入端与所述近场线圈连接，所述检波单元的输出端与所述处理芯片的接收信号端连接，向所述处理芯片发送解调信号。

上述结构中，所述检波单元包括滤波单元，所述滤波单元的输入端为所述检波单元的输入端，所述滤波单元的输出端为所述检波单元的输出端。

上述结构中，所述检波单元还包括单向导通单元；

所述单向导通单元的输入端与所述近场线圈连接，所述单向导通单元的输出端与所述滤波单元连接；

或，所述单向导通单元的输入端与所述滤波单元的输出端连接，所述单向导通单元的输出端与所述处理芯片连接。

上述结构中，所述滤波单元包括：

电阻R2和电容C2；

所述电阻R2的一端为所述滤波单元的输入端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的一端为所述滤波单元的输出端，所述电阻R2的另一端与所述电容C2的另一端同时接地；

所述电阻R2与所述处理芯片中的电阻复用，或所述电阻R2和所述电容C2与所述处理芯片中的电阻、电容复用；

或，所述滤波单元包括：

电阻R5、电容C4和电感L1；

所述电容C4的一端为所述滤波单元的输入端，所述电容C4的另一端为所述滤波单元的输出端通过所述电阻R5接地，所述电感L1与所述电容C4并联；

所述电阻R5和/或所述电容C4与所述处理芯片中的电阻和/或电容复用。

上述结构中，所述电路还包括：

电阻R3，所述电阻R3的一端与所述单向导通单元连接，所述电阻R3的另一端与所述滤波单元连接。

上述结构中，所述电路还包括：

通过控制所述近场线圈的负载变化进行负载调制并发送调制信号的负载调 制单元，所述负载调制单元的第一端与所述单向导通单元的输出端连接，所述负载调制单元的第二端与所述处理芯片的输入输出接口连接，所述负载调制单元的第三端与所述处理芯片的发送信号端连接。

上述结构中，所述负载调制单元为开关电路模块；

所述开关电路模块的电流输入端为所述负载调制单元的第一端，所述开关电路模块的电流输出端接地，所述开关电路模块的第一控制端为所述负载调制单元的第二端，所述开关电路模块的第二控制端为所述负载调制单元的第三端。

上述结构中，所述负载调制单元还包括：

负载控制模块，所述负载控制模块的第一端为所述负载调制单元的第一端，所述负载控制模块的第二端与所述开关电路模块的电流输入端连接。

上述结构中，所述开关电路模块包括：

第一开关管和电阻R1；

所述第一开关管的电流输入端为所述开关电路模块的电流输入端，所述第一开关管的电流输出端为所述开关电路模块的电流输出端，所述第一开关管的控制端为所述开关电路模块的第一控制端与所述电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端为所述开关电路模块的第二控制端。

或，所述开关电路模块包括：

第二开关管和第三开关管；

所述第二开关管的电流输入端为所述开关电路模块的电流输入端，所述第二开关管的电流输出端为所述开关电路模块的电流输出端，所述第二开关管的控制端与所述第三开关管的电流输出端连接，所述第三开关管的电流输入端为所述开关电路模块的第一控制端，所述第三开关管的控制端为所述开关电路模块的第二控制端；

或，所述开关电路模块包括：

第四开关管，所述第四开关管的电流输入端同时为所述开关电路模块的电流输入端和第一控制端，所述第四开关管的控制端为所述开关电路模块的第二 控制端，所述第四开关管的电流输出端为所述开关电路模块的电流输出端；

所述开关管与所述处理芯片中的开关管复用。

上述结构中，所述负载控制模块为电阻R4，所述电阻R4的两端分别为所述负载控制模块的第一端和第二端；

或，所述负载控制模块包括：

电阻R6和电容C3；

所述电阻R6与所述电容C3并联，并联的两公共端分别为所述负载控制模块的第一端和第二端；

所述负载控制模块中的电阻和/或电容与所述处理芯片中的电容复用。

上述结构中，所述电路通过分立器件实现。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种集成上述近场通信调制解调电路和所述处理芯片的安全芯片。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的动态令牌。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的非接触式智能卡。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的非接触式读卡器。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的数字签名装置。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的近场通信标签。

