负载调制检测组件的制作方法

本发明涉及一种负载调制检测组件，且具体地说涉及一种用于电感耦合读取器装置的负载调制检测组件。

背景技术：

借助电感接收器的应用(例如，rfid(射频识别)和nfc(近场通信)应用)常常具有极低的滤波器截止频率要求。实施滤波所需的硅面积与所滤出的数据谱的量之间通常存在平衡点。因此，能够实现用于此等应用的所需低滤波器截止频率的常规电感接收器需要较大的硅面积。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供一种用于电感耦合读取器装置的负载调制检测组件，所述负载调制接收器装置被布置成接收表示遍及所述电感耦合读取器装置的天线的电压的天线电压信号且输出至少一个经负载调制信号；所述负载调制检测组件包括：

降频转换器组件，所述降频转换器组件被布置成使所述天线电压信号与降频转换信号进行混合以产生经降频转换的信号；

串联电容组件，所述串联电容组件串联耦合于所述降频转换器组件的输出与所述负载调制接收器的输出之间；以及

开关电容器电阻器电路，所述开关电容器电阻器电路耦合于所述负载调制接收器的输出与第一参考电压之间。

在一个或多个实施例中，所述开关电容器电阻器电路包括：

开关电容组件，所述开关电容组件包括耦合到开关节点的第一端和耦合到第二参考电压的第二节点；

第一开关装置，所述第一开关装置耦合于所述开关节点与所述负载调制检测组件的所述输出之间且可通过第一时钟信号控制以交替地将所述开关节点耦合和解耦于所述负载调制检测组件的所述输出；以及

第二开关装置，所述第二开关装置耦合于所述开关节点与所述第一参考电压之间且可通过第二时钟信号控制，以当所述开关节点从所述负载调制检测组件的所述输出解耦时交替地将所述开关节点耦合和解耦于所述第一参考电压。

在一个或多个实施例中，所述第一和第二时钟信号包括不重叠的占空比。

在一个或多个实施例中，所述第一和第二时钟信号包括小于50％的占空比，且相对于彼此偏移180°。

在一个或多个实施例中，所述负载调制检测组件包括时钟产生器组件，所述时钟产生器组件被布置成接收可供导出施加到所述电感耦合读取器装置的所述天线的载波信号的载波频率参考信号，且从所述载波频率参考信号产生所述第一和第二时钟信号。

在一个或多个实施例中，所述第一参考电压包括输出dc偏移偏置电压，且所述第二参考电压包括接地参考电压。

在一个或多个实施例中，所述降频转换信号包括等于施加到所述电感耦合读取器装置的所述天线的所述载波信号的所述载波频率的频率。

在一个或多个实施例中，所述负载调制检测组件包括：

第一降频转换器组件，所述第一降频转换器组件被布置成使所述天线电压信号与同相降频转换信号进行混合以产生第一经降频转换的信号；

第一串联电容组件，所述第一串联电容组件串联耦合于所述第一降频转换器组件的输出与所述负载调制接收器的第一输出之间；

第一开关电容器电阻器电路，所述第一开关电容器电阻器电路耦合于所述负载调制接收器的所述第一输出与所述第一参考电压之间；

第二降频转换器组件，所述第二降频转换器组件被布置成使所述天线电压信号与正交降频转换信号进行混合以产生第二经降频转换的信号；

第二串联电容组件，所述第二串联电容组件串联耦合于所述第二降频转换器组件的输出与所述负载调制接收器的第二输出之间；以及

第二开关电容器电阻器电路，所述第二开关电容器电阻器电路耦合于所述负载调制接收器的所述第二输出与所述第一参考电压之间。

根据本发明的第二方面，提供一种电感耦合读取器装置，包括本文中所公开的任何负载调制检测组件。

在一个或多个实施例中，所述电感耦合读取器装置进一步包括至少一个放大器组件，所述放大器组件被布置成接收由所述负载调制检测组件输出的所述至少一个经负载调制信号，且输出至少一个经放大的经负载调制信号。

在一个或多个实施例中，所述电感耦合读取器装置进一步包括至少一个模数转换器，所述模数转换器被布置成将所述至少一个经放大的经负载调制信号从模拟信号转换成数字信号以供另外处理。

在一个或多个实施例中，所述电感耦合读取器装置包括用于以下各者中的至少一者的电感耦合读取器装置：

125khz电感耦合系统；

rfid系统；

近场通信nfc系统；以及

车辆制动系统。

本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。

附图说明

将参考图式仅借助于例子描述本发明的另外的细节、方面和实施例。在图式中，相似参考数字用于识别相似或功能上类似的元件。为简单和清晰起见示出图式中的元件，并且这些元件未必按比例绘制。

