CN110730148A - 支持ask调制的发射电路及其控制方法、芯片和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种支持ASK调制的发射电路及其控制方法、芯片和电子设备，其中所述电路包括：控制模块、电平转换模块、功率管模块、第一电源输入端和第二电源输入端；其中，第一电源输入端，向控制模块供电；第二电源输入端，向功率模块供电；电平转换模块用于控制模块和功率管模块之间的电平转换，所述功率管模块用于根据所述控制模块的多个控制输出端的输出信号，产生驱动信号。本发明通过设置两个电源输入端和电平转换模块为控制模块和功率管模块提供不同的工作电压，可以降低功耗，从而减少集成电路的面积和成本。本发明可以广泛应用于通信调制电路领域。

Description

支持ASK调制的发射电路及其控制方法、芯片和电子设备
技术领域
本发明涉及通信调制电路领域，尤其是一种支持ASK调制的发射电路及其控制方法、芯片和电子设备。
背景技术
ISO/IEC 14443 typeA、typeB和ISO/IEC 15693等协议中都有规定关于支持100％和10％ASK调制的射频信号发射。意味着市面上的ASK调制电路需要同时满足这两种调制的射频信号发射功能。
现有的ASK调制的射频发射电路技术中，大都采用一个电压域给内部所有的发射电路供电，这种做法不但增加了电路的工作功耗，还增加了集成电路的面积和集成电路的成本。
发明内容
为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种支持ASK调制的发射电路及其控制方法、芯片和电子设备，以削减其中的ASK调制的发射电路的功耗，以及削减集成电路的面积和集成电路的成本。
第一方面，本发明实施例提供了：
一种支持ASK调制的发射电路，包括：
控制模块，所述控制模块包括至少一个信号输入端和多个控制输出端；所述控制模块用于根据所述至少一个信号输入端输入的数据控制多个控制输出端的输出信号；
第一电源输入端，向控制模块供电；
第二电源输入端，向功率模块供电；
电平转换模块，所述电平转换模块的输入端与控制模块的多个控制输出端连接，用于转换控制模块的输出信号的电平幅值；
功率管模块，所述功率管模块与所述电平转换模块的输出端连接，所述功率管模块用于根据所述控制模块的多个控制输出端的输出信号，产生驱动信号。
进一步，所述功率管模块包括第一功率管模块和第二功率管模块，所述第一功率管模块和第二功率管模块串联在第二电源输入端和接地端之间；所述第一功率模块和第二功率模块的连接处作为功率管模块的输出端。
进一步，所述第一功率模块包括多个并联设置的功率管，在所述第一功率模块中的多个功率管分别由所述控制模块的不同的控制输出端控制。
进一步，在所述第一功率模块中的多个功率管中至少有两种具有不同沟道宽度的功率管。
进一步，在所述第一功率模块中有16个功率管，其中，包括四个第一功率管、四个第二功率管、四个第三功率管和四个第四功率管，其中，第一功率管、第二功率管、第三功率管和第四功率管的沟道宽度之比为8:4:2:1。
进一步，所述第二电源输入端、第一功率模块、第二功率模块和接地端依次连接，所述第一功率模块中的功率管均为PMOS管，所述第二功率管模块由至少一个NMOS管构成。
第二方面，本发明实施例提供了：
一种支持ASK调制的发射电路的控制方法，包括以下步骤：
获取输入信号；
根据所述输入信号得到调制模式和功率管控制参数；
根据调制模式和功率管控制参数调节功率管模块输出的驱动信号的电平幅值。
第三方面，本发明实施例提供了：
一种芯片，包括集成电路单元和封装单元，所述集成电路单元上设有所述的支持ASK调制的发射电路，所述封装单元将所述集成电路单元的输入端和输出端引出。
进一步，一种芯片，所述集成电路单元中支持ASK调制的发射电路上的功率管下方沿着功率管中电流的方向设有多个长条状的散热孔。
第四方面，本发明实施例提供了：
一种电子设备，包括所述的芯片，所述芯片在电子设备中用于ASK调制。
