CN102832961A - 一种多频段的信号收发装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多频段的信号收发装置，包括：多频功能模块和为其提供电力的电源模块；所述多频功能模块能够和手机中的RF-SIM卡进行射频通讯，包括：一个低功耗的主控芯片，一个低频射频芯片，一个高频射频芯片，射频芯片工作控制模块，主控芯片通过射频芯片工作控制模块控制低频射频芯片、高频射频芯片是否能取电，主控芯片通过单独的IO口与低频射频芯片、高频射频芯片通信。本发明所述的多频段的信号收发装置，实现了有源和无源，高频和低频的射频信号互联互通的问题，从根本上解决二者兼容性的问题，实现不同频段的射频信号之间相互通信。
Description
技术领域
本发明涉及物联网及移动电子商务领域，具体说是一种多频段的信号收发装置。
背景技术
随着物联网的大力发展，无线射频技术突飞猛进。各种物联网的应用层出不穷，包括有源信号，无源信号；射频频率从30K、13.56MHz到5.8G。手机因为具备显示功能、按键输入功能、网络功能和智能卡STK功能，并且普及度非常广，用于物联网和支付有着天然的优势。现有一些针对手机支付和物联网的射频装置也开始在手机上使用，有13.56MHz的通信方案，也有2.4G的高频方案。
这些不同的通信方案各有其优势和局限性。
采用13.56MHz频率通信的IC卡和其他产品已经在银行支付、城市一卡通、门禁等各领域占据了主导地位，形成了比较完善的各种技术标准和应用规范。各个应用场所基本上都布置好了相应的读卡器和终端。比如非接触式CPU卡就是采用13.56MHz频率通信，而且可用无源方式。但它很难满足在手机支付和物联网上的应用。因为在这个频段的通信很难穿透手机，而且只能作近距离通信。除非定制手机，否则这个频段很难应用于手机支付领域。即使定制了手机，也无法满足物联网对通信距离和通信速度的要求。
而类似于2.4G的这样的高频很容易穿透手机，比较适合作手机支付和物联网应用。现在已经有一些称为RF-SIM卡的手机SIM卡就是采用2.4G的这样的高频，用于手机支付。但是由于是一个全新的产品，现有各领域的读卡器或终端设备均与其不兼容，而且也不符合现有银行支付的规范，很难规模化的推广。同时也由于功耗的原因，只能采用有源方式，经常要充电或者更换电池，给使用者带来不便。
采用这两种通信频段在应用中的产品，也在原理上利用了各自的优点，同样也无法避免各自的缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种多频段的信号收发装置，以解决有源和无源，高频和低频的射频信号互联互通的问题，从根本上解决二者兼容性的问题，实现不同频段的射频信号之间相互通信。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种多频段的信号收发装置，其特征在于，包括：多频功能模块100和为其提供电力的电源模块200；
所述电源模块200包括电源管理模块201和电池202，
所述多频功能模块100能够和手机中的RF-SIM卡进行射频通讯，多频功能模块100包括：
一个低功耗的主控芯片101，
一个配套有与其适配的天线的低频射频芯片102，
一个配套有与其适配的天线的高频射频芯片103，
射频芯片工作控制模块104，其电力来自电源模块200，
射频芯片工作控制模块104的控制接口和主控芯片101的一个IO口相连，射频芯片工作控制模块104通过电路和低频射频芯片102、高频射频芯片103的电源引脚线相连，主控芯片101通过射频芯片工作控制模块104控制低频射频芯片102、高频射频芯片103是否能通过电源模块200取电，
当有供电时，相应的射频芯片处于有源工作模式，当无供电时，相应的射频芯片处于非主动工作模式，当两块射频芯片都处于非主动工作模式时，主控芯片101处于低功耗的待机模式，此时多频功能模块100处于低功耗状态；
低频射频芯片102在无供电时，通过与低频射频芯片102配套的天线能从读卡器获得感应电能，并和读卡器交换数据，
