CN112118004A - Swp接口电路和终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SWP接口电路和终端。通过调制模块把SIM卡芯片发送的S2信号调制到CLF所发送的S1信号上成为一个即包含电压信号和电流信号的传输信号，可定义该传输信号为SWIO，SWIO信号通过驱动模块传输给SIM卡芯片，同时对SWIO信号与参考电压模块的基准信号在比较模块作比较，把SWIO信号上的电流信号状态转换成电压信号状态，经过输出模块输出给非接触式前端。整个流程，该通路完成了，非接触式前端发送给SIM卡芯片的S1电压信号，同时非接触式前端也接收UICC发送电流信号S2，实现全双工数字传输功能。该电路结构功耗更低，集成度更高，占用面积更小，提高了系统的集成度。

Description

SWP接口电路和终端

技术领域

本发明属于近场通信技术领域，具体涉及一种SWP接口电路和终端。

背景技术

近场通信（Near Field Communication，简称NFC），是一种新兴的技术，使用了NFC技术的设备（例如移动电话）可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来的，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。

SWP是非接触式前端（CLF）与UICC（SIM卡芯片）之间的一个接口。它是用于非接触通信的一个协议。UICC的C6针脚是连接到用于SWP支持的CLF。它是一种面向比特的全双工协议，即能够同时传输与接收。CLF充当主机，UICC充当从机。CLF为UICC提供能量，传输时钟、数据和信号用于总线管理。传输的数据由单线上的电压和电流的二进制状态表示。

现有的SWP接口虽可实现全双工数字传输，但不仅设计复杂而且功耗大、模块版图面积较大。

发明内容

为了解决现有技术存在的功耗高、占用面积大等问题，本发明提供了一种SWP接口电路和终端，其具有功耗更低、占用面积更小等特点。

根据本发明的具体实施方式的一种SWP接口电路，包括：驱动模块、调制模块、参考电压模块、比较模块和输出模块；

所述驱动模块第一端连接非接触式前端，所述驱动模块的第二端连接所述调制模块的第一端，用于将所述非接触前端的电压信号经整形后发送至所述调制模块；

所述调制模块的第二端连接SIM卡芯片，所述调制模块的第三端连接所述比较模块的第一端，所述调制模块用于将所述电压信号调制后发送至所述SIM卡芯片，并将所述SIM卡芯片的电流信号和所述电压信号混合后的调制信号发送至所述比较模块；

所述参考电压模块第一端连接电源，所述参考电压模块的第二端和所述比较模块的第二端连接，所述比较模块的输出端和所述输出模块的第一端连接，所述比较模块用于基于所述参考电压模块的输出的参考电压和所述调制信号输出调制电压；

所述输出模块第二端和所述非接触式前端连接，用于将所述调制电压传输至所述非接触式前端。

进一步地，所述驱动模块由第一反相器和第二反相器串联组成，所述第一反相器的输入端连接所述非接触式前端，所述第二反相器的输出端连接所述调制模块的第一端。

进一步地，所述调制模块由第一电阻和第二电阻串联组成，所述第一电阻的输入端和所述第二反相器的输出端连接，所述第二电阻的输出端和所述比较模块的第一端连接，所述第一电阻和所述第二电阻连接的中点和所述SIM卡芯片连接。

进一步地，所述参考电压模块包括：电容、第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻和所述第四电阻串联连接，所述第三电阻的输入端和电源正极连接，所述第四电阻的输出端和电源负极连接；

所述电容和所述第四电阻并联连接。

进一步地，所述比较模块采用差分放大结构实现所述调制信号和所述参考电压的比较输出。

进一步地，所述比较模块包括：电流镜电路和差分放大电路，所述电流镜电路用于为所述差分放大电路提供所需电流；

所述差分放大电路用于基于所述调制电压和所述参考电压进行比较并输出相应的调制电压至所述输出模块。

进一步地，所述电流镜电路包括第五电阻和四个MOS管，所述第五电阻的一端和电源正极连接，所述第五电阻的另一端和第一MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的漏极和栅极连接；所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管的栅极依次串接，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管以及所述第四MOS管的源极均接地。

