CN207369033U - 具有能量管理功能的nfc接口 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有能量管理功能的NFC接口，所述NFC接口具有独立的能量天线，所述NFC接口包括能量管理模块和储能模块，能量管理模块与储能模块电连接，能量管理模块用于根据能量天线采集的电能对储能模块充电，还用于在储能模块将能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时，切断对储能模块的充电。本实用新型通过增加能量管理模块来动态管理所采集到的能量，既可大大提高NFC接口的能量接收功率，还对这些电能进行存储管理，从而允许具有这样NFC接口的装置采集到更多能量，并可向外输出更多NFC能量，使得NFC接口具有更广泛的用途。

Description

具有能量管理功能的NFC接口

技术领域

本实用新型涉及无线通信与无线充电领域，涉及一种具有能量管理功能的NFC接口。

背景技术

NFC(Near Field Communication，近场通信)由于使用了磁场作为信息载体，实现了比传统无线通信短得多的通信距离(几厘米)，具有安全性高、使用方便等优点。NFC标准中的一个重要部分是对高频RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)无源接口的继承，允许NFC读写器接口与NFC被动接口之间的通信。如图1所示，NFC读写器101发送的NFC射频信号104给NFC被动标签102。通过NFC射频信号104，NFC读写器101与NFC被动标签102可实现双向半双工通信105，以及单向无线能量传输103。NFC被动标签102接收来自NFC读写器101的射频能量后整流稳压，以维持设备内部运算及外部通信供电需要。然而，传统NFC被动接口的设计源自RFID，信号的接收、发送及能量耦合均通过同一副天线，所以能量转换效率很低，仅能从NFC读写器接口取得很少的能量(大约10mW至20mW)，只能维持无源装置的简单操作，如读写内部内存等。目前，NFC被动接口已被广泛应用于无线支付、蓝牙配对、点对点传输、无源标签等应用，特别是目前以及未来几年内NFC被动接口将被大量应用于如银行双界面卡、新型可视银行卡、智能穿戴式设备、传感网络、未来物联网等对功耗有一定要求的应用，如此低的接收功率将极大地限制了这些应用以及应用可以提供的功能及性能。

现有技术中CN105897312A已公布一种为能量采集和小尺寸优化的NFC标签接口，如图2所示，包括天线201、可调匹配电路202、解调器203、NFC数据接口204、负载调制电路205、整流稳压电路206和能量采集接口207，其中可调匹配电路202能够匹配天线201实现数据传输时天线201具有低Q值以保证通信带宽，无数据传输时具有高Q值从而让整流稳压电路206整流出更多电能，NFC数据接口204在解调器203解调出数据后通过总线向外部传输NFC数据，能量采集接口207在采集能量后向外部传输电能。这是通过可调匹配电路202来改变天线201的Q值状态来使得NFC标签接口获取更多能量的一种方案，缺点是电路形式复杂，成本高，无法储存能量，不能充分利用能量，而且也要求获取NFC能量的外部设备的负载特性为连续、稳定，否则由于负载突变的瞬间(约几十微秒)将拉低整流稳压电路206的输出电压，使得整流稳压电路206不能正常工作而影响整个NFC标签接口的正常工作。

现有技术中CN105099527A已公布一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口，如图3所示，NFC通信接口包括通信天线301、能量天线302、通信天线匹配电路303、NFC收发器304、能量天线匹配电路305、桥式整流306和DC/DC(直流转换直流)307，其中通信天线301、通信天线匹配电路303、NFC收发器304完成NFC收发通信并向外输出NFC数据，能量天线匹配电路305、桥式整流306和DC/DC307完成较多的能量采集及向外输出NFC能量。这是通过增加天线的方式，即通信天线301仍为低Q值天线保证通信带宽，能量天线302为高Q值天线来独立采集能量，从而实现更多能量的获取，但缺点是无法储存能量，不能充分利用能量，而且也要求获取NFC能量的外部设备的负载特性为连续、稳定，否则由于负载突变的瞬间(约几十微秒)将拉低DC/DC电路307的输出电压，使得DC/DC电路307不能正常工作而影响整个NFC通信接口的正常工作。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统单天线的NFC接口能量转换效率低或者虽然通过匹配调节来提高能量转换效率，但增加了电路复杂性和成本且无法充分利用能量和有效保证能量转换电路工作正常，而采用独立能量天线的NFC接口虽然能获得较多能量，但也无法充分利用能量和有效保证能量转换电路工作正常的缺陷，提供一种具有能量管理功能的NFC接口。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型提供一种具有能量管理功能的NFC接口，所述NFC接口具有独立的能量天线，其特点是，所述NFC接口包括能量管理模块和储能模块，所述能量管理模块与所述储能模块电连接，所述能量管理模块用于根据所述能量天线采集的电能对所述储能模块充电，还用于在所述储能模块将所述能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时，切断对所述储能模块的充电。

