[0001] 本公开涉及电路设计领域，具体涉及一种信号检测电路。

[0002] 近场通信(Near Field Communication，NFC)等非接触式通信系统在物联网与可穿戴设备中有着越来越广泛的应用。目前，这类非接触式通信系统多采用专用电路来检测外部射频场。当未检测到外部射频场时，主控电路和射频前端处于待机模式，当检测到外部射频场时，系统从待机模式唤醒，进入正常通信模式，以节省系统功耗。

[0003] 对于射频场检测电路，一方面需要具有足够高的灵敏度，以确保射频场强度较弱时仍能被检测到，提高无线通信距离和通信成功率；另一方面，检测灵敏度的提升需要更复杂的电路设计，会以功耗增加为代价，限制了系统的总体功耗和使用寿命。因此，亟需一种电路方案来解决高灵敏度射频场检测中功耗过高问题。

[0036] 为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本公开保护的范围。

[0037] 本公开至少一个实施例提供了一种信号检测电路，用于对外部信号，例如射频信号，进行检测，在检测到信号的情况发出触发信号，以唤醒非接触式通信系统的主控电路和射频前端电路。

[0038] 如图1所示，该信号检测电路包括放大器101、信号选择器102和幅值检测器103。

[0039] 其中，放大器101的输入端用于输入待检测信号111并与信号选择器102的第一输入端连接，放大器101的输出端用于输出放大信号112并与信号选择器102的第二输入端连接。其中，待检测信号可以是外部空间中存在的射频信号。

[0040] 也即，待检测信号111一方面输入至放大器101，另一方面输入至信号选择器102的第一输入端，并且信号选择器102的第二输入端接收放大器101输出的放大信号112。

[0041] 信号选择器102的输出端与幅值检测器103的输入端连接，信号选择器102用于周期性地选择待检测信号111或放大信号112输入至幅值检测器103。

[0042] 具体而言，信号选择器102在同一时刻只允许其中一路信号输出，通过分别以设定时长使待检测信号111和放大信号112交替地输出，可以实现周期性地选通待检测信号111或放大信号112。

[0043] 幅值检测器103用于在信号选择器102的输出信号达到设定阈值的情况下，输出触发信号114。

[0044] 在信号选择器102选通待检测信号111的情况下，放大器101不使能，幅值检测器103直接对待检测信号进行检测，也即在待检测信号自身达到所述设定阈值的情况下输出触发信号114，此时信号检测电路处于低灵敏度模式；在信号选择器102选通放大器101输出的放大信号112时，放大器101使能，幅值检测器103对放大信号检测，处于高灵敏度模式。在高灵敏模式中，若放大器101的增益为N(N为大于1的正数)，则待检测信号111的强度只需达到幅值检测器103检测值的N分之一即可被检测到，因此可以将灵敏度提升N倍。

[0045] 在本公开实施例中，信号检测电路包括放大器、信号选择器和幅值检测器，所述放大器的输入端用于输入待检测信号并与所述信号选择器的第一输入端连接，所述放大器的输出端用于输出放大信号并与所述信号选择器的第二输入端连接；所述信号选择器的输出端与幅值检测器的输入端连接，所述信号选择器用于周期性地选择所述待检测信号或所述放大信号输入至所述幅值检测器；所述幅值检测器用于在所述信号选择器的输出信号达到设定阈值的情况下，输出触发信号。通过周期性地选择待检测信号或放大信号进行检测，可以在保证检测灵敏度的情况下降低信号检测电路的平均功耗。

[0046] 在介绍了本公开的基本原理之后，下面以待检测信号为射频信号为例，具体介绍本公开的各种非限制性实施方式。

[0047] 在一些实施例中，信号选择器102具体用于在每个周期T的第一时长t1内选择待检测的射频信号输入至所述幅值检测器，并在所述周期的第二时长t2内选择所述放大信号输出至所述幅值检测器，其中，第一时长t1和所述第二时长t2之和等于所述周期的时长T。

