CN102340358A - 一种用于低频信号检测及传输的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于低频信号检测及传输的装置，应用于近距离通信领域，包括一PCB，以及集成在PCB上的用于感应低频磁场信号的磁感应模块和用于对低频信号进行检测的低频信号处理模块，所述磁感应模块与低频信号处理模块相连，其中所述PCB为SIM卡PCB、Micro-SIM卡PCB、TF卡PCB、SD卡PCB或者UIM卡PCB等。本发明实现了安装于手机上的SIM卡以及TF卡、SD卡、UIM卡等各种存储卡的低频信号检测及传输功能。

Description

一种用于低频信号检测及传输的装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于低频信号检测及传输的装置。
背景技术
如今，已经出现了在手机中的SIM(Subscriber Identity Module，用户识别模块)卡上增加射频功能(称为射频SIM卡)或者手机中的TF(T-Flash，又名MicroSD)卡上增加射频功能(称为射频TF卡)或者在手机主板上增加近距离通信模块来实现手机近距离通信的方法，这种方法的出现使得手机成为一个可以充值、消费、交易及身份认证的超级智能终端，极大地满足市场的迫切需求。
其中，基于射频SIM/TF的手机近距离解决方案以其简单、无需更改手机等优势得到广泛的关注，在该方案中，射频SIM/TF采用UHF(Ultra HighFrequency，超高频)等技术使得射频SIM/TF卡嵌入在手机内部时射频信号仍然可以从手机中透射出来，从而实现不必对现有的手机进行任何结构改变就可使得手机具备近距离通信功能。但是，不同手机由于内部结构不同造成射频信号透射效果存在很大的差异，透射强的手机其射频SIM/TF卡射频通信距离可能达到几米远的距离，透射弱的手机其射频SIM/TF卡通信距离也可以达到几十厘米。在移动支付应用中，如公交地铁刷卡，通常都会对于交易距离有严格的要求以确保交易的安全，例如交易距离要求限制在10cm以下，以防止用户在不知情的情况下误刷，造成损失；另一方面，还要求在规定距离以下保证通信的可靠性，以提高交易的效率。因此，基于射频SIM/TF的手机在增加近距离通信功能的同时，还必须能够有效控制其交易的距离范围。
因此又提出了一种低频交变磁场近距离通讯结合RF高频通讯的系统和方法，解决了上述问题。该系统利用低频交变磁场实现距离检测和控制，并实现读卡器和卡的单向通讯，利用RF通道结合低频通讯实现终端的可靠绑定，同时利用RF通道实现读卡器和卡之间高速的数据通讯。但是，该方案中，低频信号检测及传输系统在卡上如何实现，影响了距离检测和控制的精度，因此，如何在卡上实现低频信号检测及传输系统尤其是如何在卡上实现磁感应模块为目前亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于低频信号检测及传输的装置，以实现低频信号检测及传输。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于低频信号检测及传输的装置，应用于近距离通信领域，包括一PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)，以及集成在PCB上的用于感应低频磁场信号的磁感应模块和用于对低频信号进行检测的低频信号处理模块，所述磁感应模块与低频信号处理模块相连。
本发明的有益效果是：集成在PCB上的并相互连接的用于感应低频磁场信号的磁感应模块和用于对低频信号进行检测的低频信号处理模块，可实现低频信号检测及传输，并且通过在PCB上的集成，可以实现装置的小型化和微型化，使手机实现近距离通信。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述磁感应模块为磁感应线圈，磁感应线圈的两输出端直接与所述低频信号处理模块的两输入端相连。
进一步，所述磁感应线圈环绕在低频信号处理模块周围，并靠近PCB边缘。
采用上述进一步方案的有益效果是，充分利用了低频信号处理模块与PCB边缘之间的区域，增加有效线圈的面积，有利于信号的接收，抗干扰能力强。
进一步，所述磁感应线圈与低频信号处理模块集成于同一个IC上，并且所述磁感应线圈呈绕制方式环绕在低频信号处理模块周围。
采用上述进一步方案的有益效果是，所述磁感应线圈与低频信号处理模块设集成于同一个IC上可以节省磁感应线圈和低频信号处理模块的空间占用，所述磁感应线圈呈绕制方式环绕在低频信号处理模块周围可提高磁感应线圈的有效面积，提高信号接收能力。
采用磁感应线圈作为磁感应模块集成于PCB上，使得磁感应线圈与低频信号处理模块同时集成在同一块PCB上，并且环绕在PCB边缘与低频信号处理模块之间或者呈绕制方式环绕在低频信号处理模块周围，保证其能够感应低频磁场信号的同时节省空间的占用。
进一步，所述低频信号处理模块包括至少一个低通滤波模块、至少一个放大器、至少一个数字/模拟转换器和至少一个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端与所述比较器的正向输入端相连，所述数字/模拟转换器的输出端与所述比较器的反向输入端相连。
