適用于脈寬調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)的整流電路和無源射頻標(biāo)簽的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，具體是指無源射頻標(biāo)簽電路中進(jìn)行能量收集和整 流的整流電路模塊，W及包含該整流電路模塊的無源射頻標(biāo)簽。
【背景技術(shù)】
[0002] 無源射頻識(shí)別（RadioRrequen巧Identification,RFID)標(biāo)簽本身不帶電池，其 依靠讀卡器發(fā)送的電磁能量工作。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，因而其在物流管理、資產(chǎn)追 蹤W及移動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 無源RFID標(biāo)簽的射頻前端電路有兩個(gè)輸入端，分別與外部電感線圈的兩端相連， 是接收由讀卡器所發(fā)出的下行（downlink)信號(hào)與射頻場(chǎng)能量的接收端和標(biāo)簽向外發(fā)射反 饋的上行（uplink)數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)射端所共用的端口。首先，無源RFID標(biāo)簽工作時(shí)會(huì)從周 圍環(huán)境中吸收讀卡器發(fā)送的電磁能量。無源RFID標(biāo)簽在吸收能量之后，將一部分能量整流 為直流電源，W供無源RFID標(biāo)簽負(fù)載電路工作。其次，在從標(biāo)簽到讀卡器設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)信 息的上行通訊過程中，無源射頻標(biāo)簽采取負(fù)載調(diào)制（loadmo化lation)的通訊方式，即通過 所要發(fā)射出的數(shù)據(jù)信息來控制并改變射頻前端的端口阻抗，該端口阻抗的變化會(huì)導(dǎo)致無源 射頻標(biāo)簽的電感線圈上流過的電流發(fā)生變化，在電感線圈兩端的電壓波形呈現(xiàn)出包絡(luò)線依 據(jù)所要發(fā)射的數(shù)據(jù)變化而變化的調(diào)幅調(diào)制波。其中，調(diào)幅調(diào)制波的載波頻率與讀卡器主動(dòng) 發(fā)出的射頻場(chǎng)載波的頻率一致，調(diào)幅調(diào)制波的包絡(luò)線部分與端口阻抗變化有關(guān)，也即與所 要發(fā)射出的數(shù)據(jù)有關(guān)。該樣的調(diào)幅波形導(dǎo)致電感線圈所引起的磁場(chǎng)發(fā)生變化。該磁場(chǎng)的 變化作為反饋數(shù)據(jù)被讀卡器的電感線圈通過磁場(chǎng)禪合的作用而接收，即完成數(shù)據(jù)上行通訊 的任務(wù)。
[0004] 無源射頻標(biāo)簽的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是多方面的。其挑戰(zhàn)首先在于用低功耗的電路技術(shù)實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸功能，從而達(dá)到無源設(shè)計(jì)的要求。其次，挑戰(zhàn)也在于用低成本設(shè)計(jì)技術(shù)，即 盡可能小的巧片面積，達(dá)到較高的商業(yè)利潤(rùn)和滿足小尺寸標(biāo)簽封裝的物理要求。比如，在 無源標(biāo)簽設(shè)計(jì)中不可避免地使用到儲(chǔ)能電容。儲(chǔ)能電容的大小決定電路中可用電能的多 少，也是直接決定電路性能的關(guān)鍵參數(shù)。在現(xiàn)代的深亞微米集成制造工藝中，電容的大小 毫無例外的與其所占用的面積成正比關(guān)系：所用巧片面積越大，儲(chǔ)能電容值越大，電路性能 越好。除了上述兩者之外，更重要的，無源射頻標(biāo)簽的關(guān)鍵性能指標(biāo)為通訊靈敏度，即完成 可靠通訊和各種讀寫操作的可用距離范圍；靈敏度越高，距離越遠(yuǎn)，射頻標(biāo)簽產(chǎn)品的性能越 好。
[0005] 應(yīng)對(duì)上述第一個(gè)挑戰(zhàn)的設(shè)計(jì)技術(shù)是全方位的低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)架構(gòu)，集 成制造工藝和所用集成器件的選取，電路模塊的精細(xì)設(shè)計(jì)，W及物理版圖的最優(yōu)化實(shí)現(xiàn)等 等。該是一個(gè)廣泛而深遠(yuǎn)的課題，不在本發(fā)明專利所要討論的范圍之內(nèi)。
[0006] 應(yīng)對(duì)上述第二個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)大量的儲(chǔ)能電容的依賴要盡可能的降低。 儲(chǔ)能電容往往掛在整流輸出之后所接到的低壓差穩(wěn)壓電源電路的輸出端上。電路中各種模 式轉(zhuǎn)換和數(shù)字命令的解調(diào)和調(diào)制過程均會(huì)在低壓差穩(wěn)壓電源的輸出節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生下拉幅度 不同的瞬間電壓下拉波動(dòng)，即電源電壓的瞬間跳變。而低功耗的低壓差穩(wěn)壓電源對(duì)此類瞬 態(tài)跳變通常不能通過其電路內(nèi)部的糾錯(cuò)反饋環(huán)路而充分抑制該些下拉波動(dòng)。唯一可選的方 法就是加大連接在該節(jié)點(diǎn)上的儲(chǔ)能電容?？侩娙荽鎯?chǔ)的電荷輸送來緩解下拉波動(dòng)的問題； 電容越大，抑制波動(dòng)的效果越好。
