專利名稱：一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置。
背景技術(shù)：
如今，已經(jīng)出現(xiàn)了在手機(jī)中的SIM(Subscriber Identity Module,用戶識別模塊)卡上增加射頻功能(稱為射頻SIM卡)或者在手機(jī)主板 上增加近距離通信模塊來實現(xiàn)手機(jī)近距離通信的方法，這種方法的出現(xiàn)使得手機(jī)成為一個可以充值、消費、交易及身份認(rèn)證的超級智能終端，極大地滿足市場的迫切需求。其中，基于射頻SIM的手機(jī)近距離解決方案以其簡單、無需更改手機(jī)等優(yōu)勢得到廣泛的關(guān)注，在該方案中，射頻SIM采用UHF (Ultra HighFrequency，超高頻)等技術(shù)使得射頻SIM卡嵌入在手機(jī)內(nèi)部時射頻信號仍然可以從手機(jī)中透射出來，從而實現(xiàn)不必對現(xiàn)有的手機(jī)進(jìn)行任何結(jié)構(gòu)改變就可使得手機(jī)具備近距離通信功能。但是，不同手機(jī)由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同造成射頻信號透射效果存在很大的差異，透射強(qiáng)的手機(jī)其射頻SIM卡射頻通信距離可能達(dá)到幾米遠(yuǎn)的距離，透射弱的手機(jī)其射頻SM卡通信距離也可以達(dá)到幾十厘米。在移動支付應(yīng)用中，如公交地鐵刷卡，通常都會對于交易距離有嚴(yán)格的要求以確保交易的安全，例如交易距離要求限制在IOcm以下，以防止用戶在不知情的情況下誤刷，造成損失；另一方面，還要求在規(guī)定距離以下保證通信的可靠性，以提高交易的效率。因此，基于射頻SM的手機(jī)在增加近距離通信功能的同時，還必須能夠有效控制其交易的距離范圍。因此又提出了一種低頻交變磁場近距離通訊結(jié)合RF高頻通訊的系統(tǒng)和方法，解決了上述問題。該系統(tǒng)利用低頻交變磁場實現(xiàn)距離檢測和控制，并實現(xiàn)讀卡器和卡的單向通訊，利用RF通道結(jié)合低頻通訊實現(xiàn)終端的可靠綁定，同時利用RF通道實現(xiàn)讀卡器和卡之間高速的數(shù)據(jù)通訊。但是，該方案中，低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)(處于卡的一方)中所接收到的低頻信號夾雜著電路噪聲和環(huán)境噪聲，影響了距離檢測和控制的精度，因此，如何有效地減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號的干擾成為目前亟待解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，應(yīng)用于近距離通信系統(tǒng)，包括至少一個磁感應(yīng)模塊、至少一個低通濾波模塊、至少一個放大器、至少一個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和至少一個比較器，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、放大器順次相連，所述放大器的輸出端與所述比較器的正向輸入端相連，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述比較器的反向輸入端相連，所述放大器為雙端輸入單端輸出放大器。
進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，包括一個磁感應(yīng)模塊、一個低通濾波模塊、一個放大器、兩個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和兩個比較器，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、放大器順次相連，所述放大器的輸出端分別與所述兩個比較器的正向輸入端相連，所述兩個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器與所述兩個比較器組成兩路，每一路中數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的反向輸入端相連，每上下兩路組成一對，共一對。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，包括一個磁感應(yīng)模塊、一個低通濾波模塊、一個放大器、六個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和六個比較器，所述放大器的輸出端分別與所述六個比較器的正向輸入端相連，所述六個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器與所述六個比較器組成六路，每一路中數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的反向輸入端相連，每上下兩路組成一對，共三對。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述磁感應(yīng)模塊為磁感應(yīng)線圈、霍爾器件 或巨磁阻器件。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述磁感應(yīng)模塊為磁感應(yīng)線圈，所述磁感應(yīng)線圈的兩輸出端直接與所述低通濾波模塊的兩輸入端相連。 進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述磁感應(yīng)模塊為霍爾器件，所述霍爾器件的兩個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊兩個輸入端相連；或者所述霍爾器件一個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊一個輸入端相連，而所述霍爾器件的另一個輸出端直接與低通濾波模塊另一個輸入端相連；或者所述霍爾器件的兩個輸出端直接與所述低通濾波模塊的兩個輸入端相連。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述磁感應(yīng)模塊為巨磁阻器件，所述巨磁阻器件的兩個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊的兩個輸入端相連；或者所述巨磁阻器件的一個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊的一個輸入端相連，而所述巨磁阻器件的另一個輸出端直接與所述低通濾波模塊的另一個輸入端相連；或者所述巨磁阻器件的兩個輸出端直接與所述低通濾波模塊的兩個輸入端相連。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述放大器為接成電阻負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的單級放大器或多級級聯(lián)放大器。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ral和電阻Rbl;電阻Ral的一端接信號輸入端口 IN,另一端接所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Rbl接在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端和輸出端之間，所述第一雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端接共模電壓VCM ；第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Rel、電阻Re2、電容C1和電容C2 ;電阻Ra2和電阻Rb2順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra2和電阻Rb2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Rel和電容C1順次串聯(lián)在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和地GND之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在電阻Rcl和電容C1的接點與共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Re3、電阻Re4、電容C3和電容C4 ；電阻Ra3和電阻Rb3順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra3和電阻Rb3的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Rc^和電容C3順次串聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和地GND之間，電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在電阻Re3和電容C3的接點與共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Re4的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第四級包括第四放大器、電容C5和電阻Re5 ；電容C5和電阻Re5順次串聯(lián)在所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Re5的接點接所述第四放大器的同向輸入端，所述第四放大器的反向輸入端和輸出端相連。