一種可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路與無源射頻標(biāo)簽的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明通過在限幅電路的閾值單元接入帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元實現(xiàn)對閾值單元導(dǎo)通電壓的動態(tài)連續(xù)控制，可根據(jù)電路工作需要任意設(shè)定帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元的輸出電壓值，當(dāng)天線端電壓高于該帶隙基準(zhǔn)輸出電壓值與串聯(lián)的MOS管本身閾值電壓之和時，閾值單元導(dǎo)通將接地通路打開，從而使天線端的電荷輸出至地，減小天線端的電荷量，使整流出的直流電壓降低；當(dāng)天線端電壓低于該帶隙基準(zhǔn)輸出電壓值與串聯(lián)的MOS管本身閾值電壓之和時，閾值單元截止且使得接地通路處于截止?fàn)顟B(tài)，整流電路將天線端的全部電荷整流為直流電源供負(fù)載電路使用，實現(xiàn)了限幅電壓的連續(xù)調(diào)整功能，使得限幅的電壓值具備連續(xù)性及精準(zhǔn)性，保障各部分電路工作電壓值的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路與無源射頻標(biāo)簽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于射頻識別【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路以及包含該限幅電路的無源射頻標(biāo)簽。
【背景技術(shù)】
[0002]無源射頻識別(Radio Frequency 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)簡單、經(jīng)濟實用，因而其在物流管理、資產(chǎn)追蹤以及移動醫(yī)療領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0003]無源RFID標(biāo)簽工作時，其會從周圍環(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，以供無源RFID標(biāo)簽內(nèi)部電路工作；無源RFID標(biāo)簽還將另一部分能量輸入內(nèi)部的調(diào)制解調(diào)電路，調(diào)制解調(diào)電路會對該能量中攜帶的幅度調(diào)制信號進行解調(diào)，并將解調(diào)后的信號發(fā)送給無源RFID標(biāo)簽的數(shù)字基帶部分處理。
[0004]由于無源RFID標(biāo)簽與讀卡器的距離是變化的，因此，當(dāng)無源RFID標(biāo)簽工作時，其從周圍環(huán)境中吸收的電磁能量也是變化的。當(dāng)無源RFID標(biāo)簽離讀卡器太近或讀卡器發(fā)送的電磁能量太強時，無源RFID標(biāo)簽接收到的信號強度也較強，以至線圈上感應(yīng)的電壓超過了芯片中整流器模塊所用的晶體管的耐壓極限，造成晶體管的永久性損壞，導(dǎo)致RFID標(biāo)簽失效。
[0005]無源RFID標(biāo)簽通過負(fù)載調(diào)制的方式傳輸數(shù)據(jù)到讀卡器，讀卡器端的線圈探測到RFID標(biāo)簽端線圈的阻抗變化從而獲取數(shù)據(jù)。當(dāng)無源RFID標(biāo)簽離讀卡器太近或讀卡器發(fā)送的電磁能量太強時，從RFID標(biāo)簽端耦合回來的負(fù)載調(diào)制信號容易造成讀卡器接受端的飽和，以至通訊失敗。這種失敗在讀卡器首先發(fā)命令然后等待RFID標(biāo)簽應(yīng)答的RTF通訊模式(Reader Talk First)下更容易發(fā)生。
[0006]為了解決上述耐壓可靠性以及讀卡器接受飽和的問題，RFID標(biāo)簽芯片電路內(nèi)部需要施加幅度限制處理電路，以確保RFID標(biāo)簽上的天線兩端電壓被限制在一個預(yù)定的數(shù)值。
