CN108880624A - 一种结合nfc和电力载波及无线的soc通信芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合NFC和电力载波及无线的SoC通信芯片，首次将近距离NFC(4‑5厘米)和家居无线范围及远距离电力载波(一公里左右)通信方式结合,把手机控制的智能家居范围扩展到小区或大厦的范围，利于挖掘和开通一些崭新的应用，如小区门禁，大厦广播，太阳能面板监控，远程宽带电表抄表，酒店网络无工程升级改造等。在芯片内部结构中，NFC有单独的通道，主要和手机之类的装置通信接收和发送控制命令等；PLC和WiFi的接收和发送通道可以组合使用，以降低通讯的时延和提高效率。如WiFi接收端激活时，PLC的发送端可以同时工作，这样WiFi接收到的信号之间可以直接转发到PLC的发送端，不需要等接收任务完成后再开始发送。这会大大提高整个系统的效率和满足QoS的要求，尤其对于语音和视频的应用。
Description
技术领域
本发明属于电子工程中的微电子技术和网络通讯技术领域，涉及一种结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片。
背景技术
NFC近场通信是一中极短距离的通讯技术，可以在4-5厘米的距离无接触进行通信。主要优点是方便而且安全，不容易泄密。目前NFC已经作为手机的一种通信手段，在扫描付款，手机开锁，不接触密码设置等方面有很多独特应用。
PLC电力载波通信是使用电力线进行信号传输，距离远而且稳定，目前在国内国际上应用广泛。另外无线方面WiFi作为最主要的通信方式已经覆盖到家家户户，但是WiFi通讯存在通讯不稳定、不可靠、容易受微波炉等电器影响和墙壁楼层阻隔影响等缺点；PLC和WiFi优点在于都不需要额外布线，所以极大简化了一些如智能家居应用的工程。
目前大多数应用中PLC和WiFi主要都采用接入路由器，然后才能和手机进行通信。这就局限了这两种通信方式的使用场合。而且存在不安全容易泄密的问题。
因此，需要一种新的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片来解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片。
为了解决上述技术问题，本发明的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片采用的技术方案如下：
一种结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片，包括基带低噪声放大器、射频低噪声放大器和混频器、接收电路、HomePlug PLC协议处理模块、WiFi协议处理模块、MCU芯片、发送电路、射频混频器和功率放大器、基带线路驱动放大器、NFCAFE和NFC PHY；
所述接收电路包括基带信号放大器、低通滤波器、模数转换器、数字部分的数字滤波、傅里叶变换模块和解码模块，所述基带信号放大器、低通滤波器、模数转换器、数字部分的数字滤波、傅里叶变换模块和解码模块依次连接；
所述基带低噪声放大器和射频低噪声放大器和混频器均向所述基带信号放大器发送信号；
所述解码模块发送信号至所述HomePlug PLC协议处理模块和WiFi协议处理模块并利用所述MCU芯片进行处理；
所述发送电路包括扰码模块、反向傅里叶变换模块、数字滤波模块、数模转换器、低通滤波器和基带信号放大器，所述扰码模块、反向傅里叶变换模块、数字滤波模块、数模转换器、低通滤波器和基带信号放大器依次连接；
所述HomePlug PLC协议处理模块和WiFi协议处理模块将所述MCU芯片处理后的信号送至所述扰码模块；
所述基带信号放大器向射频混频器和功率放大器和基带线路驱动放大器发送信号；
所述NFCAFE和NFC PHY双向连接，所述NFC PHY连接所述MCU芯片。
更进一步的，所述基带信号放大器、低通滤波器、模数转换器、数字部分的数字滤波及傅里叶变换模块和解码模块之间单向连接。
更进一步的，所述扰码模块、反向傅里叶变换模块、数字滤波模块、数模转换器、低通滤波器和基带信号放大器之间单向连接。
更进一步的，还包括PLC FIFO、第二MCU芯片、RAM芯片、WiFi FIFO、NFC FIFO和总线，所述PLC FIFO、WiFi FIFO和NFC FIFO均通过总线连接所述第二MCU芯片和RAM芯片。
