CN208298191U - 一种收发装置及读卡器 - Google Patents

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丁敬峰
付运旭
宋灵建
余振兴
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Abstract

本实用新型提供了一种收发装置及读卡器。该收发装置包括:微控制单元、收发电路、第一检波电路和第二检波电路,所述第一检波电路与所述收发电路中的第一节点连接,所述第二检波电路与所述收发电路中的第二节点连接,所述第一节点和所述第二节点的输出信号为差分信号,所述第一检波电路和所述第二检波电路的并联电路与所述微控制单元的接收接口连接,所述收发电路与所述微控制单元的差分发射接口连接。本实用新型还公开了具有上述收发装置的读卡器。本实用新型可以有效地降低现有技术中收发装置信号载波干扰大而影响收发装置灵敏度的情景,可以有效地提高其通信距离。

Description

一种收发装置及读卡器
技术领域
本实用新型涉及通信领域,更具体地涉及一种收发装置及具有该收发装置的读卡器。
背景技术
近场通信又称近距离无线通信,是一种短距离的高频无线通信技术,允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输、交换数据,是由免接触式射频识别(RadioFrequency Identification,RFID)演变而来,其基础是RFID及互连技术。射频识别系统包括RFID电子标签和RFID读卡器。RFID电子标签与RFID读卡器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合。在耦合通道内,根据时序关系,实现能量的传递和数据的交换。RFID读卡器通过天线与RFID电子标签进行无线通信,可以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作。
RFID的基本工作原理是:RFID电子标签进入磁场后,接收RFID读卡器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在RFID电子标签芯片中的产品信息(PassiveTag,无源标签或被动标签),RFID读卡器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
由于RFID读卡器需要在发射功率能够给无源标签提供足够能量的同时接受RFID电子标签微弱的反应信号,RFID读卡器的发射功率和收发装置灵敏度都要求比较高,特别是在要求大的读卡距离的时候,RFID读卡器的读卡距离、发射功率和收发装置的灵敏度性能并不是线性提高,而是要求指数级别的提高。
发生在RFID读卡器和RFID电子标签之间的射频信号的耦合类型有两种::
(1)电感耦合,依据电磁感应定律,通过空间高频交变磁场实现耦合;
(2)电磁反向散射耦合:依据电磁波的空间传播规律,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时携带回目标信息。
现有技术中,在RFID读卡器和RFID电子标签之间的射频信号为电感耦合时,存在发射机自身发出的载波信号对本身收发装置的干扰较大的问题。
实用新型内容
鉴于上述问题提出了本实用新型,以便提供一种至少部分地解决上述问题的收发装置及具有该收发装置的读卡器。
根据本实用新型一个方面,提供了一种收发装置,包括:微控制单元、收发电路、第一检波电路和第二检波电路,
所述第一检波电路与所述收发电路中的第一节点连接,所述第二检波电路与所述收发电路中的第二节点连接,所述第一节点和所述第二节点的输出信号为差分信号,所述第一检波电路和所述第二检波电路的并联电路与所述微控制单元的接收接口连接,
所述收发电路与所述微控制单元的差分发射接口连接。
示例性地,所述第一检波电路包括串联连接的第一耦合电容、第一滤波电路和第一单向导通电路,所述第二检波电路包括串联连接的第二耦合电容、第二滤波电路和第二单向导通电路。
示例性地,所述第一单向导通电路的第一端到第二端正向导通,所述第二单向导通电路的第一端到第二端正向导通,所述第一单向导通电路的第一端与所述第一节点连接,所述第二单向导通电路的第一端与所述第二节点连接。
示例性地,所述第一滤波电路包括第一滤波电容和第一负载电阻组成的第一并联电路,和/或,所述第二滤波电路包括第二滤波电容和第二负载电阻组成的第二并联电路。
