一种nfc芯片中零功耗的精确场强检测方法和电路的制作方法
【专利摘要】具备NFC功能的终端设备已经被越来越多的应用，其中的终端设备中大多数属于手持设备，对于应用于手持设备终端的任何芯片模块，其功耗参数都是一个至关重要的约束指标，越低的功耗将为手持设备带来更长的待机、工作时间。NFC设备中用到的NFC芯片，一个必不可少的功能电路是精确场强检测电路，本文提出一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测方法，大大降低了NFC芯片场强检测模块的功耗，提高了手持等便携NFC设备的待机、工作时间。
【专利说明】一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测方法和电路
【技术领域】
[0001]本发 明是一种NFC芯片中精确场强检测电路的实现方法，其特点是不消耗为NFC芯片供电的接触电源能量，仅利用外部射频场能量工作、对射频场的大小进行检测，从而降低了 NFC芯片的功耗，提高了具有NFC功能的手持设备待机时间。
【背景技术】
[0002]具备NFC功能的终端、尤其是手持终端越来越多，对于NFC芯片中其必须支持的读卡器模式，需要有必备的精确场强检测功能模块，在NFC芯片以读卡器模式工作前，需要首先对其所处位置的场强大小进行精确探测，如果场强小于设定的检测阈值，其则可以读卡器模式发起寻卡等指令，如此则精确场强检测模块的精度、功耗都是NFC芯片的重要指标之一，本文提出了一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测方法，一方面可以精确实现场强检测，另一方面可以以零功耗实现场强检测的功能、提高了具有NFC功能的手持设备待机时间。。
【发明内容】
[0003]本发明提出了一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测实现方法。
[0004]本发明方法主要包括了图1中介绍的几个功能模块:零功耗精确场强检测电路、输出逻辑、电平转换电路、微调测试电路、微调控制逻辑；在^作1.中测阶段，通过微调测试电路获取场强检测电路的控制参数、并存储于芯片内的非挥发性存储器中，在芯片应用阶段，芯片上电完成后，将非挥发性存储器中的控制参数读取到寄存器中，通过电平转换电路对场强检测电路进行参数配置，微调控制逻辑电路输出使能控制信号通过电平转换电路对场强检测电路进行使能控制；在场强没有达到检测阈值时，场强检测电路通过输出逻辑电路输入芯片内部“低”电平，当场强达到检测阈值时，场强检测电路通过输出逻辑电路输入芯片内部“高”电平。
[0005]零功耗精确场强检测电路:此电路工作于射频场整流电源域，在没有射频场阶段，此电路为“零功耗”，在有射频场阶段，此电路消耗的功耗来源于射频场的整流电路，相对于工作在芯片内部电源VDD电源域下的内核电路，此电路仍然处于“零功耗”;零功耗精确场强检测电路具有微调控制功能，可以通过来自于微调控制逻辑的信号对其检测阈值进行微调，实现对所处位置的场强大小进行检测。
[0006]输出逻辑:零功耗精确场强检测电路输出信号传递给工作于芯片内部电源域VDD的内核逻辑，需要经过电平转换，另外为了保证在没有射频场、以及射频场未达到场强检测阈值的情况下，在输出逻辑中有下拉的状态保持电路，使得零功耗精确场强检测电路输出标志保持固定的低电平，保证精确场强检测输出的正确性。
[0007]电平转换电路:是将芯片内部电源域VDD下的信号转换为工作于射频场整流电源VRF下的控制信号。
[0008]微调测试电路:为了实现精确的场强检测，在芯片测试阶段通过微调测试电路对零功耗精确场强检测电路的检测阈值进行测试，获取精确的控制参数，并将参数存储于非挥发性存储器内，在芯片启动完成后，即可读取到微调控制逻辑的寄存器中，对场强检测电路精确微调。
[0009]微调控制逻辑:此模块输出对零功耗精确场强检测电路进行使能控制、参数微调，从而保证零功耗检测模块的正常运行、准确检测。
