ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ（总第１０７期）ＣｈｉｎａｌｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｌｔ１前言ＩＳＯ１５６９３标准协议是国际上规定的用于非接触式ＩＣ卡的一种高频通信协议。
该标准协议的非接触式ＩＣ卡的读写距离长达１００ｃｍ，比同是高频通信协议的ＩＳＯ１４４４３规定的１０ｃｍ读写距离更大，应用范围也会更加广泛。
ＩＳＯ１５６９３标准协议规定：读卡器到卡所发送的信号为采用脉冲位置编码的１０％ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式的频率都为１３．５６ＭＨｚ的载波。
卡片解调电路的任务是把两种深秦燕青，葛元庆（清华大学微电子学研究所，北京１０００８４）ＩＳＯ１５６９３非接触式ＩＣ卡射频前端电路的设计摘要：介绍了ＩＳＯ１５６９３非接触式ＩＣ卡射频前端电路，采用了一种巧妙的整流电路，提高了整流效率。
同时使用了一种适用于ＩＳＯ１５６９３非接触式卡片的简单的稳压电路结构，有助于信号的解调，并且使卡片在接收到的信号为１０％ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式时都能正常工作。
芯片测试结果显示：电源产生电路能够产生２．２Ｖ－３．８Ｖ的直流电压，解调电路能够在２．０Ｖ－３．８Ｖ电压下可靠稳定的工作；在ＩＳＯ１５６９３规定的最小场强０．１５Ａ／Ｍ处，整个芯片的电源电压为３．３Ｖ，且功耗小于６０μＷ。
关键词：ＩＳＯ１５６９３；非接触式ＩＣ卡；整流电路；电源产生电路；解调电路ＤｅｓｉｇｎｏｆａＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｏｆｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｆｏｒＩＳＯ１５６９３ＱＩＮＹａｎ－ｑｉｎｇ，ＧＥＹｕａｎ－ｑｉｎｇ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｃｏｍｐｌｙｉｎｇｗｉｔｈＩＳＯ１５６９３．Ａｎｏｖｅｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ａｓｉｍｐｌｅｌｉｍｉｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｉｎｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ，ａｎｄｉｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｉｓｌｉｍｉｔｅｒｃａｎａｌｓｏｈｅｌｐｔｈｅａｂｏｖｅｃａｒｄｓｗｏｒｋｎｏｒｍａｌｌｙｗｈｅｎｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌｉｓ１０％ＡＳＫｏｒ１００％ＡＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｇｅｎ－ｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａＤＣｓｕｐｐｌｙｖｏｌｔａｇｅｆｒｏｍ２．２Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｗｏｒｋｐｒｏｐｅｒｌｙａｎｄｓｔｅａｄｉｌｙｆｒｏｍ２．０Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ６０ｕＷａｔ３．３Ｖ，ｗｈｅｎｔｈｅｗｈｏｌｅｃｈｉｐｗｏｒｋｓａｔｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ０．