CN105490709B - 一种小型无源射频放大装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种小型无源射频放大装置及其实现方法，所述装置包括：系统控制器，用于对整个系统进行控制；通信线圈，用于在与读卡器等读取设备建立连接时，对数据进行发送和接收；无源供电线圈，用于在与读卡器等读取设备建立连接时，产生电能驱动系统控制器进行工作。本申请提出的一种小型无源射频放大装置及其实现方法，通过增加小型放大模块，及无源供电模块，增加了小卡在数据交互时信号强度，使得刷卡更方便，增加用户体验。

Description

一种小型无源射频放大装置及其实现方法

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其是涉及一种小型无源射频放大装置及其实现方法。

背景技术

目前，随着智能卡的迅猛发展，智能卡应用的多样化，智能卡个人化变得越来越重要。智能卡由于具有信息处理能力且体积小便于携带，因而在信息安全领域中得到了广泛应用。目前很多产品要求非接卡的尺寸很小，便于安装到小尺寸的产品外壳中，例如可支付钥匙扣，智能手环等，但这样需要把线圈面积做小，因而会影响刷卡效果。

现有技术中一些小型非接可支付产品的外壳比较小，所以射频天线设计的面积也同样较小，从而导致天线耦合产生的电压不足、射频信号较弱等问题，造成刷卡距离短和用户体验差。

现有技术中在解决上述这种小型非接可支付产品时，通常的做法是在非接卡上增加一个信号放大器芯片，同时还需要外接电源来为其供电，不仅会增加产品的整体功耗，而且会增大非接卡的空间大小，不便于在便携设备上开发。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种小型无源射频放大装置及其实现方法。

本申请提出一种小型无源射频放大装置，包括系统控制器、通信线圈和无源供电线圈，具体的：

系统控制器，用于对整个系统进行控制；

通信线圈，用于在与读卡器等读取设备建立连接时，对数据进行发送和接收；

无源供电线圈，用于在与读卡器等读取设备建立连接时，产生电能驱动系统控制器进行工作。

优选的，其特征在于，所述系统控制器包括：安全模块、信号扩大模块和无源供电模块。

优选的，其特征在于，所述安全模块包括：

信息发送单元，用于将安全信息发送给信号扩大模块；

请求接收单元，用于接收信号扩大模块发送的请求信号；

请求识别单元，用于对请求信号进行识别。

优选的，其特征在于，所述信号扩大模块包括：

发送单元，用于将请求信号转发给安全模块，将放大后的信号通过通信线圈发送给读卡器等读取设备；

接收单元，用于接收所述通信线圈与读卡器发出的请求信号进行交互得到所述请求信号，接收安全模块发送的安全信息；

信号放大单元，用于将安全模块发送的信号进行放大。

优选的，所述无源供电线圈频率远大于所述通信线圈频率。优选的，所述无源供电线圈产生电流的大小为：

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度，θ为线圈与磁感线的夹角。使用公式(1)计算无源供电线圈产生的电流值。

本申请还提出一种无源射频放大方法，基于一种小型无源射频放大装置，所述装置包括系统控制器、通信线圈和无源供电线圈，所述方法包括：

步骤S1：所述装置靠近读取设备，所述无源供电线圈为所述系统控制器供电；

步骤S2：所述系统控制器通过所述通信线圈接收读卡器等读取设备的请求信息；

步骤S3：所述系统控制器通过所述通信线圈向读卡器等读取设备发送安全信息。

优选的，所述步骤S1、所述装置靠近读卡器等读取设备，所述无源供电线圈为所述系统控制器供电包括：

步骤S101，将所述装置靠近读取设备；

步骤S102，读卡器通过线圈发出请求信号；

步骤S103，所述无源供电线圈感应磁力线，产生电流；

步骤S104，电流通过无源供电线圈流入系统控制器的无源供电模块；

步骤S105，无源供电模块为安全模块和信号扩大模块供电。

优选的，所述步骤S2、所述系统控制器通过所述通信线圈接收读卡器等读取设备的请求信息包括：

步骤S201，将所述装置靠近读卡器等读取设备；

步骤S202，读卡器通过线圈发出请求信号；

步骤S203，所述通信线圈与读卡器发出的请求信号进行交互得到所述请求信号；

步骤S204，请求信号通过通信线圈传送到系统控制器的信号扩大模块；

步骤S205，所述信号扩大模块将请求信号转发给安全模块。

优选的，所述步骤S1、所述装置靠近读取设备，所述无源供电线圈为所述系统控制器供电的电流的大小为：

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，B为磁感应强度，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度，θ为线圈与磁感线的夹角。使用公式(1)计算无源供电线圈产生的电流值。

