CN110276106A - 一种基于数模混合仿真平台的射频soc芯片的检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，包括：晶振模型，用于为所述检测电路提供振荡频率；待测SOC芯片模拟前端电路，用于与SOC芯片挂载MCU和数字电路连接；待测SOC芯片挂载MCU和数字电路，用于生成读取信号，并对RFID标签数字电路的调制信号进行解码；射频天线模型，包括SOC芯片天线、RFID标签天线和耦合因子，所述耦合因子为数模混合仿真平台的耦合因子模型mind，用于调整SOC芯片天线与RFID标签天线的耦合系数；RFID标签模拟前端电路，用于与RFID标签数字电路连接；RFID标签数字电路模型，用于生成所述调制信号。本发明缩短了研发时间，简化了验证难度。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路。
背景技术
近年来智能卡应用系统大规模铺开，其中金融IC卡的大力推广和网络身份管理制度的普及将会给物联网智能终端SOC芯片专用处理芯片带来巨大的市场需求。
以物联网智能终端(以下简称读写器)SOC芯片(System on Chip，系统级芯片)为代表的物联网技术，当今迫切需要应用于人的身份识别，或者作为交通、物流应用中的个体识别，或者作为电子钱包替代现金使用，其中的智能标签，更有望担当替代条形码作为商品标识的技术角色，物联网智能终端SOC芯片技术不仅关系着如何保持并提升传统制造业的产业优势，而且将极大的推动现代物流业、现代贸易、现代商业的技术创新与产业升级，现代会展业、现代体育产业、现代文化旅游产业、现代信息消费产业等新型的现代服务业也是其服务对象。其自动识别与自动支付功能，将是推动传统服务业向现代服务业进军的标志性技术与关键手段。
然而，若要实现RFID(Radio Frequency Identification，射频识别) 的读写器SOC芯片和标签的广泛制造和应用，需要提供相应的高频射频SOC 芯片的快速验证方式，现有的验证方式存在研发时间长，验证难度大，产业化缓慢的缺陷。
发明内容
为克服现有的RFID的读写器SOC芯片研发时间长，验证难度大，产业化缓慢的缺陷的问题，本发明实施例提供了一种基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，包括：
晶振模型，用于为所述检测电路提供振荡频率，包括XIN引脚和XOUT 引脚；
待测SOC芯片模拟前端电路，用于与SOC芯片挂载MCU和数字电路连接，包括OSCIN引脚和OSCOUT引脚，所述OSCIN引脚与XIN引脚连接，所述XOUT 引脚与OSCOUT引脚连接；
待测SOC芯片挂载MCU和数字电路，用于生成读取信号，并对RFID标签数字电路的调制信号进行解码；
射频天线模型，包括SOC芯片天线、RFID标签天线和耦合因子，所述 SOC芯片天线包括TX1、TX2、RX和VMID引脚，用于与所述待测SOC芯片模拟前端电路连接，所述RFID标签天线包括ANTENNA1和ANTENNA2引脚，用于与RFID标签模拟前端电路连接，所述耦合因子为数模混合仿真平台的耦合因子模型mind，用于调整SOC芯片天线与RFID标签天线的耦合系数；
RFID标签模拟前端电路，用于与RFID标签数字电路连接；
RFID标签数字电路模型，用于生成所述调制信号。
进一步，上述所述晶振模型包括片外电路和片内电路，所述片内电路包括反相器，所述反相器包括所述XIN引脚和XOUT引脚，所述片外电路包括电容C1和电容C2，所述电容C1第一端与XIN引脚连接，所述电容C2第一端与XOUT引脚连接，所述电容C1和C2的第二端均接地，所述电容C1第一端和C2第二端之间还连接有石英晶振等效电路。
进一步，上述所述石英晶振等效电路包括并联连接的静态电容C3和串联振荡回路，所述串联振荡回路包括串联连接的等效电阻R0、等效电感L0 和等效电容C0。
进一步，上述所述SOC芯片天线的TX1和TX2为信号发射引脚、所述RX 为信号接收引脚、所述VMID为基准电平；
所述TX1通过依次串联电阻R4、电感Lin1、电容C4、电阻R6、电感L1 接地、所述TX2通过依次串联电阻R5、电感Lin2、电容C5、电阻R7、电感 L2接地；所述电感Lin1和电容C4之间还连接有电容C6，电感Lin2和电容 C5之间还连接有电容C7、电容C4和电阻R6之间还连接有电容C8、电容C5 和电阻R7之间还连接有电容C9，所述电容C6、电容C7、电容C8、电容C9 的另一端接地；
所述RX依次与电阻RRX1和电感CRX1串联连接，所述CRX1的另一端连接于电阻R6和电感L1之间；
所述VMID与电阻RRX2串联连接，电阻RRX2的另一端连接于RX和电阻 RRX1之间，所述VMID和电阻RRX1之间还连接有电感CVMID，所述电感CVMID 另一端接地。
