CN107645462A

CN107645462A - 一种支持iso/iec 14443标准的解调电路

Info

Publication number: CN107645462A
Application number: CN201710891115.8A
Authority: CN
Inventors: 刘冬生; 邬亮; 彭浩毅; 何云波; 徐邦迪
Original assignee: GUANGDONG CHUTIAN DRAGON SMART CARD CO Ltd
Current assignee: Chu Tianlong Co., Ltd.
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-01-30
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: CN107645462B

Abstract

本发明涉及射频标签识别领域，特别涉及一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，该支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，通过依次连接的取包络电路、放大器电路、反相电路和电平转换电路实现输入信号的ASK调制，并且通过在反相电路中设置带有使能信号的反相器，该反相器根据收到的解调模式控制信号输出使能信号以使反相电路停止ASK10％调制，ASK10％调制该支持ISO/IEC 14443标准的解调电路输出100％ASK信号，使得该支持ISO/IEC 14443标准的解调电路能够实现ASK10％调制和ASK100％调制，而且该电路结构相对简单，便于实现。

Description

一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路

技术领域

本发明涉及射频标签识别领域，特别涉及一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification)系统是一种非接触自动识别系统。随着物联网的发展，RFID受到越来越多的关注。一个完整的RFID系统由RFID标签、RFID读写器以及后端服务器三部分构成。RFID标签包含唯一识别码等信息。RFID读写器通过短距离的射频通信获得RFID标签的识别信息，并且可以将获得的标签信息传送给后端服务器。后端服务器处理从读写器获得的信息，并将需要反馈的信息发送给读写器，再通过读写器将反馈信息通过射频信号发送给RFID标签，从而实现对RFID标签的管理。

根据RFID系统所使用的电磁波载波频率，可分为低频LF 125KHz-135KHz，高频HF13.56MHz，超高频UHF 860MHz-960MHz以及微波Microwave 2.45GHz。其中，高频RFID标签由于其识读距离适中，成本较低，被广泛应用于门禁，仓储和物流领域。根据标签数据存储和供电方式的不同，可将标签分为无源标签，半有源标签和有源标签。如图1所示，无源高频RFID标签芯片主要分为一下三个部分：模拟前端部分、数字基带部分和EEPROM存储部分。模拟前端部分主要可以分为整流与稳压电路模块、解调电路模块、返回调制电路模块、时钟产生模块、过压保护电路模块、复位信号产生模块以及静电保护电路模块。

当RFID标签进入读写器发射信号的磁场后，整流电路将天线耦合感应产生的交流信号进行整流得到一个直流电压信号，该直流电压信号进一步通过稳压电路产生一个稳定的直流电压给模拟前端电路的其他模块、芯片的数字控制部分以及EEPROM存储部分供电。同时，解调电路对天线信号进行解调，并将输出信号传输给数字基带。数字基带和EEPROM对数据进行处理后将返回信号传输给模拟前端电路中的返回调制电路，通过返回调制电路将标签芯片的数据发送回读写器。时钟产生电路和复位信号产生电路分别产生时钟信号和复位信号，并传输给数字基带部分。当标签与读写器距离很近时，标签天线上获取的能量相对较充足，通过限压保护电路从天线上泄放一部分能量，可保证标签芯片工作在相对稳定的环境下。静电保护电路则能够保护芯片电路防止其受到静电的损伤。

高频RFID系统有三种国际标准，分别为ISO/IEC 14443Type A/B，ISO/IEC 15693以及ISO/IEC 18000-3。本发明采用的是基于电感耦合原理的ISO/IEC 14443Type B标准。ISO/IEC 14443协议规定的传输协议同时适用于Type A和Type B。Type A中规定在读写器由下行链路与标签进行通信时，是通过13.56MHz的载波来传输信号，其采用改进的同步Miller编码的方式，通过ASK100％调制的方式传送信号，其解调波形如图2所示。Type B中同样采用13.56MHz的载波来传输信号，但采用的是异步NRZ编码方式，通过ASK10％调制的方式传送信号，其解调波形如图3所示。由于标签芯片成本和尺寸的限制，芯片片内接收器要尽可能简单，也就要求标签芯片模拟前端部分的解调电路简单化，如果需要在一个芯片上同时实现ASK10％调制和ASK100％调制的方式传送信号，就会导致解调电路复杂化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现ASK10％调制和ASK100％调制，且解调电路相对简单的支持ISO/IEC 14443标准的解调电路。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，包括依次连接的取包络电路、放大器电路、反相电路和电平转换电路，进入该解调电路的ASK信号经过所述取包络电路后输出为包络信号，该包络信号经过放大器电路放大后得到ASK解调脉冲信号，该ASK解调脉冲信号经过反相电路实现ASK10％调制后形成ASK信号波形，该ASK信号波形经过电平转换电路转换到数字电路的电压域中；所述反相电路包括带有使能信号的反相器，该反相器根据收到的解调模式控制信号输出使能信号以使所述反相电路停止ASK10％调制。

