CN101013903A - 具有多路开关接口的近场通讯手机及其供电和通讯方法 - Google Patents

Abstract

一种具有多路开关接口的近场通讯手机，其包含电源模块、基带芯片、SIM卡和天线，其特点在于，还包含NFC模块；所述的NFC模块包含电路连接的内部控制电路和多路开关接口电路；所述的多路开关接口电路包含电源控制电路、常规接口电路以及双路接口电路；一种具有多路开关接口的近场通讯手机的供电和通讯方法，使手机能够在正常工作模式、NFC工作模式、手机电池掉电模式和后台服务器通讯模式下工作。本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机及其供电和通讯方法，是一种低成本的NFC实现方法，解决了NFC应用与移动运营商捆绑(提供NFC器件与SIM卡之间的通讯接口)和手机掉电工作模式的问题。

Description

具有多路开关接口的近场通讯手机及其供电和通讯方法

技术领域

本发明涉及手机技术领域，它能使手机具备NFC(近场通讯)功能的同时，具有非常低的实现成本并不必对SIM卡进行硬件改造，实现NFC器件与SIM卡之间的通讯并支持NFC的掉电工作模式，从而将该类手机广泛地应用于非接触支付、门禁、防伪等多种应用领域。

背景技术

IC(集成电路)卡特别是非接触式IC(集成电路)卡经过十多年的发展，已深入现代生活的各个角落，被广泛应用于公交、门禁、小额电子支付等领域。近年来，在轨道交通、物流管理、物品防伪、身份识别等需求推动下，非接触式IC(集成电路)卡(或者电子标签)技术的不断进步，应用越来越普及，迫切需要各类非接触IC(集成电路)卡(或者电子标签)识别设备。与此同时，手机经历20多年的迅速发展，已经几乎成为居民人手俱备的随身装置，普及率非常高，并且有向手机集成更多功能的趋势。

NFC(Near Field Communication近场通讯)是这几年飞速发展的一种新兴技术，由Sony、Philips和Nokia提出，它使得两个电子设备直接可以进行短程的通讯，工作在13.56MHz频段，工作距离几个厘米。NFC技术目标是电子设备之间的近距离通讯，主要实现三类功能：非接触IC卡片模拟功能；点对点数据通讯功能；读卡机功能。典型的NFC手机除了NFC芯片本身完成非接触通讯的接口和协议之外，还需要额外的一颗安全芯片，用于通讯的安全管理(密钥管理和加密通讯)和NFC应用数据的存储，如图1所示。该方案的成本较高，并且需要特别设计以实现手机掉电模式下的NFC功能，同时该安全芯片的存在也影响了移动服务商对该方案推广的积极性。有少数产品商为满足移动运营商的需求，提出了NFC器件与SIM卡芯片捆绑的模式，在NFC器件与SIM卡之间增加了一条连线，利用SIM卡的7816接口的C6引脚(原7816接口定义的EEPROM高压编程引脚，由于芯片设计技术的进步，该引脚已失去作用)与NFC芯片连接，并定义一种单线通讯协议进行通讯，如图2所示。该方法可以吸引移动运营商推动NFC应用的积极性，但需要对SIM卡芯片和NFC芯片进行重新设计，改动成本较高。

发明内容

本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机及其供电和通讯方法，是一种低成本的NFC实现方法，解决了NFC应用与移动运营商捆绑(提供双7816接口以实现NFC器件与SIM卡之间的通讯功能)和手机掉电工作模式的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种具有多路开关接口的近场通讯手机，其包含电源模块、基带芯片、SIM卡和天线，其特点在于，包含与所述的电源模块、基带芯片、SIM卡和天线分别通过接口电路连接的NFC器件；

所述的NFC器件包含电路连接的内部控制电路和多路开关接口电路；

所述的多路开关接口电路包含电源控制电路、常规接口电路以及双路7816接口电路；所述的双路7816接口电路中的一路7816接口电路与所述的基带芯片相连，实现NFC器件或SIM卡与基带芯片的通讯应用，另一路7816接口电路与所述的SIM卡相连，实现与SIM卡的关联应用；所述的常规接口电路连接所述的NFC器件和所述的基带芯片(或其它手机主控芯片)；

所述的电源控制电路包含电源双向供电电路，以及分别通过开关连接所述电源双向供电电路的手机电池供电电路和天线感应能量供电电路，该电源控制电路可以根据对监测及手机的工作模式选择电池电源或天线感应电源给双向供电电路区域供电，该双向供电电路区域包括开关控制电路和NFC器件的部分工作电路以及SIM卡电路，这部分电路可在手机电池供电条件下工作，也可以在手机掉电模式下，通过天线感应获得的电源进行工作；

