CN103870868A - 非接触ic卡的解调电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触IC卡的解调电路，包括：比较器、偏置电路和二选一开关电路，二选一开关电路为偏置电路提供两种大小不同参考信号，偏置电路的驱动控制端连接比较器输出端，采用解调电路输出解调信号来对偏置电路输入的参考电压以及驱动能力进行自动选择，能够在凹槽信号到来时使比较器的输入端的直流偏置电压降低、驱动能力增加，从而能在凹槽信号结束时使比较器的输入端的电压较快恢复，达到FDT的要求。

Description

非接触IC卡的解调电路

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别涉及一种非接触IC卡的解调电路。

背景技术

非接触IC卡和读卡器之间通过射频信号做载波来传送信息。非接触IC卡本身没有电源，其工作时的电能通过读卡器的射频信号来提供，其中读卡器的射频信号为13.56MHz。在读卡器和非接触IC卡互传数据时，载波为13.56MHz的射频载波，信号传输速率分别有106kbits/s,212kbits/s,424kbits/s,848k bits/s四种。

其中，从读卡器向非接触IC卡传送数据时，是采用振幅键控（ASK）方法对信号进行调制，编码方式为同步、改进的米勒（miller）编码。读卡器和非接触IC卡需要进行数字通信即0，1的通信时，读卡器的数字信号调制到所述射频载波信号上后会形成包含有凹槽（pause）信号的调制信号，凹槽（pause）信号的振幅要小于射频载波的振幅。根据pause信号在调制信号的时序中的位置不同来表示数字信号0或者1，所以凹槽信号是数据的表达方式。调制信号通过无线传输输入到非接触IC卡中，非接触IC卡通过天线接收该调制信号后通过解调电路来对该调制信号进行解调，解调过程分为模拟解调和数字解调两步，通过解调电路的模拟解调将调制信号中的pause信号解调为数字信号0或者1，将解调后的数字信号进行数字解码，数字解码根据输入的数字信号中的0的位置不同确认读卡器中传输过来的是数据0或者1。

如图1所示，是现有非接触IC卡的解调电路的示意图；从读卡器到非接触IC卡的传输数据的载波频率为13.56MHZ，解调电路包括：

比较器106，所述比较器106的第一输入端连接第一参考信号VREF1，所述比较器106的第二输入端连接输入信号VREF3，该输入信号VREF3为所述非接触IC卡从天线即图1中ant处接收的由所述读卡器发射出的已调信号经过检波和高通滤波后的信号；所述比较器106输出端输出解调信号DEMOUT。其中，检波电路单元包括单向导通的二极管101，由第一电容102和第一电阻103组成的低通滤波器，所述检波电路单元用于滤除所述已调信号中的载波信号。高通滤波器由第二电阻104和第二电容105组成。

偏置电路107，该偏置电路107的输出端连接所述比较器106的第二输入端并为所述第二输入端提供一直流偏置电压。

如图2所示，是现有从读卡器到非接触IC卡的三种模拟解码后的时序，即通过非接触IC卡的解调电路的模拟解调将调制信号中的pause信号解调为数字信号0或者1也即图1中的解调信号DEMOUT后包括三个时序，每一时序对应于一个数据位的传输周期，解调信号DEMOUT的三个时序分别定义如下：

1、时序X，该时序X将在(1/2)×(fc/传输速率)×（1/fc）处产生一个凹槽信号，即在t_x处开始产生一个宽度为t_a的凹槽信号。

2、时序Y，该时序Y在整个位期间即t_b不发生调制。

3、时序Z，该时序Z在位期间的开始时，产生一个宽度为t_a的凹槽信号。

对于848kbits/s、424kbits/s、212kbits/s和106kbits/s的传输速率时，一位数据位的传输时间Tbit，分别为16、32、64和128个时钟周期（clk），其中1clk=1/13.56MHz=73.746nS，传输时间Tbit在图1显示为t_b。

