一種多頻段的信號收發裝置的製作方法

2023-11-06 15:21:57 3

專利名稱：一種多頻段的信號收發裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及物聯網及移動電子商務領域，具體說是一種多頻段的信號收發裝置。
背景技術：
隨著物聯網的大力發展，無線射頻技術突飛猛進。各種物聯網的應用層出不窮，包括有源信號，無源信號；射頻頻率從30K、13. 56MHz到5. 8G。手機因為具備顯示功能、按鍵輸入功能、網絡功能和智慧卡STK功能，並且普及度非常廣，用於物聯網和支付有著天然的優勢。現有一些針對手機支付和物聯網的射頻裝置也開始在手機上使用，有13. 56MHz的通信方案，也有2. 4G的高頻方案。這些不同的通信方案各有其優勢和局限性。
採用13. 56MHz頻率通信的IC卡和其他產品已經在銀行支付、城市一卡通、門禁等各領域佔據了主導地位，形成了比較完善的各種技術標準和應用規範。各個應用場所基本上都布置好了相應的讀卡器和終端。比如非接觸式CPU卡就是採用13. 56MHz頻率通信，而且可用無源方式。但它很難滿足在手機支付和物聯網上的應用。因為在這個頻段的通信很難穿透手機，而且只能作近距離通信。除非定製手機，否則這個頻段很難應用於手機支付領域。即使定製了手機，也無法滿足物聯網對通信距離和通信速度的要求。而類似於2. 4G的這樣的高頻很容易穿透手機，比較適合作手機支付和物聯網應用。現在已經有一些稱為RF-SM卡的手機SM卡就是採用2. 4G的這樣的高頻，用於手機支付。但是由於是一個全新的產品，現有各領域的讀卡器或終端設備均與其不兼容，而且也不符合現有銀行支付的規範，很難規模化的推廣。同時也由於功耗的原因，只能採用有源方式，經常要充電或者更換電池，給使用者帶來不便。採用這兩種通信頻段在應用中的產品，也在原理上利用了各自的優點，同樣也無法避免各自的缺陷。

發明內容
針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種多頻段的信號收發裝置，以解決有源和無源，高頻和低頻的射頻信號互聯互通的問題，從根本上解決二者兼容性的問題，實現不同頻段的射頻信號之間相互通信。為達到以上目的，本發明採取的技術方案是一種多頻段的信號收發裝置，其特徵在於，包括多頻功能模塊100和為其提供電力的電源模塊200 ；所述電源模塊200包括電源管理模塊201和電池202，所述多頻功能模塊100能夠和手機中的RF-SM卡進行射頻通訊，多頻功能模塊100包括一個低功耗的主控晶片101，一個配套有與其適配的天線的低頻射頻晶片102，
一個配套有與其適配的天線的高頻射頻晶片103，射頻晶片工作控制模塊104，其電カ來自電源模塊200，
射頻晶片工作控制模塊104的控制接口和主控晶片101的ー個IO ロ相連，射頻晶片工作控制模塊104通過電路和低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103的電源引腳線相連，主控晶片101通過射頻晶片工作控制模塊104控制低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103是否能通過電源模塊200取電，當有供電時，相應的射頻晶片處於有源工作模式，當無供電時，相應的射頻晶片處於非主動工作模式，當兩塊射頻晶片都處於非主動工作模式時，主控晶片101處於低功耗的待機模式，此時多頻功能模塊100處於低功耗狀態；低頻射頻晶片102在無供電時,通過與低頻射頻晶片102配套的天線能從讀卡器獲得感應電能,並和讀卡器交換數據，主控晶片101通過單獨的IO ロ分別與低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103通信。在上述技術方案的基礎上,主控晶片101姆隔一段時間自動從低功耗的待機模式切換到工作模式，或主控晶片101設計成長期處於低功耗待機模式，僅在用戶觸發時才從低功耗的待機模式切換到工作模式；在工作模式吋，主控晶片101操作射頻晶片工作控制模塊104，將低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103分別置於有源工作模式，通過IO ロ分別與低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103作數據通信。