进一步，所述低频信号处理模块包括一个低通滤波模块、一个放大器、两个数字/模拟转换器和两个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端分别与所述两个比较器的正向输入端相连，所述两个数字/模拟转换器与所述两个比较器组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。
进一步，所述低频信号处理模块包括一个低通滤波模块、一个放大器、六个数字/模拟转换器和六个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端分别与所述六个比较器的正向输入端相连，所述六个数字/模拟转换器与所述六个比较器组成六路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共三对。
进一步，所述低频信号处理模块至少一个用于放大低频感应信号的放大器、与放大器输出端连接的至少一个模数转换器、及与模数转换器连接并用于判断原始信号的强度及完成信号检测输出的数字处理模块。
进一步，所述放大器为双端输入单端输出放大器或者差分输入差分输出放大器。
进一步，所述PCB为SIM卡PCB、Micro-SIM卡PCB、TF卡PCB、SD卡PCB或者UIM卡PCB。
采用上述进一步方案的有益效果是，由于采用SIM卡、Micro-SIM卡PCB、TF卡、SD卡或者UIM卡作为用于低频信号检测及传输的装置的本体，使得本发明用于低频信号检测及传输的装置能够集成于手机之中，从而实现手机的低频信号检测及传输，进而使手机实现近距离通信功能。
附图说明
图1为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图；
图2为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于SIM卡/Micro-SIM卡上的一种具体实现结构图；
图3为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于TF卡上的一种具体实现结构图；
图4为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于TF卡上的另一种具体实现结构图；
图5为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于SIM卡/Micro-SIM卡上的另一种具体实现结构图；
图6为本发明实施方式2中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图；
图7为本发明实施方式3中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图；
图8为本发明实施方式4中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图；
图9为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于SIM卡/Micro-SIM卡上的又一种具体实现结构图；
图10为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于TF卡上的又一种具体实现结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的主要构思是，在卡上尤其是SIM卡/Micro-SIM卡、TF卡等卡上实现低频信号侧检测和传输，即把本申请人在先申请的一种用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置(申请号201010166186.X)、一种用于低频信号检测及传输系统的差分模拟前端装置(申请号201010166191.0)、一种用于低频磁场信号检测和传输及距离判断的方法和装置(申请号201010166432.1)三项专利申请在SIM卡/Micro-SIM卡、TF卡等卡上进行具体化的应用，通过合理化应用提高低频交变磁场距离检测和控制的精度的基础上降低成本。其内部的具体结构及实现方式可参考上述三项专利申请。
实施方式1
图1为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图，其中包括一个磁感应模块100和低频信号处理模块10，低频信号处理模块10还包括了一个低通滤波模块104、一个放大器101、数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105和比较器103、比较器106，磁感应模块100、低通滤波模块104、放大器101顺次相连，放大器101的输出端分别与比较器103、比较器106的正向输入端相连，数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105与比较器103、比较器106组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。其中，放大器101可为双端输入单端输出放大器或者差分放大器。低频信号处理模块10可以作成一个IC(集成电路)。