本方案中，首先通过采用独立的能量天线可以采集到更多能量，然后通过能量管理模块将能量有效地储存到储能模块中，从而提高能量利用效率。但鉴于储能模块一般具有极低的ESR(Equivalent Series Resistance，等效串联电阻)，在充电时阻抗很低，需要较大的充电电流，特别是在上电起始段储能模块一般会将输入电压值瞬间(比如几十微秒时长)拉低，从而造成其他电路的供电电压过低而不能正常工作。因此，需要能量管理模块能够根据能量天线采集到的电能来动态管理储能模块的充电，还要求能量管理模块在充电管理过程中能够快速响应，即在储能模块将能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时，及时切断充电，使能量天线采集到的电能可以恢复到正常值，从而确保储能模块既可以充电，又不会将电压拉得过低而影响了其他电路的正常工作。其中，第一电压阈值的具体取值一般应根据实际应用要求进行配置，以满足不同应用需求，但一般应在3.3V至10V之间。

较佳地，所述能量管理模块包括充电开关，所述充电开关与所述储能模块电连接，所述能量管理模块还用于控制所述充电开关的导通和关断。其中，充电开关可优选如MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)等具有导通阻抗小、响应速度快的器件，这样可保证充电开关具有较快的响应速度。

较佳地，所述充电开关还包括充电禁止控制端，所述充电禁止控制端用于强行关断所述充电开关。其中，充电禁止端可让NFC接口强行关断充电开关，以便及时、可靠地保护NFC接口。

较佳地，所述能量管理模块还包括第一电压比较器和第一电压配置电路，所述第一电压配置电路用于生成所述第一电压阈值，所述第一电压比较器的两个输入端分别输入所述第一电压阈值和所述能量天线采集的电能，所述第一电压比较器的输出端与所述充电开关电连接，所述第一电压比较器用于在所述能量天线采集的电能的电压高于所述第一电压阈值时，输出导通信号至所述充电开关，否则输出关断信号至所述充电开关。

本方案中，通过第一电压比较器对能量天线采集的电能进行判断，当采集的电能高于第一电压阈值时产生导通信号使充电开关导通，这样能量管理模块就通过充电开关将电能向储能模块充电；否则输出关断信号使充电开关关断，这样能量管理模块就停止将电能向储能模块充电，以保证其他电路的正常工作。

较佳地，所述能量管理模块还包括放电开关，所述储能模块通过所述放电开关与外部负载电连接，所述能量管理模块还用于控制所述放电开关的导通和关断。其中，所述能量管理模块在将所述能量天线采集的电能向所述储能模块充电的同时，还通过放电开关将该电能向外部负载提供；在只有所述储能模块的储能时，所述能量管理模块就通过所述放电开关将所述储能模块存储的电能向外部负载放电；放电开关可优选如MOSFET等具有导通阻抗小、响应速度快的器件，这样可保证放电开关具有较快的响应速度。

较佳地，所述充电开关的响应时间小于10μs，和/或，所述放电开关的响应时间小于10μs。

较佳地，所述能量管理模块还包括第二电压比较器和第二电压配置电路，所述第二电压配置电路用于生成第二电压阈值，所述第二电压比较器的两个输入端分别输入所述第二阈值电压和所述储能模块的电能，所述第二电压比较器的输出端与所述放电开关电连接，所述第二电压比较器用于在所述储能模块存储的电能的电压值低于所述第二电压阈值时，输出关断信号至所述放电开关，否则输出导通信号至所述放电开关。其中，第二电压阈值的具体取值一般应根据实际应用要求进行配置，以满足不同应用需求，但一般应在2.4V至5V之间。

较佳地，所述能量管理模块还包括第三电压比较器和第三电压配置电路，所述第三电压配置电路用于生成第三电压阈值，所述第二电压阈值低于所述第三电压阈值，所述第三电压比较器的两个输入端分别输入所述第三电压阈值和所述储能模块的电能，所述第三电压比较器用于在所述储能模块存储的电能的电压值低于所述第三电压阈值时，输出一告警信号，所述NFC接口用于根据所述告警信号向外部负载进行放电告警。其中，第二电压阈值应低于第三电压阈值，且第三电压阈值的具体取值一般应根据实际应用要求进行配置，以满足不同应用需求，但一般应在3.3V至7V之间。

