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NFC接收机的研究与设计

作　者: 晏鹏
导　师: 闵昊
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: NFC RFID 低功耗接收机弱信号检测相干解调采样滤波器差分运放锁相环 VCO
分类号: TN851
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

NFC(Near Field Communication)是一种在14443A等HF标签的基础上提出的一个扩展协议,在兼容已有标签的基础上为各种电子设备提供一种安全,方便,a快捷的近距离无线通信接口,在电子支付等领域具有广阔的应用前景。本文在单芯片解决方案的框架内,对其接收机部分进行了研究与设计。NFC协议具有主动和被动两种工作模式,每种模式下又有不同的通信速率。被动模式是兼容已有HF RFID,NFC设备在此种模式可以分别作为阅读器和标签参与通信。主动模式则是NFC的独有通信方式,两个NFC设备具有对等的地位,通过时分的方式实现半双工通信。NFC设备通过PA主动产生磁场的方式与对方设备进行通信。相对于无源标签来说,此种模式具有更为宽松的功耗限制,阅读距离不严格依赖于功耗的大小,因此可以在阅读距离,安全性,成本等方面取得一个更优的折中。根据NFC协议,NFC接收机部分有三种工作状态。其中最为苛刻的性能要求出现于被动工作模式下阅读器模式,此时NFC事实上等效于传统的14443A阅读器设计。唯一的区别在于作为手持设备的NFC希望有更小的功耗。针对不同的要求,分别设计了包络检波模块和相干检波模块。基于采样原理着重设计了相干解调模块,并完成了时钟、电源等辅助模块。多级开关实现的采样电路将13.56MHz载波上的ASK信号搬移到O中频,再通过带通滤波/放大电路逐级放大。通过适当的滤波器设计,消除了运放offset和载波泄漏带来的问题。处于功耗方面的考虑,滤波器采用RC实现。放大通路采用全差分结构,并在版图设计中尽可能的消除了mismatch带来的问题,关键信号线也做了屏蔽。同样由于功耗的问题,未采用ADC控制AGC的方案,仅使用了简单迟滞比较器解出数字信号。采用SMIC 0.18um EE工艺对设计的电路进行了流片,并完成的相关测试工作。测试结果与仿真预期相符,实现了设计目标。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章引言  8-11
  1.1 NFC相关背景  8
  1.2 研究现状  8-10
  1.3 论文组织结构  10-11
第二章 NFC协议及系统设计  11-17
  2.1 NFC协议分析  11-13
  2.2 NFC接收机系统结构  13
  2.3 NFC接收机的性能指标  13-17
第三章解调电路设计  17-30
  3.1 接收机工作原理  17-19
  3.2 采样电路设计  19-22
  3.3 运放设计  22-24
  3.4 放大器/滤波器设计  24-27
  3.6 迟滞比较器设计  27-28
  3.7 包络检波  28-30
第四章时钟和电源设计  30-39
  4.1 时钟设计  30-36
    4.1.1 PLL设计  30-33
    4.1.2 VCO设计  33-34
    4.1.3 四相时钟  34-36
  4.2 电源设计  36-39
    4.2.1 Bandgap  36-38
    4.2.2 LDO设计  38-39
第五章  39-41
第六章芯片测试  41-48
  5.1 测试方法  42-43
  5.2 测试平台  43-44
  5.3 测试结果  44-48
第七章总结  48-50
致谢  50-51
参考文献  51-55

NFC接收机的研究与设计

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