[0048] 也即，在信号选择器102的控制下，以低灵敏度模式进行射频信号检测，若经过第一时长t1的延时后未检测到射频信号，则切换至高灵敏度模式，若经过第二时长t2的延时后未检测到射频信号，则切换至低灵敏度模式，以此类推，以固定的延时在高灵敏度模式与低灵敏度模式之间反复切换，直到检测到射频信号。

[0049] 假设可设定的第一时长t1为第二时长t2的k(k为大于1的正数)倍，因为放大器101仅在高灵敏度模式下使能，所以与在整个周期内皆高灵敏度模式相比，本公开实施例提出的信号检测电路能够将放大器101的平均功耗降低1+k倍。为了最大程度地降低功耗，可以尽量提高k值，也即将t1设置为尽可能大，t2设置为尽可能小，其中t2的最小值应大于放大器101使能后的建立时间，以确定高灵敏度模式具有正确的输出。并且，可以根据实际应用场景，确定有效射频场的最小持续时间t0，则可以根据t0与t2的差值确定t1。

[0050] 此外，对于持续时间超过t1+t2的射频场，该信号检测电路的检测灵敏度可达到与高灵敏度相同的水平。

[0051] 在一些实施例中，放大器101可以使用反相比例放大等闭环结构，以获得稳定的增益，确保在工作环境变化时，射频信号检测的灵敏度具有一致性。为了避免低频噪声和高频噪声被放大后引起识别错误，造成电路的误唤醒，放大器101可仅对频率接近待检测信号的射频场载波频率fc的信号进行放大。为实现这一目的，一方面，可以在放大器101的输入端加入电容，使输入信号111采用电容耦合的方式输入，实现高通滤波，另一方面，可以利用放大器101本身的带宽，实现低通滤波，进而实现放大器的带通滤波。

[0052] 本领域技术人员应当知晓，可以针对待识别的射频场的载波频率范围，来选择合适的输入电容和放大器带宽，确保通带中心频率等于fc。并且，由于放大器101的增益决定了射频场检测的灵敏度，因此在保证带宽的前提下可以选择尽可能大的增益。

[0053] 在一些实施例中，信号选择器102可以包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端用于接收待检测信号，第二端与幅值检测器103连接；所述第二开关的第一端与放大器101的输出端连接，第二端与幅值检测器103连接；所述第一开关和所述第二开关由互斥的信号控制通断。也即，在同一时刻，第一开关和第二开关中有且仅有一组开关开启，从而实现了对于待检测信号和放大信号的选通。

[0054] 在一个示例上，在每个周期的第一时长内所述第一开关导通、所述第二开关关断，信号选择器输出待检测信号，该信号检测电路处于低灵敏度模式；在所述周期的第二时长内所述第一开关关断、所述第二开关导通，信号选择器输出放大信号，该信号检测电路处于高灵敏度模式。在这种情况下，所述第一时长和所述第二时长之和等于所述周期的时长。

[0055] 在一些实施例中，幅值检测器的主要结构包括交直流转换电路，作用是将交流输入信号转换为直流信号。所述交直流转换电路可以包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一端通过第一电容的耦合输入信号,第二端通过第一上拉电路与电源电压连接，第三端接地；第二晶体管，所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端连接，第二端与电源电压连接，第三端为所述幅值检测器的输出端，并与第二电容以及下拉电路并联。

[0056] 以幅值检测器中的晶体管为MOSFET为例，参见图2A所示的幅值检测器的结构图。其中，交直流转换电路201包括N型第一晶体管M1和P型第二晶体管M2，第一晶体管M1的栅极一方面通过电阻R1与第一偏置电压VB1连接，一方面与第一电容C1连接，以将输入信号211(即图1中的信号选择器102的输出信号113)耦合至第一晶体管M1的栅极。第一晶体管M1的源极与公共接地端VSS连接，漏极经由第一上拉电路21与电源电压VDD连接。第二晶体管M2的栅极与第一晶体管M1的漏极连接，源极与电源电压VDD连接，漏极经由下拉电路22与公共接地端VSS连接，并且漏极与VSS之间还并联连接第二电容C2。