图2为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于SIM卡/Micro-SIM卡上的一种具体实现结构图。如图2所示，本具体实现结构中，用于低频信号检测及传输的装置在一个SIM卡/Micro-SIM卡的PCB上实现，低频信号处理模块10作成一个独立的IC与作为磁感应模块100的磁感应线圈作在SIM卡/Micro-SIM卡PCB上(简称：线圈PCB实现方式)，包括一个磁感应线圈、一个低频信号处理模块10的IC，磁感应线圈环绕在SIM卡/Micro-SIM卡PCB边缘与低频信号处理模块10之间，磁感应线圈的两输出端直接与低频信号处理模块10的IC中的低通滤波模块104输入端相连。低频信号处理模块10的IC内部包括一个低通滤波模块104、一个放大器101、数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105和比较器103、比较器106，低通滤波模块104、放大器101顺次相连，放大器101的输出端分别与比较器103、比较器106的正向输入端相连，数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105与比较器103、比较器106组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。其中，放大器101可为双端输入单端输出放大器或者差分放大器。因SIM卡面积比TF卡面积大，SIM卡上实现此装置优先选择这种方式；对于Micro-SIM卡来说，虽然其面积小于SIM卡，但也可以选择这种方式。
图3为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于TF卡上的一种具体实现结构图。如图3所示，本具体实现结构中，用于低频信号检测及传输的装置在一个TF卡的PCB上实现，低频信号处理模块10作成一个独立的IC与作为磁感应模块100的磁感应线圈作在TF卡PCB上(简称：线圈PCB实现方式)，包括一个磁感应线圈、一个低频信号处理模块10的IC，磁感应线圈环绕在TF卡PCB边缘与低频信号处理模块10之间，磁感应线圈的两输出端直接与低频信号处理模块10的IC中的低通滤波模块104输入端相连。低频信号处理模块10的IC内部结构和连接方式与图2中的IC内部结构和连接方式一样，包括一个低通滤波模块104、一个放大器101、数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105和比较器103、比较器106，低通滤波模块104、放大器101顺次相连，放大器101的输出端分别与比较器103、比较器106的正向输入端相连，数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105与比较器103、比较器106组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。其中，放大器101可为双端输入单端输出放大器或者差分放大器。
图4为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于TF卡上的另一种具体实现结构图。如图4所示，本具体实现结构中，用于低频信号检测及传输的装置作为一个IC作在一个TF卡的PCB上，低频信号处理模块10作为IC的核心电路与作为磁感应模块100的磁感应线圈作在同一IC上(简称：线圈IC实现方式)，并且磁感应线圈呈绕制方式环绕在低频信号处理模块10周围。低频信号处理模块10的电路的结构以及与磁感应线圈的连接方式，和图2、图3的电路的结构和连接方式一样，此处不再赘述。这种实现方式的优点是面积小，因TF卡面积比SIM卡面积小，TF卡上实现此装置优先选择这种方式。
图5为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于SIM卡/Micro-SIM卡上的另一种具体实现结构图。如图5所示，本具体实现结构中，用于低频信号检测及传输的装置作为一个IC作在一个SIM卡/Micro-SIM卡的PCB上，低频信号处理模块10作为IC的核心电路与作为磁感应模块100的磁感应线圈作在同一IC上(简称：线圈IC实现方式)，并且磁感应线圈呈绕制方式环绕在低频信号处理模块10周围。低频信号处理模块10的电路的结构以及与磁感应线圈的连接方式和图2、图3、图4所示的电路的结构和连接方式一样，此处不再赘述。这种实现方式的优点是面积小，因Micro-SIM卡面积比SIM卡面积小，Micro-SIM卡上实现此装置优先选择这种方式。
实施方式2
