[0001] 本说明书的实施例总体涉及近场通信(NFC，Near Field Communication)技术领域，并且更具体地涉及一种NFC无源标签识别系统、方法和NFC设备。

[0002] NFC，即近距离无线通讯技术，是一种短距高频的无线电技术，由非接触式射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术演变而来。它支持移动设备、消费类电子产品、PC和智能控件工具间进行近距离无线通信，其工作频率为13.56MHz，传输距离在10厘米或20厘米以内。NFC作为一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，具有距离近、带宽高、能耗低等特点。

[0003] NFC设备可以分为无源NFC设备与有源NFC设备。无源NFC设备包括NFC标签和其他小型发射器，它们可以向其他NFC设备发送信息，而不需要电源，因此具有成本低、使用寿命长和环境适应性强等优势；有源NFC设备能够发送和接收数据，并且可以彼此通信，也可以与无源设备通信。有源NFC设备只能够在供电情况下工作。

[0018] 下面将参照附图更详细地描述本说明书的实施例。虽然附图中显示了本说明书的某些实施例，然而应当理解的是，本说明书可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本说明书。应当理解的是，本说明书的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

[0019] 在本说明书的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

[0020] 如上所述，NFC由于具备短距离、快速连接、低功耗、兼容性高等特点，近年来受到越来越多行业的追捧，在诸如移动支付、数据交换、门禁等场景均有着广泛的应用。其中无源NFC标签是一种不依赖于自身电源的近场通信设备。这种标签通过与NFC读写器之间的短距离无线信号交换数据。当NFC读写器靠近无源标签时，读写器发出的电磁场为标签供电，标签的内置电路便开始工作。标签随后将存储的数据通过调制方式反向传输到读写器，完成数据的交互。

[0021] 低功耗检卡(Low Power Card Detection，LPCD)模式是一种低功耗的卡片检测方式，它允许NFC读卡器在不需要持续轮询的情况下检测卡片的接近。这种模式通过周期性地发送射频(RF)脉冲并监测反射信号来实现，当检测到信号变化(如失谐)时，会触发NFC读卡器进行进一步的通信。

[0022] 在进行NFC标签识别时，通常情况下具有NFC读卡功能的终端设备处于主动模式，通过发射电场来监测是否有NFC设备靠近。然而，由于终端设备，尤其是移动设备通常使用电池供电，为了延长电池寿命和提高续航能力，一些终端设备会在亮屏后一段时间内自动切换到LPCD模式。一旦进入LPCD模式，如果天线的耦合面积不足或电场变化不够显著，终端设备可能会难以从该模式退出，从而导致终端设备与NFC标签的正常通信受阻，进而影响NFC识别成功率，影响用户使用体验。

[0023] 为此，本说明书的实施例中提供了一种NFC无源标签识别系统。该系统能够收集并存储各种环境能量以用于发送NFC射频场的载波信号，使靠近的NFC读卡器等终端设备退出LPCD模式，以正常检卡模式与NFC标签进行通信，从而能够在无源NFC场景下以低成本低功耗的方式提高NFC识别效率。

[0024] 图1示出了根据本说明书的一些实施例的NFC无源标签识别系统100的结构示意图。如图1所示，NFC无源标签识别系统100可以包括能量收集电路102、射频发送电路104和NFC标签电路106。

[0025] 能量收集电路102可以从周围环境中收集环境能量并存储，以向射频发送电路104提供能量。环境能量收集技术(Energy Harvesting，EH)是指从环境中收集和利用可用的能量，以供给电力或充电设备。环境能量包括但不限于无线射频能量、热能、光能等。这些能量源具有普遍性、稳定性和持续性等特点，因此能够作为能量收集的可靠来源。

[0026] 在一些实施例中，可以使用射频能量收集电路从射频信号中捕获能量并将其转换为电能。具体地，可以首先使用天线捕获电磁波(射频信号)，并将其转换成电信号。然后，通过整流器将天线捕获的交流电(AC)信号转换为直流信号(DC)。可选地，整流器可以使用二极管或金属‑氧化物半导体场效应管(MOSFET)等器件实现。

[0027] 在一些实施例中，还可以使用热能量收集电路从环境中捕获热能并将其转换为电能。具体地，可以使用由多个热电偶串联而成的热电堆，当两端产生温度差时会产生电动势。可选地，还可以利用热释电元件在温度变化时会产生电荷的特性，将捕获的热能转换为电能。

