TWI619360B - 近場通訊裝置及其無線感應電路 - Google Patents

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Abstract

一種近場通訊裝置與其無線感應電路。此無線感應電路包括感應訊號輸出電路、防逆流電路、儲能電路,以及電壓轉換電路。感應訊號輸出電路依據感應天線的感應狀態而輸出感應訊號。防逆流電路接收感應訊號,並輸出啟動訊號。儲能電路接收啟動訊號並維持啟動訊號於第一準位。電壓轉換電路接收維持於第一準位的啟動訊號而輸出開機電壓至通訊模組,致使通訊模組在預設期間內接收到開機電壓而完成啟動動作。

Description

近場通訊裝置及其無線感應電路
本發明是有關於一種無線感應電路,且特別是有關於一種近場通訊(Near Field Communication,NFC)的無線感應電路。
近場通訊(Near Field Communication,NFC),是一種短距離的無線連接技術,由非接觸式的無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID)演變而來。近場通訊技術允許兩個欲互相連結通訊的電子裝置藉由靠近或近距離接觸而進行點對點的連結,進而實現資料的無線傳輸及交換。
此外,由於使用者透過手動操作來完成兩電子裝置之間的配對是不便利的,因此近場通訊技術逐漸廣泛應用於兩電子裝置之間的配對。舉例來說,透過將具有藍牙(Bluetooth)通訊能力的外部設備(如手機)的近場通訊模組接觸未開機的藍牙電子裝置(如耳機)的近場通訊模組,可讓藍牙電子裝置的近場通訊模組響應於感測到外部裝置的存在而自動開機並與外部設備自動進行藍牙配對。簡單來說,使用者僅需要將兩電子裝置放於足夠靠近的位置,就可以讓兩電子裝置利用近場通訊技術自動完成配對動作。然而,為了讓未開機的電子裝置利用近場通訊技術完成開機與配對動作,使用者必須讓兩電子靠近超過一預定時間,才可讓未開機的電子裝置的近場通訊模組透過持續接收電磁感應訊號而順利開啟。倘若兩電子裝置靠近的時間過於短暫,則未開機的電子裝置的近場通訊模組將無法順利啟動也無法完成配對動作。上述現象對於以快速感應為主要優勢的近場通訊技術而言是一個需要改進的課題。
有鑑於此,本發明提供一種無線感應電路與近場通訊裝置,可讓兩電子裝置透過短暫的接觸而自動完成配對動作。
本發明提供一種無線感應電路,其包括感應訊號輸出電路、防逆流電路、儲能電路,以及電壓轉換電路。感應訊號輸出電路依據感應天線的感應狀態而輸出感應訊號。防逆流電路耦接感應訊號輸出電路,具有輸入端接收感應訊號,並具有輸出端來輸出啟動訊號。儲能電路耦接防逆流電路的輸出端。當啟動訊號依據天線的感應狀態切換為第一準位時,儲能電路將啟動訊號的準位維持於第一準位。電壓轉換電路耦接儲能電路及通訊模組,接收維持於第一準位的啟動訊號而輸出開機電壓至通訊模組,使通訊模組響應於在預設期間內接收到開機電壓而完成啟動動作。
本發明提供一種近場通訊裝置,包括感應天線、無線感應電路,以及通訊模組。無線感應電路包括感應訊號輸出電路、防逆流電路、儲能電路,以及電壓轉換電路。感應訊號輸出電路耦接感應天線,依據感應天線的感應狀態而輸出感應訊號。防逆流電路耦接感應訊號輸出電路,具有輸入端接收感應訊號,並具有輸出端來輸出啟動訊號。儲能電路耦接防逆流電路的輸出端,且經配置以當啟動訊號依據天線的感應狀態切換為第一準位時,將啟動訊號的準位維持於第一準位。電壓轉換電路耦接儲能電路與防逆流電路,接收維持於第一準位的啟動訊號而輸出開機電壓。通訊模組耦接電壓轉換電路而接收開機電壓,以響應於在預設期間內接收到開機電壓而完成啟動動作。
