CN220043445U - 一种基于nfc侧信道基带信号硬件解调装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于近场通信技术领域，涉及一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，包括：前置阻抗匹配衰减斩波电路，与外接天线阻抗匹配对接，用于提升NFC采集信号的信噪比、交流耦合及保护后级电路；单向载波fc1积分电路，用于初步解调载波信号和基带信号；一级基带信号放大滤波电路，用于将载波信号和基带信号进行放大处理；高速模拟开关电路，用于保证能准确放大指定对象的载波信号和基带信号；锁相环解调电路，用于将类似基带信号调制方式的输入信号解调输出至外部MCU/CPU系统进行处理；单向载波fc2积分电路，用于还原载波信号和基带信号。本实用新型可将载波信号里的基带信号真实还原取出，通过外部MCU/CPU系统处理后可对其不同指标内容进行分析。
Description
技术领域
本实用新型属于近场通信技术领域，尤其涉及一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置。
背景技术
NFC(Near Field Communication，近距离无线通讯或近场通讯)技术是由飞利浦公司和索尼公司共同开发的。NFC是一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、计算机和智能控件工具间进行近距离无线通信。近些年来，NFC近场通信已被广泛应用于各个领域(包括但不限于汽车电子、智能安防、智能家居、军工电子、工控电力等领域)，但用户大多是基于厂商提供的NFC集成芯片开发上层应用，NFC底层信号链路、通信质量、通信时序、真实基带信号对用户不可见。
公开号为CN114866116B的专利申请提供了一种近场通信的方法和近场通信设备，计算所述NFC设备接收到的载波信号的场强；根据所述场强确定增益的初始值；从所述载波信号中提取基带信号，并根据所述增益对所述基带信号进行放大；对放大后的所述基带信号进行模数转换，得到与所述基带信号对应的数字信号；根据所述数字信号，对所述增益的值进行调整；在所述从所述载波信号中提取基带信号之前，所述方法还包括：对所述载波信号进行衰减；在所述根据所述增益对所述载波信号中的基带信号进行放大之前，所述方法还包括：生成直流抵消信号，并根据所述直流抵消信号，抵消所述基带信号中的直流量；其中，所述计算所述NFC设备接收到的载波信号的场强，包括：根据所述数字信号中的直流量、所述直流抵消信号、以及所述载波信号的衰减比例，计算所述场强。此专利所研究的是如何提高NFC设备的信号接收性能，对于现有技术无法分析NFC底层信号链路、通信质量、通信时序等并未给出相关技术方案。
因此，如何对NFC底层信号链路、通信质量、通信时序、载波频率、调制参数、真实基带信号内容等各个指标量化评估分析，是本技术领域人员亟待解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，以现有技术中解调装置无法分析NFC底层信号链路、通信质量、通信时序等不同指标的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：
本实用新型提供了一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，包括：前置阻抗匹配衰减斩波电路，与外接天线阻抗匹配对接，用于提升NFC采集信号的信噪比、交流耦合及保护后级电路；单向载波fc1积分电路，用于初步解调PCD发给PICC的载波信号和基带信号；一级基带信号放大滤波电路，用于将PCD发给PICC的载波信号和基带信号进行放大处理；高速模拟开关电路，用于保证后级放大电路能准确放大指定对象的载波信号和基带信号；锁相环解调电路，用于将类似基带信号调制方式的输入信号解调输出至外部MCU/CPU系统，处理后还原成数据报文；单向载波fc2积分电路，用于还原PICC发给PCD的载波信号和基带信号；所述前置阻抗匹配衰减斩波电路、单向载波fc1积分电路、一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路和单向载波fc2积分电路通信连接，所述一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路还分别与外部MCU/CPU系统通信连接。
进一步的，还包括输入缓冲电路，所述输入缓冲电路与所述前置阻抗匹配衰减斩波电路、单向载波fc1积分电路分别通信连接，用于保证所述单向载波fc1积分电路的积分精确性。
进一步的，还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路与所述高速模拟开关电路通信连接，用于进一步提高基带信号的信噪比。
进一步的，还包括二级基带信号放大滤波电路，所述二级基带信号放大滤波电路与所述低通滤波电路、锁相环调节电路分别通信连接，用于调节放大电路的放大倍数，确保信号输出范围和信噪比。
进一步的，还包括耦合电路，所述耦合电路与所述二级基带信号放大滤波电路通信连接，用于将所述二级基带信号放大滤波电路输出的信号进行耦合并输出。
进一步的，还包括输出缓冲电路，所述输出缓冲电路与所述单向载波fc2积分电路通信连接，还与外部MCU/CPU系统通信连接，用于将所述耦合电路输出的基带信号经缓冲、阻抗转换后输出给外部MCU/CPU系统。
本实用新型提供的基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
