一种可充电近场通信调制解调电路及动态令牌的制作方法

本实用新型属于近场通信领域，尤其涉及一种可充电近场通信调制解调电路、动态令牌及非接触式智能卡。

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，在13.56MHz频率运行于20厘米距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。近场通信技术在单一芯片上结合感应式读写器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换，被广泛应用在银行双界面卡、新型可视银行卡等领域。

通常在需要无源近场无线通信的情况下，大多数使用NFC通信芯片，然而当前的NFC通信芯片与外部读写器交互复杂，功耗较大，需要单独配置电源模块，增加了产品成本，不利于市场竞争。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种可充电近场通信调制解调电路，旨在解决现有采用NFC通信芯片进行近场通信导致需要单独配置电源模块造成产品功耗大、成本高的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种可充电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，所述电路位于近场通信的标签端，所述电路包括：

滤除读写器发出的调制信号中的载波的滤波单元、保留调制信息的包络波形并发送给所述处理芯片进行后端处理的单向导通单元；

为所述处理芯片供电的储能单元和对所述储能单元进行充电控制的充电单元；

所述单向导通单元的输入端与所述近场天线连接，所述滤波单元的输入端与所述单向导通单元的输出端连接，所述滤波单元的输出端与所述处理芯片的信号接收端连接，所述充电单元的输入端与所述近场线圈连接，所述充电单元的输出端同时与所述储能单元的充电端和所述处理芯片的第三输入输出接口连接，所述充电单元的控制端与所述处理芯片的第二输入输出接口连接，所述储能单元的供电端与所述处理芯片的电源端连接。

上述结构中，所述充电单元包括：

二极管D2、电容C3和充电IC；

所述二极管D2的阳极为所述充电单元的输入端，所述二极管D2的阴极与所述充电IC的电源输入端连接，所述充电IC的充电输出端为所述充电单元的输出端通过所述电容C3接地，所述充电IC的控制输入端为所述充电单元的控制端。

上述结构中，所述储能单元为电池或短时储能器件。

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电流输入端，所述开关电路模块的电流输出端为所述负载调制单元的电流输出端，所述开关电路模块的第一控制端为所述负载调制单元的控制端，所述开关电路模块的第二控制端为所述负载调制单元的信号发送端。

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电流输入端，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。

上述结构中，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。

上述结构中，所述单向导通单元为二极管、三极管或MOS管。

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

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。

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模块的输出端连接，所述电阻R3的另一端与所述滤波模块的输入端连接。

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，提供一种包括上述可充电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，提供一种包括上述可充电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，并且在通信的同时可以充电为系统供电，取代了电源芯片，进一步降低了产品的成本和体积。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的可充电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可充电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可充电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可充电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，并且在通信的同时可以充电为系统供电，取代了电源芯片，进一步降低了产品的成本和体积。

图1示出了本实用新型第一实施例提供的可充电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，该可充电近场通信调制解调电路可以应用于各种近场通信电路中，尤其适用于动态令牌、非接触式智能卡及非接触式读卡器中，该可充电近场通信调制解调电路位于近场通信的标签端，连接于近场天线2与处理芯片MCU之间，近场天线包括近场线圈和匹配电容C1，该可充电近场通信调制解调电路包括：

滤除读写器发出的调制信号中的载波的滤波单元12、保留调制信息的包络波形并发送给处理芯片进行后端处理的单向导通单元11；

为处理芯片供电的储能单元15和对储能单元进行充电控制的充电单元14；

单向导通单元11的输入端与近场天线2连接，滤波单元12的输入端与单向导通单元11的输出端连接，滤波单元12的输出端与处理芯片MCU的信号接收端RX连接，充电单元14的输入端与近场线圈2连接，充电单元14的输出端同时与储能单元15的充电端和处理芯片MCU的第三输入输出接口GPIO3连接，充电单元14的控制端与处理芯片MCU的第二输入输出接口GPIO2连接，储能单元15的供电端与处理芯片MCU的电源端连接。

在本实用新型实施例中，在通信时，一部分线圈的能量通过充电单元14给电池Battery充电，当电池Battery存储一定电量后开始对处理芯片MCU或者其他系统芯片供电，因此不再需要额外的电源芯片来为系统供电了，节省了成本的同时还减小了产品体积。