[0007]電子科技大學(xué)以2010年11月30日申請的名稱為《一種用于超高頻射頻識別標(biāo)簽芯片的解調(diào)電路》，申請?zhí)枮?01010568305.4的發(fā)明專利中，幅度限制功能是通過一個電壓比較器實施的，該電壓比較器比較了包絡(luò)檢波電路產(chǎn)生的包絡(luò)信號，即數(shù)據(jù)信息，和包絡(luò)信號本身的均值之間的大小對比關(guān)系，從而由電壓比較器后面的反相器輸出高低邏輯信號，即解調(diào)后的信號。如此，即使在讀卡器與電子標(biāo)簽之間的很近或很遠導(dǎo)致的信號強度差異很大的情況下，該解調(diào)電路仍能夠自適應(yīng)地保證均值產(chǎn)生電路的穩(wěn)定性，從而確保了解調(diào)電路正常穩(wěn)定的工作。
[0008]上述專利中所用的自適應(yīng)調(diào)整第一 PMOS管柵極電壓的技術(shù)是間接監(jiān)控射頻信號強度的一種方法。其中動態(tài)調(diào)整的對象是作為等效電阻用的PMOS管，使得在不同信號強度下該PMOS管的溝道等效電阻保持穩(wěn)定，也即和電容組成的濾波時間常數(shù)穩(wěn)定，最終獲得穩(wěn)定的檢波效果，確保了解調(diào)電路正常穩(wěn)定的工作。本申請針對整流器電壓幅度的動態(tài)調(diào)整而監(jiān)控射頻信號強度的大小，調(diào)整對象為整流器的限幅電路，使得從天線端口到地的漏電流通路在不同的信號強度情況下有不同程度的開啟程度，從而保護了射頻前端的晶體管不受高壓影響，也避免了讀卡器端的接收飽和現(xiàn)象的發(fā)生。
[0009]株式會社島津制作所以2008年6月9日申請的，名稱為《限幅電路》，申請?zhí)枮?00880129721.5的PCT專利，提出一種利用晶體管的導(dǎo)通、截止切掉超出上下限閾值信號電壓值的限幅電路。該限幅電路是用于對信號強度的限幅，且其針對的是有恒定電源輸入的電路，不同于本申請中所采用的整流控制電路，且也無法將該電路轉(zhuǎn)用于RFID電路中。
[0010]天津南大強芯半導(dǎo)體芯片設(shè)計有限公司以2007年8月20號申請的，名稱為《一種射頻識別標(biāo)簽電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作方法與應(yīng)用》，申請?zhí)枮?00710058875.7的發(fā)明專利，唯一的提出的發(fā)明點是從整流器輸出的供電電源線分了幾路給不同的模塊，并以此提出提高了能量轉(zhuǎn)換和使用效率的觀點。首先，就其電源線分開幾路接到不同模塊的做法，是芯片設(shè)計中的常規(guī)做法，但是該申請中未能闡述清楚能量轉(zhuǎn)換和使用效率是如何提高的，提高到什么程度。要達到真正的效率提高，光是該申請中所提到的接法(那本身就是一個普通接法)是不夠的，用整流器輸出支路直接給存儲器控制模塊的高壓產(chǎn)生電路供電甚至?xí)?dǎo)致電荷泵所用的振蕩器功耗很大的問題。其次，該申請沒有涉及本專利申請所述動態(tài)調(diào)整整流器輸入端電壓幅度電路的方面，跟本專利申請的發(fā)明點沒有重復(fù)性。
[0011]上海華虹集成電路有限責(zé)任公司以2006年03月17日申請的，名稱為《用于非接觸式IC卡和射頻識別標(biāo)簽芯片的限幅保護電路》，申請?zhí)枮?00610024814.4的發(fā)明專利中，提出一種以提高射頻標(biāo)簽芯片的穩(wěn)壓，時鐘，解調(diào)和復(fù)位電路的性能為目的的限幅電路，該限幅電路以保護瞬間感應(yīng)的強場所造成的過壓驅(qū)動為目的，并且解決了讀卡器一端的接受飽和問題。該專利與本申請所存在的區(qū)別點在于:
[0012]1、因為限幅電路的目的不同，所以上海華虹的限幅電路是由高壓或者低壓的檢測電路控制對一個電容的充放電來產(chǎn)生限幅信號。該限幅信號在比場強度的變化有著明顯較大的時間常數(shù)，即緩慢反應(yīng)天線上電壓幅度的變化。這樣的技術(shù)不能起到本申請所提出的過壓保護的目的，因為在有限的時間常數(shù)之內(nèi)，射頻標(biāo)簽芯片內(nèi)部的晶體管已經(jīng)處在過壓驅(qū)動的不可靠狀態(tài)。所以本申請所公開的限幅電路對天線上電壓的變化有著極快的反應(yīng)速度，能夠起到很好的保護作用。
