CN103200586B - 一种用于无线通信芯片中的进场检测电路 - Google Patents

Abstract

一种用于无线通信芯片中的进场检测电路，包括放大器、锁相环、锁定判决器和定时器；所述放大器的输入接到芯片的天线的输入端口，该放大器用以放大输入的载波信号，放大器的输出端与所述锁相环的输入端连接，锁相环的输出端与所述锁定判决器的输入端连接，锁定判决器的输出端分别与所述定时器的输入端和所述其它电路的输入端，定时器的输出端分别和放大器第二输入端、锁相环第二输入端以及锁定判决器的第二输入端连接，用以周期性地开启和关断放大器、锁相环和锁定判决器。本发明通过改变待机周期和检测周期长度减少功耗。

Description

一种用于无线通信芯片中的进场检测电路

技术领域

本发明涉及专用集成电路设计技术，特别涉及无线通信芯片中的进场检测电路。

背景技术

随着现代无线通信系统的发展，安全快捷的通信性能需求，使得芯片中用于实现信号处理和协议处理的芯片的复杂度日益增加。低功耗设计领域，是近年来在无线通信芯片中的一个重要分支，降低芯片的整体功耗，不仅有利于提高手机等个人移动终端的待机时间，也是低能耗绿色环保的要求。

进场检测电路是现代无线通信芯片中一种常用的低功耗电路模块，它通过检测芯片是否位于可通信的场区内，开关芯片内实现信号处理和协议处理的主电路。对芯片内这些功耗较大的电路进行合适的电源管理，仅在需要时才将其开启，通过时间上的平均，系统性地减小芯片的整体功耗。

为实现降低系统平均功耗的目的，一个设计良好的进场检测电路需要同时具备两个特性：一、准确的进场指示；二、较低的自身功耗。出于上述两个要求，目前常见的进场检测电路主要使用到了两种检测机制：一、基于指令触发的进场检测机制；二、基于场强检测的进场检测机制。

使用第一种机制的进场检测电路，通过检测芯片接收到的某一条特殊指令，判断芯片是否位于可通信的场区内。这种机制的优势是，所检测指令的结构特殊，芯片不容易受到噪声或电磁干扰的误触发，进场指示比较准确。但是，由于该机制下的电路本身也需实现信号的解调、解码等功能，电路结构相对复杂，降低进场检测电路本身的功耗比较困难。其次，增加特殊的进场检测指令，需要更改无线触发装置底层硬件电路，对于许多已经大规模应用的无线通信设备，如POS刷卡机等，全面更新难度较高。使用第二种机制的进场检测电路，通过判断芯片接收到的射频信号强度来实现进场检测的功能，当芯片接收到的信号强度大于预设的阈值强度时，认为芯片已经进场。采用这种机制的进场检测电路，由于无需进行解调和解码，进场检测电路本身的功耗较小。但是，由于电路仅对信号强度的大小进行判断而不对信号特征加以区分，当进场检测电路接收到一个强度高于其判断阈值的干扰信号时，将会产生误触发，产生额外的功耗，浪费能源。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于无线通信芯片中的进场检测电路，在不改造现有无线通信设备和通信协议的基础上，在准确进场指示和低功耗两个要求之间实现折中，在相对较低的自身功耗条件下，实现准确的进场检测。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种用于无线通信芯片中的进场检测电路，其特点在于，包括放大器、锁相环、锁定判决器和定时器；

所述放大器的输入接到芯片的天线的输入端口，该放大器用以放大输入的载波信号，放大器的输出端与所述锁相环的输入端连接，锁相环的输出端与所述锁定判决器的输入端连接，锁定判决器的输出端分别与所述定时器的输入端和芯片内其它电路的输入端，定时器的输出端分别和放大器第二输入端、锁相环第二输入端以及锁定判决器的第二输入端连接，用以周期性地开启和关断放大器、锁相环和锁定判决器。

所述的放大器的增益是固定增益或可变增益。

所述的锁相环用以跟踪和锁定被放大器放大后的载波信号的频率和相位，给出是否完成锁定的状态指示。

所述的锁定判决器是一个D触发器电路或是对多次采样信号进行平均或有限时间滤波处理的数字电路。

所述的定时器周期性地开启放大器、锁相环和锁定判决器，将所述进场检测的电路在待机周期和检测周期之间切换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是在实现进场判决时，检测的对象是输入载波信号，不依赖于任何特殊的进场指令。由于载波信号是几乎所有无线通信系统中均要使用到的信号，进场检测电路，无需现有通信设备进行更改，因而可以灵活地应用到绝大多数的无线通信系统中。此外，由于锁相环电路的有限频率锁定特性，特征频率不稳定的干扰信号，以及超出锁相环锁定范围的干扰信号均无法使得所述进场检测电路输出有效，电路具有较强的抵抗误触发的能力。本发明由于使用到了定时开启和关断的功能，进场检测电路自身的平均功耗可以通过改变待机周期和检测周期长度进行优化设计。

