CN106654587B - 双线圈近场通讯结构与电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双线圈近场通讯结构及电子设备，该双线圈近场通讯结构包括NFC芯片、NFC线圈、NFMI芯片以及NFMI线圈，所述NFC线圈与NFMI线圈的部分或全部绞在一起，所述NFC线圈的两端直接或间接连接至所述NFC芯片，所述NFMI线圈的两端直接或间接连接至所述NFMI芯片。

Description

双线圈近场通讯结构与电子设备
技术领域
本发明涉及近场通讯领域，尤其涉及一种双线圈近场通讯结构与电子设备。
背景技术
当前很多可穿戴电子设备(如：蓝牙耳机)都在往无线和小型化方向发展，这样一来对互联技术以及电子技术的要求越来越高。对于该类设备以便携式的优点带给客户方便的同时，如何提高用户的使用体验成为商家需要考虑的问题。
例如：如何实现可穿戴电子设备与手机或电脑终端的快速配对，如何在无线环境下实现更高的数据传输和更低的路径损耗，等等。
发明内容
为了解决如何提高使用体验的技术问题，本公开一方面提供了一种双线圈近场通讯结构，包括NFC芯片、NFC线圈、NFMI芯片以及NFMI线圈，所述NFC线圈与NFMI线圈的部分或全部绞在一起，所述NFC线圈的两端直接或间接连接至所述NFC芯片，所述NFMI线圈的两端直接或间接连接至所述NFMI芯片。
可选的，所述的双线圈近场通讯结构还包括结构件以及设于所述结构件外侧的隔磁片，所述NFC线圈和NFMI线圈设于所述隔磁片外侧。
可选的，所述结构件为棱柱结构或圆柱结构，所述隔磁片、NFC线圈以及NFMI线圈位于棱柱结构或圆柱结构的侧面。
可选的，所述结构件为圆球结构或异形柱结构。
可选的，所述结构件采用电子设备的内置电池或PCB主板。
可选的，所述的双线圈近场通讯结构还包括NFC匹配电路与NFMI匹配电路，所述NFC线圈通过所述NFC匹配电路连接所述NFC芯片，所述NFMI线圈通过所述NFMI匹配电路连接所述NFMI芯片。
可选的，所述NFC线圈采用单股导线，或者互相导通且互相绞在一起的至少两股导线。
可选的，所述NFMI线圈采用单股导线，或者互相导通且互相绞在一起的至少两股导线。
本公开另一方面还提供了一种电子设备，包括本公开可选方案提供的双线圈近场通讯结构。
本公开悉心研究了NFC通讯技术与NFMI通讯技术：
NFC(近场无线通信)技术是由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。NFC技术由NXP,NOKIA和sony共同研制开发，其工作频率为13.56MHz.在13.56MHz频率运行于10cm距离内。其传输速度有106Kbit/秒、212Kbit/秒或者424Kbit/秒三种。以市面上主流的NXP PN548芯片为例，工作时的发射功率只有600mW(工作电流2.0mA，工作电压3.3～4.7V)。除了支付功能外，NFC技术另一大应用是电子设备之间的连接，其优点在于连接迅速且安全。
NFMI(近场磁感应)技术由非接触式射频识别(RFID)演变而来，是一种能够让电子设备之间进行非接触式点对点数据传输的短高频无线电技术.NFMI由NXP,NOKIA和Sony共同研制开发，其工作频率为10.6MHz，运行距离70cm左右，NFMI的无线发射功率只有1.62mW(工作电压1.2V，工作电流1.35mA)，对人体的辐射伤害很小，可用于助听器等双耳互传通信领域。它的传输速度有三种，分别是106Kbit/s、212Kbit/s或者424Kbit/s。如下表1所示，NFMI的传输距离相对NFC较远，与高频信号传输(例如：蓝牙)相比其最大的优点是信号穿过人体内部时的损耗非常小。针对在地下、矿井、水下、可穿戴设备和人体内部的医疗电子设备(如胶囊内窥镜、心脏起搏器等)的通信应用，由于在这些场景中环境的损耗角正切大、介电常数高，高频电磁波衰减大；但是环境的磁导率往往与空气相当，NFMI通信的损耗较小，因此可采用NFMI技术通信。
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可见，在将NFC与NFMI结合，可以有效帮助解决一些技术问题，例如：如何实现可穿戴电子设备与手机或电脑终端的快速配对，如何在无线环境下实现更高的数据传输和更低的路径损耗，等等。
附图说明
图1是本发明一可选实施例中双线圈近场通讯结构的示意图；
图2是本发明一可选实施例中双线圈近场通讯结构的侧视图；
图3是本发明一可选实施例中双线圈近场通讯结构的俯视图；
图4是本发明一可选实施例中两个线圈绞合的示意图；
图5是本发明一可选实施例中双线圈近场通讯结构的电路连接示意图；
图中，1-NFMI线圈；2-NFC线圈；3-结构件；4-隔磁片。
具体实施方式
以下将结合图1至图5对本公开可选方案提供的双线圈近场通讯结构与电子设备进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1至图5，本发明提供了一种双线圈近场通讯结构，其也可以理解为一种通讯天线，包括NFC芯片、NFC线圈2、NFMI芯片以及NFMI线圈1，所述NFC线圈2与NFMI线圈1的部分或全部绞在一起，所述NFC线圈2的两端直接或间接连接至所述NFC芯片，所述NFMI线圈1的两端直接或间接连接至所述NFMI芯片。可见，其中NFC有独立的线圈、NFMI有独立的线圈，但彼此不导通。
NFC的工作频率13.56MHz，对天线的电感要求在1-2uH左右，NFMI的工作频率10.6MHz，对于天线的电感要求在4.0uH左右。故NFC线圈2的导线长度会比NFMI线圈1少。两种线圈彼此不导通，各自有电流通过。由于共用隔磁片，两个线圈在工作中会产生互耦合，可以通过将它们相互绞合在一起降低这种互耦。
进一步举例来说，NFC天线的作用主要是连接可穿戴设备与终端，这种连接迅速且安全。NFMI天线的作用是音频信号的传输。在蓝牙耳机里面，由于蓝牙协议只支持点对点通讯，所以无法同时使用蓝牙传输音频信号至二个耳机端。采用蓝牙传输音频信号至一个耳机(通常是右耳)，再通过该耳机传输到另外一个耳机(通常是左耳)。当立体声的音频数据由一个耳塞通过RF(2GHz)传送至另外一个耳塞时，大部分信号被身体组织吸收，造成系统效率极低。NFMI技术工作频率低，即使在低信号强度的条件下也能够通过人体组织进行传播，身体组织产生的球状磁场可以降低来自其他设备的干扰，同时当超过了一定的距离(0.5m左右)，NFMI的衰退会非常厉害，这样信号从而增加安全私密性。故而，本发明可选方案将两种天线的结合，弥补彼此的缺点。
请参考图1至图3，所述的双线圈近场通讯结构还包括结构件3以及设于所述结构件3外侧的隔磁片4，所述NFC线圈2和NFMI线圈1设于所述隔磁片4外侧。
有关所述结构件3，其可以为金属结构件，可以采用电子设备的内置电池或PCB主板，当然，也可为其他。可选方案中，所述结构件3为棱柱结构或圆柱结构，所述隔磁片4、NFC线圈2以及NFMI线圈1位于棱柱结构或圆柱结构的侧面。其他可选方案中，所述结构件为圆球结构或异形柱结构。
其中，隔磁片的作用是降低金属结构件对导线产生的电磁场的吸收，隔磁片的磁导率u’＝150左右，磁损耗u”＝3左右，厚度越厚越好，推荐至少需要0.1mm。图中其中a和a’为NFC线圈2的两端，b和b’为NFMI线圈1的两端，NFMI的线圈比NFC要多。两股线圈必须绞在一起，如图4所示，目的是减少两股线圈相互串扰带来的负面影响。
在可选的实施例中，所述NFC线圈采用单股导线，或者互相导通且互相绞在一起的至少两股导线。所述NFMI线圈采用单股导线，或者互相导通且互相绞在一起的至少两股导线。
图4示意的方案描述的是两股线圈绞在一起的双绞线结构。如果NFC线圈和NFMI线圈采用普通并排绕线，根据法拉第电磁感应定律，当一个线圈工作时，产生的磁力线会在另外一个线圈中形成反向的感应电流。若是采用双绞线，就能够明显减少两股线圈相互串扰带来的负面影响。
图5示意的方案描述的是本公开可选方案所提供的装置的原理简化图。图5中a-a’端通过NFC匹配端接入NFC芯片，b-b’端通过NFMI匹配端接入NFMI芯片。R2和R1发别是NFC/NFMI的线路损耗。NFC线圈和NFMI的一部分以双绞线形式组合在一起，NFMI的剩余部分是单股绕线。
所以，所述的双线圈近场通讯结构还包括NFC匹配电路与NFMI匹配电路，所述NFC线圈通过所述NFC匹配电路连接所述NFC芯片，所述NFMI线圈通过所述NFMI匹配电路连接所述NFMI芯片。
本发明还提供了一种电子设备，包括本公开以上可选方案提供的双线圈近场通讯结构。