现有技术中无法对NFC底层信号链路、通信质量、通信时序、真实基带信号等多指标进行分析，本实用新型通过对应工作频率的NFC天线，对被测对象进行侧信道旁路监听并采集其NFC载波信号，通过内部模块化硬件电路处理后，可将载波信号里的基带信号真实还原取出，通过MCU/CPU模块单元处理后，从而可对其信号链路、通信质量、通信时序、载波频率、调制参数、基带信号内容等不同指标量化分析。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的图作一个简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置的结构图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本实用新型提供了一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，是基于NFC近场非接通信，通过对应工作频率的NFC天线，对被测对象进行侧信道旁路监听并采集其NFC载波信号的装置，基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置包括：
前置阻抗匹配衰减斩波电路，与外接天线阻抗匹配对接，用于提升NFC采集信号的信噪比、交流耦合及保护后级电路；单向载波fc1积分电路，用于初步解调PCD发给PICC的载波信号和基带信号；一级基带信号放大滤波电路，用于将PCD发给PICC的载波信号和基带信号进行放大处理；高速模拟开关电路，用于保证后级放大电路能准确放大指定对象的载波信号和基带信号；锁相环解调电路，用于将类似基带信号调制方式的输入信号解调输出至外部MCU/CPU系统，处理后还原成数据报文；单向载波fc2积分电路，用于还原PICC发给PCD的载波信号和基带信号；前置阻抗匹配衰减斩波电路、单向载波fc1积分电路、一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路和单向载波fc2积分电路通信连接，一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路还分别与外部MCU/CPU系统通信连接。
本实用新型可将载波信号里的基带信号真实还原取出，通过外部MCU/CPU系统处理后可对其不同指标内容进行分析。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实用新型提供了一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，通过B2B接口与外部MCU/CPU系统相连，将硬件解调后的基带信号输出给外部MCU/CPU系统进行运算处理分析，如图1所示，所述基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置包括：
前置阻抗匹配衰减斩波电路，与外接天线阻抗匹配对接，用于提升NFC采集信号的信噪比以及交流耦合，选用低导通电压的高速快恢复二极管，斩断射频耦合信号的负信号并确保输入在0～VCC范围之间，保护后级电路；单向载波fc1积分电路，根据NFC载波频率，可灵活调整该积分电路的参数，一般通用NFC载波频率fc＝13.56MHz，周期Tc≈0.0737us，为确保较好的积分效果，阻容器件选用误差小、稳定系数低、精度高的元器件，设计参考值的积分时间常数T≈5RC≥10Tc，对输入的射频信号积分后，可初步解调PCD发给PICC的载波信号和基带信号；一级基带信号放大滤波电路，用于将PCD发给PICC的载波信号和基带信号进行放大处理，将前级PCD发给PICC的载波信号和基带信号通过该电路放大处理后，根据不同天线灵敏度和PCD设备发射功率，可灵活调节放大电路的放大倍数，确保信号输出的有效范围和信噪比，输出通过LPF低通滤波后，将基带信号的噪声滤除，根据NFC常见通信速率106Kbps，可将LPF截至频率fL设置为946KHz，确保基带信号的带宽不受该滤波电路衰减影响，也可根据其它通信速率灵活调节RC阻容器件值适配不同NFC通信速率，低通滤波后的输出信号PCD_PICC_OUT1分别输出给外部MCU/CPU系统和高速模拟开关电路，外部MCU/CPU系统根据具体协议规约可将PCD发给PICC的基带信号解调还原成数据报文，同时可将相关的基带信号和载波信号指标量化分析出来供用户评估；高速模拟开关电路，由外部MCU/CPU系统控制，根据PCD与PICC的通信传输方向不同灵活控制该模拟开关切换，用于保证后级放大电路能准确放大指定对象的载波信号和基带信号，当外部MCU/CPU系统在首次检测到PCD发给PICC的载波信号和指定基带信号后，通过内部计算分析还原报文内容，根据不同NFC国际标准通信协议，如ISO14443A/B，在固定时间延迟之后，通信改为PICC发给PCD的传输方向，此时外部MCU/CPU系统控制开关切换，使二级基带信号放大滤波电路接入有效，从而可选择性放大PCD到PICC或PICC到PCD的载波信号和基带信号；锁相环解调电路，主要针对QFSK、QPSK等类似基带信号调制方式的输入信号，不适用其他调制方式，通过更改外部相关阻容器件值，将锁相环跟踪频率设置在PCD与PICC的基带信号或基带信号载波频率，通过解调引脚输出PICC_PCD_OUT2信号给外部MCU/CPU系统处理后还原成数据报文用于将类似基带信号调制方式的输入信号解调输出至外部MCU/CPU系统，处理后还原成数据报文；单向载波fc2积分电路，用于还原PICC发给PCD的载波信号和基带信号，根据NFC相关国际标准协议，如ISO14443A/B，一般基带信号通信速率为Rate≈106Kbps，基带信号载波频率fc2≈848Kbps，周期Tc2≈1.179us，积分时间T≈5RC≈10Tc2，可将基带信号有效还原出来；前置阻抗匹配衰减斩波电路、单向载波fc1积分电路、一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路和单向载波fc2积分电路通信连接，一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路还分别与外部MCU/CPU系统通信连接。