上述本发明提出的一种小型无源射频放大装置及其实现方法，获得了以下技术效果：

本申请提出的小型无源射频放大装置及其实现方法，通过增加小型放大模块，及无源供电模块，增加了小卡在数据交互时信号强度，使得刷卡更方便，增加用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请小型无源射频放大系统的结构示意图；

图2是本申请小型无源射频放大装置的结构示意图；

图3是本申请小型无源射频放大装置安全模块的结构示意图；

图4是本申请小型无源射频放大装置信号扩大模块的结构示意图；

图5是本申请小型无源射频放大装置无源供电模块的结构示意图；

图6是本申请无源射频信号放大方法流程图；

图7是本申请无源供电线圈为所述系统控制器供电的方法流程图；

图8是本申请系统控制器接收读卡器请求信息的方法流程图；

图9是本申请系统控制器向读卡器发送安全信息的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请提供一种小型无源射频放大装置如图1所示包括系统控制器1，通信线圈2和无源供电线圈3。具体的：

系统控制器1，用于对整个系统进行控制。

更具体的，如图2所示，所述系统控制器1包括安全模块11、信号扩大模块12和无源供电模块13。具体为：

安全模块11：用于与读卡器等读取设备进行信息交互。

更具体的，所述读取设备可以是读写卡器，也可以是手机等涉及移动支付的产品。

更具体的，如图3所示，所述安全模块11包括：

信息发送单元301，用于将预置在安全模块内的安全信息发送给信号扩大模块12；

请求接收单元302，用于接收信号扩大模块发送的请求信号；

更具体的，当读卡器4开始工作时，读卡器4将信号输送给线圈41，线圈产生电流并发出磁感信号。当外部其他设备，例如Native卡的线圈靠近读卡器线圈41，Native卡线圈切割磁感信号线，会产生电流，电流为芯片供电，芯片驱动后，Native卡线圈磁感的信号传送给芯片，芯片再对接收的信号进行反馈，将反馈信号通过Native卡线圈发送给读卡器4，完成整个读卡流程。

请求识别单元303，用于对请求信号进行识别。

信号扩大模块12：用于将安全模块11发送的信号进行放大，将接收到的读卡器等读取设备发送的请求信息进行转发。

更具体的，所述信号扩大模块12与所述安全模块11通过ACLB接口(模拟非接触桥接口)连接。所述信号扩大模块将接收到的信号通过ACLB接口转发给安全模块。

更具体的，由于所述射频发射装置较小，导致天线也比较小，发射的信号达不到高频通信标准的13.56MHz，所以信号扩大模块将所述信号放大至13.56MHz，以满足发射与接收装置的正常通信。

更具体的，如图4所示，所述信号扩大模块包括：

发送单元401，用于将请求信号转发给安全模块，将放大后的信号通过通信线圈发送给读卡器等读取设备；

接收单元402，用于接收所述通信线圈与读卡器发出的请求信号进行交互得到所述请求信号，接收安全模块发送的安全信息；

信号放大单元403，用于将安全模块发送的信号进行放大。

无源供电模块13：用于为安全模块与信号扩大模块提供电力。

更具体的，无源供电模块13通过阻抗匹配电路将形成的交流电流传输给所述滤波整流电路，该滤波整形电路将接收到的交流电流转换为直流电流，将生成的直流电传输给限压限流电路，限压限流电路将该直流电进行稳压、限压限流等处理，进而将该直流电转化成标准直流电流。最后将标准直流电流输送给安全模块和信号扩大模块，使其工作。