附图说明

图1是本发明用于无线通信芯片中的进场检测电路的结构框图。

图2是本发明通过定时器16控制进场检测电路11周期性地开启和关断的波形示意图。

图3是本发明进场检测电路在逐渐进场接收到载波信号时，内部重要节点的波形图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不能以此限制本发明的保护范围。

参阅图1，图1是本发明用于无线通信芯片中的进场检测电路的结构框图。如图所示，一种用于实现进场检测从而开关芯片内的其它电路17的进场检测电路11，包括放大器13、锁相环14、锁定判决器15和定时器16四个子电路模块及其之间的互联线。其中，放大器13的输入接到芯片的天线12输入端口Vin（电压输入）信号，放大器13实现射频信号放大的功能，用以放大天线接收到的载波信号；放大器13的输出Amp_out（放大输出）信号接到锁相环14的输入，锁相环14将Amp_out（放大输出）信号作为参考时钟，对其频率和相位进行锁定跟踪，并将锁定指示状态Lock_status（锁定状态）信号作为输出，提供给锁定判决器15；具体来说，锁相环14包含鉴频鉴相器、低通滤波器和压控振荡器，其中，鉴频鉴相器至少可以对作为参考时钟信号的Amp_out（放大输出）信号和压控振荡器输出的频率和相位进行鉴别，用输出Lock_status（锁定状态）信号指示压控振荡器的频率和作为参考时钟信号的Amp_out（放大输出）信号是否相同。锁定判决器15的作用是根据Lock_status（锁定状态）信号给出被放大后的载波信号的频率和相位是否已被正确锁定的判断结果，当Lock_status（锁定状态）信号稳定有效后，锁定判决器15将其输出Chip_start（全片启动）置为有效，开启芯片内的其它电路17；定时器16的输入为锁定判决器15的输出Chip_start（全片启动）信号，定时器16的输出为Det_en（检测使能）信号，当Chip_start（全片启动）信号无效时，表示芯片处于场区外，定时器16周期性地将Det_en（检测使能）信号置高/置低，用于控制放大器13、锁相环14和锁定判决器15的开启和关断。

放大器13的增益可以是固定增益的，也可以是可变增益的。

锁定判决器15可以是一个简单的D触发器电路，在采样到一次输入Lock_status（锁定状态）信号有效后，输出Chip_start（全片启动）信号立即被置为有效；锁定判决器15也可以是一个相对复杂的数字电路，它对多次采样到的Lock_status（锁定状态）信号进行平均或有限时间滤波处理，当平均值或滤波器的输出值超出内设的阈值后，将输出Chip_start（全片启动）信号置为有效。

图2给出了通过定时器16控制进场检测电路11周期性地开启和关断的波形示意图。其中，Det_en（检测使能）信号为逻辑1时有效：当其为逻辑0时，进场检测电路被关断，处于待机周期；反之，当Det_en（检测使能）信号为逻辑1时，进场检测电路11被打开，处于检测周期。定时器16按照图2所示的方式周期性工作：在T1时间内，Det_en（检测使能）信号为逻辑0，进场检测电路11处于待机周期，除定时器16以外的其它电路全部不工作；在T2间内，Det_en（检测使能）信号为逻辑1，进场检测电路11处于检测周期，放大器13、锁相环14和锁定判决器15打开，用于检测Vin（电压输入）信号中是否存在有效的载波信号；在此后的T3时间、T4时间、T5时间、T6时间内，Det_en（检测使能）信号依次被定时器16置为“0、1、0、1”，进场检测电路依次在待机周期和检测周期之间进行周期性循环。

所述进场检测电路11的待机周期和检测周期的长短可以更改；图2所示由T1、T3、T5……表征的待机周期，其长度可以两两相同，也可以互不相同。

图3是本发明进场检测电路11在逐渐进入可通信的场区，逐渐接收到载波信号时，内部重要节点的波形图，如图所示，选取了Vin（电压输入）信号、Amp_out（放大输出）信号、Det_en（检测使能）信号、Lock_status（锁定状态）信号和Chip_start（全片启动）信号共五组信号的波形。图中横轴表示时间轴，根据所述进场检测电路内部信号变化的不同，在时间轴上取t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7和t8共九个时变特征。以下详细描述上述五组信号的时变特征。