进一步，上述所述RFID标签天线包括串联连接的电容C10和电感Lcard，所述电容C10第一端引出ANTENNA1引脚，所述电容C10另一端引出ANTENNA2 引脚，所述ANTENNA1引脚用于连接RFID标签模拟前端电路的ant1接口，所述ANTENNA2引脚用于连接RFID标签模拟前端电路的ant2接口。
进一步，上述所述耦合因子包括耦合因子mind1和耦合因子mind2，其中，mind1用于调整电感L1和电感LCARD耦合系数，mind2用于调整电感L2 和电感Lcard的耦合系数。
进一步，上述所述RFID标签模拟前端电路包括整流电路和负载调制电路。
进一步，上述所述整流电路包括限制器、静电释放电路和多级场效应管电路，所述负载调制线路包括静电释放电路和多级场效应管电路。
进一步，上述所述SOC芯片天线和RFID标签天线的工作频率为13.56MHZ。
本发明实施例通过搭建数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，使得高频射频SOC芯片的可以在仿真平台上实现验证，缩短了研发时间，简化了验证难度，利于实现SOC芯片的快速产业化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是RFID技术中模拟前端电路的结构图；
图2是RFID标签芯片的结构图；
图3是读写器射频SOC芯片总体架构；
图4是本发明实施例的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路的结构框图；
图5是本发明实施例的射频天线模型的电路图；
图6是本发明实施例的RFID标签模拟前端电路中的整流电路的电路图；
图7是本发明实施例的RFID标签模拟前端电路中的负载调制电路的电路图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
当本发明实施例提及“第一”、“第二”(若存在)等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”(若存在)应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在RFID技术中，读写器SOC和RFID标签通常建立通讯采用半双工的方式，即两者只能有一个发送，另一个接收。读写器SOC负责发送载波信号启动RFID标签芯片和发射指令，RFID标签只响应读写器SOC所发出的指令，不主动发送指令询问读写器SOC。根据国际标准ISO/IEC14443规定，读写器SOC发射载波频率为13.56MHz的调制深度为10％和100％的ASK信号，标签芯片接收并解调该信号后送入数字状态机进行处理，返回 MANCHESTER信号。返回的MANCHESTER信号经负载调制后从标签天线发射；读写器天线接收该信号并进行解调后送入数字部分，完成信号的接收。RFID 技术中模拟前端电路的结构图请参照图1所示。
读写器SOC的模拟前端(Analog Front-End)必须具有以下几个方面的功能：(1)产生高频的发射功率，以启动RFID标签芯片并为它提供能量； (2)对发射信号调制后通过天线将其发送出去；(3)正确接收并解调来自 RFID标签的高频信号。
AMS-Design是ADE仿真环境中的数模混合仿真工具，本发明实施例优选采用AMS-Design搭建上述射频SOC芯片的检测电路。
请参照图2所示，RFID标签主要包括模拟电路、数字电路以及存储器，本发明实施例的模拟电路主要是为安全算法提供功耗载体，提供稳定可靠的电源以及电流，并为芯片可靠性提供保护电路，包括天线接口、整流和滤波电路、三级限幅电路、LDO稳压电路、真随机源、下电复位电路、时钟产生电路、解调和负载调制电路；数字电路集成对应的算法以及硬件实现，包括协议处理相关电路，主要有编码、解码、CRC校验、防冲突以及数据转发等电路，包括8051MCU处理器相关电路，主要有算术逻辑运算单元，中断、定时器和计数器以及存储管理等电路，还包括RNG随机数处理电路、DES/3DES 以及RSA安全算法电路等；存储器主要有存放程序的ROM、中间数据的RAM 和密钥、文件等用户信息的EEPROM。
请参照图3所示，读写器SOC芯片总体架构主要包括两部分：数字基带电路和模拟前端电路。其中，数字基带电路主要包括：微控制器模拟单元，包括与系统总线连接的存储介质管理模块、静态随机数存储器、程序存储器和Cortex-M0内核模块；
RFID单元，包括与系统总线连接的RFID阅读器，以及与所述RFID阅读器连接的模拟前端控制模块、RFID发送模块、RFID接收模块、CRC校验模块；
模拟前端模块，与所述模拟前端控制模块、RFID发送模块、RFID接收模块连接，用于外接数字电路；
辅助计算模块，所述辅助计算模块与随机生成模块和M1加密算法模块连接。
射频模拟前端电路主要包括数据调制、解调模块、LDO、IQ时钟产生器、射频发射、四相时钟采样、VGA等相应电路功能模块。
从而完成协议所要求的功能，实现对用户数据、程序的存放，可以根据具体要求对外界卡片进行数据交互操作。