在上述技術方案的基礎上，主控晶片101在工作模式吋，查詢低頻射頻晶片102之前通過無源工作模式與讀卡器的通信結果，通過高頻射頻晶片103與手機內置的RF-SIM卡作數據交互。在上述技術方案的基礎上，主控晶片101在工作模式時，通過具有RF-S頂卡的手機對該多頻段的信號收發裝置進行讀、寫數據處理。在上述技術方案的基礎上，當通過高頻射頻晶片103與手機內置的RF-S頂卡作數據交互吋，作為ー個控制令牌，對手機RF-SIM卡發送指令，來控制RF-SIM卡是否和手機應用軟體交換數據。在上述技術方案的基礎上，多頻段的信號收發裝置去掉低頻射頻晶片102及其配套天線，能夠作為ー個控制令牌，向手機RF-SIM卡發送指令，控制RF-SIM卡是否向手機應用軟體傳送信息。在上述技術方案的基礎上，多頻功能模塊100採用集成電路エ藝封裝成一個模塊或者封裝成ー個晶片。在上述技術方案的基礎上，多頻功能模塊100和為其提供電カ的電源模塊200均封裝成手機掛件的形式。在上述技術方案的基礎上，多頻功能模塊100和為其提供電カ的電源模塊200嵌裝在手機的外殼中。本發明所述的多頻段的信號收發裝置，實現了有源和無源，高頻和低頻的射頻信號互聯互通的問題，從根本上解決二者兼容性的問題，實現不同頻段的射頻信號之間相互通信。


本發明有如下附圖圖I本發明的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。如圖I所示，本實施例選擇兩個典型的射頻頻段，低頻頻段優選13. 56MHz，高頻頻段優選2. 4G，優選可充電的鋰粒子聚合物電池提供電力。本發明所述的多頻段的信號收發裝置，包括多頻功能模塊100和為其提供電力的電源模塊200 ；
所述電源模塊200包括電源管理模塊201和電池202，所述電池202為可充電的鋰粒子聚合物電池，或一次性電池，或太陽能電池；所述多頻功能模塊100能夠和手機中的RF-SM卡進行射頻通訊，多頻功能模塊100包括一個低功耗的主控晶片101，選用型號為MSP430的單片機，一個13. 56MHz頻率通信的低頻射頻晶片102，選用雙界面卡智能晶片NXP公司的P5CD072，且配套有與其適配的天線，例如螺旋型或鞭狀天線，天線為本領域的公知技術，此處不再詳述，一個2. 4G頻率通信的高頻射頻晶片103，選用nordic公司的N0R24L01，且配套有與其適配的天線，例如螺旋型或鞭狀天線，天線為本領域的公知技術，此處不再詳述，射頻晶片工作控制模塊104，由電路和三級管組成可採用現有技術實施，其電力來自電源模塊200，射頻晶片工作控制模塊104的控制接口和主控晶片101的一個IO 口相連，射頻晶片工作控制模塊104通過電路和低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103的電源引腳線相連，主控晶片101通過射頻晶片工作控制模塊104控制低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103是否能通過電源模塊200取電，當有供電時，相應的射頻晶片處於有源工作模式，當無供電時，相應的射頻晶片處於非主動工作模式，當兩塊射頻晶片(低頻射頻晶片102和高頻射頻晶片103)都處於非主動工作模式時，主控晶片101處於低功耗的待機模式，此時多頻功能模塊100處於低功耗狀態；低頻射頻晶片102在無供電時,通過與低頻射頻晶片102配套的天線能從讀卡器獲得感應電能，並和讀卡器交換數據，如我們日常所看到的無源刷卡通信一樣(例如乘坐公交車時用非接觸式CPU卡刷卡)。即當無供電時，低頻射頻晶片102處於低功耗的被動工作模式，即無源工作模式，其電能不是從電源模塊200獲得，不影響多頻功能模塊100的功耗，主控晶片101通過單獨的IO 口分別與低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103通信。通常情況下，主控晶片101處於低功耗的待機模式，而低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103直接由主控晶片101控制處於非主動工作模式，此時整個多頻段的信號收發裝置的功耗非常低，以現有電子行業的技術，可以做到待機電流低於O. 5微安培。由於13. 