进一步地，所述差分放大电路包括：第六电阻、第七电阻和七个MOS管；

所述第六电阻的一端和电源正极连接，另一端和第五MOS管的漏极连接，所述第五MOS管的栅极和所述第三电阻以及第四电阻连接的中点连接，用于接入参考电压，所述第五MOS管的源极和所述第二MOS管的漏极连接；

所述第七电阻的一端和电源正极连接，另一端和第六MOS管的漏极连接，所述第六MOS管的栅极和所述第二电阻和输出端连接，用于接入所述调制信号，所述第六MOS管的源极和所述第二MOS管的漏极连接；

第七MOS管的栅极和所述第五MOS管的漏极连接，所述第七MOS管的源极和所述第三MOS管的漏极连接；

第八MOS管的栅极和所述第六MOS管的漏极连接，所述第八MOS管的源极和所述第三MOS管的漏极连接；

第九MOS管的源极和电源正极连接，所述第九MOS管的漏极和栅极连接，所述第九MOS管的漏极和所述第七MOS管的漏极连接，所述第九MOS管的栅极和第十MOS管的栅极连接；

所述第十MOS管的源极和电源正极连接，所述第十MOS管的漏极和所述第八MOS管的漏极连接；

第十一MOS管的源极和电源正极连接，所述第十一MOS管的栅极和所述第十MOS管的漏极连接，所述第十一MOS管的漏极和所述第四MOS管的漏极连接，并输出至输出模块。

进一步地，所述输出模块由缓冲器和第三反相器串联组成，所述缓冲器的输入端和所述第十一MOS管的漏极连接，所述第三反相器的输出端和所述非接触式前端连接。

根据本发明具体实施方式提供的一种终端，包括：非接触式前端、SIM卡芯片以及如上所述SWP接口电路。

本发明的有益效果为：通过调制模块把SIM卡芯片发送的S2信号调制到CLF所发送的S1信号上成为一个即包含电压信号和电流信号的传输信号，可定义该传输信号为SWIO，SWIO信号通过驱动模块传输给SIM卡芯片，同时对SWIO信号与参考电压模块的基准信号在比较模块作比较，把SWIO信号上的电流信号状态转换成电压信号状态(即高电流状态对应高电压状态，低电流状态对应低电压状态)，经过输出模块输出给非接触式前端。整个流程，该通路完成了，非接触式前端发送给SIM卡芯片的S1电压信号，同时非接触式前端也接收UICC发送电流信号S2，实现全双工数字传输功能。该电路结构功耗更低，集成度更高，占用面积更小，提高了系统的集成度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是根据一示例性实施例提供的现有技术中的SWP接口的示意图；

图2是根据一示例性实施例提供的SWP接口电路的原理图；

图3是根据一示例性实施例提供的SWP接口电路的电路图；

图4是根据一示例性实施例提供的终端的原理图。

附图标记

1-驱动模块；2-调制模块；3-参考电压模块；4-比较模块；5-输出模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参照图2所示，本发明的实施例提供了一种SWP接口电路，包括：驱动模块1、调制模块2、参考电压模块3、比较模块4和输出模块5；

驱动模块1第一端连接非接触式前端，驱动模块1的第二端连接调制模块2的第一端，用于将非接触前端的电压信号经整形后发送至调制模块；

调制模块2的第二端连接SIM卡芯片，调制模块2的第三端连接比较模块4的第一端，调制模块2用于将电压信号调制后发送至SIM卡芯片，并将SIM卡芯片的电流信号和电压信号混合后的调制信号发送至比较模块4；

参考电压模块3第一端连接电源，参考电压模块3的第二端和比较模块4的第二端连接，比较模块4的输出端和输出模块5的第一端连接，比较模块4用于基于参考电压模块的输出的参考电压和调制信号输出调制电压；