较佳地，所述第一电压比较器、所述第二电压比较器和所述第三电压比较器的传播延迟时间均小于5μs。其中，第一电压比较器、第二电压比较器和第三电压比较器均可优选传播延迟时间小的高速模拟比较器，这样可保证比较器能及时输出信号。

较佳地，所述NFC接口还包括天线匹配电路，所述天线匹配电路用于匹配所述能量天线以提高能量接收效率。其中，通过天线匹配电路可进一步提高能量天线的能量转换效率，这样就能通过能量天线采集到更多的电能。

较佳地，所述NFC接口还包括独立的接收天线、独立的发射天线、解调模块、负载调制模块、NFC控制器，所述接收天线与所述解调模块电连接，所述发射天线与所述负载调制模块电连接，所述NFC控制器分别与所述解调模块、所述负载调制模块电连接，所述接收天线用于接收NFC读卡器发射的NFC信号并发送至所述解调模块，所述解调模块解调后将解调数据传输至所述NFC控制器，所述NFC控制器用于按照预定格式将待发送数据传输至所述负载调制模块，由所述负载调制模块调制后通过所述发射天线向NFC读卡器发送NFC信号。

本方案中，接收天线、解调模块、NFC控制器构成NFC接收通道，而NFC控制器、负载调制模块和发射天线构成NFC发射通道，这时接收天线和发射天线在13.56MHz频率附近时可采用具有较低的带负载Q值(Loaded Q-factor，又叫有载Q值)的天线，这样的天线可保证有足够的通信带宽。另外，若天线本身无法提供低的带负载Q值，还可以使用匹配电路通过匹配来降低带负载Q值。接收天线的圈数较少，在与常见NFC读写器通信时，感应出的电压较低(比如峰峰值Vpp<1.5V)，这样的电压无需变换就可以直接用在常见CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)器件进行信号处理与解调。同时，较低的电压意味着信号接收电路消耗的NFC射频能量较低，有利于提高能量接收效率。发送天线的低负载状态和高负载状态的带负载Q值一般需控制在5-20之间。负载调制模块一般具有很低的导通内阻(比如小于10Ω)，有利于提高高负载状态时的发送信号强度。

较佳地，所述NFC接口还包括独立的通信天线、解调模块、负载调制模块、NFC控制器，所述通信天线分别与所述解调模块、所述负载调制模块电连接，所述通信天线接收NFC读卡器发射的NFC信号并发送至所述解调模块，所述解调模块解调后将解调数据传输至所述NFC控制器，所述NFC控制器用于按照预定格式将待发送数据传输至所述负载调制模块，由所述负载调制模块调制后通过所述通信天线向NFC读卡器发送NFC信号。

较佳地，所述NFC接口还包括数据缓存模块和总线接口模块，所述数据缓存模块分别与所述NFC控制器、所述总线接口模块电连接，所述总线接口模块与外部负载电连接，所述数据缓存模块用于缓存所述NFC控制器与外部负载之间交换的NFC数据，所述总线接口模块用于与外部负载进行NFC数据的通信。其中，所述总线接口模块包括常见的串行数据总线接口。

较佳地，所述NFC接口还包括载波恢复模块，所述载波恢复模块与所述能量天线或者所述接收天线电连接，所述载波恢复模块用于从相应的所述能量天线或者所述接收天线采集的电能中恢复出NFC载波信号。

本方案中，通过载波恢复模块从NFC射频信号中恢复出负载调制所需的时钟，从而取消了昂贵的晶体振荡器，大大降低了成本和体积，还能为负载调制提供更高的时钟精度和稳定度。

较佳地，所述载波恢复模块包括隔直偏置电路和第四电压比较器，所述能量天线或者所述接收天线为差分天线，所述第四电压比较器的两个输入端通过所述隔直偏置电路分别与所述差分天线电连接，所述隔直偏置电路用于产生一直流偏置电压，所述直流偏置电压用于为所述第四电压比较器的两个输入端提供相同直流偏置，所述隔直偏置电路还用于将所述差分天线采集的交流差分信号传输至所述第四电压比较器，以及对所述差分天线直流隔离，所述第四电压比较器用于输出恢复出的NFC载波信号。其中，直流偏置电压一般优选为第四电压比较器的电源电压的一半，以便于为比较器输入端的交流信号提供最合适偏置，让交流信号的峰峰值幅度最大可达到电源电压，从而让交流信号的正半周与负半周尽量对称。