[0007] 應(yīng)對(duì)上述第=個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，即盡可能提高通訊靈敏度，也是和片上儲(chǔ)能電容的大 小相關(guān)的。儲(chǔ)能電容越大，在同樣的距離條件下的能量收集也會(huì)越多，也即靈敏度越高。 除去片上儲(chǔ)能電容的因素之外，與靈敏度，即通訊距離，直接相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)在于前面所述 負(fù)載調(diào)制的實(shí)現(xiàn)。負(fù)載調(diào)制改變了線圈兩端的等效負(fù)載阻抗，W改變負(fù)載上通過的電流大 小，繼而改變了交流電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。改變的磁場(chǎng)禪合到讀卡器的線圈上，即完成數(shù)據(jù)傳 輸過程。但是，所有讀卡器的解調(diào)能力都是有限的，有限的解調(diào)能力決定了上述磁場(chǎng)改變量 必須滿足一個(gè)最小的數(shù)值，才能在讀卡器端被正確無誤地解析出來。在禪合條件不變的情 況下，即通訊距離一定的條件下，磁場(chǎng)的改變量是由標(biāo)簽線圈上的調(diào)制深度決定的。所W射 頻標(biāo)簽的發(fā)射端的調(diào)制深度決定了讀卡器是否可W無誤的解調(diào)出數(shù)據(jù)信號(hào)來。調(diào)制深度越 大，讀卡器解調(diào)越容易，通訊距離越遠(yuǎn)，靈敏度也越高。業(yè)界通常采取的調(diào)制深度的定義如 圖1。作為舉例，圖1中所示調(diào)制條幅波的各個(gè)參數(shù)的取值如下表所示。
[000引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于脈寬調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)的整流電路，包括， 整流電路，所述整流電路輸入端連接至第一天線端與第二天線端，輸出端連接至負(fù)載 電路輸入端及儲(chǔ)能電容的正極端，所述儲(chǔ)能電容的負(fù)極端接地，其特征在于： 所述整流電路輸出端與負(fù)載電路輸入端及儲(chǔ)能電容的正極端之間還連接有單向?qū)?單元，所述單向?qū)▎卧妮斎攵诉B接至整流電路輸出端，單向?qū)▎卧妮敵龆诉B接至 負(fù)載電路輸入端及儲(chǔ)能電容的正極端，單向?qū)▎卧牡谝豢刂贫伺c第二控制端分別連接 至所述單向?qū)▎卧妮敵龆?，用于在整流電路與負(fù)載電路和儲(chǔ)能電容之間形成單向通 路，以阻止儲(chǔ)能電容的電流回流至整流電路和線圈端口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于脈寬調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)的整流電路，其特征在于，所述 單向?qū)▎卧獮镻型MOS管，所述P型MOS管的源極連接至整流電路輸出端，作為所述單向 導(dǎo)通單元的輸入端，所述P型MOS管的漏極連接至負(fù)載電路輸入端及儲(chǔ)能電容的正極端，作 為所述單向?qū)▎卧妮敵龆?，所述P型MOS管的柵極連接至其漏極，所述P型MOS管的襯 底連接至其漏極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于脈寬調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)的整流電路，其特征在于，所述 單向?qū)▎卧獮镹型MOS管，所述N型MOS管的漏極連接至整流電路輸出端，作為所述單向 導(dǎo)通單元的輸入端，所述N型MOS管的源極連接至負(fù)載電路輸入端及儲(chǔ)能電容的正極端，作 為所述單向?qū)▎卧妮敵龆?，所述N型MOS管的柵極連接至其漏極，所述N型MOS管的襯 底連接至其漏極。
4. 一種無源射頻標(biāo)簽，其特征在于，所述無源射頻標(biāo)簽包括如權(quán)利要求1-3中任一所 述的適用于脈寬調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)的整流電路。
【專利摘要】本發(fā)明所述一種適用于脈寬調(diào)制的調(diào)幅信號(hào)的整流電路和無源射頻標(biāo)簽，在整流電路輸出端與負(fù)載電路輸入端及儲(chǔ)能電容的正極端之間連接有單向?qū)▎卧?，所述單向?qū)▎卧獮橛烧麟娐妨飨蜇?fù)載電路和儲(chǔ)能電容方向的單向?qū)ㄩ_關(guān)。因此在射頻場(chǎng)能量為波峰時(shí)期，經(jīng)過整流后的電流通過該單向?qū)▎卧斎胫霖?fù)載電路和儲(chǔ)能電容，供給負(fù)載電路工作，并且儲(chǔ)能電容儲(chǔ)存電荷，當(dāng)射頻場(chǎng)能量為波谷時(shí)期，儲(chǔ)能電容對(duì)外放電，由于該單向?qū)▎卧幱趪?yán)格的反向偏置狀態(tài)，因此電荷無法逆向流動(dòng)至整流電路和線圈端口，避免了儲(chǔ)能電荷的損失，提高了儲(chǔ)能電荷利用率，因此可減少儲(chǔ)能電容的使用數(shù)量，在保證標(biāo)簽芯片靈敏度的前提下，降低了標(biāo)簽芯片的成本。
【IPC分類】G06K19-073
【公開號(hào)】CN104866888
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510187291
【發(fā)明人】韓富強(qiáng), 吳邊, 王興意
【申請(qǐng)人】卓捷創(chuàng)芯科技（深圳）有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月20日