CN220829721U - 有源rfid卡和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种有源RFID卡和系统，其中，该有源RFID卡包括：NFC充电模块，以及与NFC充电模块连接的有源模块；NFC充电模块中布置有无源NFC芯片；NFC充电模块，具有能量采集线圈，与外部的NFC读写器产生射频能量，为有源模块提供电能；并且，NFC充电模块通过能量采集线圈与匹配的NFC读写器通信；有源模块，用于在有源读写器的控制下，触发与有源NFC读写器进行通信。通过本申请，能够基于NFC充电模块为有源RFID卡充电，有效延长有源RFID卡的使用寿命，解决了现有有源RFID卡使用周期短的问题。

Description

有源RFID卡和系统

技术领域

本申请涉及射频识别技术领域，特别是涉及一种有源RFID卡和系统。

背景技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，具有数据存储和传输便利，以及安全传输的特点，主要应用于物流、安防、智慧城市以及人员定位等领域。

在日常生活中有源RFID卡具有更好的实用性和适应性，现有的有源RFID卡主要采用射频芯片加电池的组合形式，需要外部电池提供电能，但电池的寿命客观上限制了有源射频识别标签的使用周期。单张卡片通常配置3V左右的电池，使用寿命在2年左右，一旦电池电量耗尽便无法再次使用，导致有源RFID卡使用周期短的问题。

针对相关技术中存在有源RFID卡使用周期短的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够延长有源RFID卡使用周期的有源RFID卡和系统。

第一个方面，在本实施例中提供了一种有源RFID卡，包括：NFC充电模块，以及与所述NFC充电模块连接的有源模块；所述NFC充电模块中布置有无源NFC芯片；

所述NFC充电模块，具有能量采集线圈，与外部的NFC读写器产生射频能量，为所述有源模块提供电能；并且，所述NFC充电模块通过所述能量采集线圈与匹配的NFC读写器通信；

