一种射频前端芯片及射频信号的处理方法与流程

本发明实施例涉及无线通信技术，尤其涉及一种射频前端芯片及射频信号的处理方法。

背景技术：

随着无线通信技术的不断发展，nfc(nearfieldcommunication，近场通信)的支付方式的应用越来越广泛，且将nfc前端芯片集成于诸如智能手机、智能手环等智能终端中，使得智能终端具有nfc支付等功能，提高了用户支付的便利性。

但是当射频前端芯片设置于智能终端时，由于智能终端中信号屏蔽比正常的射频标签严重，同时终端中的天线小型化问题导致目前的射频前端芯片集成于智能终端时，灵敏度低，无法满足用户的支付等需求。

技术实现要素：

本发明提供一种射频前端芯片及射频信号的处理方法，以实现提高射频前端芯片的灵敏度。

第一方面，本发明实施例提供了一种射频前端芯片，所述射频前端芯片包括可变增益放大器、指示电路、模拟解调器和控制电路：其中，

所述可变增益放大器，用于将输入射频信号根据当前增益进行信号放大，并输出载波信号；

所述指示电路，分别与所述可变增益放大器和所述控制电路电连接，用于提取所述载波信号的第一电压，并根据所述第一电压和内部基准电压生成指示信号，并将所述指示信号发送至所述控制电路；

所述模拟解调器，与所述可变增益放大器和所述控制电路电连接，用于解析所述载波信号，并将生成的解析指令发送至所述控制电路；

所述控制电路，与所述可变增益放大器电连接，用于根据所述指示信号生成增益调节信号，并将所述增益调节信号发送至所述可变增益放大器，以使所述可变增益放大器调节所述当前增益，并根据调节后的当前增益对所述输入射频信号进行信号放大，还用于在所述指示信号满足预设条件时，根据对应的解析指令生成返回参数。

进一步的，还包括有源放大电路；其中,

所述控制电路与所述有源放大电路电连接，还用于根据所述指示信号生成状态控制信号，接收所述有源放大电路发送的时钟信号，以及在所述指示信号满足预设条件时，根据返回参数和所述时钟信号生成返回数据；

所述有源放大电路，与所述可变增益放大器电连接，用于根据所述状态控制信号切换工作状态，并在使能状态下对根据所述载波信号对应的时钟信号和所述返回数据生成的调制信号进行信号放大，生成输出射频信号，其中所述工作状态包括使能状态和暂停状态。

进一步的，所述有源放大电路包括时钟数据恢复模块、数据同步模块和放大器，其中，

所述时钟数据恢复模块，分别与所述可变增益放大器和所述控制电路电连接，用于接收所述状态控制信号，根据所述状态控制信号切换工作状态，还用于在所述使能状态下提取所述载波信号的时钟信号，将所述时钟信号发送至所述控制电路，并生成与所述时钟信号同源的放大器控制信号；

所述控制电路，具体用于根据所述时钟信号和所述返回参数生成所述返回数据；

所述数据同步模块，分别与所述时钟数据恢复模块和所述控制电路电连接，用于对所述时钟信号和所述返回数据进行同步，生成所述调制信号；

所述放大器，分别与所述时钟数据恢复模块和所述数据同步模块电连接，用于对所述调制信号进行放大，生成所述输出射频信号，并根据所述放大器控制信号在所述输出射频信号输出后进行能量消散。

进一步的，所述射频前端芯片还包括私有gpio接口；其中，

所述私有gpio接口，分别与所述控制电路和外部安全模块连接，用于将所述解析指令传输至外部安全模块，以使所述外部安全模块对所述解析指令进行安全验证，并将所述外部安全模块的反馈信息传输至所述控制电路；