其中，所述取包络电路包括依次连接的半波整流电路和低通滤波电路。

其中，所述放大器电路包括低增益放大电路和高增益推挽放大电路。

其中，所述低增益放大电路连接有偏置电压产生电路。

其中，所述反相电路的带有使能信号的反相器的输入端连接有用于实现波形整形和存储的交叉耦合单元。

其中，所述交叉耦合单元包括反相器invert1和反相器invert2。

其中，所述电平转换电路包括四个反相器和两个NMOS管，用于实现由电压域向电压域的转换。

本发明的有益效果：该支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，通过依次连接的取包络电路、放大器电路、反相电路和电平转换电路实现输入信号的ASK调制，并且通过在反相电路中设置带有使能信号的反相器，需要用到ASK100％调制时，可以使该反相器使能从而停止反相电路的ASK10％调制。该支持ISO/IEC 14443标准的解调电路既可以输出10％ASK信号，也可以停止ASK10％调制从而输出100％ASK信号，使得该支持ISO/IEC 14443标准的解调电路能够实现ASK10％调制和ASK100％调制，而且该电路结构相对简单，便于实现。

附图说明

图1为本发明无源高频RFID标签芯片结构图；

图2为本发明100％ASK解调波形示意图；

图3为本发明10％ASK解调波形示意图；

图4为本发明10％ASK解调电路原理框图；

图5为本发明取包络电路原理框图；

图6为本发明OP1放大器电路原理框图；

图7为本发明供电电源产生电路原理框图；

图8为本发明偏置电压产生电路原理框图；

图9为本发明电平转移电路原理框图。

具体实施方式

幅移键控(ASK)为“幅移键控”，又称为“振幅键控”，是一种相对简单的调制方式。幅移键控(ASK)相当于模拟信号中的调幅，只不过与载频信号相乘的是二进制数码而已。幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，信息比特是通过载波的幅度来传递的。在幅移键控的定义中，载波的振幅按照二进制编码的方法在u₀和u₁间进行切换，u₁可取u₀和0之间的值。定义键控度m，来描述不同程度的键控：

当u₀＝u₁时，m＝0，此时载波没有被调制；当u₁＝0时，m＝1，这种调制为100％振幅调制。

ASK调制信号可描述为：

v(t)＝u₀[1+m(s(t)-1)]cos(ω_ct)

s(t)为二进制信号，取值为0或1。根据编码信号的不同，s(t)的调制信号g(t)可描述为：

g(t)＝u₀[1+m(s(t)-1)]＝mu₀s(t)+u₀(1-m)

g(t)在频域内表示其频谱为：

G(f)＝mu₀S(f)+u₀(1-m)δ(f)

其能量密度可表示为：

PSD_R(f)＝(mu₀)²PSD_S(f)+[u₀(1-m)]²δ(f)

取正频率的部分，则调制信号能谱密度可表示为：

通过如上分析可知，基带信号的能谱密度决定了调制信号的带宽，而载波幅度和键控度m共同决定了调制信号的幅度。键控度m＝1时，调制信号的能谱密度PSD_V(f)为基带信号能谱密度乘以载波最大幅度平方的1/4，而降低键控度m会造成边带幅度的降低，且会引入并增加delta函数在载波频率中的权重。

