一种模拟前端电路及近场通信芯片

本发明涉及模拟电路，尤其涉及一种模拟前端电路及近场通信芯片。

背景技术：

1、深度发展的物联网迫切需要对复杂场景实施更大范围、更广覆盖和更全面的感知，nfc 标签结合互联网终端可有效地从物理对象中采集、分析和报告以前不可用的海量实时数据，实现大范围感知和数据交换。一张嵌入nfc 标签芯片的轻薄贴纸即可作为一个低成本的物联网节点，其无源非接触特性使得近场通信能够覆盖更广泛的物理对象，支撑不具备电池供电条件的众多物品连接，覆盖百亿甚至千亿级别的物联网节点，广泛应用于医疗系统、邮政系统、门禁系统、移动支付等各种领域，推动着物联网产业的发展。nfc 标签作为物联网信息采集的重要手段被市场大量需求，同时考虑到其无源非接触特性，国内外学术界和工业界针对nfc 标签芯片的低功耗和低成本设计开展了广泛研究。

2、iso/iec14443a 协议中，nfc 标签只能通过天线耦合从阅读器发射的13.56mhz载波中获取有限能量，且在100%ask 调制下耦合得到的载波并不连续，在载波间隙时间内无法耦合得到能量。同时，在阅读器发射的电磁场中，标签天线端的载波幅度会随场强大小的不同而发生改变，且在100%ask 调制下载波不连续，导致电源稳定性不足，标签芯片还需要稳压电路。

技术实现思路

1、本发明提供一种模拟前端电路及近场通信芯片，用以解决现有技术中电源稳定性不足的缺陷。

2、本发明提供一种模拟前端电路，用于近场通信芯片，所述模拟前端电路包括：

3、天线，直流电压电路、稳压电路、时钟提取电路、解调电路与负载调制电路；

4、所述直流电压电路分别与天线和稳压电路连接，所述稳压电路分别与负载调制电路和数字后端电路连接，所述负载调制电路、所述时钟提取电路、所述解调电路均分别与天线和数字后端电路连接；

5、所述天线用于接收阅读器发送的载波信号；

6、所述载波信号经直流电压电路生成输入电压vhd，输入电压vhd 再经稳压电路生成稳定的芯片内部电源电压vdd供给负载调制电路以及解调电路，用于保证负载调制电路和解调电路的正常工作；

7、所述时钟提取电路与所述解调电路接收天线传输的载波信号，分别生成时钟信号clk和数据解调信号d_in送到数字后端电路；

8、所述负载调制电路接收数字后端电路基于时钟信号clk和数据解调信号d_in生成的应答信号d_out，并将应答信号作为副载波调制到天线的载波信号中，经由天线输出至阅读器。

9、根据本发明提供的一种模拟前端电路，所述直流电压电路包括整流电路和限幅电路，所述限幅电路分别与天线和所述整流电路连接，所述整流电路分别与天线和稳压电路连接；

10、所述载波信号经由所述整流电路和所述限幅电路处理后，生成所述输入电压vhd发送至所述稳压电路。

11、根据本发明提供的一种模拟前端电路，所述整流电路包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第一泄流管以及第二泄流管；

12、所述第一反相器、所述第二反相器、所述第三反相器和所述第一泄流管均与天线连接；

13、所述第一反相器生成输入电压至稳压电路；

14、所述第一泄流管和第二泄流管采用交叉栅接法连接，作为开关管；

15、所述第二反相器生成限幅电压vlimit-in至所述限幅电路；

16、所述第三反相器生成解调电压vdemod-in至所述解调电路。

17、根据本发明提供的一种模拟前端电路，所述负载调制电路包括：

18、二进制编码控制电路，包括第四反相器和第五反相器，所述第四反相器和第五反相器均与稳压电路连接，第四反相器接收所述应答信号d_out，且第四反相器和第五反相器互相连接，用于输出控制信号至电平转换电路；

19、电平转换电路，包括pmos管mp3、pmos管mp4、nmos管mn11以及nmos管mn12；

20、pmos管mp3的源极与稳压电路连接，pmos管mp3的栅极与pmos管mp4的漏极以及nmos管mn12的漏极连接；

21、pmos管mp4的源极与稳压电路连接，pmos管mp3的栅极与pmos管mp3的漏极以及nmos管mn11的漏极连接；

22、nmos管mn11的源极接地，nmos管mn11的栅极与第四反相器的输出连接；

23、nmos管mn12的源极接地，nmos管mn12的栅极与第五反相器的输出连接；

24、泄流管mn13和泄流管mn14，泄流管mn13的源极和泄流管mn14的源极接地，泄流管mn13的栅极和泄流管mn14的栅极均与pmos管mp4的漏极连接；

25、泄流管mn13的漏极通过电阻r1与天线连接，泄流管mn14的漏极通过电阻r2与天线连接；

26、当所述应答信号d_out为低电平，nmos管mn11 与pmos管mp4导通，泄流管mn13和泄流管mn14导通，电流将从天线流向电阻r1和电阻r2，天线两端的电压下降，以将应答信号作为副载波调制到天线的载波信号中。

