DE102014118071B4

DE102014118071B4 - Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung und Schaltverfahren zur Verwendung derselben

Info

Publication number: DE102014118071B4
Application number: DE102014118071.2A
Authority: DE
Inventors: Chien-Ting Ho; Chien-Chih Chen; Keng-Chih Lin; Yen-Liang Kuo; Chih-Jen Hu
Original assignee: HTC Corp
Current assignee: HTC Corp
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: DE102014118071A1; US20160006290A1; US9608473B2

Abstract

Eine Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine Spule, die konfiguriert ist, um elektromagnetische Wellen zu empfangen; ein Abstimmungsmodul, das mit der Spule elektrisch verbunden ist; ein Nahfeldkommunikationsmodul, beinhaltend: einen Abschwächer, der konfiguriert ist, um die Energie der von dem Abstimmungsmodul übertragenen elektromagnetischen Wellen abzuschwächen; und eine Nahfeldkommunikationssteuerschaltung, die mit dem Abschwächer elektrisch verbunden ist; ein Drahtloslademodul; eine Leistungsspeichervorrichtung, die mit dem Drahtloslademodul elektrisch verbunden ist; und einen Schalter, der mit dem abstimmbaren Modul, dem Nahfeldkommunikationsmodul und dem Drahtloslademodul elektrisch verbunden ist, wobei die elektromagnetischen Wellen in der Lage sind, sich magnetisch an die Spule zu koppeln, so dass die Spule Signale der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul auf das Nahfeldkommunikationsmodul überträgt oder die Energie der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul und das Drahtloslademodul auf die Leistungsspeichervorrichtung überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Frequenzdetektor, der mit dem Schalter elektrisch verbunden ist und konfiguriert ist, um eine Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen zu detektieren, und eine Steuereinheit, die mit dem Frequenzdetektor und dem Schalter elektrisch verbunden ist, und konfiguriert ist, um die von dem Frequenzdetektor detektierte Betriebsfrequenz zu empfangen beinhaltet, wobei die Steuereinheit den Schalter steuert, um gemäß der Betriebsfrequenz das Abstimmungsmodul und das Nahfeldkommunikationsmodul miteinander zu verbinden oder das Abstimmungsmodul und das drahtlose Lademodul miteinander zu verbinden.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung.
Beschreibung verwandter Techniken
Mit der Entwicklung der Drahtlosübertragungstechnologie weisen immer mehr portable (beispielsweise handgehaltene oder tragbare) elektronische Produkte Drahtlosübertragungsfunktionen auf. Durch das Ersetzen der Verbindungsdrähte ermöglicht die Drahtlosübertragungstechnologie, dass die elektronischen Produkte ein Signal oder Energie mit Übertragungsquellen übertragen können, ohne dass sie dabei physikalisch verbunden sind, aber über Antennen, die elektromagnetische Wellen senden/empfangen.
In der Drahtlosübertragungstechnologie sind gegenwärtig die Drahtlosladetechnologie und die Nahfeldkommunikationstechnologie Haupttrends und beide benötigen im Prinzip Antennen, um elektromagnetische Wellen zu senden/empfangen. Die Drahtlosladetechnologie empfängt elektromagnetische Wellen, um Vorrichtungen aufzuladen und die Nahfeldkommunikationstechnologie sendet/empfängt Signale durch das Koppeln von elektromagnetischen Wellen. So sind beispielsweise aus der DE 10 2011 055 809 A1 Nahfeldkommunikations-(NFC)-Leseeinrichtungen, die das kabellose Auslesen entsprechender „tags“ ermöglichen, und aus der DE 10 2006 037 668 A1 Elemente, die als Antennen zu Kommunikationszwecken und gleichzeitig als induktive Elemente zur Energiewandlung dienen bekannt. Die JP 2014-079 091 A offenbart ein System, in dem beide Technologien vereint sind. Obgleich die Drahtlosübertragungstechnologie den Betrieb erleichtert, erschweren zu viele Drahtlosübertragungsmodule und die dazugehörigen Antennen den Aufbau der tragbaren elektronischen Produkte. Dies kann die Miniaturisierung der tragbaren elektronischen Produkte nicht nur weiter erschweren sondern kann auch deren Leistungsverhalten verschlechtern.
ÜBERSICHT
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, umfassend eine Spule, ein Abstimmungsmodul, ein Nahfeldkommunikationsmodul, ein Drahtloslademodul und eine Leistungsspeichervorrichtung. Die Spule ist konfiguriert, um elektromagnetische Wellen zu empfangen. Das Abstimmungsmodul ist mit der Spule elektrisch verbunden. Das Nahfeldkommunikationsmodul umfasst einen Abschwächer und eine Nahfeldkommunikationssteuerschaltung. Der Abschwächer ist konfiguriert, um die Energie der elektromagnetischen Wellen, die von dem Abstimmungsmodul übertragen werden, abzuschwächen. Die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung ist mit dem Abschwächer elektrisch verbunden. Die Leistungsspeichervorrichtung ist mit dem Drahtloslademodul elektrisch verbunden. Die elektromagnetischen Wellen sind in der Lage, sich magnetisch an die Spule zu koppeln, so dass die Spule Signale der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul auf das Nahfeldkommunikationsmodul überträgt oder die Energie der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul und das Drahtloslademodul auf die Leistungsspeichervorrichtung überträgt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Drahtloslademodul einen Gleichrichter und eine integrierte Schaltung mit Leistungsverwaltung. Der Gleichrichter ist konfiguriert, um die elektromagnetischen Wellen zu einem Gleichstrom gleichzurichten. Die integrierte Schaltung mit Leistungsverwaltung ist konfiguriert, um den Gleichstrom auf die Leistungsspeichervorrichtung zu übertragen und die Leistungsübertragung der Leistungsspeichervorrichtung zu verwalten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Drahtloslademodul ferner einen Schalter, der mit dem Gleichrichter und der integrierten Schaltung mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden ist. Der Schalter weist eine Leistungsschwelle auf. Wenn eine Leistung des Gleichstroms höher ist als die Leistungsschwelle, sind der Gleichrichter und die integrierte Schaltung mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden; und wenn die Leistung des Gleichstroms niedriger ist als die Leistungsschwelle, dann ist der Schalter offen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Schalter ein einpoliger Ein-/Ausschalter.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Drahtloslademodul ferner einen Spannungswandler, der konfiguriert ist, um eine Spannung des Gleichstroms anzupassen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Drahtloslademodul ferner einen übertragenden Transceiver, der mit dem Spannungswandler elektrisch verbunden ist und konfiguriert ist, um mit einer Übertragungsquelle zu kommunizieren, um zu entscheiden, ob der Spannungswandler gemäß einem Übertragungsergebnis mit der Übertragungsquelle betätigt werden soll.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Drahtloslademodul eine Abgleichschaltung, die konfiguriert ist, um eine Impedanz zwischen der Spule und einer Übertragungsquelle abzugleichen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Nahfeldkommunikationsmodul ferner eine Abgleichschaltung, die konfiguriert ist, um eine Impedanz zwischen der Spule und einer Übertragungsquelle abzugleichen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner einen Schalter, der mit dem abstimmbaren Modul, dem Nahfeldkommunikationsmodul und dem Drahtloslademodul elektrisch verbunden ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner einen Frequenzdetektor und eine Steuereinheit. Der Frequenzdetektor ist mit dem Schalter elektrisch verbunden und ist konfiguriert, um eine Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen zu detektieren. Die Steuereinheit ist mit dem Frequenzdetektor und dem Schalter elektrisch verbunden und ist konfiguriert, um die von dem Frequenzdetektor detektierte Betriebsfrequenz zu empfangen. Die Steuereinheit steuert den Schalter, um gemäß der Betriebsfrequenz das Abstimmungsmodul und das Nahfeldkommunikationsmodul miteinander zu verbinden oder das Abstimmungsmodul und das Drahtloslademodul miteinander zu verbinden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Abstimmungsmodul ein erstes Abstimmungselement und ein zweites Abstimmungselement. Das erste Abstimmungselement ist mit dem Nahfeldkommunikationsmodul und der Spule elektrisch verbunden. Das zweite Abstimmungselement ist mit dem Drahtloslademodul und der Spule elektrisch verbunden. Die Kapazität des ersten Abstimmungselements ist kleiner als die Kapazität des zweiten Abstimmungselements.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Abstimmungsmodul ein abstimmbarer Kondensator.