基於上述,本發明的近場通訊裝置與無線感應電路具有儲能電路與防逆流電路,能夠在進行感應的外部設備移開之後將啟動訊號的電壓準位在預設期間內持續維持在第一準位,以提供足以使通訊模組完成啟動動作所需的開機電壓,整體達到縮短裝置接觸時間的效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明一實施例的近場通訊裝置的示意方塊圖。請參照圖1,近場通訊裝置10包括無線感應電路100、感應天線200,以及通訊模組300。依據近場通訊裝置10的功能與種類,近場通訊裝置10還可包括其他元件。舉例而言,當近場通訊裝置10同時具備藍牙功能,近場通訊裝置10可更包括藍牙天線與藍牙通訊模組。需特別說明的是,當近場通訊裝置10同時具備藍牙功能時,近場通訊裝置10可與同樣支援近場通訊功能的另一外部設備透過近場通訊而完成藍牙配對。近場通訊裝置10例如是耳機、揚聲器、滑鼠等等,而上述外部設備可以是手機、筆記型電腦、平板電腦等等,本發明對此並不限制。
無線感應電路100連接於近場感應天線200與通訊模組300之間。感應天線200可基於電磁感應效應來偵測同樣支援近場通訊協定之外部設備的存在,並將響應於偵測到外部設備的存在而產生的電磁感應訊號傳送至無線感應電路100。無線感應電路100依據感測天線200產生的電磁感應訊號來產生提供至通訊模組300的開機電壓POWER_EN、其他控制訊號或其他資料電壓。通訊模組300例如是由一近場通訊晶片所組成,但本發明對此並不限制。
請參照圖1,無線感應電路100包括感應訊號輸出電路110、防逆流電路120、儲能電路130以及電壓轉換電路140。感應訊號輸出電路110耦接感應天線200,並根據感應天線200的感應狀態而產生感應訊號S1。防逆流電路120的輸入端接收來自感應訊號輸出電路120的感應訊號S1並輸出啟動訊號S2,且防逆流電路120的輸出端耦接儲能電路130與電壓轉換電路140。防逆流電路120限制電流只能往單一方向流動,電流只可由防逆流電路120的輸入端朝輸出端流動。
需特別說明的是,當啟動訊號S2依據感應天線200的感應狀態切換為第一準位時,儲能電路130可將啟動訊號S2的準位維持於第一準位。上述的感應狀態包括感測到外部設備的存在與沒有感測到外部設備的存在。詳細來說,當外部設備足夠靠近感應天線200時,感應天線200的感應狀態為感測到外部設備的存在。此時,感應訊號輸出電路120將依據感應天線200的感應狀態而產生具第一準位的感應訊號S1,而防逆流電路120也將依據感應訊號S1輸出具第一準位的啟動訊號S2。例如,感應訊號輸出電路120將響應於感應天線200偵測到外部設備的存在而產生高準位(亦即第一準位)的感應訊號S1,而啟動訊號S2也同樣為高準位。之後,若是外部設備持續的足夠靠近感應天線200,則感應訊號S1與啟動訊號S2的電壓準位並不會改變。
然而,一旦外部設備遠離感應天線200,感應訊號S1將因為感測天線200不再基於電磁效應產生電磁感應訊號而切換為第二準位。此時,透過儲能電路130與防逆流電路120的設置,啟動訊號S2仍然於外部設備遠離時持續維持在第一準位,而不會因為感應訊號S1切換為第二準位而改變。例如,感應訊號輸出電路120將響應於感應天線200沒有偵測到外部設備的存在而產生下拉至低準位(亦即第二準位)的感應訊號S1,但儲能電路130的設置可將啟動訊號S2維持於高準位。
承上述,儲能電路130耦接電壓轉換電路140,可包括例如是電容的儲能元件。電壓轉換電路140響應於接收維持於第一準位的啟動訊號S2而輸出開機電壓POWER_EN到通訊模組300,使處於關閉狀態的通訊模組300響應於預設期間內持續接收開機電壓POWER_EN完成啟動動作及配對動作。換言之,即便外部設備僅是於短暫的接觸時間內(例如:一秒)足夠靠近感測天線200,但啟動訊號卻可持續地維持於第一準位而不會因為外部設備的遠離而切換為第二準位。據此,即便外部設備僅是於短暫的時間(例如:一秒鐘)足夠靠近感測天線200,無線感測電路100仍然可持續地輸出開機電壓POWER_EN超過一秒鐘而驅動未開啟的通訊模組300完成啟動動作。