[0028] 在一些实施例中，还可以使用光伏能量收集电路利用光伏效应将光能转换为电能。具体地，可以利用光子激发光伏电池中的电子，从而产生电流。

[0029] 由于收集到的环境能量通常较为微弱且不稳定，需要使用储能元件来存储和管理这些能量。例如，可以使用电容器或锂离子电池等存储从环境能量转化而来的电能。

[0030] 在一些实施例中，能量收集电路102还可以连接有升压稳压电路和震荡电路。升压稳压电路能够用于提高输出电压，以满足射频发送电路104的电压需求。震荡电路能够用于产生周期性的电压信号并发送给射频发送电路104，以使射频发送电路104周期性地发送激励信号。具体地，能量收集电路102收集到的环境能量可以首先经由升压稳压电路转换为平滑稳定的直流电压，再经由震荡电路转换为特定频率的交流震荡信号，发送给射频发送电路104。

[0031] 射频发送电路104可以基于能量收集电路102提供的能量，发送用于使终端设备退出低功耗检卡LPCD模式的激励信号。其中，能量收集电路102提供的能量可以是上述由震荡电路产生的周期性的电压信号。

[0032] 上述携带NFC读卡功能的终端设备，包括但不限于智能手机类型的移动终端设备、智能手表与智能眼镜等智能可穿戴设备，由于通常使用电池供电，对于功耗十分敏感，为了控制功耗，通常会对自身读卡器的发射功率等做很多低功耗的设计，包括设置LPCD模式。例如，大部分智能手机在亮屏后一段时间内会自动切换到LPCD模式。

[0033] 在实际应用中，只有当终端设备检测到其发射的射频信号被邻近的NFC目标设备感应，并且这种感应导致的信号强度变化达到或超过预设的阈值时，移动设备才会从LPCD模式中唤醒，进入正常读卡模式。然而，在LPCD模式下，终端设备发射的信号强度减弱，射频信号的幅值会比正常读卡模式更低。这导致NFC目标设备对该信号的响应幅度也相应减小，从而使得终端设备难以根据信号幅值的变化准确判断周围是否存在NFC目标设备。因此，可以通过主动发射强度较高的激励信号来激励终端设备退出LPCD模式。

[0034] 在一些实施例中，射频发送电路104可以包括与能量收集电路102连接的第一NFC芯片和与第一NFC芯片连接的激励线圈。第一NFC芯片可以接收如上所述的能量收集电路102产生的交流震荡信号，调制到包含指定数据包(包括但不限于寻卡、P2P传输等命令)的射频场的载波信号(即，激励信号)，发送给激励线圈。然后，可以由激励线圈发送该激励信号，以在本系统周围形成射频场。可选地，激励信号还可以是不包含任何信息的空载波信号，以减少传输信号的系统负担。第一NFC芯片可以是任意支持13.56MHz载波标准的NFC芯片。上述第一NFC芯片和激励线圈可以由可购买的商品芯片来提供，本说明书对此不作限制。

[0035] NFC标签电路106可以感应终端设备发送的NFC探测信号，以与终端设备进行通信。NFC标签电路106可以包括第二NFC芯片和NFC线圈。具体地，可以通过NFC线圈接收来自终端设备的NFC探测信号，同时产生电磁感应电流，以供第二NFC芯片进行数据的接收与发送。同样地，由于NFC技术的通信载波频率13.56MHz已在全球范围内标准化，第二NFC芯片可以是任意支持13.56MHz载波标准的NFC芯片。上述第二NFC芯片和NFC线圈可以由可购买的商品芯片来提供，本说明书对此不作限制。

[0036] 在不同场景下，第二NFC芯片可以包含不同的信息。例如，在支付场景中，第二NFC芯片可以包含支付订单信息。例如，在点餐场景中，第二NFC芯片可以包含菜单和座位信息。又例如，在门禁场景中，第二NFC芯片可以包含身份验证信息。

[0037] 应当理解，仅出于示例性的目的来描述系统100中的架构和功能，而不暗示对本说明书的范围的任何限制。本说明书的实施例还可以被应用到具有不同的结构和/或功能的其他环境中。

[0038] 下文将结合图2至图5详细描述根据本说明书实施例的过程。为了便于理解，在下文描述中提及的具体数据均是示例性的，并不用于限定本公开的保护范围。应当理解，以下描述的实施例还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作，本公开的范围在此方面不受限制。

[0039] 由于本系统涉及两个NFC线圈电路，其中射频发送电路104通过外部供电发送射频场的载波信号使终端设备退出LPCD模式，NFC标签电路106由自身感生电，存储信息并响应终端设备的NFC探测信号，在电路布局时，应当避免终端设备在接收激励信号和读取NFC标签电路所存储的数据时产生干扰。

