电子设备和NFC系统的制作方法

电子设备和nfc系统
技术领域
1.本发明涉及nfc技术领域，尤其涉及一种电子设备和nfc系统。


背景技术：

2.近场通信(near field communication，nfc)是一种短距高频的无线电技术，其通过工作频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递数据和信息。因此可以将nfc天线等效为一个变压器或阻抗变换器。
3.由于nfc具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点，现在大多数终端设备中都具有nfc功能。在终端设备中，nfc天线设置的方式有单端共体nfc天线和双端nfc天线。其中，单端共体nfc天线是由柔性电路板(flexible printed circuit，fpc)、或终端设备的金属边框、或fpc和金属边框组成；双端nfc天线是由fpc、铁氧体和背胶组成。
4.如图1所示的单端共体nfc天线方案中，fpc和金属边框通过印刷电路板(printed circuit board，pcb)上走线连接。随着5g时代的到来，终端设备上的天线频段变多且频率变高，使得边框结构件的开缝要比4g时代多，导致金属边框的枝节长度变短，从而单端共体nfc天线可用的边框枝节长度也越来越短，这对nfc天线来说越来越不利，天线长度无法满足性能要求。
5.如图2所示的双端nfc天线方案中，fpc和铁氧体通过背胶设置在终端设备内部。随着终端设备的功能越来越多，内部堆叠的元器件更加紧凑，而且各种功能的指标要求越来越高，比如热设计所需散热片面积进步增大，双端nfc天线的面积就会被进一步被挤压，性能会收到影响。


技术实现要素：

6.为了解决上述的问题，本技术的实施例提供了一种电子设备和nfc系统。
7.第一方面，本技术提供一种电子设备，包括：nfc天线，金属装饰件，与所述nfc天线连接，用于在导通电信号时向外辐射电磁场。
8.在该实施方式中，提到的金属装饰件(metal decoration)可以为智能设备上相机镜头与设备外壳之间的金属件、遥控器上的“上/下/左/右”按键的金属方向键盘、音箱上的金属环、音箱上的金属出声口保护环等等。通常来说，这些金属装饰件的尺寸都比较大，可以通过fpc或线圈与芯片连接，增加nfc天线的回流路径，从而增大nfc天线感应面积。
9.在一种实施方式中，所述金属装饰件为摄像头的金属框、遥控器的金属方向键盘、音箱上的金属环、音箱上的金属出声口保护环中的一个或多个。
10.在一种实施方式中，还包括：还包括：柔性电路板fpc，与所述金属装饰件连接，用于向所述金属装饰件提供所述电信号和/或向外辐射电磁场。
11.在一种实施方式中，所述nfc天线包括fpc，与所述金属装饰件连接，用于向所述金属装饰件提供所述电信号和/或向外辐射电磁场。
12.在一种实施方式中，还包括：印刷电路板pcb，所述金属装饰件通过所述pcb的走线
与所述fpc连接。
13.第二方面，本技术实施例提供了一种nfc系统，包括：nfc芯片、匹配电路和如第一方面各个可能实现的电子设备。
附图说明
14.下面对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。
15.图1为现有技术中一种单端nfc天线设计电路图；
16.图2为现有技术中一种双端nfc天线设计电路图；
17.图3为本技术实施例提供的一种nfc系统架构示意图；
18.图4为一种双端nfc天线的nfc系统电路图；
19.图5为一种单端nfc天线的nfc系统电路图；
20.图6为手机上金属装饰件示意图；
21.图7为本技术实施例提供的一种单端nfc天线电路图；
22.图8(a)为本技术实施例提供的包括fpc和金属边框的nfc天线在无源阻抗在23ω是感应情况示意图；
23.图8(b)为本技术实施例提供的包括fpc和金属装饰件的nfc天线在无源阻抗在23ω是感应情况示意图；