[0057] 第二晶体管M2为跨导放大器，根据不同的栅极电压212产生不同的上拉电流，交直流转换电路201的输出电压213，也即第二电容C2上的输出电压由跨导放大器M2所产生的上拉电流和由下拉电路22所产生的下拉电流共同决定。由于跨导放大器M2的栅极连接在第一上拉电路21和第一晶体管M1的漏极之间，在第一上拉电路21产生固定的前置上拉电流的情况下，第一晶体管M1相当于前置下拉电路，由于第一晶体管M1的栅极与经由交流耦合的输入信号连接，可产生变化的前置下拉电流，因此输入信号211的变化将导致输出电压213的变化。

[0058] 在本公开实施例中，第一偏置电压VB1被设置为略低于第一晶体管M1的阈值电压，例如第一偏置电压VB1比第一晶体管M1的阈值电压低设定差值Δ，则当输入信号211的幅值低于Δ时，第一晶体管M1始终处于弱反型区，电流较低且随输入信号211幅度的变化较小，第二晶体管M2的栅极电压212较高，输出电压213较低；而当输入信号211的幅值大于Δ时，第一晶体管M1的栅极电压高于阈值电压并导通，栅极电压212降低，使得第二晶体管M2导通，产生的上拉电流和第二电容C2的正端电压随之增大，实现了通过输出电压213对输入信号211幅度的判别。

[0059] 在一些实施例中，幅值检测器还包括偏置电路和整形电路；其中，所述偏置电路用于为所述第一晶体管提供第一偏置电压VB1；整形电路用于对所述第二晶体管的输出信号进行整形。其中，所述整形电路例如可以是放大电路，用于放大第二电容C2的正端电压，将判别结果转换为大小等于电源电压或地的数字信号。

[0060] 参考图2B所示的幅值检测器的电路结构图，整形电路203可采用两个反相器级联的结构，将交直流转换电路201的输出信号213整形为数字信号214，以便于非接触式通信系统的主控电路的进一步处理。其中，整形电路的翻转阈值与输入信号211达到射频场识别点时输出信号213的电压相对应。其中，所述翻转阈值可通过改变第一级反相器中的晶体管的尺寸进行调节。

[0061] 仍参考图2B所示的幅值检测器的电路结构图，交直流转换电路201中的第一上拉电路21可以包括P型第三晶体管M3，下拉电路22可以包括第二电阻R2。其中，第三晶体管M3的栅极用于输入第二偏置电压VB2，源极与电源电压VDD连接，漏极与第一晶体管M1的漏极连接。在这种情况下，电压212由第三晶体管M3和第一晶体管M1共同决定，第三晶体管M3的直流工作点由固定的第二偏置电压VB2决定，第一晶体管M1的直流工作点由固定的第一偏置电压VB1决定。为第一晶体管M1和第三晶体管M3提供偏置电压的偏置电路202包括：

[0062] 第四晶体管M4，第四晶体管M4的第一端(栅极)与外部偏置电压VB连接，第二端(源极)与电源电压VDD连接，第四晶体管M4用于将外部偏置电压VB转换为输入偏置电流；

[0063] 第五晶体管M5，第五晶体管M5的第一端(栅极)与第三端(漏极)连接，且第三端(漏极)和第二端(源极)分别与第四晶体管M4的第三端(漏极)和地VSS连接，第五晶体管M5用于输出第一晶体管M1的第一偏置电压VB1；