[0040] 图2示出了根据本说明书的一些实施例的NFC无源标签识别系统200的结构示意图。如图2所示，可以将射频发送电路104和NFC标签电路106重叠布置在同一平面内，射频发送电路104可以包括第一NFC芯片204和激励线圈206，激励线圈206可以布置在最外侧。第一NFC芯片204可以由能量收集电路202通过正电压供给端VDD和接地端VSS供电。NFC标签电路106可以包括第二NFC芯片208和NFC线圈210。NFC标签电路106位于激励线圈206的内侧。以此方式，能够尽可能地避免信号干扰。

[0041] 在一些实施例中，还可以将射频发送电路104和NFC标签电路106进行上下布置或左右布置等，本说明书对具体的电路布局不作限制。

[0042] 图3A示出了根据本说明书的一些实施例的射频发送电路300的结构示意图。如图3A所示，射频发送电路300可以包括第一NFC芯片302、第一低通滤波器304、第一匹配电路
306、第一限流元件308和激励线圈310。能量收集电路202可以通过正电压供给端VDD和接地端VSS向第一NFC芯片302供电，例如提供周期性的交流震荡信号。第一低通滤波器304可以包括电感和电容，利用其只容许低于截止频率的信号通过，而高于截止频率的信号不能通过的特性来滤除晶振的高次谐波，从而提高信号传输的稳定性。

[0043] 第一匹配电路306可以与激励线圈310进行调谐，调整阻抗参数及谐振频率参数。第一限流元件308可以包括串联电阻，其能够调整激励线圈310的品质因子(可称为Q值)和电路的带宽之间的平衡。Q值反映了线圈在谐振频率下的损耗情况，与电路带宽成反比。激励线圈310可以发送用于激励终端设备退出LPCD模式的激励信号。

[0044] 图3B示出了根据本说明书的一些实施例的射频发送电路的等效电路图。如图3B所示，第一NFC芯片302可以表现为芯片IC1，以用于信号的调制解调和数据的接收与发送。能量收集电路202的震荡交流信号从电源正极VDD流入，经过元件后从接地VSS流出，形成回路。芯片IC1可以包括多个引脚，例如用于接收外部数据的引脚Rx、用于防止电路因瞬态过电压(如雷击、静电放电等)而损坏的到地的瞬态电压抑制器Tvss以及用于高速、抗干扰的数据传输的差分信号传输引脚Tx+和Tx‑。

[0045] 如图3B所示，第一低通滤波器304可以由电感L0和电容器C0构成，以滤除晶振的高次谐波。电容器C1和电容器C2可以组成第一匹配电路306，以调整阻抗参数及谐振频率参数。电阻R1可以作为第一限流元件308，以调整线圈ANT1，即激励线圈310的Q值和电路的带宽。

[0046] 图4A示出了根据本说明书的一些实施例的NFC标签电路400的结构示意图。如图4A所示，NFC标签电路400可以包括第二NFC芯片402、第二低通滤波器404、第二匹配电路406、第二限流元件408和NFC线圈410。与射频发送电路300类似地，第二低通滤波器404可以包括电感和电容，利用其只容许低于截止频率的信号通过，而高于截止频率的信号不能通过的特性来滤除晶振的高次谐波，从而提高信号传输的稳定性。第二限流元件408可以包括串联电阻，其能够调整NFC线圈410的品质因子(可称为Q值)和电路的带宽之间的平衡。

[0047] 第二匹配电路406可以与NFC线圈410进行调谐，并向第二NFC芯片402发送所匹配的信号。然后，第二NFC芯片402可以将所匹配的信号调制到载波信号并发送给NFC线圈410。NFC线圈可以感应终端设备发送的NFC探测信号并发送上述载波信号。

[0048] 图4B示出了根据本说明书的一些实施例的NFC标签电路的等效电路图。如图4B所示，第二NFC芯片402可以表现为芯片IC2，以用于信号的调制解调和数据的接收与发送，并且其中存储有特定信息，包括但不限于点餐信息、支付信息等。同样地，芯片IC2可以包括多个引脚，例如用于接收外部数据的引脚Rx、用于防止电路因瞬态过电压(如雷击、静电放电等)而损坏的到地的瞬态电压抑制器Tvss以及用于高速、抗干扰的数据传输的差分信号传输引脚Tx+和Tx‑。

[0049] 如图3B所示，第二低通滤波器404可以由电感L0和电容器C0构成，以滤除晶振的高次谐波。电容器C1和电容器C2可以组成第二匹配电路406，以调整阻抗参数及谐振频率参数。电阻R1可以作为第二限流元件408，以调整线圈ANT2，即NFC线圈410的Q值和电路的带宽。本电路依靠终端设备靠近时线圈ANT2的电磁感应电流工作，而无需外部电源。