本实用新型实施例使用少量分立元器件搭建成近场通信调制解调电路，其封装小、成本低，在保持性能的前提下简化了通信方式，调试简单，并且天线在不通信时不产生功耗，也不影响其他天线通信，具有功耗低抗干扰的有益效果。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的近场通信调制解调电路的结构图；

图2为本实用新型第二实施例提供的近场通信调制解调电路的示例电路图；

图3为本实用新型第三实施例提供的近场通信调制解调电路的示例电路图；

图4为本实用新型第四实施例提供的近场通信调制解调电路的示例电路图；

图5-1至图5-4为本实用新型实施例提供的近场通信调制解调电路在调制解调各步骤的波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例使用少量分立元器件搭建成近场通信调制解调电路，其封装小、成本低，在保持性能的前提下简化了通信方式，调试简单，并且天线在不通信时不产生功耗，也不影响其他天线通信，具有功耗低抗干扰的有益效果。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的近场通信调制解调电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，该近场通信调制解调电路可以应用于各种近场通信电路中，尤其适用于安全芯片、动态令牌、非接触式智能卡、非接触式读 卡器、数字签名装置及近场通信标签中，该近场通信调制解调电路连接于近场天线与处理芯片MCU之间，近场天线包括近场线圈2和匹配电容C1，近场线圈2的最佳匹配频率与选取的载波频率匹配，该近场通信调制解调电路包括：

检波单元100，用于通过检波检波，滤除调制信号中的载波，以保留调制信息的包络波形；

检波单元100的输入端与近场线圈2连接，检波单元100的输出端与处理芯片MCU的接收信号端RX连接，向处理芯片MCU发送解调信号。

可选地，结合图2，检波单元100可以包括滤波单元12，滤波单元12的输入端为检波单元100的输入端，滤波单元12的输出端为检波单元100的输出端。

优选地，检波单元100还包括单向导通单元11；

单向导通单元11的输入端与近场线圈2连接，单向导通单元11的输出端与滤波单元12连接；

或，单向导通单元11的输入端与滤波单元12的输出端连接，单向导通单元11的输出端与处理芯片连接。

值得说明的是，检波单元100也可以只包括滤波单元12，在滤波单元12需要单向信号时，可以在检波单元100中设置单向导通单元11，使信号先通过单向导通单元11输出单向信号后给到滤波单元12。

当然，也可以采用本身即含有单向导通功能的滤波单元12，此时检波单元100中可以不包括单向导通单元11。

或者，滤波单元12的实现是不需要限定极性的，此时，检波单元100中也可以不设置单向导通单元11。

在不设置单向导通单元11时，滤波单元12滤波后的波形若有正负部分，可以通过后端匹配单元或者MCU的接口处理正负极性或通过差分输入的方式匹配接收。

在本实用新型实施例中，单向导通单元11可以又二极管或者其他能够起到单向导通作用的MOS管、三极管等元器件构成的等效器件或电路实现。

优选地，该近场通信调制解调电路还可以包括：

负载调制单元，参见图2，用于通过控制近场线圈的负载变化进行负载调制并向标签发送调制信号，负载调制单的第一端与单向导通单元11的输出端连接，负载调制单元的第二端与处理芯片MCU的输入输出接口连接，负载调制单元的第三端与处理芯片MCU的发送信号端TX连接。

作为本实用新型一实施例，负载调制单元的第二端和第三端可以通过通信引脚接口TX、RX与处理芯片MCU连接，也可以通过后端匹配电路与处理芯片MCU连接。

在本实用新型实施例中，读写器A往标签B写信息。读写器A在通信时，提供载波信号。发送时，根据发送信息通过ASK(幅移键控调制)或OOK(开关键控)对载波进行调制，另外不排除通过调整载波频率，通过偏离线圈的匹配频率，间接达到幅度调制的等效效果。发送的信息可以是已有的标准接口信号，如UART，IIC，SPI，单线传输协议等，也可以是自定义的低速的调频、调幅等调制形式的信号，可以是矩形波、正弦波、三角波或自定义波形。

标签B在滤掉载波后，得到原调制信号的波形，通过通信引脚接口输出到后端MCU等电路处理，或者经过后端匹配电路再连接到MCU等芯片。如果调制信号是已有的标准接口信号，如UART的信号，可以直接接到后端MCU等电路的硬件UART接口，从而简化了通信方式，达到透传的效果。

