专利名称：一种用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置。
背景技术：
如今，已经出现了在手机中的SIM(Subscriber Identity Module,用户识别模块)卡上增加射频功能(称为射频SIM卡)或者在手机主板 上增加近距离通信模块来实现手机近距离通信的方法，这种方法的出现使得手机成为一个可以充值、消费、交易及身份认证的超级智能终端，极大地满足市场的迫切需求。其中，基于射频SIM的手机近距离解决方案以其简单、无需更改手机等优势得到广泛的关注，在该方案中，射频SIM采用UHF (Ultra HighFrequency，超高频)等技术使得射频SIM卡嵌入在手机内部时射频信号仍然可以从手机中透射出来，从而实现不必对现有的手机进行任何结构改变就可使得手机具备近距离通信功能。但是，不同手机由于内部结构不同造成射频信号透射效果存在很大的差异，透射强的手机其射频SIM卡射频通信距离可能达到几米远的距离，透射弱的手机其射频SM卡通信距离也可以达到几十厘米。在移动支付应用中，如公交地铁刷卡，通常都会对于交易距离有严格的要求以确保交易的安全，例如交易距离要求限制在IOcm以下，以防止用户在不知情的情况下误刷，造成损失；另一方面，还要求在规定距离以下保证通信的可靠性，以提高交易的效率。因此，基于射频SM的手机在增加近距离通信功能的同时，还必须能够有效控制其交易的距离范围。因此又提出了一种低频交变磁场近距离通讯结合RF高频通讯的系统和方法，解决了上述问题。该系统利用低频交变磁场实现距离检测和控制，并实现读卡器和卡的单向通讯，利用RF通道结合低频通讯实现终端的可靠绑定，同时利用RF通道实现读卡器和卡之间高速的数据通讯。但是，该方案中，低频信号检测及传输系统(处于卡的一方)中所接收到的低频信号夹杂着电路噪声和环境噪声，影响了距离检测和控制的精度，因此，如何有效地减小电路噪声和环境噪声对低频信号的干扰成为目前亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，减小电路噪声和环境噪声对低频信号检测及传输系统中所接收到的低频信号的干扰，提高低频交变磁场距离检测和控制的精度。为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，应用于近距离通信系统，包括至少一个磁感应模块、至少一个低通滤波模块、至少一个放大器、至少一个数字/模拟转换器和至少一个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端与所述比较器的正向输入端相连，所述数字/模拟转换器的输出端与所述比较器的反向输入端相连，所述放大器为双端输入单端输出放大器。
进一步地，上述装置还可具有以下特点，包括一个磁感应模块、一个低通滤波模块、一个放大器、两个数字/模拟转换器和两个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端分别与所述两个比较器的正向输入端相连，所述两个数字/模拟转换器与所述两个比较器组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。进一步地，上述装置还可具有以下特点，包括一个磁感应模块、一个低通滤波模块、一个放大器、六个数字/模拟转换器和六个比较器，所述放大器的输出端分别与所述六个比较器的正向输入端相连，所述六个数字/模拟转换器与所述六个比较器组成六路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共三对。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述磁感应模块为磁感应线圈、霍尔器件 或巨磁阻器件。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述磁感应模块为磁感应线圈，所述磁感应线圈的两输出端直接与所述低通滤波模块的两输入端相连。 进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述磁感应模块为霍尔器件，所述霍尔器件的两个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块两个输入端相连；或者所述霍尔器件一个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块一个输入端相连，而所述霍尔器件的另一个输出端直接与低通滤波模块另一个输入端相连；或者所述霍尔器件的两个输出端直接与所述低通滤波模块的两个输入端相连。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述磁感应模块为巨磁阻器件，所述巨磁阻器件的两个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块的两个输入端相连；或者所述巨磁阻器件的一个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块的一个输入端相连，而所述巨磁阻器件的另一个输出端直接与所述低通滤波模块的另一个输入端相连；或者所述巨磁阻器件的两个输出端直接与所述低通滤波模块的两个输入端相连。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述放大器为接成电阻负反馈网络的单级放大器或多级级联放大器。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一双端输入单端输出放大器、电阻Ral和电阻Rbl;电阻Ral的一端接信号输入端口 IN,另一端接所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Rbl接在所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端和输出端之间，所述第一双端输入单端输出放大器的同向输入端接共模电压VCM ；第二级包括第二双端输入单端输出放大器、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻Rel、电阻Re2、电容C1和电容C2 ;电阻Ra2和电阻Rb2顺次串联在共模电压VCM和所述第二双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra2和电阻Rb2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Rel和电容C1顺次串联在所述第一双端输入单端输出放大器的输出端和地GND之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在电阻Rcl和电容C1的接点与共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻Re3、电阻Re4、电容C3和电容C4 ；电阻Ra3和电阻Rb3顺次串联在共模电压VCM和所述第三双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra3和电阻Rb3的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Rc^和电容C3顺次串联在所述第二双端输入单端输出放大器的输出端和地GND之间，电容C4和电阻Re4顺次串联在电阻Re3和电容C3的接点与共模电压VCM之间，电容C4和电阻Re4的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的同向输入端；第四级包括第四放大器、电容C5和电阻Re5 ；电容C5和电阻Re5顺次串联在所述第三双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Re5的接点接所述第四放大器的同向输入端，所述第四放大器的反向输入端和输出端相连。