本发明实施例的有益效果是：本发明的实施例通过设置两个电源输入端以及电平转换模块，使得控制模块可以使用与功率管模块电压大小不同的电压域来控制功率管模块输出的驱动信号，因此，本发明的实施例可以避免控制模块采用较高的工作电压来工作，从而削减发射电路的功耗，在功耗降低的情况下集成电路的体积可以有效地得到降低，进而削减集成电路的成本。
附图说明
图1为本发明一种具体实施例的支持ASK调制的发射电路的模块框图；
图2为本发明一种具体实施例的支持ASK调制的发射电路中一种电平转换单元的原理图；
图3为本发明一种具体实施例的支持ASK调制的发射电路中电平转换单元的应用示意图；
图4为本发明一种具体实施例的功率管模块以及外接电路的原理图；
图5为本发明一种具体实施例中控制模块的模块框图；
图6为本发明一种具体实施例中功率管模块的原理图；
图7为本发明一种具体实施例的芯片的引脚图；
图8为本发明一种具体实施例的芯片的功率管下方的散热结构的示意图；
图9为本发明一种具体实施例的支持ASK调制的发射电路的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1，本实施例公开了一种支持ASK调制的发射电路，其包括：控制模块、第一电源输入端、第二电源输入端、电平转换模块和功率管模块。
所述控制模块包括至少一个信号输入端和多个控制输出端；所述控制模块用于根据所述至少一个信号输入端输入的信号控制多个控制输出端的输出信号；具体地，所述信号输入端可以是一个串行的输入端，也可以是多个并行的输入端。而控制输出端的数量视功率管模块中功率管的数量和串并联方式而定。
其中，在本实施例中，控制模块由译码器和选择器所组成，其中译码器从信号输入端中获取输入信号，然后根据输入信号进行译码，从而得到用于表示调制模式和功率管控制参数的信息，进而译码器输出这些信息到选择器，选择器根据译码器输出的信息，输出控制功率管模块的控制信号。
在本实施例中，第一电源输入端用于接入控制模块的工作电压，而第二电源输入端用于接入功率管模块的工作电压。一般在正常使用过程中，第一电源输入端接入的电压低于第二电源输入端所接入的电压。例如，第一电源输入端接入3.3V的直流电压，而第二电源输入端接入5V的直流电压。当然，根据本发射电路所配置控制模块和功率管模块，第一电源输入端和第二电源输入端接入的直流电压也可以是其他值。例如，第一电源输入端接入1.8V，第二电源输入端接入9V等。
电平转换模块，所述电平转换模块的输入端与控制模块的多个控制输出端连接，用于转换控制模块的输出信号的电平幅值；设置电平转换模块的目的在于，匹配控制模块和功率管模块之间的电平幅值，以实现用较低工作电压的控制模块来控制使用较高工作电压的功率管模块。例如，控制模块输出的控制信号高电平为3.3V，未达到功率管高电平的5V的要求，此处这可以设置一个电平转换模块，来实现3.3V的高电平和5V的高电平之间的转换。
其中，电平转换模块包括多个电平转换单元，每个电平转换单元负责一个控制输出端的电平转换功能。
参照图2，一个电平转换单元可以采用以下结构实现。
电平转换单元包括MOS管N18_1、MOS管P18_1、MOS管N50_1、MOS管N50_2、MOS管P50_1、MOS管P50_2。其中端口IN，是控制模块所输出的电平信号的输入端，而端口OUT是连接功率管模块的输出端。电平信号从端口IN进入后，会进行电平转换，然后从端口OUT输出。
如果端口IN为低电平，经过由MOS管N18_1、MOS管P18_1组成的反相器后变为高电平，此时，MOS管N50_1导通、MOS管N50_2关闭，MOS管P50_2的栅极电压被拉低到低电平，MOS管P50_2导通，使得MOS管P50_2的漏极输出高电平，即端口OUT输出高电平该电平转换单元相当于将信号进行了反向。
其中，TVDD端是第一电源输入端所接入的电压，TVSS端可以是接地端，V0端是第二电源输入端所接入的电压。
如图3所示，采用图2中的电平转换单元时，还可以配合诸如传输门和反向门等门电路对电路逻辑完善，以保持输入信号和输出信号的电平相同。