较佳地，所述直流偏置电路包括第一隔直电容、第二隔直电容、第一电阻、第二电阻和偏置电压发生器，所述第一隔离电容的一端连接所述差分天线的一端，所述第一隔离电容的另一端分别与所述第一电阻的一端、所述第四电压比较器的一个输入端连接，所述第二隔离电容的一端与所述差分天线的另一端连接，所述第二隔离电容的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第四电压比较器的另一输入端连接，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端均与所述偏置电压发生器的输出端连接，所述偏置电压发生器用于产生并输出所述直流偏置电压。

较佳地，所述NFC接口还包括整流模块和稳压模块，所述整流模块分别与所述能量天线、所述稳压模块、所述能量管理模块电连接，所述能量管理模块还与外部负载电连接；所述整流模块用于对所述能量天线采集的电能进行整流，并生成直流电能后分别输出至所述稳压模块和所述能量管理模块；所述稳压模块用于对所述直流电能进行稳压，并为所述NFC接口提供工作电源；所述能量管理模块用于根据所述直流电能对所述储能模块充电，还用于根据所述储能模块存储的电能向外部负载放电。

较佳地，所述整流模块包括二极管整流桥，所述二极管整流桥中二极管在导通电流为20mA时二极管压降小于1V，和/或，所述稳压模块包括线性稳压器或开关稳压器，所述稳压模块的输出电压范围为1.7V～3.6V。

较佳地，所述储能模块包括储能电容器。

较佳地，所述储能电容器的电容值为22μF～0.47F。其中，电容器的耐压一般根据天线耦合特性来确定，但一般需在9V以上。另外，为降低电容器的ESR以提升存储效率，可采用多个电容并联的方式。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型通过增加能量管理模块来动态管理所采集到的能量，既可大大提高NFC接口的能量接收功率，还对这些电能进行存储管理，从而允许具有这样NFC接口的装置采集到更多能量，并可向外输出更多NFC能量，使得NFC接口更广泛地被推广到各种应用中，以便装置提供更多的应用功能，提高应用的性能以及让用户获得更好的体验。

附图说明

图1为传统的NFC被动标签与NFC读卡器进行通信的示意图。

图2为现有技术中的一种为能量采集和小尺寸优化的NFC标签接口的组成示意图。

图3为现有技术中的一种具有独立能量接收天线的无源NFC通信接口的组成示意图。

图4为本实用新型的实施例1的一种具有能量管理功能的NFC接口的组成示意图。

图5为本实用新型的实施例1的一种具有能量管理功能的NFC接口的能量管理模块的组成示意图。

图6为本实用新型的实施例1的一种具有能量管理功能的NFC接口的载波恢复模块的组成示意图。

图7为本实用新型的实施例2的一种具有能量管理功能的NFC接口的组成示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将实用新型限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例涉及一种具有能量管理功能的NFC接口，如图4所示，所述NFC接口具有独立的能量天线401，所述NFC接口包括能量管理模块402和储能模块403，能量管理模块402与储能模块403电连接，能量管理模块402用于根据能量天线401采集的电能(如图4中所示的“待存储的电能”)对储能模块403充电，还用于在储能模块403将能量天线401采集到的电压拉低到第一电压阈值时，切断对储能模块403的充电。具体实施时，储能模块403可优选储能电容器，储能电容器的电容值可在22μF～0.47F范围内优选，具体电容值可根据实际需要进行选择，容量越大的电容器可存储的电能越多，平滑效果也更好，但上电时充电时间更长，用户需要等待的时间也更长。电容器的耐压一般需根据能量天线401的耦合特性来确定，但一般需在9V以上。还有，为降低电容ESR以提升存储效率，可采用多个电容并联的方式来构成储能模块403。另外，鉴于电容器具有极低的ESR，电容器在上电起始段一般会将输入电压值瞬间(比如几十微秒时长)拉低，从而造成其他电路的供电电压过低而不能正常工作。因此，要求能量管理模块402在能量传输中具有快速响应特性，即在储能模块403将能量天线401采集到的电压拉低到第一电压阈值时，切断对储能模块403的充电，以便保证在上电瞬间电容器不至于将电压拉低过低而影响了其他电路的正常工作。