所述的手机电池供电电路通过第一电源开关连接所述的电源双向供电电路(NFC器件的部分工作电路及SIM卡)，包含电路连接的供电电路和监测电路；所述的供电电路连接所述的电源模块(该模块指手机电池经电源管理电路，通常为LDO，提供的电源)；

所述的天线感应能量供电电路通过第二电源开关连接所述的电源双向供电电路(NFC器件部分工作电路及SIM卡)，包含依次电路连接所述天线的整流电路和电源电平转换电路(DC/DC)，以及电路连接所述天线的射频控制电路；

所述的双路7816接口电路包括电源接口和信号接口；

所述的信号接口包括数据信号控制电路、时钟信号控制电路和复位信号控制电路；

所述的数据信号是双向连线，数据信号控制电路包含若干电路连接的电路开关和驱动电路，可以根据内部控制电路实现基带芯片与SIM卡直通连接以及基带芯片和SIM卡分别与内部控制电路连接的方式；

所述的时钟信号是单向连线，时钟信号控制电路包含若干电路连接的驱动电路和信号控制选择电路，可以根据控制电路选择由基带芯片或内部电路向SIM卡提供该信号；当时钟信号由内部控制电路提供时，内部控制电路可以根据SIM卡的工作特性，适当提高时钟信号频率，以加速通讯速率；

所述的复位信号是单向连线，复位信号控制电路包含若干电路连接的驱动电路和信号控制选择电路，可以根据控制电路选择由基带芯片或内部控制电路向SIM卡提供该信号；

通过本发明的具有多路开关接口的NFC器件实现的近场通讯手机，能够实现四种不同工作模式：正常工作模式、NFC工作模式、手机电池掉电模式和后台服务器通讯模式；

在正常工作模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路直接连通基带芯片与SIM卡；

步骤2、电源控制电路通过手机电池向双向供电电路供电，此时NFC器件的该部分电源双向供电电路处于待机状态，该部分电源主要提供给SIM卡使用；

此时的NFC器件相当于连线，基带芯片和SIM卡相当于普通手机的直接连接方式。

在NFC工作模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路将NFC器件的内部控制电路与SIM卡连接；

步骤2、NFC器件通过常规高速接口与基带芯片或手机的其它主控制芯片连接，通过双路7816接口电路中的一路接口电路与基带芯片连接；

步骤3、电源控制电路通过手机电池向SIM卡和NFC器件双向供电路供电；

NFC器件通过与SIM卡连接的7816接口，实现NFC器件与SIM卡之间的通讯操作。NFC器件通过与基带芯片连接的7816接口监听基带芯片的常规查询SIM卡指令及其它突发指令，根据指令要求判断是否向基带芯片发送“等待”响应，或者发起中断操作，返回正常工作模式；NFC器件通过其它接口与基带芯片或手机的其它主控芯片进行NFC相关的通讯操作。通过这些连接方式，NFC器件可以选择使用自带的加密逻辑电路，也可以选择利用SIM卡芯片内部的加密电路进行密钥管理和加密通讯工作，采用这种模式，可以简化NFC器件内部的加密电路结构，从而降低成本，NFC器件还可以利用SIM卡内部的非挥发存储器，下载并存储NFC应用相关的数据，既达到捆绑移动运营商的目的，又进一步降低NFC器件的成本。

在手机电池掉电模式下，包含以下步骤：

步骤1、手机在需要执行模拟非接触IC卡功能的时候，一旦手机进入非接触IC卡读卡机的电磁场区域时，NFC器件通过天线线圈感应能量，获得电源并向NFC器件的双向供电电路及SIM卡供电；

步骤2、获得供电的NFC器件中的多路开关接口电路关闭其它通路，仅仅保留与SIM卡之间的通路，以避免额外的电流漏电消耗；

步骤3、完成SIM卡与NFC器件之间的数据通讯，完成手机电池掉电模式下的卡片模拟功能；

在后台服务器通讯模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路与SIM卡紧密连接，此时可以将NFC器件与SIM卡视为一个整体，NFC器件可以借用SIM卡芯片的安全加密功能和数据存储功能；