在t0时刻，本发明进场检测电路从待机周期开始工作，在t0～t1的时间段中，使用无线通信芯片没有接收到来自天线的载波信号，Vin（电压输入）信号为0，Amp_out（放大输出）信号为0，Det_en（检测使能）信号为0，进场检测电路不检测输入载波，Lock_status（锁定状态）信号为0，Chip_start（全片启动）信号为0，进场检测的输出无效；在t1时刻，定时器16完成第一个待机周期的计时，将Det_en（检测使能）信号置1，进场检测电路进入检测周期，在t1～t2的时间段中，Vin（电压输入）信号为0，Amp_out（放大输出）信号为0，Det_en（检测使能）信号为1，进场检测电路11开始检测输入载波，由于锁相环14的输入没有参考时钟，无法锁定，其输出Lock_status（锁定状态）信号为0，锁定判决器15输出Chip_start（全片启动）信号为0，进场检测的输出无效；在t2时刻，定时器16完成第一个检测周期的计时，将Det_en（检测使能）信号置0，在t2～t3的时间段中，Vin（电压输入）信号为0，Amp_out（放大输出）信号为0，Det_en（检测使能）信号为0，进场检测电路11不检测输入载波，Lock_status（锁定状态）信号为0，Chip_start（全片启动）信号为0，进场检测的输出无效；在t3时刻，定时器16完成第二个待机周期的计时，将Det_en（检测使能）信号置1，进场检测电路11进入检测周期，在t3～t4的时间段中，Vin（电压输入）信号为0，Amp_out（放大输出）信号为0，Det_en（检测使能）信号为1，所述进场检测电路11开始检测输入载波，由于锁相环的输入没有参考时钟，无法锁定，其输出Lock_status（锁定状态）信号为0，锁定判决器15输出Chip_start（全片启动）信号为0，进场检测的输出无效；在t4时刻，定时器16完成第二个检测周期的计时，将Det_en（检测使能）信号置0，所述进场检测电路11进入待机周期，直至t6时刻；在t4～t5的时间段中，Vin（电压输入）信号为0，Amp_out（放大输出）信号为0，Det_en（检测使能）信号为0，所述进场检测电路11不检测输入载波，Lock_status（锁定状态）信号为0，Chip_start（全片启动）信号为0，进场检测的输出无效；自t5时刻起，使用进场检测电路的无线通信芯片逐渐进场，Vin（电压输入）信号开始接收到来自天线的无线载波信号，Vin（电压输入）信号被放大器13放大后，成为Amp_out（放大输出）信号；在t4～t5的时间段中，Det_en（检测使能）信号为0，所述进场检测电路11不检测输入载波，Lock_status（锁定状态）信号为0，Chip_start（全片启动）信号为0，进场检测的输出无效；在t6时刻，定时器16完成第三个待机周期的计时，将Det_en（检测使能）信号置1，在t6～t7的时间段中，锁相环14开始跟踪Amp_out（放大输出）信号，但由于此时锁相环14仍未完成锁定，输出Lock_status（锁定状态）信号为0，锁定判决器15输出Chip_start（全片启动）信号为0，进场检测的输出无效；在t7时刻，锁相环14完成对作为参考时钟信号的Amp_out（放大输出）信号的锁定，输出Lock_status（锁定状态）信号为1，锁定判决器15第一次采样到有效的Lock_status（锁定状态）信号，不立即将其输出Chip_start（全片启动）信号置1；在t8时刻，锁定判决器完成对Lock_status（锁定状态）信号的多次采样，确认所述进场检测电路11的输入确实存在有效载波，将其输出Chip_start（全片启动）信号置为1；自t8时刻以后，锁定判决器15的输出Chip_start（全片启动）信号保持为1，进场检测有效。

虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但这一较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种改正和补充，因此，本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。

Claims (5)

1.一种用于无线通信芯片中的进场检测电路，其特征在于，包括放大器(13)、锁相环(14)、锁定判决器(15)和定时器(16)；

所述放大器(13)的输入接到芯片的天线(12)的输入端口，该放大器用以放大输入的载波信号，放大器(13)的输出端与所述锁相环(14)的输入端连接，锁相环(14)的输出端与所述锁定判决器(15)的输入端连接，锁定判决器(15)的输出端分别与所述定时器(16)的输入端和芯片内其它电路(17)的输入端，定时器(16)的输出端分别和放大器(13)第二输入端、锁相环(14)第二输入端以及锁定判决器(15)的第二输入端连接，用以周期性地开启和关断放大器、锁相环和锁定判决器；锁定判决器(15)的作用是根据锁定状态信号给出被放大后的载波信号的频率和相位是否已被正确锁定的判断结果。

2.如权利要求1所述的用于无线通信芯片中的进场检测电路，其特征在于，所述的放大器的增益是固定增益或可变增益。

3.如权利要求1所述的用于无线通信芯片中的进场检测电路，其特征在于，所述的锁相环用以跟踪和锁定被放大器放大后的载波信号的频率和相位，给出是否完成锁定的状态指示。

4.如权利要求1所述的用于无线通信芯片中的进场检测电路，其特征在于，所述的锁定判决器是一个D触发器电路或是对多次采样信号进行平均或有限时间滤波处理的数字电路。

5.如权利要求1所述的用于无线通信芯片中的进场检测电路，其特征在于，所述的定时器周期性地开启放大器、锁相环和锁定判决器，将所述进场检测的电路在待机周期和检测周期之间切换。