汪海翔 (中国广东省深圳市南山区高新技术产业园区深圳软件园3栋301、302, Guangdong 7, 518057, CN)
国民技术股份有限公司 (中国广东省深圳市南山区高新技术产业园区深圳软件园3栋301、302, Guangdong 7, 518057, CN)
WANG, Haixiang (Room 301& 302, Building No. 3 Shenzhen Software Park in Hi-tech Industry Zone, Nanshan Distric, Shenzhen Guangdong 7, 518057, CN)
| 权 利 要 求 书 1. 一种用于近距离低频磁场信号检测和传输及距离判断的装置， 其特 征在于， 包括至少一个用于感应低频磁场信号的低频感应模块、 至少一个用 于放大低频感应信号的放大器、 与放大器输出端连接的至少一个模数转换 器、及与模数转换器连接并用于判断原始信号的强度及完成信号检测输出的 数字处理模块。 2. 根据权利要求 1所述的装置， 其特征在于， 所述低频感应模块为感 应线圏、 霍尔传感器， 或者巨磁电阻。 3. 根据权利要求 1所述的装置， 其特征在于， 所述放大器采用多级放 大器级联的方式。 4. 根据权利要求 1或 3所述的装置， 其特征在于所述放大器为单端放 大器或者差分放大器。 5. 根据权利要求 3所述的装置， 其特征在于所述级联的多级放大器中 每级输入端连接高通滤波电路、 每级输出端连接低通滤波电路， 且放大器为 低失调及高增益带宽积的放大器 。 6. 根据权利要求 1所述的装置， 其特征在于， 所述模数转换器采用并 行模数转换器。 7. 根据权利要求 1、 3、 5或 6任一所述的装置， 其特征在于， 所述模 数转换器速率大于 1KSPS , 输入量程为 0伏至模数转换器参考电压。 8. 根据权利要求 1、 3、 5或 6任一所述的装置， 其特征在于， 所述模 数转换器输入前端设置有与所述放大器连接的电压跟随器。 9. 根据权利要求 1所述的装置， 其特征在于， 所述模数转换器与数字 处理模块之间设置有用于对数字信号进行毛刺滤除的数字毛刺滤波器。 10.一种低频交变磁场近距离检测结合射频高频通讯的系统， 包括射频 通信终端和近距离射频通信设备， 其特征在于， 所述射频通信终端包括如权 利要求 1至 8任一所述的用于近距离低频磁场信号检测和传输及距离判断的 装置， 以及与所述用于近距离低频磁场信号检测和传输及距离判断的装置连 接用于与近距离射频通信设备双向通讯的射频收发电路。 11.一种用于近距离低频磁场信号检测和传输及距离判断的方法， 方法 包括： 步骤 a : 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 经放大器放大后的电压幅度值， 确定电压幅度值与距离的对应关系， 并建立 幅度值与距离的对应表； 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，通过比较门限形成迟滞判决电压门限对模数转换器输出信号进行判 决， 得到低频磁场所传输的码流信息； 通过比较门限形成非迟滞判决电压门 限对模数转换器输出信号进行判决， 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 0、 1码流序列， 设 置 1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 1信 号所占码流序列比例达到预设比例门限时， 则认为进入所设距离范围， 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。 12.根据权利要求 11所述用于近距离低频信号检测及传输系统的方法， 其特征在于， 所述步骤 b中， 根据步骤 a中所述幅度值与距离的对应表， 结 合解码距离、 距离控制的要求、 设置 1信号的比例门限设置数字处理模块内 的比较门限。 13.根据权利要求 11所述用于低频信号检测及传输系统的方法，其特征 在于， 所述步骤 b中， 使用单个、 多个单个、 一对、 多对比较门限或其组合 提取磁场距离信息和码流信息。 14.