In einer oder mehreren Ausführungsformen definiert die Spule durch eine geschleifte Konfiguration ein Durchgangsloch. Das Nahfeldkommunikationsmodul, das Drahtloslademodul und die Leistungsspeichervorrichtung bilden einen Metallbereich, der sich in dem Durchgangsloch befindet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ändert sich der Querschnittsbereich des Durchgangslochs entlang einer Achse des Durchgangslochs.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner eine erste Abschirmschicht, die sich zwischen dem Metallbereich und der Spule befindet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner ein Gehäuse, das sich um die Spule herum befindet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner eine zweite Abschirmschicht, die sich zwischen dem Gehäuse und der Spule befindet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die erste Abschirmschicht konfiguriert, um ein Träger der Spule zu sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Gehäuse konfiguriert, um ein Träger der Spule zu sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die zweite Abschirmschicht konfiguriert, um ein Träger der Spule zu sein.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner eine tragbare Struktur, die konfiguriert ist, um es einem Benutzer zu ermöglichen, die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung zu tragen. Die Spule befindet sich an der Oberfläche eines Körpers der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, von dem Benutzer entfernt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Schaltverfahrens von Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladung, umfassend das Detektieren der Betriebsfrequenz von elektromagnetischen Wellen, die von einer Spule empfangen wurden. Es wird ein Nahfeldkommunikationsmodus oder ein Drahtloslademodus ausgewählt, um gemäß der Betriebsfrequenz fortzufahren. Wenn der Nahfeldkommunikationsmodus ausgewählt wird, wird die Energie der elektromagnetischen Wellen abgeschwächt und dann wird die Information der elektromagnetischen Wellen verarbeitet. Wenn der Drahtloslademodus ausgewählt wird, wird die Energie der elektromagnetischen Wellen auf eine Leistungsspeichervorrichtung übertragen.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Auswählen des Nahfeldkommunikationsmodus das Verarbeiten einer Übertragungsbestätigung mit einer Übertragungsquelle. Wenn die Übertragungsbestätigung positiv ist, werden Signale der elektromagnetischen Wellen verarbeitet; und wenn die Übertragungsbestätigung negativ ist, wird die Verarbeitung der Signale der elektromagnetischen Wellen angehalten.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst das Auswählen des Drahtloslademodus das Verarbeiten einer Übertragungsbestätigung mit einer Übertragungsquelle. Wenn die Übertragungsbestätigung positiv ist, wird die Energie der elektromagnetischen Wellen auf die Leistungsspeichervorrichtung übertragen; und wenn die Übertragungsbestätigung negativ ist, wird die Übertragung der Energie der elektromagnetischen Wellen angehalten.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein Funktionsblockschema einer Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Funktionsblockschema einer Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Flussdiagramm eines Schaltverfahrens der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Flussdiagramm eines Schaltverfahrens der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A ist ein dreidimensionales Diagramm der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5B ist ein Explosionsdiagramm der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung von 5A;
6 ist eine Draufsicht einer Drahtlosladequelle;
7A und 7B sind dreidimensionale Ansichten von Spulen gemäß noch zwei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
8 ist eine schematische Darstellung einer Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung und eines Benutzers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nun wird im Detail auf die vorliegenden Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Soweit dies möglich ist, werden in den Zeichnungen und in der Beschreibung für den Bezug auf gleiche oder ähnliche Teile jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
1 ist ein Funktionsblockschema einer Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung kann beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Smartwatch oder eine handgehaltene Vorrichtung mit einer Kommunikationsfunktion sein. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung umfasst eine Spule 110, ein Abstimmungsmodul 120, ein Nahfeldkommunikationsmodul 130, ein Drahtloslademodul 140, eine Leistungsspeichervorrichtung 150, und kann andere Elemente wie etwa ein Anzeigeelement, einen zentralen Prozessor und ein Berührungseingabeelement (nicht gezeigt) umfassen. Die Spule 110 ist konfiguriert, um elektromagnetische Wellen zu empfangen. Das Abstimmungsmodul 120 ist beispielsweise aus Kondensatoren zusammengesetzt, ist mit der Spule 110 elektrisch verbunden. Das Nahfeldkommunikationsmodul 130 umfasst einen Abschwächer 132 und eine Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134. Der Abschwächer 132 ist konfiguriert, um die Energie der elektromagnetischen Wellen, die von dem Abstimmungsmodul 120 übertragen werden, abzuschwächen. Die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 ist mit dem Abschwächer 132 elektrisch verbunden. Die Leistungsspeichervorrichtung 150 ist mit dem Drahtloslademodul 140 elektrisch verbunden. Die elektromagnetischen Wellen sind in der Lage, sich magnetisch an die Spule 110 zu koppeln, so dass die Spule 110 Signale der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul 120 auf das Nahfeldkommunikationsmodul 130 überträgt oder die Energie der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul 120 und das Drahtloslademodul 140 auf die Leistungsspeichervorrichtung 150 überträgt. Es versteht sich, dass in dieser Ausführungsform das Nahfeldkommunikationsmodul 130 und das Drahtloslademodul 140 zwei Anschlüsse der Spule 110 teilen.
Kurz, die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform kann die Nahfeldkommunikationsfunktion und die Drahtlosladefunktion mit der einzelnen Spule 110 erreichen, wodurch die gesamte Dicke der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung reduziert wird und die Designs vereinfacht werden. Insbesondere kann, da sowohl die Nahfeldkommunikation als auch die Drahtlosladung die Spule 110 als eine Antenne brauchen, um die elektromagnetischen Wellen zu koppeln, die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung der vorliegenden Erfindung dieselbe Spule 110 verwenden und das Abstimmungsmodul 120 kann die Kopplungsfrequenz der Spule 110 ändern. Gemäß unterschiedlicher Kopplungsfrequenz können die elektromagnetischen Wellen auf das Nahfeldkommunikationsmodul 130 oder das Drahtloslademodul 140 übertragen werden. Wenn die Signale der elektromagnetischen Wellen durch die Spule 110 und das Abstimmungsmodul 120 auf das Nahfeldkommunikationsmodul 130 übertragen werden, kann der Abschwächer 132 des Nahfeldkommunikationsmoduls 130 die Energie der elektromagnetischen Wellen abschwächen, d. h. den Qualitätsfaktor des magnetischen Koppelns reduzieren, um die Energie der elektromagnetischen Wellen da vor Sättigung zu bewahren, wo Sättigung Signalverzerrungen erzeugt. Die Abschwächungssignale können auf die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 übertragen werden, um die Signalverarbeitung der Nahfeldkommunikation vorzunehmen.
In dieser Ausführungsform umfasst das Abstimmungsmodul 120 ein erstes Abstimmungselement 122 und ein zweites Abstimmungselement 124. Das erste Abstimmungselement 122 ist mit dem Nahfeldkommunikationsmodul 130 und der Spule 110 elektrisch verbunden. Das zweite Abstimmungselement 124 ist mit dem Drahtloslademodul 140 und der Spule 110 elektrisch verbunden. Die Kapazität des ersten Abstimmungselements 122 ist kleiner als diejenige des zweiten Abstimmungselements 124. Genauer kann sowohl das erste Abstimmungselement 122 als auch das zweite Abstimmungselement 124 ein Kondensator sein. Eine erste Kopplungsfrequenz kann durch das erste Abstimmungselement 122 und die Spule 110 durchgeführt werden, und eine zweite Kopplungsfrequenz, die sich von der ersten Kopplungsfrequenz unterscheidet, kann durch das zweite Abstimmungselement 124 und die Spule 110 durchgeführt werden. Wenn daher die Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen die erste Kopplungsfrequenz ist, können die elektromagnetischen Wellen auf das Nahfeldkommunikationsmodul 130 übertragen werden; wenn die Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen die zweite Kopplungsfrequenz ist, können die elektromagnetischen Wellen auf das Drahtloslademodul 140 übertragen werden. Da die Kapazität des ersten Abstimmungselements 122 kleiner ist als diejenige des zweiten Abstimmungselements 124, ist die erste Kopplungsfrequenz höher als die zweite Kopplungsfrequenz.