图1示出电感耦合的读取器-应答器系统的简化框图。

图2示意性地示出适于检测经负载调制信号的常规读取器装置的简化框图。

图3示意性地示出电感耦合读取器装置的示例实施例的简化框图。

图4示出时钟产生器组件的示例实施方案的简化框图。

图5示出绘示负载调制检测组件内的模拟电压电平的电压随时间的曲线图。

图6示意性地示出电感耦合读取器装置的替代实施例的简化框图。

具体实施方式

图1示出(例如)可用于125khz电感耦合系统、近场通信(nfc)系统、射频识别(rfid)系统、车辆制动系统等等内的电感耦合的读取器-应答器系统100的简化框图。

此电感耦合的读取器-应答器系统100在装配上不对称。读取器装置110包括电力供应器(未示出)，例如电源连接或电池，而应答器120并不包括电力供应器。应答器装置120替代地使用读取器装置110所产生的磁场作为其电力来源。为此目的，读取器装置110至少在装置110、120之间进行通信期间发射ac磁场。归功于读取器装置110的电感环形天线(在115处大体上示出)与应答器装置120的电感环形天线(在125处大体上示出)之间的磁耦合(互感)，可能发生能量传送。

装置110、120与其对应部分进行通信的方式也不不对称。读取器装置110在其需要将消息传达到应答器装置120时对通常在振幅域(磁载体的am)中的其磁场进行调制。另一方面，应答器装置120使用负载调制，借此应答器装置120对其提供到其电感天线的负载进行调制。

图2示意性地示出适于检测经负载调制信号的常规读取器装置110的简化框图。读取器装置110能够通过感测遍及其天线115的电压来检测经负载调制信号。当负载调制过程发生时读取器装置110在其天线115处提供的载波信号通常比所述相同天线115上的负载调制信号强得多。为此目的，负载调制通常以无dc方式(例如，通过采用对开关控制数据进行曼彻斯特编码)执行。以此方式，负载调制数据可在频域中与载波信号分离，从而使读取器装置能够抑制载波信号而不影响所接收的负载调制数据。

载波信号可通过首先降频转换具有载波时钟220的天线信号210(其频率等于载波信号的频率)来抑制。这平移了频域中的天线信号210，以使得载波信号向下移位到0hz。接着，可通过应用高通滤波器将载波信号(现处于0hz)从经降频转换的信号230清除。如图4中所示，常规技术是使用由串联耦合的电容240和耦合到偏置电压244的并联电阻242组成的ac耦合(其在实际实施中被需要，以便在明确限定的电压vbias下对后续放大器输入信号进行dc偏置)。接着，可放大经滤波的信号250且对其余的负载调制信号执行另外处理。

此常规架构的问题在于使用ac耦合电容chpf240和电阻rhpf242执行高通滤波。这些元件的组合提供截止频率f_co＝1/(2π·rhpf·chpf)hz，低于此截止频率时经降频转换的信号230剧烈衰减。此截止频率需要足够低以防止负载调制信号的失真。低截止频率需要rhpf与chpf的大的乘积。然而，此大的rhpf·chpf乘积在完全集成于半导体装置中时需要大量硅面积。具体地说，实现大的电阻需要大的面积，这是因为大的电阻通常通过具有每单位长度有限电阻的(曲折的)电阻线来实现，同时实现大的电容需要大的面积，这是因为大的电容通常通过具有每单位面积有限量的电容的结构来实现。

图3示意性地示出电感耦合读取器装置300的示例实施例的简化框图。电感耦合读取器装置300包括功率放大器组件310，所述功率放大器组件310被布置成接收载波频率参考信号305，且放大载波频率参考信号305以产生施加到电感耦合读取器装置300的天线320的载波信号315。电感耦合读取器装置300包括负载调制检测组件330。负载调制检测组件330被布置成接收表示遍及电感耦合读取器装置300的天线320的电压的天线电压信号325且输出表示电感耦合到读取器装置300的应答器装置处的负载调制的经负载调制信号335。

负载调制检测组件330包括降频转换器组件340，所述降频转换器组件340被布置成使天线电压信号325与降频转换信号进行混频以产生经降频转换的信号345。在图3中示出的例子中，降频转换信号包括载波频率参考信号305。以此方式，天线电压信号325的载波信号组件在经降频转换的信号345内被降频转换到0hz。