此外,於本發明的一實施例中,無線感測電路更可以包括放電電路。放電電路可響應於接收一關機訊號而將前述的啟動訊號的準位切換為第二準位,以避免通訊模組無法正常關閉的現象。圖2是依照本發明一實施例的近場通訊裝置的示意方塊圖。請參照圖2,近場通訊裝置20包括無線感應電路400、感應天線200,以及通訊模組300。無線感應電路400耦接於感應天線200以及通訊模組300之間。相較於圖1所示的實施例,除了感應訊號輸出電路110、防逆流電路120、除能電路130,以及電壓轉換電路140,本實施例的無線感應電路400更包括放電電路150。放電電路150耦接防逆流電路120的輸出端與電壓轉換電路140。
無線感應電路400的操作與圖1所示的無線感應電路100的操作雷同。當啟動訊號S2依據感應天線200的感應狀態切換為第一準位時,儲能電路130將啟動訊號S2的準位維持於第一準位,致使電壓轉換電路140可持續地輸出開機電壓POWER_EN至通訊模組300以驅動通訊模組300完成開啟動作。此外,本實施例的電壓轉換電路140接收參考偏壓Vref,並依據維持於第一準位的啟動訊號S2與參考偏壓Vref輸出通知訊號NFC_ON至通訊模組300,致使通訊模組300在完成開啟動作後依據通知訊號NFC_ON執行一配對動作。所述的配對動作為通訊模組300透過近場通訊方式與外部設備進行溝通以執行配對程序(例如:藍牙配對)。
在完成開啟動作與配對動作之後,近場通訊裝置20的系統可輸出關機訊號S_discharge至放電電路150。於是,放電電路150可響應於接收關機訊號S_discharge而將啟動訊號S2的準位切換為第二準位,而電壓轉換電路140響應於啟動訊號S2的準位切換為第二準位停止輸出開機電壓POWER_EN與通知訊號NFC_ON。例如,放電電路150可響應於接收高準位的關機訊號S_discharge而將啟動訊號S2的準位下拉至低準位(亦即第二準位),而電壓轉換電路140也將響應於啟動訊號S2下拉至低準位而停止輸出開機電壓POWER_EN。圖3是依照本發明一實施例的無線感應電路的電路結構示意圖。請參照圖3,在本實施例中NFCPAD1與NFCPAD2是用以連接感測天線200的金屬墊。本實施例中的感應訊號輸出電路110包含電容C1、二極體D1~D2、電晶體Q,以及電阻R1~R7。需說明的是,圖3所示的電晶體Q1以PNP雙極性電晶體為例,但本發明不限制於此。
電阻R1與R2的一端分別與NFCPAD1與NFCPAD2耦接。電阻R1的另一端耦接電容C1的一端、電阻R4~R5的一端,以及電晶體Q1的射極。電阻R2的另一端耦接二極體D1的陰極,而二極體D1的陽極耦接二極體D2的陰極、電容C1的另一端,以及電阻R3的一端。電阻R3的另一端耦接電阻R4的另一端,以及電晶體Q1的基極。電晶體Q1的集極耦接電阻R6的一端,而電阻R6的另一端耦接電阻R7的一端。二極體D2的陽極與電阻R7的另一端耦接至接地電壓,而電阻R5的另一端耦接參考電壓Vref。當具近場通訊功能的外部設備足夠靠近感應天線200時,迴圈式的感應天線200經由NFCPAD1與NFCPAD2與感應訊號輸出電路110形成電流迴路,使得電晶體Q1導通。當電晶體Q1導通,感應訊號輸出電路110基於參考電壓Vref而於電阻R6與R7之間的分壓電壓而輸出具有第一準位的感應訊號S1。此外,若電晶體Q1截止,感應訊號輸出電路110輸出具有第二準位的感應訊號S1。換言之,當電晶體Q1從導通切換為截止,感應訊號S1從第一準位切換為第二準位。
防逆流電路120包含二極體D3,二極體D3限制電流流向。二極體D3的陽極耦接至感應訊號輸出電路110而接收感應訊號S1,而二極體D3的陰極輸出啟動訊號S2至儲能電路140、放電電路150與電壓轉換電路130。儲能電路130包含電容C2與電容C3,電容C2耦接在防逆流電路120的輸出端及參考接地端間,響應於啟動訊號S2為第一準位而進行充電,以於感應訊號S1切換為第二準位時將啟動訊號S2維持於該第一準位。電容C3與電容C2並聯,響應於啟動訊號S2為第一準位而進行充電,以於感應訊號S1切換為第二準位時將啟動訊號S2維持於第一準位。