１５Ａ／Ｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎＩＳＯ１５６９３．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＳＯ１５６９３；ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ；ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔＥＥＡＣＣ：１２０５；１２５０３９（总第１０７期）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ度的ＡＳＫ调制信号从天线上解出，并且把它量化成数字信号送给后续的数字逻辑电路使用。
由于在非接触式ＩＣ卡中没有电源，所以需要在卡片里面设计电源产生电路来为整个芯片提供直流工作电压。
电源产生电路在１０％ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式下都能提供满意的电压是比较困难的。
尤其是１００％ＡＳＫ调制模式下，读卡器发送的载波会消失一段时间，在这段时间内，整流电路停止工作，电源电压很容易下降得过低导致电路无法工作。
同时，在１０％ＡＳＫ调制模式下，电源的稳压和信号的解调也是一个矛盾。
电源电压越稳定，接收到的信号的调制深度就被削弱得越厉害，就越难解调。
为了解决这些问题，本文引入了一种简单的稳压电路来实现对电路稳压和信号解调的折中，并且此电路在电源电压降为２．３Ｖ左右时关断也很迅速，从而保证了在１００％ＡＳＫ信号时，电源电压仍然能够维持在一个比较满意的值以上。
２电路的基本工作原理和实现非接触式卡内射频前端电路系统结构如图１所示。
电源产生电路由整流电路，稳压电路，过流保护电路三个功能模块组成；解调电路由检波电路和比较电路两个功能模块组成。
还有调制电路，上电复位电路和时钟产生电路。
当卡片进入读卡器的场强范围时，电源产生电路将天线上耦合到的交流信号转换为直流电源电压。
当电源电压达到某一特定电压值时，上电复位模块给出上电信号，使数字逻辑模电路块进入工作状态。
解调模块则是把读卡器发射的数据信息从ＡＳＫ调制信号中恢复出来，再送给数字逻辑电路。
而调制模块是把卡片中数字逻辑电路要发送的数据信息通过天线发射出去，于是通过对双方天线的控制建立起了读卡器和卡片之间的通信。
２．１整流电路本文采用了图２所示为全波整流电路。
此电路是射频前端电路中最重要的部分，它把耦合过来的射频交流电压转换成直流电源电压。
电路中，不仅把ＭＰ１和ＭＰ２管的栅极与ＶＤＲ一端连接，同时也把ＭＰ１和ＭＰ２管的衬底和ＶＤＲ一端连接，使得当天线上的电压高于ＶＤＲ时，同时会有两条支路电流流向ＶＤＲ端，一条支路是正常的ＰＭＯＳ管导通状态时的沟道电流，另一条支路是由于漏极与衬底之间的ＰＮ结正偏产生的衬底电流。
当天线上的电压低于ＶＤＲ时，ＭＯＳ管处于截止状态，同时ＰＭＯＳ管漏极与衬底之间的ＰＮ结处于反偏状态，不会产生衬底电流，因此能够很好的关闭ＰＭＯＳ管，从而不会使大电容Ｃｖｄｒ上积攒的电荷发生泄漏，有助于提高电路的整流效率。
ＭＮ１管和ＭＮ２管交替导通使得ＧＮＤ图１卡片中射频前端电路的整体结构图２全波整流电路４０２００８·４·ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ（总第１０７期）ＣｈｉｎａｌｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｌｔ端和天线两端中的低电压端连接，并且这两个管子的导通能力要足够强，使得天线低电压端和ＧＮＤ之间的压降足够小。
再通过适当的选择电容Ｃａｎｔ的参数大小，就可以使得天线的谐振频率为１３．５６ＭＨｚ，从而得到一个高效率的整流电路。
这个电路的优点是：天线上的电压高于ＶＤＲ时，ＰＭＯＳ管漏端与衬底构成的二极管起主要的导通作用，天线端载波的峰值电压与ＶＤＲ端电压之间的差值不再由ＰＭＯＳ管的阈值决定，而是由漏端与衬底构成的二极管两端的压降决定的。
