CN104702545B - typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路 - Google Patents

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本发明公开了一种ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路，包括：一米勒脉冲滤毛刺电路，在系统时钟域下对输入的米勒码流进行滤毛刺处理；一米勒脉冲检测电路，与所述米勒脉冲滤毛刺电路相连接，采用系统时钟的4分频时钟，对米勒码流的脉冲进行计数检测；一有源天线解调控制状态机，与所述米勒脉冲检测电路相连接，采用系统时钟的4分频时钟，根据typeA米勒编码特点和米勒脉冲检测电路的计数值来切换发送和接收状态，并产生有源天线模式下的用于控制模拟载波解调电路的使能信号。本发明能对模拟解调电路进行自动控制，降低芯片功耗。

Description

typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路
技术领域
本发明涉及ISO/IEC 14443协议typeA(类型A)有源天线应用领域，特别是涉及一种ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路。
背景技术
近场(13.56MHZ)读卡机芯片在实际工作时，是有一定的物理局限性的，具体体现在：
1、天线的线圈与读卡机芯片直接的导线限定在50cm以内。
2、读卡机芯片与其控制MCU(微控制器)芯片的距离一般在20cm以内。
为解决距离上的局限性，可以将2个具有旁路功能的读卡机芯片串联，以其中一个芯片作为主控读卡机芯片，主控读卡机芯片与上位机MCU芯片相连，产生米勒编码的typeA发送命令；而另一端为通过旁路信号接口与主控读卡机芯片连接的从读卡机芯片。主控读卡机芯片没有天线线圈相连，从读卡机芯片没有上位机MCU芯片相连，但有天线线圈相连，这样即可以通过延长主从读卡器芯片的旁路信号接口线来突破上述距离限制，通过主控读卡机芯片发读写命令，让从读卡机芯片开关自己的模拟解调电路来实现对卡的负载调制解调，此种应用可以称为有源天线应用模式。
因此对于有源天线应用模式的读卡机芯片来说，有主模式和从模式两种情况，即master和slave模式。
读卡机芯片做为master时，要能够通过有源天线串行输出管脚mf_out输出米勒编码信号，同时可以解调通过有源天线串行输入管脚mf_in输入的带副载波的米勒串行码流(标准应用)或者不带副载波的米勒串行码流(非标应用)。
读卡机芯片做为slave时，要能够对从有源天线串行输入管脚mf_in输入的米勒编码信号进行载波调制，并能够将载波解调后的副载波米勒串行码流(标准应用)或者将副载波解调后的米勒串行码流(非标应用)通过有源天线串行输出管脚mf_out输出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路，能对模拟解调电路进行自动控制，降低芯片功耗。
为解决上述技术问题，本发明的ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路，包括：
一米勒脉冲滤毛刺电路，在系统时钟域下对输入的typeA米勒串行码流进行滤毛刺处理，输出滤除毛刺的typeA米勒串行码流；
一米勒脉冲检测电路，与所述米勒脉冲滤毛刺电路相连接；
一有源天线解调控制状态机，与所述米勒脉冲检测电路相连接，共4个状态，即空闲状态、发送状态、接收状态和预接收状态；在空闲状态检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的低电平计数值，即米勒脉冲检测电路在空闲状态的计数值，当检测到有效的米勒低电平脉冲后，即进入发送状态；在发送状态中检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流miller_pulse的高电平计数值，当高电平计数值计到64时，表示米勒串行码流已经连续2个etu没有调制，即进入预接收状态；在预接收状态检测接收前等待信号是否准备好，当来自etu时钟域的接收前等待时间计数器计满后给出接收前等待信号准备好后，即进入接收状态，在接收状态检测系统的副载波调制有效信号，当副载波调制有效信号变低后，即表示接收完成，进入空闲状态；产生有源天线模式下的用于控制模拟载波解调电路的使能信号；
所述米勒脉冲检测电路，包括：
一状态比较器，将输入的有源天线解调控制状态机的状态信号Fsm_state[1：0]与设定的状态进行比较，用于产生米勒检测电路的使能控制信号，以选择是否进行米勒脉冲检测；