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ral、電阻Rbl和電容C1 ；電阻Ral接在信號輸入端IN和所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端之間，電阻Rbl和電容C1并聯(lián)在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端和輸出端之間，所述第一雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端接共模電壓VCM ；第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻、電容C2和電容C3 ；電阻Ra2接在共模電壓VCM和所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端之間，電阻Rb2和電容C3并聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端和輸出端之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Re4和電容C4 ；電阻Ra3和電阻Rb32順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra3和電阻Rb32的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Re4的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第四級包括第四放大器、電阻Re5和電容C5 ；電容C5和電阻Rrf順次串聯(lián)在所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Re5的接點接所 述第四放大器的同向輸入端，所述第四放大器的反向輸入端和輸出端相連。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一放大器、電阻Ral、電阻Rbl、電阻Rall和電阻Rbll ；電阻Ral和電阻Rbl順次串聯(lián)在正向信號輸入端INP和所述第一放大器的輸出端之間，電阻Ral和電阻Rbl的接點接所述第一放大器的反向輸入端，電阻Rall和電阻Rbll順次串聯(lián)在反向信號輸入端INN和地GND之間，電阻Rall和電阻Rbll的接點接所述第一放大器的同向輸入端；第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Rcl、電阻艮2、電容C1和電容C2 ;電阻Ra2、電阻Rb2順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra2、電阻Rb2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Rel、電容C1順次串聯(lián)在所述第一放大器的輸出端和地GND之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在電阻Rcl、電容C1的接點與共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；
第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Re3、電阻Re4、電容C3和電容C4 ；電阻Ra3和電阻Rb3順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra3和電阻接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Re3和電容C3順次串聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和地GND之間，電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在電阻Re3和電容C3的接點與共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Re4的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第四級包括第四放大器、電阻Re5和電容C5 ；電容C5和電阻Rrf順次串聯(lián)在所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Re5的接點接所述第四放大器的同向輸入端，所述第四放大器的反向輸入端和輸出端相連。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為電流模式R2R結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍最大為二分之一電源地電壓。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為電流模式R2R結(jié) 構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍不局限于二分之一電源地電壓，并且共模電平可調(diào)節(jié)。 進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為電壓模式R2R結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍不局限于二分之一電源地電壓。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為R2R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍大至電源地電壓。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，用于比較高電平的比較器包括三個NMOS管MnO、Mnl、Mn2和兩個PMOS管Mpl、Mp2，以及一個反向器，PMOS管Mpl和PMOS管Mp2的柵極相連，源極均接電源Vcc，PMOS管Mpl的漏極接NMOS管Mnl的漏極，NMOS管Mn I和NMOS管Mn2的源極均接NMOS管MnO的漏極，NMOS管Mn2的漏極接PMOS管Mp2的漏極，NMOS管MnO的源極接地GND，柵極接偏置電壓Vbn，反向器的輸入端接PMOS管Mp2的漏極，NMOS管Mn2的柵極為比較器的正向輸入端Vin+，NMOS管Mnl的柵極為比較器的反向輸入端Vin-，反向器的輸出端為比較器的輸出端Vo。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，用于比較低電平的比較器包括三個PMOS管MpO、Mp3、Mp4和兩個NMOS管Mn3、Mn4以及一個反向器，PMOS管MpO的源極接電源Vcc，柵極接偏置電壓Vbp，漏極接PMOS管Mp3和PMOS管Mp4的源極，PMOS管Mp3的漏極接NMOS管Mn3的漏極和柵極，NMOS管Mn3和NMOS管Mn4的源極接地GND，NMOS管Mn4的漏極接PMOS管Mp4的漏極，反向器的輸入端接NMOS管Mn4的漏極，PMOS管Mp4的柵極為比較器的正向輸入端Vin+，PMOS管Mp3的柵極為比較器的反向輸入端Vin-，反向器的輸出端為比較器的輸出端Vo。進(jìn)一步地，上述裝置還可具有以下特點，所述放大器的偏置電壓產(chǎn)生電路包括2級低壓差線性穩(wěn)壓器。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提出了一種低頻信號檢測方法，基于上述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，包括步驟a，通過實驗，測量磁感應(yīng)模塊與發(fā)送低頻磁場的讀卡器在不同距離點的感應(yīng)電壓經(jīng)放大器放大后的電壓幅值，確定該電壓幅值與距離的對應(yīng)關(guān)系，并建立電壓幅值與距離的對應(yīng)表；
步驟b，根據(jù)解碼低頻信號傳輸數(shù)據(jù)及控制刷卡距離的需要，結(jié)合信噪比要求，通過一對或多對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的雙電平門限形成遲滯判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳輸?shù)拇a流信息，或者通過一個或多個數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的單電平門限形成判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳輸?shù)拇a流信息；通過一對或多對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的雙電平門限形成非遲滯判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳遞的距離特征信息，或者通過一個或多個數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的單電平門限形成非遲滯判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳遞的距離特征信息；步驟C，對非遲滯判決條件判決后信號進(jìn)行采樣，得到O、I碼流序列，設(shè)置I信號比例門限，在設(shè)定的時間窗長度內(nèi)對該碼流序列進(jìn)行統(tǒng)計，當(dāng)I信號所占碼流序列比例達(dá)到預(yù)設(shè)比例門限時，則認(rèn)為進(jìn)入預(yù)設(shè)距離范圍，否則認(rèn)為未進(jìn)入該距離范圍；對遲滯判決條件判決后的信號序列進(jìn)行解碼，提取低頻磁場的碼流信息，完成低頻磁場信號單向通信。