24.图9为本技术实施例提供的不同卡片在不同结构的nfc天线感应面积分布示意图；
25.图10为本技术实施例提供的一种双端nfc天线电路图；
26.图11为遥控器上的金属装饰件示意图；
27.图12为本技术实施例提供的一种单端nfc天线电路简化示意图；
28.图13为本技术实施例提供的一种双端nfc天线电路简化示意图；
29.图14为音箱上的金属装饰件示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
31.图3为本技术实施例提供的一种nfc系统示意图。如图3所示，该系统包括nfc芯片301、匹配电路302和nfc天线303。其中，nfc芯片301通过匹配电路302与nfc天线303连接。
32.nfc芯片302是一种短距离的高频无线通信技术，其可以具有相互通信功能及计算能力，能够实现电子设备之间进行非接触式点对点数据传输和交换数据，且能够兼容无线射频识别(radio frequency identification，rfid)。实际应用中，通过在nfc单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能够在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换等等。本技术对此不作限定，可以为任意的厂家生产的芯片。
33.匹配电路302，设置在nfc芯片301与nfc天线303之间，用于调整nfc天线303的工作频率在工作带宽范围内时，满足更好的天线匹配，以提升nfc系统的性能。。
34.示例性地，如4所示的双端nfc系统中，匹配电路302包括两个电感和三对电容。其中，两个电感分别与三对电容中的一对的两个电容串联在nfc芯片301与nfc天线303之间的两条线路上；另外两对电容的一端分别连接在串联的电容两端，另一端接地。
35.两个电感和靠近电感的两个接地电容构成滤波电路，用于过滤掉nfc芯片302发出
的电信号中的高频信号；与电感串联的两个电容和靠近nfc天线303的两个接地电容构成调节电路，用于调节匹配电路302中的负电容阻值。
36.示例性地，如5所示的单端nfc系统中，匹配电路302包括两个电感、四个电容和一个巴伦器。其中，巴伦器可以选用小型的变压器。
37.该电路中，两个电感分别设置nfc芯片301与巴伦器之间的两个线路上；四个电容中的两个电容的一端分别连接在电感与巴伦器之间的线路上，另一端接地；四个电容中第三个电容串联在巴伦器四个接口中第三个接口与nfc天线303一端之间；四个电容中第四个电容的一端连接在第三个电容和nfc天线303之间，另一端接地；巴伦器的四个接口中第四个接口接地。
38.位于nfc芯片301和巴伦器之间的两个电感和两个接地的电容构成滤波电路，用于过滤掉nfc芯片302发出的电信号中的高频信号；位于巴伦器和nfc天线303之间的两个电容构成调节电路，用于调节匹配电路302中的负电容阻值，巴伦器用于对匹配电路302与nfc天线303之间进行平衡-不平衡之间转换。
39.本技术实施例提到的金属装饰件(metal decoration)可以为智能设备上相机镜头与设备外壳之间的金属件、遥控器上的“上/下/左/右”按键的金属方向键盘、音箱上的金属环、金属出声口保护环等等。通常来说，这些金属装饰件的尺寸都比较大，可以通过fpc或线圈与芯片连接，增加nfc天线303的回流路径，从而增大nfc天线303感应面积。
40.实施例一
41.以如图6所示的智能手机上的相机镜头与外壳之间的金属保护框作为装饰件为例。
42.如图7所示的单端nfc天线电路中，金属装饰件依次通过pcb上的一条走线和fpc上线圈连接到pcb上的馈点，与匹配电路302连接；金属装饰件通过pcb上的另一条走线接地。当nfc芯片301输出电信号馈到pcb上的馈点时，对于nfc天线303来说，电信号从fpc上线圈到pcb上的走线，再传输到金属装饰件上，使得金属装饰件向外辐射电磁场；然后电信号从金属装饰件通过pcb上的另一条走线回流到地。
