一種NFC線圈和無線充電線圈復用的物理切換裝置的製作方法
2023-05-22 09:41:51 1
本發明涉及NFC和無線充電技術領域，具體涉及一種NFC線圈和無線充電線圈復用的物理切換裝置。
背景技術：
NFC的全稱為Near FieId Communication，即近場通信，源於射頻識別(RFID，Radio Frequency Identify Detection)技術，是一種非接觸式識別和互聯技術，由索尼和飛利浦公司共同開發的，用來實現各種設備之間點對點的近距離通信。NFC技術廣泛的應用於無線支付、數據傳輸等領域，近年來隨著行動支付越來越深入生活，NFC已經逐漸成為智慧型手機標配，與此同時，沉默已久的無線充電技術由於充電效率及充電功率得到明顯提升，且能夠部分復用NFC所佔用的空間和資源，已開始逐漸和NFC融為一體。
然而，NFC和無線充電雖然復用了同一塊鐵氧體電磁屏蔽材料，線圈和電路卻獨立存在，這會帶來一個問題：當所給的佔用面積一定時，NFC線圈和無線充電線圈往往需要在面積和隔離度上相互妥協，導致NFC線圈性能和無線充電線圈性能均出現了惡化，同時NFC線圈和無線充電線圈不可避免地近距離接觸，相互之間幹擾在狹小的空間內無法有效消除，因此，業界有提出將NFC和無線充電共用一個線圈的構想。
目前NFC和無線充電線圈是通過電子開關的形式實現NFC和無線充電線圈分時復用，但是，電子開關實現方式有以下幾個缺點：1、電子開關普遍承受不了較大功率，無線充電功率高達10W以上，必須開發額定功率較大的電子開關；2、電子開關關斷不徹底，導致NFC和無線充電線圈之間隔離度差，信號串擾較大；3、電子開關的引入，不可避免造成效率上的下降，這會轉換為多餘的熱量，給移動終端熱處理提出了考驗。
技術實現要素：
針對NFC線圈和無線充電線圈復用中存在的問題，本申請提供一種NFC線圈和無線充電線圈復用的物理切換裝置，包括：第一線圈、第二線圈、載體、金屬線路、NFC電路、無線充電電路、第一物理切換機構、第二物理切換機構和第三物理切換機構；
第一線圈和第二線圈設置於載體的正面，金屬線路、NFC電路、無線充電電路、第一物理切換機構、第二物理切換機構和第三物理切換機構設置於載體的反面；
第一物理切換機構用於根據外部靜磁場的引入而複合第一線圈和第二線圈，並根據外部靜磁場的消失而斷開複合的第一線圈和第二線圈；
第二物理切換機構用於根據外部靜磁場的引入而斷開NFC電路，並根據外部靜磁場的消失而連通NFC電路；
第三物理切換機構用於根據外部靜磁場的引入而連通無線充電電路，並根據外部靜磁場的消失而斷開無線充電電路；
無線充電時，在外部充電器的靜磁場作用下，所述第一物理切換機構將第一線圈和第二線圈複合形成一充電線圈，第三物理切換機構將充電線圈與無線充電電路連通形成無線充電迴路，同時第二物理切換機構切斷NFC電路；NFC通訊時，靜磁場消失，第一物理切換機構將複合的第一線圈和第二線圈斷開，第三物理切換機構斷開無線充電電路，第二物理切換機構將第一線圈與NFC電路連通形成NFC通訊迴路。
一種實施例中，第二線圈螺旋式設置於載體上，第一線圈螺旋式設置於第二線圈外側，且第一線圈的尾端與第二線圈的首端不相連。
一種實施例中，金屬線路包括第一線路、第二線路、第三線路、第四線路、第五線路、第六線路、第七線路和第八線路；
第一線圈的首端通過第七線路連接於第三物理切換機構，並通過第八線路連接於第二物理切換機構；第三物理切換機構通過第六線路與無線充電電路連接，無線充電電路通過第三線路連接於第二線圈的尾端，第二物理切換機構通過第五線路與NFC電路連接，NFC電路通過第四線路與第一物理切換機構連接，第一物理切換機構一端通過第一線路連接於第一線圈的尾端，另一端通過第二線路連接於第二線圈的首端。
一種實施例中，第一物理切換機構包括具有彈性的第一連接器和具有剛性的第二連接器；
第一連接器焊接於第一線路上，第二連接器焊接於第四線路上；
在外部靜磁場的作用下，第一連接器的自由端移動至第二線路，導通第一線路與第二線路，複合第一線圈和第二線圈；外部靜磁場消失時，第一連接器的自由端復位並與第二連接器的自由端接觸，斷開第一線圈和第二線圈的複合。
一種實施例中，第二物理切換機構包括具有彈性的第三連接器和具有剛性的第四連接器；
第三連接器焊接於第五線路上，第四連接器焊接於第八線路上；