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一双端输入单端输出放大器、电阻Ral、电阻Rbl和电容C1 ；电阻Ral接在信号输入端IN和所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端之间，电阻Rbl和电容C1并联在所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端和输出端之间，所述第一双端输入单端输出放大器的同向输入端接共模电压VCM ；第二级包括第二双端输入单端输出放大器、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻、电容C2和电容C3 ；电阻Ra2接在共模电压VCM和所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端之间，电阻Rb2和电容C3并联在所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端和输出端之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在所述第一双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻Re4和电容C4 ；电阻Ra3和电阻Rb32顺次串联在共模电压VCM和所述第三双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra3和电阻Rb32的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的反向输入端，电容C4和电阻Re4顺次串联在所述第二双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C4和电阻Re4的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的同向输入端；第四级包括第四放大器、电阻Re5和电容C5 ；电容C5和电阻Rrf顺次串联在所述第三双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Re5的接点接所 述第四放大器的同向输入端，所述第四放大器的反向输入端和输出端相连。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一放大器、电阻Ral、电阻Rbl、电阻Rall和电阻Rbll ；电阻Ral和电阻Rbl顺次串联在正向信号输入端INP和所述第一放大器的输出端之间，电阻Ral和电阻Rbl的接点接所述第一放大器的反向输入端，电阻Rall和电阻Rbll顺次串联在反向信号输入端INN和地GND之间，电阻Rall和电阻Rbll的接点接所述第一放大器的同向输入端；第二级包括第二双端输入单端输出放大器、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻Rcl、电阻艮2、电容C1和电容C2 ;电阻Ra2、电阻Rb2顺次串联在共模电压VCM和所述第二双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra2、电阻Rb2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Rel、电容C1顺次串联在所述第一放大器的输出端和地GND之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在电阻Rcl、电容C1的接点与共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的同向输入端；
第三级包括第三双端输入单端输出放大器、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻Re3、电阻Re4、电容C3和电容C4 ；电阻Ra3和电阻Rb3顺次串联在共模电压VCM和所述第三双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra3和电阻接点接所述第三双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Re3和电容C3顺次串联在所述第二双端输入单端输出放大器的输出端和地GND之间，电容C4和电阻Re4顺次串联在电阻Re3和电容C3的接点与共模电压VCM之间，电容C4和电阻Re4的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的同向输入端；第四级包括第四放大器、电阻Re5和电容C5 ；电容C5和电阻Rrf顺次串联在所述第三双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Re5的接点接所述第四放大器的同向输入端，所述第四放大器的反向输入端和输出端相连。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述数字/模拟转换器为电流模式R2R结构，所述数字/模拟转换器的输出范围最大为二分之一电源地电压。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述数字/模拟转换器为电流模式R2R结 构，所述数字/模拟转换器的输出范围不局限于二分之一电源地电压，并且共模电平可调节。 进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述数字/模拟转换器为电压模式R2R结构，所述数字/模拟转换器的输出范围不局限于二分之一电源地电压。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述数字/模拟转换器为R2R网络结构，所述数字/模拟转换器的输出范围大至电源地电压。进一步地，上述装置还可具有以下特点，用于比较高电平的比较器包括三个NMOS管MnO、Mnl、Mn2和两个PMOS管Mpl、Mp2，以及一个反向器，PMOS管Mpl和PMOS管Mp2的栅极相连，源极均接电源Vcc，PMOS管Mpl的漏极接NMOS管Mnl的漏极，NMOS管Mn I和NMOS管Mn2的源极均接NMOS管MnO的漏极，NMOS管Mn2的漏极接PMOS管Mp2的漏极，NMOS管MnO的源极接地GND，栅极接偏置电压Vbn，反向器的输入端接PMOS管Mp2的漏极，NMOS管Mn2的栅极为比较器的正向输入端Vin+，NMOS管Mnl的栅极为比较器的反向输入端Vin-，反向器的输出端为比较器的输出端Vo。进一步地，上述装置还可具有以下特点，用于比较低电平的比较器包括三个PMOS管MpO、Mp3、Mp4和两个NMOS管Mn3、Mn4以及一个反向器，PMOS管MpO的源极接电源Vcc，栅极接偏置电压Vbp，漏极接PMOS管Mp3和PMOS管Mp4的源极，PMOS管Mp3的漏极接NMOS管Mn3的漏极和栅极，NMOS管Mn3和NMOS管Mn4的源极接地GND，NMOS管Mn4的漏极接PMOS管Mp4的漏极，反向器的输入端接NMOS管Mn4的漏极，PMOS管Mp4的栅极为比较器的正向输入端Vin+，PMOS管Mp3的栅极为比较器的反向输入端Vin-，反向器的输出端为比较器的输出端Vo。进一步地，上述装置还可具有以下特点，所述放大器的偏置电压产生电路包括2级低压差线性稳压器。为解决上述技术问题，本发明还提出了一种低频信号检测方法，基于上述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，包括步骤a，通过实验，测量磁感应模块与发送低频磁场的读卡器在不同距离点的感应电压经放大器放大后的电压幅值，确定该电压幅值与距离的对应关系，并建立电压幅值与距离的对应表；