输出模块5第二端和非接触式前端连接，用于将调制电压传输至所述非接触式前端。

具体的，参照图1所示，SWP是非接触式前端（CLF）与UICC（SIM卡芯片）之间的一个接口。它是用于非接触通信的一个协议。UICC的C6针脚是连接到用于SWP支持的CLF。它是一种面向比特的全双工协议，即能够同时传输与接收。CLF充当主机，UICC充当从机。CLF为UICC提供能量，传输时钟、数据和信号用于总线管理。SWP接口的协议为单线协议，实现全双工数字传输，信号S1（CLF发出的信号）为电压域的数字调制信号，S2（UICC发出的信号）为电流域的数字调制信号，且S2信号只有在S1信号为高状态时有效，即通过该单线需实现传输电压信号与电流信号的能力以及正确识别S2信号。

通过电流调制模块把S2信号调制到S1信号上成为一个既包含电压信号和电流信号的传输信号，定义该传输信号为SWIO，SWIO信号通过驱动模块传输给UICC，同时对SWIO信号与参考模块的基准信号在比较模块作比较，把SWIO信号上的电流信号状态转换成电压信号状态(即高电流状态对应高电压状态，低电流状态对应低电压状态)，经过输出模块输出给CLF。整个流程，完成了CLF发送给UICC的S1电压信号，同时CLF也接收UICC发送电流信号S2，实现全双工数字传输功能，相比较于现有技术使用的器件的数量更低、功耗更小、占用面积更小。

作为上述实施例可行的实现方式，参照图3所示，在本发明的一些具体实施例中，驱动模块由第一反相器和第二反相器串联组成，第一反相器的输入端连接非接触式前端，第二反相器的输出端连接调制模块的第一端。

由两个反相器串联组成，输入极接CLF，输出接调制模块，可对CLF发送的电压信号进行整形和平衡信号延时，起到了对不是标准电平或波形不理想的电压信号的整形作用。

调制模块由第一电阻R6和第二电阻串联R7组成，第一电阻R6的输入端和第二反相器的输出端连接，第二电阻R7的输出端和比较模块的第一端连接，第一电阻R6和第二电阻R7连接的中点和SIM卡芯片连接。

通过R6、R7构成的调制模块能够将S2的电流状态调制到S1信号上，输出给比较模块和UICC。

参考电压模块包括：电容C2、第三电阻R1和第四电阻R2；

第三电阻R1和第四电阻R2串联连接，第三电阻R1的输入端和电源正极连接，第四电阻R2的输出端和电源负极连接；

电容C2和第四电阻R2并联连接。

具体的，参考电压采用电阻串联的方式实现，其中电阻R1与电阻R2的比值为1：49，保证参考电压等于电源电压的49/50，这个比值是根据SWP协议的来的，协议规定电流在0-20uA区间为低状态，600-1000uA区间为高状态，两种不同大小的电流经过调制电路，会在S1电压信号上产生电压波动，当电流为高状态时，S1的电平会小于电源电压；当电流为低状态时，S1的电平会小于电源电压但是非常接近电源电压。电容C2取值10pF，用于滤除电源纹波；电阻R1上端接电源VDD，下端接电阻R2上端，电阻R2下端接地VSS，电容C2上端与电阻R1下端，R2上相接，该端口可以命名为vref，下端接地VSS。

参考电压的计算为：

。

可以理解的是，本领域技术人员在本实施例的基础上，还可根据实际需要选择其他的电阻和电容参数，设置其他的参考电压，本发明在此不做限制。

比较模块如图中的comparator所示，采用差分放大结构实现调制信号和参考电压的比较输出。

比较模块包括：电流镜电路和差分放大电路，电流镜电路采用MOS管MN1，MN2，MN3，MN4构成电流镜电路提供电流用于为差分放大电路提供所需电流；

差分放大电路用于基于调制电压和参考电压进行比较并输出相应的调制电压至所述输出模块。

其中，电流镜电路包括第五电阻R3用于产生基准电流和四个MOS管，第五电阻R3的一端和电源正极连接，第五电阻R3的另一端和第一MOS管MN1的漏极连接，第一MOS管MN1的漏极和栅极连接；第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3以及第四MOS管MN4的栅极依次串接，第一MOS管MN1、第二MOS管MN2、第三MOS管MN3以及第四MOS管MN4的源极均接地。