如图3所示，是从读卡器到非接触IC卡的帧延迟时间（Frame delay time，FDT）。读卡器端传输的数据帧的最后一位数据到非接触IC卡接收的数据帧的开始数据之间的时间为FDT，读卡器端传输的数据帧的最后一位数据为逻辑“1”时，逻辑“1”的传输时间为1个基本时间单元（elementary time unit，etu），在该逻辑“1”之后为2etu的帧尾信号，此时FDT为逻辑“1”的凹槽信号上升沿到非接触IC卡接收的数据帧的开始数据即帧头之间的时间。读卡器端传输的数据帧的最后一位数据为逻辑“0”时，逻辑“0”的传输时间为1etu，在该逻辑“0”之后为一凹槽信号，且凹槽信号包括在2etu的帧尾信号中，此时FDT为逻辑“0”之后的凹槽信号上升沿到非接触IC卡接收的数据帧的开始数据即帧头之间的时间。

由于读卡器和非接触IC卡需要进行数据交换，因此对每帧数据的时序也有严格要求，如果时序错误，会造成解码错误。根据ISO_IEC_14443协议，非接触卡解调的FDT误差为0微秒～0.4微秒即凹槽信号结束时间到比较器翻转时间只有0微秒～0.4微秒。

如图1所示，所述比较器106的第二输入端是通过偏置电路107进行偏置的，当输入的已调信号中的凹槽信号到来时，输入信号VREF3需要被拉低，当凹槽信号结束时，VREF3需要从刚才被拉低的电位恢复成正常电位，并给电容充电105充电，由于在“pause”持续时间内，VREF3必须小于VREF1，因此偏置电路107的驱动电流必须比较小，对于不同场强、传输速率，读卡器等情况下，当凹槽信号结束时，VREF3可能处于较低的电平，导致恢复到正常电位的时间过长，直接影响FDT。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种非接触IC卡的解调电路，能够在凹槽信号到来时使比较器的输入端的直流偏置电压降低、驱动能力增加，从而能在凹槽信号结束时使比较器的输入端的电压较快恢复，达到FDT的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种非接触IC卡的解调电路，从读卡器到非接触IC卡的传输数据的载波频率为13.56MHZ，解调电路包括：

比较器，所述比较器的第一输入端连接第一参考信号，所述比较器的第二输入端连接输入信号，该输入信号为所述非接触IC卡接收的由所述读卡器发射出的已调信号经过检波和高通滤波后的信号；所述比较器输出端输出解调信号。

偏置电路，该偏置电路的输出端连接所述比较器的第二输入端并为所述第二输入端提供一直流偏置电压，所述偏置电路的输入端接第二参考信号；所述偏置电路的驱动控制端连接所述比较器输出端，所述解调信号为高电平时的所述偏置电路的驱动能力小于所述解调信号为低电平时的所述偏置电路的驱动能力。

二选一开关电路，所述二选一开关电路的控制端连接所述比较器的输出端，所述二选一开关电路的两个输入端分别连接第三参考信号和第四参考信号，所述二选一开关电路的输出端输出所述第二参考信号到所述偏置电路的输入端。

所述第三参考信号大于所述第一参考信号，所述第四参考信号小于所述第一参考信号。

当所述已调信号没有凹槽信号时，所述解调信号为高电平并使所述第二参考信号选择所述第三参考信号。

当所述已调信号的凹槽信号输入时，所述解调信号为低电平并使所述第二参考信号选择所述第四参考信号，所述第四参考信号使所述偏置电路的驱动能力增加并使所述已调信号的凹槽信号切换回高电平的过程中使所述比较器的第二输入端的偏置电压的恢复速度加快。

进一步的改进是，对所述已调信号进行检波的检波电路单元包括单向导通的二极管、第一电容和第一电阻；所述二极管的正电极端和天线连接，所述第一电容和所述第一电阻并联在所述二极管的负电极端和地之间，所述第一电容和所述第一电阻组成低通滤波器。

对所述已调信号进行高通滤波的高通滤波器包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻和所述第二电容串接在所述二极管的负电极端和所述比较器的第二输入端之间。