进一步，本实施例具体实施中，如图5所示，能量管理模块402包括充电开关4021，充电开关4021与储能模块403电连接，能量管理模块402还用于控制充电开关4021的导通和关断，若充电开关4021导通则向储能模块403充电，若充电开关4021关断则切断对储能模块403的充电。具体实施时，能量管理模块402还包括第一电压比较器U1和第一电压配置电路4022，第一电压配置电路4022用于生成第一电压阈值，第一电压比较器U1的两个输入端分别输入所述第一电压阈值和能量天线401采集的电能(如图5中所示的“待存储电能”)，第一电压比较器U1的输出端与充电开关4021电连接，第一电压比较器U1用于在能量天线401采集的电能的电压高于所述第一电压阈值时，输出导通信号至充电开关4021，否则输出关断信号至充电开关4021。这样可以保证能量天线401采集到的电压总是高于第一电压阈值，确保系统供电稳定。

进一步，本实施例中，充电开关4021还包括充电禁止控制端，当有充电禁止信号时所述充电禁止控制端用于强行关断充电开关4021。其中，充电禁止控制端可让NFC接口强行关断充电开关，以便及时、可靠地保护NFC接口，比如当NFC接口正在收发NFC射频信号时，为避免干扰收发，这时就可通过充电禁止控制端暂时中止对储能模块403的充电。

进一步，本实施例中，能量管理模块402还包括放电开关4023，储能模块403通过放电开关4023与外部负载(外部负载未在图中标识)电连接，能量管理模块402还用于控制放电开关4023的导通和关断，若放电开关4023导通则向外部负载放电，若放电开关4023关断则停止向外部负载放电。其中，能量管理模块402在将能量天线401采集的电能向储能模块403充电的同时，还通过放电开关4023将该电能向外部负载提供；在只有储能模块403的储能时，能量管理模块402就通过放电开关4023将储能模块403存储的电能向外部负载放电。

进一步，本实施例中，能量管理模块402还包括第二电压比较器U2和第二电压配置电路4024，第二电压配置电路4024用于生成第二电压阈值，第二电压比较器U2的两个输入端分别输入所述第二阈值电压和储能模块403的电能，第二电压比较器U2的输出端与放电开关4023电连接，第二电压比较器U2用于在储能模块403存储的电能的电压值低于所述第二电压阈值时，输出关断信号至放电开关4023，否则输出导通信号至放电开关4023。另外，能量管理模块402还可将该关断信号输出，这时所述NFC接口就能获知该关断信号，从而知道内部的状态，以便进行接口管理，比如NFC接口复位一些内部状态，以便于当供电恢复NFC接口能立即唤醒状态。

进一步，本实施例中，能量管理模块402还包括第三电压比较器U3和第三电压配置电路4025，第三电压配置电路4025用于生成第三电压阈值，第二电压阈值低于所述第三电压阈值，第三电压比较器U3的两个输入端分别输入第三电压阈值和储能模块403的电能，第三电压比较器U3用于在储能模块403存储的电能的电压值低于所述第三电压阈值时，输出一告警信号，所述NFC接口用于根据所述告警信号向外部负载进行放电告警，这样在停止向外部负载放电前，给出告警，让外部负载立即降低能量消耗，以便于外部负载及时处理和保存数据。

本实施例具体实施时，充电开关4021、放电开关4023均可优选如MOSFET等具有导通阻抗小、响应速度快的器件，这样可保证开关具有较快的响应速度，开关的响应时间应小于10μs。

本实施例具体实施时，第一电压比较器U1、第二电压比较器U2和第三电压比较器U3均可优选传播延迟时间小的高速模拟比较器，这样可保证比较器能及时输出信号，且比较器的传播延迟时间应小于5μs。

本实施例具体实施时，第一电压配置电路4022、第二电压配置电路4024和第三电压配置电路4025在产生相应电压阈值时，可从能量管理模块402的外部进行配置，即NFC接口可通过配置第一电压配置电路4022、第二电压配置电路4024和第三电压配置电路4025的参数来相应实现所述第一电压阈值、第二电压阈值和第三电压阈值的配置，这样便于NFC接口根据实际需要来配置相应电压阈值。其中，第一电压阈值一般应在3.3V至10V之间；第二电压阈值一般应在2.4V至5V之间；第三电压阈值一般应在3.3V至7V之间。当然，第二电压阈值还应低于第三电压阈值。