Beispielsweise beträgt die erste Kopplungsfrequenz 13,56 MHz und die zweite Kopplungsfrequenz beträgt 6,78 MHz, welche die magnetische Resonanzfrequenz ist, die von der Alliance for Wireless Power (A4WP) eingeführt wurde. Wenn die Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen um 13,56 MHz herum beträgt, können die elektromagnetischen Wellen magnetisch an die Spule 110 und das erste Abstimmungselement 122 gekoppelt werden, so dass sie elektromagnetischen Wellen durch das erste Abstimmungselement 122 auf das Nahfeldkommunikationsmodul 130 übertragen werden können. Wenn die Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen um 6,78 MHz herum beträgt, können die elektromagnetischen Wellen magnetisch an die Spule 110 und das zweite Abstimmungselement 124 gekoppelt werden, so dass die elektromagnetischen Wellen durch das zweite Abstimmungselement 124 auf das Drahtloslademodul 140 übertragen werden können. Mit der Kombination aus der Spule 110 und dem Abstimmungsmodul 120 kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine Nahfeldkommunikationsfunktion und eine Drahtlosladefunktion erreichen. Außerdem ist es wissenswert, dass in dieser Ausführungsform die Spule 110, da die erste Kopplungsfrequenz die harmonische Frequenz der zweiten Kopplungsfrequenz ist, sowohl die erste Kopplungsfrequenz als auch die zweite Kopplungsfrequenz senden/empfangen kann, solange die Spule 110 eine effektive elektrische Länge aufweist, die die zweite Kopplungsfrequenz senden/empfangen kann.
In dieser Ausführungsform umfasst das Drahtloslademodul 140 einen Gleichrichter 142 und eine integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung. Der Gleichrichter 142 ist konfiguriert, um die elektromagnetischen Wellen in einen Gleichstrom gleichzurichten. Die integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung ist konfiguriert, um den Gleichstrom auf die Leistungsspeichervorrichtung 150 zu übertragen und die Leistungsübertragung der Leistungsspeichervorrichtung 150 zu verwalten. Genauer kann, wenn die Kopplungsfrequenz der Spule 110 die zweite Kopplungsfrequenz ist, der induzierte Strom, der durch die Spule 110 erzeugt wird, auf den Gleichrichter 142 übertragen werden, der den induzierten Strom zu Gleichstrom gleichrichtet. In der Folge überträgt die integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung den Gleichstrom auf die Leistungsspeichervorrichtung 150, um dadurch den Ladevorgang des Drahtloslademoduls 140 zu beenden. Es sei bemerkt, dass die integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung, wenn die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung Leistung braucht, Leistung von der Leistungsspeichervorrichtung 150 auf die anderen Elemente transferieren kann. Die funktioniert derart, dass sie den Leistungstransfer der Leistungsspeichervorrichtung 150 verwaltet und ein Überladen verhindert. In anderen Ausführungsformen kann jedoch der Gleichstrom zunächst in einer temporären Leistungsspeichervorrichtungen (nicht gezeigt) gespeichert werden, bevor der Gleichstrom von der integrierten Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung auf die Leistungsspeichervorrichtung 150 übertragen wird. Die Leistung in der temporären Leistungsspeichervorrichtung kann dann auf die Leistungsspeichervorrichtung 150 als Reaktion auf das Empfangen von Anweisungen von der integrierten Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung übertragen werden und dadurch den Ladevorgang beenden. Die temporäre Leistungsspeichervorrichtung kann sich innerhalb oder außerhalb des Drahtloslademoduls 140 befinden und die temporäre Leistungsspeichervorrichtung ist zwischen der integrierten Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung und der Leistungsspeichervorrichtung 150 verbunden.
Außerdem umfasst das Drahtloslademodul 140 in dieser Ausführungsform einen Schalter 143, der mit dem Gleichrichter 142 und der integrierten Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden ist. Der Schalter 143 weist eine Leistungsschwelle auf. Wenn eine Leistung des Gleichstroms höher ist als die Leistungsschwelle, sind der Gleichrichter 142 und die integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden, und wenn die Leistung des Gleichstroms niedriger ist als die Leistungsschwelle, dann ist der Schalter 143 offen. Im Allgemeinen kann die Leistungsschwelle über dem Spitzenwert des Nahfeldkommunikationssignals angesetzt werden, wodurch verhindert wird, dass die Energie der elektromagnetischen Wellen in die Leistungsspeichervorrichtung 150 ausläuft, wenn der Drahtloslademodus aus ist. Wenn außerdem der Drahtloslademodus auf fortfahren ist, ist die Leistung des Gleichstroms höher als die Leistungsschwelle des Schalters 143, so dass der Gleichrichter 142 und die integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden sind, und die Energie der elektromagnetischen Wellen kann auf die Leistungsspeichervorrichtung 150 übertragen werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann der Schalter 143 ein einpoliger Ausschalter (SPST-Schalter) sein und der beanspruchte Bereich der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt.
In dieser Ausführungsform kann das Drahtloslademodul 140 ferner eine Abgleichschaltung 146 umfassen, die konfiguriert ist, um die Impedanz zwischen der Spule 110 und einer Übertragungsquelle (nicht gezeigt) abzugleichen, wobei die Übertragungsquelle konfiguriert ist, um elektromagnetische Wellen der Drahtlosladung bereitzustellen. Wenn daher die Übertragungsquelle die elektromagnetischen Wellen auf die Spule 110 überträgt, kann die Abgleichschaltung 146 die Impedanz zwischen der Übertragungsquelle und der Spule 110 abgleichen; auch kann sie die zweite Kopplungsfrequenz fein abstimmen. Daher weisen die elektromagnetischen Wellen und die Spule 110 bessere magnetische Kopplung auf, wobei von dem Empfangen von Energie des Drahtloslademoduls 140 profitiert wird.
Das Nahfeldkommunikationsmodul 130 kann ferner auch eine Abgleichschaltung 136 umfassen, die konfiguriert ist, um die Impedanz zwischen der Spule 110 und einer anderen Übertragungsquelle (nicht gezeigt) abzugleichen, wobei die Übertragungsquelle konfiguriert ist, um elektromagnetische Wellen der Nahfeldkommunikation bereitzustellen. Wenn daher die Übertragungsquelle die elektromagnetischen Wellen auf die Spule 110 überträgt, kann die Abgleichschaltung 136 die Impedanz zwischen der Übertragungsquelle und der Spule 110 abgleichen; auch kann sie die zweite Kopplungsfrequenz fein abstimmen. Daher weisen die elektromagnetischen Wellen und die Spule 110 bessere magnetische Kopplung auf, wobei von dem Empfangen von Energie des Nahfeldkommunikationsmoduls 130 profitiert wird. Es sei bemerkt, dass, obgleich in dieser Ausführungsform die Abgleichschaltung 136 mit dem ersten Abstimmungselement 122 und dem Abschwächer 132 elektrisch verbunden ist, die Abgleichschaltung 136 mit dem Abschwächer 132 und der Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 in einer anderen Ausführungsform elektrisch verbunden werden kann und der beanspruchte Bereich in dieser Hinsicht nicht einschränkend ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner eine Steuereinheit 160 umfassen, die mit der integrierten Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung und der Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 elektrisch verbunden ist. Die Steuereinheit 160, zum Beispiel eine Zentraleinheit, kann die Informationen des Nahfeldkommunikationsmoduls 130 und des Drahtloslademoduls 140 verarbeiten und kann das Nahfeldkommunikationsmodul 130 und das Drahtloslademodul 140 integrieren. Beispielsweise kann die verarbeitete Information des Nahfeldkommunikationsmoduls 130 auf die Steuereinheit 160 übertragen werden, um mit den entsprechenden Vorgängen fortzufahren. Wenn außerdem die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung in einer spezifischen Umgebung platziert wird und mit der Drahtlosladefunktion mit mobiler Bezahlung fortfahren soll, kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung mit einer Nahfeldkommunikationsquelle der Drahtlosladequelle nahfeldkommunizieren, um die Bezahlung zu verarbeiten oder die Identität zu überprüfen, und dann überträgt das Nahfeldkommunikationsmodul 130 die Zahlungs- oder Identitätsinformation auf die Steuereinheit 160. Die Steuereinheit 160 kann die integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung betätigen, um die elektromagnetischen Wellen der Drahtlosladequelle zu empfangen, um mit dem Drahtlosladen fortzufahren.