27、根据本发明提供的一种模拟前端电路，所述限幅电路包括：泄流管mn15、泄流管mn16以及控制电路；

28、所述控制电路包括pmos管mp5、pmos管mp6、pmos管mp7、电阻r3、电阻r4和电容c1；

29、所述泄流管mn15的源极接地，所述泄流管mn15的漏极与天线连接，所述泄流管mn15的栅极与pmos管mp7的漏极连接；

30、所述泄流管mn16的源极接地，所述泄流管mn16的漏极与天线连接，所述泄流管mn16的栅极与pmos管mp7的漏极连接；

31、pmos管mp5的源极与第二反相器连接，用于接收所述限幅电压，pmos管mp5的栅极与pmos管mp3的栅极连接，pmos管mp5的漏极与pmos管mp6的漏极连接；

32、pmos管mp6的源极与第二反相器连接，用于接收所述限幅电压，pmos管mp6的栅极与pmos管mp6的漏极连接；

33、pmos管mp7的源极与pmos管mp6的漏极连接，pmos管mp7的栅极与pmos管mp7的漏极连接，且pmos管mp7的漏极通过电阻r3接地；

34、pmos管mp6的源极与pmos管mp7的漏极之间还通过串联的电阻r4以及电容c1连接；

35、其中，所述pmos管mp5 受所述限幅电压d_out 电平控制，当负载调制电路开启时，pmos管mp5 开启并将二极管连接的pmos管mp6 短路，限幅电路开启。

36、根据本发明提供的一种模拟前端电路，所述稳压电路包括：启动电路、基准电路、镜像电路、反馈调节电路以及mos 电容；

37、所述启动电路、所述基准电路、所述镜像电路、所述反馈调节电路以及mos 电容依次连接，所述启动电路与直流电压电路连接，用于接收输入电压，且所述反馈调节电路与输出端连接，用于输出稳定的芯片内部电源电压vdd供给负载调制电路以及解调电路。

38、根据本发明提供的模拟前端电路，所述启动电路包括：电阻r4、pmos管mp8、nmos管mn17以及nmos管mn18；

39、pmos管mp8的源极通过电阻r4与整流电路连接，以接收所述输入电压，pmos管mp8的栅极与nmos管mn17的栅极连接，pmos管mp8的漏极分别与nmos管mn18的栅极以及nmos管mn17的漏极连接；

40、nmos管mn17的源极以及nmos管mn18的源极接地；

41、所述基准电路包括：pmos管mp9、pmos管mp10、nmos管mn19、nmos管mn20、三极管q1和电阻r5，用于生成基准电流输入至镜像电路和反馈调节电路；

42、pmos管mp9的源极与所述第一反相器连接，以接收所述输入电压，pmos管mp9的栅极与nmos管mn18的漏极连接，pmos管mp9的漏极分别与nmos管mn19的漏极以及pmos管mp8的栅极连接；

43、pmos管mp10的源极与所述第一反相器连接，以接收所述输入电压，pmos管mp10的栅极与nmos管mn18的漏极连接，pmos管mp10的漏极分别与nmos管mn20的漏极以及nmos管mn18的漏极连接；

44、nmos管mn19的源极与三极管q1的发射极连接，nmos管mn19的栅极与nmos管mn20的栅极连接；

45、nmos管mn20的源极通过电阻r5接地；nmos管mn20的漏极与偏置电压输出端连接，用于输出偏置电压；

46、三极管q1的基极与集电极均接地；

47、所述镜像电路包括：pmos管mp11、pmos管mp12、nmos管mn21、nmos管mn22 和nmos管mn23；

48、pmos管mp11的源极与所述第一反相器连接，以接收所述输入电压，pmos管mp11的栅极分别与pmos管mp12的栅极以及pmos管mp10的漏极连接，pmos管mp11的漏极与nmos管mn22的漏极连接；