负载调制检测组件330另外包括串联耦合于降频转换器组件340的输出与负载调制接收器330的输出355之间的串联电容组件350，和耦合于负载调制接收器330的输出355与第一参考电压(其在示出的例子中包括偏置参考电压370)之间的开关电容器电阻器电路360。

对于在图3中示出的例子，开关电容器电阻器电路360包括开关电容组件362，所述开关电容组件362包括耦合到开关节点365的第一端和耦合到第二参考电压(其在示出的例子中包括接地参考电压)的第二节点。开关电容器电阻器电路360的第一开关装置364耦合于开关节点365与负载调制检测组件330的输出355之间且可通过第一时钟信号382控制以交替地将开关节点365耦合和解耦到负载调制检测组件330的输出355。开关电容器电阻器电路360的第二开关装置366耦合于开关节点365与偏置参考电压370之间且可通过第二时钟信号384控制以当开关节点365从负载调制检测组件330的输出355解耦时交替地将开关节点365耦合和解耦于偏置参考电压370。以此方式，开关节点365在时钟信号382、384的频率fclk下交替地耦合到负载调制检测组件330的输出355。

穿过开关电容器电阻器电路360的电流可由以下方程式1限定：

i＝csw·(vin-vout)·fclk方程式1

其中csw为开关电容器值，vin为输入电压(即，负载调制检测组件330的输出355处的电压)且vout为输出电压(即，偏置参考电压370)。根据方程式1，开关电容器电阻器电路360的电阻可表示为：

r＝v/i＝(vin-vout)/csw·(vin-vout)·fclk＝1/csw·fclk方程式2

因此，串联电容350和开关电容器电阻器电路360提供用于具有由以下方程式限定的截止频率f_co的经降频转换的信号的高通滤波器：

f_co＝1/(2π·r·chpf)＝fclk·csw/(2π·chpf)方程式3

显然，截止频率f_co并不由rc乘积设置，而是由时钟信号382、384的电容比率和开关频率设置。因此，在图3中示出的负载调制检测组件330的高通滤波器布置并不受到常规实施方案所受到的实现低截止频率所需的大的硅面积要求的限制。

根据一些示例实施例，用于控制开关电容器电阻器电路360的开关装置364、366的时钟信号382、384包括不重叠的占空比，以使得开关装置364、366不闭合，同时防止负载调制检测组件330的输出355直接耦合到偏置参考电压370。举例来说，用于控制开关电容器电阻器电路360的开关装置364、366的时钟信号382、384可各自包括小于50％的占空比，且可相对于彼此偏移约180°。在图3中示出的例子中，通过时钟产生器组件380产生用于控制开关电容器电阻器电路360的开关装置364、366的时钟信号382、384。在示出的例子中，时钟产生器组件380被布置成接收载波频率参考信号305，且基于载波频率参考信号305产生时钟信号382、384。以此方式，不需要提供单独的种子时钟信号来产生时钟信号382、384。

图4示出时钟产生器组件380的示例实施方式的简化框图。可使用在示出的例子中包括具有50％占空比的载波频率参考信号305的输入时钟信号clk_in来产生不重叠的具有小于50％占空比的时钟信号382、384。与非门nd1、nd2形成置位复位触发器结构，其中反相器iv2、iv3、iv4和iv5增加了触发器内的额外延迟。反相器iv6和iv7为用于时钟信号382、384的输出驱动器。

返回参考图3，电感耦合读取器装置300另外包括放大器组件390，所述放大器组件390被布置成接收由负载调制检测组件330输出的经负载调制信号335，且输出经放大的经负载调制信号392。图5示出绘示负载调制检测组件330内模拟电压电平的电压随时间的曲线图。图5中所示出的模拟电压电平是使用5pf的串联电容350、25ff的开关电容362和125khz的开关频率fclk从而得到约100hz的截止频率来实现的。值得注意的是，使用(例如)25mω的电阻器和60pf的电容器实现100hz的类似截止频率将需要实施更多倍的硅面积。

第一曲线510示出由降频转换器组件340输出的用于经降频转换的信号345随时间推移的电压。在此示出的例子中，经降频转换的信号345通过使天线电压信号325与载波频率参考信号305进行混频产生，从而使经降频转换的信号345具有0v的平均dc电压。第二曲线520示出在示出的例子中设置为2v的偏置参考电压370(其可为用于放大器组件390的合适的偏置电压)。第三曲线530示出由负载调制检测组件330输出的用于经负载调制信号335随时间推移的电压。有利的是，且如曲线530示出，随时间调整经负载调制信号335的dc电压以匹配偏置参考电压370，且时间常数足够缓慢以免使数据信号显著失真。