一反相器，其输入端输入滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn，并对其反相；
一选择器，其一输入端输入滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn，另一输入端与反相器的输出端相连接，其选择控制端与所述状态比较器的输出端相连接，在所述状态比较器输出的使能控制信号控制下选择滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn或滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的反相信号；
一7bits计数器，其同步复位端与所述选择器的输出端相连接，其计数输入端输入13.56MHz系统时钟的4分频时钟，将该4分频时钟作为计数时钟；7bits计数器的计数操作受有源天线解调控制状态机控制，即在有源天线解调控制状态机为发送状态时，计数滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的低电平持续时间，而当有源天线解调控制状态机为空闲状态或者接收状态时，检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的高电平持续时间，7bits计数器的同步复位端由状态比较器切换。
本发明可以在没有指令输入情况下，使从模式的读卡机芯片仅根据主模式的读卡机芯片发送的米勒编码波形来判断发送开始和结束，并根据slave芯片内部的解调信号及相关等待信号产生模拟载波解调电路的使能信号。
本发明自动检测米勒脉冲宽度，结合ISO/IEC 14443协议规范来判决发送完成和发送开始的条件，并由有源天线解调控制状态机来控制模拟载波解调电路的打开和关闭，实现读卡机芯片从模式的主要功能。
本发明能实现对模拟载波解调电路的自动控制，且不需要主控芯片MCU的介入，可以独立的作为一个控制逻辑使读卡机芯片完成从模式应用场景下的收发数据的模拟载波解调电路开关控制，实现以上功能的同时也降低了芯片功耗。
本发明针对特殊应用场景结合ISO/IEC14443协议中对106K typeA的发送编码特点进行了针对性的处理，可以满足读卡机芯片作为有源天线从模式时的应用。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路原理框图；
图2是图1中米勒脉冲检测电路原理框图；
图3是图1中米勒脉冲滤毛刺电路原理框图；
图4是图1中有源天线解调控制状态机状态转换示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路，包括：一米勒脉冲滤毛刺电路，一米勒脉冲检测电路，一有源天线解调控制状态机。
如图3所示，所述米勒脉冲滤毛刺电路，包括：
第一D触发器DCF1、第二D触发器DCF2、第三D触发器DCF3和一第一比较器。
系统时钟Sys_clk输入第一D触发器DCF1、第二D触发器DCF2和第三D触发器DCF3的时钟输入端，第一D触发器DCF1的输入端D端输入米勒串行码流Mf_in，第一D触发器DCF1的输出端Q端与第二D触发器DCF2的输入端D端和所述第一比较器的一输入端相连接，第二D触发器DCF2的输出端Q端所述第一比较器的另一输入端相连接。所述第一比较器的输出端与第三D触发器DCF3的输入端D端相连接。
第一D触发器DCF1和第二D触发器DCF2用系统时钟Sys_clk采样有源天线模式下typeA的米勒串行码流Mf_in。所述第一比较器对第一D触发器DCF1和第二D触发器DCF2的输出进行比较，如果二者的输出相等，则由第三D触发器DCF3采用系统时钟Sys_clk采样，并在第三D触发器DCF3的输出端Q端输出滤除毛刺的typeA米勒串行码流Miller_stream_syn。
如图2所示，所述米勒脉冲检测电路，包括：
一状态比较器，将输入的有源天线解调控制状态机的状态信号Fsm_state[1：0]与设定的状态进行比较，用于产生米勒检测电路的使能控制信号，以选择是否进行米勒脉冲检测。
一反相器NOT，其输入端输入滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn，并对其反相。
一选择器mux，其一输入端输入滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn，另一输入端与反相器NOT的输出端相连接，其选择控制端与所述状态比较器的输出端相连接，在所述状态比较器的输出的使能控制信号控制下选择滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn或滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的反相信号。