49、pmos管mp12的源极与所述第一反相器连接，以接收所述输入电压，pmos管mp12的漏极与nmos管mn21的漏极连接；

50、nmos管mn21的源极与nmos管mn23的漏极连接，nmos管mn21的栅极与pmos管mp11的漏极连接；

51、nmos管mn22的源极接地，nmos管mn22的栅极与nmos管mn23的栅极以及nmos管mn22的漏极连接；

52、nmos管mn23的源极接地；

53、所述反馈调节电路包括：pmos管mp13、pmos管mp14、pmos管mp15以及pmos管mp16；

54、pmos管mp13的源极与所述第一反相器连接，以接收所述输入电压，pmos管mp13的栅极与pmos管mp12的漏极连接，pmos管mp13的漏极分别与pmos管mp14的源极以及输出端连接，用于输出稳定的芯片内部电源电压vdd供给负载调制电路以及解调电路；

55、pmos管mp14的栅极与nmos管mn22的栅极连接，pmos管mp14的漏极与nmos管mn23的漏极连接；

56、pmos管mp15的源极与pmos管mp13的漏极连接，pmos管mp15的栅极与控制端连接，用于接收控制信号，pmos管mp15的漏极与pmos管mp16的源极连接；

57、pmos管mp16的栅极与pmos管mp14的栅极连接，pmos管mp16的漏极与pmos管mp14的漏极连接；

58、所述mos电容的一端接地，所述mos电容的另一端与pmos管mp13的漏极连接。

59、根据本发明提供的模拟前端电路，所述解调电路包括：依次连接的包络提取电路、第六反相器和第七反相器；

60、所述包络提取电路包括：pmos管mp19、pmos管mp20、nmos管mn28、nmos管mn29以及电容c3；

61、所述pmos管mp19的源极与所述第一反相器连接，用于接收所述输入电压，所述pmos管mp19的栅极与偏置电压输出端连接，用于接收所述偏置电压，所述pmos管mp19的漏极与nmos管mn28的漏极连接；

62、pmos管mp20的栅极分别与偏置电压输出端以及所述第一反相器连接，用于接收所述偏置电压以及所述输入电压，pmos管mp20的源极与所述第三反相器连接，用于接收所述解调电压，pmos管mp20的漏极与nmos管mn29的漏极连接；

63、nmos管mn28的源极接地，nmos管mn28的栅极与nmos管mn28的漏极连接；

64、nmos管mn29的源极接地，nmos管mn29的栅极与nmos管mn28的栅极连接；

65、pmos管mp20的源极通过所述电容c3接地；

66、pmos管mp20的源极与第六反相器连接；

67、所述第七反相器与第六反相器连接，且所述第七反相器与稳压电路的输出端连接，用于接收所述芯片内部电源电压vdd，所述第七反相器输出数据解调信号d_in至数字后端电路。

68、根据本发明提供的模拟前端电路，所述时钟提取电路包括：nmos管mn26、nmos管mn27、第八反相器、第九反相器以及整形输出电路；

69、nmos管mn26的源极接地，nmos管mn26的栅极与天线的一端连接，nmos管mn26的漏极分别与第八反相器的输入端以及第九反相器的输入端连接；

70、nmos管mn27的源极接地，nmos管mn27的栅极与天线的另一端连接，nmos管mn27的漏极分别与第八反相器的输出端以及第九反相器的输出端连接；

71、第八反相器和第九反相器的输出端均与整形输出电路的输入端连接，且所述整形输出电路的输出端与数字后端电路连接，用于将生成的时钟信号clk输出至所述数字后端电路。

72、本发明还提供一种近场通信芯片，包括如上所述的模拟前端电路、数字后端电路以及存储器；其中，所述模拟前端电路与所述数字后端电路连接，所述数字后端电路与所述存储器连接。

73、本发明提供的模拟前端电路及近场通信芯片，通过直流电压电路将天线的交流载波信号转化为直流的输入电压，并不直接供给调制和解调电路，而是通过稳压电路将输入电压生成稳定的芯片内部电源电压后再供给负载调制电路和解调电路，以保证电路内部的电源稳定，再通过解调电路和时钟提取电路将时钟信号和数据解调信号送到数字后端电路，通过负载调制电路接收数字后端电路生成的应答信号，并将应答信号作为副载波调制到天线的载波信号中，从而在实现近场通信芯片与天线之间的信号交互的同时，通过稳压电路保证电路内部的电压稳定。

74、其次，本发明提供的模拟前端电路，通过在整流电路、限幅电路和负载调制电路中设置泄流管，实现静电保护，在增强了芯片的静电保护性能的同时通过器件复用的方式，无需再设置单独的静电保护电路，从而减小了芯片面积，降低了芯片成本。