步骤b，根据解码低频信号传输数据及控制刷卡距离的需要，结合信噪比要求，通过一对或多对数模转换器输出的双电平门限形成迟滞判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传输的码流信息，或者通过一个或多个数模转换器输出的单电平门限形成判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传输的码流信息；通过一对或多对数模转换器输出的双电平门限形成非迟滞判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传递的距离特征信息，或者通过一个或多个数模转换器输出的单电平门限形成非迟滞判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传递的距离特征信息；步骤C，对非迟滞判决条件判决后信号进行采样，得到O、I码流序列，设置I信号比例门限，在设定的时间窗长度内对该码流序列进行统计，当I信号所占码流序列比例达到预设比例门限时，则认为进入预设距离范围，否则认为未进入该距离范围；对迟滞判决条件判决后的信号序列进行解码，提取低频磁场的码流信息，完成低频磁场信号单向通信。
进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤b中，根据步骤a中所述电压幅值与距离的对应表，结合解码距离、距离控制的要求、设置I信号的比例门限设置数模转换器输出给比较器的电平。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述成对数模转换器输出给比较器的电平为非迟滞判决条件，其设置方法为设期望控制的距离为D1，查找电压幅值与距离的对应表，得到距离Dl对应的信号变化幅度为+Al到-Al，设置I信号的比例门限为Rl，根据Al及R1，设置输出给比较器的电平L1、L2，满足在一个周期内，模拟前端装置输出信号幅度大于LI或小于L2的时间百分比等于R1，即大于Rl则进入要求控制的距离Dl范围内，否则没有进入要求控制距离Dl的范围内。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述成对数模转换器输出给比较器的电平为迟滞判决条件，其设置方法为设期望进行解码的距离为D2，查找电压幅值与距离的对应表，得到距离D2对应信号的变化幅度为+A2到-A2，测得大多数噪声产生的幅度为A3，设置输出给比较器的电平L3、L4,使得L3大于+A3且小于+A2 ；L4小于-A3且大于-A2,即当距离小于D2时则允许解码，否则不允许解码。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤b中，对输入为非迟滞判决条件比较电平的两个比较器输出信号进行逻辑或处理，得到用于提取距离信息的数字信号。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤b中，对输入为迟滞判决条件比较电平的两个比较器输出进行迟滞处理，得到用于提取磁场码流信息的数字信号。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤c中，设置数字毛刺滤波器对输入的数字信号进行毛刺滤除，从滤除毛刺的信号中解码出低频磁场数据流。进一步地，上述方法还可具有以下特点，所述步骤b中，使用单个数模转换器输出单比较电平提取磁场距离信息和码流信息。进一步地，上述方法还可具有以下特点，使用单个比较器输出比较电平提取磁场码流信息，数模转换器输出给比较器的电平设置为放大器输入参考电平。进一步地，上述方法还可具有以下特点，使用单个比较器或成对比较器输出的数字信号进行解码。进一步地，上述方法还可具有以下特点，使用单比较器或成对比较器输出的数字信号进行单个距离的判断；使用多个单比较器输出的数字信号进行多个距离的判断，或者使用多个成对比较器进行多个距离、多个距离区间的判断；使用多个单比较器输出的数字信号进行多个距离的判断，或者使用多个成对比较器进行多个距离、多个距离区间的判断。进一步地，上述方法还可具有以下特点，混合使用多个单比较器和成对比较器输出的数字信号进行多个距离、多个距离区间的判断。本发明能够减小电路噪声和环境噪声对低频信号检测及传输系统中所接收到的低频信号的干扰，从而提高低频交变磁场距离检测和控制的精度。
图1为本发明实施例用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置的一种结构图；图2为本发明实施例用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置的另一种结构图； 图3为本发明实施例用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置的再一种结构图；图4为本发明实施例中一种可编程增益放大器的结构图；图5为本发明实施例中另一种可编程增益放大器的结构图；图6为本发明实施例中再一种可编程增益放大器的结构图；图7.1为本发明实施例中一种数字/模拟转换器的结构图；图7. 2为本发明实施例中另一种数字/模拟转换器的结构图；图7. 3为本发明实施例中再一种数字/模拟转换器的结构图；图7. 4为本发明实施例中又一种数字/模拟转换器的结构图；图8为本发明实施例中一种比较器的结构图；图9为本发明实施例中另一种比较器的结构图；图10为本发明实施例中可编程增益放大器的一种偏置电压产生电路结构图；图11.1为本发明实施例中第一种磁感应模块的结构图；图11. 2为本发明实施例中第二种磁感应模块的结构图；图11. 3为本发明实施例中第三种磁感应模块的结构图；图11. 4为本发明实施例中第四种磁感应模块的结构图；图11. 5为本发明实施例中第五种磁感应模块的结构图；图11. 6为本发明实施例中第六种磁感应模块的结构图；图11. 7为本发明实施例中第七种磁感应模块的结构图；图12为本发明实施例中低频信号检测方法的流程图；图13为本发明实施例中通过实验测得的将磁感应模块置入不同移动通信终端，距离与低频感应信号幅度值的对应关系示意图；图14为本发明实施例中使用成对的比较器采用磁场数据低频信号检测方法进行解码处理的示意图；图15为本发明实施例中使用成对的比较器采用低频信号检测方法进行距离控制处理的不意图；图16为本发明实施例中使用单个比较器采用磁场数据低频信号检测方法进行解码处理的示意图；图17为本发明实施例中使用单个比较器采用低频信号检测方法进行距离控制处理的示意图。