所述控制电路，还用于在所述外部安全模块的反馈信息为验证成功时，根据对应的解析指令生成返回参数，在所述外部安全模块的反馈信息为验证失败时，丢弃所述解析指令。

进一步的，所述私有gpio接口的编码方式为带起止位的nrz编码方式。

进一步的，所述私有gpio接口的与所述外部安全模块的通信传输采用多路传输通道，所述私有gpio接口的通信协议采用主从问答的半双工通信模式，其中所述外部安全模块为通信的主机端，所述射频前端芯片为通信的从机端。

进一步的，所述私有gpio接口通信协议的波特率设置为预设分频，其中所述预设分频小于等于372分频，且大于等于7分频。

第二方面，本发明实施例还提供了一种射频信号的处理方法，该方法包括：

获取输入射频信号，并确定所述输入射频信号的放大增益；

根据所述放大增益对所述输入射频信号进行信号放大，生成载波信号；

提取所述载波信号所携带的解析指令，并根据所述解析指令生成返回参数；

将所述返回参数与所述载波信号的时钟信号进行合并，生成输出射频信号。

进一步的，将所述返回参数与所述载波信号的时钟信号进行合并，生成输出射频信号，包括：

将所述返回参数与所述载波信号的时钟信号进行合并，生成返回数据；

将所述返回数据与所述载波信号的时钟信号进行同步，生成调制信号；

对所述调制信号进行信号放大，生成输出射频信号并输出。进一步的，获取输入射频信号，并根据所述输入射频信号确定所述放大增益，包括：

根据当前增益对所述输入射频信号进行信号放大，生成载波信号；

提取所述载波信号的第一电压，比较所述第一电压与内部基准电压，并根据比较结果确定指示信号；

根据所述指示信号生成增益调节信号，并根据所述增益调节信号调节所述当前增益，确定所述放大增益。

进一步的，增益调节信号包括增益增大信号、增益减小信号和增益保持信号，相应的，并根据所述增益调节信号调节所述当前增益，确定所述放大增益，包括：

若所述增益调节信号为增益增大信号，则所述放大增益为当前增益与基准增益的和，并重新确定指示信号；

若所述增益调节信号为增益减小信号，则所述放大增益为当前增益与基准增益的差，并重新确定指示信号；

若所述增益调节信号为增益保持信号，则停止对所述当前增益的调节。

进一步的，在根据所述解析指令确定射频输出信号并输出之前，还包括：

将所述解析指令基于私有gpio接口传输至外部安全模块，对所述解析指令进行安全验证，并接收所述外部安全模块的反馈信息；

若所述反馈信息为验证成功，则根据所述解析指令生成返回参数；

若所述反馈信息为验证失败，则丢弃所述解析指令。

本发明实施例通过指示电路将确定经可变增益放大器放大后的载波信号的第一电压与内部基准电压进行比较，生成可变增益放大器的调节的调节指示信号，使得控制电路控制可变增益放大器控制并调节可变增益放大器的放大增益，实现对不同大小的输入射频信号确定适合的放大增益，提高了射频前端芯片对射频信号的接收灵敏度和抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种射频前端芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种射频前端芯片的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的私有gpio接口的编码方式的示意图；

图4是本发明实施例一提供的射频前端芯片与外部安全模块的传输示意图；

图5是本发明实施例一提供的传输信号示意图；

图6是本发明实施例二提供的一种射频信号的处理方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种射频前端芯片的结构示意图，该射频前端芯片可集成于诸如智能手机、手环或者智能手表等的智能终端中，作为射频模拟标签，实现安全可靠的nfc(nearfieldcommunication，近场通信)支付功能。

参见图1，该射频前端芯片具体包括可变增益放大器110、指示电路120、模拟解调器130和控制电路140；其中，

可变增益放大器110，用于将输入射频信号根据当前增益进行信号放大，并输出载波信号；

指示电路120，分别与可变增益放大器110和控制电路电连接，用于提取载波信号的第一电压，并根据第一电压和内部基准电压生成指示信号，并将指示信号发送至控制电路；

模拟解调器130，与可变增益放大器110和控制电路电连接，用于解析载波信号，并将生成的解析指令发送至控制电路；

控制电路140，与可变增益放大器110电连接，用于根据指示信号生成增益调节信号，并将增益调节信号发送至可变增益放大器110，以使可变增益放大器110调节当前增益，并根据调节后的当前增益对输入射频信号进行信号放大，还用于在指示信号满足预设条件时，根据对应的解析指令生成返回参数。