於圖3所示的範例中,並聯的電容C2與電容C3可節省電路面積與將低電路成本。需說明的是,雖然圖3係以儲能電路130包括兩個並聯的電容C2與電容C3為例進行說明,但本發明並不限制於此。例如,儲能電路130也可以包含其他數量的電容,此些電容可以串聯或並聯的方式連接。設計者可以依據電子元件材料需求或是電路面積與佈局考量等自行調整,本發明不對此做限制。
此外,當感應訊號S1從第一準位切換為第二準位時,防逆流電路120的二極體D3可防止啟動訊號S2逆流回感應訊號輸出電路110而無法維持於第一準位。具體而言,來自防逆流電路120且處於高準位的啟動訊號S2對電容C2~C3充電,使得在外部設備遠離近場通訊裝置的情況下,啟動訊號S2仍然可以維持在高準位一段時間。需說明的,圖3係以防逆流電路120包含一個二極體D3為例進行說明,但本發明並不限制於此。防逆流電路120也可由其他可限制電流方向的電子元件構成,像是電晶體或其他開關電路等等。設計者可依照需求替換防逆流電路120中的電子元件,本發明不對此做限制。
電壓轉換電路140包含電阻R8~R10、二極體D4~D5,以及開關SW2。二極體D4的陽極經由電阻R8耦接耦接防逆流電路120的輸出端以接收啟動訊號S2,而二極體D4的陰極可響應於啟動訊號S2為第一準位而輸出開機電壓POWER_EN。開關SW2的控制端經由電阻R8而接收啟動訊號S2,以受控於啟動訊號S2的準位而以導通或斷開。開關SW2的第一端經由電阻R9而接收參考偏壓Vref,開關SW2的第二端可響應於開關SW2導通而輸出通知訊號NFC_ON。電阻R10串接於開關SW2的第二端與參考接地端之間。需說明的是,圖3係以開關SW2包括N-通道場效電晶體(N-Channel MOSFET)N2為例而繪示,電晶體N2可響應於啟動訊號S2為第一準位或第二準為而導通或截止,但本發明並不限制於此。開關SW2也可由其他種類的電晶體或電路開關而組成。
即便外部設備短暫的靠近感測天線200,電壓轉換電路140還是可持續輸出通知訊號NFC_ON與啟動電壓開機電壓POWER_EN超過一預設時間給通訊模組300。如此,通訊模組300可響應於在預設期間內持續接收到通知訊號NFC_ON與啟動電壓開機電壓POWER_EN而完成啟動動作與配對動作。
此外,於圖3所示的範例中,電壓轉換電路140還可包括二極體D5。二極體D5的陽極用以接收一外部啟動訊號Vin,而二極體D5的陰極響應於接收到外部啟動訊號Vin而輸出開機電壓POWER_EN。外部啟動訊號Vin可以是由使用者按壓近場通訊裝置20上的按鈕裝置(未繪示)而產生。基此,近場通訊裝置20除了可響應於偵測到外部裝置的存在而開啟之外,也可透過使用者手動按壓按鈕裝置而開啟。
放電電路150包括電阻R11以及開關SW1。開關SW1經由電阻R11耦接於防逆流電路的輸出端,開關SW1的第一端經由電阻R11接收啟動訊號S2。開關SW1的控制端用以接收關機訊號S_discharge,以受控於關機訊號S_discharge而導通或斷開。開關SW1的第二端耦接至參考接地端。需說明的是,圖3係以開關SW1包括N-通道場效電晶體(N-Channel MOSFET)N1為例而繪示,電晶體N1的閘極接收關機訊號S_discharge以響應於是否接收關機訊號S_discharge而導通或截止,但本發明並不限制於此。開關SW1也可由其他種類的電晶體或電路開關而組成。具體而言,當近場通訊裝置20成功完成開機動作並與外部設備完成配對程序後,近場通訊裝置20的系統將會輸出關機訊號S_discharge,電晶體N1的閘極接收到放電訊號S_discharge而導通並進行放電,使啟動訊號S2從第一準位下拉到第二準位。