[0013]2、上海華虹的限幅電路有兩條泄放通路，其中一條慢通路，如前所述，不適合過壓保護，另一條由解調(diào)信號控制的泄放通路，與本申請所公開的技術(shù)有著本質(zhì)的不同。
[0014]3、上海華虹的高壓檢測與低壓檢測信號所控制的開關(guān)管有兩個恒定電流源作為偏置，在無源射頻標(biāo)簽系統(tǒng)中將造成較大的直流功耗，不利于達到低功耗，高靈敏度的目的。
[0015]4、上海華虹的限幅電路在檢測天線兩端電壓上存在兩個判斷點，即電壓過低的臨界點和電壓過高的臨界點。當(dāng)天線兩端的電壓低于電壓過低的臨界點時，電容上的電荷得到泄放。當(dāng)天線兩端電壓高于電壓過高的臨界點時，電容上的電荷得到充電積累。這其中的問題是當(dāng)天線兩端的電壓處于兩個臨界點之間時，上下兩個控制開關(guān)均處于關(guān)斷狀態(tài)，電容上的電壓是浮動的，不受任何信號控制。在無源射頻標(biāo)簽芯片中這是一個致命的問題，容易造成不可控的泄放電流而損失能量，影響標(biāo)簽的靈敏度。這個問題在本申請所公開的技術(shù)中是不存在的，本申請中定義了一個唯一的判定點來控制開關(guān)的開啟和關(guān)閉，一旦開啟，該調(diào)解是連續(xù)可調(diào)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路以及包含該限幅電路的無源射頻標(biāo)簽，通過對整流器電壓幅度進行連續(xù)動態(tài)調(diào)整實現(xiàn)對電路電壓的限幅控制，防止讀卡器端接收飽和現(xiàn)象的發(fā)生。
[0017]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0018]一種可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，所述該電路包括:
[0019]諧振電容，與諧振電感并聯(lián)連接于第一天線端與第二天線端之間，用于與諧振電感組成諧振電路，接收外部電磁場并將其耦合至整流電路；
[0020]整流電路，其輸入端連接至第一天線端與第二天線端，用于將所述諧振電路耦合的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源并輸出至外部負(fù)載電路，以及為限幅電路提供電源，同時其一路輸出端接地，用于在場強過強時將電荷輸出至地；
[0021]限幅電路，其電源輸入端連接至所述整流電路電源輸出端，其輸出端連接至整流電路控制輸入端；
[0022]其中，所述限幅電路包括連接至電源的電流鏡單元，電流鏡單元控制端連接至閾值單元輸入端，所述閾值單元的控制端連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元，閾值單元的輸出端接地。
[0023]本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種包括上述可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路的無源射頻標(biāo)簽。
[0024]本發(fā)明通過在限幅電路的閾值單元接入帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元實現(xiàn)對閾值單元導(dǎo)通電壓的動態(tài)連續(xù)控制，可根據(jù)電路工作需要任意設(shè)定帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元的輸出電壓值，當(dāng)天線端電壓高于該帶隙基準(zhǔn)輸出電壓值與串聯(lián)的MOS管本身閾值電壓之和時，閾值單元導(dǎo)通將接地通路打開，從而使天線端的電荷輸出至地，減小天線端的電荷量，使整流出的直流電壓降低；當(dāng)天線端電壓低于該帶隙