Claims (7)

1.一种双线圈近场通讯结构，其特征在于：包括NFC芯片、NFC线圈、NFMI芯片以及NFMI线圈，所述NFC线圈与NFMI线圈的部分或全部绞在一起，所述NFC线圈的两端直接或间接连接至所述NFC芯片，所述NFMI线圈的两端直接或间接连接至所述NFMI芯片；还包括结构件以及设于所述结构件外侧的隔磁片，所述NFC线圈和NFMI线圈设于所述隔磁片外侧；还包括NFC匹配电路与NFMI匹配电路，所述NFC线圈通过所述NFC匹配电路连接所述NFC芯片，所述NFMI线圈通过所述NFMI匹配电路连接所述NFMI芯片。
2.如权利要求1所述的双线圈近场通讯结构，其特征在于：所述结构件为棱柱结构或圆柱结构，所述隔磁片、NFC线圈以及NFMI线圈位于棱柱结构或圆柱结构的侧面。
3.如权利要求1所述的双线圈近场通讯结构，其特征在于：所述结构件为圆球结构或异形柱结构。
4.如权利要求1所述的双线圈近场通讯结构，其特征在于：所述结构件采用电子设备的内置电池或PCB主板。
5.如权利要求1所述的双线圈近场通讯结构，其特征在于：所述NFC线圈采用单股导线，或者互相导通且互相绞在一起的至少两股导线。
6.如权利要求1所述的双线圈近场通讯结构，其特征在于：所述NFMI线圈采用单股导线，或者互相导通且互相绞在一起的至少两股导线。
7.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求1至6任意之一所述的双线圈近场通讯结构。
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