一7bits计数器，其同步复位端与所述选择器mux的输出端相连接，其计数输入端输入13.56MHz系统时钟的4分频时钟，将该4分频时钟作为计数时钟。7bits计数器的计数操作有源天线解调控制受状态机控制，即在有源天线解调控制状态机为发送状态时，计数滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的低电平持续时间；而当有源天线解调控制状态机为空闲状态(idle)或者接收状态时，检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的高电平持续时间。7bits计数器的同步复位端由状态比较器切换(是同步复位端的驱动信号源之一，直接驱动7bits计数器复位)。
用2bit编码的有源天线解调控制状态机信号，共4个状态，即空闲状态(idle)、发送状态(send)、接收状态(rcv)和预接收状态(rcv_pre)，各个状态的跳转关系如图4所示。在空闲状态检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的低电平计数，即米勒脉冲检测电路在空闲状态的计数值，当检测到有效的米勒低电平脉冲后，即进入发送状态；在发送状态中检测检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的高电平计数值，当计数值计到64时，表示米勒码流已经连续2个etu(1个etu为9.472μs)没有调制，即进入预接收状态；在预接收状态检测接收前等待信号是否ready(准备好)，当来自etu时钟域的接收前等待时间计数器计满后给出接收前等待信号ready后，即跳到接收状态；在接收状态检测系统的副载波调制有效信号s_valid，当副载波调制有效信号s_valid变低后，即表示接收完成，状态机跳入空闲状态。
参见图4，配置3401(即系统级的芯片，ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路是其中的一部分)为slave模式时，会启动检测typeA的米勒串行码流Mf_in的有源天线解调控制状态机，即当把内部调制源设置为选择mf_in(有源天线模式下的芯片输入输出串行管脚)输入的调制源，把mf_out(有源天线模式下的芯片输入输出串行管脚)输出选择为载波解调输出或者副载波解调输出时，启动米勒脉冲检测电路，用系统时钟4分频时钟clk4计数检测连续的滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的低电平数(低电平持续时间)。
检测到有效的米勒低电平脉冲mf_in凹槽标志信号米勒码凹槽有效信号mfin_npause_valid后，状态机进入发送状态。其中，
mfin_npause_valid
＝(state＝＝idle)&&(state＝＝rcv)&&(clk4_det_cnt＝＝2)；
即米勒低电平持续连续2个系统时钟4分频的计数时间，其中，state即有源天线解调控制状态机的2bits状态信号Fsm_state[1：0]，clk4_det_cnt即米勒脉冲检测电路中的7bits计数器。
在发送状态，启动mf_in输入的调制源连续2个etu高电平检测电路和低电平检测电路，当检测到滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn为连续的2个etu时间高电平后，即进入预接收状态。当检测到滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn为大于4.5μs时间低电平后，即进入空闲状态，重新检测有效的滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn凹槽。
此状态期间的跳转标志信号为mfin_npause_stop信号。其中，
mfin_npause_stop＝(state＝＝send)&&(clk4_det_cnt＝＝64)。
在预接收状态，启动等待计数器rx_wait_cnt(状态机在由发送转为接收时的等待计数器，即要等几个计数时钟才跳转到真正的接受状态),做自减计数，当检测到模拟载波解调电路输出的控制信号rx_wait_end(表示有源天线解调控制状态机在由发送转跳至接收的一个过渡状态的跳转标志脉冲信号，该信号表示等待时间完毕可以开始接收)后，进入接收状态。在接收状态，有源天线slave模式的使能信号slave_only_analog_en置1，预开启模拟载波解调电路。这是因为通常在载波解调开始阶段会有一个稳定期，在该临界状态打开模拟载波解调电路，留出足够时间让模拟载波解调电路达到稳定状态。
