CN102647184A - 锁相环、主动rfid标签、双界面卡和锁相环的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种锁相环、主动RFID标签、双界面卡和锁相环的控制方法，涉及通信技术领域，解决了现有锁相环在参考频率受到干扰时不能输出***要求的锁定频率的问题。本发明的锁相环包括第一分频器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和第二分频器，还包括：模拟采样保持电路，分别与所述环路滤波器和所述压控振荡器连接；外部控制模块，与所述模拟采样保持电路连接，用于控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间的连接或断开；所述模拟采样保持电路，用于在与所述环路滤波器断开时，为所述压控振荡器提供控制电压。

Description

锁相环、主动RFID标签、双界面卡和锁相环的控制方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种锁相环、主动RFID标签、双界面卡和锁相环的控制方法。

背景技术

锁相环是一个相位反馈自动控制***，主要由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成，具体电路如图1和图2所示，其中分频器是在鉴相器的内部还是外部，主要根据所选芯片的型号决定。在图1和图2中，压控振荡器输出的振荡频率，一部分作为输出，另一部分作为反馈，反馈的部分通过分频器得到鉴相频率，与外部参考频率通过分频器得到的鉴相频率进行相位比较，根据相位比较的差值输出控制电压，该控制电压通过环路滤波器衰减高频误差分量后，控制压控振荡器输出振荡频率，通过重复上述步骤，即搜索过程，直到两个鉴相频率的相位差不变，压控振荡器的输出频率一定，锁相环达到锁定状态。

随着通信***的发展，锁相环应用也越来越广泛，例如应用于主动RFID(Radio Frequency IDentification，射频识别)标签中。发明人经过研究发现，以主动13.56MHzRFID标签为例，主动RFID标签在接收数据时，锁相环从搜索过程达到锁定状态，在发送数据时，锁相环的输出频率经过功率放大器输出的能量非常高，导致参考频率被输出频率覆盖，参考频率受到干扰，锁相环会重新进入搜索过程，不能输出***要求的发送数据时的锁定频率，不能满足***的工作要求。由此现有的锁相环，在参考频率被干扰时，也不能继续输出以前锁定频率。

发明内容

本发明的实施例提供一种锁相环、主动RFID标签、双界面卡和锁相环的控制方法，实现了在锁相环的参考频率受到干扰时，锁相环依旧保持输出锁定频率不变，满足***的工作要求。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锁相环，包括第一分频器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和第二分频器，所述锁相环还包括：

模拟采样保持电路，分别与所述环路滤波器和所述压控振荡器连接；

外部控制模块，与所述模拟采样保持电路连接，用于控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间的连接或断开；

所述模拟采样保持电路，用于在与所述环路滤波器断开时，为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时所述鉴相器输出的电压值。

一种主动RFID标签，包括本发明任一实施例提供的锁相环。

一种双界面卡，包括本发明实施例提供的主动RFID标签。

一种锁相环的控制方法，所述锁相环包括第一分频器、鉴相器、环路滤波器、模拟采样保持电路、外部控制模块、压控振荡器和第二分频器，所述方法包括：

外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接或断开；

当所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接时，所述锁相环根据参考频率输出锁定频率；

当所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开时，所述模拟采样保持电路为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时所述鉴相器输出的电压值。

本发明实施例提供的一种锁相环、主动RFID标签、双界面卡和锁相环的控制方法，在锁相环中增加了模拟采样保持电路和外部控制模块，当所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开时，所述模拟采样保持电路为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时所述鉴相器输出的电压值。本发明实施例实现了在锁相环的参考频率受到干扰时，锁相环依旧保持输出锁定频率不变，满足***的工作要求。

附图说明

图1为现有技术中一种锁相环电路图；

图2为现有技术中另一种锁相环电路图；

图3为本发明实施例1提供的一种锁相环装置结构图；

图4为本发明实施例1提供的另一种锁相环装置结构图；

图5为本发明实施例1提供的一种锁相环的部分电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例一种锁相环、主动RFID标签、双界面卡和锁相环的控制方法进行详细描述。