读写器A从标签B读信息。读写器A在通信时，提供载波信号。读信息时，非接前端B，根据发送信息通过ASK(幅移键控调制)或OOK(开关键控)对线圈等效负载进行调制。发送的信息可以是已有的标准接口信号，如UART，IIC，SPI，单线传输协议等，也可以是自定义的低速的调频、调幅等调制形式的信号，可以是矩形波、正弦波、三角波或自定义波形。如果调制信号是已有的标准接口信号，如UART的信号，后端MCU等电路的硬件UART接口TX信号可以直接接到标签B前端的TX，从而简化了通信方式，达到透传的效果。

调制解调各步骤波形变化以及透传方案的波形转换参见图5-1至图5-4，其中图5-1为读写器A端的发生的载波信号为高频正弦波，图5-2为调制信号是标准的UART信号，图5-3为通过读写器OOK或ASK调制好的信号，然后标签B端接收到调制好的信号，滤波后得到原始调制波形，可以通过后端匹配电路输出如图5-4的波形，也可以直接连接到MCU的UART接口，达到透传效果。

本实用新型实施例使用少量分立元器件搭建成近场通信调制解调电路，其封装小、成本低，在保持性能的前提下简化了通信方式，调试简单，并且天线在不通信时不产生功耗，也不影响其他天线通信，具有功耗低抗干扰的有益效果。

图2示出了本实用新型第二实施例提供的近场通信调制解调电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，单向导通单元11为二极管D1，二极管D1的阳极为单向导通单元11的输入端，二极管D1的阴极为单向导通单元11的输出端。

滤波单元12包括：

电阻R2和电容C2；

电阻R2的一端为滤波单元12的输入端与电容C2的一端连接，电容C2的一端为滤波单元12的输出端，电阻R2的另一端与电容C2的另一端同时接地。

值得说明的是，可以将电阻R2和电容C2与处理芯片MCU中的电阻、电容复用，或者在处理芯片MCU中设置与其相同的等效电阻、等效电容。

可选地，该近场通信调制解调电路还可以包括：

用于控制负载的电阻R3，电阻R3的一端与单向导通单元11的输出端连接，电阻R3的另一端与滤波单元12的输入端连接。

作为本实用新型一实施例，负载调制单元为开关电路模块131；

开关电路模块131的电流输入端为负载调制单元的第一端，开关电路模块131的电流输出端接地，开关电路模块131的第一控制端GPIO为负载调制单元的第二端，开关电路模块131的第二控制端TX为负载调制单元13的第三端。

可选地，负载调制单元还包括：

负载控制模块132，负载控制模块132的第一端为负载调制单元的第一端，负载控制模块132的第二端与开关电路模块131的电流输入端连接。

具体地，开关电路模块131包括：

第一开关管Q1和电阻R1；

第一开关管Q1的电流输入端为开关电路模块131的电流输入端，第一开关管Q1的电流输出端为开关电路模块131的电流输出端，第一开关管Q1的控制端为开关电路模块131的第一控制端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端为开关电路模块131的第二控制端。

值得说明的是，开关电路模块131中的第一开关管Q1和电阻R1均可以在处理芯片MCU中复用。

在本实用新型实施例中，可以把处理芯片MCU的GPIO端口设置为开漏输出，由处理芯片MCU控制开关管的开关，通过开关管的开关切换可以改变近场线圈的负载，近场线圈负载变化会耦合到读写器端的发送线圈，读写器通过的发送线圈负载变化可以解调出调制信息。

具体地，负载控制模块132包括：

电阻R6和电容C3；

电阻R6与电容C3并联，并联的两公共端分别为负载控制模块132的第一端和第二端；

值得说明的是，电阻R6和电容C3均可以复用处理芯片MCU中的电阻和电容，或者在处理芯片MCU中设置其等效电阻和等效电容。

图3示出了本实用新型第三实施例提供的近场通信调制解调电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，滤波单元12还可以包括：

电阻R5、电容C4和电感L1；

电容C4的一端为滤波单元12的输入端，电容C4的另一端为滤波单元12的输出端通过电阻R5接地，电感L1与电容C4并联；

电阻R5和/或电容C4与处理芯片MCU中的电阻和/或电容复用，也可以由后端的等效阻抗、容抗、感抗等替代。

具体地，开关电路模块131包括：

第二开关管Q2和第三开关管Q3；

第二开关管Q2的电流输入端为开关电路模块131的电流输入端，第二开关管Q2的电流输出端为开关电路模块131的电流输出端，第二开关管Q2的控制端与第三开关管Q3的电流输出端连接，第三开关管Q3的电流输入端为开关电路模块131的第一控制端，第三开关管Q3的控制端为开关电路模块131的第二控制端；