[0050] 图5示出了根据本说明书的一些实施例的NFC无源标签识别方法的流程图。应当理解，方法500还可以包括未示出的附加动作和/或可以省略所示出的动作，本公开的范围在此方面不受限制。

[0051] 如图5所示，在框510，方法500可以包括：收集并存储环境能量。环境能量可以包括但不限于具有普遍性、稳定性和持续性的无线射频能量、热能、光能等，并且获取方式可以包括对应的能量收集电路。然后，可以使用电容器或锂离子电池等来存储和管理从环境能量转化而来的电能。

[0052] 在框520，方法500可以包括：基于环境能量，发送用于使终端设备退出低功耗检卡LPCD模式的激励信号。在一些实施例中，可以周期性地调用NFC芯片发射射频场的载波信号，当处于低功耗检卡LPCD模式的终端设备靠近射频场时，即会基于射频信号从LPCD模式转为正常读卡模式。以此方式，能够在NFC无源标签场景下，实现以低成本低消耗的方式提高NFC读卡效率。

[0053] 在框530，方法500可以包括：感应终端设备发送的NFC探测信号，以与终端设备进行通信。通过上述射频场的作用，保证了携带特定信息的NFC标签电路能够与正常读卡模式的终端设备交互，从而实现了通信的高效性。

[0054] 此外，本说明书的实施例还提供了与NFC无源标签识别系统对应的NFC设备，NFC设备可以包括上述实施例提供的任意一种NFC无源标签识别系统。

[0055] 具体地，NFC设备可以包括一种NFC无源标签识别系统，系统可以包括能量收集电路102、射频发送电路104和NFC标签电路106。其中，能量收集电路102可以用于收集并存储环境能量；射频发送电路104与能量收集电路102连接，由环境能量供电，可以用于发送用于使终端设备退出低功耗检卡LPCD模式的激励信号；NFC标签电路106可以用于感应终端设备发送的NFC探测信号，以与终端设备进行通信。

[0056] 在一些实施例中，能量收集电路102可以包括以下至少一项：射频能量收集电路；热能量收集电路；以及光伏能量收集电路。

[0057] 在一些实施例中，系统还可以包括升压稳压电路，与能量收集电路102连接，用于提高能量收集电路102的输出电压；以及震荡电路，与升压稳压电路和射频发送电路104连接，用于产生周期性的电压信号并发送给射频发送电路104。

[0058] 在一些实施例中，射频发送电路104可以包括第一NFC芯片，与能量收集电路连接，由能量收集电路供电，用于发送激励信号；激励线圈，与第一NFC芯片连接，用于从第一NFC芯片接收激励信号并发送；以及第一匹配电路，与第一NFC芯片和激励线圈连接，用于调整阻抗参数和激励线圈的谐振频率参数。

[0059] 在一些实施例中，射频发送电路104还可以包括第一滤波电路，与第一NFC芯片连接，用于滤除射频发送电路中的干扰信号；以及第一限流元件，与激励线圈连接，用于调整激励线圈的品质因子和射频发送电路的带宽。

[0060] 在一些实施例中，第一滤波电路可以包括第一低通滤波器，干扰信号包括晶振的高次谐波。

[0061] 在一些实施例中，能量收集电路102、射频发送电路104和NFC标签电路106可以位于同一平面内，能量收集电路102、第一NFC芯片和NFC标签电路106均位于激励线圈内部。

[0062] 在一些实施例中，NFC标签电路106可以包括NFC线圈，用于感应终端设备发送的NFC探测信号并产生感应电流；第二NFC芯片，与NFC线圈连接，由感应电流供电，用于发送携带目标数据的载波信号给NFC线圈，以与终端设备进行通信；以及第一匹配电路，与第二NFC芯片和NFC线圈连接，用于调整阻抗参数和NFC线圈的谐振频率参数。

[0063] 在一些实施例中，NFC标签电路106还可以包括第二滤波电路，与第二NFC芯片连接，用于滤除NFC标签电路中的干扰信号；以及第二限流元件，与NFC线圈连接，用于调整NFC线圈的品质因子和NFC标签电路的带宽。

[0064] 在一些实施例中，第二滤波电路可以包括第二低通滤波器，干扰信号包括晶振的高次谐波。

[0065] 此外，NFC设备的外壳可以包括但不限于PVC、亚克力、木材等各种非金属物体，以避免信号干扰。

[0066] 在本说明书的实施例中，NFC设备工作在被动模式，与NFC设备进行通信的终端设备工作在主动模式。

[0067] 在本说明书的实施例中，工作在被动模式的NFC设备不仅能够被动完成通信，而且可以主动激励终端设备以正常工作模式进行通信。

[0068] 上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

[0069] 以上已经描述了本说明书的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

[0070] 以上仅为本发明的可选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。