本实施例中，可变增益放大器110具有增益可变的功能，可根据不同的放大增益对输入射频信号进行不同程度的信号放大。其中，输入射频信号可以是通过天线接收，示例性的，输入射频信号可以是读卡器发射的，携带有交互指令的射频信号。其中，当前增益指的是输入射频信号输入可变增益放大器110时，可变增益放大器110中存储的增益。

可变增益放大器110当接收到输入射频信号时，根据当前增益对射频信号进行信号放大，生成载波信号，该载波信号同样携带有输入射频信号的交互指令。可变增益放大器110的输出端与指示电路120的输入端连接，将载波信号发送至指示电路120，指示电路120提取该载波信号的第一电压，其中第一电压可以是载波信号的包络。可选的，指示电路120可以是rssi(receivedsignalstrengthindication，接收信号强度指示)指示器。指示电路120的工作原理为将载波信号的第一电压与内部基准电压进行比较，根据比较结果生成2bit的指示信号。示例性的，若指示电路120生成的指示信号为01或10时，则表明载波信号处于正常状态，进一步可知输入射频信号处于正常状态，可变增益放大器110的当前增益无需调节；若指示电路120生成的指示信号为00，则表明载波信号变小，进一步可知输入射频信号变小，可变增益放大器110的当前增益需要增大；若指示电路120生成的指示信号为11，则表明载波信号变大，进一步可知输入射频信号变大，可变增益放大器110的当前增益需要减小。

控制电路140接收指示电路120发送的指示信号，并根据指示信号生成增益调节信号，发送至可变增益放大器110，其中增益调节信号包括增益增大信号、增益减小信号和增益保持信号。若增益调节信号为增益增大信号或增益减小信号，可变增益放大器110根据增益调节信号调节当前增益，并根据调节后的增益对输入射频信号重新进行放大，并重复上述步骤，直到指示电路120生成01或10的指示信号。

本实施例中，可变增益放大器的增益调节是迭代执行的，对不同的输入射频信号确定不同的放大增益，解决了由于输入射频信号过大或者过小导致的无法处理或者处理误差大的问题，可对不同距离射频设备发送的射频信号进行接收处理，提高了射频信号的接收灵敏度和抗干扰能力，同时可降低终端天线的尺寸需求。

其中，模拟解调器130的输入端与可变增益放大器110的输入端连接，接收可变增益放大器110发送的载波信号，可对载波信号进行解析，提取载波信号的解析指令，并将该解析指令发送至控制电路140。

控制电路140可以是在指示信号满足预设条件时，接收模拟解调器130发送的解析指令，其中，指示信号的预设条件可以是为01或10，即增益保持信号对应的指示信号满足预设条件。其中，返回参数是解析指令的响应参数，示例性的，若解析指令为读卡指令，则返回参数是当前卡数据信息。

本实施例的技术方案，通过指示电路将确定经可变增益放大器放大后的载波信号的第一电压与内部基准电压进行比较，生成可变增益放大器的调节指示信号，使得控制电路控制可变增益放大器调节可变增益放大器的放大增益，实现对不同大小的输入射频信号确定适合的放大增益，提高了射频前端芯片对射频信号的接收灵敏度和抗干扰能力。

可选的，该射频前端芯片还包括有源放大电路150；示例性的，参见图2，图2是本发明实施例一提供的一种射频前端芯片的结构示意图。其中，

控制电路140与有源放大电路150电连接，还用于根据指示信号生成状态控制信号，接收有源放大电路发送的时钟信号，以及在指示信号满足预设条件时，根据返回参数和时钟信号生成返回数据；