有益效果：本发明的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片中PLC和WiFi的接收和发送通道可以组合使用，以降低通讯的时延和提高效率。如WiFi接收端激活时，PLC的发送端可以同时工作，这样WiFi接收到的信号之间可以直接转发到PLC的发送端，不需要等接收任务完成后再开始发送。这会大大提高整个系统的效率和满足QoS的要求，尤其对于语音和视频的应用。而且WiFi接收和PLC发送组合使用时，WiFi的发送通道和PLC的接收通道可以根据需要关闭，以降低整个系统的功耗。
附图说明
图1为该发明近距离(NFC)和远距离通信(PLC、WiFi)结合的通信芯片内部的模块结构；
图2为该发明芯片内部三种通信模式之间的相互转换接口；
图3为该发明芯片使用时的系统连接方式。
具体实施方式
下文是举实施例配合附图方式进行详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由组件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明所涵盖的范围。
请参阅图1、图2和图3所示，本发明的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片，包括基带低噪声放大器101、射频低噪声放大器和混频器102、接收电路、HomePlug PLC协议处理模块109、WiFi协议处理模块119、MCU芯片110、发送电路、射频混频器和功率放大器111、基带线路驱动放大器112、NFCAFE121和NFC PHY120；
所述接收电路包括基带信号放大器103、低通滤波器104、模数转换器105、数字部分的数字滤波106、傅里叶变换模块107和解码模块108，所述基带信号放大器103、低通滤波器104、模数转换器105、数字部分的数字滤波106、傅里叶变换模块107和解码模块108依次连接；
所述基带低噪声放大器101和射频低噪声放大器和混频器102均向所述基带信号放大器103发送信号；
所述解码模块108发送信号至所述HomePlug PLC协议处理模块109和WiFi协议处理模块119并利用所述MCU芯片110进行处理；
所述发送电路包括扰码模块118、反向傅里叶变换模块117、数字滤波模块116、数模转换器115、低通滤波器114和基带信号放大器113，所述扰码模块118、反向傅里叶变换模块117、数字滤波模块116、数模转换器115、低通滤波器114和基带信号放大器113依次连接；
所述HomePlug PLC协议处理模块109和WiFi协议处理模块119将所述MCU芯片110处理后的信号送至所述扰码模块118；
所述基带信号放大器113向射频混频器和功率放大器111和基带线路驱动放大器112发送信号；
所述NFCAFE121和NFC PHY120双向连接，所述NFC PHY120连接所述MCU芯片110。
优选的，所述基带信号放大器103、低通滤波器104、模数转换器105、数字部分的数字滤波106及傅里叶变换模块107和解码模块108之间单向连接。
优选的，所述扰码模块118、反向傅里叶变换模块117、数字滤波模块116、数模转换器115、低通滤波器114和基带信号放大器113之间单向连接。
优选的，还包括PLC FIFO201、第二MCU芯片202、RAM芯片203、WiFi FIFO204、NFCFIFO205和总线206，所述PLC FIFO201、WiFi FIFO204和NFC FIFO205均通过总线206连接所述第二MCU芯片202和RAM芯片203。
发明原理：
NFC提供极短距离通信,而PLC/WiFi可以最远到一公里左右的距离。这把短距离应用如手机扫描，手机付账和手机开锁等和长距离控制如大厦霓虹灯，农业灌溉，智能充电桩，小区停车付费系统等应用结合起来，能开拓新的应用场景。由于是单一SoC芯片实现，减小了应用电路板尺寸而且极大降低成本；
本发明的通讯芯片，包括：PLC电路模块和WiFi电路模块和数字模块的分享共用；MCU微处理器模块的集成；其中：
(1)PLC与WiFi集成：通过PLC通信协议(包括HomePlugAV和HomePlugGP)和无线通信WiFi协议的模块集成于同一芯片，达到有线和无线通讯互补从而可靠传输数据的目的。WiFi作为在PLC通信异常下的自适应补充通信，在非标准家居电力线系统(有两条或三条分离的电力线，而有的电力线被开关或特殊装置断开)或电力线通信工作不正常(如吹风机，吸尘器造成噪声太大)的情况下，立即取代PLC进行通信；