更具体的，可以采用半波、全波、桥式以及倍压等方式对交流电进行整流处理，整流后输出单方向的脉冲电流，再经过滤波后生成直流电。

所述整流电路的整流频率范围是100KHz～6GHz之间，尤其适合在13.56MHz和915MHz频点使用。

更具体的，如图5所示，所述无源供电模块包括：

电力输入单元501，用于接收通过无源供电线圈流入系统控制器无源供电模块的电流；

电力输出单元502，用于为安全模块和信号扩大模块提供电力。

通信线圈2，用于在与读卡器等读取设备建立连接时，对数据进行发送和接收。

更具体的，为了保证磁通量最大，才能使得装置与读卡器之间的通信效果最好，需要选择性的设置线圈匝数和线圈长度，本申请使用如下公式设置线圈匝数和长度：

Φ＝B×S (1)

Φ＝B×S×cosθ (2)

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，B为磁感应强度；当线圈与磁感线垂直时，使用公式(1)计算Φ；当线圈与磁感线的夹角为θ时，使用公式(2)计算Φ。

本申请使用如下公式计算磁感应强度：

其中B为磁感应强度，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度。使用上述公式(3)计算B。

当磁通量一定时，依据上述公式(1)(2)和(3)计算出优选的线圈长度和匝数。

无源供电线圈3，用于在与读卡器等读取设备建立连接时，产生电能驱动系统控制器进行工作。

更具体的，所述无源供电线圈感应磁力线的磁通量与线圈面积S和磁感应强度的大小B相关，为了产生足够的电量I，则需要选择性的设置线圈匝数和线圈长度，本申请使用如下公式设置线圈匝数和长度：

Φ＝B×S (1)

Φ＝B×S×cosθ (2)

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，B为磁感应强度；当线圈与磁感线垂直时，使用公式(1)计算Φ；当线圈与磁感线的夹角为θ时，使用公式(2)计算Φ。

本申请使用如下公式计算磁感应强度：

其中B为磁感应强度，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度。使用上述公式(3)计算B。

即生成的电流I具体为：

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度，θ为线圈与磁感线的夹角。使用公式(4)计算无源供电线圈产生的电流值。

为了使通信线圈2与所述无源供电线圈3不互相产生干扰，二者的频率设计的相差很大，根据上述公式(1)-(4)，为了保证通信质量，所述无源供电线圈3的长度短于所述通信线圈2，从而使得所述无源供电线圈3的频率远大于所述通信线圈2。

更具体的，为了更好的保证通信线圈2与无源供电线圈3互不干扰，可以在通信线圈2与无源供电线圈3引脚之间增加开关，所述开关可以在无源供电线圈3产生电流并通过无源供电模块13给安全模块11和信号扩大模块12供电后，临时断开无源供电线圈3，使得在通信线圈2在数据交互时不会被干扰，由于无源供电线圈3短时间断开，并不会对装置供电方面造成影响。

上述开关可以为继电器或者数字芯片开关等。

基于上述开关，还可以进一步的尽可能增大通信线圈2和无源供电线圈3的大小，使得通信，供电效果更好。

上面依照图1-5介绍了本申请小型无源射频放大装置，基于上述小型无源射频放大装置，下面根据图6-9介绍本申请提出的一种无源射频放大方法。所述方法如图6所示，包括：

步骤S1：小型无源射频放大装置靠近读取设备，所述无源供电线圈为所述系统控制器供电；

具体的，如图7所示，所述步骤S1、所述装置靠近读取设备，该装置内的无源供电线圈为装置内的系统控制器供电包括：

步骤S101，将所述装置靠近读卡器等读取设备。

更具体的，所述读取设备可以是读写卡器，也可以是手机等涉及移动支付的产品。

步骤S102，读卡器通过线圈发出请求信号。

更具体的，当读卡器4开始工作时，读卡器4将信号输送给线圈41，线圈产生电流并发出磁感信号。当外部其他设备，例如Native卡的线圈靠近读卡器线圈41，Native卡线圈切割磁感信号线，会产生电流，电流为芯片供电，芯片驱动后，Native卡线圈磁感的信号传送给芯片，芯片再对接收的信号进行反馈，将反馈信号通过Native卡线圈发送给读卡器4，完成整个读卡流程。

步骤S103，所述无源供电线圈感应磁力线，产生电流。

更具体的，所述无源供电线圈感应磁力线的磁通量与线圈面积S和磁感应强度的大小B相关，为了产生足够的电量I，则需要选择性的设置线圈匝数和线圈长度，本申请使用如下公式设置线圈匝数和长度：