基准电流为：

，VGS1为第一MOS管MN1栅极电压与源极电压的差。

各个支路的电流为：I2=I3=I4=2*I1 。

差分放大电路包括：第六电阻R4、第七电阻R5和七个MOS管,其中R4，R5采用电阻作负载，MP1、MP2采用有源电流镜作负载；

第六电阻R4的一端和电源正极连接，另一端和第五MOS管MN5的漏极连接，第五MOS管MN5的栅极和第三电阻R1以及第四电阻R2连接的中点连接，用于接入参考电压，第五MOS管MN5的源极和第二MOS管MN2的漏极连接；

第七电阻R5的一端和电源正极连接，另一端和第六MOS管MN6的漏极连接，第六MOS管MN6的栅极和第二电阻R7和输出端连接，用于接入调制信号，第六MOS管MN6的源极和第二MOS管MN2的漏极连接；

第七MOS管MN7的栅极和第五MOS管MN5的漏极连接，第七MOS管MN7的源极和第三MOS管MN3的漏极连接；

第八MOS管MN8的栅极和第六MOS管MN6的漏极连接，第八MOS管MN8的源极和第三MOS管MN3的漏极连接；

第九MOS管MP1的源极和电源正极连接，第九MOS管MP1的漏极和栅极连接，第九MOS管MP1的漏极和第七MOS管MN7的漏极连接，第九MOS管MP1的栅极和第十MOS管MP2的栅极连接；

第十MOS管MP2的源极和电源正极连接，第十MOS管MP2的漏极和第八MOS管MN8的漏极连接；

第十一MOS管MP3的源极和电源正极连接，第十一MOS管MP3的栅极和第十MOS管MP1的漏极连接，第十一MOS管MP3的漏极和第四MOS管MN4的漏极连接，并输出至输出模块。MP3与MN4组成源跟随器，输出比较结果，MP3的源极接电源VDD，源极接MN4的漏极和BUFF的输入极。

上述除MP1、MP2和MP3采用P道沟MOS管外，其他MOS管均为N道沟MOS管。

输出模块由缓冲器和第三反相器串联组成，缓冲器的输入端和第十一MOS管MP3的漏极连接，第三反相器的输出端和非接触式前端连接。

输出模块的电路如图中plastic所示，由BUFF（缓冲器）和反相器组成，提供驱动能力同时优化输出波形给CLF模块，BUFF输出接INV的输入极，INV的输出极接CLF的输入极。

参照图4所示，基于同样的设计思路，本发明的实施例还提供了一种终端，包括：非接触式前端、SIM卡芯片以及如上述实施例所述SWP接口电路。

该终端可用于公交、商场等非接触式的付费等应用场景中，起到识别和通信的作用。

本发明上述实施例所提供的SWP接口电路和终端，通过电流调制电路把S2信号调制到S1信号上成为一个即包含电压信号和电流信号的传输信号，定义该传输信号为SWIO，SWIO信号通过驱动负载模块传输给UICC，同时对SWIO信号与基准信号作比较，把SWIO信号上的电流信号状态转换成电压信号状态(即高电流状态对应高电压状态，低电流状态对应低电压状态)，经过输出BUFF输出给CLF。整个流程，该通路完成了，CLF发送给UICC的S1电压信号，同时CLF也接收UICC发送电流信号S2，实现全双工数字传输功能。不仅使用的器件更加少，功耗更小而且占用电路板中的面积更小。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种SWP接口电路，其特征在于，包括：驱动模块、调制模块、参考电压模块、比较模块和输出模块；

所述驱动模块第一端连接非接触式前端，所述驱动模块的第二端连接所述调制模块的第一端，用于将所述非接触前端的电压信号经整形后发送至所述调制模块；

所述调制模块的第二端连接SIM卡芯片，所述调制模块的第三端连接所述比较模块的第一端，所述调制模块用于将所述电压信号调制后发送至所述SIM卡芯片，并将所述SIM卡芯片的电流信号和所述电压信号混合后的调制信号发送至所述比较模块；