43.通常来说，手机上相机的金属装饰件的尺寸都比较大，其纵向长度可以达到40mm，远大于图1中的金属边框的长度，所以将相机的金属装饰件替换金属边框，作为nfc天线303的一部分，可以提升nfc性能。
44.本技术将图7设计的nfc天线303电路与图1现有的nfc天线303电路进行比较，先将两个nfc天线电路的无源阻抗都调到23ω，如图8所示。其中，图8(a)为包括fpc和金属边框的nfc天线303电路在无源阻抗调到23ω时向外辐射磁场的情况，图8(b)为包括fpc和金属装饰件的nfc天线303电路在无源阻抗调到23ω时向外辐射磁场的情况。
45.然后，将不同卡片，如t1、t2t、t3、t3t、t4、t4a、tv、公交卡、身份证等等，分别与两种不同nfc天线303电路的手机进行测试，检测不同卡片与手机上的nfc天线303产生感应的最远距离，如下表所示：
46.表一 不同卡片与两种不同nfc天线之间产生感应的最远距离
[0047][0048]
根据表一记录的不同卡片测试的结果，相比较包括fpc和金属边框的nfc天线303电路的手机，包括fpc和金属装饰件的nfc天线303电路的手机与不同的卡片之间产生感应的距离大约提升了7％-31％。
[0049]
在读卡面积比对过程中，以t4a和tv两种类型的卡片为例，分别靠近包括不同nfc天线303电路的手机上，然后移动卡片中感应芯片的位置，测试三次，检测在不同位置上卡片与手机产生感应的次数，如图9所示。图9(a)为卡片t4a靠近包括fpc和金属装饰件的nfc天线303电路的手机不同位置检测产生感应的次数分布图，图9(b)为卡片t4a靠近包括fpc和金属边框的nfc天线303电路的手机不同位置检测产生感应的次数分布图，图9(c)为卡片tv靠近包括fpc和金属装饰件的nfc天线303电路的手机不同位置检测产生感应的次数分布图，图9(d)为卡片tv靠近包括fpc和金属边框的nfc天线303电路的手机不同位置检测产生感应的次数分布图。
[0050]
其中，图中“0”表示该位置刷卡三次都没有成功，图中“1”表示该位置刷卡三次成功一次，图中“2”表示该位置刷卡三次成功两次，图中“3”表示该位置刷卡三次成功都成功。
[0051]
统计测试结果如下表所示：
[0052]
表二 不同卡片与两种不同nfc天线之间产生感应面积
[0053][0054]
根据表二统计的结果可以看出，相比较包括fpc和金属边框的nfc天线303电路的手机，包括fpc和金属装饰件的nfc天线303电路的手机与不同的卡片之间产生感应的面积大约提升了20％。
[0055]
由此可见，本技术实施例中，将手机中相机的金属装饰件设计成nfc天线303的一部分，相比较使用手机的金属边框，明显提升了nfc天线303的感应距离和感应面积，解决了手机边框长度短导致nfc天线感应距离短的问题，同时与其它边框天线解耦，减轻了其它天线的设计压力。
[0056]
如图10所示的双端nfc天线电路中，金属装饰件通过pcb上的两条走线与fpc上线圈连接，fpc上线圈再连接到pcb上的馈点，与匹配电路302连接。当nfc芯片301输出电信号馈到pcb上的馈点时，对于nfc天线303来说，电信号从fpc上线圈到pcb上的两条走线，再传输到金属装饰件上，使得金属装饰件向外辐射电磁场；然后电信号从金属装饰件通过pcb上的两条走线和fpc上线圈回流到馈点，在匹配电路302上回流到地。
[0057]
相比较图2所示的双端nfc天线，本技术实施例中，将手机中相机的金属装饰件设计成nfc天线303的一部分，不但解决了手机边框长度短导致nfc天线感应距离短的问题，同时与其它边框天线解耦，减轻了其它天线的设计压力，而且本技术设计的双端nfc天线不需要增加额外的线圈和铁氧体来增大nfc天线的感应面积，从而降低成本。
[0058]
实施例二
[0059]
以如图11所示的智慧屏对应的遥控器上的“上/下/左/右”按键的金属方向键盘为例。
[0060]
