近场通信电路和电子设备的制作方法

1.本技术涉及近场通信技术领域，更具体地涉及一种近场通信电路和电子设备。


背景技术：

2.近场通信(near field communication，简称nfc)是实现近距离数据交换的技术。一般地，提升nfc作用距离的方式包括两种：提升发射功率和提高接收灵敏度。
3.目前，已有方案大部分通过提高发射功率来提升近场通信作用距离，诸如通过增大天线半径、提高耦合效率、增大磁芯磁导率等方式，这样的方式在提高发射功率方面效果有限，进而使得提升近场通信作用距离的效果有限。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题而提出了本技术。根据本技术一方面，提供了一种近场通信电路，所述近场通信电路包括发射天线、接收天线、近场通信芯片以及信号处理模块，其中：所述发射天线的输入端与所述近场通信芯片的输出端连接，所述近场通信芯片的输入端与所述信号处理模块的输出端连接，所述信号处理模块的输入端与所述接收天线的输出端连接，所述发射天线与所述接收天线实现收发分离；所述发射天线和所述接收天线这两者中的至少一者为高品质因数天线，所述高品质因数天线是指品质因数高于预设阈值的天线。
5.在本技术的一个实施例中，所述发射天线与所述接收天线实现收发分离包括：所述发射天线与所述接收天线物理不分离，所述发射天线的谐振中心频率与所述接收天线的谐振中心频率不相等；或者所述发射天线与所述接收天线物理分离，所述发射天线的谐振中心频率与所述接收天线的谐振中心频率不相等。
6.在本技术的一个实施例中，所述预设阈值等于25。
7.在本技术的一个实施例中，所述信号处理模块包括变频器，所述变频器的输入端连接所述接收天线的输出端，所述变频器的输出端连接所述近场通信芯片的输入端。
8.在本技术的一个实施例中，所述信号处理模块还包括变频前处理子模块，所述变频前处理子模块的输入端连接所述接收天线的输出端，所述变频前处理子模块的输出端连接所述变频器的输入端。
9.在本技术的一个实施例中，所述变频前处理子模块包括第一滤波器，所述第一滤波器的输入端连接所述接收天线的输出端，所述第一滤波器的输出端连接所述变频器的输入端；或者所述变频前处理子模块包括放大器，所述放大器的输入端连接所述接收天线的输出端，所述放大器的输出端连接所述变频器的输入端。
10.在本技术的一个实施例中，所述变频前处理子模块包括第一滤波器和放大器，所述接收天线的输出端连接所述第一滤波器的输入端；所述第一滤波器的输出端连接所述放大器的输入端；所述放大器的输出端连接所述变频器的输入端。
11.在本技术的一个实施例中，所述信号处理模块还包括变频后处理子模块，所述变频后处理子模块的输入端连接所述变频器的输出端，所述变频后处理子模块的输出端连接
所述近场通信芯片的输入端。
12.在本技术的一个实施例中，所述变频后处理子模块包括第二滤波器，所述第二滤波器的输入端连接所述变频器的输出端，所述第二滤波器的输出端连接所述近场通信芯片的输入端。
13.根据本技术另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述近场通信电路。
14.根据本技术实施例的近场通信电路和电子设备通过采用收发分离的天线，使得不再受到带宽限制，为采用高品质因数天线提供了可能，因而当发射天线采用高品质因数天线时可以提高发射功率，当接收天线采用高品质因数天线时可以提高接收灵敏度，这两者中的任一者均能提升近场通信的作用距离，当发射天线和接收天线两者均采用高品质因数天线时，则能够更大量级地提升近场通信的作用距离。
附图说明
15.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
16.图1示出根据本技术一个实施例的近场通信电路的示意性电路结构图。
17.图2示出根据本技术另一个实施例的近场通信电路的示意性电路结构图。
18.图3示出根据本技术再一个实施例的近场通信电路的示意性电路结构图。
19.图4示出根据本技术又一个实施例的近场通信电路的示意性电路结构图。
具体实施方式
20.为了使得本技术的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，应理解，本技术不受这里描述的示例实施例的限制。基于本技术中描述的本技术实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本技术的保护范围之内。