進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述步驟b中，根據(jù)步驟a中所述電壓幅值與距離的對應(yīng)表，結(jié)合解碼距離、距離控制的要求、設(shè)置I信號的比例門限設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述成對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平為非遲滯判決條件，其設(shè)置方法為設(shè)期望控制的距離為D1，查找電壓幅值與距離的對應(yīng)表，得到距離Dl對應(yīng)的信號變化幅度為+Al到-Al，設(shè)置I信號的比例門限為Rl，根據(jù)Al及R1，設(shè)置輸出給比較器的電平L1、L2，滿足在一個周期內(nèi)，模擬前端裝置輸出信號幅度大于LI或小于L2的時間百分比等于R1，即大于Rl則進(jìn)入要求控制的距離Dl范圍內(nèi)，否則沒有進(jìn)入要求控制距離Dl的范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述成對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平為遲滯判決條件，其設(shè)置方法為設(shè)期望進(jìn)行解碼的距離為D2，查找電壓幅值與距離的對應(yīng)表，得到距離D2對應(yīng)信號的變化幅度為+A2到-A2，測得大多數(shù)噪聲產(chǎn)生的幅度為A3，設(shè)置輸出給比較器的電平L3、L4,使得L3大于+A3且小于+A2 ；L4小于-A3且大于-A2,即當(dāng)距離小于D2時則允許解碼，否則不允許解碼。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述步驟b中，對輸入為非遲滯判決條件比較電平的兩個比較器輸出信號進(jìn)行邏輯或處理，得到用于提取距離信息的數(shù)字信號。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述步驟b中，對輸入為遲滯判決條件比較電平的兩個比較器輸出進(jìn)行遲滯處理，得到用于提取磁場碼流信息的數(shù)字信號。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述步驟c中，設(shè)置數(shù)字毛刺濾波器對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行毛刺濾除，從濾除毛刺的信號中解碼出低頻磁場數(shù)據(jù)流。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述步驟b中，使用單個數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出單比較電平提取磁場距離信息和碼流信息。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，使用單個比較器輸出比較電平提取磁場碼流信息，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平設(shè)置為放大器輸入?yún)⒖茧娖?。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，使用單個比較器或成對比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行解碼。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，使用單比較器或成對比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行單個距離的判斷；使用多個單比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行多個距離的判斷，或者使用多個成對比較器進(jìn)行多個距離、多個距離區(qū)間的判斷；使用多個單比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行多個距離的判斷，或者使用多個成對比較器進(jìn)行多個距離、多個距離區(qū)間的判斷。進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，混合使用多個單比較器和成對比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行多個距離、多個距離區(qū)間的判斷。本發(fā)明能夠減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。


圖1為本發(fā)明實施例用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置的一種結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實施例用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置的另一種結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明實施例用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置的再一種結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實施例中一種可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明實施例中另一種可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明實施例中再一種可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)圖；圖7.1為本發(fā)明實施例中一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖；圖7. 2為本發(fā)明實施例中另一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖；圖7. 3為本發(fā)明實施例中再一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖；圖7. 4為本發(fā)明實施例中又一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖；圖8為本發(fā)明實施例中一種比較器的結(jié)構(gòu)圖；圖9為本發(fā)明實施例中另一種比較器的結(jié)構(gòu)圖；圖10為本發(fā)明實施例中可編程增益放大器的一種偏置電壓產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)圖；圖11.1為本發(fā)明實施例中第一種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖11. 2為本發(fā)明實施例中第二種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖11. 3為本發(fā)明實施例中第三種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖11. 4為本發(fā)明實施例中第四種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖11. 5為本發(fā)明實施例中第五種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖11. 6為本發(fā)明實施例中第六種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖11. 7為本發(fā)明實施例中第七種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖；圖12為本發(fā)明實施例中低頻信號檢測方法的流程圖；圖13為本發(fā)明實施例中通過實驗測得的將磁感應(yīng)模塊置入不同移動通信終端，距離與低頻感應(yīng)信號幅度值的對應(yīng)關(guān)系示意圖；圖14為本發(fā)明實施例中使用成對的比較器采用磁場數(shù)據(jù)低頻信號檢測方法進(jìn)行解碼處理的示意圖；圖15為本發(fā)明實施例中使用成對的比較器采用低頻信號檢測方法進(jìn)行距離控制處理的不意圖；圖16為本發(fā)明實施例中使用單個比較器采用磁場數(shù)據(jù)低頻信號檢測方法進(jìn)行解碼處理的示意圖；圖17為本發(fā)明實施例中使用單個比較器采用低頻信號檢測方法進(jìn)行距離控制處理的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的主要構(gòu)思是，在低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中增加一個模擬前端裝置，來減少電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號的干擾，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。