基于上述结构，本发明实施例将芯片分别将读写器SOC和RFID标签的模拟电路形成schematic模块，数字电路用Verilog-Editor搭建成模块。形成AMS混合仿真平台的总框架，请参照图4所示，本发明实施例公开了一种基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，包括：
晶振模型，用于为所述检测电路提供振荡频率，包括XIN引脚和XOUT 引脚；
待测SOC芯片模拟前端电路，用于与SOC芯片挂载MCU和数字电路连接，包括OSCIN引脚和OSCOUT引脚，所述OSCIN引脚与XIN引脚连接，所述XOUT 引脚与OSCOUT引脚连接；
待测SOC芯片挂载MCU和数字电路，用于生成读取信号，并对RFID标签数字电路的调制信号进行解码；
射频天线模型，包括SOC芯片天线、RFID标签天线和耦合因子，所述 SOC芯片天线包括TX1、TX2、RX和VMID引脚，用于与所述待测SOC芯片模拟前端电路连接，所述RFID标签天线包括ANTENNA1和ANTENNA2引脚，用于与RFID标签模拟前端电路连接，所述耦合因子为数模混合仿真平台的耦合因子模型mind，用于调整SOC芯片天线与RFID标签天线的耦合系数；
RFID标签模拟前端电路，用于与RFID标签数字电路连接；
RFID标签数字电路模型，用于生成所述调制信号。
请参照图5所示，上述晶振模型包括片外电路和片内电路，所述片内电路包括反相器，所述反相器包括所述XIN引脚和XOUT引脚，所述片外电路包括电容C1和电容C2，所述电容C1第一端与XIN引脚连接，所述电容C2 第一端与XOUT引脚连接，所述电容C1和C2的第二端均接地，所述电容C1 第一端和C2第二端之间还连接有石英晶振等效电路。
反相器提供了必要的增益并产生180°相移，电容C1和电容C2设置电路的反馈因子，结合晶振的感抗产生振荡所需的另外180°相移，再加上反相器提供的180°相移，电路环路增益满足“巴克豪森准则”：
那么电路就会在ω0处起振。这两个条件是必须的但还不充分，在存在温度和工艺变化的情况下为了确保振荡，典型地，环路增益可以选定为两倍或三倍于额定值。
本实施例中，可以通过增大反相器的PMOS和NMOS管的W/L的值来实现缩短晶振起振时间。
上述石英晶振等效电路包括并联连接的静态电容C3和串联振荡回路，所述串联振荡回路包括串联连接的等效电阻R0、等效电感L0和等效电容C0。
石英晶振由等效电阻R0、等效电感L0和等效电容C0组成的串联振荡回路与静态电容C3并联组成。在等效电路中，L0、C0组成串联谐振电路，谐振频率为：
而L0、C0又与C3组成并联谐振回路，谐振频率为：
当工作频率f<f0时，晶体呈容性；当工作频率f0<f<f∞时，晶体呈感性；而当工作频率f>f∞时，晶体呈容性。晶体在晶体振荡器主振级的振荡电路中呈现感性，即工作频率满足f0<f<f∞。
上述SOC芯片天线的TX1和TX2为信号发射引脚、所述RX为信号接收引脚、所述VMID为基准电平；
所述TX1通过依次串联电阻R4、电感Lin1、电容C4、电阻R6、电感L1 接地、所述TX2通过依次串联电阻R5、电感Lin2、电容C5、电阻R7、电感 L2接地；所述电感Lin1和电容C4之间还连接有电容C6，电感Lin2和电容 C5之间还连接有电容C7、电容C4和电阻R6之间还连接有电容C8、电容C5 和电阻R7之间还连接有电容C9，所述电容C6、电容C7、电容C8、电容C9 的另一端接地；
所述RX依次与电阻RRX1和电感CRX1串联连接，所述CRX1的另一端连接于电阻R6和电感L1之间；
所述VMID与电阻RRX2串联连接，电阻RRX2的另一端连接于RX和电阻 RRX1之间，所述VMID和电阻RRX1之间还连接有电感CVMID，所述电感CVMID 另一端接地。
在本实施例中，电阻RRX1和电感CRX1组成接收端分压电路，用于将电感L1两端接收到的信号进行分压降幅到合适的电压域范围内，TX1、TX2可以单端驱动或者双端同时驱动都可以满足天线匹配条件,匹配到13.56MHZ。
上述RFID标签天线包括串联连接的电容C10和电感Lcard，所述电容 C10第一端引出ANTENNA1引脚，所述电容C10另一端引出ANTENNA2引脚，所述ANTENNA1引脚用于连接RFID标签模拟前端电路的ant1接口，所述 ANTENNA2引脚用于连接RFID标签模拟前端电路的ant2接口。
上述耦合因子包括耦合因子mind1和耦合因子mind2，其中，mind1用于调整电感L1和电感LCARD耦合系数，mind2用于调整电感L2和电感Lcard 的耦合系数。
由于AMS数模仿真平台主要是用于射频SOC芯片的功能性能仿真，所以对本仿真平台的RFID标签模拟前端电路进行了简化，主要是搭建了整流电路和负载调制电路，使得RFID标签模拟前端电路可以接收和发射信号。
请参照图6所示，上述整流电路包括限制器、静电释放电路和多级场效应管电路，请参照图7所示，所述负载调制线路包括静电释放电路和多级场效应管电路。RFID标签数字电路模型用于输出负载调制电路中的dout信号。