功率管模块，所述功率管模块与所述电平转换模块的输出端连接，所述功率管模块用于根据所述控制模块的多个控制输出端的输出信号，产生驱动信号。
图4中的MOS管MPreader和MOS管MNreader构成了本实施例中的功率管模块，而功率管模块从输出端tx输出信号。其他元器件所组形成的是外部的天线电路。
MOS管MPReader和MOS管MNReader分别属于P型功率管和N型功率管，为读写器终端发送电路的并联CMOS功率管，MOS管MPReader和MOS管MNReader分别可以由一个或者多个同类型的MOS管所组成。并联CMOS管的数目主要由发送电路的信号调制深度决定。将频率为13.56MHz的信号接到MOS管MPReader、MOS管MNReader的栅极，输出端tx的输出信号经过后续电路处理后便可以产生载波，其频率也是13.56MHz。由于信号仍然包含有各种谐波，因此需要由Lemc和Cemc组成的滤波器进一步去除谐波；串联匹配网络电容Csreader和并联匹配网络电容Cpreader共同组成阻抗匹配网络。射频接口电路主要用来匹配天线及阻抗，以及产生谐振并将能量通过互感耦合传递给标签天线，同时还可调节天线品质因子以及传输信号带宽。
本实施例通过设置两个电源输入端以及电平转换模块，使得控制模块可以使用与功率管模块电压大小不同的电压域来控制功率管模块输出的驱动信号，因此，本发明的实施例可以避免控制模块采用较高的工作电压来工作，从而削减发射电路的功耗，在功耗降低的情况下集成电路的体积可以有效地得到降低，进而削减集成电路的成本。
除了共用一个电压域所造成的功耗问题外，现有的ASK调制的射频发射电路技术中，对发射功率大小和调制指数大小没法做到非常精细精准的控制，在满足协议和兼容市面上各种不同频率不同天线的标签时会出现很多不兼容的问题，读写距离也不远，而且比较难灵活应用在各种不同应用场景中。
作为优选的实施例，所述功率管模块包括第一功率管模块和第二功率管模块，所述第一功率管模块和第二功率管模块串联在第二电源输入端和接地端之间；所述第一功率模块和第二功率模块的连接处作为功率管模块的输出端。所述第一功率模块包括多个并联设置的功率管，在所述第一功率模块中的多个功率管分别由所述控制模块的不同的控制输出端控制。
本实施例将第一功率模块设置成包括多个并联的功率管，并且每个功率管均由控制模块不同的控制端进行控制，这样的设置方式可以使得控制模块可以控制导通的功率管的数量，从而控制第一功率模块在整个功率管模块之中所占的电阻大小，从而使得调制深度可以得到控制。只要对功率管的数量和导通阻值进行合理的设置，即可以通过一个功率管模块同时实现10％和100％ASK调制在功率上的精细化调节。
参照图5和图6，本实施例公开了一种优选的实施例，在本实施例中，控制模块由译码器和选择器组成，当然，本实施例与前面的实施例一致，也包括电平转换模块，电平转换模块没有在图5和图6中示出。而本实施例中的功率管模块，由MOS管MPReader和MOS管MNReader组成，其中MOS管MPReader包括16个并联的功率管模块。在本实施例中AVDD50表示第二电源输入端接入的电压。
在本实施例中，MOS管MPReader被设计成若干个小模块，如图6所示，一共有4个小模块，其中每一行的四个MOS管构成一个小模块，每个小模块由4个沟道宽度W不相同的PMOS管组成，其中每组的四个MOS管的宽度比例为：W1：W2：W3：W4＝1:2:4:8。每个PMOS管的栅极都有控制模块独立控制。当然，这些PMOS管的沟道长度是相同的。