步骤2、电源双向供电电路通过手机电池供电电路向SIM卡供电；

步骤3、NFC器件与基带芯片通过其它高速通讯接口连接，利用手机的无线通讯功能与应用的后台服务器进行安全数据通讯。

本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机及其供电和通讯方法，可使手机在具有NFC功能的同时，将NFC应用与SIM卡加密结合，从而调动移动运营商的积极性，并且在NFC应用必需面临的手机掉电工作模式下，提供了一种简便的供电方法，使得对SIM卡改造的要求最小化，无论是对NFC手机的实现方案，还是对SIM卡供应商的新产品开发和供货管理都带来简化，可以更好地推动NFC应用的发展。

附图说明

图1是背景技术中典型NFC手机的结构示意图；

图2是背景技术中具有单线接口的NFC手机的结构示意图；

图3是本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机在正常工作模式下的连接示意图；

图4是本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机在NFC工作模式下的连接示意图；

图5是本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机在手机电池掉电模式下的连接示意图；

图6是本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机在后台服务器通讯模式下的连接示意图；

图7是本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机的电源控制电路的结构示意图；

图8是本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机的信号接口的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图3～图8具体说明本发明的一种较佳实施方式：

本发明提供了一种具有多路开关接口的近场通讯手机，其包含电源模块2、基带芯片3、SIM卡4和天线5，其特点在于，包含与所述的电源模块2、基带芯片3、SIM卡4和天线5分别通过接口电路连接的NFC器件1；

所述的NFC器件1包含电路连接的内部控制电路101和多路开关接口电路102；

所述的多路开关接口电路102包含电源控制电路、常规接口电路以及双路7816接口电路；所述的双路7816接口电路中的一路7816接口电路与所述的基带芯片3相连，实现NFC器件1或SIM卡4与基带芯片3的通讯应用，另一路7816接口电路与所述的SIM卡4相连，实现与SIM卡4的关联应用；所述的常规接口电路连接所述的NFC器件1和所述的基带芯片3(或其它手机主控芯片)；

本实施例中，常规接口电路采用通用串行接口、SPI(Serial PeripheralInterface串行外设接口)接口、I2C(Inter IC Bus两线式串行总线接口)接口、USB(Universal Serial Bus通用串行总线)接口等，双路7816接口电路采用双7816接口电路；

本实施例中，各个模块集成在型号为FM1920的专用集成电路上；

如图7所示，所述的电源控制电路包含电源双向供电电路1023，以及分别通过开关连接所述电源双向供电电路1023的手机电池供电电路和天线感应能量供电电路，该电源控制电路可以根据对监测及手机的工作模式选择电池电源或天线感应电源给双向供电电路区域供电，该双向供电电路区域包括开关控制电路1024和NFC器件的部分工作电路以及SIM卡电路，这部分电路可在手机电池供电条件下工作，也可以在手机掉电模式下，通过天线感应获得的电源进行工作；

所述的手机电池供电电路通过第一电源开关1021连接所述的电源双向供电电路1023(NFC器件的部分工作电路及SIM卡)，包含电路连接的供电电路1025和监测电路1026；所述的供电电路1025连接所述的电源模块2(该模块指手机电池经电源管理电路，通常为LDO，提供的电源)；

所述的天线感应能量供电电路通过第二电源开关1022连接所述的电源双向供电电路1023(NFC器件部分工作电路及SIM卡)，包含依次电路连接所述天线的整流电路1028和电源电平转换电路1027(DC/DC)，以及电路连接所述天线5的射频控制电路1029；

所述的双路7816接口电路包括电源接口和信号接口；

如图8所示，所述的信号接口包括数据信号控制电路10210、时钟信号控制电路10211和复位信号控制电路10212；

所述的数据信号是双向连线，数据信号控制电路10210包含若干电路连接的电路开关和驱动电路，可以根据内部控制电路101实现基带芯片与SIM卡直通连接以及基带芯片和SIM卡分别与内部控制电路101连接的方式；

所述的时钟信号是单向连线，时钟信号控制电路10211包含若干电路连接的驱动电路和信号控制选择电路，可以根据控制电路101选择由基带芯片或内部电路向SIM卡提供该信号；当时钟信号由内部控制电路101提供时，内部控制电路101可以根据SIM卡的工作特性，适当提高时钟信号频率，以加速通讯速率；

所述的复位信号是单向连线，复位信号控制电路10212包含若干电路连接的驱动电路和信号控制选择电路，可以根据控制电路101选择由基带芯片或内部控制电路向SIM卡提供该信号；

本发明能够让实现手机四种不同工作模式：正常工作模式、NFC工作模式、手机电池掉电模式和后台服务器通讯模式；

如图3所示，在正常工作模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路直接连通基带芯片与SIM卡的7816接口；