有源放大电路150，与可变增益放大器110电连接，用于根据状态控制信号切换工作状态，并在使能状态下对根据载波信号对应的时钟信号和返回数据生成的调制信号进行信号放大，生成输出射频信号，其中工作状态包括使能状态和暂停状态。

本实施例中，控制电路140在接收指示信号的同时，根据指示信号生成状态控制信号，该状态控制信号用于控制有源放大电路150的工作状态。示例性的，状态控制信号可以是有逻辑“0”和逻辑“1”组成，例如当状态控制信号置于“0”时，有源放大电路150可处于暂停状态，当状态控制信号置于“1”时，有源放大电路150可处于使能状态。其中，当指示信号为01或10时，可以是将状态控制信号设置为“1”，当指示信号为11或00时，可以是将状态控制信号设置为“0”。

有源放大电路150接收状态控制信号，并根据状态控制信号切换工作状态，若处于暂停状态，则不接收可变增益放大器110发送的载波信号，若处于使能状态时，接收该载波信号，并提取该载波信号的时钟信号。

控制电路140接收有源放大电路150发送的时钟信号，将返回参数加载在时钟信号上，生成返回数据，其中返回数据是携带有返回参数的载波信号。

本实施例中，由于时钟信号进入控制电路140生成返回数据的过程中，需要经过多级程序，易导致生成的返回数据存在延迟，为了避免时间延迟导致的误差，将返回数据与时钟信号进行同步，生成与时钟信号同频的调制信号。将放大后的调整信号确定为输出射频信号。

本实施例中，通过状态控制信号控制有源放大电路150的工作状态，即只有在可变增益放大器的放大增益调节完成后才会进入使能状态，避免了在可变增益放大器的放大增益调节过程中生成的输出射频信号被再次终端天线采集，导致信号混乱的问题，减少了无关信号的干扰。

可选的，有源放大电路150包括时钟数据恢复模块151、数据同步模块152和放大器153，参见图2，其中，

时钟数据恢复模块151，分别与可变增益放大器110和控制电路140电连接，用于接收状态控制信号，根据状态控制信号切换工作状态，还用于在使能状态下提取载波信号的时钟信号，将时钟信号发送至控制电路，并生成与时钟信号同源的放大器控制信号；

控制电路140，具体用于根据时钟信号和返回参数生成返回数据；

数据同步模块152，分别与时钟数据恢复模块151和控制电路140电连接，用于对时钟信号和返回数据进行同步，生成调制信号；

放大器153，分别与时钟数据恢复模块151和数据同步模块152电连接，用于对调制信号进行放大，生成输出射频信号，并根据放大器控制信号在输出射频信号输出后进行能量消散。

本实施例中，时钟数据恢复(clockdatarecovery，cdr)模块151可恢复载波信号的时钟信号，由于数据同步模块152和放大器153均需要时钟信号，当时钟数据恢复模块151处于暂停状态时，数据同步模块152和放大器153均处于暂停状态，无需单独的状态控制信号。

时钟数据恢复模块151与控制电路140连接，将时钟信号发送至控制电路140，并接收控制电路140反馈的返回数据。

数据同步模块152将时钟信号和返回数据进行同步，消除返回数据中的时间延迟，并使得生成的调制信号与时钟信号同频。

本实施例中，放大器控制信号与载波信号的时钟信号同源，用于对放大器153进行控制，当放大器153在完成输出射频信号发射时，对放大器153中残留的能量进行消散，避免残留能量影响后续输出射频信号的发射。

本实施例中，放大器153的增益可以是固定的，用于对调制信号进行信号放大，使得生成的输出射频信号具有较高的灵敏度，提高了射频信号的输出灵敏度，同时可降低终端天线的尺寸需求。

可选的，射频前端芯片还包括私有gpio接口160；其中，

私有gpio(generalpurposeinputoutput，通用输入/输出)接口160，分别与控制电路140和外部安全模块连接，用于将解析指令传输至外部安全模块，以使外部安全模块对解析指令进行安全验证，并将外部安全模块的反馈信息传输至控制电路；