示例性地,还包括偏置电容,所述偏置电容与所述微控制单元的偏置电路中的偏置电阻并联。
示例性地,所述微控制单元设置有偏置接口,所述偏置电阻设置在所述微控制单元外部并连接在所述偏置接口与所述接收接口之间。
示例性地,所述收发电路包括电磁兼容性滤波单元、匹配电路和天线。
示例性地,所述匹配电路为巴伦/变压器匹配电路。
根据本实用新型一个方面,提供了一种读卡器,所述读卡器包括上述的收发装置。
本实用新型通过利用差分信号提高了传统检波电路的信号质量,降低了收发装置电路的性能要求。可以有效地降低现有技术中近场通信收发装置信号载波干扰大而影响收发装置灵敏度的情景,可以有效地提高收发装置的通信距离。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述,为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
通过结合附图对本实用新型实施例进行更详细的描述,本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中,相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
图1示出本实用新型一实施例的收发装置的框图;
图2示出图1的收发装置的示意性电路图;
图3示出本实用新型另一实施例的收发装置的电路图;
图4示出本实用新型又一实施例的收发装置的电路图;
图5示出本实用新型再一实施例的收发装置的电路图。
具体实施方式
为了使得本实用新型的目的、技术方案和优点更为明显,下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例实施例。显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例,而不是本实用新型的全部实施例,应理解,本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。
为了解决上文所述的问题,本实用新型实施例提供一种收发装置及具有该收发装置的读卡器。
现有的收发装置前端可以简单地通过二极管检波电路来实现基带包络信号的提取。将调幅波通过检波二极管。由于检波二极管的单向导电特性,调幅信号的负向部分被截去,仅留下其正向部分。此时如在调幅信号的每个信号周期取平均值(低通滤波),所得为调幅信号的波包(envelope),即为基带低频信号,实现了解调(检波)功能。
参见图1,图1示出本实用新型一个实施例的收发装置的框图。本实用新型的收发装置,包括:微控制单元1、收发电路2、第一检波电路3和第二检波电路4。该微控制单元1例如可以是读卡器芯片,微控制单元1包括接收接口RX和差分发射接口TX,收发电路2中包括第一节点VEMC_p和第二节点VEMC_n,其中,所述第一检波电路3与所述收发电路2中的第一节点VEMC_p连接,所述第二检波电路4与所述收发电路2中的第二节点VEMC_n连接,所述第一节点VEMC_p和所述第二节点VEMC_n的输出信号为差分信号,所述第一检波电路3和所述第二检波电路4的并联电路与所述微控制单元1的接收接口RX连接,所述收发电路2与所述微控制单元1的差分发射接口TX连接。其中,该差分发射接口TX包括第一差分发射接口TX1和第二差分发射接口TX2,该第一节点VEMC_p位于与第一差分发射接口TX1连接的收发电路上,第二节点VEMC_n位于与第一差分发射接口TX2连接的收发电路上。该收发装置利用差分信号提高了检波电路的信号质量,有利于增加系统整体的鲁棒性。而且,还可以有效地降低信号载波干扰对收发装置灵敏度的影响,进而有效地提高收发装置的通信距离。
参见图2,图2示出根据图1的收发装置的一个示意性电路图。本实施例的微控制单元可由读卡器芯片实现。读卡器芯片可包括多个接口。其中,RX是接收接口,TX1、TX2分别是第一、第二差分发射接口,GND是接地端。TVSS为瞬变电压脉冲抑制器接口。VTX1、VTX2、VEMC_P、VEMC_n、VANT_P、VANT_N为电路中的各节点。电感LEMC和电容CEMC共同组成电磁兼容性滤波单元21。电容CSER和电容CPAR共同组成匹配电路22。最右侧虚线框内的电容、电感和电阻共同组成天线23。由图2可以看到输出的电磁兼容性滤波单元21和匹配电路22是对称的差分结构,而接收电路是单端接收。