根据权利要求 13所述用于近距离低频信号检测及传输系统的方法， 其特征在于， 所述数字处理模块内一对比较门限为非迟滞判决条件， 其设置 方法为： 设期望控制的距离为 D1 , 查找幅度值与距离的对应表， 得到 D1对 应的信号变化幅度为 +A1到 -A1 ,设置 1信号的比例门限为 R1 ,根据 A1及 R1 , 设置输出给比较器的电平 Ll、 L2 , 满足在一个周期内， 前端装置输出信号幅 度大于 L1或小于 L2的时间百分比等于 R1 , 即大于 R1则进入所述要求控制 的距离 D1范围内， 否则没有进入所述要求控制距离 D1的范围内。 15.根据权利要求 13所述用于近距离低频信号检测及传输系统的方法， 其特征在于， 所述数字处理模块内一对比较门限为迟滞判决条件， 其设置方 法为： 若期望进行解码的距离为 D2 , 查找幅度值与距离的对应表， 得到 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 L 3、 L4 , 使得 L 3应大于 +A3 , 并小于 +A2 ; L4小于 -A3 , 并大于 -A2 , 即当距离小于 D2则允许解码， 否则不允许解码。 16.根据权利要求 14所述用于低频信号检测及传输系统的方法，其特征 在于， 所述步骤 b中， 对使用一对非迟滞判决条件进行判断后的两个输出信 号进行逻辑或处理， 处理后得到用于提取距离信息的数字信号。 17.根据权利要求 15所述用于低频信号检测及传输系统的方法，其特征 在于， 所述步骤 b中， 对使用一对迟滞判决条件进行判断后的两个输出信号 进行迟滞处理， 迟滞处理后得到用于提取磁场码流信息的数字信号。 18.根据权利要求 1 3所述用于低频信号检测及传输系统的方法，其特征 在于， 使用单个比较门限提取磁场码流信息时， 比较门限设置为放大器输入 参考电平； 当使用单个比较门限输出比较电平提取磁场距离信息时， 比较门 限设置方法与权利要求 16所述方法一致。 19.根据权利要求 1 3所述用于低频信号检测及传输系统的方法，其特征 在于，所述方法使用单个比较门限比较后输出的数字信号进行单个距离和码 流的判断， 或使用一对比较门限比较后输出的数字信号进行单个距离和码流 的判断； 所述方法使用多个单个比较门限比较后输出的数字信号进行多个距 离和码流的判断， 或使用多对比较门限比较后输出的数字信号进行多个距 离、 多个距离区间和码流的判断。 20.根据权利要求 1 3所述用于低频信号检测及传输系统的方法，其特征 在于，所述方法混合使用多个单个比较门限比较后输出的数字信号和多对比 较门限比较后输出的数字信号进行多个距离、 多个距离区间和码流的判断。 21.根据权利要求 1 1所述用于低频信号检测及传输系统的方法，其特征 在于， 所述步骤 c中， 包括对输入的数字信号进行毛刺滤除的步骤， 然后从 滤除毛刺的信号中解码出低频磁场数据流。 |
本发明涉及通信领域， 尤其涉及一种终端与终端之间， 进行距离可控的 近距离安全数据通信时低频磁场信号的检测和 传输的装置和方法，特别涉及 含有射频装置（如射频卡）或具有近距离射频 通信功能的射频通信终端（如 手机、 PDA等）与近距离射频通信设备（比如 P0S机或读卡器； P0S , 即 Po int of sa les ) 的距离控制、 磁场低频信号检测和传输的装置和方法。 背景技术
科技进步快速的今天， 人们的生活也越来越便捷， 其中移动支付行业也 在这样的情景下应运而生， 如今， 只要将手机换一个 SIM卡即可实现手机近 距离通信， 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， 极大地满足了市场的迫切需求。
此种 S IM卡， 采用射频 UHF (Ul tra Hi gh Frequency, 超高频）等技术将 其嵌入手机卡槽中， 无需修改其他结构就可完成近距离通信和交易 。
但是， 由于 UHF在不同结构手机里的透射差异性， 导致不同屏蔽性能的 手机通信距离相差较大， 远则几米， 近则几厘米， 在如公交 P0S机或地铁闸 机的刷卡交易中，往往对可交易距离有比较严 格的限制，以确保避免误操作。 因此， 对距离的有效控制成了迫在眉睫的需求。