具体实施例方式本发明的主要构思是，在低频信号检测及传输系统中增加一个模拟前端装置，来减少电路噪声和环境噪声对低频信号的干扰，从而提高低频交变磁场距离检测和控制的精度。以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。图1为本发明实施例用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置的一种结构 图。如图1所示，本发明的低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，包括磁感应模块100、低通滤波模块104、放大器101、数字/模拟转换器102和比较器103，磁感应模块100、低通滤波模块104、放大器101顺次相连,放大器101的输出端与比较器103的正向输入端相连，数字/模拟转换器102的输出端与比较器103的反向输入端相连。本发明中，放大器101为双端输入单端输出放大器。放大器101对输入的微弱信号进行预放大，数字/模拟转换器102将由数字控制器输出的数字信号转换为模拟信号，然后利用比较器103对两个信号进行比较，得到需要的数字信号，传输到数字控制器中进行处理。这里所提到的数字控制器属于低频检测及传输系统，但不属于模拟前端，其作用是根据比较器输出进行比较器和数字/模拟转换器打开/关断模式的控制。图2为本发明实施例中用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置的另一种结构图。如图2所示，本实施例中，低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，包括一个磁感应模块100、一个低通滤波模块104、一个放大器101、数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105和比较器103、比较器106，磁感应模块100、低通滤波模块104、放大器101顺次相连，放大器101的输出端分别与比较器103、比较器106的正向输入端相连，数字/模拟转换器102、数字/模拟转换器105与比较器103、比较器106组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。图3为本发明实施例中用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置的再一种结构图。如图3所示，本实施例中，低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，包括一个磁感应模块100、一个低通滤波模块104、一个放大器201、六个数字/模拟转换器202、203、204和六个比较器205、206、207，放大器201的输出端分别与六个比较器205、206、207的正向输入端相连，六个数字/模拟转换器202、203、204与六个比较205、206、207器组成六路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共三对。本发明中，放大器可以为接成电阻负反馈网络的单级放大器或多级级联放大器。这里，我们给出几种级联放大器的实例。图4为本发明实施例中一种可编程增益放大器的结构图。如图4所示，本发明实施例中，放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一双端输入单端输出放大器301、电阻Ral和电阻Rbl ;电阻Ral的一端接信号输入端口 IN,另一端接第一双端输入单端输出放大器301的反向输入端，电阻Rbl接在第一双端输入单端输出放大器301的反向输入端和输出端之间，第一双端输入单端输出放大器301的同向输入端接共模电压VCM ;第二级包括第二双端输入单端输出放大器302、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻Rc^电阻艮2、电容C1和电容C2 ；电阻Ra2和电阻Rb2顺次串联在共模电压VCM和第二双端输入单端输出放大器302的输出端之间，电阻Ra2和电阻Rb2的接点接第二双端输入单端输出放大器302的反向输入端，电阻Rcil和电容C1顺次串联在第一双端输入单端输出放大器301的输出端和地GND之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在电阻Rcl和电容C1的接点与共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接第二双端输入单端输出放大器302的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器303、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻艮3、电阻1 。4、电容C3和电容C4 ；电阻Ra3和电阻Rb3顺次串联在共模电压VCM和第三双端输入单端输出放大器303的输出端之间，电阻Ra3和电阻Rb3的接点接第三双端输入单端输出放大器303的反向输入端，电阻Rc3和电容C3顺次串联在第二双端输入单端输出放大器302的输出端和地GND之间，电容C4和电阻Re4顺次串联在电阻Re3和电容C3的接点与共模电压VCM之间，电容C4和电阻Re4的接点接第三双端输入单端输出放大器303的同向输入端；第四级包括第四放大器304、电容 C5和电阻Re5 ；电容C5和电阻Re5顺次串联在第三双端输入单端输出放大器303的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Rrf的接点接第四放大器304的同向输入端，第四放大器304的反向输入端和输出端相连。图4所示的放大器是一种可编程增益放大器，其具有低通和高通滤波的功能，共分为4级,每个方框内的电路为一级,IN为信号输入端口、VCM为共模电压输入端口、Vout信号输出端口。运算放大器301 (即第一双端输入单端输出放大器)接成电阻负反馈结构，其闭环增益由Rbl和Ral的比值确定，Rbl和Ral的比值可调。Rc^CpC2Ac2构成一阶低通和高通滤波器;C2具有隔直的作用，隔断第一级电路的失调电压传到第二级；运算放大器302 (即第二双端输入单端输出放大器)接成电阻负反馈结构，其闭环增益由Rb2和Ra2的比值确定，Rb2和Ra2的比值可调。Rc^CpCpRe4构成一阶低通和高通滤波器;C4具有隔直的作用，隔断第二级的电路的失调电压传到第三级；运算放大器303 (即第三双端输入单端输出放大器)接成电阻负反馈结构，其闭环增益由Rb3和Ra3的比值确定，Rb3和Ra3的比值可调。C5、RC5构成一阶高通滤波器；同时隔断前面电路的失调电压传到最后一级；运算放大器304(即第四放大器)接成单位增益的缓冲器结构。整个PGA的失调电压只有接成单位增益缓冲器结构运算放大器304的失调电压。该可编程增益放大器的低频截止频率由Rca和CpRci3和C3共同确定，高频截止频率由C2和Re2、C4和Re4、C5和Rra共同确定。本实施例如果两级放大可以满足要求可以去掉第三级，构成三级结构，为保证频响构成低通的Rca和Cp Rc3和C3可以保留或部分保留，构成高通的C2和RC2、C4和Rc4、C5和Re5可以保留或部分保留。如果一级放大可以满足要求可以去掉第二级和第三级，构成两级结构，为保证频响构成低通的Rci和CpRe3和C3可以保留或部分保留，构成闻通的C2和1^2、C4和1^4、C5和Rc5可以保留或部分保留。图5为本发明实施例中另一种可编程增益放大器的结构图。