值得说明的是，开关电路模块131中的第二开关管Q2和第三开关管Q3均可以在处理芯片MCU中复用。

在本实用新型实施例中，为了防止误触发，由TX和GPIO同时控制负载开关，并且采用两个开关管，通过两个开关状态控制负载调制。

图4示出了本实用新型第三实施例提供的近场通信调制解调电路的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

作为本实用新型一实施例，滤波单元12中的电容与处理芯片MCU中的电容复用。

开关电路模块131还可以仅包括：

第四开关管Q4，第四开关管Q4的电流输入端同时为开关电路模块131的电流输入端和第一控制端，第四开关管Q4的控制端为开关电路模块131的第二控制端，第四开关管Q4的电流输出端为开关电路模块131的电流输出端；

开关电路模块131中的开关管均可以与处理芯片MCU中的开关管复用。

负载控制模块132包括：

电阻R4；

电阻R4的两端分别为负载控制模块132的第一端和第二端。

在本实用新型实施例中，开关电路模块131由MOS管Q4组成，构成开关电路，通过MOS管的开关切换可以改变线圈的负载，线圈负载变化会耦合到读写器端的发送线圈，读写器通过的发送线圈负载变化可以解调出调制信息。

值得说明的是，上述实施例中的近场通信调制解调电路可以通过分立器件实现，也可以部分或全部集成在芯片中实现。

读写器A往标签B写信息；

读写器A在通信时，提供载波信号。发送时，GPIO设置成输出低电平，保持第四开关管Q4关断状态，读写器调制信号是标准的UART信号，通过OOK调制。非接前端B在滤掉载波后，得到原调制信号的波形，通过通信接口引脚输出到后端MCU等电路处理。调制信号是标准的UART信号，直接接到后端MCU等电路的硬件UART接口，达到透传的效果。

读写器A从标签B读信息；

读写器A在通信时，提供载波信号。读信息时，标签B根据发送信息通过OOK调制线圈等效负载。调制信号是标准的UART信号，后端MCU等电路的硬件UART接口TX信号可以直接接到非接前端B的TX，达到透传的效果。GPIO设置成输入不控制第四开关管Q4，完全由TX控制第四开关管Q4的通断。TX发送高电平导通第四开关管Q4，天线两端电压通过二极管D1和电阻R4放电，降低电压幅度。TX发送低电平关断第四开关管Q4，天线两端只能通过二极管D1、电阻R2、电阻R3回路，电阻R2和电阻R3电阻值很大，保持天线两端电压幅度值，从而构成了一个电阻负载调制电路。

本实用新型实施例使用少量分立元器件搭建成近场通信调制解调电路，其封装小、成本低，在保持性能的前提下简化了通信方式，调试简单，并且天线在不通信时不产生功耗，也不影响其他天线通信，具有功耗低抗干扰的有益效 果。

值得说明的是，上述实施例中的近场通信调制解调电路均可以通过分立器件实现，也可以部分或全部集成在处理芯片中。

另外，上述实施例中的单元或者器件可以是各个单元单独物理存在，也可以分开设置，可以部分采用分立器件实现，部分集成于芯片中，或在芯片中复用部分电阻、电容、电感、开关器件等。例如，上述实施例中的电阻可以通过MCU接口或后端部分电路的等效输入阻抗替代，电容可以由MCU接口或后端部分电路的等效输入电容、或PCB(电路板)布线引起的分布电容，或元器件本身的寄生电容(如MOS管栅极漏极间的体电容)替代。电感也有可能有PCB(电路板)布线引起的等效电感，元器件在某个频段呈现的等效感抗替代。

并且上述功能单元既可以采用硬件的方式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种集成上述近场通信调制解调电路和所述处理芯片的安全芯片。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的动态令牌。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的非接触式智能卡。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的非接触式读卡器。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的数字签名装置。

本实用新型实施例的另一目的在于，提供一种包括上述近场通信调制解调电路的近场通信标签。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本实用新型的保护范围之内。