本发明通过设置二选一开关电路来为偏置电路提供两种大小不同参考信号，并采用解调电路输出的解调信号来对偏置电路输入的参考信号进行选择并能实现对偏置电路输出的偏置电压进行自动选择，还能通过解调电路输出的解调信号来对偏置电路的驱动能力进行调制，最后能够在凹槽信号到来时使比较器的输入端的直流偏置电压降低、驱动能力增加，从而能在凹槽信号结束时使比较器的输入端的电压较快恢复，达到FDT的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是现有非接触IC卡的解调电路的示意图；

图2是现有从读卡器到非接触IC卡的三种模拟解码后的时序；

图3是现有从读卡器到非接触IC卡的FDT示意图；

图4是本发明实施例非接触IC卡的解调电路的示意图；

图5是本发明实施例的比较器的第二输入端在凹槽信号到来时的电压波形图。

具体实施方式

如图4所示，是本发明实施例非接触IC卡的解调电路的示意图；本发明实施例非接触IC卡的解调电路中，从读卡器到非接触IC卡的传输数据的载波频率为13.56MHZ，解调电路包括：

比较器6，所述比较器6的第一输入端连接第一参考信号VREF1，所述比较器6的第二输入端连接输入信号VREF3，该输入信号VREF3为所述非接触IC卡接收的由所述读卡器发射出的已调信号经过检波和高通滤波后的信号；所述比较器6输出端输出解调信号DEMOUT。

对所述已调信号进行检波的检波电路单元包括单向导通的二极管1、第一电容2和第一电阻3；所述二极管1的正电极端和天线ant连接，所述第一电容2和所述第一电阻3并联在所述二极管1的负电极端和地gnd之间，所述第一电容2和所述第一电阻3组成低通滤波器。

对所述已调信号进行高通滤波的高通滤波器包括第二电阻4和第二电容5，所述第二电阻4和所述第二电容5串接在所述二极管1的负电极端和所述比较器6的第二输入端之间。

偏置电路7，该偏置电路7的输出端连接所述比较器6的第二输入端并为所述第二输入端提供一直流偏置电压；所述偏置电路7的输入端接第二参考信号VREF2，所述第二参考信号VREF2的值越大，所述偏置电路7的驱动能力越大。

偏置电路7，该偏置电路7的输出端连接所述比较器6的第二输入端并为所述第二输入端提供一直流偏置电压，所述偏置电路7的输入端接第二参考信号VREF2；所述偏置电路7的驱动控制端连接所述比较器6输出端即连接所述解调信号DEMOUT，所述解调信号DEMOUT为高电平时的所述偏置电路7的驱动能力小于所述解调信号DEMOUT为低电平时的所述偏置电路7的驱动能力。

二选一开关电路8，所述二选一开关电路8的控制端连接所述比较器6的输出端即接解调信号DEMOUT，所述二选一开关电路8的两个输入端分别连接第三参考信号VREFA和第四参考信号VREFB，所述二选一开关电路8的输出端输出所述第二参考信号VREF2到所述偏置电路7的输入端。

所述第三参考信号VREFA大于所述第一参考信号VREF1，所述第四参考信号VREFB小于所述第一参考信号VREF1。

如图5所示，是本发明实施例的比较器的第二输入端在凹槽信号到来时的电压波形图。

当所述已调信号没有凹槽信号时即凹槽信号pause到来之前，所述解调信号DEMOUT为高电平并使所述第二参考信号VREF2选择所述第三参考信号VREFA。此时所述输入信号VREF3的电压为所述第三参考信号VREFA的电压。所述输入信号VREF3的电压要高于所述第三参考信号VREF1并使所述解调信号DEMOUT保持为高电平。

当所述已调信号的凹槽信号输入时，凹槽信号会使所述输入信号VREF3的电压拉低，当所述输入信号VREF3的电压低于所述第三参考信号VREF1时，所述比较器7输出的所述解调信号DEMOUT将会由高电平切换成低电平。所述解调信号DEMOUT为低电平会使所述第二参考信号VREF2选择所述第四参考信号VREFB；同时，所述解调信号DEMOUT为低电平还能使所述偏置电路7的驱动能力增加。由于所述偏置电路7的驱动能力增加，所述偏置电路7会对所述第二电容5进行充电并能使所述输入信号VREF3的电压提升到所述第四参考信号VREFB的电压值。