如图5所示，本发明实施例中，放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一双端输入单端输出放大器301、电阻Ral、电阻Rbl和电容C1 ;电阻Ral接在信号输入端I N和第一双端输入单端输出放大器301的反向输入端之间，电阻Rbl和电容C1并联在第一双端输入单端输出放大器301的反向输入端和输出端之间,第一双端输入单端输出放大器301的同向输入端接共模电压VCM ;第二级包括第二双端输入单端输出放大器302、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻艮2、电容C2和电容C3 ;电阻Ra2接在共模电压VCM和第二双端输入单端输出放大器302的反向输入端之间，电阻Rb2和电容C3并联在第二双端输入单端输出放大器302的反向输入端和输出端之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在第一双端输入单端输出放大器301的输出端和共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接第二双端输入单端输出放大器302的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器303、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻Re4和电容C4 ;电阻Ra3和电阻Rb32顺次串联在共模电压VCM和第三双端输入单端输出放大器303的输出端之间，电阻Ra3和电阻Rb32的接点接第三双端输入单端输出放大器303的反向输入端，电容C4和电阻Re4顺次串联在第二双端输入单端输出放大器302的输出端和共模电压VCM之间，电容C4和电阻Re4的接点接第三双端输入单端输出放大器303的同向输入端；第四级包括第四放大器304、电阻Re5和电容C5 ；电容C5和电阻Re5顺次串联在第三双端输入单端输出放大器303的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Re5的接点接第四放大器304的同向输入端，第四放大器304的反向输入端和输出端相连。
图5所示的放大器也是一种可编程增益放大器，其与图4中结构的唯一区别为低通截止频率由Rbl和Cp Rb2和C2共同确定。图6为本发明实施例中再一种可编程增益放大器的结构图。如图6所示，本发明实施例中，放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一放大器
301、电阻Ral、电阻Rbl、电阻Rall和电阻Rbll;电阻Ral和电阻Rbl顺次串联在正向信号输入端INP和第一放大器301的输出端之间，电阻Ral和电阻Rbl的接点接第一放大器301的反向输入端，电阻Rall和电阻Rbll顺次串联在反向信号输入端INN和地GND之间，电阻Rall和电阻Rbll的接点接第一放大器301的同向输入端；第二级包括第二双端输入单端输出放大器
302、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻Rc^电阻艮2、电容C1和电容C2；电阻Ra2、电阻Rb2顺次串联在共模电压VCM和第二双端输入单端输出放大器302的输出端之间，电阻Ra2、电阻Rb2的接点接第二双端输入单端输出放大器302的反向输入端，电阻Ru、电容C1顺次串联在第一放大器301的输出端和地GND之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在电阻Rca、电容C1的接点与共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接第二双端输入单端输出放大器302的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器303、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻Re3、电阻Re4、电容C3和电容C4 ;电阻Ra3和电阻Rb3顺次串联在共模电压VCM和第三双端输入单端输出放大器303的输出端之间，电阻Ra3和电阻接点接第三双端输入单端输出放大器303的反向输入端，电阻Re3和电容C3顺次串联在第二双端输入单端输出放大器302的输出端和地GND之间，电容C4和电阻Re4顺次串联在电阻Re3和电容C3的接点与共模电压VCM之间，电容C4和电阻Rci4的接点接第三双端输入单端输出放大器303的同向输入端；第四级包括第四放大器304、电阻Re5和电容C5 ；电容C5和电阻Re5顺次串联在第三双端输入单端输出放大器303的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Rrf的接点接第四放大器304的同向输入端，第四放大器304的反向输入端和输出端相连。图6所示的放大器也是一种可编程增益放大器，其与图4中结构的唯一区别是需要输入差分信号。其中Rall = Ral,Rbll = Rbl，第一级的增益为Rbl和Ral的比值，且增益可调。这里，我们再给出数字/模拟转换器的几种实例。
图7.1为本发明实施例中一种数字/模拟转换器的结构图。如图7.1所示，本实施例中，数字/模拟转换器采用电流模式R2R DAC实现数字到模拟的转换，并且输出范围最大为二分之一电源地电压。依照本发明参考电平需求，可使用相应连接方式产生对应的高低电位的参考电平。图7. 2为本发明实施例中另一种数字/模拟转换器的结构图。如图7. 2所示，本实施例中，数字/模拟转换器采用电流模式R2R DAC实现数字到模拟的转换，与图7.1所示DAC的区别在于其输出范围不局限于二分之一电源地电压，并且共模电平可调节，由Vcom电压值确定。依照本发明采用该种DAC可以减少参考电平产生电路的设计复杂度。图7. 3为本发明实施例中再一种数字/模拟转换器的结构图。图7. 3所示，本实施例中，数字/模拟转换器采用电压模式R2R DAC实现数字到模拟的转换，其输出范围不局限于二分之一电源地电压。依照本发明采用该种DAC可以减少参考电平产生电路的设计复杂度。图7. 4为本发明实施例中又一种数字/模拟转换器的结构图。图7. 4所示，本实施例中，数字/模拟转换器采用R2R网络实现数字到模拟的转换，其输出范围为2倍Vref，最大可为电源地电压。依照本发明采用该种电路，由于减少一个放大器，可以减少参考电平产生电路的设计复杂度以及功耗。这里，我们还给出几种比较器的实例。图8为本发明实施例中一种比较器的结构图。如图8所示，本实施例中，比较器包括三个NMOS管MnO、Mnl、Mn2和两个PMOS管Mpl、Mp2，以及一个反向器，PMOS管Mpl和PMOS管Mp2的栅极相连，源极均接电源Vcc，PMOS管Mpl的漏极接NMOS管Mnl的漏极，NMOS管Mn I和NMOS管Mn2的源极均接NMOS管MnO的漏极，NMOS管Mn2的漏极接PMOS管Mp2的漏极，NMOS管MnO的源极接地GND，栅极接偏置电压Vbn，反向器的输入端接PMOS管Mp2的漏极，NMOS管Mn2的栅极为比较器的正向输入端Vin+，NMOS管Mnl的栅极为比较器的反向输入端Vin-，反向器的输出端为比较器的输出端Vo。图8所示的比较器用于图2中三对比较器中高电平的比较，即VG1+，VG2+和VM+的比较。由于NMOS作为输入管，可以很好的实现高电平比较功能。图9为本发明实施例中另一种比较器的结构图。