所述有源模块，用于在有源读写器的控制下，触发与所述有源读写器通信。

在其中的一些实施例中，所述NFC充电模块，包括：能量采集单元、能量管理单元以及电池；

所述能量采集单元的输入端连接所述能量采集线圈的输出端，所述能量采集单元的输出端连接所述能量管理单元的输入端；

所述能量管理单元的输出端连接所述电池的输入端；所述电池的输出端连接所述有源模块。

在其中的一些实施例中，所述NFC充电模块中的能量采集单元和能量管理单元布置于所述无源NFC芯片中。

在其中的一些实施例中，所述无源NFC芯片的输出引脚与所述NFC充电模块中电池连接。

在其中的一些实施例中，所述NFC充电模块，还包括：NFC控制器和数据接口；

所述NFC控制器，与所述数据接口连接，用于区分所述NFC充电模块中无源NFC芯片的功能；

所述数据接口，分别连接所述NFC控制器和外部设备，在所述NFC控制器控制所述无源NFC芯片作为单片机使用时，使所述无源NFC芯片与所述外部设备通信。

在其中的一些实施例中，所述有源模块包括：天线，以及与所述天线连接的有源标签芯片。

在其中的一些实施例中，所述有源标签芯片与所述NFC充电模块中的电池连接，由所述电池为所述有源标签芯片供电。

在其中的一些实施例中，所述无源NFC芯片在匹配的NFC读写器的控制下，将对应引脚的标签信息写入所述NFC读写器进行通信。

在其中的一些实施例中，所述有源RFID卡支持无源NFC和有源标签的两种通信方式。

第二个方面，在本实施例中提供了一种有源RFID系统，包括NFC读写器、有源读写器、以及如第一个方面所述的有源RFID卡；

所述NFC读写器，具有读写器线圈，用于在所述有源RFID卡靠近时，与所述有源RFID卡中的NFC充电模块产生射频能量；以及，与匹配的所述NFC充电模块通信；

所述有源读写器，用于与所述有源RFID卡中的有源模块通信。

与相关技术相比，在本实施例中提供的一种有源RFID卡和系统，包括：NFC充电模块，以及与所述NFC充电模块连接的有源模块；所述NFC充电模块中布置有无源NFC芯片；所述NFC充电模块，具有能量采集线圈，与外部的NFC读写器产生射频能量，为所述有源模块提供电能；并且，所述NFC充电模块通过所述能量采集线圈与匹配的NFC读写器通信；所述有源模块，用于在有源读写器的控制下，触发与所述有源读写器通信。本实施例中能够基于NFC充电模块为有源RFID卡进行充电，有效延长有源RFID卡的使用寿命，解决了现有有源RFID卡使用周期短的问题。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是一个实施例中有源RFID卡的示意图；

图2是一个实施例中采用TN2115S2芯片作为无源NFC芯片的电路原理图；

图3是一个实施例中电池的电路原理图；

图4是一个实施例中有源模块的电路原理图；

图5是另一个实施例中有源RFID卡的示意图；

图6是一个实施例中有源RFID系统的示意图。

具体实施方式

为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。

除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，具有数据存储和传输便利，以及安全传输的特点，主要应用于物流、安防、智慧城市以及人员定位等领域。

在日常生活中有源RFID卡具有更好的实用性和适应性，现有的有源RFID卡主要采用射频芯片加电池的组合形式，需要外部电池提供电能，但电池的寿命客观上限制了有源射频识别标签的使用周期。单张卡片通常配置3V左右的电池，使用寿命在2年左右，一旦电池电量耗尽，有源RFID卡便无法再次使用，因此导致有源RFID卡使用周期短的问题。

在本实施例中提供了一种有源RFID卡，图1是本实施例中有源RFID卡的示意图，如图1所示，有源RFID卡包括：NFC充电模块，以及与NFC充电模块连接的有源模块；NFC充电模块中布置有无源NFC芯片。

NFC充电模块，具有能量采集线圈，与外部的NFC读写器产生射频能量，为有源模块提供电能；并且，NFC充电模块通过能量采集线圈与匹配的NFC读写器通信；有源模块，用于在有源读写器的控制下，触发与有源NFC读写器通信。

其中，有源模块是远距离通信的2.4GHz有源模块，其识别距离是根据有源模块中天线的增益大小决定，通常在40m左右。当有源RFID卡进入有源读写器的有效识别范围，有源读写器控制其中射频模块向有源RFID卡中有源模块发射读取信号，触发有源模块与有源NFC读写器进行通信，接收有源模块的响应，解码有源模块的标签信息，并将标签信息连同有源模块上的其他相关信息一起发送给主机进行处理，实现有源RFID卡与有源NFC读写器的射频识别通信，能够应用于物流、安防、智慧城市以及人员定位等领域。

在本实施例中有源模块由NFC充电模块进行供电，其中，NFC(Near FieldCommunication，近场通信技术)作为近场通信，它可以实现设备之间的数据传输和能量传输，是由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变而来的，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能。

NFC充电模块基于NFC无线充电技术实现，其中涉及无线充电规范(WirelessCharging Specification，WLC)。当有源RFID卡靠近外部的NFC读写器，即有源RFID卡进入NFC读写器的有效范围时，NFC充电模块通过能量采集线圈，从传入的辐射功率接口和射频传输获取由谐振产生的射频能量，同时，NFC充电模块连接有源模块，自动通过采集的射频能量为有源模块提供电能。

上述外部的NFC读写器可以是多种支持进行NFC读写的设备，比如移动终端(手机和电脑等)、支持NFC的门禁等读写器系统。

当有源RFID卡靠近外部的NFC读写器，通过NFC充电模块进行充电时，通过能量采集线圈还能够实现与NFC读写器的通信，其中，能量采集线圈还起到信息通信的作用。

在NFC充电模块中布置无源NFC芯片作为NFC电子标签，通过能量采集线圈与外部的NFC读写器间产生的谐振，实现NFC无线通信。对于属于有源RFID卡下发序列的匹配的NFC读写器，当有源RFID卡靠近匹配的NFC读写器，则自动进行通信，将无源NFC芯片的标签信息提供给NFC读写器。对于不匹配的NFC读写器，能够显示有NFC电子标签靠近，但是无法识别有源RFID卡的内部信息，通信失败。