[0064] 第六晶体管M6，第六晶体管M6的第一端(栅极)与第五晶体管M5的第一端(栅极)连接，第二端(源极)接地，第六晶体管M6用于复制所述输入偏置电流；

[0065] 第七晶体管M7，第七晶体管M7的第一端(栅极)与第三端(漏极)连接，且第三端(漏极)和第二端(源极)分别与第六晶体管M6的第三端(漏极)和电源电压VDD连接，第七晶体管M7用于与第六晶体管M6配合产生第三晶体管M3的第二偏置电压VB2。

[0066] 在一些实施例中，偏置电路202还包括与第六晶体管M6并联的第八晶体管M8，并且第八晶体管M8与开关S1串联连接。

[0067] 通过控制开关S1的导通或关断，可以确定第八晶体管M8是否被接入电路。当开关S1导通时，第八晶体管M8接入电路，第三晶体管M3的前置上拉电流增加，此时需要更大的前置下拉电流，即幅度更大的输入信号211，才可使输出信号214发生翻转，因此第八晶体管M8与开关S1实现了检测灵敏度的调节。

[0068] 在一些实施例中，幅值检测器具体用于：在输出触发信号后，在检测到所述信号选择器输出的信号小于所述设定阈值之前，停止输出触发信号。也即，对于连续的射频信号，只输出一次触发信号以用于激活非接触式通信系统。

[0069] 在一些实施例中，信号选择器可以利用图3所示的方法进行控制。如图3所示，该控制方法开始于步骤301；在步骤302处，将变量count1、count2设置为0，变量count1、count2用于计数以产生t1、t2延时；在步骤303处，控制信号选择器选择待检测信号111输入至幅值检测器，也即使电路以低灵敏度模式检测射频场；在步骤304处，根据幅值检测电路103输出的触发信号114，判断是否检测到射频场，若检测到射频场，则在步骤311处完成检测，否则，在步骤305处将变量count1的值加1；在步骤306处，确认变量count1的值是否小于P1，若变量count1的值小于P1，则返回至步骤303以低灵敏度模式继续进行检测，否则在步骤307处，控制信号选择器选择放大信号112输入至幅值检测器，也即切换至高灵敏度模式进行检测；在步骤308处，根据幅值检测电路103输出的触发信号114，判断是否检测到射频场，若检测到射频场，则在步骤311处完成检测，否则，在步骤309处将变量count2的值加1。在步骤310处，检查变量count2的值是否小于P2，若变量count2的值小于P2，则返回至步骤307以高灵敏度模式继续进行检测，否则在步骤302处，将变量count1、count2设置为0，重新进行下一轮检测。在该方法中，P1、P2的数值根据预期的t1、t2延时进行设置。

[0070] 本领域技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、电路或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‑ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

[0071] 本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

[0072] 上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的行为或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

[0073] 虽然本说明书包含许多具体实施细节，但是这些不应被解释为限制任何发明的范围或所要求保护的范围，而是主要用于描述特定发明的具体实施例的特征。本说明书内在多个实施例中描述的某些特征也可以在单个实施例中被组合实施。另一方面，在单个实施例中描述的各种特征也可以在多个实施例中分开实施或以任何合适的子组合来实施。此外，虽然特征可以如上所述在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以指向子组合或子组合的变型。

[0074] 类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘了操作，但是这不应被理解为要求这些操作以所示的特定顺序执行或顺次执行、或者要求所有例示的操作被执行，以实现期望的结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种电路模块和组件的分离不应被理解为在所有实施例中均需要这样的分离，并且应当理解，所描述的程序组件和电路通常可以一起集成在单个软件产品中，或者封装成多个软件产品。

[0075] 由此，主题的特定实施例已被描述。其他实施例在所附权利要求书的范围以内。在某些情况下，权利要求书中记载的动作可以以不同的顺序执行并且仍实现期望的结果。此外，附图中描绘的处理并非必需所示的特定顺序或顺次顺序，以实现期望的结果。在某些实现中，多任务和并行处理可能是有利的。

[0076] 以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本说明书一个或多个实施例，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例保护的范围之内。