如图9所示，本实施例中，比较器 包括三个PMOS管MpO、Mp3、Mp4和两个NMOS管Mn3、Mn4以及一个反向器，PMOS管MpO的源极接电源Vcc，栅极接偏置电压Vbp，漏极接PMOS管Mp3和PMOS管Mp4的源极，PMOS管Mp3的漏极接NMOS管Mn3的漏极和栅极，NMOS管Mn3和NMOS管Mn4的源极接地GND，NMOS管Mn4的漏极接PMOS管Mp4的漏极，反向器的输入端接NMOS管Mn4的漏极，PMOS管Mp4的栅极为比较器的正向输入端Vin+，PM0S管Mp3的栅极为比较器的反向输入端Vin-，反向器的输出端为比较器的输出端Vo。图9所示的比较器用于图2中三对比较器中低电平的比较，即VG1-，VG2-和VM-的比较。由于PMOS作为输入管，可以很好的实现低电平比较功能。图10为本发明实施例中可编程增益放大器的一种偏置电压产生电路结构图。如图10所示，电源电压VIN经过2级LDO (Low Dropout regulator,低压差线性稳压器)901和902产生可编程增益放大器的偏置电压VCM(也即前述的共模电压)，可以极大的提高可编程增益放大器的偏置电压的电源抑制比。图11.1为本发明实施例中第一种磁感应模块的结构图。图11.1中，磁感应模块为磁感应线圈。磁感应线圈的两输出端可以直接与低通滤波模块的两输入端相连。图11. 2为本发明实施例中第二种磁感应模块的结构图。图11. 2中，磁感应模块为霍尔器件，且该霍尔器件的两个输出端都通过隔直电容与低通滤波模块两个输入端相连。图11. 3为本发明实施例中第三种磁感应模块的结构图。图11. 3中，磁感应模块为霍尔器件，该霍尔器件一个输出端通过隔直电容与低通滤波模块一个输入端相连，该霍尔器件的另一个输出端直接与低通滤波模块另一个输入端相连。图11. 4为本发明实施例中第四种磁感应模块的结构图。图11. 4中，磁感应模块为霍尔器件，该霍尔器件的两个输出端直接与低通滤波模块的两个输入端相连。图11. 5为本发明实施例中第五种磁感应模块的结构图。图11. 5中，磁感应模块为巨磁阻器件，该巨磁阻器件的两个输出端都通过隔直电容与低通滤波模块的两个输入端相连。图11. 6为本发明实施例中第六种磁感应模块的结构图。图11. 6中，磁感应模块为巨磁阻器件，该巨磁阻器件的一个输出端通过隔直电容与低通滤波模块的一个输入端相连，该巨磁阻器件的另一个输出端直接与低通滤波模块的另一个输入端相连。图11. 7为本发明实施例中第七种磁感应模块的结构图。图11. 7中，磁感应模块为巨磁阻器件，该巨磁阻器件的两个输出端直接与低通滤波模块的两个输入端相连。本发明提供的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，能够减小电路噪声和环境噪声对低频信号检测及传输系统中所接收到的低频信号的干扰，从而提高低频交变磁场距离检测和控制的精度。基于前述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，本发明还提出了一种低频信号检测方法。图12为本发明实施例中低频信号检测方法的流程图，如图12所示，本实施例中，低频信号检测方法包括如下步骤步骤1201，在不同距离测量放大后感应电压的幅度值；通过实验手段，在不同手机终端上测量磁感应模块与发送磁场的读卡器在不同距离点的感应电压经放大器放大后的幅度值，并做相应的记录。图13为本发明实施例中通过实验测得的将磁感应模块置入不同移动通信终端，距离与低频感应信号幅度值的对应关系示意图。步骤1202，建立电压幅值与距离的对应表；将多个终端的测量数据进行处理，得到电压幅值与距离的对应表，如表I所示。表I低频感应信号幅度值与距离的对应关系表
权利要求
1.一种用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，应用于近距离通信系统，其特征在于，包括至少一个磁感应模块、至少一个低通滤波模块、至少一个放大器、至少一个数字/模拟转换器和至少一个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端与所述比较器的正向输入端相连，所述数字/模拟转换器的输出端与所述比较器的反向输入端相连，所述放大器为双端输入单端输出放大器。
2.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，包括一个磁感应模块、一个低通滤波模块、一个放大器、两个数字/模拟转换器和两个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端分别与所述两个比较器的正向输入端相连，所述两个数字/模拟转换器与所述两个比较器组成两路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共一对。
3.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，包括一个磁感应模块、一个低通滤波模块、一个放大器、六个数字/模拟转换器和六个比较器，所述放大器的输出端分别与所述六个比较器的正向输入端相连，所述六个数字/ 模拟转换器与所述六个比较器组成六路，每一路中数字/模拟转换器的输出端与比较器的反向输入端相连，每上下两路组成一对，共三对。
4.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述磁感应模块为磁感应线圈、霍尔器件或巨磁阻器件。
5.根据权利要求4所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述磁感应模块为磁感应线圈，所述磁感应线圈的两输出端直接与所述低通滤波模块的两输入端相连。
6.根据权利要求4所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述磁感应模块为霍尔器件，所述霍尔器件的两个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块两个输入端相连；或者所述霍尔器件一个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块一个输入端相连，而所述霍尔器件的另一个输出端直接与低通滤波模块另一个输入端相连；或者所述霍尔器件的两个输出端直接与所述低通滤波模块的两个输入端相连。
7.根据权利要求4所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述磁感应模块为巨磁阻器件，所述巨磁阻器件的两个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块的两个输入端相连；或者所述巨磁阻器件的一个输出端通过隔直电容与所述低通滤波模块的一个输入端相连，而所述巨磁阻器件的另一个输出端直接与所述低通滤波模块的另一个输入端相连；或者所述巨磁阻器件的两个输出端直接与所述低通滤波模块的两个输入端相连。
8.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述放大器为接成电阻负反馈网络的单级放大器或多级级联放大器。