返回参考图3，在示出的例子中，电感耦合读取器装置300另外包括模数转换器394，所述模数转换器394被布置成将经放大的经负载调制信号392从模拟信号转换成数字信号以供另外处理，(例如)如396处大体上示出。

图6示意性地示出电感耦合读取器装置600的替代实施例的简化框图。对于在图6中示出的例子，电感耦合读取器600包括负载调制检测组件630，所述负载调制检测组件630被布置成检测在振幅(am)域和相位(pm)域两者中的负载调制信号。图6中所示出的负载调制检测组件630不同于图3的负载调制检测组件330，不同之处在于图6的负载调制检测组件630另外包括第二降频转换器组件640，所述第二降频转换器组件640被布置成使天线电压信号325与经90°相移的正交载波频率参考信号605进行混频以产生正交经降频转换的信号645。

图6的负载调制检测组件630另外包括串联耦合于第二降频转换器组件640的输出与负载调制接收器630的第二输出655之间的第二串联电容组件650和耦合于负载调制接收器630的输出355与第一参考电压(其在示出的例子中包括偏置参考电压370)之间的第二开关电容器电阻器电路360。

对于图6中所示出的例子，第一开关电容器电阻器电路360和第二开关电容器电阻器电路660分别包括开关电容组件362，所述开关电容组件362包括耦合到开关节点365的第一端和耦合到第二参考电压(其在示出的例子中包括接地参考电压)的第二节点。每个开关电容器电阻器电路360、660的第一开关装置364耦合于相应的开关节点365与负载调制检测组件330的相应输出355、655之间且可通过第一时钟信号382控制以交替地将开关节点365耦合和解耦于负载调制检测组件630的输出355、655。每个开关电容器电阻器电路360、660的第二开关装置366耦合于相应的开关节点365与偏置参考电压370之间且可通过第二时钟信号384控制以当开关节点365从负载调制检测组件630的相应输出355、655解耦时交替地将相应的开关节点365耦合和解耦于偏置参考电压370。以此方式，开关节点365在时钟信号382、384的频率fclk下交替地耦合到负载调制检测组件630的对应输出355、655。

在图6中示出的例子中，用于控制开关电容器电阻器电路360、660的开关装置364、366的时钟信号382、384通过时钟产生器组件380基于载波频率参考信号305而产生。

在图6中示出的例子中，电感耦合读取器装置600包括第一放大器组件390，所述第一放大器组件390被布置成从负载调制检测组件630的第一输出355接收第一(同相)经负载调制信号335且输出第一经放大(同相)经负载调制信号392。电感耦合读取器装置600另外包括第二放大器组件690，所述第二放大器组件690被布置成从负载调制检测组件630的第二输出655接收第二(正交)经负载调制信号635且输出第二经放大经负载调制信号692。

在示出的例子中，图6的电感耦合读取器装置600另外包括模数转换器394、964，所述模数转换器394、964将经放大的经负载调制信号392、692从模拟信号转换成数字信号以供另外处理，(例如)如396处大体上示出。

在前述说明书中，已参考本发明的实施例的具体例子描述了本发明。然而，将显而易见的是，可在不脱离如所附权利要求书中所阐明的本发明的范围的情况下在本文中作出各种修改和变更且权利要求不限于上文所描述的具体例子。

此外，由于所示出的本发明的实施例可在很大程度上使用本领域的技术人员熟知的电子组件和电路来实施，因此将不以比上文所示的视为必需的程度任一较大的程度说明细节，以便理解和了解本发明的基本概念且不模糊或分散本发明的教示内容。

此外，说明书和权利要求书中的术语‘正面’、‘背面’、‘顶部’、‘底部’、‘在……上方’、‘在……下方’和类似者(如果存在的话)用于描述性目的，且未必用于描述永久性相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，以使得本文中所描述的实施例(例如)能够以除本文中所示出或以其它方式描述的那些定向外的其它定向进行操作。