圖4是本發明之近場通訊裝置一實施例的運作流程圖。以下請參照圖2與圖4,在步驟S410中,藉由感測天線200偵測到同樣具備近場通訊功能的外部設備的存在,而透過感應訊號輸出電路110輸出高準位的感應訊號S1。在步驟S420中,藉由防逆流電路120接收高準位的感應訊號S1,而透過防逆流電路120輸出高準位的啟動訊號S2。在步驟S430中,藉由儲能電路130而響應於接收到高準位的啟動訊號S2而進行充電。在步驟S440中,當外部設備遠離感測天線200,透過感應訊號輸出電路110輸出低準位的感應訊號S1,致使感應訊號S1從高準位切換為低準位。在步驟S450中,藉由防逆流電路120防止電流逆流,並透過儲能電路130將啟動訊號S2維持於高準位。在步驟S460中,透過電壓轉換電路140持續接收到高準位的啟動訊號S2而輸出開機訊號POWER_EN與通知訊號NFC_ON至通訊模組300。於步驟S470中,藉由通訊模組300響應於接收到維持超過一預設期間的開機訊號POWER_EN與通知訊號NFC_ON而完成啟動動作與配對動作。於步驟S480中,藉由放電電路150接收關機訊號,而響應於放電電路150中的開關導通而將啟動訊號S2下拉至低準位,致使電壓轉換電路140停止輸出開機訊號POWER_EN與通知訊號NFC_ON至通訊模組300。
綜上所述,於本發明的實施例中,連接於天線與通訊模組間的無線感應電路包括防逆流電路及儲能電路。因此,即便外部設備遠離近場通訊裝置而導致感測天線無法再偵測到外部設備的存在,用以產生開機電壓的啟動訊號還是可以基於防逆流電路及儲能電路的設置而維持於第一準位超過一預設時間。於是,即使近場通訊裝置與外部設備之間的近場通訊連結中斷,近場通訊裝置可響應於維持超過預設時間的開機電壓而完成開啟動作,而通訊模組也可響應於維持超過一預設時間的開機電壓與通知訊號而完成配對動作。如此一來,即使使用者只是將近場通訊裝置以非常短暫的時間靠近外部設備,近場通訊裝置還是可以完成開機動作以及與外部設備之間的配對動作,而此將大幅提昇使用者體驗。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20‧‧‧近場通訊裝置
200‧‧‧感應天線
300‧‧‧通訊模組
100、400‧‧‧無線感應電路
110‧‧‧感應訊號輸出電路
120‧‧‧防逆流電路
130‧‧‧儲能電路
140‧‧‧電壓轉換電路
150‧‧‧放電電路
S1‧‧‧感應訊號
S2‧‧‧啟動訊號
POWER_EN‧‧‧啟動電壓
NFC_ON‧‧‧通知訊號
S_discharge‧‧‧關機訊號
Vin‧‧‧外部啟動訊號
Vref‧‧‧參考偏壓
R1~R11‧‧‧電阻
C1~C3‧‧‧電容
D1~D5‧‧‧二極體
N1~N2‧‧‧N-通道場效電晶體
NFCPAD1、NFCPAD2‧‧‧金屬墊
SW1、SW2‧‧‧開關
Q1‧‧‧電晶體
S410~S480‧‧‧步驟
圖1是依照本發明一實施例近場通訊裝置的示意方塊圖。 圖2是依照本發明一實施例近場通訊裝置的示意方塊圖。 圖3是依照本發明一實施例的無線感應電路的電路結構示意圖。 圖4是本發明之近場通訊裝置一實施例的運作流程圖。

Claims (8)

  1. 一種無線感應電路,包括:一感應訊號輸出電路,依據一感應天線的感應狀態而輸出一感應訊號;一防逆流電路,耦接該感應訊號輸出電路,具有一輸入端接收該感應訊號,並具有一輸出端來輸出一啟動訊號;一儲能電路,耦接該防逆流電路的該輸出端,經配置以當該啟動訊號依據該感應天線的感應狀態切換為一第一準位時,將該啟動訊號的準位維持於該第一準位;以及一電壓轉換電路,耦接該儲能電路及一通訊模組,接收維持於該第一準位的該啟動訊號而輸出一開機電壓至該通訊模組,致使該通訊模組響應於在一預設期間內接收到該開機電壓而完成一啟動動作,其中該電壓轉換電路接收一參考偏壓,並依據該啟動訊號與該參考偏壓輸出一通知訊號至該通訊模組,致使該通訊模組依據該通知訊號執行一配對動作,其中該電壓轉換電路包括:一第二二極體,其陽極耦接至該防逆流電路的該輸出端,該第二二極體的陰極輸出該開機電壓;一第二開關,其第一端耦接該參考偏壓,受控於該啟動訊號以導通或斷開,該第二開關的第二端輸出該通知訊號;以及一阻抗元件,串接於該第二開關的第二端與一參考接地端之 