现有技术存在了一种低频交变磁场近距离检测 结合 RF 高频通讯的系统 和方法， 解决了上述距离控制的问题。 该系统利用低频交变磁场， 实现读卡 器到卡的单向通信， 完成距离控制及身份认证， 再利用 RF通道实现读卡器 和卡间的高速通讯。 该系统的特点为无需改造移动终端， 只需更换终端内部 的 SIM卡 /TF/SD卡， 即可实现可靠的双向距离通讯。
读卡器发射低频交变磁场信号， 卡只需接收该磁场信号， 由于是单向通 讯， 并且无需读卡器通过磁场提供能量， 因此可以将接收线圏或其他接收电 路小型化， 足以放入 SIM卡 /TF/SD卡内。 由于接收信号较弱， 卡内需要增加 放大电路。
另外卡内同时放置 RF收发电路， 与读卡器内的 RF收发电路实现双向高 速通讯， 如前面所述， RF电路的天线很小， 可以轻易的集成到 S IM卡 /TF/SD 卡内。
利用低频通道实现距离检测和控制，读卡器将 自身的唯一标识 IDr通过 低频单向通道传送给卡，卡接收到后连同卡自 身的唯一标识 IDc—起通过 RF 通道传送给读卡器， 从而实现读卡器和卡的唯一绑定， 即所谓的移动终端接 入读卡器的过程。
由于读卡器和卡已经唯一绑定，接入过程之后 的通讯采用 RF通道进行， 仍然可以保证距离控制的可靠性及通讯的可靠 性。
综上所述， 无论低频还是 RF天线的尺寸均可集成到卡内， 同时采用低 频和 RF结合的方式实现双向通讯， 因此无需改造移动终端， 只需更换终端 内部的 SIM卡 /TF/SD卡， 即可实现可靠的双向距离通讯。
因此， 如何有效的减小电路噪声和环境噪声对低频信 号的干扰， 准确地 从低频信号中恢复数据流， 实现读卡器和卡的单向通讯、 提取距离信息有效 控制其交易的距离成为目前亟待解决的问题。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于近 距离低频磁场信号检测 和传输及距离判断的方法和装置， 用于感应低频信号、 对低频微弱信号进行 预放大、 模数转换、 场强检测和数据通讯的装置和方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下： 一种用于低频磁场信号检测 和传输及距离判断的装置， 包括至少一个用于感应低频磁场信号的低频感 应 模块、 至少一个用于放大低频感应信号的放大器、 与放大器输出端连接的至 少一个模数转换器、及与模数转换器连接并用 于判断原始信号的强度及完成 信号检测输出的数字处理模块。
本发明的有益效果是： 利用本发明装置的结构， 无需改造移动终端， 只 需更换终端内部的 SIM卡 /TF/SD卡， 即可实现可靠的双向距离通讯。
在上述技术方案的基础上， 本发明还可以做如下改进。
进一步， 所述低频感应模块为感应线圏、 霍尔传感器， 或者巨磁电阻。 进一步， 所述放大器采用多级放大器级联的方式。
进一步， 所述放大器为单端放大器， 也可以为差分放大器。
进一步， 所述级联的多级放大器中每级输入端连接高通 滤波电路、 每级 输出端连接低通滤波电路， 且放大器为低失调及高增益带宽积的放大器。
采用上述进一步方案的有益效果是每级输入和 输出端引入高通及低通 滤波， 提高信噪比。
进一步， 所述模数转换器采用并行模数转换器。
采用上述进一步方案的有益效果是： 提高后端数字模块处理效率。 进一步，所述模数转换器速率大于 1KSPS ,输入量程为 0V至模数转换器 参考电压。
进一步，所述所述模数转换器输入前端设置有 与放大器连接的电压跟随 器。
采用上述进一步方案的有益效果是： 稳定放大器输出的模拟放大信号， 避免 A/D前端高阻引起的电压漂移， 导致模数转换失真。
进一步，所述模数转换器与数字处理模块之间 设置有用于对数字信号进 行毛刺滤除的数字毛刺滤波器。
本发明还提供了一种低频交变磁场近距离检测 结合射频高频通讯的系 统， 包括射频通信终端和近距离射频通信设备， 其中， 所述射频通信终端包 括如权利要求 1至 8任一所述的用于近距离低频磁场信号检测和 输及距离 判断的装置， 以及与所述用于近距离低频磁场信号检测和传 输及距离判断的 装置连接用于与近距离射频通信设备双向通讯 的射频收发电路。
本发明还提供了一种用于近距离低频磁场信号 检测和传输及距离判断 的方法， 方法包括：