基準(zhǔn)輸出電壓值與串聯(lián)的MOS管本身閾值電壓之和時，閾值單元截止且使得接地通路處于截止?fàn)顟B(tài)，整流電路將天線端的全部電荷整流為直流電源供負(fù)載電路使用，實現(xiàn)了限幅電壓的連續(xù)調(diào)整功能，避免由于單向?qū)娮釉骷拈撝堤匦远霈F(xiàn)的非連續(xù)的離散型格點式導(dǎo)通現(xiàn)象，使得限幅的電壓值具備連續(xù)性及精準(zhǔn)性，保障各部分電路工作電壓值的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1是本發(fā)明的電路總體結(jié)構(gòu)框圖；
[0027]圖2是本發(fā)明采用的整流電路實施例一結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖3是本發(fā)明采用的整流電路實施例二結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖4是本發(fā)明采用的限幅電路實施例一結(jié)構(gòu)圖；[0030]圖5是本發(fā)明采用的限幅電路實施例二結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0032]在描述本發(fā)明實施例之前，需要對本發(fā)明實施例中所涉及的一些關(guān)鍵詞進行解釋。本發(fā)明實施例中所述的連接，代表兩個連接端點之間存在直接或間接的連接關(guān)系。
[0033]如圖1所示為本發(fā)明的電路總體結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明所述一種可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路I包括:
[0034]諧振電容Cl，其與諧振電感L并聯(lián)連接于第一天線端ini與第二天線端in2之間，用于與諧振電感L組成諧振電路，接收外部電磁場并將其耦合至整流電路；
[0035]整流電路2，其輸入端連接至第一天線端ini與第二天線端in2，用于將所述諧振電路耦合的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源并輸出至外部負(fù)載電路，其另一路輸出端為限幅電路提供電源，同時一路輸出端接地，用于在場強過強時將電荷輸出至地；
[0036]限幅電路3，其電源輸入端連接至所述整流電路電源輸出端V1，其輸出端Vk連接至整流電路控制輸入端；
[0037]其中，所述限幅電路3包括連接至電源的電流鏡單元，電流鏡單元控制端連接至閾值單元4輸入端，所述閾值單元的控制端連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元5，閾值單元的輸出端接地。
[0038]圖2為本發(fā)明采用的整流電路實施例一結(jié)構(gòu)圖。所述整流電路2包括并聯(lián)連接于第一天線端ini與第二天線端in2之間的第一整流支路，第二整流支路以及第三整流支路。
[0039]所述第一整流支路為橋式整流電路，其一輸出端接地，另一輸出端Vdd _連接至外部負(fù)載電路，用于將諧振電路耦合的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源為外部負(fù)載電路提供電源。
[0040]所述第二整流支路為連接于第一天線端ini與第二天線端in2之間的第五二極管D5和第六二極管D6，如圖2，所述第五二極管D5和第六二極管D6用于將諧振電路耦合的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源V1并輸出至限幅電路輸入端，為限幅電路提供電源。
[0041]第二整流支路的第二種實施例結(jié)構(gòu)如圖3所示，該實施例中所述第二整流支路為連接于第一天線端ini與第二天線端in2之間的第二 N型MOS管匪2和第三N型MOS管匪3，所述第二 N型MOS管匪2柵極和漏極分別連接至第一天線端ini，第三N型MOS管匪3柵極和漏極分別連接至第二天線端in2，第二 N型MOS管匪2源極連接至第三N型MOS管匪3源極，用于將諧振電路耦合的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源V1并輸出至限幅電路輸入端，為限幅電路提供電源。