In anderen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 160 mit dem Abschwächer 132 elektrisch verbunden sein, um den Abschwächungsgrad der Energie der elektromagnetischen Wellen anzupassen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 160 den Abschwächungsgrad 132 nach der von der Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 empfangenen Signalintensität bestimmen, und der beanspruchte Bereich ist in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Mit anderen Worten ist der Abschwächer 132 ein abstimmbarer Abschwächer, der aus einer Einfachschaltung oder mehreren abstimmbaren Elementen zusammengesetzt ist.
2 ist ein Funktionsblockschema einer Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da manche Elemente die gleichen sind wie die in 1 gezeigten, folgen die Markierungen davon jenen in 1. In dieser Ausführungsform umfasst die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner einen Schalter 170 und einen Frequenzdetektor 180. Der Schalter 170 ist mit dem abstimmbaren Modul 120, dem Nahfeldkommunikationsmodul 130, dem Drahtloslademodul 140 und dem Frequenzdetektor 180 elektrisch verbunden. Der Frequenzdetektor 180 ist konfiguriert, um eine Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen zu detektieren. Die Steuereinheit 160 ist mit dem Frequenzdetektor 180 und dem Schalter 170 elektrisch verbunden und ist konfiguriert, um die von dem Frequenzdetektor 180 detektierte Betriebsfrequenz zu empfangen. Die Steuereinheit 160 steuert den Schalter 170, um gemäß der Betriebsfrequenz das Abstimmungsmodul 120 und das Nahfeldkommunikationsmodul 130 miteinander zu verbinden oder das Abstimmungsmodul 120 und das Drahtloslademodul 140 miteinander zu verbinden. Die Steuereinheit 160 ist ferner mit einem Transceiver 149 elektrisch verbunden.
Es wird auf 2 und 3 verwiesen. 3 ist ein Flussdiagramm eines Schaltverfahrens der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung der 2 wird hier beispielhaft bereitgestellt. In Betrieb: Detektieren einer Betriebsfrequenz der von der Spule 110 empfangenen elektromagnetischen Wellen, wie in Schritt S910 gezeigt. Genauer wird die Vorgabe des Schalters 170 auf den Frequenzdetektor 180 geschaltet. Das Abstimmungsmodul 120 und der Frequenzdetektor 180 sind auf der Basis der Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen, die von dem Frequenzdetektor 180 detektiert werden, miteinander verbunden. In diesem Stadium sind die Wege zwischen dem Abstimmungsmodul 120 und dem Nahfeldkommunikationsmodul 130 und zwischen dem Abstimmungsmodul 120 und dem Drahtloslademodul 140 offen. Daher können die von der Spule 110 empfangenen elektromagnetischen Wellen durch den Schalter 170 auf den Frequenzdetektor 180 übertragen werden, wobei der Schalter dann das detektierte Ergebnis zur Analyse auf die Steuereinheit 160 überträgt.
Anschließend ändert sich, wie in Schritt S920 gezeigt, der Zustand des Schalters 170 gemäß der detektierten Betriebsfrequenz, um zu bestimmen, ob mit einem Nahfeldkommunikationsmodus oder einem Drahtloslademodus fortgefahren werden soll. Ausführlicher gesagt, kann die Steuereinheit 160 zuerst den detektierten Frequenzwert bestimmen. Wenn der Frequenzwert 13,56 MHz beträgt, wird der Nahfeldkommunikationsmodus, wie in Schritt S930 gezeigt, ausgewählt. Die Steuereinheit 160 steuert den Schalter 170, um das Nahfeldkommunikationsmodul 130 zu schalten, wodurch die elektromagnetischen Wellen durch den Schalter 170 auf das Nahfeldkommunikationsmodul 130 übertragen werden können. Nachdem der Abschwächer 132 die Energie der elektromagnetischen Wellen abgeschwächt hat, verarbeitet die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 die Daten der elektromagnetischen Wellen. Nachdem mit dem Modus fortgefahren worden ist, ungeachtet des Nahfeldkommunikationsmodus oder des Drahtloslademodus, wird der Schalter 170 geschaltet, um wiederum mit dem Frequenzdetektor 180 verbunden zu werden.
Andererseits geht der Vorgang zurück zu Schritt S920. Wenn der Frequenzwert 6,78 MHz beträgt, wird der Drahtloslademodus, wie in Schritt S940 gezeigt, ausgewählt. Die Steuereinheit 160 steuert den Schalter 170, um das Drahtloslademodul 140 zu schalten, wodurch die elektromagnetischen Wellen durch den Schalter 170 auf das Drahtloslademodul 140 übertragen werden können, und die Energie davon kann auf die Leistungsspeichervorrichtung 150 übertragen werden. Daher kann der Nahfeldkommunikationsmodus oder der Drahtloslademodus auf der Basis der detektierten Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen ausgewählt werden. Benutzer brauchen nicht manuell einzustellen, ob der Nahfeldkommunikationsmodus oder der Drahtloslademodus nötig sind. Daher verbessert sich die Verbraucherfreundlichkeit der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung in hohem Maße.
Es wird auf 2 verwiesen. In dieser Ausführungsform ist das Abstimmungsmodul 120 ein abstimmbarer Kondensator, und die Steuereinheit 160 ist ferner mit dem Abstimmungsmodul 120 elektrisch verbunden. Wenn die Steuereinheit 160 den Nahfeldkommunikationsmodus oder den Drahtloslademodus ausgewählt hat, kann somit die Steuereinheit 160 die Kapazität des Abstimmungsmoduls 120 dynamisch anpassen, um die Kopplungsfrequenz der Spule 110 zu ändern, wodurch die magnetische Kopplung zwischen der Spule 110 und den elektromagnetischen Wellen verbessert wird. Der abstimmbare Kondensator kann eine Einfachschaltung oder kombiniert sein durch mehrere abstimmbare Elemente, wie etwa Kondensatoren und/oder Induktoren.
In dieser Ausführungsform umfasst das Drahtloslademodul 140 ferner einen Spannungswandler 148, der mit dem Gleichrichter 142 und der integrierten Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden ist, um die Spannung des Gleichstroms anzupassen. In manchen Ausführungsformen kann, wenn die Spannung des durch den Gleichrichter 142 gleichgerichteten Gleichstroms nicht mit der Spannung abgeglichen ist, die von der Leistungsspeichervorrichtung 150 erforderlich ist, der Gleichstrom die Leistungsspeichervorrichtung 150 beschädigen, wenn er die Leistungsspeichervorrichtung 150 versorgt. Der Spannungswandler 148 kann die Spannung des Gleichstroms an die von der Leistungsspeichervorrichtung 150 erforderliche Spannung anpassen. Der Gleichstrom versorgt dann die integrierte Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung und die Energie davon kann in der Leistungsspeichervorrichtung 150 gespeichert werden. Außerdem sei bemerkt, dass, da in dieser Ausführungsform der Weg zwischen dem Abstimmungsmodul 120 und dem Drahtloslademodul 140 offen ist, wenn die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung sich in dem Nahfeldkommunikationsmodus befindet, der Schalter 143 (siehe 1) in dem Drahtloslademodul 140 weggelassen werden kann.
In dieser Ausführungsform kann, basierend auf dem Betrieb der Steuereinheit 160, das Drahtloslademodul 140 ferner einen übertragenden Transceiver 149 umfassen, der mit dem Spannungswandler 148 elektrisch verbunden ist. Der übertragende Transceiver 149 ist konfiguriert, um mit einer Übertragungsquelle zu kommunizieren, um zu entscheiden, ob der Spannungswandler 148 gemäß einem Übertragungsergebnis zwischen dem übertragenden Transceiver 149 und der Übertragungsquelle betätigt werden soll. Wenn das Übertragungsprotokoll dazwischen abgeglichen ist, wird der Spannungswandler 148 betätigt und dann ist die Ladung abgeschlossen. Der übertragende Transceiver 149 kann eine Bluetooth-Vorrichtung sein und der beanspruchte Bereich wird in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt.