步骤 a : 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 经放大器放大后的电压幅度值， 确定电压幅度值与距离的对应关系， 并建立 幅度值与距离的对应表；
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，通过比较门限形成迟滞判决电压门限 对模数转换器输出信号进行判 决， 得到低频磁场所传输的码流信息； 通过比较门限形成非迟滞判决电压门 限对模数转换器输出信号进行判决， 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 0、 1码流序列， 设 置 1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 1信 号所占码流序列比例达到预设比例门限时， 则认为进入所设距离范围， 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， 所述步骤 b中， 根据步骤 a中所述幅度值与距离的对应表， 结 合解码距离、 距离控制的要求、 设置 1信号的比例门限设置数字处理模块内 的比较门限。
进一步， 所述步骤 b中， 使用单个、 多个单个、 一对、 多对比较门限或 其组合提取磁场距离信息和码流信息。
进一步， 所述数字处理模块内一对比较门限为非迟滞判 决条件， 其设置 方法为： 设期望控制的距离为 D1 , 查找幅度值与距离的对应表， 得到 D1对 应的信号变化幅度为 +A1到 -A1 ,设置 1信号的比例门限为 R1 ,根据 A1及 R1 , 设置输出给比较器的电平 Ll、 L2 , 满足在一个周期内， 前端装置输出信号幅 度大于 L1或小于 L2的时间百分比等于 R1 , 即大于 R1则进入所述要求控制 的距离 D1范围内， 否则没有进入所述要求控制距离 D1的范围内。
进一步， 所述数字处理模块内一对比较门限为迟滞判决 条件， 其设置方 法为： 若期望进行解码的距离为 D2 , 查找幅度值与距离的对应表， 得到 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 L 3、 L4 , 使得 L3应大于 +A3 , 并小于 +A2 ; L4小于 -A3 , 并大于 -A2 , 即当距离小于 D2则允许解码， 否则不允许解码。
进一步， 所述步骤 b中， 对使用一对非迟滞判决条件进行判断后的两个 输出信号进行逻辑或处理， 处理后得到用于提取距离信息的数字信号。
进一步， 所述步骤 b中， 对使用一对迟滞判决条件进行判断后的两个输 出信号进行迟滞处理， 迟滞处理后得到用于提取磁场码流信息的数字 信号。
进一步， 使用单个比较门限提取磁场码流信息时， 比较门限设置为放大 器输入参考电平； 当使用单个比较门限输出比较电平提取磁场距 离信息时， 比较门限设置方法与一对比较门限设置方法一 致。
进一步，所述方法使用单个比较门限比较后输 出的数字信号进行单个距 离和码流的判断， 或使用一对比较门限比较后输出的数字信号进 行单个距离 和码流的判断； 所述方法使用多个单个比较门限比较后输出的 数字信号进行 多个距离和码流的判断， 或使用多对比较门限比较后输出的数字信号进 行多 个距离、 多个距离区间和码流的判断。
进一步，所述方法混合使用多个单个比较门限 比较后输出的数字信号和 多对比较门限比较后输出的数字信号进行多个 距离、 多个距离区间和码流的 判断。
进一步， 所述步骤 C中， 包括对输入的数字信号进行毛刺滤除的步骤， 然后从滤除毛刺的信号中解码出低频磁场数据 流。 附图说明
图 1为本发明用于近距离低频磁场信号检测和传 及距离判断的装置的 一种实施例结构图；
图 2为本发明感应线圏感应低频模式及单端输入 大器的结构示意图； 图 3 为本发明霍尔传感器感应低频模式及单端输入 放大器的结构示意 图；
图 4为本发明巨磁电阻感应低频模式及单端输入 大器的结构示意图； 图 5为本发明感应信号差分输入放大器的应用实 ；
图 6为本发明实施例中低频信号检测方法的流程 。