进一步的，本实施例中，如图1所示，还包括输入缓冲电路，输入缓冲电路与前置阻抗匹配衰减斩波电路、单向载波fc1积分电路分别通信连接，为确保后级单向载波fc1积分电路积分的精确性，将前置输入的射频耦合信号通过输入缓冲电路缓冲隔离后，同时进一步进行精确阻抗转换，将输出阻抗控制50欧姆以下，可最大限度的减少后级单向载波fc1积分电路阻容值的积分误差。
进一步的，本实施例中，如图1所示，还包括低通滤波电路，低通滤波电路与高速模拟开关电路通信连接，基于无源RC滤波，进一步提高基带信号的信噪比，根据NFC常见通信速率106Kbps，可将LPF截至频率fL设置为946KHz,确保基带信号的带宽不受该滤波电路衰减影响，也可根据其它通信速率灵活调节RC阻容器件值适配不同NFC通信速率。
进一步的，本实施例中，如图1所示，还包括二级基带信号放大滤波电路，二级基带信号放大滤波电路与低通滤波电路、锁相环调节电路分别通信连接，只在PICC给PCD设备发数据时才有效，其它情况该电路不工作，根据实际PCD和PICC射频信号发射功率，可灵活调节放大电路的放大倍数，确保信号输出范围和信噪比。
进一步的，本实施例中，如图1所示，还包括耦合电路，耦合电路与二级基带信号放大滤波电路通信连接，用于将二级基带信号放大滤波电路输出的信号进行耦合并输出。
进一步的，本实施例中，如图1所示，还包括输出缓冲电路，输出缓冲电路与单向载波fc2积分电路通信连接，还与外部MCU/CPU系统通信连接，用于将耦合电路输出的基带信号经缓冲、阻抗转换后输出给外部MCU/CPU系统运算分析，同时也间接起着信号隔离作用保护后级系统。
上述实施例所述的基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，与现有技术相比，现有技术中无法对NFC底层信号链路、通信质量、通信时序、真实基带信号等多指标进行分析，本实用新型通过对应工作频率的NFC天线，对被测对象进行侧信道旁路监听并采集其NFC载波信号，通过内部模块化硬件电路处理后，可将载波信号里的基带信号真实还原取出，通过MCU/CPU模块单元处理后，从而可对其信号链路、通信质量、通信时序、载波频率、调制参数、基带信号内容等不同指标量化分析，通过外部MCU/CPU系统处理后，可将基带信号还原成指定标准或私有协议报文数据，供用户评估、分析。
显然，以上所描述的实施例仅仅是本实用新型较佳实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围。本实用新型可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，其特征在于，包括：
前置阻抗匹配衰减斩波电路，与外接天线阻抗匹配对接，用于提升NFC采集信号的信噪比、交流耦合及保护后级电路；
单向载波fc1积分电路，用于初步解调PCD发给PICC的载波信号和基带信号；
一级基带信号放大滤波电路，用于将PCD发给PICC的载波信号和基带信号进行放大处理；
高速模拟开关电路，用于保证后级放大电路能准确放大指定对象的载波信号和基带信号；
锁相环解调电路，用于将类似基带信号调制方式的输入信号解调输出至外部MCU/CPU系统，处理后还原成数据报文；
单向载波fc2积分电路，用于还原PICC发给PCD的载波信号和基带信号；
所述前置阻抗匹配衰减斩波电路、单向载波fc1积分电路、一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路和单向载波fc2积分电路通信连接，所述一级基带信号放大滤波电路、高速模拟开关电路、锁相环解调电路还分别与外部MCU/CPU系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，其特征在于，还包括输入缓冲电路，所述输入缓冲电路与所述前置阻抗匹配衰减斩波电路、单向载波fc1积分电路分别通信连接，用于保证所述单向载波fc1积分电路的积分精确性。
3.根据权利要求1所述的一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，其特征在于，还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路与所述高速模拟开关电路通信连接，用于进一步提高基带信号的信噪比。
4.根据权利要求3所述的一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，其特征在于，还包括二级基带信号放大滤波电路，所述二级基带信号放大滤波电路与所述低通滤波电路、锁相环调节电路分别通信连接，用于调节放大电路的放大倍数，确保信号输出范围和信噪比。
5.根据权利要求4所述的一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，其特征在于，还包括耦合电路，所述耦合电路与所述二级基带信号放大滤波电路通信连接，用于将所述二级基带信号放大滤波电路输出的信号进行耦合并输出。
6.根据权利要求5所述的一种基于NFC侧信道基带信号硬件解调装置，其特征在于，还包括输出缓冲电路，所述输出缓冲电路与所述单向载波fc2积分电路通信连接，还与外部MCU/CPU系统通信连接，用于将所述耦合电路输出的基带信号经缓冲、阻抗转换后输出给外部MCU/CPU系统。
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