圖1為本發(fā)明實施例用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置的一種結(jié)構(gòu) 圖。如圖1所示，本發(fā)明的低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，包括磁感應(yīng)模塊100、低通濾波模塊104、放大器101、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102和比較器103，磁感應(yīng)模塊100、低通濾波模塊104、放大器101順次相連,放大器101的輸出端與比較器103的正向輸入端相連，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102的輸出端與比較器103的反向輸入端相連。本發(fā)明中，放大器101為雙端輸入單端輸出放大器。放大器101對輸入的微弱信號進(jìn)行預(yù)放大，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102將由數(shù)字控制器輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后利用比較器103對兩個信號進(jìn)行比較，得到需要的數(shù)字信號，傳輸?shù)綌?shù)字控制器中進(jìn)行處理。這里所提到的數(shù)字控制器屬于低頻檢測及傳輸系統(tǒng)，但不屬于模擬前端，其作用是根據(jù)比較器輸出進(jìn)行比較器和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器打開/關(guān)斷模式的控制。圖2為本發(fā)明實施例中用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置的另一種結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，本實施例中，低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，包括一個磁感應(yīng)模塊100、一個低通濾波模塊104、一個放大器101、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器105和比較器103、比較器106，磁感應(yīng)模塊100、低通濾波模塊104、放大器101順次相連，放大器101的輸出端分別與比較器103、比較器106的正向輸入端相連，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器102、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器105與比較器103、比較器106組成兩路，每一路中數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的反向輸入端相連，每上下兩路組成一對，共一對。圖3為本發(fā)明實施例中用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置的再一種結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示，本實施例中，低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，包括一個磁感應(yīng)模塊100、一個低通濾波模塊104、一個放大器201、六個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器202、203、204和六個比較器205、206、207，放大器201的輸出端分別與六個比較器205、206、207的正向輸入端相連，六個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器202、203、204與六個比較205、206、207器組成六路，每一路中數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的反向輸入端相連，每上下兩路組成一對，共三對。本發(fā)明中，放大器可以為接成電阻負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的單級放大器或多級級聯(lián)放大器。這里，我們給出幾種級聯(lián)放大器的實例。圖4為本發(fā)明實施例中一種可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，本發(fā)明實施例中，放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一雙端輸入單端輸出放大器301、電阻Ral和電阻Rbl ;電阻Ral的一端接信號輸入端口 IN,另一端接第一雙端輸入單端輸出放大器301的反向輸入端，電阻Rbl接在第一雙端輸入單端輸出放大器301的反向輸入端和輸出端之間，第一雙端輸入單端輸出放大器301的同向輸入端接共模電壓VCM ;第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器302、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Rc^電阻艮2、電容C1和電容C2 ；電阻Ra2和電阻Rb2順次串聯(lián)在共模電壓VCM和第二雙端輸入單端輸出放大器302的輸出端之間，電阻Ra2和電阻Rb2的接點接第二雙端輸入單端輸出放大器302的反向輸入端，電阻Rcil和電容C1順次串聯(lián)在第一雙端輸入單端輸出放大器301的輸出端和地GND之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在電阻Rcl和電容C1的接點與共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接第二雙端輸入單端輸出放大器302的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器303、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻艮3、電阻1 。4、電容C3和電容C4 ；電阻Ra3和電阻Rb3順次串聯(lián)在共模電壓VCM和第三雙端輸入單端輸出放大器303的輸出端之間，電阻Ra3和電阻Rb3的接點接第三雙端輸入單端輸出放大器303的反向輸入端，電阻Rc3和電容C3順次串聯(lián)在第二雙端輸入單端輸出放大器302的輸出端和地GND之間，電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在電阻Re3和電容C3的接點與共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Re4的接點接第三雙端輸入單端輸出放大器303的同向輸入端；第四級包括第四放大器304、電容 C5和電阻Re5 ；電容C5和電阻Re5順次串聯(lián)在第三雙端輸入單端輸出放大器303的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Rrf的接點接第四放大器304的同向輸入端，第四放大器304的反向輸入端和輸出端相連。圖4所示的放大器是一種可編程增益放大器，其具有低通和高通濾波的功能，共分為4級,每個方框內(nèi)的電路為一級,IN為信號輸入端口、VCM為共模電壓輸入端口、Vout信號輸出端口。運(yùn)算放大器301 (即第一雙端輸入單端輸出放大器)接成電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，其閉環(huán)增益由Rbl和Ral的比值確定，Rbl和Ral的比值可調(diào)。Rc^CpC2Ac2構(gòu)成一階低通和高通濾波器;C2具有隔直的作用，隔斷第一級電路的失調(diào)電壓傳到第二級；運(yùn)算放大器302 (即第二雙端輸入單端輸出放大器)接成電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，其閉環(huán)增益由Rb2和Ra2的比值確定，Rb2和Ra2的比值可調(diào)。Rc^CpCpRe4構(gòu)成一階低通和高通濾波器;C4具有隔直的作用，隔斷第二級的電路的失調(diào)電壓傳到第三級；運(yùn)算放大器303 (即第三雙端輸入單端輸出放大器)接成電阻負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，其閉環(huán)增益由Rb3和Ra3的比值確定，Rb3和Ra3的比值可調(diào)。C5、RC5構(gòu)成一階高通濾波器；同時隔斷前面電路的失調(diào)電壓傳到最后一級；運(yùn)算放大器304(即第四放大器)接成單位增益的緩沖器結(jié)構(gòu)。整個PGA的失調(diào)電壓只有接成單位增益緩沖器結(jié)構(gòu)運(yùn)算放大器304的失調(diào)電壓。