实施例1

如图3所示，本发明实施例提供了一种锁相环装置结构图，包括第一分频器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和第二分频器，具体还包括：模拟采样保持电路11和外部控制模块12。

所述第一分频器、所述鉴相器和所述环路滤波器顺次相连；所述第二分频器连接在所述压控振荡器和所述鉴相器之间；所述第一分频器接收参考频率，所述压控振荡器与后端电路相连；其中，所述第一分频器或所述第二分频器可以在所述鉴相器的内部，也可以在所述鉴相器的外部；

模拟采样保持电路11，分别与所述环路滤波器和所述压控振荡器连接；

外部控制模块12，与所述模拟采样保持电路11连接，用于控制所述模拟采样保持电路11与所述环路滤波器之间的连接或断开；

所述模拟采样保持电路11，用于在与所述环路滤波器断开时，为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路11与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时所述鉴相器输出的电压值。

本发明实施例提供的锁相环，在所述锁相环中增加了模拟采样保持电路和外部控制模块，所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器断开时，所述模拟采样保持电路为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时所述鉴相器输出的电压值。由此，本发明实施例解决了现有锁相环在参考频率受到干扰时，不能输出***要求的锁定频率的问题，实现了在锁相环的参考频率受到干扰时，所述锁相环依旧保持输出锁定频率不变，满足***的工作要求。

其中，所述外部控制模块可以为软件指令或硬件电路，在这里不做限定。

在图3所示实施例的基础上，如图4所示，本发明实施例提供的一种锁相环装置结构图中，所述模拟采样保持电路包括模拟开关21和电容器22。

模拟开关21，分别与所述环路滤波器和所述电容器的一端相连接；

电容器22，一端分别与所述模拟开关和所述压控振荡器连接，另一端接地。

此时外部控制模块通过控制所述模拟开关的断开或闭合，来控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器的断开或连接。

在图4所示实施例的基础上，进一步的，如图5所示，本发明实施例提供的一种锁相环的部分电路图，所述模拟采样保持电路除了包括电容器22以外，还包括：

电压跟随器23，在所述电容器和所述压控振荡器之间连接。

其中，所述电压跟随器可以为高阻抗运算放大器。

具体应用时，当外部控制模块控制模拟开关闭合时，所述锁相环中的鉴相器输出的控制电压，在经过环路滤波器滤除高频误差分量之后，为电容器充放电，以使所述电容器上的电压值为控制电压，所述控制电压经过电压跟随器后，控制压控振荡器输出振荡频率，以使所述锁相环达到锁定状态，所述锁相环处于锁定状态时，所述压控振荡器输出的振荡频率为锁定频率；

当所述外部控制模块控制所述模拟开关断开时，所述电容器输出控制电压，经过所述电压跟随器后，控制所述压控振荡器并输出锁定频率，所述锁定频率与所述模拟开关闭合时，所述锁相环处于锁定状态输出的锁定频率相同。

其中，当所述模拟开关断开时，所述电容器输出控制电压的电压值，与所述模拟开关闭合、所述锁相环输出锁定频率时，鉴相器输出的电压值相同。

所述高阻抗运算放大器可以为CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)运算放大器或其他高阻运算放大器。

所述锁相环的模拟采样保持电路并不限于上述模拟开关、电容器和电压跟随器的形式。

进一步的，本发明实施例提供的锁相环可以应用在主动RFID标签中。

当所述主动RFID标签接收数据时，所述外部控制模块用于控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接，所述锁相环进行搜索，锁定并输出锁定频率；其中，所述锁定频率为与参考频率相关的频率，即所述锁定频率可以与参考频率相等，也可以为参考频率的任意倍数，还可以为参考频率的函数；所述参考频率为所述主动RFID标签接收到的RFID读写器发送的信号频率；

当所述主动RFID标签发送数据时，所述外部控制模块，还用于控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开；此时，锁相环输出锁相环在主动RFID标签发送数据前锁定的、与参考频率相关的频率，即锁相环输出锁定频率。