图6为本发明实施方式2中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图，其中包括磁感应模块100和低频信号处理模块10，低频信号处理模块10还包括了低通滤波模块104、放大器101、数字/模拟转换器102和比较器103，磁感应模块100、低通滤波模块104、放大器101顺次相连，放大器101的输出端与比较器103的正向输入端相连，数字/模拟转换器102的输出端与比较器103的反向输入端相连。其中，放大器101可为双端输入单端输出放大器或者差分放大器。放大器101对输入的微弱信号进行预放大，数字/模拟转换器102将由数字控制器输出的数字信号转换为模拟信号，然后利用比较器103对两个信号进行比较，得到需要的数字信号，传输到数字控制器中进行处理。这里所提到的数字控制器属于低频检测及传输系统，但不属于模拟前端，其作用是根据比较器输出进行比较器和数字/模拟转换器打开/关断模式的控制。低频信号处理模块10可以作成一个IC(集成电路)。
图6所示的实施方式2的磁感应模块和低频信号处理模块的结构，应用于SIM卡/Micro-SIM卡或者TF卡中的方式，与实施方式1中的线圈PCB实现方式(图2、图3)和线圈IC实现方式(图4、图5)相同，此处不再赘述。
实施方式3
图7为本发明实施方式3中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图，其中包括磁感应模块100和低频信号处理模块10，低频信号处理模块10还包括了一个低通滤波模块104、一个放大器201、六个数字/模拟转换器202、203、204和六个比较器205、206、207，放大器201的输出端分别与六个比较器205、206、207的正向输入端相连，六个数字/模拟转换器202、203、204与六个比较205、206、207器组成六路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共三对。其中，放大器101可为双端输入单端输出放大器或者差分放大器。低频信号处理模块10可以作成一个IC(集成电路)。
图7所示的实施方式3的磁感应模块和低频信号处理模块的结构，应用于SIM卡/Micro-SIM卡或者TF卡中的方式，与实施方式1中的线圈PCB实现方式(图2、图3)和线圈IC实现方式(图4、图5)相同，此处不再赘述。
实施方式4
图8为本发明实施方式4中磁感应模块和低频信号处理模块的结构图，其中包括磁感应模块100和低频信号处理模块10，低频信号处理模块10还包括了用于放大低频感应信号的放大器201、与放大器输出端连接的模数转换器210、与模数转换器210连接并用于判断原始信号的强度及完成信号检测输出的数字处理模块211。本实施方式的装置采集并放大微弱低频信号，经过模数转换，数字算法，最后完成距离控制和交易通讯。
图8所示的实施方式4的磁感应模块和低频信号处理模块的结构，应用于SIM卡/Micro-SIM卡或者TF卡中的方式，与实施方式1中的线圈PCB实现方式(图2、图3)和线圈IC实现方式(图4、图5)相同，此处不再赘述。
图9为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于SIM卡/Micro-SIM卡上的又一种具体实现结构图。如图9所示，本具体实现结构中，用于低频信号检测及传输的装置在一个SIM卡PCB上实现，低频信号处理模块10中除了低通滤波模块104以外的电路部分作成一个独立的IC与低通滤波模块104和作为磁感应模块100的磁感应线圈作在SIM卡PCB上，包括一个磁感应线圈、一个低通滤波模块104和一个IC，磁感应线圈环绕在SIM卡/Micro-SIM卡PCB边缘与低频信号处理模块10之间，磁感应线圈的两输出端直接与低通滤波模块104输入端相连，低通滤波模块104与IC中的放大器101输入端相连。IC内部包括一个放大器101、数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105、比较器103和比较器106，低通滤波模块104、放大器101顺次相连，放大器101的输出端分别与比较器103、比较器106的正向输入端相连，数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105与比较器103、比较器106组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。其中，放大器101可为双端输入单端输出放大器或者差分放大器。IC内部也可以是实施方式2的图6、实施方式3的图7中低频信号处理模块10中除低通滤波模块104以外的其他部分。