該可編程增益放大器的低頻截止頻率由Rca和CpRci3和C3共同確定，高頻截止頻率由C2和Re2、C4和Re4、C5和Rra共同確定。本實施例如果兩級放大可以滿足要求可以去掉第三級，構(gòu)成三級結(jié)構(gòu)，為保證頻響構(gòu)成低通的Rca和Cp Rc3和C3可以保留或部分保留，構(gòu)成高通的C2和RC2、C4和Rc4、C5和Re5可以保留或部分保留。如果一級放大可以滿足要求可以去掉第二級和第三級，構(gòu)成兩級結(jié)構(gòu)，為保證頻響構(gòu)成低通的Rci和CpRe3和C3可以保留或部分保留，構(gòu)成聞通的C2和1^2、C4和1^4、C5和Rc5可以保留或部分保留。圖5為本發(fā)明實施例中另一種可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)圖。如圖5所示，本發(fā)明實施例中，放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一雙端輸入單端輸出放大器301、電阻Ral、電阻Rbl和電容C1 ;電阻Ral接在信號輸入端I N和第一雙端輸入單端輸出放大器301的反向輸入端之間，電阻Rbl和電容C1并聯(lián)在第一雙端輸入單端輸出放大器301的反向輸入端和輸出端之間,第一雙端輸入單端輸出放大器301的同向輸入端接共模電壓VCM ;第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器302、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻艮2、電容C2和電容C3 ;電阻Ra2接在共模電壓VCM和第二雙端輸入單端輸出放大器302的反向輸入端之間，電阻Rb2和電容C3并聯(lián)在第二雙端輸入單端輸出放大器302的反向輸入端和輸出端之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在第一雙端輸入單端輸出放大器301的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接第二雙端輸入單端輸出放大器302的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器303、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Re4和電容C4 ;電阻Ra3和電阻Rb32順次串聯(lián)在共模電壓VCM和第三雙端輸入單端輸出放大器303的輸出端之間，電阻Ra3和電阻Rb32的接點接第三雙端輸入單端輸出放大器303的反向輸入端，電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在第二雙端輸入單端輸出放大器302的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Re4的接點接第三雙端輸入單端輸出放大器303的同向輸入端；第四級包括第四放大器304、電阻Re5和電容C5 ；電容C5和電阻Re5順次串聯(lián)在第三雙端輸入單端輸出放大器303的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Re5的接點接第四放大器304的同向輸入端，第四放大器304的反向輸入端和輸出端相連。
圖5所示的放大器也是一種可編程增益放大器，其與圖4中結(jié)構(gòu)的唯一區(qū)別為低通截止頻率由Rbl和Cp Rb2和C2共同確定。圖6為本發(fā)明實施例中再一種可編程增益放大器的結(jié)構(gòu)圖。如圖6所示，本發(fā)明實施例中，放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一放大器
301、電阻Ral、電阻Rbl、電阻Rall和電阻Rbll;電阻Ral和電阻Rbl順次串聯(lián)在正向信號輸入端INP和第一放大器301的輸出端之間，電阻Ral和電阻Rbl的接點接第一放大器301的反向輸入端，電阻Rall和電阻Rbll順次串聯(lián)在反向信號輸入端INN和地GND之間，電阻Rall和電阻Rbll的接點接第一放大器301的同向輸入端；第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器
302、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Rc^電阻艮2、電容C1和電容C2；電阻Ra2、電阻Rb2順次串聯(lián)在共模電壓VCM和第二雙端輸入單端輸出放大器302的輸出端之間，電阻Ra2、電阻Rb2的接點接第二雙端輸入單端輸出放大器302的反向輸入端，電阻Ru、電容C1順次串聯(lián)在第一放大器301的輸出端和地GND之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在電阻Rca、電容C1的接點與共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接第二雙端輸入單端輸出放大器302的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器303、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Re3、電阻Re4、電容C3和電容C4 ;電阻Ra3和電阻Rb3順次串聯(lián)在共模電壓VCM和第三雙端輸入單端輸出放大器303的輸出端之間，電阻Ra3和電阻接點接第三雙端輸入單端輸出放大器303的反向輸入端，電阻Re3和電容C3順次串聯(lián)在第二雙端輸入單端輸出放大器302的輸出端和地GND之間，電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在電阻Re3和電容C3的接點與共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Rci4的接點接第三雙端輸入單端輸出放大器303的同向輸入端；第四級包括第四放大器304、電阻Re5和電容C5 ；電容C5和電阻Re5順次串聯(lián)在第三雙端輸入單端輸出放大器303的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Rrf的接點接第四放大器304的同向輸入端，第四放大器304的反向輸入端和輸出端相連。圖6所示的放大器也是一種可編程增益放大器，其與圖4中結(jié)構(gòu)的唯一區(qū)別是需要輸入差分信號。其中Rall = Ral,Rbll = Rbl，第一級的增益為Rbl和Ral的比值，且增益可調(diào)。這里，我們再給出數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的幾種實例。
圖7.1為本發(fā)明實施例中一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。如圖7.1所示，本實施例中，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器采用電流模式R2R DAC實現(xiàn)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，并且輸出范圍最大為二分之一電源地電壓。依照本發(fā)明參考電平需求，可使用相應(yīng)連接方式產(chǎn)生對應(yīng)的高低電位的參考電平。圖7. 2為本發(fā)明實施例中另一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。如圖7. 2所示，本實施例中，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器采用電流模式R2R DAC實現(xiàn)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，與圖7.1所示DAC的區(qū)別在于其輸出范圍不局限于二分之一電源地電壓，并且共模電平可調(diào)節(jié)，由Vcom電壓值確定。依照本發(fā)明采用該種DAC可以減少參考電平產(chǎn)生電路的設(shè)計復(fù)雜度。圖7. 3為本發(fā)明實施例中再一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。圖7. 3所示，本實施例中，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器采用電壓模式R2R DAC實現(xiàn)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，其輸出范圍不局限于二分之一電源地電壓。依照本發(fā)明采用該種DAC可以減少參考電平產(chǎn)生電路的設(shè)計復(fù)雜度。圖7. 4為本發(fā)明實施例中又一種數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。圖7. 4所示，本實施例中，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器采用R2R網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，其輸出范圍為2倍Vref，最大可為電源地電壓。依照本發(fā)明采用該種電路，由于減少一個放大器，可以減少參考電平產(chǎn)生電路的設(shè)計復(fù)雜度以及功耗。這里，我們還給出幾種比較器的實例。圖8為本發(fā)明實施例中一種比較器的結(jié)構(gòu)圖。