[发明专利]基于数字琐相环的NFC有源负载调制的时钟恢复电路

说明书

技术领域

本发明涉及Near-field-communication（以下简称NFC）的有源发射技术领域，具体是一种基于数字琐相环的NFC有源负载调制的时钟恢复电路。

背景技术

在NFC中一般采用无源或有源负载调制来实现从非接触式卡到阅读器的数据返回。无源负载调制利用改变非接触式卡的天线阻抗来发射数据，而有缘负载调制则通过间歇性地主动发射与阅读器载波同频的交变电场来实现与无源模式等效的发射数据的目的。相比于无源模式，有源负载调制具有更长的通信距离和更强的抗金属屏蔽的能力。

为了达到最大通信距离的目的，有源负载调制发射的交变电场需要和外部的阅读器电磁场保持相位一致，原因是这两个电磁场的相位差发生旋转会使最大通信距离发生波动。

尽管有源负载调制具有无源模式所不能达到的优势，但是在实现上也有很大的难度。由于非接触卡主动发射交变电磁场的时候，天线端接收到的来自阅读器的信号远远小于自身发射的信号，所以从接收到的信号内恢复的载波时钟相位会偏离阅读器的载波相位，从而使发射的交变电磁场无法有效地模拟无源负载调制，使通讯距离变短。因此在卡接受数据信号的时候，可以将载波的时钟恢复并注入锁定一个振荡器，当发射信号时利用保持住频率的振荡器时钟来发射信号，这可以利用一个锁相环来实现。但是传统的锁相环电路很难保持在无输入时钟时仍能长时间锁定频率和相位。根据IEC14443中typeA和type B的要求，一帧数据最长可以包含256个字节，以最低106K的通讯数据率来计算可以达到21.7ms的通讯时间（每个字节包含一位奇偶校验码）。要让锁相环进入自由振荡时，在这段时间里产生的相差小于90°，则频率的偏差要小于0.82ppm(11Hz),这就需要设计非常复杂精确的电路，有时甚至很难实际在芯片级实现。为了解决这个问题，可以让锁相环在发射交变电磁场的间隙也对输入载波时钟进行恢复和跟踪，并校正开环振荡时间内累积的相位误差。但是这样的方法也存在一些问题。由于在发射交变电磁场间隙，需要等天线能量耗尽时才能进行对阅读器载波的恢复，所以这段可用来跟踪载波的时间相对较短（几个到几十个载波周期），这就要求设计一个环路带宽非常大的锁相环。但是大带宽的锁相环在从闭环向开环转换时，会引入很大的频率误差(开关的电荷注入等引起)，从而在还没有等到下次恢复闭环跟踪前已经产生大于90°的相差。因此在设计锁相环带宽时，面临两难的选择。

参考文献：

1.ISO/IEC14443protocol,international standard.

2.“Method and device for active load modulation by inductor coupling”,US patent,Pub No:US2012/0071089.

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种，通过抑制CE-BEM模型误差，提高信道估计的准确性。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于数字琐相环的NFC有源负载调制的时钟恢复电路，其特点在于，该时钟恢复电路是一个由数字锁相环和数字延迟锁定环构成的双环结构，其中数字锁相环是主环路，提供频率的锁定，数字延迟锁定环是辅环路，提供相位的锁定：

所述的数字锁相环工作在跟踪载波频率和固定振荡频率两种模式，在固定振荡频率模式下，振荡频率为跟踪载波期间锁定形成的频率，该数字锁相环是全数字架构锁相环；数字锁相环的输入是接收到的载波时钟，输出是VCO二分频后的时钟信号。

所述的数字延迟锁定环接收所述锁相环的分相时钟，并通过和载波的相位的比较快速锁定一个最接近载波相位的时钟；该数字延迟锁定工作在相位跟踪模式和固定相位模式，在固定相位模式模式下，此环路一直输出同一个分相时钟，并且此时钟由跟踪模式下锁定获得。

所述的数字锁相环包括依次连接的数字鉴频鉴相器、使能信号开关、数字滤波器和数字控制振荡器，该数字鉴频鉴相器的输入为接收到的载波时钟和数字控制振荡器的一相输出；

所述的数字延迟锁定环包括依次连接的超前滞后鉴相器、使能信号开关、计数器、多路选择器和相位内插器，该超前滞后鉴相器的输入是接收到的载波时钟和多路选择器的输出；

数字控制振荡器的输入为环路滤波器输出的数字控制量，其输出为6相时钟（图1中只画出其中的正三相）。相位内插器23的输入为数字控制振荡器输出的6相时钟，其输出为18相27.12MHz的时钟，它们成为多路选择器的输入信号。