[0042]上述第五二極管D5和第二 N型MOS管匪2，以及第六二極管D6和第三N型MOS管匪3均為單向?qū)ǖ碾娮釉糜趯⒌谝惶炀€端ini與第二天線端in2之間的交流電源整流為直流電源V1，則V1的電壓值為Vinl (正半周交流信號)或Vin2 (負(fù)半周交流信號)減去二極管或MOS管的閾值電壓。
[0043]所述第三整流支路為連接于第一天線端ini與第二天線端in2之間的第七二極管D7和第八二極管D8，如圖2，所述第七二極管D7和第八二極管D8陰極端連接至第一 N型MOS管匪I漏極，所述第一 N型MOS管匪I柵極連接至限幅電路的輸出端\，其源極接地，用于在場強過強時將諧振電路耦合的電荷輸出至地，從而減小第一天線端ini與第二天線端in2之間的電荷量。
[0044]第三整流支路的第二種實施例結(jié)構(gòu)如圖3所示，該實施例中所述第三整流支路為連接于第一天線端ini與第二天線端in2之間的第四N型MOS管NM4和第五N型MOS管匪5，所述第四N型MOS管NM4柵極和漏極分別連接至第一天線端ini，第五N型MOS管匪5柵極和漏極分別連接至第二天線端in2，第四N型MOS管NM4源極連接至第五N型MOS管匪5源極并連接至第一 N型MOS管匪I漏極，所述第一 N型MOS管匪I柵極連接至限幅電路的輸出端Vk，其源極接地，用于在場強過強時將諧振電路耦合的電荷輸出至地，從而減小第一天線端ini與第二天線端in2之間的電荷量。
[0045]上述第七二極管D7和第四N型MOS管NM4，以及第八二極管D8和第五N型MOS管匪5均為單向?qū)ǖ碾娮釉?，用于將第一天線端ini與第二天線端in2之間的交流電源整流為直流電源并輸入至第一 N型MOS管匪I。
[0046]所述第一整流支路、第二整流支路以及第三整流支路中起整流作用的單向?qū)娮釉刹捎枚O管或MOS管的任意形式的組合，包含但并不限于附圖中所示出的兩種組合方式，且可以通過調(diào)整所述二極管的尺寸(即PN結(jié)的面積)或調(diào)整MOS管的溝道尺寸比例來設(shè)定二極管或MOS管的放大比例，達到節(jié)省功耗的目的。
[0047]如圖4所示為本發(fā)明采用的限幅電路3結(jié)構(gòu)圖。所述限幅電路包括連接至電源的電流鏡單元，電流鏡單元控制端連接至閾值單元4輸入端，所述閾值單元4的控制端連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元5，閾值單元的輸出端接地。
[0048]所述電流鏡單元包括第一 P型MOS管PMl和第二 P型MOS管PM2，所述第一 P型MOS管PMl和第二 P型MOS管PM2源極分別連接至電源V1作為電流源，第一 P型MOS管PMl柵極連接至第二 P型MOS管PM2柵極，第一 P型MOS管PMl柵極連接至其漏極并連接至所述閾值單元4，閾值單元4的控制端連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元5，其輸出端接地。所述第二 P型MOS管PM2漏極連接至第一 N型MOS管匪I柵極并通過電阻R接地。
[0049]所述閾值單元4用于與第一 P型MOS管PMl組成一個單向?qū)ㄖ?，因此，所述該閾值單元可采用一個或一個以上的MOS管串接于第一 P型MOS管PMl漏極端與地之間，或者是采用一個或一個以上的二極管串接于第一 P型MOS管PMl漏極端與地之間，則限幅電路的導(dǎo)通電壓即為該支路上各單向?qū)娮釉骷拈撝惦妷褐汀?br> [0050]但是由于電子元器件的閾值特性，在電壓值低于閾值電壓時，該電子元器件保持截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)電壓值等于或大于0.7V時(假定所有二極管和MOS管的閾值電壓均為0.7V)，則電子元器件實現(xiàn)導(dǎo)通，限幅電路導(dǎo)通開始實現(xiàn)漏電，即限幅電路的導(dǎo)通電壓為0.7V的N倍，N為第一 P型MOS管PMl以及其漏極端串接的二極管和/或MOS管的數(shù)量之和，則N大于等于2。因此，限幅電路的導(dǎo)通電壓為非連續(xù)性的離散型格點式，這樣就必然存在限幅電壓值的盲區(qū)點，比如對于需要設(shè)定限幅電壓值位于0.7V-1.4V之間時，該采用二極管或MOS管直接進行串聯(lián)組成閾值單元的限幅電路則無法實現(xiàn)。
