非接触式IC卡射频前端电路设计

图2 半波整流电路改进形式

调制电路

调制电路用来将数字部分的输出信号叠加到载波上,以便于发射。调制可分为两步,第一步,数字信号对副载波进行BPSK 调制,第二步,将BPSK调制输出的数字信号进行ASK 调制后经天线发射出去。其中BPSK 调制放在数字部分实现。在射频端,所要实现的是利用经BPSK 调制后的输出信号(依然为数字信号,只不过频率为副载波的频率)再对射

频载波进行ASK 调制。调制电路采用的是电容负载调制,电路原理图如图3 所示。电路中,LCR谐振回路中总电容的大小取决于M 导通与否,利用数字信号Sin 控制开关管M 的通断,从而决定了谐振回路电容值的大小(M 导通时,总

电容值为C1+C2,M 关断时,总电容值为C2) ,从而使得LCR 回路的谐振点频率随数字信号电平不同而变化,对于特定频率的外部射频信号,感应信号电压幅度随数字信号电平值的变化而变化,从而实现了类似A SK 的负载调制。

解调电路

解调电路从读卡器发射的ASK 信号中恢复出数字信号,因此解调部分只需利用一个包络检波器取出包络,然后经比较器与基准电压比较即可恢复出原来的数字信号。可以看出,由于读卡器发射信号采用10% ASK 调制,因此相对简化了卡上解调电路。此处采用了两个改进半波整流电路(如前所述) 来构成包络检波器,如图4 所示。在该电路中,V A、V B之间为天线感应的外界场信号(为10% ASK 调制信号) ,此时V SS端对应该调幅信号的最低端,而V out对应该信号的最高端(由于晶体管的阈值损失,因此这两个电位与调幅信号的高低峰值相差一个V th) ,由于V SS为卡上电路的公共接地端,故此对应的检波输出信号V out在不同数值(“1”或“0”) 时起伏更为剧烈,从而降低了对解调电路比较器灵敏度的要求。一关键问题是如何确定包络检波输出信号的中心电压(平均值) ,用它作为比较器的基准电压,完成模数转换。由于影响包络幅值的因素很多,比如信号强弱、工作距离的远近等都会使场磁信号的幅度发生变化,因此很难确定其平均值。为此设计了一种自适应比较电路,原理如图5。在该图中,V out为图4 所示包络检波电路的输出,D out为解调后输出数字信号,Bias 为片上一稳定偏置电压(由解调基准电压产生电路产生)。很显然,在稳态时,比较器两个输入端Minus、Plus 电压均为偏置电压Bias。而在接收到调幅信号时,由于包络检波输出V out出现波动,该波动通过电容C2耦合到比较器Plus 端,使该端电压随V out起伏而起伏,而Minus 端电压则一直等于Bias 端电压,比较器检测出包络起伏,完成了数字信号的解调。

图4 包络检波电路