Es wird auf 2 und 4 verwiesen. 4 ist ein Flussdiagramm eines Schaltverfahrens der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da manche Betätigungen die gleichen sind wie die in 3 gezeigten, folgen die Markierungen davon jenen in 3. Im Betrieb: Verarbeiten einer Übertragungsbestätigung mit der Übertragungsquelle, die eine Drahtlosladequelle ist, wie in Schritt S942 gezeigt. Ausführlicher gesagt schaltet die Steuereinheit 160, wenn der Frequenzdetektor 180 die Betriebsfrequenz (wie etwa 6,78 MHz) der elektromagnetischen Wellen der Drahtlosladung detektiert, den Schalter 170, um das Abstimmungsmodul 120 und das Drahtloslademodul 140 miteinander zu verbinden. In der Folge beginnt der übertragende Transceiver 149, mit der Drahtlosladequelle zu kommunizieren, um zu bestätigen, ob die von dem Frequenzdetektor 180 detektierten elektromagnetischen Wellen von der Drahtlosladequelle bereitgestellt werden und nicht von den Rauschsignalen mit ähnlicher Frequenz in der Luft bereitgestellt werden. Wenn die Übertragungsbestätigung positiv ist, wird die Leistungsspeichervorrichtung 150 mit Verarbeitungssignalen der elektromagnetischen Wellen, wie in Schritt S944 gezeigt, versorgt. Beispielsweise kann der übertragende Transceiver 149 den Spannungswandler 148 betätigen, um die Energie der elektromagnetischen Wellen, die auf die Leistungsspeichervorrichtung 150 übertragen werden, durch den Spannungswandler 148 zu lassen. Wenn die Übertragungsbestätigung negativ ist: Anhalten der Versorgung der Leistungsspeichervorrichtung 150 mit Energie der elektromagnetischen Wellen, wie in Schritt S946 gezeigt. Beispielsweise hält der übertragende Transceiver 149 die Betätigung des Spannungswandlers 148 an, um so zwischen dem Gleichrichter 142 und der integrierten Schaltung 144 mit Leistungsverwaltung einen offenen Weg zu bahnen. Auf diese Weise kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung verhindern, dass die Leistungsspeichervorrichtung 150 von anderen unbekannten elektromagnetischen Wellen geladen wird.
Andererseits kann die Übertragungsprotokollbestätigung in dem Nahfeldkommunikationsmodus eingeschlossen werden. Es wird auf 2 und 4 verwiesen. Wie in Schritt S932 gezeigt, fährt ein anderer übertragender Transceiver (nicht gezeigt) mit der Übertragungsbestätigung mit einer anderen Übertragungsquelle fort, die eine Nahfeldkommunikationsquelle ist. Ausführlicher gesagt schaltet die Steuereinheit 160, wenn der Frequenzdetektor 180 die Betriebsfrequenz (wie etwa 13,56 MHz) der elektromagnetischen Wellen der Drahtlosladung detektiert, den Schalter 170, um das Abstimmungsmodul 120 und das Nahfeldkommunikationsmodul 130 miteinander zu verbinden. In der Folge beginnt die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 damit, mit der Nahfeldkommunikationsquelle zu kommunizieren, damit das Transferprotokoll bestätigt, ob die elektromagnetischen Wellen, die von dem Frequenzdetektor 180 detektiert wurden, von der Nahfeldkommunikationsquelle bereitgestellt wurden. Wenn eine mobile Zahlung als Beispiel genommen wird, kann die Nahfeldsteuerschaltung 134 ein sicheres Element einschließen, das mit der Nahfeldkommunikationsquelle kommuniziert, um das Transferprotokoll und die Identität zu bestätigen, wie etwa das Bestätigen, ob das sichere Element gegenwärtig ist, um die Zahlungen zu verarbeiten. Wenn die Übertragungsbestätigung positiv ist, Verarbeiten von Signalen der elektromagnetischen Wellen, wie in Schritt S934 gezeigt. Beispielsweise beginnt die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 mit dem Empfangen der Signale der elektromagnetischen Wellen. Wenn die Übertragungsbestätigung positiv ist, Anhalten der Verarbeitung der Signale der elektromagnetischen Wellen, wie in Schritt S936 gezeigt. Beispielsweise hält die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 das Empfangen der Signale der elektromagnetischen Wellen an. Auf diese Weise kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung verhindern, dass die Nahfeldkommunikationssteuerschaltung 134 Signale von unbekannten elektromagnetischen Wellen empfängt. Wie oben erwähnt, wird der Schalter 170, sobald der Vorgang von entweder der Energieübertragung der elektromagnetischen Wellen oder der Informationsverarbeitung der elektromagnetischen Wellen beendet ist, geschaltet, um wieder mit dem Frequenzdetektor 180 verbunden zu werden.
5A ist ein dreidimensionales Diagramm der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 5B ist ein Explosionsdiagramm der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung aus 5A. In dieser Ausführungsform definiert die Spule 110, wie etwa eine Schlaufe mit zwei Enden, ein Durchgangsloch 112 durch eine geschleifte Konfiguration. Das Nahfeldkommunikationsmodul 130, das Drahtloslademodul 140 und die Leistungsspeichervorrichtung 150 bilden einen Metallbereich 210, der sich in dem Durchgangsloch 112 befindet. Zum Beispiel können sich das Nahfeldkommunikationsmodul 130, das Drahtloslademodul 140 und die Leistungsspeichervorrichtung 150 auf einer Leiterplatte 190 befinden, die ferner andere elektronische Elemente umfasst, und der beanspruchte Bereich der vorliegenden Erfindung ist in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Genauer erhöht, da der Raum in dem Durchgangsloch 112 der Spule 110 genutzt werden kann, die Spule 110 selbst nicht das gesamte Volumen der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, wobei die Miniaturisierung und Kompaktheit der Vorrichtung erleichtert wird. Außerdem kann eines der Terminals der Spule 110 mit dem Abstimmungsmodul 120 und dann mit der Leiterplatte 190 verbunden werden, während das andere Terminal mit der Leiterplatte 190 verbunden werden kann. Die Elemente der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, in 1 und 2 gezeigt, können sich in dem Durchgangsloch 112 befinden.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner andere elektronische Elemente umfassen, die sich auf der Leiterplatte 190 befinden und einen bestimmten Bereich besetzen, um ein bestimmtes Volumen zu bilden. Es versteht sich, dass die elektronischen Elemente gegenüber der Spule 110 eine gewisse Wirkung der Strahlungseffizienz und einen gewissen Grad an elektromagnetischer Interferenz darlegen. In dieser Ausführungsform entspricht, aufgrund der Simulationserfordernisse und Erläuterungserleichterung von Merkmalen der vorliegenden Ausführungsform, die Wirkung der elektronischen Elemente für die Spule 110 derjenigen des Metallbereichs 210 für die Spule 110, wobei der Metallbereich 210 das Nahfeldkommunikationsmodul 130, das Drahtloslademodul 140, die Leistungsspeichervorrichtung 150 und andere elektronische Elemente umfasst. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung kann ferner eine erste Abschirmschicht 220 umfassen, die sich zwischen dem Metallbereich 210 und der Spule 110 befindet. Die erste Abschirmschicht 220 kann die elektromagnetische Interferenz des Metallbereichs 210 gegen die Spule 110 blockieren, wobei die empfangende Entfernung der Spule 110 unter dem Nahfeldkommunikationsmodus erhöht wird. Die erste Abschirmschicht 220 kann aus Ferritmaterial hergestellt sein und der beanspruchte Bereich ist in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt.
In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner ein Gehäuse 230 umfassen, das sich um die Spule 110 herum befindet, was die gestalterischen Wert der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung verbessert. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung kann ferner eine zweite Abschirmschicht 240 umfassen, die sich zwischen dem Gehäuse 230 und der Spule 110 befindet, und deren Material kann das gleiche sein wie dasjenige der ersten Abschirmschicht 220. Wenn das Gehäuse 230 durch leitfähiges Material hergestellt ist, können die erste Abschirmschicht 220 oder die zweite Abschirmschicht 240 ein Träger der Spule 110 sein. Wenn das Gehäuse 230 nicht durch leitfähiges Material hergestellt ist, können die erste Abschirmschicht 220 oder das Gehäuse 230 der Träger der Spule 110 sein.
Die nachfolgenden Absätze stellen detaillierte Erläuterungen hinsichtlich der Wirkung des Metallbereichs 210, des Gehäuses 230, der ersten Abschirmschicht 220 und der zweiten Abschirmschicht 240 auf den Nahfeldkommunikationsmodus der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung bereit. In diesem Beispiel hatte die Spule 110 eine Länge L1 = 37 mm, eine Breite W1 = 43 mm und eine Höhe H1 = 5 mm, und der Metallbereich 210 hatte eine Länge L2, eine Breite W2 und eine Höhe H2. Folgende sind vier Größen des Metallbereichs 210:
Probe 1: L2 = 30 mm, W2 = 30 mm, H2 = 5 mm.
Probe 2: L2 = 30 mm, W2 = 30 mm, H2 = 10 mm.
Probe 3: L2 = 30 mm, W2 = 40 mm, H2 = 5 mm.
Probe 4: L2 = 34 mm, W2 = 40 mm, H2 = 5 mm. Tabelle 1: Nahfeldkommunikationsparameter der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ohne jegliche Abschirmschicht zwischen dem Metallbereich 210 und der Spule 110

Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4

Erstes Abstimmungselement 80 pF 80 pF 85 pF 115 pF

Entfernung der Nahfeldkommunikation 22 mm 20 mm 18 mm 17 mm

Tabelle 2: Nahfeldkommunikationsparameter der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung mit Abschirmschicht(en) zwischen dem Metallbereich 210 und der Spule 110

Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4

Erstes Abstimmungselement 40 pF 40 pF 40 pF 40 pF

Entfernung der Nahfeldkommunikation 28 mm 27 mm 27 mm 26 mm

Tabelle 3: Nahfeldkommunikationsparameter der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung mit Abschirmschichten zwischen dem Metallbereich 210 und der Spule 110 und zwischen der Spule 110 und dem Gehäuse 230

Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4

Erstes Abstimmungselement 35 pF 35 pF 35 pF 35 pF

Entfernung der Nahfeldkommunikation 20 mm 18 mm 17 mm 16 mm
Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtungen aus Tabelle 1 umfassten nicht das Gehäuse 230, die erste Abschirmschicht 220 und die zweite Abschirmschicht 240. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtungen aus Tabelle 2 umfassten nicht das Gehäuse 230 und die zweite Abschirmschicht 240. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtungen aus Tabelle 3 umfassten den Metallbereich 210, das Gehäuse 230 (aus leitfähigem Material hergestellt), die erste Abschirmschicht 220 und die zweite Abschirmschicht 240. Gemäß Tabelle 1 bis Tabelle 3 waren diese Werte akzeptabel, obgleich die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtungen mit dem Metallbereich 210 das erste Abstimmungselement 122 (siehe 1) umfassten, das eine höhere Kapazität aufwies und bei kürzerem Nahfeldkommunikationsabstand funktionierte. Durch das Hinzufügen der ersten Abschirmschicht 220 wurde die Kapazität des ersten Abstimmungselements 122 der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtungen mit dem Metallbereich 210 bedeutend reduziert und der Abstand der Nahfeldkommunikation wurde bedeutend verbessert. Ferner waren durch das Hinzufügen des Gehäuses 230 und der zweiten Abschirmschicht 240 sowohl die Kapazität des ersten Abstimmungselements 122 als auch der Funktionsabstand der Nahfeldkommunikation akzeptabel.
Zusammenfassend, obgleich die Nahfeldkommunikation der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtungen durch die anderen elektronischen Elemente, d. h. den Metallbereich 210, beeinträchtigt wurde. Allerdings könnte die erste Abschirmschicht 220 die Wirkung des Metallbereichs 210 auf die Spule 110 reduzieren. Ferner waren sowohl die Kapazität des ersten Abstimmungselements 122 als auch der Funktionsabstand der Nahfeldkommunikation akzeptabel, wenn das aus Metall hergestellte Gehäuse 230 und die zweite Abschirmschicht 240 eingeschlossen waren. Mit anderen Worten konnte im Falle der Verschönerung der Erscheinung die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung trotzdem noch den Nahfeldkommunikationsfähigkeiten entsprechen.
Die nachfolgenden Absätze stellen Experimentergebnisse hinsichtlich der Wirkung des Metallbereichs 210 auf den Nahfeldkommunikationsmodus der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung bereit. 6 ist eine Draufsicht einer Drahtlosladequelle 900. In diesem Beispiel hatte die Spule eine Länge L1 = 37 mm, eine Breite W1 = 43 mm und eine Höhe H1 = 5 mm, und der Metallbereich 210 hatte eine Länge L2 = 30 mm, eine Breite W2 = 30 mm und eine Höhe H2 = 5 mm. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung konnte geladen werden, wenn sie an unterschiedlichen Positionen P1, P2 und P3 der Drahtlosladequelle 900 platziert wurde. Die Drahtlosladequelle 900 war eine Lade-Unterlage der Klasse 3 der Alliance for Wireless Power (A4WP). Tabelle 4: Drahtlosladeparameter der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ohne den Metallbereich 210