56MHz頻率通信的低頻射頻晶片102需要具備工作於無源的被動工作模式，其可選用ー顆雙界面智慧卡晶片作為13. 56MHz頻率通信的射頻晶片。此時無論多頻段的信號收發裝置處於待機模式，還是處於電池無法供電(例如電池無電等)的狀況，低頻射頻晶片102都能採用無源工作模式獨立工作，與讀卡器或終端作數據通信。在用戶看來，他拿著本發明的裝置與拿著ー張非接觸式CPU卡的刷卡體驗是一致的。在上述技術方案的基礎上,主控晶片101姆隔一段時間自動從低功耗的待機模式切換到工作模式，在工作模式吋，主控晶片101操作射頻晶片工作控制模塊104，將低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103分別置於有源工作模式，通過IO ロ分別與低頻射頻晶片102、高頻射頻晶片103作數據通信。主控晶片101在工作模式時，可以查詢低頻射頻晶片102之前通過無源工作模式 與讀卡器的通信結果，可以通過高頻射頻晶片103與手機內置的RF-S頂卡作數據交互。此時整個多頻段的信號收發裝置的功耗較大，接近20毫安。但是這個時間段很短。在上述技術方案的基礎上，主控晶片101每隔20分鐘自動從低功耗的待機模式切換到工作模式，且工作模式每次持續100毫秒。假設我們設計為主控晶片每隔20分鐘進入一次工作模式，毎次持續100毫秒，那麼整個多頻段的信號收發裝置的平均電流為2. 17微安。如果用ー個60毫安小時的電池來供電，可以待機超過27，000小吋。即使電池不充電也不更換，可以持續使用3年多時間。在上述技術方案的基礎上，主控晶片101設計成長期處於低功耗待機模式，僅在用戶觸發時才從低功耗的待機模式切換到工作模式。為了進一歩降低功耗，延長電池使用時間。可以將主控晶片設計成長期處於低功耗待機模式，只是在用戶按下按鍵或者針孔觸發時才短暫進入工作模式。這樣整個多頻段的信號收發裝置的最大理論待機時間可以是120，000小時，差不多13年以上的時間。跟無源的非接觸CPU卡幾乎沒有任何差別。在上述技術方案的基礎上，多頻功能模塊100採用集成電路エ藝封裝成一個模塊或者封裝成ー個晶片。在上述技術方案的基礎上，多頻功能模塊100和為其提供電カ的電源模塊200均封裝成手機掛件的形式。掛件中的多頻功能模塊100採用集成電路エ藝封裝成一個模塊或者封裝成ー個晶片。當這個多頻段的信號收發裝置做成手機掛件的形式掛在或者貼在手機上吋，與手機內置的RF-SIM卡配合使用，由於多頻段的信號收發裝置的低頻射頻晶片102具有非接觸CPU卡的功能，同時當多頻段的信號收發裝置的高頻射頻晶片103處於工作模式時，又能和手機RF-S頂卡通信，這樣，能通過具有RF-S頂卡的手機對該多頻段的信號收發裝置進行讀、寫數據處理，例如充值和查詢。同樣，由於當該多頻段的信號收發裝置的高頻部分處於工作模式時，能夠和手機RF-SIM卡通信，這樣可以通過該多頻段的信號收發裝置對手機RF-SIM卡發送指令，來控制RF-S頂卡是否和手機應用軟體交換數據。因此，該多頻段的信號收發裝置或者該多頻段的信號收發裝置的高頻部分，可以作為一個手機或移動終端的控制令牌，控制手機應用的合理使用，比如作為一個無線安全令牌，確認手機支付是否執行。即多頻段的信號收發裝置去掉低頻射頻晶片102及其配套天線，能夠作為一個控制令牌，向手機RF-SIM卡發送指令，控制RF-SIM卡是否向手機應用軟體傳送信息。多頻段的信號收發裝置可以製成卡片狀或各種異型，能和多個頻段通信及交互數據，對移動電子商務及物聯網的發展將產生深遠的影響，有巨大的經濟及社會效益。在上述技術方案的基礎上，多頻功能模塊100和為其提供電力的電源模塊200可 以嵌裝在手機的外殼中。且多頻功能模塊100採用集成電路工藝封裝成一個模塊或者封裝成一個晶片。
權利要求