与图３中的两种典型的整流电路结构相比，天线端载波的峰值电压与ＶＤＲ端电压之间的差值降低了很多。
经测试表明：当ＶＤＲ电压为２．５Ｖ时，天线端载波与地之间峰值电压为２．８Ｖ，也就是说此时天线端载波的峰值电压与ＶＤＲ端电压之间的差值只有０．３Ｖ，在很大程度上提高了电路的整流效率，从而有利于电路工作在更低的场强处。
２．２稳压电路为了防止直流电源电压过高，必须在整流电路后面加上一级稳压电路。
传统的稳压电路是通过对ＶＤＤ的采样电压与某个标准电压或者另外一路采样电压进行比较而得到的泄放电路的控制电压。
这样得到的控制电压会有一个控制电压突然跳变的过程，使得泄放电路的泄放电流在跳变前后的改变量比较大，对保持接收信号的调制深度非常不利，可能使得接收信号的调制深度在某段场强范围内非常小，导致解调失败。
这里提出了一种简单实用的稳压电路结构，如图４所示。
这个稳压电路大约在ＶＤＤ上升到２．４Ｖ的时候启动泄放管ＭＮＣ，对电容Ｃｖｄｒ进行放电从而达到降低电压的目的。
电路中控制ＭＮＣ管栅极的采样电压随电源电压变化比较平稳，不会产生突然的电压跳变现象，有利于保持接收信号的调制深度，有助于信号的顺利解调。
其缺点是随着卡片与读卡器之间距离的变化，电源电压ＶＤＤ的变化范围比较大，大约在２．５Ｖ￣４．０Ｖ之间。
为了防止卡片与读卡器之间距离比较近时，电源电压ＶＤＤ上升得太高，后面又加了一级过流保护电路。
电阻Ｒｖｄｄ和电容Ｃｖｄｄ构成低通滤波器，对ＶＤＲ进行滤波，滤除其中的高频成分，使电源电压ＶＤＤ更加平稳。
２．３过流保护电路图３两种典型的整流电路图４稳压电路图５过流保护电路４１２００８·４·（总第１０７期）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ图５为过流保护电路。
只有在电源电压ＶＤＤ高于３．５Ｖ时，此电路才开始工作，对电荷进行泄放，达到抑制电源电压过高的目的。
由于此电路只有在卡片处于协议中规定的较大场强的情况下才会处于工作状态，因此虽然会对接收信号的调制深度有所减弱，但是不会造成解调的困难。
这是因为在较大场强情况下，卡片和读卡器的耦合系数比较高，接收到的信号比较强，其调制深度比协议中规定的最小场强的时候要大很多，所以其解调很容易，即使深度有所减弱，也不会妨碍后面电路的顺利解调。
２．４检波电路图６中检波电路包括一个包络检波电路和低通滤波器。
ＰＭＯＳ管ＭＰ１￣ＭＰ６的连接相当于两个二极管的作用。
用ＭＮ１管和ＭＮ２管来构成阻值很大的有源电阻，是为了节省版图面积。
Ｒ１和Ｃ２构成一个低通滤波器，用来滤除高频信号。
２．５比较电路图７所示为比较电路。
Ｖｒｅｆ是一个比较稳定的恒定电压。
电容Ｃ３和电阻Ｒ２组成一个微分网络，它把输入信号中的跳变部分转变为尖脉冲输出。
Ｖｅｎｖ的波形大致为方波，经过这个微分网络以后得到的Ｖｉｎ信号就变成了尖脉冲波形。
Ｖｉｎ信号再经过电阻Ｒ２的直接耦合叠加在Ｖｒｅｆ信号上。
如图８所示，Ｖｉｎ和Ｖｒｅｆ之间就会在尖脉冲的位置产生比较大的电压差。
当这个电压差大于迟滞比较器的翻转阈值电压时，迟滞比较器就会翻转从而得到解调信号，然后经过两级反相器，提高驱动能力，送给数字逻辑电路。
２．６调制电路图９所示为负载调制电路，ＴＸ为数字逻辑电路引出来的数字信号，用来控制ＭＮ３管的通断，从而改变连接在天线两端的并联谐振电路阻尼的强弱，实现幅度调制的功能。
在ＭＮ３管的栅极与ＧＮＤ之间接入一个电容Ｃ１是为了使ＭＮ３管的通断电流变化稍微平缓一些，以避免在天线上面出现较大的图６检波电路图７比较电路图８施密特触发器的输入信号图９调制电路４２２００８·４·ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ（总第１０７期）ＣｈｉｎａｌｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｌｔ电压尖脉冲。
２．７上电复位电路在ＩＳＯ１５６９３协议中，要求卡片在规定的场强范围内能持续性地工作。