21.现有近场通信电路多通过提升发射功率来提高nfc作用距离，诸如通过增大天线半径、提高耦合效率、增大磁芯磁导率等方式。下面举例来描述。
22.在一个示例中，一种现有的近场通信电路包括nfc芯片、第一nfc线圈、第二nfc线圈、供电电路和控制器。其中，在第一nfc线圈和第二nfc线圈这两者中的一者检测到nfc信号的情况下，控制器控制供电电路为这两者中的另一者供电，使其产生电磁场，相对于只有一个线圈的结构，实现增大磁场的目的，从而提高发射功率，达到提升近场通信作用距离的目的。
23.在另一个示例中，一种现有的近场通信电路包括nfc模块、充电管理模块和微处理单元(mcu)控制模块。其中，mcu控制模块控制充电管理模块和nfc模块的工作状态，在需要进行nfc通信时，由充电管理模块将电池电压进行升压处理，通过升高工作电压的方法，从而提高发射功率，达到提升近场通信作用距离的目的。
24.在再一个示例中，一种现有的近场通信电路包括基带芯片、射频收发模块、nfc芯片、模拟单刀双掷开关、功率放大器。其中，通过基带芯片控制模拟单刀双掷开关的导通状态，并根据模拟单刀双掷开关的导通状态相应控制功率放大器的开启与关闭，功率放大器开启时将nfc芯片发射的信号放大，从而提高发射功率，达到提升近场通信作用距离的目的。
25.总体上，以上现有近场通信电路在提升近场通信作用距离方面效果有限。基于此，本技术提供一种天线收发分离的近场通信电路，相较于传统发射天线能够极大提升近场通信作用距离的目的，下面结合图1到图4来描述。
26.图1示出了本技术一个实施例的近场通信电路100的示意性电路结构图。如图1所示，近场通信电路100包括发射天线110、接收天线120、近场通信(nfc)芯片130以及信号处理模块140。其中：发射天线110的输入端与近场通信芯片的输出端130连接；接收天线120的输出端与信号处理模块140的输入端连接；信号处理模块140的输出端与近场通信芯片130的输入端连接；发射天线110与接收天线120实现收发分离；发射天线110和接收天线120这两者中的至少一者为高q值天线，高q值天线是指q值高于预设阈值(该预设阈值可以是业界公认的超过该值就为高q值天线的阈值；在一个示例中，该预设阈值可以为25)的天线。
27.在本技术的实施例中，近场通信芯片130可以支持iso/iec 14443协议，提供符合iso/iec 14443协议要求的邻近耦合设备(proximity coupling device，简称为pcd)到邻近集成电路卡(proximity integrated circuit card，简称为picc)以及picc到pcd射频信号的调制解调以及逻辑运算。经近场通信芯片130调制的信号经由发射天线110发射出去；经接收天线120接收的信号可以经过信号处理模块的处理输入近场通信芯片130进行解调。在本技术的实施例中，采用收发分离的天线，也就是发射天线110和接收天线120收发分离，此处收发分离可以理解为：频率分离，或者物理分离加上频率分离。其中，物理分离是指发射天线110和接收天线120不是同一根天线；频率分离是指发射天线110的谐振中心频率和接收天线120的谐振中心频率不相等。
28.当发射天线110和接收天线120不是同一根天线时，可以使得天线的品质因数(q值)不再受到限制，这为近场通信电路100采用高q值天线提供了可能。
29.当发射天线110和接收天线120采用同一根天线但彼此频率分离时，亦可以提高品质因数(q值)。
30.进一步地，当发射天线110和接收天线120既不是同一根天线且彼此频率分离时，更容易提高品质因数(q值)。
31.对于收发频率不分离的天线来说，天线的品质因数(q值)受到带宽限制，使得无法通过采用高q值天线的方式提高近场通信的作用距离。而在本技术的实施例中，基于收发分离的天线，使得天线的品质因数(q值)不再受到带宽限制，这为近场通信电路100采用高q值天线提供了可能。这样，在发射天线110采用高q值天线的情况下，可以提高发射功率，从而提升近场通信的作用距离；在接收天线120采用高q值天线的情况下，能够提高接收天线120抑制带外信号的能力，从而提高接收灵敏度，从而提升近场通信的作用距离；在发射天线110和接收天线120均采用高q值天线的情况下，能够实现既提高发射功率又提高接收灵敏度，这将极大地提升近场通信的作用距离。
32.在本技术的一个实施例中，当发射天线110的谐振中心频率和接收天线120的谐振