图2是本实施例中采用TN2115S2芯片作为无源NFC芯片的电路原理图，如图2所示，能量采集线圈与芯片的引脚5(RF_B+)、6(RF_B-)、7(RF_A+)、8(RF_A-)对应，能量采集线圈两端经过与一个电容的两端连接后，对应接到芯片的引脚5和引脚6，或者引脚7和引脚8。无源NFC芯片与NFC读写器通信时，对于匹配的NFC读写器，无源NFC芯片在NFC读写器的控制下将对应引脚的标签信息写入NFC读写器实现通信，与之相对应图2中引脚38所对应的标签信息。

将无源NFC芯片作为NFC电子标签，与NFC读写器通信，只要在NFC读写器的有效范围(射频场范围，通常为10cm左右)，都可以进行自动通信和充电。同时，采用无源NFC芯片可以有效延长有源RFID卡的使用寿命。因此，有源RFID卡支持无源NFC和有源标签的两种通信方式，可以用于进行身份识别。

本实施例中提供的有源RFID卡，包括：NFC充电模块，以及与NFC充电模块连接的有源模块，通过NFC充电模块，能够使用NFC向有源模块提供电能，使有源RFID卡通过有源模块与外部的有源NFC读写器进行射频识别通信。相比电池电量耗尽便无法再次使用的现有的有源RFID卡，本实施例中可以在任何支持NFC的读写器设备上为有源RFID卡进行充电，提供了具有稳定供电的有源RFID卡，解决了有源RFID卡使用周期短的问题。同时，无需传统的充电电线连接和充电接口，有效减小了有源RFID卡的体积。

并且，本实施例中的有源RFID卡能够作为双频复合卡同时支持无源NFC和2.4GHz有源的两种身份识别方式。

在其中的一些实施例中，NFC充电模块包括：能量采集单元、能量管理单元以及电池。

能量采集单元的输入端连接能量采集线圈的输出端，能量采集单元的输出端连接能量管理单元的输入端；能量管理单元的输出端连接电池的输入端；电池的输出端连接有源模块。

具体的，在能量采集单元中，通过能量采集线圈和NFC读写器的射频场谐振产生的射频能量转化为电能，实现能量采集的过程。在能量管理单元中，通过将采集转化的电能整流输出到电池中进行存储，对电池充电，实现能量管理的过程。在电池中，通过电池放电，为有源模块供电。

进一步地，上述NFC充电模块中的能量采集单元和能量管理单元布置于无源NFC芯片中，由上述无源NFC芯片实现上述NFC充电模块中能量采集单元和能量管理单元的功能。通过能量采集线圈，经过无源NFC芯片进行能量采集和能量管理输出。

以图2中的无源NFC芯片为例，通过能量采集线圈，经过芯片TN2115S2进行能量收集和能量管理输出，无源NFC芯片的输出引脚连接NFC充电模块中电池，用于对电池进行充电。图2中引脚17VCAP进行电能的输出，输出引脚与电池相连接，对电池进行充电。图3是本实施例中电池的电路原理图，如图3所示，图3中电池BT1的正极连接VCAP(图2中引脚17)，以储存能量管理单元整流输出的电能。

在其中的一些实施例中，还可以根据电池中的当前电量，当有源RFID卡在NFC读写器的有效范围内，动态控制NFC充电模块进行充电。

通过本实施例中由无源NFC芯片实现NFC充电模块的能量采集和能量管理过程，将输出的能量对电池进行充电，能够通过电池储能为有源模块进行供电，延长有源RFID卡的寿命。