由此，本发明实施例提供的锁相环在应用到主动RFID标签时，可以在主动RFID标签发送数据时，仍然可以输出***要求的锁定频率，该锁定频率为主动RFID标签接收数据时锁相环输出的锁定频率。

实施例2

本发明实施例提供一种主动RFID标签，包括芯片和与所述芯片相连的感应线圈，所述芯片包括上述实施例1中提供的任一锁相环。

其中，被动式RFID标签为：RFID标签处于无源状态，在阅读器的读写范围之内时，RFID标签从阅读器发出的射频能量中提取其工作所需的电源。与被动式RFID标签相比，主动RFID标签为：RFID标签的能量从非射频场取得(如电池、交流电源等)，能够自己发射出信号。

锁相环中的外部控制模块，用于当主动RFID标签发送数据时，控制模拟采样保持电路与环路滤波器之间断开；还用于当主动RFID标签接收数据时，控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接。其中，当主动RFID标签接收数据时，锁相环锁定并输出锁定频率，所述参考频率为主动RFID标签接收到的RFID读写器发送的信号频率，所述锁定频率为与参考频率相关的频率。

具体应用时，在主动RFID标签发送数据时，由于所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开，所述模拟采样保持电路持续输出控制电压，使得所述锁相环输出的锁定频率与主动RFID标签接收数据时，所述锁相环处于锁定状态输出的锁定频率相同。

以主动13.56MHzRFID标签的收发***为例，对主动RFID标签的工作流程进行以下描述。

在主动RFID标签接收数据时，所述锁相环进行搜索，锁定并输出锁定频率，所述参考频率为所述主动RFID标签接收到的RFID读写器发送的信号频率；此时所述外部控制模块控制模拟开关闭合，使得所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间的电路连接，所述锁相环中的鉴相器输出的控制电压，在经过环路滤波器滤除高频误差分量之后，为所述电容器充放电，以使所述电容器上的电压值为所述控制电压，所述控制电压经过电压跟随器后，控制压控振荡器输出与所述参考频率相关的频率，即所述锁相环达到锁定状态，此时所述压控振荡器输出的频率为锁定频率；

在所述主动RFID标签发送数据时，所述外部控制模块控制所述模拟开关断开，使得所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间的电路断开，所述电容器输出控制电压，经过所述电压跟随器后，控制所述压控振荡器输出锁定频率，所述锁定频率与所述主动RFID标签接收数据时，所述锁相环处于锁定状态输出的锁定频率相同。

其中，在所述主动RFID标签发送数据时，所述电容器输出的控制电压的电压值，与所述主动RFID标签接收数据、所述锁相环输出锁定频率时，鉴相器输出的电压值相同。

在所述主动RFID标签发送数据时，所述锁相环接收的参考频率受到干扰，影响鉴相器输出后经过环路滤波器的电压，但是由于所述模拟开关断开，所述鉴相器的输出后经过环路滤波器电压不会控制所述压控振荡器，而是由所述电容器输出控制电压，控制压控振荡器输出锁定频率，所述锁定频率与所述主动RFID标签接收数据时，所述锁相环处于锁定状态输出的锁定频率相同，依旧保持输出锁定频率不变，满足***的工作要求。

本发明实施例提供的主动RFID标签，可以在主动RFID标签发送数据时，仍然可以输出***要求的锁定频率，该锁定频率为主动RFID标签接收数据时锁相环输出的锁定频率。

本发明实施例还提供一种双界面卡，包括上述实施例提供的主动RFID标签。双界面卡进行非接触通信的工作流程与上述主动RFID标签的工作流程相同。

需要说明的是，本发明实施例提供的任意一种锁相环，在具体实施中，锁相环中的电容器和模拟开关可以为环路滤波器的一部分，也可以独立于环路滤波器。

实施例3

本发明实施例提供一种锁相环的控制方法，所述锁相环为本发明上述各实施例提供的任一锁相环，具体结构参见上述实施例1中的描述；该锁相环的控制方法具体包括：

外部控制模块控制模拟采样保持电路与环路滤波器之间连接或断开；

当所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接时，所述锁相环根据参考频率输出锁定频率；

当所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开时，所述模拟采样保持电路为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时鉴相器输出后经过环路滤波器的电压值。

