CN102244502A - Q值自动调节限幅电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本、低功耗和高性能的Q值自动调节限幅电路，它包括整流滤波单元、电压检测单元和泄流单元，其中，整流滤波单元采样天线电压，并进行整形处理形成采样电压VLM；电压检测单元将采样电压VLM与设定的内部参考电压进行比较，得到泄流控制信号VC1；泄流单元根据泄流控制信号VC1控制天线端到地端低阻通路电流大小。本发明的整流滤波单元利用取样二极管、取样电容对天线两端的电压进行采样，取样二极管的引入有利于减小限幅电路对天线谐振造成的影响，而取样电容的采用则大大减小了限幅电路工作时产生的脉冲噪声；电压检测单元的分压二极管采用PMOS管的二极管接法，该方法能够减小版图面积且消除体效应对电路造成的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种Q值自动调节限幅电路，具体来说，涉及一种适用于RFID标签芯片的低成本、低功耗和高性能的Q值自动调节限幅电路幅度限制。
背景技术
射频识别技术以其卓越的优点，正贯穿于生产、生活、贸易和流通等环节，特别是现在服务业的发展，为射频识别提供了广阔的发展平台。射频识别系统由标签与阅读器组成，低成本、低功耗和高性能标签芯片的研制正成为推动射频识别技术普及的瓶颈之一。
模拟前端是射频识别标签芯片与外界通信的空中接口，它主要完成能量的获取和数据的收发功能。电源获取电路包括限幅电路、整流电路、电源产生电路几部分，是整个智能RFID标签芯片设计最复杂、实现最困难的模块，电源产生电路由模拟电压源、数字电压源、基准源和高压源几部分组成。调制解调电路主要完成数据的收发，时钟提取电路则是产生与阅读器同步的时钟序列，复位电路则主要完成数字时序电路的初始化。
电子标签接收阅读器的能量受作用距离、与阅读器天线之间的角度和其他因素的影响, 感应电压有时会很大, 一般在十几伏以上, 谐振时甚至高达上百伏, 需要有单独的模块完成限幅功能, 以防止接收MOS 管栅极被击穿。传统的限幅措施是通过调整阅读器和电子标签的作用距离以降低耦合系数或者调整电子标签的谐振电容来实现。调整阅读器和标签的作用距离很难把握, 不符合应用实际；改变标签的输入电容, 通过改变谐振频率来降低感应电压，系统作用距离会降低, 且设计中电容会占用较大的版图面积，不符合低成本设计要求。传统限幅电路对天线谐振影响很大，且由于其导通关闭频繁，故产生很大的周期性噪声且在调制电路工作期间，限幅电路会对边带调制信号产生影响。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种适用于RFID标签芯片的低成本、低功耗和高性能的Q值自动调节限幅电路，它包括：用于采样天线电压，并对采样得到的天线电压的波形进行整形处理形成采样电压VLM的整流滤波单元；用于检测整形滤波单元输出的采样电压VLM，并将采样电压VLM与设定的内部参考电压进行比较得到泄流控制信号VC1的电压检测单元；用于获取泄流控制信号VC1，并根据泄流控制信号VC1控制天线端到地端低阻通路电流大小的泄流单元。
所述整流滤波单元包括电阻R1/R2、NMOS管N1/N2和电容C1，电阻R1/R2分别连接天线两端，对天线电压限流保护，二极管接法的NMOS管N1和N2向滤波电容C1充电，得到采样电压VLM。
所述电压检测单元包括PMOS管P1~P7、电阻R3~R5和电容C2/C3，PMOS管P1~P5采用二极管接法串联连接，产生5|VTP|的参考电压，其中|VTP|为P1~P5管的阈值电压，R4为限流电阻，接在采样电压VLM与P1管漏极之间，R5为采样电阻，接在P5源极与地之间， R3、C3和C2构成带通通路， P6和P7用于辅助负载调制。
所述泄流单元包括NMOS管N3和N4，N3和N4的漏极接天线端，N3和N4的源极接地，N3和N4的栅极接控制信号VC1。
本发明的Q值自动调节限幅电路利用取样二极管、取样电容对天线两端的电压进行采样，取样二极管的引入有利于减小限幅电路对天线谐振造成的影响，而取样电容的采用则大大减小了限幅电路工作时产生的脉冲噪声。另外，限幅电路对采样得到的反映天线幅度的信号进行分压，分压后的信号控制泄流MOS管的导通程度从而完成天线端电压幅度的限制。还有，限幅电路中的分压二极管采用PMOS管的二极管接法，该方法能够减小版图面积，且消除体效应对电路造成的影响。
附图说明
图1为本发明的Q值自动调节限幅电路的功能原理图；
图2为本发明整流滤波单元的电路原理图；
图3为本发明泄流单元的电路原理图；
图4为本发明电压检测单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步阐述。
本发明采用天线Q值自适应调整方法, 通过自适应地调整天线端的负载进而调整天线Q值的方法实现限幅，在由电感和电容组成的标签天线电路发生并联共振时，其峰值电压由天线的Q值决定，影响这个Q值的有电感的寄生电阻和天线电感的负载，天线Q值自适应调整限幅电路结构由电压负反馈系统来实现。