步骤2、电源控制电路选择手机电池电源向SIM卡供电；

此时的NFC器件相当于连线，基带芯片和SIM卡相当于普通手机的直接连接方式。

如图4所示，在NFC工作模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路将NFC器件的内部控制电路与SIM卡通过7816接口连接；

步骤2、NFC器件通过接口常规高速接口与基带芯片或手机的其它主控制芯片连接，通过另一条7816接口与基带芯片连接；

步骤3、电源控制电路通过手机电池向SIM卡和NFC器件双向供电路区域供电。

NFC器件通过与SIM卡连接的7816接口，实现NFC器件与SIM卡之间的通讯操作。NFC器件通过与基带芯片连接的7816接口监听基带芯片的常规查询SIM卡指令及其它突发指令，根据指令要求判断是否向基带芯片发送“等待”响应，或者发起中断操作，返回正常工作模式；NFC器件通过其它接口与基带芯片或手机的其它主控芯片进行NFC相关的通讯操作。通过这些连接方式，NFC器件可以选择使用自带的加密逻辑电路，也可以选择利用SIM卡芯片内部的加密电路进行密钥管理和加密通讯工作，采用这种模式，可以简化NFC器件内部的加密电路结构，从而降低成本，NFC器件还可以利用SIM卡内部的非挥发存储器，下载并存储NFC应用相关的数据，既达到捆绑移动运营商的目的，又进一步降低NFC器件的成本。

由于该模式下SIM卡的时钟信号由NFC器件提供，NFC器件可以控制提供时钟信号频率，在SIM卡功能满足的条件下，提供7816接口的通讯速率，加快NFC应用通讯的速度。

如图5所示，在手机电池掉电模式下，包含以下步骤：

步骤1、手机在需要执行模拟非接触IC卡功能的时候，一旦手机进入非接触IC卡读卡机的电磁场区域时，NFC器件中的多路开关接口电路关闭其它通路，仅仅保留与SIM卡之间的通路，

步骤2、NFC器件通过天线线圈感应能量，电源控制电路通过天线感应能量供电电源向NFC器件和SIM卡供电；

步骤3、SIM卡与NFC器件之间进行数据通讯，实现手机电池掉电模式下的卡片模拟功能。

如图6所示，在后台服务器通讯模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路与SIM卡紧密连接，此时可以将NFC器件与SIM卡视为一个整体，NFC器件可以借用SIM卡芯片的安全加密功能和数据存储功能；

步骤2、电源控制电路选择手机电池供电电路向SIM卡供电；

步骤3、NFC器件与基带芯片通过7816接口或者其它高速通讯接口(UART、SPI、I2C、USB、SD等)连接，利用手机的无线通讯功能与应用的后台服务器进行安全数据通讯。

所述的数据信号控制电路控制数据信号在基带芯片与SIM卡之间、基带芯片与NFC器件的内部控制电路之间、NFC器件的内部控制电路与SIM卡之间双向传输；而时钟信号控制电路和复位信号控制电路则分别控制时钟信号和复位信号从基带芯片向SIM卡单向传输。

本发明提供的一种具有多路开关接口的近场通讯手机及其供电和通讯方法，可使手机在具有NFC功能的同时，将NFC应用与SIM卡加密结合，从而调动移动运营商的积极性，并且在NFC应用必需面临的手机掉电工作模式下，提供了一种简便的供电方法。通过这种方法，可以直接使用目前大量应用的SIM芯片，仅仅需要对SIM卡的COS进行升级，而不必花费大量投资重新开发SIM卡芯片，使得对SIM卡改造的要求最小化，无论是对NFC手机的实现方案，还是对SIM卡供应商的新产品开发和供货管理都带来简化，可以更好地推动NFC应用的发展。

Claims (8)

1.一种具有多路开关接口的近场通讯手机，包含电源模块(2)、基带芯片(3)、SIM卡(4)和天线(5)，其特征在于，还包含与所述的电源模块(2)、基带芯片(3)、SIM卡(4)和天线(5)分别通过接口电路连接的NFC模块(1)；

所述的NFC模块(1)包含电路连接的内部控制电路(101)和多路开关接口电路(102)；

所述的多路开关接口电路(102)包含电源控制电路、常规接口电路以及双路7816接口电路；所述的双路7816接口电路中的一路7816接口电路与所述的基带芯片(3)相连，实现NFC器件(1)或SIM卡(4)与基带芯片(3)的通讯应用，另一路7816接口电路与所述的SIM卡(4)相连，实现与SIM卡(4)的关联应用；所述的常规接口电路连接所述的NFC器件(1)和所述的基带芯片(3)或其它手机主控芯片；

