CN102457306B - Nfc系统中询问器的模拟前端电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NFC系统中询问器的模拟前端电路，包括依次相连的接收天线、箝位电路、第一滤波器、第一混频器、第二混频器、第一放大电路、第二滤波器、第二放大电路、第三滤波器、第三放大电路；接收天线接收收发器发射的调制信号，调制信号的载波频率为a1；箝位电路将所述调制信号中的负电平消除；第一滤波器为低通滤波器，截止频率高于a1；第一混频器和第二混频器将所述调制信号的载波频率从a1降低为a2；第二滤波器为低通滤波器，截止频率高于a2但小于a1；第三滤波器为高通滤波器，截止频率低于a2；第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路将所述调制信号放大。本发明提高了模拟前端电路的灵敏度和抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种近场通信系统中的询问器，特别是涉及所述询问器的模拟前端电路。
背景技术
近场通信（Near Field Communication，缩写为NFC）技术具有很大的市场，开始深入到人们的日常生活中。NFC系统包括一个询问器（Interrogator）和若干收发器（Transponder）。询问器是一种阅读或读写设备，又称阅读器（Reader）。收发器位于被识别的对象上，又称电子标签（Tag）。
NFC相关的协议由ISO/IEC18092和ECMA-340给出，NFC标准是RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）标准的一种。NFC技术使用的载波频率为13.56MHz，这时工作距离通常在0～10cm之间。这种距离通讯的好处在于标签可以从磁场中耦合产生很大的能量来进行数据处理和发送，而不用内置电源。
请参阅图1，这是一个NFC系统的示意图，主要包括PCD（相当于询问器）和PICC（相当于收发器）两部分。其中PCD中的模拟前端电路包括天线线圈、解调电路。所述天线线圈接收PICC的载波信号，所述解调电路采用下变频电路对接收信号下变频得到调制信号。这种电路结构简单，但是容易受到外界噪声的干扰，灵敏度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种NFC系统中的询问器的模拟前端电路，具有灵敏度高、抗干扰能力强的特点。
为解决上述技术问题，本发明NFC系统中询问器的模拟前端电路包括依次相连的接收天线、箝位电路、第一滤波器、第一混频器、第二混频器、第一放大电路、第二滤波器、第二放大电路、第三滤波器、第三放大电路；
所述接收天线接收收发器发射的调制信号，所述调制信号的载波频率为a1；
所述箝位电路将所述调制信号中的负电平消除；所述箝位电路为一个二极管，所述二极管的阴极接调制信号，阳极接地；
所述第一滤波器为低通滤波器，截止频率高于a1；
所述第一混频器和第二混频器将所述调制信号的载波频率从a1降低为a2；所述第一混频器由第一时钟信号驱动，第二混频器由第二时钟信号驱动，第一时钟信号和第二时钟信号的相位差为180度；
所述第二滤波器为低通滤波器，截止频率高于a2但小于a1；
所述第三滤波器为高通滤波器，截止频率低于a2；
所述第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路将所述调制信号放大。
本发明NFC系统中询问器的模拟前端电路，通过两个混频器将调制信号的载波频率从a1降低为a2，并且通过第一滤波器滤除载波频率为a1的调制信号的高次谐波、其他高频噪声，通过第二滤波器滤除载波频率为a2的调制信号在混频之后残余载波频率为a1的噪声，从而有效地提高了模拟前端电路的灵敏度和抗干扰能力。
附图说明
图1是NFC系统的结构示意图；
图2是本发明NFC系统中询问器的模拟前端电路的框图；
图3是本发明NFC系统中询问器的模拟前端电路的电路示意图；
图4是本发明所述模拟前端电路的输入信号、输出信号示意图；
图5是本发明所述模拟前端电路中两个混频器的输入输出信号图。
具体实施方式