如图1所示，本发明的Q值自动调节限幅电路包括整流滤波单元、电压检测单元和泄流单元，其中，天线两端ANT1和ANT2与整流滤波单元和泄流单元连接，整流滤波单元用于采样天线电压，并对采样得到的天线电压的波形进行整形处理形成采样电压VLM；电压检测单元用于检测整形滤波单元输出的采样电压VLM，并将采样电压VLM与设定的内部参考电压进行比较，得到泄流控制信号VC1；泄流单元用于获取泄流控制信号VC1，并根据泄流控制信号VC1控制天线端到地端低阻通路电流大小，从而实现了对天线电压的限幅。VM是来自芯片数字部分电路的待发送的数据信号，用来调整电压检测单元内部的参考电压。
本发明的整流滤波单元利用取样二极管、取样电容对天线两端的电压进行采样，取样二极管的引入有利于减小限幅电路对天线谐振造成的影响，而取样电容的采用则大大减小了限幅电路工作时产生的脉冲噪声；电压检测单元对采样得到的反映天线幅度的信号进行分压，分压后的信号控制泄流MOS管的导通程度从而完成天线端电压幅度的限制，分压二极管采用PMOS管的二极管接法，该方法能够减小版图面积且消除体效应对电路造成的影响。为了减小整个电路工作时的静态电流，分压电阻的阻值应较大，由于对该电阻的精度要求不高，故可以采用扩散电容以减小版图面积，增加了一个高频通路用来对标签或者阅读器快速移动进行响应，同时引入的反相器也起着对负载调制的辅助补偿。
下面对本发明的每一个电路单元进行详细的描述。
如图2所示，所述整流滤波单元包括电阻R1/R2、NMOS管N1/N2和电容C1。其中，电阻R1和R2分别连接天线两端，对天线电压限流保护，二极管接法的NMOS管N1和N2向滤波电容C1充电，得到采样电压VLM。
如图3所示，所述电压检测单元包括PMOS管P1~P7、电阻R3~R5和电容C2/C3。其中，MOS管P1~P5采用二极管接法串联连接，产生5|VTP|的参考电压，其中|VTP|为P1~P5MOS管的阈值电压，改变管子的宽长比可以改变参考电压的大小，R4为限流电阻，接在采样电压VLM与P1管漏极之间，R5为采样电阻，接在P5源极与地之间，当采样电压VLM比参考电压高时，P1~P5所在的支路导通，VC1为高电平，通过采样电阻得到的电压控制泄流单元的泄流管的打开程度，实现了对天线的限幅作用，反之，如果采样电压比参考电压小，泄流单元的泄流管不打开，限幅电路不起作用。R3、C3和C2构成带通通路，对于接收信号的突变做出迅速反映，可以增强限幅能力，MOS管P6和P7用于辅助负载调制，当芯片接收数据和发送数据‘0’时，VM 为‘1’，天线电压被限制为VTN+5|VTP|，而当发送数据‘1’时，VM 为‘0’，此时天线电压被限制为VTN+4|VTP|，从而使过压情况下，标签仍能向阅读器发送数据，其中VTN为整流滤波单元的NMOS管的阈值电压，VM是来自芯片数字部分电路的待发送的数据信号。
如图4所示，所述泄流单元包括NMOS管N3和N4，其中，N3和N4的漏极接天线端，N3和N4的源极接地，N3和N4的栅极接控制信号VC1。当天线电压过高时，VC1为高电平，N3和N4导通，形成天线端到地端的低阻通路，天线端通过N3和N4泄放电流，使得天线两端的耦合电压减小，达到了限幅的目的。
综上所述，本发明利用天线Q值自动调整的方法，在不改变标签谐振频率的情况下，通过电感等效负载的增加来调节谐振电路的Q值，进而限制并联谐振电路的峰值电压，该电路以其显著的调节能力，低功耗、低成本的设计思想，为标签芯片提供优良的限幅能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (4)
1.一种Q值自动调节限幅电路，其特征在于，它包括：
用于采样天线电压，并对采样得到的天线电压的波形进行整形处理形成采样电压VLM的整流滤波单元；
用于检测整形滤波单元输出的采样电压VLM，并将采样电压VLM与设定的内部参考电压进行比较得到泄流控制信号VC1的电压检测单元；
用于获取泄流控制信号VC1，并根据泄流控制信号VC1控制天线端到地端低阻通路电流大小的泄流单元。
2.根据权利要求1所述的Q值自动调节限幅电路，其特征在于，所述整流滤波单元包括电阻R1/R2、NMOS管N1/N2和电容C1，电阻R1/R2分别连接天线两端，对天线电压限流保护，二极管接法的NMOS管N1和N2向滤波电容C1充电，得到采样电压VLM。
3.根据权利要求1所述的Q值自动调节限幅电路，其特征在于，所述电压检测单元包括PMOS管P1~P7、电阻R3~R5和电容C2/C3，PMOS管P1~P5采用二极管接法串联连接，产生5|VTP|的参考电压，其中|VTP|为P1~P5管的阈值电压，R4为限流电阻，接在采样电压VLM与P1管漏极之间，R5为采样电阻，接在P5源极与地之间， R3、C3和C2构成带通通路， P6和P7用于辅助负载调制。
4.根据权利要求1所述的Q值自动调节限幅电路，其特征在于，所述泄流单元包括NMOS管N3和N4，N3和N4的漏极接天线端，N3和N4的源极接地，N3和N4的栅极接控制信号VC1。
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