在一个实施例中,所述第一检波电路3可包括串联连接的第一耦合电容、第一滤波电路和第一单向导通电路,所述第二检波电路4包括串联连接的第二耦合电容、第二滤波电路和第二单向导通电路。
在一个实施例中,所述第一单向导通电路的第一端到第二端正向导通,所述第二单向导通电路的第一端到第二端正向导通。所述第一单向导通电路的第一端与所述第一节点VEMC_p连接,所述第二单向导通电路的第一端与所述第二节点VEMC_n连接。或者,第一、第二单向导通电路也可以反向导通,即所述第一单向导通电路的第一端到第二端反向导通,所述第二单向导通电路的第一端到第二端反向导通。第一、第二单向导通电路正向导通或反向导通均可,对技术方案的实现并无实质性影响。
第一单向导通电路或第二单向导通电路可以采用二极管、三极管或金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor,MOS)管等具体单向导通功能的器件实现,还可以采用具有单向导通功能的多个元件组成的组合电路来实现。
在一个实施例中,第一滤波电路包括第一滤波电容和第一负载电阻组成的第一并联电路,和/或,第二滤波电路包括第二滤波电容和第二负载电阻组成的第二并联电路。应理解,上述仅为滤波电路的一个例子,本实施例中的滤波电路还可以为其他具有滤波功能的电路,例如,还可以对上述滤波电路进行等价变形以得到其他结构的滤波电路。例如,第一负载电阻与一电容组成串联电路,该串联电路与第一滤波电容组成的并联电路也可以作为第一滤波电路,类似地还可以得到第二滤波电路,此处不再赘述。
收发电路2可以是现有的用于读卡器的收发电路或未来出现的用于读卡器的收发电路,本实施例中对此不予限定。例如,所述收发电路2包括电磁兼容性滤波单元21、匹配电路22和天线23。例如,电磁兼容性滤波单元21、匹配电路22和天线23串联连接。第一节点VEMC_p和第二节点VEMC_n位于电磁兼容性滤波单元21与匹配电路22之间。
在一个实施例中,所述电磁兼容性滤波单元21包括两个滤波电容CEMC和两个滤波电感LEMC,两个滤波电感LEMC的一端分别与第一差分发射接口TX1和第二差分发射接口TX2连接,两个滤波电感LEMC各自的另一端分别与两个滤波电容CEMC的第一端连接,两个滤波电容CEMC的第二端接地。每个滤波电容CEMC的第一端还与匹配电路22的一个第一端连接,匹配电路22的两个第二端与天线的两个端口连接。所述第一节点VEMC_p位于与所述第一差分发射接口TX1连接的滤波电感LEMC和与该滤波电感LEMC连接的滤波电容CEMC之间,所述第二节点VEMC_n位于与所述第二差分发射接口TX2连接的滤波电感LEMC和与该滤波电感LEMC连接的滤波电容CEMC之间。
另外,收发电路2也可以不包括电磁兼容性滤波单元21。例如,对于MCU的差分发射接口TX发出的是正弦波的情况,差分发射接口TX可以直接与匹配电路22连接。此时,第一节点VEMC_p和第二节点VEMC_n位于差分发射接口与匹配电路22之间。
由图2可以看出,该收发装置利用差分信号提高了检波电路的信号质量,降低了对电路的性能要求。
和普通检波电路不一样的是,本实用新型充分利用了匹配电路和发射电路的对称性,对单端的接收电路提供差分高频载波检波电路信号输入,在增加了很少器件的基础上可带来如下有益效果:减小了载波纹波干扰;增大了检波的纹波频率,使其更加容易被下一级基带放大器滤除;且提高了收发装置的灵敏度。
参见图3,其中示出了根据本实用新型另一个实施例的电路图。在本实施例中,其他部分电路的组成和连接关系与图2所示实施例相同,其区别在于,本实施例还包括偏置电容Cbias,所述偏置电容Cbias与所述微控制单元1的偏置电路中的偏置电阻Rbias并联。其中,微控制单元1的偏置电路可以设置于内部,也可以在外部实现。本实施例的偏置电阻Rbias设置在所述微控制单元1外部,所述微控制单元1设置有偏置接口Bias,所述偏置电阻Rbias连接在所述偏置接口Bias与所述接收接口RX之间。所述偏置电阻Rbias用于偏置所述微控制单元1的输入直流。
参见图4及图5,同时参见图3,图4及图5实施例中,其他部分电路的组成和结构与图3所示的实施例相同,图4中,与图3所示实施例不同之处在于,本实施例中收发电路2的匹配电路22为变压器匹配电路,例如可以为巴伦或变压器5匹配电路。图5中,与图4所示实施例的区别在于,巴伦或变压器5匹配电路和EMC滤波单元之间通过传输线6连接,该传输线6例如可以是平行双导线、平行多导线、同轴线或带状线,可根据实际需要选择,对此不做限制,以方便需要较远距离设置天线的情况,使得本实用新型应用更加灵活方便。