所述参考电压模块第一端连接电源，所述参考电压模块的第二端和所述比较模块的第二端连接，所述比较模块的输出端和所述输出模块的第一端连接，所述比较模块用于基于所述参考电压模块的输出的参考电压和所述调制信号输出调制电压；

所述输出模块第二端和所述非接触式前端连接，用于将所述调制电压传输至所述非接触式前端。

2.根据权利要求1所述的SWP接口电路，其特征在于，所述驱动模块由第一反相器和第二反相器串联组成，所述第一反相器的输入端连接所述非接触式前端，所述第二反相器的输出端连接所述调制模块的第一端。

3.根据权利要求2所述的SWP接口电路，其特征在于，所述调制模块由第一电阻和第二电阻串联组成，所述第一电阻的输入端和所述第二反相器的输出端连接，所述第二电阻的输出端和所述比较模块的第一端连接，所述第一电阻和所述第二电阻连接的中点和所述SIM卡芯片连接。

4.根据权利要求3所述的SWP接口电路，其特征在于，所述参考电压模块包括：电容、第三电阻和第四电阻；

所述第三电阻和所述第四电阻串联连接，所述第三电阻的输入端和电源正极连接，所述第四电阻的输出端和电源负极连接；

所述电容和所述第四电阻并联连接。

5.根据权利要求4所述的SWP接口电路，其特征在于，所述比较模块采用差分放大结构实现所述调制信号和所述参考电压的比较输出。

6.根据权利要求5所述的SWP接口电路，其特征在于，所述比较模块包括：电流镜电路和差分放大电路，所述电流镜电路用于为所述差分放大电路提供所需电流；

所述差分放大电路用于基于所述调制电压和所述参考电压进行比较并输出相应的调制电压至所述输出模块。

7.根据权利要求6所述的SWP接口电路，其特征在于，所述电流镜电路包括第五电阻和四个MOS管，所述第五电阻的一端和电源正极连接，所述第五电阻的另一端和第一MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的漏极和栅极连接；所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管的栅极依次串接，所述第一MOS管、所述第二MOS管、所述第三MOS管以及所述第四MOS管的源极均接地。

8.根据权利要求7所述的SWP接口电路，其特征在于，所述差分放大电路包括：第六电阻、第七电阻和七个MOS管；

所述第六电阻的一端和电源正极连接，另一端和第五MOS管的漏极连接，所述第五MOS管的栅极和所述第三电阻以及第四电阻连接的中点连接，用于接入参考电压，所述第五MOS管的源极和所述第二MOS管的漏极连接；

所述第七电阻的一端和电源正极连接，另一端和第六MOS管的漏极连接，所述第六MOS管的栅极和所述第二电阻和输出端连接，用于接入所述调制信号，所述第六MOS管的源极和所述第二MOS管的漏极连接；

第七MOS管的栅极和所述第五MOS管的漏极连接，所述第七MOS管的源极和所述第三MOS管的漏极连接；

第八MOS管的栅极和所述第六MOS管的漏极连接，所述第八MOS管的源极和所述第三MOS管的漏极连接；

第九MOS管的源极和电源正极连接，所述第九MOS管的漏极和栅极连接，所述第九MOS管的漏极和所述第七MOS管的漏极连接，所述第九MOS管的栅极和第十MOS管的栅极连接；

所述第十MOS管的源极和电源正极连接，所述第十MOS管的漏极和所述第八MOS管的漏极连接；

第十一MOS管的源极和电源正极连接，所述第十一MOS管的栅极和所述第十MOS管的漏极连接，所述第十一MOS管的漏极和所述第四MOS管的漏极连接，并输出至输出模块。

9.根据权利要求8所述的SWP接口电路，其特征在于，所述输出模块由缓冲器和第三反相器串联组成，所述缓冲器的输入端和所述第十一MOS管的漏极连接，所述第三反相器的输出端和所述非接触式前端连接。

10.一种终端，其特征在于，包括：非接触式前端、SIM卡芯片以及如权利要求1至9任一项所述SWP接口电路。

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