基于如上分析，10％ASK解调电路的原理框图如图4所示，包括依次连接的取包络电路、放大器电路、反相电路和电平转换电路。R1和C1为取出的ASK包络信号提供交流通路，用以检测ASK信号的跳边沿信号。OP1和OP2为低增益放大电路，OP3为高增益推挽放大电路，反相器invert1和invert2组成交叉耦合存储单元，invert3为带有使能信号的反相器(两输入与非门)，level shift为电平转换电路实现在不同电压阈的电平切换，Bias为偏置电压产生电路，为OP1提供偏置电压。在电路工作过程中，输入的ASK信号经过二极管取包络电路输出一个包络信号，该包络信号的跳边沿通过R2和C2的交流通路被传送到放大器OP1的输入端，这个跳边沿信号经过OP1、OP2和OP3三级放大后得到ASK解调脉冲信号，这个脉冲再经过反相器invert1和invert2组成的交叉耦合单元实现波形整形和存储功能，此时所得到的是标准的ASK解调脉冲信号。由于此时的ASK解调信号与期望的波形相反，所以该信号再经过带有使能信号的en反相器invert3就可以得到所需ASK信号波形。再经过电平转换电路转换到数字电路的电压域中，即得到数字部分可直接处理的ASK解调信号。

下面对每个模块电路进行分析：

图4中的放大器OP2和OP1完全一样，OP3是一个简单的反相器以提供高增益，INV1和INV2是两个反向器，INV3是带有使能信号的反相器(即两输入或非门)。使能信号EN是芯片全局复位信号CLR经过反相后的信号。

其中，如图5所示，取包络电路中ANTA和ANTB经过半波整流得到REC1的初级整流电压，MN3，MN4和MN5构成有源电阻与C1一起构成一个低通滤波器，实现跟随输入ASK信号包络作用。

其中，OP1和OP2为低增益放大电路，如图6所示，OP1和OP2分别在与普通推挽放大器类似的传输曲线上增加一个低增益区间，使电路的偏置电压落在这个低增益区间内。该放大器OP1利用这个特性来减小电路偏置电压的漂移对放大效果的影响，同时也有利于提高这个电路的抗干扰作用。该电路的电源由如图7所示的电源产生电路提供，该电路正常工作时，其偏置电压设置在特性曲线中的缓慢下降区间，可提高偏置电压的抗干扰性。

其中，偏置电压产生电路输入约为1.56V的电压到V_mid，使得图8中MN1和MP1工作在饱和区，MP2和MN2工作在深线性区，MN3和MP3工作在亚阈值区。

其中，图9示出了10％解调电路中的电平转移子电路，这个电路由四个反相器和两个NMOS管组成，用于实现由V_mid电压域向V_CC电压域的转换。

该发明的支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，基于电感耦合原理，实现了Type B标准，标签芯片最大读取距离为10cm，最小场强为H_min＝1.5A/m，最大场强为H_max＝7.5A/m。该发明的支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，常规数据传输采用10％ASK调制解调方式。同时，当标签接受100％调制信号时，标签天线感受到的电压变化非常明显，本发明的10％ASK解调电路还能够解调100％ASK信号。

Claims

1.一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，其特征在于，包括依次连接的取包络电路、放大器电路、反相电路和电平转换电路，进入该解调电路的ASK信号经过所述取包络电路后输出为包络信号，该包络信号经过放大器电路放大后得到ASK解调脉冲信号，该ASK解调脉冲信号经过反相电路实现ASK10％调制后形成ASK信号波形，该ASK信号波形经过电平转换电路转换到数字电路的电压域中；所述反相电路包括带有使能信号的反相器，该反相器使能/不使能以使所述反相电路停止/不停止ASK10％调制。

2.根据权利要求1所述的一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，其特征在于，所述取包络电路包括依次连接的半波整流电路和低通滤波电路。

3.根据权利要求1所述的一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，其特征在于，所述放大器电路包括低增益放大电路和高增益推挽放大电路。

4.根据权利要求3所述的一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，其特征在于，所述低增益放大电路连接有偏置电压产生电路。

5.根据权利要求1所述的一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，其特征在于，所述反相电路的带有使能信号的反相器的输入端连接有用于实现波形整形和存储的交叉耦合单元。

6.根据权利要求5所述的一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，其特征在于，所述交叉耦合单元包括反相器invert1和反相器invert2。

7.根据权利要求1所述的一种支持ISO/IEC 14443标准的解调电路，其特征在于，所述电平转换电路包括四个反相器和两个NMOS管，用于实现由V_mid电压域向V_CC电压域的转换。