图 7为本发明实施例中通过实验测得的将感应模 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 8为本发明实施例模数转换器的内部基本结构 ；
图 9为本发明实施例中使用一对的比较门限采用 频磁场信号检测方法 进行解码处理的示意图；
图 10为本发明实施例中使用一对的比较门限采用 频信号检测方法进 行距离控制处理的示意图；
图 11 为本发明实施例中使用单个比较门限采用磁场 数据低频信号检测 方法进行解码处理的示意图； 距离控制处理的示意图；
图 1 3为本发明一种低频交变磁场近距离检测结合 频高频通讯的系统 结构框图。
附图中， 各标号所代表的部件列表如下:
01 氐频感应模块
02 放大器
03 模拟 /数字转换器
04 数字逻辑模块
05 比较器
06 模数转换器的控制模块
07 模数转换器
08 数据寄存器
AIN: 单端输入信号
VINP:差分输入信号正端
VINN:差分输入信号负端
VCM: 共模电压
Vref: 参考电压
V0UT:放大器最后一级的输出模拟信号
Ral, Ra2, Ra3, Ra4, Ra5, Rl, R2: 电阻
R3, R4, R5, R6:霍尔传感器内部器件
CI, C2， C3， C4， C5， C6， C7， C8， C9, CIO: 电容
L:感应线圏
D0-Dn-1: ADC数字量输出
A: 电压跟随器
B: 模数转换器核心模块。 具体实施方式
以下结合附图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。
本发明具体实现低频磁场场强的检测及信息通 讯，采用了一种由单级或 级联增益可调放大器和模数转换器的结构完成 信息的采集及响应。具体使用 放大器对前端微弱信号进行放大， 放大后的信号连接模数转换器的输入， 经 模数转换后交由数字模块进行数字算法， 从而实现距离控制和通讯。 下面结 合附图进行说明：
图 1 描述了本发明用于低频磁场信号检测和传输及 距离判断的装置的 结构图， 其包括低频感应模块 01、 用于放大低频感应信号的放大器 02、 与 放大器输出端连接的模数转换器 03、 与模数转换器 03连接并用于判断原始 信号的强度及完成信号检测输出的数字处理模 块 04。本发明用于低频磁场信 号检测和传输及距离判断的装置采集并放大微 弱低频信号， 经过模数转换， 数字算法， 最后完成距离控制和交易通讯。
图 2 所示为本发明一种用于近距离低频磁场信号检 测和传输及距离判 断的装置中使用的级联增益可调放大器的一种 结构实例。 本实例中的级联 增益可调放大器， 采用单端输入， 如图 2所示感应线圏 L通过低频磁场强 度变化而耦合到的变化电压 AIN输入到第 1级放大器负端， 后面 4级均采 用反相放大的方式， 共经过 5级反相放大器完成低频微弱信号的预放大。
本实例中每级输入引入高通滤波， 低通滤波电路放于反馈环路。 图 2 中 Cl /Ral， C3/Ra2, C5/Ra3, C7/Ra4, C9/Ra5是每级输入的 RC高通滤波， 随 着频率的增加， 电容阻抗不断减小， 导致电路增益上升， 形成高通滤波， 而 C2/Rbl， C4/Rb2, C6/Ra3, C8/Rb4, C10/Rb5是每级反馈环路的 RC 氐通滤 波， 随着频率的增加， 等效反馈阻抗不断减小， 导致增益下降， 从而形成 低通滤波。 另外， 第 1级输入的电容 C1同时起到隔直的作用， 防止感应 线圏两端的直流压差造成信号误放大及误检测 。 每一级的低频截止频率由 其 RC高通滤波电路决定， 高频截止频率由其 RC低通滤波电路决定。
本实例中每一级放大倍数由相应的 Rb/Ra决定， 5级放大后的总放大倍 数为 Rbl *Rb2*Rb3*Rb4*Rb5/Ral *Ra2*Ra 3*Ra4*Ra5, 实际应用中可根据情况 对级数进行增减。 该共模电压选用放大器电源电压的一半， 放大器采用单 电源供电，应用中也可以根据情况选用正负电 源供电的方式。放大器 Ra i l to Ra i l (轨到轨）， 且具备低失调和较高的增益带宽积。
图 2显示的是感应模块采用感应线圏的方式，根 情况也可采用霍尔传 感器或者巨磁电阻等其他的低频感应方式， 如图 3和图 4所示。