进一步，本实施例中，所述NFC接口还包括独立的接收天线407、独立的发射天线408、解调模块409、负载调制模块411、NFC控制器410，接收天线407与解调模块409电连接，发射天线408与负载调制模块411电连接，NFC控制器410分别与解调模块409、负载调制模块411电连接，接收天线407用于接收NFC读卡器发射的NFC信号并发送至解调模块409，解调模块409解调后将解调数据传输至NFC控制器410，NFC控制器410用于按照预定格式将待发送数据打包后传输至负载调制模块411，由负载调制模块411调制后通过发射天线408向NFC读卡器发送NFC信号。因此，接收天线407、解调模块409、NFC控制器410构成NFC接收通道，而NFC控制器410、负载调制模块411和发射天线408构成NFC发射通道，这时接收天线407和发射天线408在13.56MHz频率附近时可采用具有较低的带负载Q值(Loaded Q-factor，又叫有载Q值)的天线，这样的天线可保证有足够的通信带宽。另外，若天线本身无法提供低的带负载Q值，还可以使用匹配电路(这里的匹配电路图中未标识)通过匹配来降低带负载Q值。接收天线407的圈数较少，在与常见NFC读写器通信时，感应出的电压较低(比如峰峰值Vpp<1.5V)，这样的电压无需变换就可以直接用在常见CMOS器件进行信号处理与解调。同时，较低的电压意味着信号接收电路消耗的NFC射频能量较低，有利于提高能量接收效率。发送天线408的低负载状态和高负载状态的带负载Q值一般需控制在5-20之间。负载调制模块411一般具有很低的导通内阻(比如小于10Ω)，这样有利于提高高负载状态时的发送信号强度。

进一步，本实施例中，所述NFC接口还包括数据缓存模块413和总线接口模块414，数据缓存模块413分别与NFC控制器410、总线接口模块414电连接，总线接口模块414与外部负载(图中未标识)电连接，数据缓存模块413用于缓存NFC控制器410与外部负载之间交换的NFC数据，总线接口模块414用于与外部负载进行NFC数据的通信，这里的NFC数据一般包括改变NFC接口的一项或几项配置、读写NFC接口内部存储器内容、传送待发送数据、取回已接收数据等。

进一步，本实施例中，所述NFC接口还包括载波恢复模块412，载波恢复模块412与接收天线407电连接，载波恢复模块412用于从接收天线407采集的电能中恢复出NFC载波信号。这时，通过载波恢复模块412从NFC射频信号中恢复出时钟信号，该时钟信号用来驱动NFC控制器410内部逻辑，控制接收与发送时的时序，可做到与NFC读写器时序同步，这时可取消原来昂贵的晶体振荡器，大大降低了成本和体积，还能提供更高的时钟精度和稳定度。

进一步，本实施例具体实施中，如图6所示，载波恢复模块412包括隔直偏置电路4121和第四电压比较器U4，其中载波恢复模块412的供电电源为VDD，接收天线407为差分天线，第四电压比较器U4的两个输入端通过隔直偏置电路4121分别与天线电连接，隔直偏置电路4121用于产生一直流偏置电压，直流偏置电压用于为第四电压比较器U4的两个输入端提供相同基准电压作为直流偏置，隔直偏置电路4121还用于将天线采集的交流差分信号传输至第四电压比较器U4，以及对天线进行直流隔离，第四电压比较器U4的输出端就获得去掉调制的13.56Mhz载波信号，即恢复出的NFC载波信号。其中，直流偏置电压一般优选为第四电压比较器的电源电压的一半，以便于为比较器输入端的交流信号提供最合适偏置，让交流信号的峰峰值幅度最大可达到电源电压，从而让交流信号的正半周与负半周尽量对称和不失真。具体实施时，隔直偏置电路4121包括第一隔直电容C1、第二隔直电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2和偏置电压发生器41211，第一隔离电容C1的一端连接收天线407的一端，第一隔离电容C1的另一端分别与第一电阻R1的一端、第四电压比较器U4的一个输入端连接，第二隔离电容C2的一端与接收天线407的另一端连接，第二隔离电容C2的另一端分别与第二电阻R2的一端、第四电压比较器U4的另一输入端连接，第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端均与偏置电压发生器41211的输出端连接，偏置电压发生器41211用于产生并输出所述直流偏置电压。

进一步，本实施例中，所述NFC接口还包括能量天线匹配电路404、整流模块405和稳压模块406，能量天线匹配电路404用于匹配能量天线401以提高能量接收效率，整流模块405分别与能量天线匹配电路404、稳压模块406、能量管理模块402电连接，能量管理模块402还与外部负载电连接；整流模块405用于对能量天线401采集的电能进行整流，并生成直流电能后分别输出至稳压模块406和能量管理模块402；稳压模块406用于对所述直流电能进行稳压，并为所述NFC接口提供工作电源；能量管理模块402用于根据所述直流电能(如图4中所示的“待存储电能”)对储能模块403充电，还用于根据储能模块403存储的电能向外部负载放电。具体实施时，能量天线匹配电路404可根据实际进行取舍，若能量天线自身特性就足够采集到能量，这时可省去能量天线匹配电路404，以节省成本和体积；整流模块405包括二极管整流桥，所述二极管整流桥中二极管在导通电流为20mA时二极管压降小于1V，低管压降有利于降低能耗。另外，稳压模块406包括线性稳压器或开关稳压器，稳压模块406的输出电压范围为1.7V～3.6V，具体电压值可根据所述NFC接口的供电需求进行设计。