图10为本发明实施方式1中磁感应模块和低频信号处理模块应用于TF卡上的又一种具体实现结构图。如图10所示，本具体实现结构中，用于低频信号检测及传输的装置在一个TF卡PCB上实现，低频信号处理模块10中除了低通滤波模块104以外的电路部分作成一个独立的IC与低通滤波模块104和作为磁感应模块100的磁感应线圈作在TF卡PCB上，包括一个磁感应线圈、一个低通滤波模块104和一个IC，磁感应线圈环绕在TF卡PCB边缘与低频信号处理模块10之间，磁感应线圈的两输出端直接与低通滤波模块104输入端相连，低通滤波模块104与IC中的放大器101输入端相连。IC内部包括一个放大器101、数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105、比较器103和比较器106，低通滤波模块104、放大器101顺次相连，放大器101的输出端分别与比较器103、比较器106的正向输入端相连，数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105与比较器103、比较器106组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。其中，放大器101可为双端输入单端输出放大器或者差分放大器。IC内部也可以是实施方式2的图6、实施方式3的图7中低频信号处理模块10中除低通滤波模块104以外的其他部分。
以上所述的放大器均可采用双端输入单端输出放大器或者差分输入差分输出放大器。
以上所述的SIM卡不仅包括现在最常用的长25mm、宽15mm的SIM卡，还包括其他尺寸的SIM卡，Micro-SIM卡不仅包括长15mm、宽12mm的Micro-SIM卡，还包括其他尺寸的Micro-SIM卡。以上所述的线圈IC实现方式和线圈PCB实现方式除了在SIM卡、Micro-SIM卡和TF卡实现之外，还可在SD卡、UIM卡等及其他可放置在手机里的存储的卡上实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于低频信号检测及传输的装置，应用于近距离通信领域，其特征在于，包括一PCB，以及集成在PCB上的用于感应低频磁场信号的磁感应模块和用于对低频信号进行检测的低频信号处理模块，所述磁感应模块与低频信号处理模块相连。
2.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述磁感应模块为磁感应线圈，磁感应线圈的两输出端直接与所述低频信号处理模块的两输入端相连。
3.根据权利要求2所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述磁感应线圈环绕在低频信号处理模块周围，并靠近PCB边缘。
4.根据权利要求2所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述磁感应线圈与低频信号处理模块集成于同一个IC上，并且所述磁感应线圈呈绕制方式环绕在低频信号处理模块周围。
5.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述低频信号处理模块包括至少一个低通滤波模块、至少一个放大器、至少一个数字/模拟转换器和至少一个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端与所述比较器的正向输入端相连，所述数字/模拟转换器的输出端与所述比较器的反向输入端相连。
6.根据权利要求5所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述低频信号处理模块包括一个低通滤波模块、一个放大器、两个数字/模拟转换器和两个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端分别与所述两个比较器的正向输入端相连，所述两个数字/模拟转换器与所述两个比较器组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。
7.根据权利要求5所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述低频信号处理模块包括一个低通滤波模块、一个放大器、六个数字/模拟转换器和六个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端分别与所述六个比较器的正向输入端相连，所述六个数字/模拟转换器与所述六个比较器组成六路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共三对。
8.根据权利要求5至7所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述放大器为双端输入单端输出放大器或者差分输入差分输出放大器。
9.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述低频信号处理模块至少一个用于放大低频感应信号的放大器、与放大器输出端连接的至少一个模数转换器、及与模数转换器连接并用于判断原始信号的强度及完成信号检测输出的数字处理模块。
10.根据权利要求9所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于，所述放大器为双端输入单端输出放大器或者差分输入差分输出放大器。
11.根据权利要求1至7或9或10任一项所述的用于低频信号检测及传输的装置，其特征在于：所述PCB为SIM卡PCB、Micro-SIM卡PCB、TF卡PCB、SD卡PCB或者UIM卡PCB。
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