[0051]在射頻識別標(biāo)簽中不可或缺的存在帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元，帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元產(chǎn)生的電壓值經(jīng)過溫度及工藝波動補償，具有較高的精準(zhǔn)性，并且其電路輸出具有很大的可調(diào)節(jié)性，可以通過設(shè)定輸出電路的開關(guān)來選定帶隙基準(zhǔn)輸出電壓高低，因此，帶隙基準(zhǔn)電壓Vref沒有上述節(jié)點限制，可將其任意設(shè)定至所需要的電壓值。
[0052]因此，本發(fā)明實施例所述限幅電路的第一種實施例為將閾值單元采用第三P型MOS管PM3，所述該第三P型MOS管PM3的源極連接至第一 P型MOS管PMl漏極端，其柵極連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元5，其漏極接地，如圖4所示。
[0053]本申請所公開的技術(shù)方案可以表述為:射頻識別標(biāo)簽的整流器從周圍環(huán)境的電磁場能量中轉(zhuǎn)換出直流電壓Vdd tjut，該電壓從零電位開始上升到一定的程度足夠帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元進入工作狀態(tài)之后，帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路經(jīng)過自啟動過程而產(chǎn)生較為精準(zhǔn)的帶隙基準(zhǔn)電壓Vief，用帶隙基準(zhǔn)電壓去控制限幅電路中閾值單元的第三P型MOS管PM3柵極。
[0054]同時，射頻識別標(biāo)簽的整流器從周圍環(huán)境的電磁場能量中轉(zhuǎn)換出直流電壓V1，該電壓V1輸入至限幅電路加載于第一 P型MOS管PMl與第三P型MOS管PM3上，當(dāng)V1上升到一定程度的時候，該第一 P型MOS管PMl與第三P型MOS管PM3進入電流偏置的狀態(tài)，即第
一P型MOS管PMl與第三P型MOS管PM3的溝道有直流電流流過。根據(jù)P型MOS器件的固有特性，在電流偏置的狀態(tài)下，P型MOS管的源極與其柵極之間存在一個閾值電壓(Vth)的差值，即源極電壓V1=Vth

(PMl) +Vref+Vth(PMS。
[0055]作為一個實施實例，設(shè)定帶隙基準(zhǔn)電壓Vref為0.9伏，其通過控制第三P型MOS管PM3柵極，使得該P型MOS的源極被設(shè)定到0.9+0.7=1.6伏。與其連接的第一 P型MOS管PMl疊加上另外的0.7伏閾值電壓，于是設(shè)定了限幅電路的限幅電壓為2.3伏，考慮到未被完全消除的工藝波動因素，限幅電壓被設(shè)定在1.9~2.7伏的范圍。這是一個非常合適的限幅電壓，既達到了低功耗的設(shè)計目的(即在極弱場的情況下能夠讓芯片進入工作狀態(tài))，也使得3.3伏的器件可以很可靠的工作。若V1值小于該限幅電壓時，則第一 P型MOS管PMl和閾值單元不導(dǎo)通，第二 P型MOS管PM2漏極輸出的電流為零，則Vr為零，第一 N型MOS管匪I不導(dǎo)通，對第一天線端與第二天線端之間的電荷量不造成影響；若％值高于該限幅電壓時，則第一 P型MOS管PMl和閾值單元支路導(dǎo)通，第一 P型MOS管PMl將該電流鏡像至第
二P型MOS管PM2并通過電阻R產(chǎn)生電壓差Vk輸入至第一 N型MOS管匪I柵極，第一 N型MOS管匪I導(dǎo)通，通過其源極將第一天線端與第二天線端之間的電荷輸出至地，使得第一天線端與第二天線端之間的電荷量減小，則橋式整流電路整流出的直流電源Vdd _減小，即負(fù)載電路兩端的電壓降低。若第一天線端與第二天線端之間的電荷始終高于限幅電壓，則該漏電的通路始終導(dǎo)通，使電荷量不斷減小直至低于限幅電壓值后該漏電通路斷開，實現(xiàn)對電路電壓進行連續(xù)的、循環(huán)的動態(tài)整流控制，防止過高的電壓擊穿負(fù)載電路。