在外部靜磁場的作用下，第三連接器的自由端移動至載體上，斷開第五線路和第八線路的導通；外部靜磁場消失時，第三連接器的自由端復位並與第四連接器的自由端接觸，導通第五線路和第八線路。
一種實施例中，第三物理切換機構包括具有彈性的第五連接器，第五連接器焊接於第七線路上；
在外部靜磁場的作用下，第五連接器的自由端移動至第六線路上，導通第七線路和第六線路；外部靜磁場消失時，第五連接器的自由端復位並斷開第七線路和第六線路的導通。
一種實施例中，第一連接器、第三連接器和第五連接器均為軟磁彈性材料。
一種實施例中，第二連接器和第四連接器均為非鐵磁性金屬。
一種實施例中，第一連接器、第二連接器、第三連接器、第四連接器和第五連接器的表面均鍍有銅、鎳或金。
依據上述實施例的物理切換裝置，由於通過外部充電器進行無線充電時，根據外部充電器產生的靜磁場，第一物理切換機構將第一線圈和第二線圈複合形成一充電線圈，第三物理切換機構將充電線圈與無線充電電路連通形成無線充電迴路，同時第二物理切換機構切斷NFC電路，NFC通訊時，該靜磁場消失，第一物理切換機構將複合的第一線圈和第二線圈斷開，第三物理切換機構斷開無線充電電路，第二物理切換機構將第一線圈與NFC電路連通形成NFC通訊迴路，使得物理切換裝置的承受功率只與線圈本身設計有關，不存在額定功率小的問題，能實現徹底的物理切斷，無效率損失，而且，在無線充電時可以斷開NFC電路，及NFC通訊時可以斷開無線充電電路，在無線充電和NFC通訊之間能徹底隔離，二者之間不存在信號幹擾。
附圖說明
圖1為第一線圈和第二線圈的排布結構示意圖；
圖2為載體背面的結構示意圖；
圖3為物理切換機構接入金屬線路的電路示意圖；
圖4為物理切換機構接入金屬線路的結構示意圖；
圖5為圖4的局部放大圖。
具體實施方式
下面通過具體實施方式結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
本例提供一種NFC線圈和無線充電線圈復用的物理切換裝置，包括第一線圈1、第二線圈2、載體3、金屬線路4、NFC電路5、無線充電電路6、第一物理切換機構7、第二物理切換機構8和第三物理切換機構9。
如圖1所示，第一線圈1和第二線圈2設置於載體3的正面，具體的，第二線圈2螺旋式設置於載體3上，第一線圈1螺旋式設置於第二線圈2外側，且第一線圈1的尾端12與第二線圈2的首端21不相連，其中，第一線圈1按滿足NFC功能設計製造，使得第一線圈1與NFC電路5連通形成迴路後可以實現NFC通訊功能，載體3可以是PCB板。
如圖2所示，金屬線路4、NFC電路5、無線充電電路6、第一物理切換機構7、第二物理切換機構8和第三物理切換機構9設置於載體3的反面，第一線圈1和第二線圈2經導通孔與載體3背面的金屬線路4相連，進一步，第一物理切換機構7通過金屬線路4與第一線圈1和第二線圈2連接，用於根據引入的外部靜磁場複合第一線圈1和第二線圈2，並根據外部靜磁場的消失而斷開複合的第一線圈1和第二線圈2；第二物理切換機構8通過金屬線路4與NFC電路5連接，用於根據外部靜磁場的引入而斷開NFC電路5，並根據外部靜磁場的消失而連通NFC電路5；第三物理切換機構9通過金屬線路4與無線充電電路6連接，用於根據外部靜磁場的引入而連通無線充電電路6，並根據外部靜磁場的消失而斷開無線充電電路6。
進一步，本例將載體3背面的第一線圈1和第二線圈2的整個區域使用鐵氧體電磁屏蔽膜覆蓋，達到屏蔽的效果。
本例採用第一物理切換機構7、第二物理切換機構8和第三物理切換機構9實現無線充電和NFC通訊的切換，具體的，無線充電時，在外部充電器的靜磁場作用下，第一物理切換機構7將第一線圈1和第二線圈2複合形成一充電線圈，第三物理切換機構9將充電線圈與無線充電電路6連通形成無線充電迴路，同時，第二物理切換機構8切斷NFC電路5；NFC通訊時，靜磁場消失，第一物理切換機構7將複合的第一線圈1和第二線圈2斷開，第三物理切換機構9斷開無線充電電路6，第二物理切換機構8將第一線圈1與NFC電路5連通形成NFC通訊迴路。