如本文所论述的连接可以是适合于(例如)经由中间装置从相应的节点、单元或装置传送信号或将信号传送到相应的节点、单元或装置的任何类型的连接。因此，除非以其它方式暗示或陈述，否则连接可(例如)为直接连接或间接连接。连接可示出或描述为单个连接、多个连接、单向连接或双向连接。然而，不同实施例可改变连接的实施方案。举例来说，可使用分开的单向连接而不是双向连接，且反之亦然。此外，可以用以连续方式或以时分复用方式传送多个信号的单个连接来代替多个连接。同样，携载多个信号的单个连接可以被分成携载这些信号的子集的各种不同连接。因此，存在用于传送信号的许多选择。

尽管电势的具体导电类型或极性已在例子中描述，但应了解电势的导电类型和极性可逆转。

本文中所描述的每个信号都可以设计为正逻辑或负逻辑。在负逻辑信号的情况下，信号为低电平有效，其中逻辑真状态对应于逻辑电平0。在正逻辑信号的情况下，信号为高电平有效，其中逻辑真状态对应于逻辑电平1。应注意，本文中所描述的的任何信号均可以设计为负逻辑信号或正逻辑信号。因此，在替代实施例中，描述为正逻辑信号的那些信号可以实施为负逻辑信号，并且描述为负逻辑信号的那些信号可以实施为正逻辑信号。

此外，当涉及信号呈现、状态位或类似设备分别进入其逻辑真状态或逻辑假状态时，在本文中使用术语‘确定’或‘设置’和‘否定’(或‘不确定’或‘明确’)。如果逻辑真状态为逻辑电平1，那么逻辑假状态为逻辑电平0。且如果逻辑真状态为逻辑电平0，那么逻辑假状态为逻辑电平1。

本领域的技术人员将认识到，逻辑块之间的边界仅为说明性的，且替代实施例可合并逻辑块或电路元件，或对各种逻辑块或电路元件强加功能性的替代分解。因此，应理解，在本文中描绘的架构仅为示例性的，并且实际上，可以实施实现相同功能性的许多其它架构。

组件实现相同功能性的任何布置是有效地‘相关联的’，以便实现所要的功能性。因此，本文中经组合以实现具体功能性的任何两个组件都可以被视为彼此‘相关联’，以便实现所要的功能性，而不管架构或中间组件如何。同样地，如此相关联的任何两个组件还可以被视为彼此‘可操作地连接’或‘可操作地耦合’以实现所要的功能性。

此外，本领域的技术人员将认识到上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以组合成单个操作，单个操作可以分布在另外的操作中，并且操作可以至少部分在时间上重叠地的执行。此外，替代实施例可包括具体操作的多个例子，并且在不同其它实施例中操作的次序可更改。

此外，举例来说，在一个实施例中，所示出的例子可被实施为位于单个集成电路上或同一装置内的电路系统。可替换的是，例子可被实施为彼此以合适的方式互连的任何数目的分开的集成电路或分开的装置。

此外，举例来说，例子或其部分可实施为物理电路系统的软件或代码表示或可转化成物理电路系统的逻辑表示，例如，在任何适当类型的硬件描述语言中。

此外，本发明不限于在非可编程硬件中实施的物理装置或单元，但是还可以应用于能够通过适当的程序代码操作执行所要的装置功能的可编程装置或单元中，例如，大型机、微型计算机、服务器、工作站、个人计算机、笔记本、个人数字助理、电子游戏、汽车和其它嵌入系统、蜂窝电话和各种其它无线装置，这些通常在本申请案中表示为‘计算机系统’。

然而，其它修改、变化和替代方案也是可能的。因此，说明书和图式应被视为具有示意性意义而非限制性意义。

在权利要求书中，放置在圆括号之间的任何附图标记不应被解释为限制所述权利要求。词语‘包括’不排除除了权利要求中所列的那些元件或步骤之外的其它元件或步骤的存在。此外，如本文中所用，术语‘一’被限定为一个或多于一个。另外，权利要求书中对例如‘至少一个’和‘一个或多个’介绍性短语的使用不应被解释为暗示由不定冠词‘一’导入的另一权利要求要素将含有此引入的权利要求要素的任何具体权利要求限制为仅含有一个此要素的发明，甚至是在同一权利要求包括介绍性短语‘一个或多个’或‘至少一个’和例如‘一’的不定冠词时。对于定冠词的使用也是如此。除非另外陈述，否则例如‘第一’和‘第二’等术语用于任意地区别此类术语所描述的元件。因此，这些术语未必意图指示此类元件的时间或其它优先级排序。在彼此不同的权利要求中叙述某些措施这一单纯事实并不表示不能使用这些措施的组合来获得优势。