9.根据权利要求3所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一双端输入单端输出放大器、电阻Ral和电阻Rbl ；电阻Ral的一端接信号输入端口 IN，另一端接所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Rbl接在所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端和输出端之间，所述第一双端输入单端输出放大器的同向输入端接共模电压VCM ；第二级包括第二双端输入单端输出放大器、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻Rc^电阻艮2、电容C1 和电容C2 ;电阻Ra2和电阻Rb2顺次串联在共模电压VCM和所述第二双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra2和电阻Rb2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Rca和电容C1顺次串联在所述第一双端输入单端输出放大器的输出端和地GND之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在电阻Rca和电容C1的接点与共模电压VCM之间，电容C2和电阻Rc^的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻艮3、电阻艮4、电容C3 和电容C4 ；电阻Ra3和电阻Rb3顺次串联在共模电压VCM和所述第三双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra3和电阻Rb3的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Re3和电容C3顺次串联在所述第二双端输入单端输出放大器的输出端和地GND之间，电容C4和电阻Re4顺次串联在电阻Re3和电容C3的接点与共模电压VCM之间，电容C4和电阻Re4的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的同向输入端；第四级包括第四放大器、电容C5和电阻Re5 ；电容C5和电阻Rrf顺次串联在所述第三双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Rrf的接点接所述第四放大器的同向输入端，所述第四放大器的反向输入端和输出端相连。
10.根据权利要求3所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一双端输入单端输出放大器、电阻Ral、电阻Rbl和电容C1 ；电阻Ral接在信号输入端IN和所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端之间，电阻Rbl和电容C1并联在所述第一双端输入单端输出放大器的反向输入端和输出端之间，所述第一双端输入单端输出放大器的同向输入端接共模电压VCM ；第二级包括第二双端输入单端输出放大器、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻艮2、电容C2和电容 C3 ；电阻Ra2接在共模电压VCM和所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端之间，电阻Rb2和电容C3并联在所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端和输出端之间，电容C2和电阻Re2顺次串联在所述第一双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器、电阻Ra3、电阻Rb3、电阻Re4和电容C4 ；电阻 Ra3和电阻Rb32顺次串联在共模电压VCM和所述第三双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra3和电阻Rb32的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的反向输入端，电容C4 和电阻Re4顺次串联在所述第二双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C4和电阻Re4的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的同向输入端；第四级包括第四放大器、电阻Re5和电容C5 ；电容C5和电阻Rrf顺次串联在所述第三双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Rrf的接点接所述第四放大器的同向输入端，所述第四放大器的反向输入端和输出端相连。
11.根据权利要求3所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述放大器为四级级联放大器，该四级级联放大器的组成为第一级包括第一放大器、电阻Ral、电阻Rbl、电阻Rall和电阻Rbll ；电阻Ral和电阻Rbl顺次串联在正向信号输入端INP和所述第一放大器的输出端之间，电阻Ral和电阻Rbl的接点接所述第一放大器的反向输入端，电阻Rall和电阻Rbll顺次串联在反向信号输入端INN和地 GND之间，电阻Rall和电阻Rbll的接点接所述第一放大器的同向输入端；第二级包括第二双端输入单端输出放大器、电阻Ra2、电阻Rb2、电阻Rc^电阻艮2、电容C1 和电容C2 ；电阻Ra2、电阻Rb2顺次串联在共模电压VCM和所述第二双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra2、电阻Rb2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的反向输入端，电阻Rc^电容C1顺次串联在所述第一放大器的输出端和地GND之间，电容C2和电阻Rci2 顺次串联在电阻Rc^电容C1的接点与共模电压VCM之间，电容C2和电阻Re2的接点接所述第二双端输入单端输出放大器的同向输入端；第三级包括第三双端输入单端输出放大器、电阻艮3、电阻Rb3、电阻艮3、电阻艮4、电容C3 和电容C4 ；电阻Ra3和电阻Rb3顺次串联在共模电压VCM和所述第三双端输入单端输出放大器的输出端之间，电阻Ra3和电阻接点接所述第三双端输入单端输出放大器的反向输入端， 电阻Re3和电容C3顺次串联在所述第二双端输入单端输出放大器的输出端和地GND之间， 电容C4和电阻Re4顺次串联在电阻Re3和电容C3的接点与共模电压VCM之间，电容C4和电阻的接点接所述第三双端输入单端输出放大器的同向输入端；第四级包括第四放大器、电阻Re5和电容C5 ；电容C5和电阻Rrf顺次串联在所述第三双端输入单端输出放大器的输出端和共模电压VCM之间，电容C5和电阻Rrf的接点接所述第四放大器的同向输入端，所述第四放大器的反向输入端和输出端相连。
12.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述数字/模拟转换器为电流模式R2R结构，所述数字/模拟转换器的输出范围最大为二分之一电源地电压。
13.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述数字/模拟转换器为电流模式R2R结构，所述数字/模拟转换器的输出范围不局限于二分之一电源地电压，并且共模电平可调节。
14.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述数字/模拟转换器为电压模式R2R结构，所述数字/模拟转换器的输出范围不局限于二分之一电源地电压。
15.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述数字/模拟转换器为R2R网络结构，所述数字/模拟转换器的输出范围大至电源地电压。