如圖8所示，本實施例中，比較器包括三個NMOS管MnO、Mnl、Mn2和兩個PMOS管Mpl、Mp2，以及一個反向器，PMOS管Mpl和PMOS管Mp2的柵極相連，源極均接電源Vcc，PMOS管Mpl的漏極接NMOS管Mnl的漏極，NMOS管Mn I和NMOS管Mn2的源極均接NMOS管MnO的漏極，NMOS管Mn2的漏極接PMOS管Mp2的漏極，NMOS管MnO的源極接地GND，柵極接偏置電壓Vbn，反向器的輸入端接PMOS管Mp2的漏極，NMOS管Mn2的柵極為比較器的正向輸入端Vin+，NMOS管Mnl的柵極為比較器的反向輸入端Vin-，反向器的輸出端為比較器的輸出端Vo。圖8所示的比較器用于圖2中三對比較器中高電平的比較，即VG1+，VG2+和VM+的比較。由于NMOS作為輸入管，可以很好的實現(xiàn)高電平比較功能。圖9為本發(fā)明實施例中另一種比較器的結(jié)構(gòu)圖。如圖9所示，本實施例中，比較器 包括三個PMOS管MpO、Mp3、Mp4和兩個NMOS管Mn3、Mn4以及一個反向器，PMOS管MpO的源極接電源Vcc，柵極接偏置電壓Vbp，漏極接PMOS管Mp3和PMOS管Mp4的源極，PMOS管Mp3的漏極接NMOS管Mn3的漏極和柵極，NMOS管Mn3和NMOS管Mn4的源極接地GND，NMOS管Mn4的漏極接PMOS管Mp4的漏極，反向器的輸入端接NMOS管Mn4的漏極，PMOS管Mp4的柵極為比較器的正向輸入端Vin+，PM0S管Mp3的柵極為比較器的反向輸入端Vin-，反向器的輸出端為比較器的輸出端Vo。圖9所示的比較器用于圖2中三對比較器中低電平的比較，即VG1-，VG2-和VM-的比較。由于PMOS作為輸入管，可以很好的實現(xiàn)低電平比較功能。圖10為本發(fā)明實施例中可編程增益放大器的一種偏置電壓產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)圖。如圖10所示，電源電壓VIN經(jīng)過2級LDO (Low Dropout regulator,低壓差線性穩(wěn)壓器)901和902產(chǎn)生可編程增益放大器的偏置電壓VCM(也即前述的共模電壓)，可以極大的提高可編程增益放大器的偏置電壓的電源抑制比。圖11.1為本發(fā)明實施例中第一種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11.1中，磁感應(yīng)模塊為磁感應(yīng)線圈。磁感應(yīng)線圈的兩輸出端可以直接與低通濾波模塊的兩輸入端相連。圖11. 2為本發(fā)明實施例中第二種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11. 2中，磁感應(yīng)模塊為霍爾器件，且該霍爾器件的兩個輸出端都通過隔直電容與低通濾波模塊兩個輸入端相連。圖11. 3為本發(fā)明實施例中第三種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11. 3中，磁感應(yīng)模塊為霍爾器件，該霍爾器件一個輸出端通過隔直電容與低通濾波模塊一個輸入端相連，該霍爾器件的另一個輸出端直接與低通濾波模塊另一個輸入端相連。圖11. 4為本發(fā)明實施例中第四種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11. 4中，磁感應(yīng)模塊為霍爾器件，該霍爾器件的兩個輸出端直接與低通濾波模塊的兩個輸入端相連。圖11. 5為本發(fā)明實施例中第五種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11. 5中，磁感應(yīng)模塊為巨磁阻器件，該巨磁阻器件的兩個輸出端都通過隔直電容與低通濾波模塊的兩個輸入端相連。圖11. 6為本發(fā)明實施例中第六種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11. 6中，磁感應(yīng)模塊為巨磁阻器件，該巨磁阻器件的一個輸出端通過隔直電容與低通濾波模塊的一個輸入端相連，該巨磁阻器件的另一個輸出端直接與低通濾波模塊的另一個輸入端相連。圖11. 7為本發(fā)明實施例中第七種磁感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11. 7中，磁感應(yīng)模塊為巨磁阻器件，該巨磁阻器件的兩個輸出端直接與低通濾波模塊的兩個輸入端相連。本發(fā)明提供的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，能夠減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度?；谇笆龅挠糜诘皖l信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，本發(fā)明還提出了一種低頻信號檢測方法。圖12為本發(fā)明實施例中低頻信號檢測方法的流程圖，如圖12所示，本實施例中，低頻信號檢測方法包括如下步驟步驟1201，在不同距離測量放大后感應(yīng)電壓的幅度值；通過實驗手段，在不同手機(jī)終端上測量磁感應(yīng)模塊與發(fā)送磁場的讀卡器在不同距離點的感應(yīng)電壓經(jīng)放大器放大后的幅度值，并做相應(yīng)的記錄。圖13為本發(fā)明實施例中通過實驗測得的將磁感應(yīng)模塊置入不同移動通信終端，距離與低頻感應(yīng)信號幅度值的對應(yīng)關(guān)系示意圖。步驟1202，建立電壓幅值與距離的對應(yīng)表；將多個終端的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到電壓幅值與距離的對應(yīng)表，如表I所示。表I低頻感應(yīng)信號幅度值與距離的對應(yīng)關(guān)系表
權(quán)利要求
1.一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，應(yīng)用于近距離通信系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個磁感應(yīng)模塊、至少一個低通濾波模塊、至少一個放大器、至少一個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和至少一個比較器，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、放大器順次相連，所述放大器的輸出端與所述比較器的正向輸入端相連，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述比較器的反向輸入端相連，所述放大器為雙端輸入單端輸出放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，包括一個磁感應(yīng)模塊、一個低通濾波模塊、一個放大器、兩個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和兩個比較器，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、放大器順次相連，所述放大器的輸出端分別與所述兩個比較器的正向輸入端相連，所述兩個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器與所述兩個比較器組成兩路，每一路中數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的反向輸入端相連，每上下兩路組成一對，共一對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，包括一個磁感應(yīng)模塊、一個低通濾波模塊、一個放大器、六個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和六個比較器，所述放大器的輸出端分別與所述六個比較器的正向輸入端相連，所述六個數(shù)字/ 模擬轉(zhuǎn)換器與所述六個比較器組成六路，每一路中數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與比較器的反向輸入端相連，每上下兩路組成一對，共三對。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)模塊為磁感應(yīng)線圈、霍爾器件或巨磁阻器件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)模塊為磁感應(yīng)線圈，所述磁感應(yīng)線圈的兩輸出端直接與所述低通濾波模塊的兩輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)模塊為霍爾器件，所述霍爾器件的兩個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊兩個輸入端相連；或者所述霍爾器件一個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊一個輸入端相連，而所述霍爾器件的另一個輸出端直接與低通濾波模塊另一個輸入端相連；或者所述霍爾器件的兩個輸出端直接與所述低通濾波模塊的兩個輸入端相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述磁感應(yīng)模塊為巨磁阻器件，所述巨磁阻器件的兩個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊的兩個輸入端相連；或者所述巨磁阻器件的一個輸出端通過隔直電容與所述低通濾波模塊的一個輸入端相連，而所述巨磁阻器件的另一個輸出端直接與所述低通濾波模塊的另一個輸入端相連；或者所述巨磁阻器件的兩個輸出端直接與所述低通濾波模塊的兩個輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述放大器為接成電阻負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的單級放大器或多級級聯(lián)放大器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ral和電阻Rbl ；電阻Ral的一端接信號輸入端口 IN，另一端接所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Rbl接在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端和輸出端之間，所述第一雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端接共模電壓VCM ；第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Rc^電阻艮2、電容C1 和電容C2 ;電阻Ra2和電阻Rb2順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra2和電阻Rb2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Rca和電容C1順次串聯(lián)在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和地GND之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在電阻Rca和電容C1的接點與共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Rc^的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻艮3、電阻艮4、電容C3 和電容C4 ；電阻Ra3和電阻Rb3順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra3和電阻Rb3的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Re3和電容C3順次串聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和地GND之間，電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在電阻Re3和電容C3的接點與共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Re4的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第四級包括第四放大器、電容C5和電阻Re5 ；電容C5和電阻Rrf順次串聯(lián)在所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Rrf的接點接所述第四放大器的同向輸入端，所述第四放大器的反向輸入端和輸出端相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ral、電阻Rbl和電容C1 ；電阻Ral接在信號輸入端IN和所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端之間，電阻Rbl和電容C1并聯(lián)在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端和輸出端之間，所述第一雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端接共模電壓VCM ；第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻艮2、電容C2和電容 C3 ；電阻Ra2接在共模電壓VCM和所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端之間，電阻Rb2和電容C3并聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端和輸出端之間，電容C2和電阻Re2順次串聯(lián)在所述第一雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra3、電阻Rb3、電阻Re4和電容C4 ；電阻 Ra3和電阻Rb32順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra3和電阻Rb32的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電容C4 和電阻Re4順次串聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C4和電阻Re4的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第四級包括第四放大器、電阻Re5和電容C5 ；電容C5和電阻Rrf順次串聯(lián)在所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Rrf的接點接所述第四放大器的同向輸入端，所述第四放大器的反向輸入端和輸出端相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述放大器為四級級聯(lián)放大器，該四級級聯(lián)放大器的組成為第一級包括第一放大器、電阻Ral、電阻Rbl、電阻Rall和電阻Rbll ；電阻Ral和電阻Rbl順次串聯(lián)在正向信號輸入端INP和所述第一放大器的輸出端之間，電阻Ral和電阻Rbl的接點接所述第一放大器的反向輸入端，電阻Rall和電阻Rbll順次串聯(lián)在反向信號輸入端INN和地 GND之間，電阻Rall和電阻Rbll的接點接所述第一放大器的同向輸入端；第二級包括第二雙端輸入單端輸出放大器、電阻Ra2、電阻Rb2、電阻Rc^電阻艮2、電容C1 和電容C2 ；電阻Ra2、電阻Rb2順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra2、電阻Rb2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端，電阻Rc^電容C1順次串聯(lián)在所述第一放大器的輸出端和地GND之間，電容C2和電阻Rci2 順次串聯(lián)在電阻Rc^電容C1的接點與共模電壓VCM之間，電容C2和電阻Re2的接點接所述第二雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第三級包括第三雙端輸入單端輸出放大器、電阻艮3、電阻Rb3、電阻艮3、電阻艮4、電容C3 和電容C4 ；電阻Ra3和電阻Rb3順次串聯(lián)在共模電壓VCM和所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端之間，電阻Ra3和電阻接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的反向輸入端， 電阻Re3和電容C3順次串聯(lián)在所述第二雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和地GND之間， 電容C4和電阻Re4順次串聯(lián)在電阻Re3和電容C3的接點與共模電壓VCM之間，電容C4和電阻的接點接所述第三雙端輸入單端輸出放大器的同向輸入端；第四級包括第四放大器、電阻Re5和電容C5 ；電容C5和電阻Rrf順次串聯(lián)在所述第三雙端輸入單端輸出放大器的輸出端和共模電壓VCM之間，電容C5和電阻Rrf的接點接所述第四放大器的同向輸入端，所述第四放大器的反向輸入端和輸出端相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為電流模式R2R結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍最大為二分之一電源地電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為電流模式R2R結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍不局限于二分之一電源地電壓，并且共模電平可調(diào)節(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為電壓模式R2R結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍不局限于二分之一電源地電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器為R2R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出范圍大至電源地電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，用于比較高電平的比較器包括三個NMOS管MnO、Mnl、Mn2和兩個PMOS管Mpl、Mp2，以及一個反向器，PMOS管Mpl和PMOS管Mp2的柵極相連，源極均接電源Vcc，PMOS管Mpl的漏極接NMOS管Mnl的漏極，NMOS管Mnl和NMOS管Mn2的源極均接NMOS管MnO的漏極，NMOS 管Mn2的漏極接PMOS管Mp2的漏極，NMOS管MnO的源極接地GND，柵極接偏置電壓Vbn，反向器的輸入端接PMOS管Mp2的漏極，NMOS管Mn2的柵極為比較器的正向輸入端Vin+，NMOS 管Mnl的柵極為比較器的反向輸入端Vin-，反向器的輸出端為比較器的輸出端Vo。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，用于比較低電平的比較器包括三個PMOS管MpO、Mp3、Mp4和兩個NMOS管Mn3、Mn4以及一個反向器，PMOS管MpO的源極接電源Vcc，柵極接偏置電壓Vbp，漏極接PMOS管Mp3和PMOS管Mp4的源極，PMOS管Mp3的漏極接NMOS管Mn3的漏極和柵極，NMOS管Mn3和NMOS 管Mn4的源極接地GND，NM0S管Mn4的漏極接PMOS管Mp4的漏極，反向器的輸入端接NMOS 管Mn4的漏極，PMOS管Mp4的柵極為比較器的正向輸入端Vin+，PM0S管Mp3的柵極為比較器的反向輸入端Vin-,反向器的輸出端為比較器的輸出端Vo。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，所述放大器的偏置電壓產(chǎn)生電路包括2級低壓差線性穩(wěn)壓器。