中心频率不相等时，不仅使得天线的品质因数(q值)不再受到限制，这为近场通信电路100采用高q值天线提供了可能，而且，来自发射天线110的噪声不会或很少会被接收天线120接收到，减少了接收天线120接收的噪声，这能够进一步提高接收灵敏度，从而进一步提升近场通信的作用距离。例如，在一个示例中，接收天线120的谐振中心频率可以为13.56mhz，发射天线110的谐振中心频率可以为14.47mhz。在另一个示例中，接收天线120的谐振中心频率可以为13.56mhz，发射天线110的谐振中心频率可以为12.65mhz。这两个示例中均可以应用于手机与车进行近场通信的应用场景，诸如手机靠近车的某处(诸如后视镜、车把手等)，通过手机与车的近场通信而实现自动开锁。
33.基于上面的描述，根据本技术实施例的近场通信电路100通过采用收发分离的天线，使得不再受到带宽限制，为采用高品质因数天线提供了可能，因而当发射天线采用高品质因数天线时可以提高发射功率，当接收天线采用高品质因数天线时可以提高接收灵敏度，这两者中的任一者均能提升近场通信的作用距离，当发射天线和接收天线两者均采用高品质因数天线时，则能够更大量级地提升近场通信的作用距离。
34.在本技术的进一步的实施例中，根据本技术实施例的近场通信电路100中的信号处理模块140可以包括变频器143，用于将接收天线120输出的信号经过变频输入至近场通信芯片130；此外，信号处理模块140还可以包括变频前处理子模块和/或变频后处理子模块(未在图1中示出，稍后结合图2到图4来描述)。
35.图2示出了本技术另一个实施例的近场通信电路200的示意性电路结构图。如图2所示，近场通信电路200包括发射天线110、接收天线120、近场通信(nfc)芯片130以及信号处理模块140。其中：发射天线110的输入端与近场通信芯片的输出端130连接；接收天线120的输出端与信号处理模块140的输入端连接；信号处理模块140的输出端与近场通信芯片130的输入端连接；信号处理模块140包括变频前处理子模块和变频器143；发射天线110与接收天线120实现收发分离；发射天线110和接收天线120这两者中的至少一者为高q值天线，高q值天线是指q值高于预设阈值(该预设阈值可以是业界公认的超过该值就为高q值天线的阈值)的天线。
36.根据本技术实施例的近场通信电路200与前文结合图1描述的近场通信电路100在结构上类似，不同之处在于，根据本技术实施例的近场通信电路200相比于近场通信电路100增加了变频前处理子模块。为了简洁，此处仅描述新增加的变频前处理子模块。
37.在该实施例中，变频前处理子模块可以连接在接收天线120和变频器143之间，即变频前处理子模块的输入端连接接收天线120的输出端，变频前处理子模块的输出端连接变频器143的输入端。变频前处理子模块顾名思义是用于在变频器143之前对接收天线120接收的信号进行处理，目的是从接收天线120接收的信号中提取最有效的信号部分(例如将噪声抑制后的信号部分)输入到变频器143中，这可以进一步提高接收灵敏度。
38.在本技术的一个实施例中，前述的变频前处理子模块可以包括第一滤波器141，即第一滤波器141的输入端连接接收天线120的输出端，第一滤波器141的输出端连接变频器143的输入端。该第一滤波器141可以用于对接收天线120接收的信号进行滤波，以滤除信号中无效的部分(诸如噪声等)，从而提高接收灵敏度。在一个示例中，该第一滤波器141的中心频率可以等于发射天线110的谐振中心频率，以滤除发射端信号对接收端信号的干扰。
39.在本技术的另一个实施例中，前述的变频前处理子模块可以包括放大器142，即放
大器142的输入端连接接收天线120的输出端，放大器142的输出端连接变频器143的输入端。该放大器142可以用于对接收天线120接收的信号进行放大，有利于将信号中的有效部分进行放大，从而提高接收灵敏度。
40.在本技术的再一个实施例中，前述的变频前处理子模块可以包括第一滤波器141和放大器142，其中第一滤波器141连接在接收天线120和放大器142之间，放大器142连接在第一滤波器141和变频器143之间，即接收天线120的输出端连接第一滤波器141的输入端，第一滤波器141的输出端连接放大器142的输入端，放大器142的输出端连接变频器143的输入端。在该实施例中，既可以实现对接收天线120接收的信号进行滤波以滤除信号中无效的部分，又可以实现对滤波后的信号(有效信号部分)进行放大，有利于将信号中的有效部分进行放大(且不会放大噪声部分，因为已被第一滤波器141抑制或滤除)，从而能够大大提高接收灵敏度。