Laden P1 P2 P3

Spannung Strom Spannung Strom Spannung Strom

20 Ω 4,86 V 0,247 A 4,87 V 0,248 A 4,85 V 0,248 A

5 Ω 3,62 V 0,697 A 3,86 V 0,737 A 3,87 V 0,738 A

Tabelle 5: Drahtlosladeparameter der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung mit dem Metallbereich 210

Laden P1 P2 P3

Spannung Strom Spannung Strom Spannung Strom

20 Ω 4,87 V 0,247 A 3,80 V 0,193 A 3,80 V 0,193 A

5 Ω 3,74 V 0,753 A 3,45 V 0,694 A 3,54 V 0,694 A
Das Laden von Tabellen 4 und 5 war das Laden der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung. Gemäß Tabellen 4 und 5 bestand zwischen den Ladeleistungen (P = I·V) der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtungen kein bedeutender Unterschied mit und/oder ohne Metallbereich 210, wenn die Ladeleistung der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung mit dem Metallbereich 210 bis zu 0,7 W~2,8 W erreichen konnte. Mit anderen Worten beeinträchtigten die elektronischen Elemente innerhalb der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung die Drahtlosladefunktion nicht besonders.
7A und 7B sind dreidimensionale Ansichten der Spulen 110 gemäß noch zwei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied dieser zwei Ausführungsformen und derjenigen von 5B liegt in der Form der Spulen 110. In diesen zwei Ausführungsformen ändert sich der Querschnittsbereich des Durchgangslochs 112 entlang der Achse A des Durchgangslochs 112. In 7A wird der Querschnittsbereich des Durchgangslochs 112 entlang der Achse A des Durchgangslochs 112 größer, und in 7B wird der Querschnittsbereich des Durchgangslochs 112 entlang der Achse A des Durchgangslochs 112 kleiner und der beanspruchte Bereich in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt. Im Prinzip kann die Form der Spule 110 an das Volumen, das den Metallbereich 210 belegt, angepasst werden. Daher kann der Querschnittsbereich des Durchgangslochs 112 ein Kreis, Quadrat oder Polygon sein und das Durchgangsloch 112 kann zylinderförmig, standplattformförmig, kegelförmig oder eine andere geeignete Form sein.
8 ist eine schematische Darstellung einer Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung und eines Benutzers U gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und derjenigen von 5A liegt in der Anordnung und der Form der Spule 110 und der Anwesenheit einer tragbaren Struktur 250. In dieser Ausführungsform kann die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung ferner eine tragbare Struktur 250 umfassen, so dass der Benutzer U die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung über die tragbare Struktur 250 tragen kann. Die Spule 110 befindet sich an einer Oberfläche 252 eines Körpers 246 der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, um von dem Benutzer U entfernt zu sein. Genauer kann in dieser Ausführungsform die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung eine am Handgelenk getragene Kommunikationsvorrichtung sein und die tragbare Struktur 250 kann der Handgelenkriemen davon sein. Der Körper 246 und die tragbare Struktur 250 können integriert geformt sein oder können voneinander getrennt sein. Da sich die Spule 110 an der Oberfläche 252 befindet, kann sich die Oberfläche 252 an eine Übertragungsquelle annähern, wenn die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung im Begriff ist, die Nahfeldkommunikation zu verarbeiten. Die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung braucht nicht abgelegt zu werden, wodurch sich die Dienlichkeit der Nahfeldkommunikation bedeutend verbessert. Ferner befindet sich die Spule 110 der vorliegenden Ausführungsform an der Oberfläche 252, was bedeutet, dass die Spule 110 eine zweidimensionale Spule ist. Die Gesamtdicke der Vorrichtung ist bei der gleichen Betriebsfrequenz reduziert, obgleich die Spule 110 einen größeren Bereich der Oberfläche 252 belegt, was die Informationen anzeigende Region 248 der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung verkleinert. Die anderen Elemente, wie etwa das Abstimmungsmodul 120, das Nahfeldkommunikationsmodul 130, das Drahtloslademodul 140 und das Energiespeichermodul 150 der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung können sich unter der Spule 110 befinden, d. h. innerhalb des Gehäuses 230 (siehe 5B).
Ferner wird auf 5B und 8 verwiesen. Es sei bemerkt, dass, obgleich die Ausführungsform von 8 die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung mit der zweidimensionalen Spule als Beispiel nimmt, die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung von 5B in anderen Ausführungsformen die tragbare Struktur 250 umfassen kann, was es dem Benutzer U ermöglicht, die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung über die tragbare Struktur 250 zu tragen. Da die Spule 110 von 5B eine dreidimensionale Spule ist, ist es nicht nötig, dass der Bereich der Oberfläche 252 unter der gleichen Betriebsfrequenz besetzt wird, wodurch die Informationen anzeigende Region 248 der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung vergrößert wird. Da sich die Spule 110 in dem festgelegten Gehäuse 230 befindet, wird die Gesamtdicke der Vorrichtung nicht erhöht. Ferner ist es nicht nötig, die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung abzulegen, wenn die Nahfeldkommunikationsfunktion verarbeitet wird, wodurch sich die Dienlichkeit der Nahfeldkommunikation bedeutend verbessert.
Obgleich die vorliegende Erfindung in vielen Einzelheiten unter Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, sind andere Ausführungsformen möglich. Daher sollte der Sinn und Bereich der angehängten Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hierin enthaltenen Ausführungsformen beschränkt werden.
Den Fachleuten wird es offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Abwandlungen an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass vom Umfang oder Sinn der Erfindung abgewichen wird. In Anbetracht des Vorstehenden ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Abwandlungen dieser Erfindung einschließt, sofern diese in den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche fallen.