为便于直观理解本实用新型的实际效果，下面为对实施例1涉及的具有能量管理功能的NFC接口进行了能量接收测量，通过将实施例1的具有能量管理功能的NFC接口与传统NFC标签接口进行能量采集测试对比，其中使用具有NFC功能的手机作为传统NFC读卡器，且实施例1中能量天线的大小与测试用的传统NFC标签的天线相同，测试对比结果如表1所示。

表1测试比对结果

手机型号	本实施例的NFC接口	传统NFC标签
			三星Galaxy S4	65mW	10mW
华为Mate9	120mW	15mW
			苹果iPhone7(iOS11)	100mW	17mW
努比亚	220mW	27mW

测试结果表明，在相同测试条件下，实施例1涉及的具有能量管理功能的NFC接口可以采集到的能量并比传统NFC标签所采集的能量多得多，结果表明了实施例1涉及的具有能量管理功能的NFC接口更有效地采集能量。

实施例2

本实施例涉及的一种具有能量管理功能的NFC接口与实施例1的基本相同，不同之处在于，如图7所示，所述NFC接口采用独立的通信天线415代替实施例1中的接收天线407和发射天线408，其中通信天线415分别与解调模块409、负载调制模块411电连接，能量天线401分别与载波恢复模块412和能量天线匹配电路404连接，这时就可简化一副天线，进一步降低成本和体积。鉴于除上述区别外，实施例2与实施例1基本相同，这里其余内容就不再赘述。另外，鉴于能量天线401感应出的电压值一般较高，所以在具体实施时，载波恢复模块412需要将这个较高的电压降低后再为常见CMOS电路供电，这时降压一般可以通过电阻或电容分压实现，这里不再赘述。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (20)

1.一种具有能量管理功能的NFC接口，所述NFC接口具有独立的能量天线，其特征在于，所述NFC接口包括能量管理模块和储能模块，所述能量管理模块与所述储能模块电连接，所述能量管理模块用于根据所述能量天线采集的电能对所述储能模块充电，还用于在所述储能模块将所述能量天线采集到的电压拉低到第一电压阈值时，切断对所述储能模块的充电。

2.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述能量管理模块包括充电开关，所述充电开关与所述储能模块电连接，所述能量管理模块还用于控制所述充电开关的导通和关断。

3.如权利要求2所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述充电开关还包括充电禁止控制端，所述充电禁止控制端用于强行关断所述充电开关。

4.如权利要求2所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述能量管理模块还包括第一电压比较器和第一电压配置电路，所述第一电压配置电路用于生成所述第一电压阈值，所述第一电压比较器的两个输入端分别输入所述第一电压阈值和所述能量天线采集的电能，所述第一电压比较器的输出端与所述充电开关电连接，所述第一电压比较器用于在所述能量天线采集的电能的电压高于所述第一电压阈值时，输出导通信号至所述充电开关，否则输出关断信号至所述充电开关。

5.如权利要求4所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述能量管理模块还包括放电开关，所述储能模块通过所述放电开关与外部负载电连接，所述能量管理模块还用于控制所述放电开关的导通和关断。

6.如权利要求5所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述充电开关的响应时间小于10μs，和/或，所述放电开关的响应时间小于10μs。

7.如权利要求5所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述能量管理模块还包括第二电压比较器和第二电压配置电路，所述第二电 压配置电路用于生成第二电压阈值，所述第二电压比较器的两个输入端分别输入所述第二电压阈值和所述储能模块的电能，所述第二电压比较器的输出端与所述放电开关电连接，所述第二电压比较器用于在所述储能模块存储的电能的电压值低于所述第二电压阈值时，输出关断信号至所述放电开关，否则输出导通信号至所述放电开关。