图 2至 4实例描述了低频感应信号采用单端输入的方 ，根据应用情况， 还可选用差分输入的方式， 如图 5所示， 第 1级采用差分输入， 单端输出， 第 1级输出端引入 RC无源低通滤波， 后四级采用单极点滤波的方法， 输入 端引入 RC高通滤波， 反馈端引入 RC低通滤波， 分别决定下限截止频率和 上限截止频率。 公共端为 VCM ( VDD/2 ), 满足感应信号以 VDD/2为中轴上下 对称， 以避免波形的失真。 引入此方法的优点是， 增加共模抑制比， 减少 共模噪声。 本实例中放大器选用的是单端输出的运放， 根据实际情况， 还 可选择差分输入， 差分输出的方式。
图 6为本发明实施例中低频信号检测方法的流程 。低频信号的检测包 括如下步骤：
步骤 601, 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。
步骤 602, 建立幅度值与距离的对应表；
将多个终端的测量数据进行处理， 得到幅度值与距离的对应表。
步骤 603, 进入低频磁场数据解码流程；
步骤 605, 比较门限设置；
期望进行解码的距离为 D2, 查找幅度值与距离的对应表， 得到 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应大于 +A3, 并小于 +A2; L4小于 -A3, 并 大于 -A2, 即当距离小于 D2则允许解码， 否则不允许解码。
步骤 607, 比较判决后输出信号迟滞处理；
步骤 609, 对处理后信号进行解码；
解码器按照编码格式将逻辑处理后的信号进行 解码，得到低频磁场数据 流信息。 解码器设置数字毛刺滤波器可对输入的数字信 号进行毛刺滤除。
步骤 611, 完成低频磁场信号的单向通信；
将解码后数据进行相关的应用， 完成低频磁场信号的单向通信功能。 步骤 604, 进入距离控制流程；
步骤 606, 设置 1信号比例门限及比较门限；
若期望控制的距离为 D1, 查找幅度值与距离的对应表， 得到 D1对应的 信号变化幅度为 +A1到- A1, 设置 1信号的比例门限为 R1, 根据 A1及 R1, 设置输出给比较器的电平 Ll、 L2, 满足在一个周期内， 前端装置输出信号 幅度大于 L1或小于 L2的时间百分比等于 R1 ,即大于 R1则进入所述要求控 制的距离 D1范围内， 否则没有进入所述要求控制距离 D1的范围内。
步骤 608 , 比较判决后输出信号逻辑或处理；
当使用一对比较门限得到用于进行读卡器和卡 之间距离判断的数字信 号时， 则将该一对的数字信号进行如下操作： 将通过高比较门限进行判决 后的输出信号与通过低比较门限进行判决后的 输出信号取反后进行或操 作， 得到用于距离判断的数字信号。
步骤 61 0 , 对步骤 608逻辑处理后信号进行采样得到 0、 1数据流； 步骤 612 , 使用预设时间窗对 0、 1数据进行统计；
预设时间窗长度， 并对该时间窗内的 0、 1数据进行统计， 计算出 1所 占比例。
步骤 614、 616 , 将统计结果与所设 1信号比例门限进行比较， 完成距 离判断， 实现距离控制。
图 7 为本发明实施例中通过实验测得的将感应模块 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 。
表 1为本发明实施例中低频感应信号幅度值与距 的对应关系表。
表 1
图 8所示为本系统的模数转换电路基本架构，本 例的 A/D采用典型的 逐次比较型的方式， 包括电压跟随器 A和模数转换器核心模块8。 其中电压 跟随器 A, 主要用来稳定放大器输出的模拟放大信号， 避免 A/D前端高阻引 起的电压漂移， 导致模数转换失真。 其中共模输入端口采用前端放大器同 样的共模电压 VCM。 C10为采样电容， 容值根据采样速率进行选择。
本实例中选择参考电压 Vref>=放大器模拟放大信号 V0UT, 采用并行数 字量输出， 位数选择 8位以上。
图 9 为本发明实施例中使用一对的比较门限采用低 频磁场信号检测方 法进行解码处理的示意图；