[0056]當(dāng)本發(fā)明實施例所述閾值單元4為多個P型MOS管時，其相互連接方式為:任一 P型MOS管漏極端與相鄰P型MOS管的源極端連接形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，第一個所述P型MOS管的源極連接至第一 P型MOS管PMl漏極為所述閾值單元4的輸入端，最后一個P型MOS管的漏極接地為所述閾值單元4的輸出端，各P型MOS管的柵極均連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元5，如圖5所示。采用多個P型MOS管的連接可以增大閾值單元的總體有效電阻，進一步的限制了該支路電流，從而達到低功耗設(shè)計的目的。
[0057]本發(fā)明采用帶隙基準(zhǔn)電壓對限幅電路進行連續(xù)限幅控制，對于射頻識別標(biāo)簽的系統(tǒng)設(shè)計有著至關(guān)重要的作用:首先，由于帶隙基準(zhǔn)電壓的連續(xù)性，從而實現(xiàn)限幅電壓的連續(xù)性，可根據(jù)電路工作需要將限幅電壓值限定于略高于工作點電壓值即可，保障了電路工作的穩(wěn)定性；其次，由于帶隙基準(zhǔn)電壓的精準(zhǔn)性，可大大降低電子元器件的選用范圍，對達到低成本的設(shè)計要求有著很大的影響。具體的說，沒有精確限幅甚至沒有任何限幅的低頻(125KHz)射頻識別標(biāo)簽整流器輸入和輸出的電壓會從I?2伏變化到14?15伏，而普通的3.3伏MOS器件或者5伏MOS器件是不能夠在這個環(huán)境下工作的，所以，芯片生產(chǎn)工藝的選取就必須局限于提供大尺寸的耐高壓器件的半導(dǎo)體工藝，則必然導(dǎo)致成本的增加，這對于達到低成本的設(shè)計要求是不利的。
[0058]本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種包括上述可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路的無源射頻標(biāo)簽，所述該無源射頻識別標(biāo)簽在限幅電路的閾值單元接入帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元實現(xiàn)對閾值單元導(dǎo)通電壓的動態(tài)連續(xù)控制，可根據(jù)電路工作需要任意設(shè)定帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元的輸出電壓值，當(dāng)天線端電壓高于該帶隙基準(zhǔn)輸出電壓值與串聯(lián)的MOS管本身閾值電壓之和時，閾值單元導(dǎo)通將接地通路打開，從而使天線端的電荷輸出至地，減小天線端的電荷量，使整流出的直流電壓降低；當(dāng)天線端電壓低于該帶隙基準(zhǔn)輸出電壓值與串聯(lián)的MOS管本身閾值電壓之和時，閾值單元截止且使得接地通路處于截止?fàn)顟B(tài)，整流電路將天線端的全部電荷整流為直流電源供負(fù)載電路使用，實現(xiàn)了限幅電壓的連續(xù)調(diào)整功能，避免由于單向?qū)娮釉骷拈撝堤匦远霈F(xiàn)的非連續(xù)性離散型格點式導(dǎo)通現(xiàn)象，使得限幅的電壓值具備連續(xù)性及精準(zhǔn)性，保障各部分電路工作電壓值的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述電路包括: 諧振電容，與諧振電感并聯(lián)連接于第一天線端與第二天線端之間，用于與諧振電感組成諧振電路，接收外部電磁場并將其耦合至整流電路； 整流電路，其輸入端連接至第一天線端與第二天線端，用于將所述諧振電路耦合的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源并輸出至外部負(fù)載電路，以及為限幅電路提供電源，同時其一路輸出端接地，用于在場強過強時將電荷輸出至地； 