主控芯片101通过单独的IO口分别与低频射频芯片102、高频射频芯片103通信。
在上述技术方案的基础上，主控芯片101每隔一段时间自动从低功耗的待机模式切换到工作模式，
或：主控芯片101设计成长期处于低功耗待机模式，仅在用户触发时才从低功耗的待机模式切换到工作模式；
在工作模式时，主控芯片101操作射频芯片工作控制模块104，将低频射频芯片102、高频射频芯片103分别置于有源工作模式，通过IO口分别与低频射频芯片102、高频射频芯片103作数据通信。
在上述技术方案的基础上，主控芯片101在工作模式时，查询低频射频芯片102之前通过无源工作模式与读卡器的通信结果，通过高频射频芯片103与手机内置的RF-SIM卡作数据交互。
在上述技术方案的基础上，主控芯片101在工作模式时，通过具有RF-SIM卡的手机对该多频段的信号收发装置进行读、写数据处理。
在上述技术方案的基础上，当通过高频射频芯片103与手机内置的RF-SIM卡作数据交互时，作为一个控制令牌，对手机RF-SIM卡发送指令，来控制RF-SIM卡是否和手机应用软件交换数据。
在上述技术方案的基础上，多频段的信号收发装置去掉低频射频芯片102及其配套天线，能够作为一个控制令牌，向手机RF-SIM卡发送指令，控制RF-SIM卡是否向手机应用软件传送信息。
在上述技术方案的基础上，多频功能模块100采用集成电路工艺封装成一个模块或者封装成一个芯片。
在上述技术方案的基础上，多频功能模块100和为其提供电力的电源模块200均封装成手机挂件的形式。
在上述技术方案的基础上，多频功能模块100和为其提供电力的电源模块200嵌装在手机的外壳中。
本发明所述的多频段的信号收发装置，实现了有源和无源，高频和低频的射频信号互联互通的问题，从根本上解决二者兼容性的问题，实现不同频段的射频信号之间相互通信。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例选择两个典型的射频频段，低频频段优选13.56MHz，高频频段优选2.4G，优选可充电的锂粒子聚合物电池提供电力。
本发明所述的多频段的信号收发装置，包括：多频功能模块100和为其提供电力的电源模块200；
所述电源模块200包括电源管理模块201和电池202，所述电池202为可充电的锂粒子聚合物电池，或一次性电池，或太阳能电池；
所述多频功能模块100能够和手机中的RF-SIM卡进行射频通讯，多频功能模块100包括：
一个低功耗的主控芯片101，选用型号为MSP430的单片机，
一个13.56MHz频率通信的低频射频芯片102，选用双界面卡智能芯片NXP公司的P5CD072，且配套有与其适配的天线，例如螺旋型或鞭状天线，天线为本领域的公知技术，此处不再详述，
一个2.4G频率通信的高频射频芯片103，选用nordic公司的NOR24L01，且配套有与其适配的天线，例如螺旋型或鞭状天线，天线为本领域的公知技术，此处不再详述，
射频芯片工作控制模块104，由电路和三级管组成可采用现有技术实施，其电力来自电源模块200，
射频芯片工作控制模块104的控制接口和主控芯片101的一个IO口相连，射频芯片工作控制模块104通过电路和低频射频芯片102、高频射频芯片103的电源引脚线相连，主控芯片101通过射频芯片工作控制模块104控制低频射频芯片102、高频射频芯片103是否能通过电源模块200取电，
当有供电时，相应的射频芯片处于有源工作模式，当无供电时，相应的射频芯片处于非主动工作模式，当两块射频芯片(低频射频芯片102和高频射频芯片103)都处于非主动工作模式时，主控芯片101处于低功耗的待机模式，此时多频功能模块100处于低功耗状态；
低频射频芯片102在无供电时，通过与低频射频芯片102配套的天线能从读卡器获得感应电能，并和读卡器交换数据，如我们日常所看到的无源刷卡通信一样(例如乘坐公交车时用非接触式CPU卡刷卡)。即：当无供电时，低频射频芯片102处于低功耗的被动工作模式，即：无源工作模式，其电能不是从电源模块200获得，不影响多频功能模块100的功耗，