進一步，金屬線路4包括第一線路41、第二線路42、第三線路43、第四線路44、第五線路45、第六線路46、第七線路47和第八線路48；第一物理切換機構7、第二物理切換機構8和第三物理切換機構9接入金屬線路4中的電路示意圖如圖3所示，結構示意圖如圖4所示，具體的，第一線圈1的首端11通過第七線路47連接於第三物理切換機構9，並通過第八線路48連接於第二物理切換機構8；第三物理切換機構9通過第六線路46與無線充電電路6連接，無線充電電路6通過第三線路43連接於第二線圈2的尾端22，第二物理切換機構8通過第五線路45與NFC電路5連接，NFC電路5通過第四線路44與第一物理切換機構7連接，第一物理切換機構7一端通過第一線路41連接於第一線圈1的尾端12，另一端通過第二線路42連接於第二線圈2的首端21。
圖4的局部放大圖如圖5所示，根據圖5可以清楚的看出本例的物理切換裝置的具體結構，具體的，第一物理切換機構7包括具有彈性的第一連接器71和具有剛性的第二連接器72；第一連接器71焊接於第一線路41上，第二連接器72焊接於第四線路44上；本例中，第一連接器71採用軟磁彈性材料製成，第二連接器72為非鐵磁性金屬，在外部靜磁場的作用下第一連接器71的自由端可以移動，而第二連接器72的自由端不能移動。在外部靜磁場的作用下，第一連接器71的自由端移動至第二線路42，導通第一線路41與第二線路42，複合第一線圈1和第二線圈1；外部靜磁場消失時，第一連接器71在自身彈力的作用下，其自由端自動彈回復位並與第二連接器72的自由端接觸，此時，斷開第一線圈1和第二線圈2的複合。
進一步，第二物理切換機構8包括具有彈性的第三連接器81和具有剛性的第四連接器82；第三連接器81焊接於第五線路45上，第四連接器82焊接於第八線路48上；同樣的，第三連接器81也採用軟磁彈性材料製成，第四連接器82為非鐵磁性金屬，在外部靜磁場的作用下第一連接器81的自由端可以移動，而第二連接器82的自由端不能移動。在外部靜磁場的作用下，第三連接器81的自由端移動至載體3上，斷開第五線路45和第八線路48的導通；外部靜磁場消失時，第三連接器81的自由端復位並與第四連接器82的自由端接觸，導通第五線路45和第八線路48。
進一步，第三物理切換機構9包括具有彈性的第五連接器91，第五連接器91焊接於第七線路47上；同樣的，第五連接器91也採用軟磁彈性材料製成，在外部靜磁場的作用下，第五連接器91的自由端移動至第六線路46上，導通第七線路47和第六線路46；外部靜磁場消失時，第五連接器91的自由端復位並斷開第七線路47和第六線路46的導通。
進一步，第一連接器71、第二連接器72、第三連接器81、第四連接器82和第五連接器91的表面均鍍有銅、鎳或金等金屬，以抵抗環境影響，提供低的接觸電阻和利於焊接等效果。
本例的物理切換裝置具體工作的原理是：當需要無線充電時，物理切換裝置接近外部充電器，在外部充電器產生的靜磁場的作用下，第一連接器71和第三連接器81受到外部充電器靜磁場的吸引而移動，第一連接器71脫離第二連接器72，直至第一連接器71的自由端接觸至第二線路42，同時，第三連接器81脫離第四連接器82，第三連接器81的自由端接觸至載體3，此時，第一線圈1和第二線圈2複合成一充電線圈，第五連接器91也在靜磁場的作用下移動至第六線路46上，該充電線圈與無線充電電路6形成充電迴路，即可進行充電。
由於NFC通訊時並不需要充電，所以，NFC通訊時，外部充電器未接近物理切換裝置，相應的，物理切換裝置附近沒有相應的靜磁場，或相應的靜磁場消失，此時，第一連接器71的自由端在自身彈性的作用下復位並接觸至第二連接器72的自由端，該複合的第一線圈1和第二線圈2被斷開，同樣的，第三連接器81的自由端也在自身彈性的作用下復位並接觸至第四連接器82，導通第五線路45和第八線路48，及第五連接器91在自身彈性的作用下復位，斷開第七線路47和第六線路46的導通，這時，第一線圈1經第一線路41、第一連接器71、第二連接器72、第四線路44、NFC電路5、第五線路45、第四連接器82、第三連接器81、及第八線路48線形成迴路，實現NFC通訊功能。
本例的物理切換裝置應用於同時具有無線充電和NFC功能的移動終端時，能實現移動終端中無線充電和NFC的徹底切換，提高了移動終端的無線充電和NFC通訊的性能。
以上應用了具體個例對本發明進行闡述，只是用於幫助理解本發明，並不用以限制本發明。對於本發明所屬技術領域的技術人員，依據本發明的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。