将MOS管MPReader的W总＝W1时，所打开PMOS管所形成的发射功率假设为Psend＝1gp，gp即group power的缩写；那么W总＝W2时，Psend＝2gp；W总＝W4时，Psend＝4gp；W总＝W8时，Psend＝8gp；整个小模块所有都打开，Psend＝15gp；一共有4个小模块，都打开时，Psend＝60gp；参照图5和图6，本实施例采用cwconductance[5:0]对这些小模块的每一个MOS进行精细控制管理，cwconductance[3:0]分别控制每个小模块里面4个MOS管；cwconductance[4]和cwconductance[5]控制整个小模块的开关，cwconductance[4]、cwconductance[5]都为0时，只有一个小模块打开；cwconductance[4]为1，cwconductance[5]为0时，2个小模块打开；cwconductance[4]为0，cwconductance[5]为1时，3个小模块打开；cwconductance[4]为0，cwconductance[5]为1时，4个小模块打开；同理modconductance[5：0]也是这样控制；每个小模块都同时受cwconductance[5：0]和modconductance[5：0]控制，谁主导控制，由modu_input决定。其中，modconductance[5：0]只有的10％ASK调制时有用，其主要用于决定10％ASK调制时modu_input为0时，功率管的控制。
当发射电路被配置为100％ASK调制信号时，当modu_input为1时，Psend由cwconductance[5:0]决定，当modu_input为0时，所有发射功率管都关闭。
当发射电路被配置成10％ASK调制信号时，发射的调制深度是由cwconductance[5:0]和modconductance[5:0]分别控制产生Psend决定。当modu_input为1时，Psend由cwconductance[5:0]决定，假设此时的Psend＝Psend_CW；当modu_input为0时，Psend由modconductance[5:0]决定，假设此时的Psend＝Psend_mod；负载调制深度与Psend_mod/Psend_CW直接相关。
具体的功率表如表1所示：
表1
Figure BDA0002251977830000061
Figure BDA0002251977830000081
作为优选的实施例，在所述第一功率模块中的多个功率管中至少有两种具有不同沟道宽度的功率管。功率管所能够通过的电流与沟道宽度成正比。因此，通过不同沟道宽度的功率管可以组合出不同的发射功率，从而实现对功率的精细化控制。
作为优选的实施例，在所述第一功率模块中有16个功率管，其中，包括四个第一功率管、四个第二功率管、四个第三功率管和四个第四功率管，其中，第一功率管、第二功率管、第三功率管和第四功率管的沟道宽度之比为8:4:2:1。本实施例通过16个功率管，可以实现数十个级别的功率控制，可以满足不同场合的ASK调制需求。
作为优选的实施例，所述第二电源输入端、第一功率模块、第二功率模块和接地端依次连接，所述第一功率模块中的功率管均为PMOS管，所述第二功率管模块由至少一个NMOS管构成。
参照图7，本实施例公开了一种芯片，所述中包含上述实施例中的支持ASK调制的发射电路。
其中，在本实施例中，芯片包括以下输入接口：AVDD50、TVDD、TVSS、CLKI、modu_input、cwconductance[5:0]、modconductance[5:0]和txcontrol[4:0]，其中，需要说明的是，[5:0]所指代的是编号为0～5一共5位的输入端，以及两个输出端口：TX1和TX2。
其中，在本实施例中txcontrol[4:0]是使能信号，分别为TX1使能信号、TX2使能信号、TX2是否调制使能信号、TX2取反使能信号、100％ASK调制或10％ASK调制选择信号。
当然，本实施例中txcontrol[4:0]被输入到控制模块中，由控制模块根据输出逻辑实现使能控制。本实施例的控制逻辑如表2
表2
Figure BDA0002251977830000091
参照图8，由于发射端的发射功率大，流过功率管的电流也会很大，在功率管的版图设计中，需要注意将源漏两端的宽度增大，并且需要多层金属并联走线，金属与金属间的连接多打孔，来增强管子的过电流能力。同时由于功率大，需要考虑到管子散热问题，在面积金属的地方需要沿着电流的流动方向801设计一些长条的散热孔802。