(2)PLC电路模块接收使用75MHz时钟采样频率，信号带宽为28MHz；WiFi接收模块采用80MHz时钟采样频率，信号带宽为20MHz；所以接收部分统一使用性能能达到80MHz时钟的模块；发送模块HomePlug采用150MHz作为数模转换时钟频率，而WiFi使用160MHz，所以发送部分统一使用能达到160MHz性能的模块。这样两种协议只需要一个统一共享的模拟前端(AFE)，而且由于HomePlug模拟前端部分不需要I/Q信道，只需要一个信道就以节省功耗；这样两种协议在模拟前端共用绝大部分模块包括接收端信号放大器/低通滤波器/模数转换器，发送端数模转换器/低通放大器/信号放大器；
(3)由于PLC和WiFi都使用OFDM调制方式，所以在扰码，傅里叶变换，加密解密和数字滤波实现的代码都可以共享，数字部分通常占用整个芯片绝大部分，这样大大减小了整个芯片的面积。
MCU微处理器模块的集成；MCU提供NFC,PLC和WiFi三路信号的总线接口。这样可以大大减少PCB板上所需到模拟和数字模块之间信号线的连接，大幅减小PCB板的面积和材耗；MCU微处理器实现通讯接口所需的软件处理功能，所有软件都有接口函数以便上层应用软件进行调用。
在通用芯片内部实现的PLC HomePlug协议的模块包括：NFC前端(AFE)/物理层(PHY)，PLC模拟前端(AFE)，PLC物理层(PHY)，PLC数据链路层(MAC)；在同一芯片内部实现的WiFi通讯协议的模块包括：WiFi模拟前端(AFE)，WiFi物理层(PHY)，WiFi数据链路层(MAC)；在PLC数据链路层(MAC)和WiFi数据链路层上(MAC)共享同一TCP/IP网络层；
本发明的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片中PLC和WiFi的接收和发送通道可以组合使用，以降低通讯的时延和提高效率。如WiFi接收端激活时，PLC的发送端可以同时工作，这样WiFi接收到的信号之间可以直接转发到PLC的发送端，不需要等接收任务完成后再开始发送。这会大大提高整个系统的效率和满足QoS的要求，尤其对于语音和视频的应用。而且WiFi接收和PLC发送组合使用时，WiFi的发送通道和PLC的接收通道可以根据需要关闭，以降低整个系统的功耗。
实施例1：
本发明的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片是一种NFC,PLC与WiFi集成的通讯芯片，单一SoC芯片内包括NFC前端(AFE)/物理层(PHY)，PLC模拟前端(AFE)，PLC物理层(PHY)，PLC数据链路层(MAC)；WiFi模拟前端(AFE)，WiFi物理层(PHY)，WiFi数据链路层(MAC)；另外包括MCU微处理器及其相应的芯片接口；
为节省NFC,PLC和WiFi集成芯片的面积，PLC和WiFi的模块最大限度实现了共用。如图1所示，PLC输入信号经过基带低噪声放大器101，和WiFi输入信号经过射频低噪声放大器和混频器102后的信号，送入同一个接收电路，包括基带信号放大器103，低通滤波器104，模数转换器105，和数字部分的数字滤波106，傅里叶变换和解码模块107，然后分别送入HomePlug PLC协议108和WiFi协议109处理模块，最后到MCU110进行运算和信号处理。而发送通路正好相反，由MCU110生成用户数据，分别送入HomePlug PLC协议109或WiFi协议119模块进行处理，然后送入同一个发送电路，包括：扰码118，反向傅里叶变换117，数字滤波116，数模转换器115，低通滤波器114，基带信号放大器113，然后分别接入到射频混频器和功率放大器111生成WiFi输出信号，或者接入到基带线路驱动放大器112以生成PLC输出信号；而NFC的接收发送由单独的NFC AFE121和NFC PHY120模块来实现。