控制电路140，还用于在外部安全模块的反馈信息为验证成功时，根据对应的解析指令生成返回参数，在外部安全模块的反馈信息为验证失败时，丢弃解析指令。

本实施例中，为了提高射频前端芯片与外部设备通信的安全性，需要对解析指令进行安全验证，其中，外部安全模块用于对解析指令进行安全验证，其设置于射频前端芯片之外的终端的预设位置，与射频前端芯片通过私有gpio接口进行通信。

外部安全模块接收控制电路140发送的解析指令，验证之后反馈验证信息，其中，若反馈信息为验证成功时，则控制电路140执行根据解析指令生成返回参数的操作，若反馈信息为验证失败，则控制电路140中断对输入射频信号的响应，丢弃该解析指令。

本实施例中，通过对解析指令的安全验证，提高了射频前端芯片与外部设备通信的安全性。

可选的，私有gpio接口的编码方式为带起止位的nrz(non-returntozero，不归零)编码方式。

可选的，带起止位的nrz编码方式的单位为8byte。具体的，私有gpio接口的编码方式包括起始位、数据位、奇偶校验位、停止位和空闲位。其中，上述起始位、数据位、奇偶校验位、停止位和空闲位的位置由接口协议确定。示例性的，参见图3，图3是本发明实施例一提供的私有gpio接口的编码方式的示意图。其中，起始位通过发出逻辑“0”信号，表示传输字符开始。数据位设置于起始位之后，采用8位数据位，数据从最低数据位开始传输，即从bit0，其中数据位基于时钟定位。奇偶校验位设置于数据位之后，包括奇校验和偶校验，其中逻辑“1”的位数为偶数为偶校验，逻辑“1”的位数为奇数为奇校验。可选的，本实施例中用于偶校验。停止位用于标志字符数据的结束，可选的，采用1位停止位。当空闲位设置为逻辑“1”时，表示当前线路上无数据传输。

本实施例中，通过设置具有带起止位的nrz编码方式的私有gpio接口，提高了射频前端芯片与外部安全模块的数据传输的安全性和可靠性，避免了数据传输过程中的数据丢失或者泄露等问题。

可选的，私有gpio接口的与外部安全模块的通信传输采用多路传输通道，私有gpio接口的通信协议采用主从问答的半双工通信模式，其中外部安全模块为通信的主机端，射频前端芯片为通信的从机端。

本实施例中，私有gpio接口包括如下引脚：dio(digitalinput/output,数字量输入输出端口)引脚、irq(interruptrequest，中断请求)引脚和clk(clock，时钟)引脚。分别用于传输数据信号、中断信号和时钟信号。示例性的，参见表1，表1为私有gpio接口引脚的定义。

表1

本实施例中，私有gpio接口的与外部安全模块的通信传输采用多路传输通道，数据信号、中断信号和时钟信号分别通过不同的传输通道进行传输，提高了信号传输的可靠性。示例性的，参见图4，图4是本发明实施例一提供的射频前端芯片与外部安全模块的传输示意图。

本实施例中，采用主从问答的半双工通信模式，其中外部安全模块为通信的主机端，射频前端芯片为通信的从机端。其中，时钟信号总是由主机端发起，当主机端需要发起通信时，发出时钟信号并将数据从dio引脚上发出，由从机进行应答；当从机端需要发起通信时，通过irq引脚发出中断请求信号，主机端接收到中断请求信号时，通过clk引脚和dio引脚发出询问，由从机进行应答。

可选的，私有gpio接口通信协议的波特率设置为预设分频，其中预设分频小于等于372分频，且大于等于7分频。

本实施例中，预设分频指的是在1bit范围内数据翻转次数，示例性的，参见图5，图5是本发明实施例一提供的传输信号示意图，其中图5中1bit的分频为7。通过设置翻转，在1bit范围内可采集多个数据，可对多个数据进行平滑等处理以提高传输数据准确率，减小数据误差对传输质量的影响。