41.在一个示例中，前述的第一滤波器141可以是陷波滤波器。陷波滤波器可以在某一个频率点迅速衰减输入信号，以达到阻碍此频率信号通过的滤波效果的滤波器；陷波滤波器属于带阻滤波器的一种，它的阻带非常狭窄。因此，采用陷波滤波器能够更好抑制期望抑制的频率，从而进一步提高接收灵敏度。
42.在一个示例中，前述的放大器142可以是低噪放大器。低噪放大器是噪声系数很低的放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路；在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。因此，采用低噪放大器能够更好在实现有效信号放大的同时，不因其自身噪声干扰有效信号，从而进一步提高接收灵敏度。
43.基于上面的描述，根据本技术实施例的近场通信电路200通过采用收发分离的天线，使得不再受到带宽限制，为采用高品质因数天线提供了可能，因而当发射天线采用高品质因数天线时可以提高发射功率，当接收天线采用高品质因数天线时可以提高接收灵敏度，这两者中的任一者均能提升近场通信的作用距离，当发射天线和接收天线两者均采用高品质因数天线时，则能够更大量级地提升近场通信的作用距离。此外，根据本技术实施例的近场通信电路200中的信号处理模块包括变频前处理子模块，其能够从接收天线接收的信号中提取最有效的信号部分输入到变频器中，这可以进一步提高接收灵敏度，从而进一步提高近场通信的作用距离。
44.图3示出根据本技术再一个实施例的近场通信电路300的示意性电路结构图。如图3所示，近场通信电路300包括发射天线110、接收天线120、近场通信芯片130以及信号处理模块140。其中：发射天线110的输入端与近场通信芯片的输出端130连接；接收天线120的输出端与信号处理模块140的输入端连接；信号处理模块140的输出端与近场通信芯片130的输入端连接；信号处理模块140包括变频器143和变频后处理子模块；发射天线110与接收天线120实现收发分离；发射天线110和接收天线120这两者中的至少一者为高q值天线，高q值天线是指q值高于预设阈值(该预设阈值可以是业界公认的超过该值就为高q值天线的阈值)的天线。
45.根据本技术实施例的近场通信电路300与前文结合图1描述的近场通信电路100在结构上类似，不同之处在于，根据本技术实施例的近场通信电路300相比于近场通信电路100增加了变频后处理子模块。为了简洁，此处仅描述新增加的变频后处理子模块。
14443协议要求的邻近耦合设备(proximity coupling device，简称为pcd)到邻近集成电路卡(proximity integrated circuit card，简称为picc)以及picc到pcd射频信号的调制解调以及逻辑运算。经调制的信号经由发射天线110发射出去。发射天线110的谐振中心频率例如为14.47mhz，发射天线110的q值例如在30到300之间。接收天线120的谐振中心频率例如为13.56mhz，接收天线120的q值例如在30到300之间。经由接收天线120接收的信号首先输入中心频率为发射天线110的谐振中心频率(14.47mhz)的第一滤波器141进行滤波，第一滤波器141提供约30db的衰减。经过衰减后的信号输入放大器142进行放大，放大倍数约20db。经过放大的信号进入变频器143使接收信号中心频率下变频至10.7mhz(变频器143中的本振未示出，其提供本地信号)。下变频之后的信号输入第二滤波器144进一步滤波，在变频器143的下变频到第二滤波器144的滤波过程中，对接收端信号提供了约0db的衰减。之后信号输入近场通信芯片130进行解调。总体上，经由高q值天线发射、高q值天线接收以及后续的滤波、放大、下变频等电路处理，不仅提高了发射功率，而且极大地提高了接收端灵敏度。从而使近场通信的距离有了极大的提高。其中，发射天线q值相较于传统发射天线可以有10～30倍的提高，理论上可以增加发射功率10～30倍，增加近场通信的作用距离3～5倍。在一个示例中，未采用本技术的近场通信电路的近场通信方案的作用距离为3厘米到5厘米，采用本技术的近场通信电路的近场通信方案的作用距离可以达到9厘米到25厘米。本技术的近场通信电路可以应用于手机与车进行近场通信的应用场景，诸如手机靠近车的某处(诸如后视镜、车把手等)，通过手机与车的近场通信而实现自动开锁。当然，这仅是示例性的，本技术的近场通信电路还可以应用于其他的近场通信场景。