所述的电源控制电路包含电源双向供电电路(1023)，以及分别通过开关连接所述电源双向供电电路(1023)的手机电池供电电路和天线感应能量供电电路；

所述的双路7816接口电路包括电源接口和信号接口；

所述的信号接口包括数据信号控制电路(10210)、时钟信号控制电路(10211)和复位信号控制电路(10212)。

2.如权利要求1所述的具有多路开关接口的近场通讯手机，其特征在于，所述的手机电池供电电路通过第一电源开关(1021)连接所述的电源双向供电电路(1023)，所述的手机电池供电电路包含电路连接的供电电路(1025)和监测电路(1026)；所述的供电电路(1025)连接所述的电源模块(2)。

3.如权利要求1所述的具有多路开关接口的近场通讯手机，其特征在于，所述的天线感应能量供电电路通过第二电源开关(1022)连接所述的电源双向供电电路(1023)，包含所述的天线感应能量供电电路依次电路连接所述天线的整流电路(1028)和直流电压转换电路DC/DC(1027)，以及电路连接所述天线(5)的射频控制电路(1029)。

4.如权利要求1所述的具有多路开关接口的近场通讯手机，其特征在于，所述的数据信号是双向连线，数据信号控制电路(10210)包含若干电路连接的电路开关和驱动电路，根据内部控制电路实现基带芯片与SIM卡直通连接以及基带芯片和SIM卡分别与内部控制电路连接的方式。

5.如权利要求1所述的具有多路开关接口的近场通讯手机，其特征在于，所述的时钟信号是单向连线，时钟信号控制电路(10211)包含若干电路连接的驱动电路和信号控制选择电路，根据控制电路选择由基带芯片或内部电路向SIM卡提供该信号；当时钟信号由内部控制电路提供时，内部控制电路根据SIM卡的工作特性，提高时钟信号频率，加速通讯速率。

6.如权利要求1所述的具有多路开关接口的近场通讯手机，其特征在于，所述的复位信号是单向连线，复位信号控制电路(10212)包含若干电路连接的驱动电路和信号控制选择电路，根据控制电路选择由基带芯片或内部控制电路向SIM卡提供该信号。

7.如权利要求1所述的具有多路开关接口的近场通讯手机，其特征在于，所述的常规接口电路为通用串行接口、串行外设接口、两线式串行总线接口、通用串行总线接口。

8.一种具有多路开关接口的近场通讯手机的供电和通讯方法，其特征在于，所述供电和通讯方法使手机能够在四种不同模式下工作：正常工作模式、NFC工作模式、手机电池掉电模式和后台服务器通讯模式；

在所述的正常工作模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路直接连通基带芯片与SIM卡；

步骤2、电源控制电路通过手机电池向双向供电电路供电，此时NFC器件的该部分电源双向供电电路处于待机状态，该部分电源主要提供给SIM卡使用；

在所述的NFC工作模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路将NFC器件的内部控制电路与SIM卡连接；

步骤2、NFC器件通过常规高速接口与基带芯片或手机的其它主控制芯片连接，通过双路7816接口电路中的一路7816接口电路与基带芯片连接；

步骤3、电源控制电路通过手机电池向SIM卡和NFC器件双向供电路供电；

在所述的手机电池掉电模式下，包含以下步骤：

步骤1、手机在需要执行模拟非接触IC卡功能的时候，一旦手机进入非接触IC卡读卡机的电磁场区域时，NFC器件通过天线线圈感应能量，获得电源并向NFC器件的双向供电电路及SIM卡供电；

步骤2、获得供电的NFC器件中的多路开关接口电路关闭其它通路，仅仅保留与SIM卡之间的通路，以避免额外的电流漏电消耗；

步骤3、完成SIM卡与NFC器件之间的数据通讯，完成手机电池掉电模式下的卡片模拟功能；

在所述的后台服务器通讯模式下，包含以下步骤：

步骤1、NFC器件中的多路开关接口电路与SIM卡紧密连接，此时可以将NFC器件与SIM卡视为一个整体，NFC器件可以借用SIM卡芯片的安全加密功能和数据存储功能；

步骤2、电源双向供电电路通过手机电池供电电路向SIM卡供电；

步骤3、NFC器件与基带芯片通过其它高速通讯接口连接，利用手机的无线通讯功能与应用的后台服务器进行安全数据通讯。

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