CN108880624B - 一种结合nfc、电力载波和无线通信模块的soc通信芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合NFC、电力载波和无线通信模块的SOC通信芯片，首次将近距离NFC和家居无线范围及远距离电力载波通信方式结合，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。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。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。
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（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）、NFC AFE（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NFC AFE（121）和NFC PHY（120）双向连接，所述NFC PHY（120）连接所述MCU芯片（110）。
更进一步的，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。
更进一步的，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。
更进一步的，还包括PLC FIFO（201）、第二MCU芯片（202）、RAM芯片（203）、WiFiFIFO（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）。
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、HomePlugPLC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）、NFC AFE（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NFC AFE（121）和NFC PHY（120）双向连接，所述NFC PHY（120）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 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）。
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MCU（110）进行运算和信号处理。 而发送通路正好相反，由MCU（110）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 AFE（121）和NFC PHY（120）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 FIFO（201）接入总线（206）然后和RAM（203）进行数据互换；WiFi信号和NFC信号也分别通过WiFi FIFO（204）和NFC FIFO（205）和RAM（203）进行数据交换；另外在MCU（202）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、电力载波和无线通信模块的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）、NFC AFE（121）和NFC PHY（120）；
所述接收电路包括第一基带信号放大器（103）、第一低通滤波器（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），所述第一基带信号放大器（103）、第一低通滤波器（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）均向所述第一基带信号放大器（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）、第二低通滤波器（114）和第二基带信号放大器（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）、第二低通滤波器（114）和第二基带信号放大器（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）；
所述第二基带信号放大器（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NFC AFE（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、电力载波和无线通信模块的SOC通信芯片，其特征在于：所述第一基带信号放大器（103）、第一低通滤波器（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、电力载波和无线通信模块的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）、第二低通滤波器（114）和第二基带信号放大器（113）之间单向连接。
4.如权利要求1所述的结合NFC、电力载波和无线通信模块的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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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