NFC接收机的研究与设计

论文摘要

NFC是一种近距离无线通讯协议,提供各种设备之间轻松、安全、迅速而自动的通信,并且与现有的非接触智能卡技术兼容,在国内外发展十分迅速。本文着眼于NFC的芯片解决方案,对模拟前端整个接收机链路进行研究与设计。NFC协议定义了主动和被动两种传输模式。在不同的模式下,NFC设备可以通过发射机或者简单的负载调制实现数据的传输。而在接收机的解调电路中,针对不同工作方式的信号和载波的特点,分别设计了包络检波器和相干解调电路。为产生相干解调电路所需的四相同步时钟,解调电路还包含频率综合器和VCO等模块。调幅（ASK）信号经过解调电路后,不可避免的与载波分量耦合,并引入直流分量以及其他干扰和噪声。干扰和噪声会使得判决电路产生误操作,或者降低信号的信噪比;而直流分量则会使后级放大电路饱和。为了将其滤除,设计了高通和低通有源RC滤波器。在接收机中,经过解调后的信号仍然十分微弱。需要将其放大到接近AD量程,将量化噪声的影响降到最低,以获得最好的信噪比。信号强度随通讯距离,工作模式而变化。因此需要自动增益控制（AGC）环路,将不同强弱的信号放大到合适的幅度。本次设计是采用比较器量化的简易版本,暂未集成AD闭环AGC环路,着重设计了其中的PGA模块。最后,采用SIMC 0.18μm 1P6M Mix-Signal工艺,对单端和全差分两种NFC接收机链路的版本进行流片。单端链路的结构简单,具有更少的功耗和面积消耗;全差分链路能更好的抑制共模噪声以及电源与地的干扰,获得更好的性能。在芯片测试中,对两个版本的接收机进行了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 技术优势
• 1.3 国内外研究和应用现状
• 1.4 论文的主要工作和组织结构
• 第二章 系统分析与设计
• 2.1 NFC相关协议分析
• 2.1.1 Active模式
• 2.1.2 Passive模式
• 2.2 NFC系统结构
• 2.2.1 接收机工作方式
• 2.2.2 接收机的结构
• 2.3 接收机性能指标
• 2.3.1 线性度
• 2.3.2 噪声性能
• 2.4 系统仿真
• 2.4.1 包络检波系统
• 2.4.2 相干解调系统
• 第三章 解调电路
• 3.1 包络检波
• 3.2 相干解调
• 3.3 频率综合器（Frequency Synthesizer）设计
• 3.3.1 环路模型
• 3.3.2 噪声估计
• 3.3.3 频率综合器参数
• 3.4 压控振荡器（VCO）设计
• 3.4.1 VCO工作原理
• 3.4.2 VCO相位噪声分析
• 3.5 仿真结果与分析
• 3.5.1 包络检波器的时域特性
• 3.5.2 相干解调电路的时域特性
• 3.5.3 频综的时域特性
• 3.5.4 VCO的仿真结果
• 3.6 版图设计
• 第四章 滤波器的设计
• 4.1 滤波器的基本原理
• 4.2 滤波器设计
• 4.2.1 低通滤波器
• 4.2.2 高通滤波器
• 4.3 运放设计
• 4.3.1 运放的性能指标
• 4.3.2 运放的电路结构
• 4.4 仿真结果与分析
• 4.4.1 运放的仿真结果
• 4.4.2 滤波器的仿真结果
• 4.5 版图设计
• 第五章 放大电路与量化
• 5.1 自动增益控制（AGC）环路
• 5.1.1 模拟AGC环路
• 5.1.2 数字AGC环路
• 5.1.3 PGA与滤波器链路
• 5.2 PGA电路设计
• 5.3 迟滞比较器设计
• 5.4 仿真结果
• 5.4.1 PGA仿真结果
• 5.4.2 比较器时域特性
• 5.5 版图设计
• 第六章 芯片测试与分析
• 6.1 测试方法
• 6.2 测试平台
• 6.2.1 单端结构
• 6.2.2 全差分结构
• 6.3 测试结果
• 6.3.1 单端接收机的测试结果
• 6.3.2 全差分接收机的测试结果
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