对于智慧屏和遥控器，一般为相互独立的设备，一般为了使智慧屏和遥控器之间快速连接，可以在遥控器内部设置nfc系统。在连接过程中，只需要将遥控器靠近智慧屏感应区，即可实现快速链接。
[0061]
一般来说，遥控器上的“上/下/左/右”按键可以设计为金属方向键盘。为了增加nfc天线303的感应距离和增大感应面积，可以将金属方向键盘耦合到原先的nfc天线上，可利用金属方向键盘作为nfc天线的一部分来设计nfc天线，从而提高nfc天线303的感应距离和增大感应面积。
[0062]
如图12所示的单端nfc天线电路中，金属方向键盘依次通过pcb上的一条走线和fpc上线圈连接到pcb上的馈点，与匹配电路302连接；金属方向键盘通过pcb上的另一条走线接地。当nfc芯片301输出电信号馈到pcb上的馈点时，对于nfc天线303来说，电信号从fpc上线圈到pcb上的走线，再传输到金属方向键盘上，使得金属方向键盘向外辐射电磁场；然后电信号从金属方向键盘通过pcb上的另一条走线回流到地。
[0063]
如图13所示的双端nfc天线电路中，金属方向键盘通过pcb上的两条走线与fpc上线圈连接，fpc上线圈再连接到pcb上的馈点，与匹配电路302连接。当nfc芯片301输出电信号馈到pcb上的馈点时，对于nfc天线303来说，电信号从fpc上线圈到pcb上的两条走线，再传输到金属方向键盘上，使得金属方向键盘向外辐射电磁场；然后电信号从金属方向键盘通过pcb上的两条走线和fpc上线圈回流到馈点，在匹配电路302上回流到地。
[0064]
本技术上述方案中，相比较不用金属方向键盘作为nfc天线303的一部分的方案来说，提高nfc天线303的感应距离和增大感应面积。
[0065]
实施例三
[0066]
以如图14所示的音箱上的金属出声口保护环作为装饰件为例。
[0067]
随着智能化的发展，现有的音箱大多采用蓝牙与手机连接，由于nfc具有安全性高、数据传输快等优点，可以在手机与音箱连接时，使用nfc技术，达到快速识别连接。
[0068]
一般来说，音箱上为了保护扬声器出口，在出口处或在出口外侧设置一个金属圆环，以保护扬声器出口处不被损坏。为了增加nfc天线303的感应距离和增大感应面积，可以将该金属圆环耦合到原先的nfc天线上，可利用金属圆环作为nfc天线的一部分来设计nfc天线，从而提高nfc天线303的感应距离和增大感应面积。
[0069]
对于单端nfc天线电路中，可以参考图12所示的结构示意图，金属圆环依次通过pcb上的一条走线和fpc上线圈连接到pcb上的馈点，与匹配电路302连接；金属圆环通过pcb上的另一条走线接地。当nfc芯片301输出电信号馈到pcb上的馈点时，对于nfc天线303来说，电信号从fpc上线圈到pcb上的走线，再传输到金属圆环上，使得金属圆环向外辐射电磁场；然后电信号从金属圆环通过pcb上的另一条走线回流到地。
[0070]
对于双端nfc天线电路中，可以参考图13所示的结构示意图，金属圆环通过pcb上的两条走线与fpc上线圈连接，fpc上线圈再连接到pcb上的馈点，与匹配电路302连接。当nfc芯片301输出电信号馈到pcb上的馈点时，对于nfc天线303来说，电信号从fpc上线圈到pcb上的两条走线，再传输到金属圆环上，使得金属圆环向外辐射电磁场；然后电信号从金属圆环通过pcb上的两条走线和fpc上线圈回流到馈点，在匹配电路302上回流到地。
[0071]
本技术上述方案中，相比较不用金属圆环作为nfc天线303的一部分的方案来说，提高nfc天线303的感应距离和增大感应面积。
[0072]
本技术仅以上述手机、遥控器和音箱三个产品为例讲述本技术所要保护的方案，本领域人员可以想到是，本技术所要保护的技术方案不仅限上述三个产品，还可以应用到其它产品上，本技术在此不限。
[0073]
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以适合的方式结合。
[0074]
最后说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。