请参阅图2，本发明NFC系统中询问器的模拟前端电路包括依次相连的接收天线、箝位电路、第一滤波器、第一混频器、第二混频器、第一放大电路、第二滤波器、第二放大电路、第三滤波器、第三放大电路。所述接收天线接收收发器发射的调制信号，所述调制信号的载波频率为a1。NFC系统中a1为13.56MHz。所述箝位电路将所述调制信号中的负电平消除。所述第一滤波器为低通滤波器，截止频率高于a1。例如第一滤波器的截止频率为15MHz或其他略高于a1的数值。所述第一混频器和第二混频器将所述调制信号的载波频率从a1降低为a2。NFC系统中a2为847KHz。所述第二滤波器为低通滤波器，截止频率高于a2但小于a1。例如第二滤波器的截止频率为900KHz或其他略高于a2的数值。所述第三滤波器为高通滤波器，截止频率低于a2。例如第三滤波器的截止频率为800KHz或其他略低于a2的数值。所述第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路将所述调制信号放大。
请参阅图3，这是本发明NFC系统中询问器的模拟前端电路的一个具体实施例。接收天线接收来自收发器的载波频率为13.56MHz的调制信号Vr。该调制信号Vr首先经过二极管D1，二极管D1的阴极接调制信号Vr，阳极接地。二极管D1在这里作为箝位电路，消除天线信号Vr中的负电平，起到限幅的作用。
接下来调制信号通过第一滤波器LPF1，第一滤波器LPF1是一个低通滤波器，截止频率为15MHz，略微的高于调制信号Vr的载波频率13.56MHz，用于滤除天线信号Vr中的高次谐波和其他高频噪声，为混频做准备。
接下来调制信号先后经过第一混频器MIXER1和第二混频器MIXER2，将调制信号的载波频率由13.56MHz降低为847KHz。
第一混频器MIXER1由第一PMOS晶体管P1、第一NMOS晶体管N1和第一反相器（非门）I1组成。其中第一PMOS晶体管P1的漏极和第一NMOS晶体管N1的漏极相连，作为第一混频器MIXER1的输入端。第一PMOS晶体管P1的源极和第一NMOS晶体管N1的源极相连，作为第一混频器MIXER1的输出端。第一反相器I1的输入端接第一NMOS晶体管N1的栅极。第一反相器I1的输出端接第一PMOS晶体管P1的栅极。第一时钟信号CLK1连接第一NMOS晶体管N1的栅极，并驱动第一混频器MIXER1。
第二混频器MIXER2由第二PMOS晶体管P2、第二NMOS晶体管N2和第二反相器I2组成，其连接关系、信号传递关系均与第一混频器MIXER1相同。
接下来信号经过第一放大器AMP1，第一放大器AMP1在这里作为第一放大电路，也作为缓冲器Buffer，增加驱动能力，以便驱动后一级低通滤波器LPF2。第一放大器AMP1的正输入端作为调制信号的输入端，负输入端与输出端相连。
第二滤波器LPF2也是一个低通滤波器，截止频率为900KHz，略微的高于子载波频率847KHz，用于滤除混频信号中13.56MHz的噪声。
接下来调制信号经过第二放大电路VGA1，第二放大电路VGA1由第二放大器AMP2、电阻四R4和电阻五R5组成，放大待解调信号。第二放大器AMP2的输出端通过串联的电阻四R4和电阻五R5接地，第二放大器AMP2的正输入端连接第二滤波器LPF2的输出，第二放大器AMP2的负输入端通过电阻五R5接地。在实际电路中采用可变增益放大器，根据不同的信号幅度采用不同的增益。这里为了方便建模、仿真，例如可采用固定增益为5倍的同向放大器。
接下来调制信号经过第三滤波器HPF，第三滤波器HPF为高通滤波器，截止频率为800KHz，略微的低于子载波频率847KHz，用来滤除调制信号中的低频噪声。
最后调制信号经过第三放大电路VGA2，第三放大电路VGA2由第三放大器AMP3、电阻六R6和电阻七R7组成。第三放大器AMP3的输出端通过串联的电阻六R6和电阻七R7接地，第三放大器AMP3的正输入端连接第三滤波器HPF的输出，第三放大器AMP3的负输入端通过电阻七R7接地。第三放大电路VGA2也采用可变增益放大器。为方便建模、仿真，例如可采用固定增益为5倍的同向放大器。
经过图3所示各组件，天线接收的载波频率为13.56MHz的调制信号Vr最终转换为具有合适振幅、合适频带、低噪声的子载波频率为847KHz的初步解调信号Vout。调制信号Vr和初步解调信号Vout的示意图如图4所示。