本发明实施例提供的控制方法，解决了现有锁相环在参考频率受到干扰时，不能输出***要求的锁定频率的问题，实现了在锁相环的参考频率受到干扰时，所述锁相环依旧保持输出锁定频率不变，满足***的工作要求。

具体地，所述模拟采样保持电路包括模拟开关和电容器，所述外部控制模块控制所述模拟开关断开；所述电容器为所述压控振荡器提供控制电压。

可选的，所述模拟采样保持电路还包括电压跟随器，所述电容器输出控制电压，经过所述电压跟随器后，提供给所述压控振荡器。

当所述锁相环的控制方法应用到主动RFID标签时，具体为当主动RFID标签接收数据时，所述锁相环进行搜索，并锁定输出锁定频率，所述参考频率为所述主动RFID标签接收到的RFID读写器发送的信号频率，如图5所示电路图中，参考频率为RFID读写器的发送频率，并设置锁相环各个部分的电路参数，所述方法还包括：

当主动RFID标签接收数据时，所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接；

当主动RFID标签发送数据时，所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开。

具体应用时，当主动RFID标签接收数据时，将接收到的RFID读写器发送的信号频率作为参考频率，所述外部控制模块控制所述模拟开关闭合，所述压控振荡器输出的振荡频率，一部分作为输出提供给后端电路，一部分经过第二分频器输出第二鉴相频率，与参考频率经过第一分频器后得到的第一鉴相频率，共同输入鉴相器，经过鉴相器中的相位比较器，得到所述第一鉴相频率和所述第二鉴相频率的相位比较的差值，所述差值经过所述鉴相器中的电荷泵输出控制电压，所述控制电压经过环路滤波器滤除高频误差分量，通过模拟开关，对电容器进行充放电，以使所述电容器上的电压值为所述控制电压，所述控制电压通过电压跟随器输出给压控振荡器，所述压控振荡器在所述控制电压的控制下输出振荡频率，当所述锁相环达到锁定时，所述振荡频率即为锁定频率，所述电容器上的电压值为所述控制电压，并保持不变，为后端电路提供稳定的锁定频率。

当所述主动RFID标签发送数据时，所述外部控制模块控制所述模拟开关断开，所述锁相环的环路滤波器与电容器断开，所述电容器会保持电荷，输出控制电压，所述控制电压经过电压跟随器后，将所述控制电压输出给压控振荡器，控制所述压控振荡器输出锁定频率，所述控制电压的电压值为所述主动RFID标签接收数据时，所述锁相环输出锁定频率时鉴相器输出的电压值，所述锁定频率与所述主动RFID标签接收数据时，所述锁相环处于锁定状态输出的锁定频率相同。

其中，所述电容器在输出所述控制电压时会发生电压漂移，输出的电压会发生变化(例如越来越小)，所述电容器的电容值决定所述电容器的电压偏移大小，所述电容器越大，所述电容器上的电压发生的漂移越小，但是受所述环路滤波器的限制，所述电容器的电容值不能过大，因此，在所述环路滤波器参数满足要求的前提下，使电容器的电容值尽量大，以使得所述电容器输出所述控制电压的保持时间更长。

其中，该电压跟随器可以为高阻抗运算放大器。因为高阻抗运算放大器可以实现电压跟随功能，且具有很小的偏置电流和漏流，一般在fA数量级。所述高阻抗运算放大器会减慢所述电容器上的电压漂移速度，以实现保持所述电容器上的电压输出，控制所述压控振荡器依旧输出所述锁定频率。高阻抗运算放大器的阻抗越大，偏置电流越小，则电容器输出控制电压的保持时间越长。