当所述已调信号的凹槽信号切换回高电平时，使所述比较器6的第二输入端的偏置电压能从所述第四参考信号VREFB的电压值的基础上进行快速提升，当所述输入信号VREF3的电压提升到大于所述第一参考信号VREF1的电压值时，所述比较器7会进行切换而使所述解调信号DEMOUT切换为高电平，所述解调信号DEMOUT为高电平后使所述第二参考信号VREF2选择所述第三参考信号VREFA并使所述输入信号VREF3的电压为所述第三参考信号VREFA的电压，同时也使所述偏置电路7的驱动降低。

由图5可知，本发明实施例中，凹槽时所述输入信号VREF3设置为所述第四参考信号VREFB，由于在凹槽信号即将结束之前，希望输入信号VREF3的值低于所述第一参考信号VREF1的值，但二者的压差又比较小，故在切换所述第而参考信号VREF2到所述第四参考信号VREFB的电压值时，还使偏置电路7采用较大电流的驱动方式。较大的驱动能力能够提升凹槽信号切换为高电平时所述输入信号VREF3的爬升能力，从而能够提高所述输入信号VREF3的电压恢复速度。另外，所述第四参考信号VREFB的电压值为一个固定值，相对于现有技术在凹槽到来时通过降低驱动能力而使输入信号VREF3保持为较低值的情况，本发明实施例的输入信号VREF3在凹槽时的低值能设定到略低于所述第一参考信号VREF1的电压值，从而也能使所述输入信号VREF3在凹槽时的低电压值能够得到提高即提高到第四参考信号VREFB，在凹槽信号切换为高电平时能使输入信号VREF3有一个较大的起始值，从而能够进一步的提高所述输入信号VREF3的电压恢复速度。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (2)

1.一种非接触IC卡的解调电路，从读卡器到非接触IC卡的传输数据的载波频率为13.56MHZ，其特征在于，解调电路包括：

比较器，所述比较器的第一输入端连接第一参考信号，所述比较器的第二输入端连接输入信号，该输入信号为所述非接触IC卡接收的由所述读卡器发射出的已调信号经过检波和高通滤波后的信号；所述比较器输出端输出解调信号；

偏置电路，该偏置电路的输出端连接所述比较器的第二输入端并为所述第二输入端提供一直流偏置电压，所述偏置电路的输入端接第二参考信号；所述偏置电路的驱动控制端连接所述比较器输出端，所述解调信号为高电平时的所述偏置电路的驱动能力小于所述解调信号为低电平时的所述偏置电路的驱动能力；

二选一开关电路，所述二选一开关电路的控制端连接所述比较器的输出端，所述二选一开关电路的两个输入端分别连接第三参考信号和第四参考信号，所述二选一开关电路的输出端输出所述第二参考信号到所述偏置电路的输入端；

所述第三参考信号大于所述第一参考信号，所述第四参考信号小于所述第一参考信号；

当所述已调信号没有凹槽信号时，所述解调信号为高电平并使所述第二参考信号选择所述第三参考信号；

当所述已调信号的凹槽信号输入时，所述解调信号为低电平并使所述第二参考信号选择所述第四参考信号，所述第四参考信号使所述偏置电路的驱动能力增加并使所述已调信号的凹槽信号切换回高电平的过程中使所述比较器的第二输入端的偏置电压的恢复速度加快。

2.如权利要求1所述的非接触IC卡的解调电路，其特征在于：对所述已调信号进行检波的检波电路单元包括单向导通的二极管、第一电容和第一电阻；所述二极管的正电极端和天线连接，所述第一电容和所述第一电阻并联在所述二极管的负电极端和地之间，所述第一电容和所述第一电阻组成低通滤波器；

对所述已调信号进行高通滤波的高通滤波器包括第二电阻和第二电容，所述第二电阻和所述第二电容串接在所述二极管的负电极端和所述比较器的第二输入端之间。

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