请参阅图5，这是本发明所述模拟前端电路中两个混频器的输入输出信号图。信号由上到下依次是天线信号Vr、第一时钟信号CLK1、第一次混频结果Vmixer1、第二时钟信号CLK2、第二次混频结果Vmixer2。第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2的相位差为180度。第一次混频取出调制信号的包络，第二次混频去除毛刺，最终得到载波频率为847KHz的调制信号。
综上所述，本发明NFC系统中询问器的模拟前端电路通过两个混频器将调制信号的载波频率降低，通过三个滤波器滤除调制信号的各种干扰，从而有效地提高了模拟前端电路的灵敏度和抗干扰能力。
Claims (8)
1.一种NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，包括依次相连的接收天线、箝位电路、第一滤波器、第一混频器、第二混频器、第一放大电路、第二滤波器、第二放大电路、第三滤波器、第三放大电路；
所述接收天线接收收发器发射的调制信号，所述调制信号的载波频率为a1；
所述箝位电路将所述调制信号中的负电平消除；所述箝位电路为一个二极管，所述二极管的阴极接调制信号，阳极接地；
所述第一滤波器为低通滤波器，截止频率高于a1；
所述第一混频器和第二混频器将所述调制信号的载波频率从a1降低为a2；所述第一混频器由第一时钟信号驱动，第二混频器由第二时钟信号驱动，第一时钟信号和第二时钟信号的相位差为180度；
所述第二滤波器为低通滤波器，截止频率高于a2但小于a1；
所述第三滤波器为高通滤波器，截止频率低于a2；
所述第一放大电路、第二放大电路、第三放大电路将所述调制信号放大。
2.根据权利要求1所述的NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，所述第一混频器由第一PMOS晶体管、第一NMOS晶体管和第一反相器组成；
其中第一PMOS晶体管的漏极和第一NMOS晶体管的漏极相连，作为第一混频器的输入端；
第一反相器的输入端接第一NMOS晶体管的栅极；
第一反相器的输出端接第一PMOS晶体管的栅极；
第一PMOS晶体管的源极和第一NMOS晶体管的源极相连，作为第一混频器的输出端；
第一时钟信号连接第一NMOS晶体管的栅极。
3.根据权利要求1所述的NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，所述第二混频器由第二PMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第二反相器组成；
其中第二PMOS晶体管的漏极和第二NMOS晶体管的漏极相连，作为第二混频器的输入端；
第二反相器的输入端接第二NMOS晶体管的栅极；
第二反相器的输出端接第二PMOS晶体管的栅极；
第二PMOS晶体管的源极和第二NMOS晶体管的源极相连，作为第二混频器的输出端；
第二时钟信号连接第二NMOS晶体管的栅极。
4.根据权利要求1所述的NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，所述第一放大电路是一个放大器，所述放大器的正输入端作为调制信号的输入端，负输入端与输出端相连。
5.根据权利要求1所述的NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，所述第二放大电路由第二放大器、电阻四和电阻五组成，第二放大器的输出端通过串联的电阻四和电阻五接地，第二放大器的正输入端连接第二滤波器的输出，第二放大器的负输入端通过电阻五接地。
6.根据权利要求1所述的NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，所述第三放大电路由第三放大器、电阻六和电阻七组成，第三放大器的输出端通过串联的电阻六和电阻七接地，第三放大器的正输入端连接第三滤波器的输出，第三放大器的负输入端通过电阻七接地。
7.根据权利要求1所述的NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，所述a1为13.56MHz，a2为847KHz。
8.根据权利要求1所述的NFC系统中询问器的模拟前端电路，其特征是，所述第一滤波器的截止频率为15MHz，所述第二滤波器的截止频率为900KHz，所述第三滤波器的截止频率为800KHz。
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