在其中的一些实施例中，NFC充电模块还包括：NFC控制器和数据接口。

数据接口，分别连接NFC控制器和外部设备，在NFC控制器控制无源NFC芯片作为单片机使用时，使无源NFC芯片与外部设备通信。

具体的，上述无源NFC芯片本身是既可以作为NFC电子标签使用，也可以作为一个MCU(单片机)芯片使用。通过NFC充电模块中的NFC控制器，区分无源NFC芯片的功能，是作为NFC电子标签还是作为MCU使用，并且在控制无源NFC芯片作为单片机使用时，数据接口用于提供无源NFC芯片与其他外部设备之间通信的接口。

本实施例中通过提供NFC控制器和数据接口，能够在无源NFC芯片作为单片机使用时，提供通信的数据接口，便于扩展其他功能。

在其中的一些实施例中，有源模块包括天线，以及与天线连接的有源标签芯片。

具体的，天线是用于在标签和读写器之间传输数据的发射和接收设备，在本实施例中，有源模块作为RFID电子标签，由有源标签芯片和内置的天线组成。有源标签芯片中存储着一定格式的电子数据，作为待识别物品的标签信息，是射频识别系统的数据载体。

有源RFID卡进入有源读写器的天线磁场后，在天线接收到匹配的有源读写器发出的特殊射频信号时，可以通过有源模块主动发送一定频率的有源标签芯片的标签信息。有源读写器对信息进行读取和解码后，会将其发送到中央信息系统进行相关数据处理。

进一步地，有源标签芯片与NFC充电模块中的电池连接，由电池为有源标签芯片供电。图4是本实施例中有源模块的电路原理图，采用TLSR8359F64ES16芯片作为有源标签芯片，如图4所示，引脚1(XC1)和引脚2(XC2)与晶振相连，引脚15(ANT)通过一个电容电感组成的匹配电路与天线相连，有源标签芯片由引脚12(VDD)电源输入引脚，与以上图3中电池BT1相连进行供电。

通过本实施例中提供的有源模块，依靠NFC充电模块中能量采集线圈在与NFC读写器通信的时候采集到的能量进行供电，能够实现2.4GHz的远距离射频识别，同时保证了有源RFID卡的使用寿命。

下面通过优选实施例对本实施例进行描述和说明。

图5是本实施例中有源RFID卡的示意图，如图5所示，有源RFID卡包括：NFC充电模块，以及与NFC充电模块连接的有源模块。

NFC充电模块包括：能量采集单元、能量管理单元、电池、NFC控制器以及数据接口。其中，由无源NFC芯片实现NFC充电模块中能量采集单元和能量管理单元的功能，同时，无源NFC芯片还可以作为NFC电子标签，与NFC读写器通信，提供无源NFC芯片的标签信息。

NFC充电模块通过能量采集线圈，与外部的NFC读写器产生射频能量，在能量采集单元中，将能量采集线圈产生的射频能量转化为电能。能量管理单元，与能量管理单元和电池连接，用于将转化得到的电能输入电池进行存储；电池，与能量管理单元和有源模块连接，用于为有源模块进行供电。

NFC控制器，与数据接口连接，用于区分NFC充电模块中无源NFC芯片的功能；数据接口，与NFC控制器和外部设备连接，用于在无源NFC芯片作为单片机时，使无源NFC芯片与外部设备通信。

有源模块包括天线以及与天线连接的有源标签芯片。其中，天线用于接收来自有源读写器的射频信号，并把所要求的标签信息送回给有源读写器；有源标签芯片，用于与匹配的有源读写器通信，通过天线提供有源标签芯片的标签信息。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

本实施例中通过NFC充电模块，能够使用NFC向有源模块提供电能，使有源RFID卡通过有源模块与外部的有源NFC读写器进行射频识别通信。相比电池电量耗尽便无法再次使用的现有的有源RFID卡，本实施例中可以在任何支持NFC的读写器设备上为有源RFID卡进行充电，提供了具有稳定供电的有源RFID卡，解决了有源RFID卡使用周期短的问题。同时，无需传统的充电电线连接和充电接口，有效减小了有源RFID卡的体积。另外，还能够作为双频复合卡同时支持无源NFC和2.4GHz有源的两种身份识别方式。