Φ＝B×S (1)

Φ＝B×S×cosθ (2)

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，B为磁感应强度；当线圈与磁感线垂直时，使用公式(1)计算Φ；当线圈与磁感线的夹角为θ时，使用公式(2)计算Φ。

本申请使用如下公式计算磁感应强度：

其中B为磁感应强度，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度。使用上述公式(3)计算B。

即生成的电流I具体为：

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度，θ为线圈与磁感线的夹角。使用公式(4)计算无源供电线圈产生的电流值。

为了使通信线圈2与所述无源供电线圈3不互相产生干扰，二者的频率设计的相差很大，根据上述公式(1)-(4)，为了保证通信质量，所述无源供电线圈3的长度短于所述通信线圈2，从而使得所述无源供电线圈3的频率远大于所述通信线圈2。

更具体的，为了更好的保证通信线圈2与无源供电线圈3互不干扰，可以在通信线圈2与无源供电线圈3引脚之间增加开关，所述开关可以在无源供电线圈3产生电流并通过无源供电模块13给安全模块11和信号扩大模块12供电后，临时断开无源供电线圈3，使得在通信线圈2在数据交互时不会被干扰，由于无源供电线圈3短时间断开，并不会对装置供电方面造成影响。

上述开关可以为继电器或者数字芯片开关等。

基于上述开关，还可以进一步的尽可能增大通信线圈2和无源供电线圈3的大小，使得通信，供电效果更好。

步骤S104，电流通过无源供电线圈流入系统控制器的无源供电模块。

步骤S105，无源供电模块为安全模块和信号扩大模块供电。

更具体的，无源供电模块13通过阻抗匹配电路将形成的交流电流传输给所述滤波整流电路，该滤波整形电路将接收到的交流电流转换为直流电流，将生成的直流电传输给限压限流电路，限压限流电路将该直流电进行稳压、限压限流等处理，进而将该直流电转化成标准直流电流。最后将标准直流电流输送给安全模块和信号扩大模块，使其工作。

更具体的，可以采用半波、全波、桥式以及倍压等方式对交流电进行整流处理，整流后输出单方向的脉冲电流，再经过滤波后生成直流电。

所述整流电路的整流频率范围是100KHz～6GHz之间，尤其适合在13.56MHz和915MHz频点使用。

步骤S2：所述系统控制器通过所述通信线圈接收读卡器等读取设备的请求信息；

具体的，所述步骤S2、所述系统控制器通过所述通信线圈接收读卡器等读取设备的请求信息包括：

步骤S201，将所述装置靠近读卡器等读取设备。

步骤S202，读卡器通过线圈发出请求信号。

更具体的，当读卡器4开始工作时，读卡器4将信号输送给线圈41，线圈产生电流并发出磁感信号。当外部其他设备，例如Native卡的线圈靠近读卡器线圈41，Native卡线圈切割磁感信号线，会产生电流，电流为芯片供电，芯片驱动后，Native卡线圈磁感的信号传送给芯片，芯片再对接收的信号进行反馈，将反馈信号通过Native卡线圈发送给读卡器4，完成整个读卡流程。步骤S203，所述通信线圈与读卡器发出的请求信号进行交互得到所述请求信号。

步骤S204，请求信号通过通信线圈传送到系统控制器的信号扩大模块。

步骤S205，所述信号扩大模块请求信号转发给安全模块。

更具体的，所述信号扩大模块12与所述安全模块11通过ACLB接口(模拟非接触桥接口)连接。所述信号扩大模块将接收到的信号通过ACLB接口转发给安全模块。

步骤S3：所述系统控制器通过所述通信线圈向读卡器等读取设备发送安全信息。

具体的，所述步骤S3、所述系统控制器通过所述通信线圈向读卡器等读取设备发送安全信息包括：

步骤S301，安全模块对请求信号进行识别。

步骤S302，安全模块将安全信息发送给信号扩大模块。

步骤S303，信号扩大模块将安全模块发送的信号进行放大。

更具体的，由于所述射频发射装置较小，导致天线也比较小，发射的信号达不到高频通信标准的13.56MHz，所以信号扩大模块将所述信号放大至13.56MHz，以满足发射与接收装置的正常通信。