53.基于上面的描述，根据本技术实施例的近场通信电路通过采用收发分离的天线，使得不再受到带宽限制，为采用高品质因数天线提供了可能，因而当发射天线采用高品质因数天线时可以提高发射功率，当接收天线采用高品质因数天线时可以提高接收灵敏度，这两者中的任一者均能提升近场通信的作用距离，当发射天线和接收天线两者均采用高品质因数天线时，则能够更大量级地提升近场通信的作用距离。此外，根据本技术实施例的可以实现收发频率的分离，这能够进一步提高接收灵敏度，从而进一步提升近场通信的作用距离。进一步地，根据本技术实施例的近场通信电路中的信号处理模块可以包括变频前处理子模块，其能够从接收天线接收的信号中提取最有效的信号部分输入到变频器中，这可以进一步提高接收灵敏度，从而进一步提高近场通信的作用距离。进一步地，根据本技术实施例的近场通信电路中的信号处理模块可以包括变频后处理子模块，其能够对变频器输出的信号进行处理，使变频器输出的信号中最有效的信号输入到近场处理芯片中，这可以进一步提高接收灵敏度，从而进一步提高近场通信的作用距离。
54.以上示例性地示出了根据本技术实施例的近场通信电路。根据本技术另一方面，还提供了一种电子设备，该电子设备可以包括前文所述的根据本技术各实施例的近场通信电路。本领域技术人员可以结合前文所述理解根据本技术实施例的电子设备中的近场通信电路的结构和功能，为了简洁，此处不再赘述。
55.尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本技术的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本技术的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本技术的范围之内。
56.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
57.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
58.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本技术的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
59.类似地，应当理解，为了精简本技术并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本技术的示例性实施例的描述中，本技术的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本技术的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本技术要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本技术的单独实施例。
60.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
61.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
62.本技术的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(dsp)来实现根据本技术实施例的一些模块的一些或者全部功能。本技术还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本技术的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
63.应该注意的是上述实施例对本技术进行说明而不是对本技术进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本技术可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实
现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
64.以上所述，仅为本技术的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。