19.一種低頻信號檢測方法，基于權(quán)利要求1至18任一項所述的用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，其特征在于，包括步驟a，通過實驗，測量磁感應(yīng)模塊與發(fā)送低頻磁場的讀卡器在不同距離點的感應(yīng)電壓經(jīng)放大器放大后的電壓幅值，確定該電壓幅值與距離的對應(yīng)關(guān)系，并建立電壓幅值與距離的對應(yīng)表；步驟b，根據(jù)解碼低頻信號傳輸數(shù)據(jù)及控制刷卡距離的需要，結(jié)合信噪比要求，通過一對或多對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的雙電平門限形成遲滯判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳輸?shù)拇a流信息，或者通過一個或多個數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的單電平門限形成判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳輸?shù)拇a流信息；通過一對或多對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的雙電平門限形成非遲滯判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳遞的距離特征信息，或者通過一個或多個數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的單電平門限形成非遲滯判決電壓門限對模擬信號進(jìn)行判決，得到低頻磁場所傳遞的距離特征信息；步驟C，對非遲滯判決條件判決后信號進(jìn)行采樣，得到O、I碼流序列，設(shè)置I信號比例門限，在設(shè)定的時間窗長度內(nèi)對該碼流序列進(jìn)行統(tǒng)計，當(dāng)I信號所占碼流序列比例達(dá)到預(yù)設(shè)比例門限時，則認(rèn)為進(jìn)入預(yù)設(shè)距離范圍，否則認(rèn)為未進(jìn)入該距離范圍；對遲滯判決條件判決后的信號序列進(jìn)行解碼，提取低頻磁場的碼流信息，完成低頻磁場信號單向通信。
20.據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，所述步驟b中，根據(jù)步驟a 中所述電壓幅值與距離的對應(yīng)表，結(jié)合解碼距離、距離控制的要求、設(shè)置I信號的比例門限設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，所述成對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平為非遲滯判決條件，其設(shè)置方法為設(shè)期望控制的距離為D1，查找電壓幅值與距離的對應(yīng)表，得到距離Dl對應(yīng)的信號變化幅度為+Al到-Al，設(shè)置I信號的比例門限為R1，根據(jù)Al及R1，設(shè)置輸出給比較器的電平L1、L2，滿足在一個周期內(nèi)，模擬前端裝置輸出信號幅度大于LI或小于L2的時間百分比等于R1，即大于Rl則進(jìn)入要求控制的距離 Dl范圍內(nèi)，否則沒有進(jìn)入要求控制距離Dl的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，所述成對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平為遲滯判決條件，其設(shè)置方法為設(shè)期望進(jìn)行解碼的距離為D2，查找電壓幅值與距離的對應(yīng)表，得到距離D2對應(yīng)信號的變化幅度為+A2到-A2，測得大多數(shù)噪聲產(chǎn)生的幅度為A3,設(shè)置輸出給比較器的電平L3、L4,使得L3大于+A3且小于+A2 ；L4小于-A3 且大于-A2，即當(dāng)距離小于D2時則允許解碼，否則不允許解碼。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，所述步驟b中，對輸入為非遲滯判決條件比較電平的兩個比較器輸出信號進(jìn)行邏輯或處理，得到用于提取距離信息的數(shù)字信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，所述步驟b中，對輸入為遲滯判決條件比較電平的兩個比較器輸出進(jìn)行遲滯處理，得到用于提取磁場碼流信息的數(shù)字信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，所述步驟c中，設(shè)置數(shù)字毛刺濾波器對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行毛刺濾除，從濾除毛刺的信號中解碼出低頻磁場數(shù)據(jù)流。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，所述步驟b中，使用單個數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的單比較電平提取磁場距離信息和碼流信息。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，使用單個比較器輸出比較電平提取磁場碼流信息，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出給比較器的電平設(shè)置為放大器輸入?yún)⒖茧娖健?br> 28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，使用單個比較器或成對比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行解碼。
29.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，使用單比較器或成對比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行單個距離的判斷；使用多個單比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行多個距離的判斷，或者使用多個成對比較器進(jìn)行多個距離、多個距離區(qū)間的判斷；使用多個單比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行多個距離的判斷，或者使用多個成對比較器進(jìn)行多個距離、多個距離區(qū)間的判斷。
30.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低頻信號檢測方法，其特征在于，混合使用多個單比較器和成對比較器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行多個距離、多個距離區(qū)間的判斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)的模擬前端裝置，應(yīng)用于近距離通信系統(tǒng)，包括至少一個磁感應(yīng)模塊、至少一個低通濾波模塊、至少一個放大器、至少一個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器和至少一個比較器，所述磁感應(yīng)模塊、低通濾波模塊、放大器順次相連，所述放大器的輸出端與所述比較器的正向輸入端相連，所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述比較器的反向輸入端相連，所述放大器為雙端輸入單端輸出放大器。本發(fā)明能夠減小電路噪聲和環(huán)境噪聲對低頻信號檢測及傳輸系統(tǒng)中所接收到的低頻信號的干擾，從而提高低頻交變磁場距離檢測和控制的精度。
文檔編號H04B5/00GK103023584SQ20101016618
公開日2013年4月3日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者潘文杰, 趙輝, 蔣宇, 任騰龍, 沈曄, 李超林 申請人:國民技術(shù)股份有限公司