该芯片的目的是实现短距离和长距离通信结合，以发掘一些新的市场应用，所以在芯片实现的流程中，NFC，PLC和WiFi的数据是可以相互转换的，如图2所示，PLC信号经过PLC FIFO201接入总线206然后和RAM203进行数据互换；WiFi信号和NFC信号也分别通过WiFi FIFO204和NFC FIFO205和RAM203进行数据交换；另外在MCU202的控制下，NFC,PLC和WiFi的信号可以相互之间进行交换。比如NFC接收到的信号比如从手机，可以直接送入PLC的发送信道进行发送；同样，PLC接收到的信号，也可以送到WiFi的发送通道发送到目的地如手机。
图3是一个典型的芯片系统应用，是采用该该芯片构成的一个NFC控制的家居系统。右上角是一个NFC/PLC/WiFi通信芯片401模块示意图。手机通过该集成芯片的NFC或WiFi通道412将信号转接到电力线416,同样所有的家居电子单元通过SPI标准总线接口连接到NFC/PLC/WiFi通讯模块401，然后连接到电力线416。再通过电力线416连接到另一个NFC/PLC/WiFi通讯模块单元，然后连接到路由器/网关413，提供家居系统到因特网的接口。这样既可以在家里用手机直接通过NFC(如门锁装置)或WiFi控制单个家居单元或整个智能家居系统，或通过internet远程控制。
Claims (4)
1.一种结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片，其特征在于：包括基带低噪声放大器(101)、射频低噪声放大器和混频器(102)、接收电路、HomePlug PLC协议处理模块(109)、WiFi协议处理模块(119)、MCU芯片(110)、发送电路、射频混频器和功率放大器(111)、基带线路驱动放大器(112)、NFCAFE(121)和NFC PHY(120)；
所述接收电路包括基带信号放大器(103)、低通滤波器(104)、模数转换器(105)、数字部分的数字滤波(106)、傅里叶变换模块(107)和解码模块(108)，所述基带信号放大器(103)、低通滤波器(104)、模数转换器(105)、数字部分的数字滤波(106)、傅里叶变换模块(107)和解码模块(108)依次连接；
所述基带低噪声放大器(101)和射频低噪声放大器和混频器(102)均向所述基带信号放大器(103)发送信号；
所述解码模块(108)发送信号至所述HomePlug PLC协议处理模块(109)和WiFi协议处理模块(119)并利用所述MCU芯片(110)进行处理；
所述发送电路包括扰码模块(118)、反向傅里叶变换模块(117)、数字滤波模块(116)、数模转换器(115)、低通滤波器(114)和基带信号放大器(113)，所述扰码模块(118)、反向傅里叶变换模块(117)、数字滤波模块(116)、数模转换器(115)、低通滤波器(114)和基带信号放大器(113)依次连接；
所述HomePlug PLC协议处理模块(109)和WiFi协议处理模块(119)将所述MCU芯片(110)处理后的信号送至所述扰码模块(118)；
所述基带信号放大器(113)向射频混频器和功率放大器(111)和基带线路驱动放大器(112)发送信号；
所述NFCAFE(121)和NFC PHY(120)双向连接，所述NFC PHY(120)连接所述MCU芯片(110)。
2.如权利要求1所述的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片，其特征在于：所述基带信号放大器(103)、低通滤波器(104)、模数转换器(105)、数字部分的数字滤波(106)及傅里叶变换模块(107)和解码模块(108)之间单向连接。
3.如权利要求1所述的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片，其特征在于：所述扰码模块(118)、反向傅里叶变换模块(117)、数字滤波模块(116)、数模转换器(115)、低通滤波器(114)和基带信号放大器(113)之间单向连接。
4.如权利要求1所述的结合NFC和电力载波及无线的SOC通信芯片，其特征在于，还包括PLC FIFO(201)、第二MCU芯片(202)、RAM芯片(203)、WiFi FIFO(204)、NFC FIFO(205)和总线(206)，所述PLC FIFO(201)、WiFi FIFO(204)和NFC FIFO(205)均通过总线(206)连接所述第二MCU芯片(202)和RAM芯片(203)。
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