图 9中所示 DO为数模转换器对放大器输入信号进行转换后 输出信号。 高比较门限、 低比较门限根据解码距离并参照幅度值与距离 的对应表进行 设置。 D02 为模数转换器输出信号与高比较门限比较后的 输出信号，。 D03 为模数转换器输出信号与低比较门限比较后的 输出信号。 D04为对比较后信 号 D02、 D03进行迟滞处理后的信号。 该信号输入给解码器用于解码数据。 解码器可设置数字毛刺滤波器可对该输入信号 进行毛刺滤除， 解码器按照 编码格式将逻辑处理后的信号进行解码， 得到低频磁场数据流信息。
图 10为本发明实施例中使用一对的比较门限采用 频信号检测方法进 行距离控制处理的示意图；
图中所示 DO为数模转换器对放大器输入信号进行转换后 输出信号。 其幅度变化范围从 -A1到 +A1 , 其对应的距离为 L。 假设需要对距离 L进行 控制， 则首先查找幅度值与距离的对应表， 得到在该距离上的信号幅度值。 再设置 1信号的比例门限为 Rl。 根据 R1 , 则高比较门限 VG+、 低比较门限 VG-的设置满足在一个周期内， 前端装置输出信号幅度大于 VG+或小于 VG- 的时间百分比等于 Rl。 对一对比较门限判决后的输出信号 D02、 D03进行或 处理后得到信号 D04 , 对该信号进行采样， 得到采样后的 0、 1数据流 D5。 图中 0、 1数据流上虚线框代表预设的时间窗， 设置时间窗长度等于一个信 号周期， 对时间窗内的 0、 1信号进行统计， 得到 1信号所占比例， 将该比 例与 1 信号的比例门限进行比较， 若大于比例门限， 则认为感应模块进入 距离 L以内； 否则认为未进入该距离。
图 11为本发明实施例中使用单个比较门限采用磁 数据低频信号检测 方法进行解码处理的示意图； 图中所示 DO为数模转换器对放大器输入信号进行模数转 后的输出信 号。 比较门限设置为放大器输入参考电平。 比较后信号直接作为解码器输 入数字信号输入给解码器。 解码器设置数字毛刺滤波器可对该输入信号进 行毛刺滤除。 解码器按照编码格式将逻辑处理后的信号进行 解码， 得到低 频磁场数据流信息。 距离控制处理的示意图；
图 12 中所示 DO为数模转换器对放大器输入信号进行转换后 输出信 号。 其幅度变化范围从 -A1 到 +A1 , 其对应的距离为 L。 假设需要对距离 L 进行控制， 则首先查找幅度值与距离的对应表， 得到在该距离上的信号幅 度值。 再设置 1信号的比例门限为 Rl。 根据 R1 , 则比较门限 VG的设置满 足在一个周期内， 前端装置输出信号幅度大于 VG的时间百分比等于 Rl。 对 比较判决后的输出信号 D01进行采样， 得到采样后的 0、 1数据流 D02。 图 中 0、 1数据流上虚线框代表预设的时间窗， 设置时间窗长度等于一个信号 周期， 对时间窗内的 0、 1信号进行统计， 得到 1信号所占比例， 将该比例 与 1 信号的比例门限进行比较， 若大于比例门限， 则认为感应模块进入距 离 L以内； 否则认为未进入该距离。
显而易见的是，也可以使用多个单个比较门限 比较后输出的数字信号进 行多个距离和码流的判断， 或使用多对比较门限比较后输出的数字信号进 行多个距离、 多个距离区间和码流的判断； 也可以混合使用多个单个比较 门限比较后输出的数字信号和多对比较门限比 较后输出的数字信号进行多 个距离、 多个距离区间和码流的判断。
图 13为本发明一种低频交变磁场近距离检测结合 频高频通讯的系统 结构框图， 如图所示： 系统包括射频通信终端和近距离射频通信设备 ， 射 频通信终端包括低频交变磁场信号接收电路， 与低频交变磁场信号接收电 路连接的用于近距离低频磁场信号检测和传输 及距离判断的装置， 以及与 用于低频磁场信号检测和传输及距离判断的装 置连接用于与近距离射频通 信设备双向通讯的射频收发电路。
工作时，近距离射频通信设备发射低频交变磁 场信号，射频通信终端通 过低频交变磁场信号接收电路接收该磁场信号 ， 并传输给用于低频磁场信 号检测和传输及距离判断的装置， 最后利用射频收发电路与近距离射频通 信设备实现双向距离通讯。
根据以上描述， 本发明可完成低频微弱信号预放大， 模数转换， 及场强 检测和数据通讯。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以 限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本 发明的保护范围之内。