間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無線感應電路,更包括:一放電電路,耦接該防逆流電路的該輸出端,響應於接收一關機訊號而將該啟動訊號的準位切換為一第二準位。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的無線感應電路,其中該放電電路包括:一第一開關,耦接於該防逆流電路的該輸出端,該第一開關的第一端接收該啟動訊號,並受控於該關機訊號以導通或斷開,該第一開關的第二端耦接至一參考接地端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的無線感應電路,其中該防逆流電路包括:一第一二極體,其陽極耦接至該感應訊號輸出電路而接收該感應訊號,該第一二極體的陰極輸出該啟動訊號至該儲能電路與該電壓轉換電路。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的無線感應電路,其中該儲能電路包括:一第一電容,耦接在該防逆流電路的該輸出端及一參考接地端間,響應於該啟動訊號為該第一準位而進行充電,以於該感應訊號切換為第二準位時將該啟動訊號維持於該第一準位。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的無線感應電路,其中該儲能電路更包括: 一第二電容,與該第一電容並聯,響應於該啟動訊號為該第一準位而進行充電,以於該感應訊號切換為第二準位時將該啟動訊號維持於該第一準位。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的無線感應電路,其中該感應天線用以感測一配對目標的存在而控制該感應訊號的準位。
  8. 一種近場通訊裝置,包括:一感應天線;一無線感應電路,包括:一感應訊號輸出電路,耦接該感應天線,依據該感應天線的感應狀態而輸出一感應訊號;一防逆流電路,耦接該感應訊號輸出電路,具有一輸入端接收該感應訊號,並具有一輸出端來輸出一啟動訊號;一儲能電路,耦接該防逆流電路的該輸出端,經配置以當該啟動訊號依據該天線的感應狀態切換為一第一準位時,將該啟動訊號的準位維持於該第一準位;以及一電壓轉換電路,耦接該儲能電路與該防逆流電路,接收維持於該第一準位的該啟動訊號而輸出一開機電壓;以及一通訊模組,耦接該電壓轉換電路而接收該開機電壓,以響應於在一預設期間內接收到該開機電壓而完成一啟動動作,其中該電壓轉換電路接收一參考偏壓,並依據該啟動訊號與該參考偏壓輸出一通知訊號至該通訊模組,致使該通訊模組依據該通知訊號執行一配對動作, 其中該電壓轉換電路包括:一第二二極體,其陽極耦接至該防逆流電路的該輸出端,該第二二極體的陰極輸出該開機電壓;一第二開關,其第一端耦接該參考偏壓,受控於該啟動訊號以導通或斷開,該第二開關的第二端輸出該通知訊號;以及一阻抗元件,串接於該第二開關的第二端與一參考接地端之間。
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CN101814774A (zh) * 2010-03-04 2010-08-25 珠海赛迪生电气设备有限公司 一种无源环境参数无线监测装置
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