在充电时，处理芯片MCU通过配置第三输入输出接口GPIO3成ADC(模数转换)模式，实时采样储能单元15的电压，通过第三输入输出接口GPIO3采样出来的信号也可反馈给处理芯片MCU，再通过第二输入输出接口GPIO2控制充电状态，从而实现实时监控储能单元15的电池电量和充电状态。

充电的过程中，处理芯片MCU通过第二输入输出接口GPIO2控制充电单元14，充电单元14配套的充电器可以通过无线通信与处理芯片MCU通信获取、监控电池充电状态，这样可以优化电池充电过程，实现充电过程的安全监测。

图2示出了本实用新型第二实施例提供的可充电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，该可充电近场通信调制解调电路还包括：

通过控制近场线圈的负载变化进行负载调制并向读写器发送调制信号的负载调制单元13；

负载调制单元13的电流输入端与单向导通单元11的输出端连接，负载调制单元13的电流输出端接地，负载调制单元13的控制端与处理芯片MCU的第一输入输出接口GPIO1连接，负载调制单元13的信号发送端与处理芯片MCU的信号发送端TX连接。

作为本实用新型一实施例，充电单元14包括：

二极管D2、电容C3和充电IC(Integrated Circuit)141；

二极管D2的阳极为充电单元14的输入端，二极管D2的阴极与充电IC141的电源输入端连接，充电IC141的充电输出端为充电单元14的输出端通过电容C3接地，充电IC141的控制输入端为充电单元14的控制端。

在本实用新型实施例中，充电的过程中，处理芯片MCU通过第二输入输出接口GPIO2控制充电IC141，充电IC141配套的充电器可以通过无线通信与处理芯片MCU通信获取、监控电池充电状态，这样可以优化电池充电过程，实现充电过程的安全监测。

作为本实用新型一实施例，储能单元15为电池或短时储能器件。

在本实用新型实施例中，既可以采用体积较小的电池作为储能单元为系统供电，也可以采用一些大电容等储能器件为处理芯片MCU供电。

其中，二级管D2、储能电容C3，电池Battery构成了一个无线充电结构，其中二极管D1起到单向导通作用，电容C3为储能电容保持电压稳定，给电池充电。

在通信时，一部分线圈的能量通过充电单元14给电池Battery充电，当电池Battery存储一定电量后开始对处理芯片MCU或者其他系统芯片供电，因此不再需要额外的电源芯片来为系统供电了，节省了成本的同时还减小了产品体积。

优选地，为了保证系统供电的稳定，充电单元14还可以增加过流/过压保护电路、欠流/欠压保护电路或者稳压电路等，进一步保证系统供电的安全稳定。

作为本实用新型一实施例，单向导通单元11可以采用三极管或者MOS管及其等效电路实现。

具体地，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。

作为本实用新型一实施例，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。

较优地，该可充电近场通信调制解调电路还可以包括：

电阻R3，电阻R3用于控制负载，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13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13的电流输入端，开关电路模块131的电流输出端为负载调制单元13的电流输出端，开关电路模块131的第一控制端为负载调制单元13的控制端，开关电路模块131的第二控制端为负载调制单元13的信号发送端。

较优地，开关电路模块131包括：

第二开关管Q2和第三开关管Q2；

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131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。

较优地，负载调制单元13还可以包括：

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13的电流输入端，负载控制模块132的第二端与开关电路模块13的电流输入端连接。

负载控制模块132具体为电阻R4，电阻R4的两端分别为所述负载控制模块132的第一端和第二端。

在本实用新型实施例中，为了防止误触发，由TX和GPIO1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。

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，并且在通信的同时可以充电为系统供电，取代了电源芯片，进一步降低了产品的成本和体积。

图3示出了本实用新型第三实施例提供的可充电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，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。

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。

在本实用新型实施例中，可以把处理芯片MCU的GPIO1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。

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，并且在通信的同时可以充电为系统供电，取代了电源芯片，进一步降低了产品的成本和体积。

图4示出了本实用新型第四实施例提供的可充电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，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。

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。

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。

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，GPIO1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。GPIO1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。

值得说明的是，上述实施例中的开关管均可以采用三极管、MOS管等开关器件实现，此处并不限定其类型。

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，并且在通信的同时可以充电为系统供电，取代了电源芯片，进一步降低了产品的成本和体积。

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。

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

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。