主控芯片101通过单独的IO口分别与低频射频芯片102、高频射频芯片103通信。
通常情况下，主控芯片101处于低功耗的待机模式，而低频射频芯片102、高频射频芯片103直接由主控芯片101控制处于非主动工作模式，此时整个多频段的信号收发装置的功耗非常低，以现有电子行业的技术，可以做到待机电流低于0.5微安培。
由于13.56MHz频率通信的低频射频芯片102需要具备工作于无源的被动工作模式，其可选用一颗双界面智能卡芯片作为13.56MHz频率通信的射频芯片。此时无论多频段的信号收发装置处于待机模式，还是处于电池无法供电(例如：电池无电等)的状况，低频射频芯片102都能采用无源工作模式独立工作，与读卡器或终端作数据通信。在用户看来，他拿着本发明的装置与拿着一张非接触式CPU卡的刷卡体验是一致的。
在上述技术方案的基础上，主控芯片101每隔一段时间自动从低功耗的待机模式切换到工作模式，
在工作模式时，主控芯片101操作射频芯片工作控制模块104，将低频射频芯片102、高频射频芯片103分别置于有源工作模式，通过IO口分别与低频射频芯片102、高频射频芯片103作数据通信。
主控芯片101在工作模式时，可以查询低频射频芯片102之前通过无源工作模式与读卡器的通信结果，可以通过高频射频芯片103与手机内置的RF-SIM卡作数据交互。此时整个多频段的信号收发装置的功耗较大，接近20毫安。但是这个时间段很短。
在上述技术方案的基础上，主控芯片101每隔20分钟自动从低功耗的待机模式切换到工作模式，且工作模式每次持续100毫秒。
假设我们设计为主控芯片每隔20分钟进入一次工作模式，每次持续100毫秒，那么整个多频段的信号收发装置的平均电流为2.17微安。如果用一个60毫安小时的电池来供电，可以待机超过27,000小时。即使电池不充电也不更换，可以持续使用3年多时间。
在上述技术方案的基础上，主控芯片101设计成长期处于低功耗待机模式，仅在用户触发时才从低功耗的待机模式切换到工作模式。
为了进一步降低功耗，延长电池使用时间。可以将主控芯片设计成长期处于低功耗待机模式，只是在用户按下按键或者针孔触发时才短暂进入工作模式。这样整个多频段的信号收发装置的最大理论待机时间可以是120,000小时，差不多13年以上的时间。跟无源的非接触CPU卡几乎没有任何差别。
在上述技术方案的基础上，多频功能模块100采用集成电路工艺封装成一个模块或者封装成一个芯片。
在上述技术方案的基础上，多频功能模块100和为其提供电力的电源模块200均封装成手机挂件的形式。挂件中的多频功能模块100采用集成电路工艺封装成一个模块或者封装成一个芯片。
当这个多频段的信号收发装置做成手机挂件的形式挂在或者贴在手机上时，与手机内置的RF-SIM卡配合使用，由于多频段的信号收发装置的低频射频芯片102具有非接触CPU卡的功能，同时当多频段的信号收发装置的高频射频芯片103处于工作模式时，又能和手机RF-SIM卡通信，这样，能通过具有RF-SIM卡的手机对该多频段的信号收发装置进行读、写数据处理，例如：充值和查询。
同样，由于当该多频段的信号收发装置的高频部分处于工作模式时，能够和手机RF-SIM卡通信，这样可以通过该多频段的信号收发装置对手机RF-SIM卡发送指令，来控制RF-SIM卡是否和手机应用软件交换数据。因此，该多频段的信号收发装置或者该多频段的信号收发装置的高频部分，可以作为一个手机或移动终端的控制令牌，控制手机应用的合理使用，比如作为一个无线安全令牌，确认手机支付是否执行。即：多频段的信号收发装置去掉低频射频芯片102及其配套天线，能够作为一个控制令牌，向手机RF-SIM卡发送指令，控制RF-SIM卡是否向手机应用软件传送信息。
多频段的信号收发装置可以制成卡片状或各种异型，能和多个频段通信及交互数据，对移动电子商务及物联网的发展将产生深远的影响，有巨大的经济及社会效益。
在上述技术方案的基础上，多频功能模块100和为其提供电力的电源模块200可以嵌装在手机的外壳中。且多频功能模块100采用集成电路工艺封装成一个模块或者封装成一个芯片。
Claims (9)