16.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，用于比较高电平的比较器包括三个NMOS管MnO、Mnl、Mn2和两个PMOS管Mpl、Mp2，以及一个反向器，PMOS管Mpl和PMOS管Mp2的栅极相连，源极均接电源Vcc，PMOS管Mpl的漏极接NMOS管Mnl的漏极，NMOS管Mnl和NMOS管Mn2的源极均接NMOS管MnO的漏极，NMOS 管Mn2的漏极接PMOS管Mp2的漏极，NMOS管MnO的源极接地GND，栅极接偏置电压Vbn，反向器的输入端接PMOS管Mp2的漏极，NMOS管Mn2的栅极为比较器的正向输入端Vin+，NMOS 管Mnl的栅极为比较器的反向输入端Vin-，反向器的输出端为比较器的输出端Vo。
17.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，用于比较低电平的比较器包括三个PMOS管MpO、Mp3、Mp4和两个NMOS管Mn3、Mn4以及一个反向器，PMOS管MpO的源极接电源Vcc，栅极接偏置电压Vbp，漏极接PMOS管Mp3和PMOS管Mp4的源极，PMOS管Mp3的漏极接NMOS管Mn3的漏极和栅极，NMOS管Mn3和NMOS 管Mn4的源极接地GND，NM0S管Mn4的漏极接PMOS管Mp4的漏极，反向器的输入端接NMOS 管Mn4的漏极，PMOS管Mp4的栅极为比较器的正向输入端Vin+，PM0S管Mp3的栅极为比较器的反向输入端Vin-,反向器的输出端为比较器的输出端Vo。
18.根据权利要求1所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，所述放大器的偏置电压产生电路包括2级低压差线性稳压器。
19.一种低频信号检测方法，基于权利要求1至18任一项所述的用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，其特征在于，包括步骤a，通过实验，测量磁感应模块与发送低频磁场的读卡器在不同距离点的感应电压经放大器放大后的电压幅值，确定该电压幅值与距离的对应关系，并建立电压幅值与距离的对应表；步骤b，根据解码低频信号传输数据及控制刷卡距离的需要，结合信噪比要求，通过一对或多对数模转换器输出的双电平门限形成迟滞判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传输的码流信息，或者通过一个或多个数模转换器输出的单电平门限形成判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传输的码流信息；通过一对或多对数模转换器输出的双电平门限形成非迟滞判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传递的距离特征信息，或者通过一个或多个数模转换器输出的单电平门限形成非迟滞判决电压门限对模拟信号进行判决，得到低频磁场所传递的距离特征信息；步骤C，对非迟滞判决条件判决后信号进行采样，得到O、I码流序列，设置I信号比例门限，在设定的时间窗长度内对该码流序列进行统计，当I信号所占码流序列比例达到预设比例门限时，则认为进入预设距离范围，否则认为未进入该距离范围；对迟滞判决条件判决后的信号序列进行解码，提取低频磁场的码流信息，完成低频磁场信号单向通信。
20.据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，所述步骤b中，根据步骤a 中所述电压幅值与距离的对应表，结合解码距离、距离控制的要求、设置I信号的比例门限设置数模转换器输出给比较器的电平。
21.根据权利要求20所述的低频信号检测方法，其特征在于，所述成对数模转换器输出给比较器的电平为非迟滞判决条件，其设置方法为设期望控制的距离为D1，查找电压幅值与距离的对应表，得到距离Dl对应的信号变化幅度为+Al到-Al，设置I信号的比例门限为R1，根据Al及R1，设置输出给比较器的电平L1、L2，满足在一个周期内，模拟前端装置输出信号幅度大于LI或小于L2的时间百分比等于R1，即大于Rl则进入要求控制的距离 Dl范围内，否则没有进入要求控制距离Dl的范围内。
22.根据权利要求20所述的低频信号检测方法，其特征在于，所述成对数模转换器输出给比较器的电平为迟滞判决条件，其设置方法为设期望进行解码的距离为D2，查找电压幅值与距离的对应表，得到距离D2对应信号的变化幅度为+A2到-A2，测得大多数噪声产生的幅度为A3,设置输出给比较器的电平L3、L4,使得L3大于+A3且小于+A2 ；L4小于-A3 且大于-A2，即当距离小于D2时则允许解码，否则不允许解码。
23.根据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，所述步骤b中，对输入为非迟滞判决条件比较电平的两个比较器输出信号进行逻辑或处理，得到用于提取距离信息的数字信号。
24.根据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，所述步骤b中，对输入为迟滞判决条件比较电平的两个比较器输出进行迟滞处理，得到用于提取磁场码流信息的数字信号。
25.根据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，所述步骤c中，设置数字毛刺滤波器对输入的数字信号进行毛刺滤除，从滤除毛刺的信号中解码出低频磁场数据流。
26.根据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，所述步骤b中，使用单个数模转换器输出的单比较电平提取磁场距离信息和码流信息。
27.根据权利要求26所述的低频信号检测方法，其特征在于，使用单个比较器输出比较电平提取磁场码流信息，数模转换器输出给比较器的电平设置为放大器输入参考电平。
28.根据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，使用单个比较器或成对比较器输出的数字信号进行解码。
29.根据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，使用单比较器或成对比较器输出的数字信号进行单个距离的判断；使用多个单比较器输出的数字信号进行多个距离的判断，或者使用多个成对比较器进行多个距离、多个距离区间的判断；使用多个单比较器输出的数字信号进行多个距离的判断，或者使用多个成对比较器进行多个距离、多个距离区间的判断。
30.根据权利要求19所述的低频信号检测方法，其特征在于，混合使用多个单比较器和成对比较器输出的数字信号进行多个距离、多个距离区间的判断。
全文摘要
本发明涉及一种用于低频信号检测及传输系统的模拟前端装置，应用于近距离通信系统，包括至少一个磁感应模块、至少一个低通滤波模块、至少一个放大器、至少一个数字/模拟转换器和至少一个比较器，所述磁感应模块、低通滤波模块、放大器顺次相连，所述放大器的输出端与所述比较器的正向输入端相连，所述数字/模拟转换器的输出端与所述比较器的反向输入端相连，所述放大器为双端输入单端输出放大器。本发明能够减小电路噪声和环境噪声对低频信号检测及传输系统中所接收到的低频信号的干扰，从而提高低频交变磁场距离检测和控制的精度。
文档编号H04B5/00GK103023584SQ20101016618
公开日2013年4月3日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者潘文杰, 赵辉, 蒋宇, 任腾龙, 沈晔, 李超林 申请人:国民技术股份有限公司