图6是本实施例中有源RFID系统的示意图，如图6所示，有源RFID系统包括：NFC读写器、有源读写器、以及如以上实施例中图5的有源RFID卡。

NFC读写器，具有读写器线圈，用于在有源RFID卡靠近时，与有源RFID卡中的NFC充电模块产生射频能量；以及，与匹配的NFC充电模块通信；有源读写器，用于与有源RFID卡中的有源模块通信。

具体的，NFC读写器可以是多种支持进行NFC读写的设备，比如移动终端(手机和电脑等)、支持NFC的门禁等读写器系统。当有源RFID卡靠近NFC读写器，进入NFC读写器的有效范围时，自动进行充电和通信，一方面NFC充电模块可以作为NFC电子标签与NFC读写器通信，另一方面，NFC充电模块与NFC读写器中读写器线圈产生射频能量，为有源模块提供电能。

当有源RFID卡进入有源读写器的有效范围，其中有源模块作为RFID的电子标签与有源读写器进行通信。

需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。

应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。

显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。

“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其他实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其他实施例结合。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种有源RFID卡，其特征在于，包括：NFC充电模块，以及与所述NFC充电模块连接的有源模块；所述NFC充电模块中布置有无源NFC芯片；

所述NFC充电模块，具有能量采集线圈，与外部的NFC读写器产生射频能量，为所述有源模块提供电能；并且，所述NFC充电模块通过所述能量采集线圈与匹配的NFC读写器通信；

所述有源模块，用于在有源读写器的控制下，触发与所述有源NFC读写器通信。

2.根据权利要求1所述的有源RFID卡，其特征在于，所述NFC充电模块，包括：能量采集单元、能量管理单元以及电池；

所述能量采集单元的输入端连接所述能量采集线圈的输出端，所述能量采集单元的输出端连接所述能量管理单元的输入端；

所述能量管理单元的输出端连接所述电池的输入端；所述电池的输出端连接所述有源模块。

3.根据权利要求1所述的有源RFID卡，其特征在于，所述NFC充电模块中的能量采集单元和能量管理单元布置于所述无源NFC芯片中。

4.根据权利要求3所述的有源RFID卡，其特征在于，所述无源NFC芯片的输出引脚与所述NFC充电模块中电池连接。

5.根据权利要求1所述的有源RFID卡，其特征在于，所述NFC充电模块，还包括：NFC控制器和数据接口；

所述数据接口，分别连接所述NFC控制器和外部设备，在所述NFC控制器控制所述无源NFC芯片作为单片机使用时，使所述无源NFC芯片与所述外部设备通信。

6.根据权利要求1所述的有源RFID卡，其特征在于，所述有源模块包括：天线，以及与所述天线连接的有源标签芯片。

7.根据权利要求6所述的有源RFID卡，其特征在于，所述有源标签芯片与所述NFC充电模块中的电池连接，由所述电池为所述有源标签芯片供电。

8.根据权利要求1所述的有源RFID卡，其特征在于，所述无源NFC芯片在匹配的NFC读写器的控制下，将对应引脚的标签信息写入所述NFC读写器进行通信。

9.根据权利要求1所述的有源RFID卡，其特征在于，支持无源NFC和有源标签的两种通信方式。

10.一种有源RFID系统，其特征在于，包括NFC读写器、有源读写器、以及如权利要求1-9中任意一项所述的有源RFID卡；

所述NFC读写器，具有读写器线圈，用于在所述有源RFID卡靠近时，与所述有源RFID卡中的NFC充电模块产生射频能量；以及，与匹配的所述NFC充电模块通信；

所述有源读写器，用于与所述有源RFID卡中的有源模块通信。