本发明实施例通过搭建数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，使得高频射频SOC芯片的可以在仿真平台上实现验证，缩短了研发时间，简化了验证难度，利于实现SOC芯片的快速产业化。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，包括：
晶振模型，用于为所述检测电路提供振荡频率，包括XIN引脚和XOUT引脚；
待测SOC芯片模拟前端电路，用于与SOC芯片挂载MCU和数字电路连接，包括OSCIN引脚和OSCOUT引脚，所述OSCIN引脚与XIN引脚连接，所述XOUT引脚与OSCOUT引脚连接；
待测SOC芯片挂载MCU和数字电路，用于生成读取信号，并对RFID标签数字电路的调制信号进行解码；
射频天线模型，包括SOC芯片天线、RFID标签天线和耦合因子，所述SOC芯片天线包括TX1、TX2、RX和VMID引脚，用于与所述待测SOC芯片模拟前端电路连接，所述RFID标签天线包括ANTENNA1和ANTENNA2引脚，用于与RFID标签模拟前端电路连接，所述耦合因子为数模混合仿真平台的耦合因子模型mind，用于调整SOC芯片天线与RFID标签天线的耦合系数；
RFID标签模拟前端电路，用于与RFID标签数字电路连接；
RFID标签数字电路模型，用于生成所述调制信号。
2.如权利要求1所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述晶振模型包括片外电路和片内电路，所述片内电路包括反相器，所述反相器包括所述XIN引脚和XOUT引脚，所述片外电路包括电容C1和电容C2，所述电容C1第一端与XIN引脚连接，所述电容C2第一端与XOUT引脚连接，所述电容C1和C2的第二端均接地，所述电容C1第一端和C2第二端之间还连接有石英晶振等效电路。
3.如权利要求2所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述石英晶振等效电路包括并联连接的静态电容C3和串联振荡回路，所述串联振荡回路包括串联连接的等效电阻R0、等效电感L0和等效电容C0。
4.如权利要求3所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述SOC芯片天线的TX1和TX2为信号发射引脚、所述RX为信号接收引脚、所述VMID为基准电平；
所述TX1通过依次串联电阻R4、电感Lin1、电容C4、电阻R6、电感L1接地、所述TX2通过依次串联电阻R5、电感Lin2、电容C5、电阻R7、电感L2接地；所述电感Lin1和电容C4之间还连接有电容C6，电感Lin2和电容C5之间还连接有电容C7、电容C4和电阻R6之间还连接有电容C8、电容C5和电阻R7之间还连接有电容C9，所述电容C6、电容C7、电容C8、电容C9的另一端接地；
所述RX依次与电阻RRX1和电感CRX1串联连接，所述CRX1的另一端连接于电阻R6和电感L1之间；
所述VMID与电阻RRX2串联连接，电阻RRX2的另一端连接于RX和电阻RRX1之间，所述VMID和电阻RRX1之间还连接有电感CVMID，所述电感CVMID另一端接地。
5.如权利要求4所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述RFID标签天线包括串联连接的电容C10和电感Lcard，所述电容C10第一端引出ANTENNA1引脚，所述电容C10另一端引出ANTENNA2引脚，所述ANTENNA1引脚用于连接RFID标签模拟前端电路的ant1接口，所述ANTENNA2引脚用于连接RFID标签模拟前端电路的ant2接口。
6.如权利要求5所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述耦合因子包括耦合因子mind1和耦合因子mind2，其中，mind1用于调整电感L1和电感LCARD耦合系数，mind2用于调整电感L2和电感Lcard的耦合系数。
7.如权利要求6所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述RFID标签模拟前端电路包括整流电路和负载调制电路。
8.如权利要求7所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述整流电路包括限制器、静电释放电路和多级场效应管电路，所述负载调制线路包括静电释放电路和多级场效应管电路。
9.如权利要求8所述的基于数模混合仿真平台的射频SOC芯片的检测电路，其特征在于，所述SOC芯片天线和RFID标签天线的工作频率为13.56MHZ。
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