本实施例中，私有gpio接口通信协议的分频可根据需求进行调整，其中分频次数越大，通信质量越高，传输速度越慢，反之分频次数越小，通信质量越低，传输速度越块。

可选的，需要说明的是，控制电路140还可以是数字基带电路。数字基带电路拥有自动sdd(singledevicedetection，单设备检测)的功能，能完成选卡的操作。带私有协议的gpio的通信传输的数据为sdd阶段之后的激活和iso_dep/nfc_dep数据，交易敏感的数据处在该层以上，所以带私有协议的gpio的通信上传输的是加密数据，能防止侧信道攻击，保证了该阶段的通信安全。

本实施例中，该射频前端芯片在0.18um的eeprom(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory，带电可擦写可编程读写存储器)工艺上完成了设计和流片。实际的接收灵敏度在射频输入端口达到1mvrms的级别，输出天线采用1cmx1cm的pcb(printedcircuitboard，印刷电路板)天线时，达到的输出能量是传统的无源方式的50倍左右。带私有指令gpio实现和英飞凌sle97以及意法半导体st33安全加密芯片的连接，实现了可靠稳定的数据通信。

实施例二

图6是本发明实施例二提供的一种射频信号的处理方法的流程图，本实施例可适用于智能终端中射频前端芯片处理射频信号的情况，该方法可以由本发明实施例提供的射频前端芯片来执行。具体包括如下步骤：

s210、获取输入射频信号，并确定输入射频信号的放大增益。

其中，对于每一个输入射频信号确定对应的放大增益，其中所述放大增益可以是通过多次迭代调节确定的。

可选的，步骤s210包括：根据当前增益对输入射频信号进行信号放大，生成载波信号；提取载波信号的第一电压，比较第一电压与内部基准电压，并根据比较结果确定指示信号；根据指示信号生成增益调节信号，并根据增益调节信号调节当前增益，确定放大增益。

可选的，增益调节信号包括增益增大信号、增益减小信号和增益保持信号，相应的，并根据增益调节信号调节当前增益，确定放大增益，包括：若增益调节信号为增益增大信号，则对放大增益为当前增益与基准增益的和，并重新确定指示信号；若增益调节信号为增益减小信号，则对放大增益为当前增益与基准增益的差，并重新确定指示信号；若增益调节信号为增益保持信号，则停止对当前增益的调节。

其中，基准增益指的是每一次增益调节时的增益变化量。

本实施例中，当检测到增益调节信号为增益保持信号时，确定增益调节完成，并对经确定的放大增益处理生成的载波信号进行后续处理。

s220、根据放大增益对输入射频信号进行信号放大，生成载波信号。

s230、提取所述载波信号所携带的解析指令，并根据所述解析指令生成返回参数。

s240、将所述返回参数与所述载波信号的时钟信号进行合并，生成输出射频信号。

可选的，步骤s240包括：将所述返回参数与所述载波信号的时钟信号进行合并，生成返回数据；将所述返回数据与所述载波信号的时钟信号进行同步，生成调制信号；对所述调制信号进行信号放大，生成输出射频信号并输出。

本实施例中，对调制信号进行信号放大，使得生成的输出射频信号具有较高的灵敏度，提高了射频信号的输出灵敏度。

可选的，在根据解析指令确定射频输出信号并输出之前，还包括：将解析指令基于私有gpio接口传输至外部安全模块，对解析指令进行安全验证，并接收外部安全模块的反馈信息；若反馈信息为验证成功，则根据解析指令生成返回参数；若反馈信息为验证失败，则丢弃解析指令。

本实施例中，通过对解析指令的安全验证，提高了射频前端芯片与外部设备通信的安全性。

本实施例的技术方案，通过调节输入射频信号的放大增益，实现了对不同大小的输入射频信号确定适合的放大增益，获取载波信号的解析指令，并生成返回参数，将返回参数加载至时钟信号生成输出射频信号，提高了射频信号的接收和发射的灵敏度和抗干扰能力。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。