在接收状态，保持打开模拟载波解调电路，即有源天线slave模式的使能信号slave_only_analog_en置1。在接收状态，将检测2个信号，一个是滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的有效凹槽和s_valid信号的下降沿儿，即当处于接收状态时，可以被从master(有源天线应用模式的主控读卡机芯片)发出的有效凹槽打断而关闭接收解调电路重新进入发送状态，或者当正常接收结束，检测到s_valid信号的下降沿后，状态机进入空闲状态。
其中s_val id信号是读卡机芯片内部的副载波解调电路的副载波调制有效信号，当该信号为1时，表示接收开始，当该信号为0时表示已经没有副载波调制，接收完毕。
以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种ISO/IEC 14443协议typeA有源天线应用从模式载波解调自动控制电路，其特征在于，包括：
一米勒脉冲滤毛刺电路，在系统时钟域下对输入的typeA米勒串行码流进行滤毛刺处理，输出滤除毛刺的typeA米勒串行码流；
一米勒脉冲检测电路，与所述米勒脉冲滤毛刺电路相连接；
一有源天线解调控制状态机，与所述米勒脉冲检测电路相连接，共4个状态，即空闲状态、发送状态、接收状态和预接收状态；在空闲状态检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的低电平计数值，即米勒脉冲检测电路在空闲状态的计数值，当检测到有效的米勒低电平脉冲后，即进入发送状态；在发送状态中检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流miller_pulse的高电平计数值，当高电平计数值计到64时，表示米勒串行码流已经连续2个etu没有调制，即进入预接收状态；在预接收状态检测接收前等待信号是否准备好，当来自etu时钟域的接收前等待时间计数器计满后给出接收前等待信号准备好后，即进入接收状态，在接收状态检测系统的副载波调制有效信号，当副载波调制有效信号变低后，即表示接收完成，进入空闲状态；产生有源天线模式下的用于控制模拟载波解调电路的使能信号；
所述米勒脉冲检测电路，包括：
一状态比较器，将输入的有源天线解调控制状态机的状态信号Fsm_state[1：0]与设定的状态进行比较，用于产生米勒检测电路的使能控制信号，以选择是否进行米勒脉冲检测；
一反相器，其输入端输入滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn，并对其反相；
一选择器，其一输入端输入滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn，另一输入端与反相器的输出端相连接，其选择控制端与所述状态比较器的输出端相连接，在所述状态比较器输出的使能控制信号控制下选择滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn或滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的反相信号；
一7bits计数器，其同步复位端与所述选择器的输出端相连接，其计数输入端输入13.56MHz系统时钟的4分频时钟，将该4分频时钟作为计数时钟；7bits计数器的计数操作受有源天线解调控制状态机控制，即在有源天线解调控制状态机为发送状态时，计数滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的低电平持续时间，而当有源天线解调控制状态机为空闲状态或者接收状态时，检测滤除毛刺的typeA的米勒串行码流Miller_stream_syn的高电平持续时间，7bits计数器的同步复位端由状态比较器切换。
2.如权利要求1所述的自动控制电路，其特征在于，所述米勒脉冲滤毛刺电路，包括：第一D触发器、第二D触发器、第三D触发器和一第一比较器；
系统时钟输入第一D触发器、第二D触发器和第三D触发器的时钟输入端，第一D触发器的输入端D端输入米勒码流，第一D触发器的输出端Q端与第二D触发器的输入端D端和所述第一比较器的一输入端相连接，第二D触发器的输出端Q端所述第一比较器的另一输入端相连接；所述第一比较器的输出端与第三D触发器的输入端D端相连接；
第一D触发器和第二D触发器用系统时钟采样有源天线模式下的米勒码流；所述第一比较器对第一D触发器和第二D触发器的输出进行比较，如果二者的输出相等，则由第三D触发器采用系统时钟采样，并在第三D触发器的输出端Q端输出滤除毛刺的typeA米勒串行码流。
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