根据本实用新型另一方面,还提供了一种读卡器。其包括上述收发装置,该读卡器例如为近场通信(Near Field Communication,NFC)读卡器、高频RFID读卡器或身份证读卡器等。相较于现有技术,具有上述收发装置的读卡器可以在功率不变的前提下有效增加读卡距离。
本实用新型通过利用差分信号提高了检波电路的信号质量,降低了收发装置电路的性能要求。如图3、图4及图5所示,本实用新型中的检波电路可以有效降低现有技术中近场通信收发装置信号载波干扰大而影响收发装置灵敏度的情景。与现有技术不同的是,本实用新型充分利用了匹配电路和EMC滤波电路的对称性,在增加了很少元器件的基础上带来了如下效果:
减小了载波纹波干扰;平衡了输出和接收的负载;将检波的纹波频率增大了一倍,更加容易被下一级基带放大器滤除;并提高了收发装置的灵敏度。因而可以有效提高收发装置的通信距离,让读卡器的读卡距离达到RFID在最小功率时的工作距离。
应注意,以上各个实施例描述中,在两个元件“连接”时,这两个元件可以直接连接,也可以通过一个或多个中间元件/介质间接地连接。两个元件连接的方式可包括接触方式或非接触方式。本领域技术人员可以对以上描述的示例连接方式进行等价替换或修改,这样的替换或修改均落入本申请的保护范围内。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例,应理解上述示例实施例仅仅是示例性的,并且不意图将本实用新型的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其特征在于进行各种改变和修改,而不偏离本实用新型的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本实用新型的范围之内。
在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
本领域的技术人员可以理解,除了特征之间相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明,本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种收发装置,其特征在于,包括:微控制单元、收发电路、第一检波电路和第二检波电路,
所述第一检波电路与所述收发电路中的第一节点连接,所述第二检波电路与所述收发电路中的第二节点连接,所述第一节点和所述第二节点的输出信号为差分信号,所述第一检波电路和所述第二检波电路的并联电路与所述微控制单元的接收接口连接,
所述收发电路与所述微控制单元的差分发射接口连接。
2.根据权利要求1所述的收发装置,其特征在于,所述第一检波电路包括串联连接的第一耦合电容、第一滤波电路和第一单向导通电路,所述第二检波电路包括串联连接的第二耦合电容、第二滤波电路和第二单向导通电路。
3.根据权利要求2所述的收发装置,其特征在于,所述第一单向导通电路的第一端到第二端正向导通,所述第二单向导通电路的第一端到第二端正向导通,所述第一单向导通电路的第一端与所述第一节点连接,所述第二单向导通电路的第一端与所述第二节点连接。
4.根据权利要求3所述的收发装置,其特征在于,所述第一滤波电路包括第一滤波电容和第一负载电阻组成的第一并联电路,和/或,所述第二滤波电路包括第二滤波电容和第二负载电阻组成的第二并联电路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的收发装置,其特征在于,还包括偏置电容,所述偏置电容与所述微控制单元的偏置电路中的偏置电阻并联。
6.根据权利要求5所述的收发装置,其特征在于,所述微控制单元设置有偏置接口,所述偏置电阻设置在所述微控制单元外部并连接在所述偏置接口与所述接收接口之间。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的收发装置,其特征在于,所述收发电路包括电磁兼容性滤波单元、匹配电路和天线。
8.根据权利要求7所述的收发装置,其特征在于,所述匹配电路为巴伦/变压器匹配电路。
9.一种读卡器,其特征在于,所述读卡器包括上述权利要求1-8中任意一项所述的收发装置。
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