[0010]本方法中，通过对零功耗的精确场强检测电路进行参数微调场来保证强检测的阈值精确性，在芯片的wafer测试阶段，通过微调测试电路得到精确的场强检测控制参数，并将此系列参数存储于NFC芯片的内核非挥发性存储器中，在芯片上电完成后，系统将非挥发性存储器中的参数读取到微调控制逻辑模块的寄存器中，实现对零功耗的精确场强检测模块检测精度的微调，精确场强检测模块的输出需要在没有射频场、以及射频场强小于检测阈值阶段，输出标志保持固定的电平，所以在输出控制逻辑模块中设有下拉电路，保证了精确场强检测输出的正确性。零功耗的精确场强检测电路，通过将精确场强检测电路设计在射频场整流的电源域内，没有射频场存在时，不消耗给芯片供电的电源电流，有射频场存在时，所耗电流来源于射频场电源VRF，同样不会消耗给芯片供电的电源电流，从而实现了以零功耗来精确检测场强。
[0011]对于以上方法的描述，本领域的技术人员将理解，本发明并不限于上述的实施方法，并且不脱离由所附权利要求书定义的本发明的范围，可以做出很多修改和增加。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1示意了一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测的实现方法框图。
[0013]图2示意了一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测的工作状态图。
[0014]图3不意了一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测电路的实施例。
【具体实施方式】
[0015]如图3示意的一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测电路，主要包括了电压检测模块、参考电流模块、输出逻辑、电平转换、微调控制逻辑、微调测试电路以及非挥发存储器。
[0016]微调测试电路在wafer中测阶段对参考电流模块、电压检测模块进行测试，获取电路的精确控制参数、存储于非挥发存储器中；芯片应用阶段，芯片上电后，读取非挥发存储器中的控制参数到微调控制逻辑电路的寄存器中，微调控制逻辑电路输出经过电平转换电路将参数控制以及使能等信号由内部电源域转换到射频整流电源域，对参考电流模块、电压检测模块进行控制，如此由参考电流模块、电压检测模块开始正常工作，对场强进行实时检测，电压检测模块的输出信号通过输出逻辑电路输入给芯片内部电路，标志场强是否达到检测阈值。
[0017]如图3所示的电路，通过对参考电流模块放电电流进行精确的参数配置、以及电压检测模块检测电压阈值精确的参数配置，当射频电源达到电压检测模块的翻转电压点时，此时的参考电流、电压检测模块翻转电压表征了整流电路从射频场获取的能量临界点、即对应了场强检测模块的检测阈值点，从而电压检测模块输出为“高”电平，标志场强达到检测点，通过输出逻辑输出标志信号，提供芯片系统应用。[0018]微调测试电路:此电路是在wafer中测阶段，通过测试获取参考电流模块中可调电阻1-1的配置参数，获取电压检测模块中的可调电阻2-1的配置参数，并将所得的配置参数存储于芯片内核的非挥发性存储器中，从而在芯片应用阶段，将所获取的配置参数对可调电阻1-1、2-1进行配置后，得到精确的目标值，从而得到精确的电阻参数，参考电流模块即可得到相应电压下的精确电流值、电压检测模块即可得到精确的电压检测点。
[0019]微调控制逻辑:测试电路获取的配置参数存储于非挥发存储器中，芯片上电后，系统将此系列参数读取到微调控制逻辑中的寄存器中，并通过电平转换电路输出给电压检测模块、参考电路模块，实现对此两个模块的参数配置。
[0020]参考电流模块:微调测试电路在wafer中测阶段获取的精确控制参数，在芯片应用阶段由微调控制逻辑通过电平转换模块对参考电流模块的可调电阻1-1进行配置，同时对电压检测模块中的可调电阻2-1进行配置，当外部场强达到电压检测模块的翻转电压时，标志整流电路从射频场获取能量达到场强检测模块的阈值点。
[0021]电压检测模块:电压检测模块与参考电流模块配合，得到整流电路从射频场获取的能量大小，其检测阈值电压对应了场强检测阈值点；微调控制逻辑电路通过电平转换对电压检测模的可调电阻2-1进行配置、对参考电流模块的可调电阻1-1进行配置；参考电流电路模块的电流、以及电压检测模块的电压对应了整流电路从射频场获取的能量大小，当外部射频场强达到场强检测阈值点时，射频整流电源也同时达到电压检测模块的检测阈值电压，即对应了外部场强的大小，从而实现了通过电压检测模块的输出翻转、表征了外部场强大小是否达到检测阈值的目的。