步骤S304，放大后的信号通过通信线圈发送给读卡器等读取设备。

上述一种小型无源射频放大装置及其实现方法特别适合应用在13.56MHz高频通信频段的射频通信系统中，兼容的无线射频通信协议包含ISO14443A、ISO14443B、ISO14443C、ISO15693等。

上述一种小型无源射频放大装置及其实现方法也适合应用在125～130KHz低频通信频段的射频通信系统中。

上述一种小型无源射频放大装置及其实现方法也适合应用在865～950MHz超高频通信频段的射频通信系统中。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种小型无源射频放大装置，包括系统控制器、通信线圈和无源供电线圈，其特征在于，具体的：

系统控制器，用于对整个系统进行控制；

通信线圈，用于在与读取设备建立连接时，对数据进行发送和接收；

无源供电线圈，用于在与读取设备建立连接时，产生电能驱动系统控制器进行工作；

所述系统控制器包括信号扩大模块；

所述信号扩大模块包括：

发送单元，用于将请求信号转发给安全模块，将放大后的信号通过通信线圈发送给读取设备；

接收单元，用于接收所述通信线圈与读取设备发出的请求信号进行交互得到所述请求信号，接收安全模块发送的安全信息；

信号放大单元，用于将安全模块发送的信号进行放大。

2.如权利要求1所述的小型无源射频放大装置，其特征在于，

所述系统控制器还包括：安全模块和无源供电模块。

3.如权利要求2所述的小型无源射频放大装置，其特征在于，

所述安全模块包括：

信息发送单元，用于将预置在安全模块内的安全信息发送给信号扩大模块；

请求接收单元，用于接收信号扩大模块发送的请求信号；

请求识别单元，用于对请求信号进行识别。

4.如权利要求1所述的小型无源射频放大装置，其特征在于，所述无源供电线圈频率大于所述通信线圈频率。

5.如权利要求1所述的小型无源射频放大装置，其特征在于，所述无源供电线圈产生电流的大小为：

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度，θ为线圈与磁感线的夹角。

6.一种无源射频放大方法，基于一种小型无源射频放大装置，所述装置包括系统控制器、通信线圈和无源供电线圈，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：所述装置靠近读取设备，所述无源供电线圈为所述系统控制器供电；

步骤S2：所述系统控制器通过所述通信线圈接收读取设备的请求信息；

步骤S3：所述系统控制器通过所述通信线圈向读取设备发送安全信息；

其中步骤S3具体包括如下子步骤：

步骤S301，安全模块对请求信号进行识别；

步骤S302，安全模块将安全信息发送给信号扩大模块；

步骤S303，信号扩大模块将安全模块发送的信号进行放大。

7.如权利要求6所述的无源射频放大方法，其特征在于，所述步骤S1、所述装置靠近读取设备，所述无源供电线圈为所述系统控制器供电包括：

步骤S101，将所述装置靠近读取设备；

步骤S102，读取设备通过线圈发出请求信号；

步骤S103，所述无源供电线圈感应磁力线，产生电流；

步骤S104，电流通过无源供电线圈流入系统控制器的无源供电模块；

步骤S105，无源供电模块为安全模块和信号扩大模块供电。

8.如权利要求6所述的无源射频放大方法，其特征在于，所述步骤S2、所述系统控制器通过所述通信线圈接收读取设备的请求信息包括：

步骤S201，将所述装置靠近读取设备；

步骤S202，读取设备通过线圈发出请求信号；

步骤S203，所述通信线圈与读取设备发出的请求信号进行交互得到所述请求信号；

步骤S204，请求信号通过通信线圈传送到系统控制器的信号扩大模块；

步骤S205，所述信号扩大模块将请求信号转发给安全模块。

9.如权利要求6所述的无源射频放大方法，其特征在于，所述步骤S1：所述装置靠近读取设备，所述无源供电线圈为所述系统控制器供电的电流的大小为：

其中Φ为通信线圈感应磁力线的磁通量，S为线圈围成的面积，N为线圈匝数，I为产生的信号电流强度，Le为线圈长度，θ为线圈与磁感线的夹角。