限幅電路，其電源輸入端連接至所述整流電路電源輸出端，其輸出端連接至整流電路控制輸入端； 其中，所述限幅電路包括連接至電源的電流鏡單元，電流鏡單元控制端連接至閾值單元輸入端，所述閾值單元的控制端連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元，閾值單元的輸出端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述整流電路包括并聯(lián)連接于第一天線端與第二天線端之間的第一整流支路，第二整流支路以及第二整流支路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述第二整流支路為連接于第一天線端與第二天線端之間的第五二極管和第六二極管，所述第五二極管和第六二極管陰極端連接至限幅電路輸入端，用于為限幅電路提供電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述第二整流支路為連接于第一天線端與第二天線端之間的第二 N型MOS管和第三N型MOS管，所述第二 N型MOS管柵極和漏極分別連接至第一天線端，第三N型MOS管柵極和漏極分別連接至第二天線端，第二 N型MOS管源極連接至第三N型MOS管源極并輸出至限幅電路輸入端，用于為限幅電路提供電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述第三整流支路為連接于第一天線端與第二天線端之間的第七二極管和第八二極管，所述第七二極管和第八二極管陰極端連接至第一 N型MOS管漏極，所述第一 N型MOS管柵極連接至限幅電路的輸出端，其源極接地，用于在場強過強時將電荷輸出至地。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述第三整流支路為連接于第一天線端與第二天線端之間的第四N型MOS管和第五N型MOS管，所述第四N型MOS管柵極和漏極分別連接至第一天線端，第五N型MOS管柵極和漏極分別連接至第二天線端，第四N型MOS管源極連接至第五N型MOS管源極并連接至第一 N型MOS管漏極，所述第一 N型MOS管柵極連接至限幅電路的輸出端，其源極接地，用于在場強過強時將電荷輸出至地。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述限幅電路包括電流鏡單元，閾值單元，以及帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元， 所述電流鏡單元包括第一 P型MOS管和第二 P型MOS管，所述第一 P型MOS管和第二P型MOS管源極分別連接至電源作為電流源，第一 P型MOS管柵極連接至第二 P型MOS管柵極，第一 P型MOS管柵極連接至其漏極并連接至所述閾值單元，閾值單元的控制端連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元，所述閾值單元的輸出端接地； 所述第二 P型MOS管漏極連接至第一 N型MOS管柵極并通過電阻接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度的限幅電路，其特征在于，所述閾值單元為至少一個P型MOS管，所述至少一個P型MOS管中，任一 P型MOS管漏極端與相鄰P型MOS管的源極端連接形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，第一個所述P型MOS管的源極連接至第一 P型MOS管漏極為所述閾值單元的輸入端，最后一個P型MOS管的漏極接地為所述閾值單元的輸出端，各P型MOS管的柵極均連接至帶隙基準(zhǔn)電壓模塊單元。
9.一種無源射頻標(biāo)簽，其特征在于，所述無源射頻標(biāo)簽包括如權(quán)利要求1-8中任一所述的可連續(xù)調(diào)整整流信號幅度`的限幅電路。
【文檔編號】G06K19/077GK103699928SQ201410008854
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】韓富強, 吳邊, 漆射虎 申請人:卓捷創(chuàng)芯科技（深圳）有限公司