1.一种多频段的信号收发装置，其特征在于，包括：多频功能模块(100)和为其提供电力的电源模块(200)；
所述电源模块(200)包括电源管理模块(201)和电池(202)，
所述多频功能模块(100)能够和手机中的RF-SIM卡进行射频通讯，多频功能模块(100)包括：
一个低功耗的主控芯片(101)，
一个配套有与其适配的天线的低频射频芯片(102)，
一个配套有与其适配的天线的高频射频芯片(103)，
射频芯片工作控制模块(104)，其电力来自电源模块(200)，
射频芯片工作控制模块(104)的控制接口和主控芯片(101)的一个IO口相连，射频芯片工作控制模块(104)通过电路和低频射频芯片(102)、高频射频芯片(103)的电源引脚线相连，主控芯片(101)通过射频芯片工作控制模块(104)控制低频射频芯片(102)、高频射频芯片(103)是否能通过电源模块(200)取电，
当有供电时，相应的射频芯片处于有源工作模式，当无供电时，相应的射频芯片处于非主动工作模式，当两块射频芯片都处于非主动工作模式时，主控芯片(101)处于低功耗的待机模式，此时多频功能模块(100)处于低功耗状态；
低频射频芯片(102)在无供电时，通过与低频射频芯片(102)配套的天线能从读卡器获得感应电能，并和读卡器交换数据，
主控芯片(101)通过单独的IO口分别与低频射频芯片(102)、高频射频芯片(103)通信。
2.如权利要求1所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：主控芯片(101)每隔一段时间自动从低功耗的待机模式切换到工作模式，
或：主控芯片(101)设计成长期处于低功耗待机模式，仅在用户触发时才从低功耗的待机模式切换到工作模式；
在工作模式时，主控芯片(101)操作射频芯片工作控制模块(104)，将低频射频芯片(102)、高频射频芯片(103)分别置于有源工作模式，通过IO口分别与低频射频芯片(102)、高频射频芯片(103)作数据通信。
3.如权利要求2所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：主控芯片(101)在工作模式时，查询低频射频芯片(102)之前通过无源工作模式与读卡器的通信结果，通过高频射频芯片(103)与手机内置的RF-SIM卡作数据交互。
4.如权利要求3所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：主控芯片(101)在工作模式时，通过具有RF-SIM卡的手机对该多频段的信号收发装置进行读、写数据处理。
5.如权利要求3所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：当通过高频射频芯片(103)与手机内置的RF-SIM卡作数据交互时，作为一个控制令牌，对手机RF-SIM卡发送指令，来控制RF-SIM卡是否和手机应用软件交换数据。
6.如权利要求3所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：多频段的信号收发装置去掉低频射频芯片(102)及其配套天线，能够作为一个控制令牌，向手机RF-SIM卡发送指令，控制RF-SIM卡是否向手机应用软件传送信息。
7.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：多频功能模块(100)采用集成电路工艺封装成一个模块或者封装成一个芯片。
8.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：多频功能模块(100)和为其提供电力的电源模块(200)均封装成手机挂件的形式。
9.如权利要求1或2或3或4或5或6所述的多频段的信号收发装置，其特征在于：多频功能模块(100)和为其提供电力的电源模块(200)嵌装在手机的外壳中。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121219 |