[0022]电平转换模块:实现了将芯片内核电源域内的信号到射频整流电源域的信号之间的转换。
[0023]输出逻辑:此电路有两个功能，一是将电压检测模块的输出信号进行电平转换、由整流电源域转换到芯片内核电源域；二是在输出逻辑的输出端有下拉电阻，其功能是在外部场强没有达到检测阈值期间，将输出逻辑的输出确定在“低”电平，保证不会给芯片内部提供不确定的标志信号。
[0024]非挥发存储器:在此处利用非挥发存储器对wafer中测阶段得到的配置参数进行存储，在芯片应用阶段读取出来。
[0025]综上，本发明通过以上技术方案，可以实现对场强大小进行检测，大大降低了 NFC芯片场强检测模块的功耗，提高了手持等便携NFC设备的待机、工作时间。
【权利要求】
1.一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测电路，其特征在于:包括零功耗精确场强检测电路、电平转换电路、输出逻辑电路、微调控制逻辑、微调测试电路，其中: 零功耗精确场强检测电路通过来自于微调控制逻辑的信号对所处位置的场强大小进行检测； 输出逻辑电路中有下拉的状态保持电路，没有射频场、以及射频场未达到场强检测阈值的情况下，输出逻辑电路的输出信号为低电平； 电平转换电路将芯片电源下的信号转换为射频场整流电源下的控制信号； 微调测试电路在芯片测试阶段对零功耗精确场强检测电路的检测阈值进行测试，获取控制参数，并将参数存储于非挥发性存储器内，在芯片启动完成后，读取到微调控制逻辑的寄存器中，对零功耗精确场强检测电路进行精确微调； 微调控制逻辑输出对零功耗精确场强检测电路进行使能控制、参数微调。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于:当零功耗精确场强检测电路通过输出逻辑电路输出场强检测标志信号时，即标志着场强大小达到设定的检测阈值。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于零功耗精确场强检测电路在射频场整流电源下工作，当没有射频场存在时，不消耗芯片电源；当有射频场存在时，零功耗精确场强检测电路所耗电流来源于射频场整流电源，同样不会消耗芯片电源，实现零功耗检测场强。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于工作于芯片电源下的微调控制逻辑电路、微调测试电路在芯片工作期间没有静态功耗，仅存在逻辑电路的漏电功耗。
5.一种NFC芯片中零功耗的精确场强检测方法，应用于如权利要求1所述的电路中，其特征在于通过对零功耗精确场强检测电路进行参数微调来保证场强检测的阈值精确性，具体步骤如下: (1)在芯片wafer测试阶段，通过微调测试电路得到场强检测控制参数，并将此场强检测控制参数存储于芯片非挥发性存储器中； (2)在芯片上电完成后，芯片将非挥发性存储器中的场强检测控制参数读取到微调控制逻辑模块的寄存器中； (3)通过电平转换电路对场强检测电路进行参数配置； (4)微调控制逻辑电路输出使能控制信号通过电平转换电路对场强检测电路进行使能控制，在场强没有达到检测阈值时，场强检测电路通过输出逻辑电路输入芯片内部“低”电平，当场强达到检测阈值时，场强检测电路通过输出逻辑电路输入芯片内部“高”电平，对零功耗精确场强检测电路的检测精度进行微调。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于:场强检测电路的能量来自于射频场的整流电源，不消耗具有NFC芯片的便携设备的内部电源。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于:场强检测电路所需精确的检测参考值，来自于NFC芯片内部的参数控制寄存器。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于:场强检测电路所需精确的检测参考值，通过芯片中测阶段获取。
【文档编号】G01R29/08GK103913644SQ201210595917
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】马哲 申请人:北京中电华大电子设计有限责任公司