8.如权利要求7所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述能量管理模块还包括第三电压比较器和第三电压配置电路，所述第三电压配置电路用于生成第三电压阈值，所述第二电压阈值低于所述第三电压阈值，所述第三电压比较器的两个输入端分别输入所述第三电压阈值和所述储能模块的电能，所述第三电压比较器用于在所述储能模块存储的电能的电压值低于所述第三电压阈值时，输出一告警信号，所述NFC接口用于根据所述告警信号向外部负载进行放电告警。

9.如权利要求8所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述第一电压比较器、所述第二电压比较器和所述第三电压比较器的传播延迟时间均小于5μs。

10.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述NFC接口还包括天线匹配电路，所述天线匹配电路用于匹配所述能量天线以提高能量接收效率。

11.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述NFC接口还包括独立的接收天线、独立的发射天线、解调模块、负载调制模块、NFC控制器，所述接收天线与所述解调模块电连接，所述发射天线与所述负载调制模块电连接，所述NFC控制器分别与所述解调模块、所述负载调制模块电连接；

所述接收天线用于接收NFC读卡器发射的NFC信号并发送至所述解调模块，所述解调模块解调后将解调数据传输至所述NFC控制器；

所述NFC控制器用于按照预定格式将待发送数据传输至所述负载调制 模块，由所述负载调制模块调制后通过所述发射天线向NFC读卡器发送NFC信号。

12.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述NFC接口还包括独立的通信天线、解调模块、负载调制模块、NFC控制器，所述通信天线分别与所述解调模块、所述负载调制模块电连接；

所述通信天线用于接收NFC读卡器发射的NFC信号并发送至所述解调模块，所述解调模块解调后将解调数据传输至所述NFC控制器；

所述NFC控制器用于按照预定格式将待发送数据传输至所述负载调制模块，由所述负载调制模块调制后通过所述通信天线向NFC读卡器发送NFC信号。

13.如权利要求11或12所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述NFC接口还包括数据缓存模块和总线接口模块，所述数据缓存模块分别与所述NFC控制器、所述总线接口模块电连接，所述总线接口模块与外部负载电连接，所述数据缓存模块用于缓存所述NFC控制器与外部负载之间交换的NFC数据，所述总线接口模块用于与外部负载进行NFC数据的通信。

14.如权利要求11所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述NFC接口还包括载波恢复模块，所述载波恢复模块与所述能量天线或者所述接收天线电连接，所述载波恢复模块用于从相应的所述能量天线或者所述接收天线采集的电能中恢复出NFC载波信号。

15.如权利要求14所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述载波恢复模块包括隔直偏置电路和第四电压比较器，所述能量天线或者所述接收天线为差分天线，所述第四电压比较器的两个输入端通过所述隔直偏置电路分别与所述差分天线电连接，所述隔直偏置电路用于产生一直流偏置电压，所述直流偏置电压用于为所述第四电压比较器的两个输入端提供相同直流偏置，所述隔直偏置电路还用于将所述差分天线采集的交流差分信号 传输至所述第四电压比较器，以及对所述差分天线直流隔离，所述第四电压比较器用于输出恢复出的NFC载波信号。

16.如权利要求15所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述隔直偏置电路包括第一隔直电容、第二隔直电容、第一电阻、第二电阻和偏置电压发生器，所述第一隔直电容的一端连接所述差分天线的一端，所述第一隔直电容的另一端分别与所述第一电阻的一端、所述第四电压比较器的一个输入端连接，所述第二隔直电容的一端与所述差分天线的另一端连接，所述第二隔直电容的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第四电压比较器的另一输入端连接，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端均与所述偏置电压发生器的输出端连接，所述偏置电压发生器用于产生并输出所述直流偏置电压。

17.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述NFC接口还包括整流模块和稳压模块，所述整流模块分别与所述能量天线、所述稳压模块、所述能量管理模块电连接，所述能量管理模块还与外部负载电连接；

所述整流模块用于对所述能量天线采集的电能进行整流，并生成直流电能后分别输出至所述稳压模块和所述能量管理模块；

所述稳压模块用于对所述直流电能进行稳压，并为所述NFC接口提供工作电源；

所述能量管理模块用于根据所述直流电能对所述储能模块充电，还用于根据所述储能模块存储的电能向外部负载放电。

18.如权利要求17所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述整流模块包括二极管整流桥，所述二极管整流桥中二极管在导通电流为20mA时二极管压降小于1V，和/或，所述稳压模块包括线性稳压器或开关稳压器，所述稳压模块的输出电压范围为1.7V～3.6V。

19.如权利要求1所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于， 所述储能模块包括储能电容器。

20.如权利要求19所述的具有能量管理功能的NFC接口，其特征在于，所述储能电容器的电容值为22μF～0.47F。