Claims

Eine Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, die Folgendes beinhaltet: eine Spule, die konfiguriert ist, um elektromagnetische Wellen zu empfangen; ein Abstimmungsmodul, das mit der Spule elektrisch verbunden ist; ein Nahfeldkommunikationsmodul, beinhaltend: einen Abschwächer, der konfiguriert ist, um die Energie der von dem Abstimmungsmodul übertragenen elektromagnetischen Wellen abzuschwächen; und eine Nahfeldkommunikationssteuerschaltung, die mit dem Abschwächer elektrisch verbunden ist; ein Drahtloslademodul; eine Leistungsspeichervorrichtung, die mit dem Drahtloslademodul elektrisch verbunden ist; und einen Schalter, der mit dem abstimmbaren Modul, dem Nahfeldkommunikationsmodul und dem Drahtloslademodul elektrisch verbunden ist, wobei die elektromagnetischen Wellen in der Lage sind, sich magnetisch an die Spule zu koppeln, so dass die Spule Signale der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul auf das Nahfeldkommunikationsmodul überträgt oder die Energie der elektromagnetischen Wellen über das Abstimmungsmodul und das Drahtloslademodul auf die Leistungsspeichervorrichtung überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner einen Frequenzdetektor, der mit dem Schalter elektrisch verbunden ist und konfiguriert ist, um eine Betriebsfrequenz der elektromagnetischen Wellen zu detektieren, und eine Steuereinheit, die mit dem Frequenzdetektor und dem Schalter elektrisch verbunden ist, und konfiguriert ist, um die von dem Frequenzdetektor detektierte Betriebsfrequenz zu empfangen beinhaltet, wobei die Steuereinheit den Schalter steuert, um gemäß der Betriebsfrequenz das Abstimmungsmodul und das Nahfeldkommunikationsmodul miteinander zu verbinden oder das Abstimmungsmodul und das drahtlose Lademodul miteinander zu verbinden.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Drahtloslademodul Folgendes beinhaltet: einen Gleichrichter, der konfiguriert ist, um die elektromagnetischen Wellen zu einem Gleichstrom gleichzurichten; und eine integrierte Schaltung mit Leistungsverwaltung, die konfiguriert ist, um den Gleichstrom auf die Leistungsspeichervorrichtung zu übertragen und die Leistungsübertragung der Leistungsspeichervorrichtung zu verwalten.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Drahtloslademodul ferner Folgendes beinhaltet: einen Schalter, der mit dem Gleichrichter und der integrierten Schaltung mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden ist, wobei der Schalter eine Leistungsschwelle aufweist; wenn eine Leistung des Gleichstroms höher ist als die Leistungsschwelle, der Gleichrichter und die integrierte Schaltung mit Leistungsverwaltung elektrisch verbunden sind; und wenn die Leistung des Gleichstroms niedriger ist als die Leistungsschwelle, dann ist der Schalter offen.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Schalter ein einpoliger Ein-/Ausschalter ist.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Drahtloslademodul ferner Folgendes beinhaltet: einen Spannungswandler, der konfiguriert ist, um eine Spannung des Gleichstroms anzupassen.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Drahtloslademodul ferner Folgendes beinhaltet: einen übertragenden Transceiver, der mit dem Spannungswandler elektrisch verbunden ist und konfiguriert ist, um mit einer Übertragungsquelle zu kommunizieren, um zu entscheiden, ob der Spannungswandler gemäß einem Übertragungsergebnis zwischen dem übertragenden Transceiver und der Übertragungsquelle betätigt werden soll.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Drahtloslademodul Folgendes beinhaltet: eine Abgleichschaltung, die konfiguriert ist, um eine Impedanz zwischen der Spule und einer Übertragungsquelle abzugleichen.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Nahfeldkommunikationsmodul ferner Folgendes beinhaltet: eine Abgleichschaltung, die konfiguriert ist, um eine Impedanz zwischen der Spule und einer Übertragungsquelle abzugleichen.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Abstimmungsmodul Folgendes beinhaltet: ein erstes Abstimmungselement, das mit dem Nahfeldkommunikationsmodul und der Spule elektrisch verbunden ist; und ein zweites Abstimmungselement, das mit dem Drahtloslademodul und der Spule elektrisch verbunden ist, wobei eine Kapazität des ersten Abstimmungselements kleiner als eine Kapazität des zweiten Abstimmungselements ist.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Abstimmungsmodul ein abstimmbarer Kondensator ist.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Spule durch eine geschleifte Konfiguration ein Durchgangsloch definiert und das Nahfeldkommunikationsmodul, das Drahtloslademodul und die Leistungsspeichervorrichtung einen Metallbereich bilden, der sich in dem Durchgangsloch befindet.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei sich ein Querschnittsbereich des Durchgangslochs entlang einer Achse des Durchgangslochs ändert.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 11, die ferner Folgendes beinhaltet: eine erste Abschirmschicht, die sich zwischen dem Metallbereich und der Spule befindet.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 13, die ferner Folgendes beinhaltet: ein Gehäuse, das sich um die Spule herum befindet.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, wenn das Gehäuse aus leitfähigem Material hergestellt ist, ferner Folgendes beinhaltet: eine zweite Abschirmschicht, die sich zwischen dem Gehäuse und der Spule befindet.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die erste Abschirmschicht konfiguriert ist, um ein Träger der Spule zu sein.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei das Gehäuse konfiguriert ist, um ein Träger der Spule zu sein.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die zweite Abschirmschicht konfiguriert ist, um ein Träger der Spule zu sein.
Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes beinhaltet: eine tragbare Struktur, die konfiguriert ist, um es einem Benutzer zu ermöglichen, die Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung zu tragen, wobei sich die Spule an einer Oberfläche eines Körpers der Nahfeldkommunikations- und Drahtlosladevorrichtung, weg von dem Benutzer, befindet.
Ein Schaltverfahren zum Fortfahren in einem Nahfeldkommunikationsmodus oder in einem Drahtlosladenmodus, das Folgendes beinhaltet: Detektieren einer Betriebsfrequenz von elektromagnetischen Wellen, die von einer Spule empfangen werden; und Auswählen, einen Nahfeldkommunikationsmodus oder einen Drahtloslademodus gemäß der detektierten Betriebsfrequenz ablaufen zu lassen; wobei beim Auswählen des Nahfeldkommunikationsmodus die Energie der elektromagnetischen Wellen abgestimmt wird und dann die Information der elektromagnetischen Wellen verarbeitet wird; und beim Auswählen des Drahtloslademodus die Energie der elektromagnetischen Wellen auf eine Leistungsspeichervorrichtung übertragen wird.
Schaltverfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Auswählen des Nahfeldkommunikationsmodus Folgendes beinhaltet: Verarbeiten einer Übertragungsbestätigung mit einer Übertragungsquelle, die eine Drahtlosladequelle ist, um zu bestätigen, ob die detektierten elektromagnetischen Wellen von einer Drahtlosladequelle bereitgestellt werden oder nicht, wobei, wenn die Übertragungsbestätigung positiv ist, Signale der elektromagnetischen Wellen verarbeitet werden; und wenn die Übertragungsbestätigung negativ ist, die Verarbeitung der Signale der elektromagnetischen Wellen angehalten wird.
Schaltverfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Auswählen des Drahtloslademodus Folgendes beinhaltet: Verarbeiten einer Übertragungsbestätigung mit einer Übertragungsquelle die eine Drahtlosladequelle ist, um zu bestätigen, ob die detektierten elektromagnetischen Wellen von einer Drahtlosladequelle bereitgestellt werden oder nicht, wobei, wenn die Übertragungsbestätigung positiv ist, die Energie der elektromagnetischen Wellen auf die Leistungsspeichervorrichtung übertragen wird; und wenn die Übertragungsbestätigung negativ ist, die Übertragung der Energie der elektromagnetischen Wellen angehalten wird.