例如，如果电路中不增加高阻抗运算放大器，所述电容器输出的电压控制所述压控振荡器输出的频率，将以3KHz/ms进行偏移，如果电路中加入高阻抗运算放大器，所述压控振荡器输出的频率将以3Hz/ms进行偏移，偏移速度减小，保持时间加长，这样，可以满足***要求的在所述RFID标签发送数据时，仍输出所述主动RFID标签接收数据时的锁定频率。

锁相环的控制方法不限于上述条件，本发明提到的锁相环和锁相环的控制方法可以应用于任何主动RFID标签中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种锁相环，包括第一分频器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和第二分频器，其特征在于，所述锁相环还包括：

模拟采样保持电路，分别与所述环路滤波器和所述压控振荡器连接；

外部控制模块，与所述模拟采样保持电路连接，用于控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间的连接或断开；

所述模拟采样保持电路，用于在与所述环路滤波器断开时，为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时所述鉴相器输出的电压值。

2.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述模拟采样保持电路包括：模拟开关和电容器；

所述模拟开关，分别与所述环路滤波器和所述电容器的一端相连；

所述电容器的一端分别与所述模拟开关和所述压控振荡器连接，另一端接地。

3.根据权利要求2所述的锁相环，其特征在于，所述模拟采样保持电路还包括：

电压跟随器，在所述电容器和所述压控振荡器之间连接。

4.根据权利要求3所述的锁相环，其特征在于，所述电压跟随器为高阻抗运算放大器。

5.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述外部控制模块为软件指令或硬件电路。

6.根据权利要求1-5任一项所述的锁相环，其特征在于，所述锁相环应用在主动射频识别RFID标签中，当所述主动RFID标签接收数据时，所述锁相环锁定并输出锁定频率，所述锁定频率为与所述参考频率相关的频率，所述参考频率为所述主动RFID标签接收到的RFID读写器发送的信号频率；

所述外部控制模块，具体用于当所述主动RFID标签发送数据时，控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开；还具体用于当所述主动RFID标签接收数据时，控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接。

7.一种主动RFID标签，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的锁相环。

8.根据权利要求7所述的主动RFID标签，其特征在于，当所述主动RFID标签接收数据时，所述锁相环锁定并输出锁定频率，所述锁定频率为与所述参考频率相关的频率，所述参考频率为所述主动RFID标签接收到的RFID读写器发送的信号频率；

所述外部控制模块，具体用于当所述主动RFID标签发送数据时，控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开；还具体用于当所述主动RFID标签接收数据时，控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接。

9.一种双界面卡，包括如权利要求7或8所述的主动RFID标签。

10.一种如权利要求1所述的锁相环的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接或断开；

当所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接时，所述锁相环根据参考频率输出锁定频率；

当所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开时，所述模拟采样保持电路为所述压控振荡器提供控制电压，所述控制电压的电压值为：所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器连接时，所述锁相环输出锁定频率时所述鉴相器输出的电压值。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述模拟采样保持电路包括模拟开关和电容器；

所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开包括：

所述外部控制模块控制所述模拟开关断开；

所述模拟采样保持电路为所述压控振荡器提供控制电压包括：

所述电容器为所述压控振荡器提供控制电压。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述模拟采样保持电路还包括电压跟随器，

所述模拟采样保持电路为所述压控振荡器提供控制电压包括：

所述电容器输出控制电压，经过所述电压跟随器后，提供给所述压控振荡器。

13.根据权利要求10-12任一项所述的方法，其特征在于，当主动RFID标签接收数据时，所述锁相环锁定并输出锁定频率，所述锁定频率为与所述参考频率相关的频率，所述参考频率为所述主动RFID标签接收到的RFID读写器发送的信号频率；

所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接或断开包括：

当主动RFID标签接收数据时，所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间连接；

当主动RFID标签发送数据时，所述外部控制模块控制所述模拟采样保持电路与所述环路滤波器之间断开。

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