1.一種多頻段的信號收發裝置，其特徵在於，包括多頻功能模塊(100)和為其提供電力的電源模塊(200)； 所述電源模塊(200)包括電源管理模塊(201)和電池(202)， 所述多頻功能模塊(100)能夠和手機中的RF-S頂卡進行射頻通訊，多頻功能模塊(100)包括 一個低功耗的主控晶片(101)， 一個配套有與其適配的天線的低頻射頻晶片(102)， 一個配套有與其適配的天線的高頻射頻晶片(103)， 射頻晶片工作控制模塊(104)，其電力來自電源模塊(200)， 射頻晶片工作控制模塊(104)的控制接口和主控晶片(101)的一個IO 口相連，射頻晶片工作控制模塊(104)通過電路和低頻射頻晶片(102)、高頻射頻晶片(103)的電源引腳線相連，主控晶片(101)通過射頻晶片工作控制模塊(104)控制低頻射頻晶片(102)、高頻射頻晶片(103)是否能通過電源模塊(200)取電， 當有供電時，相應的射頻晶片處於有源工作模式，當無供電時，相應的射頻晶片處於非主動工作模式，當兩塊射頻晶片都處於非主動工作模式時，主控晶片(101)處於低功耗的待機模式，此時多頻功能模塊(100)處於低功耗狀態； 低頻射頻晶片(102)在無供電時，通過與低頻射頻晶片(102)配套的天線能從讀卡器獲得感應電能,並和讀卡器交換數據， 主控晶片(101)通過單獨的IO 口分別與低頻射頻晶片(102)、高頻射頻晶片(103)通 目。
2.如權利要求I所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於主控晶片(101)每隔一段時間自動從低功耗的待機模式切換到工作模式， 或主控晶片(101)設計成長期處於低功耗待機模式，僅在用戶觸發時才從低功耗的待機模式切換到工作模式； 在工作模式時，主控晶片(101)操作射頻晶片工作控制模塊(104)，將低頻射頻晶片(102)、高頻射頻晶片(103)分別置於有源工作模式，通過IO口分別與低頻射頻晶片(102)、高頻射頻晶片(103)作數據通信。
3.如權利要求2所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於主控晶片(101)在工作模式時，查詢低頻射頻晶片(102)之前通過無源工作模式與讀卡器的通信結果，通過高頻射頻晶片(103)與手機內置的RF-SM卡作數據交互。
4.如權利要求3所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於主控晶片(101)在工作模式時，通過具有RF-S頂卡的手機對該多頻段的信號收發裝置進行讀、寫數據處理。
5.如權利要求3所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於當通過高頻射頻晶片(103)與手機內置的RF-SM卡作數據交互時，作為一個控制令牌，對手機RF-SM卡發送指令，來控制RF-SIM卡是否和手機應用軟體交換數據。
6.如權利要求3所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於多頻段的信號收發裝置去掉低頻射頻晶片(102)及其配套天線，能夠作為一個控制令牌，向手機RF-SIM卡發送指令，控制RF-SIM卡是否向手機應用軟體傳送信息。
7.如權利要求I或2或3或4或5或6所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於多頻功能模塊(100)採用集成電路工藝封裝成一個模塊或者封裝成一個晶片。
8.如權利要求I或2或3或4或5或6所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於多頻功能模塊(100)和為其提供電力的電源模塊(200)均封裝成手機掛件的形式。
9.如權利要求I或2或3或4或5或6所述的多頻段的信號收發裝置，其特徵在於多頻功能模塊(100)和為其提供電力的電源模塊(200)嵌裝在手機的外殼中。
全文摘要
本發明涉及一種多頻段的信號收發裝置，包括多頻功能模塊和為其提供電力的電源模塊；所述多頻功能模塊能夠和手機中的RF-SIM卡進行射頻通訊，包括一個低功耗的主控晶片，一個低頻射頻晶片，一個高頻射頻晶片，射頻晶片工作控制模塊，主控晶片通過射頻晶片工作控制模塊控制低頻射頻晶片、高頻射頻晶片是否能取電，主控晶片通過單獨的IO口與低頻射頻晶片、高頻射頻晶片通信。本發明所述的多頻段的信號收發裝置，實現了有源和無源，高頻和低頻的射頻信號互聯互通的問題，從根本上解決二者兼容性的問題，實現不同頻段的射頻信號之間相互通信。
文檔編號H04B1/40GK102832961SQ201110358400
公開日2012年12月19日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年6月16日
發明者王海泉, 姜鳳明, 顧萬水, 王李琰 申請人:王海泉, 王李琰