参照图9，本实施例公开了一种支持ASK调制的发射电路的控制方法，其应用于上述实施例中的发射电路中的控制模块。
本实施例包括以下步骤：
S901、获取输入信号；可以是串行或者并行信号，用于配置调制模式和功率管的控制参数。
S902、根据所述输入信号得到调制模式和功率管控制参数；
S903、根据调制模式和功率管控制参数调节功率管模块输出的驱动信号的电平幅值。控制模块在本步骤根据从步骤S902中得到的调制模式和功率管控制参数后配置输出信号，以控制功率管模块输出的驱动信号的电平幅值。
本实施例公开了一种电子设备，本电子设备可以是满足ISO/IEC 14443typeA、typeB和ISO/IEC 15693等协议的发射设备，本实施例的电子设备包括前面实施例所述的芯片，所述芯片在电子设备中用于ASK调制。
对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种支持ASK调制的发射电路，其特征在于：包括：
控制模块，所述控制模块包括至少一个信号输入端和多个控制输出端；所述控制模块用于根据所述至少一个信号输入端输入的数据控制多个控制输出端的输出信号；
第一电源输入端，向控制模块供电；
第二电源输入端，向功率模块供电；
电平转换模块，所述电平转换模块的输入端与控制模块的多个控制输出端连接，用于转换控制模块的输出信号的电平幅值；
功率管模块，所述功率管模块与所述电平转换模块的输出端连接，所述功率管模块用于根据所述控制模块的多个控制输出端的输出信号，产生驱动信号。
2.根据权利要求1所述的一种支持ASK调制的发射电路，其特征在于：所述功率管模块包括第一功率管模块和第二功率管模块，所述第一功率管模块和第二功率管模块串联在第二电源输入端和接地端之间；所述第一功率模块和第二功率模块的连接处作为功率管模块的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种支持ASK调制的发射电路，其特征在于：所述第一功率模块包括多个并联设置的功率管，在所述第一功率模块中的多个功率管分别由所述控制模块的不同的控制输出端控制。
4.根据权利要求3所述的一种支持ASK调制的发射电路，其特征在于：在所述第一功率模块中的多个功率管中至少有两种具有不同沟道宽度的功率管。
5.根据权利要求4所述的一种支持ASK调制的发射电路，其特征在于：在所述第一功率模块中有16个功率管，其中，包括四个第一功率管、四个第二功率管、四个第三功率管和四个第四功率管，其中，第一功率管、第二功率管、第三功率管和第四功率管的沟道宽度之比为8:4:2:1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种支持ASK调制的发射电路，其特征在于：所述第二电源输入端、第一功率模块、第二功率模块和接地端依次连接，所述第一功率模块中的功率管均为PMOS管，所述第二功率管模块由至少一个NMOS管构成。
7.一种如权利要求1所述的支持ASK调制的发射电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取输入信号；
根据所述输入信号得到调制模式和功率管控制参数；
根据调制模式和功率管控制参数调节功率管模块输出的驱动信号的电平幅值。
8.一种芯片，其特征在于：包括集成电路单元和封装单元，所述集成电路单元上设有如权利要求1-7任一项所述的支持ASK调制的发射电路，所述封装单元将所述集成电路单元的输入端和输出端引出。
9.根据权利要求8所述的一种芯片，其特征在于：所述集成电路单元中支持ASK调制的发射电路上的功率管下方沿着功率管中电流的方向设有多个长条状的散热孔。
10.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求8或9所述的一种芯片，所述芯片在电子设备中用于ASK调制。
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