本實用新型實施例屬于光識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種LID讀寫器及其跨阻放大電路。

背景技術(shù)：

光識別(LID，light identification)技術(shù)，是一種新型的非接觸式自動識別技術(shù)，該技術(shù)通過檢測目標對象發(fā)射或反射的光信號來識別目標對象，并獲取光信號中所攜帶的相關(guān)數(shù)據(jù)。光識別技術(shù)具有無需人工干預(yù)、無電磁輻射、不受電磁干擾和反監(jiān)聽等優(yōu)點，安全性好、可靠性高，在電子標簽技術(shù)領(lǐng)域等到廣泛應(yīng)用，其中最為常見的應(yīng)用為光識別讀寫器或光標簽讀寫器。

然而，現(xiàn)有的光識別讀寫器或光標簽讀寫器中的跨阻放大電路存在轉(zhuǎn)角頻率高、環(huán)路不穩(wěn)定的問題，嚴重降低了光識別讀寫器或光標簽讀寫器的光信號檢測性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例提供一種LID讀寫器及其跨阻放大電路，可以顯著降低跨阻放大電路的轉(zhuǎn)角頻率，有效控制抵消的直流分量的占比范圍，提高環(huán)路的穩(wěn)定性。

本實用新型實施例一方面提供一種應(yīng)用于LID讀寫器的跨阻放大電路，其包括跨阻放大模塊、尾電流管模塊、共源放大模塊、至少一個電壓控制模塊和與所述電壓控制模塊數(shù)量對應(yīng)的至少一個電流控制模塊；

所述跨阻放大模塊的信號輸入端與所述尾電流管模塊的信號輸出端和每個所述電流控制模塊的輸出端共接于所述LID讀寫器的光電二極管電路的信號輸出端，所述跨阻放大模塊的信號輸出端為所述跨阻放大電路的輸出端，所述跨阻放大模塊的反饋信號輸出端與所述共源放大模塊的反饋信號輸入端和每個所述電壓控制模塊的第一電壓輸入端共接，所述尾電流管模塊的電源端與所述共源放大模塊的電源端、每個所述電壓控制模塊的電源端和每個所述電流控制模塊的輸入端共接于外部電源，所述尾電流管模塊的受控端接所述共源放大模塊的控制端，所述共源放大模塊的信號輸入端接每個所述電壓控制模塊的信號輸出端，每個所述電壓控制模塊的參考電壓端均輸入?yún)⒖茧妷盒盘?，每個所述電壓控制模塊的控制端均對應(yīng)連接一個所述電流控制模塊的受控端；

所述跨阻放大模塊將所述光電二極管電路輸出的感應(yīng)電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并進行放大后輸出，并根據(jù)所述感應(yīng)電流信號中的直流分量分別向所述共源放大模塊和每個所述電壓控制模塊輸出電壓反饋信號；每個所述電壓控制模塊根據(jù)所述反饋電壓信號和所述參考電壓信號的大小，控制其對應(yīng)的每個所述電流控制模塊接通或斷開與所述共源放大模塊之間的連接，以通過所述共源放大模塊動態(tài)控制所述尾電流管模塊輸出的直流信號抵消所述感應(yīng)電流信號中的直流分量的抵消范圍。

優(yōu)選的，所述跨阻放大模塊包括運算放大器、誤差放大器、第一電容、第二電容、第一電阻和基準電壓源；

所述運算放大器的同相輸入端與所述誤差放大器的反向輸入端和所述基準電壓源的正極共接，所述運算放大器的反相輸入端與所述第二電容的負極和所述第一電阻的一端共接構(gòu)成所述跨阻放大模塊的信號輸入端，所述運算放大器的輸出端與所述誤差放大器的同相輸入端、所述第二電容的正極和所述第一電阻的另一端共接構(gòu)成所述跨阻放大模塊的信號輸出端，所述誤差放大器的輸出端與所述第一電容的正極共接構(gòu)成所述跨阻放大模塊的反饋信號輸出端，所述第一電容的負極接地。

優(yōu)選的，所述尾電流管模塊包括第一N型MOS管，所述第一N型MOS管的柵極、漏極和源極分別為所述尾電流管模塊的受控端、輸出端和輸入端。

優(yōu)選的，所述共源放大模塊包括第二N型MOS管和第一P型MOS管，所述第二N型MOS管的源極為所述共源放大模塊的電源端，所述第二N型MOS管的柵極為所述共源放大模塊的控制端，所述第二N型MOS管的源極與所述第一P型MOS管的漏極共接構(gòu)成所述共源放大模塊的信號輸入端，所述第二N型MOS管的柵極和漏極共接，所述第一P型MOS管的源極接地。

優(yōu)選的，所述每個電壓控制模塊均包括電壓比較器和單刀雙擲型開關(guān)；

所述電壓比較器的第一輸入端和第二輸入端分別為所述電壓控制模塊的第一電壓輸入端和第二電壓輸入端，所述電壓比較器的輸出端與所述單刀雙擲型開關(guān)的受控端連接，所述單刀雙擲型開關(guān)的第一連接端、第二連接端和第三連接端分別為所述電壓控制模塊的控制端、信號輸出端和電源端；

所述電壓比較器輸入所述反饋電壓信號和所述參考電壓，并比較所述反饋電壓信號和所述參考電壓信號的電壓大小，若所述反饋電壓信號的電壓小于或等于所述參考電壓信號，則所述電壓比較器控制所述單刀雙擲型開關(guān)接通所述電流控制模塊與所述外部電源之間的連接，使所述電流控制模塊斷開與所述共源放大模塊之間的連接；若所述反饋電壓信號的電壓大于所述參考電壓信號，則所述電壓比較器控制所述單刀雙擲型開關(guān)接通所述電流控制模塊與所述共源放大模塊之間的連接，使所述電流控制模塊斷開與所述外部電源之間的連接。

優(yōu)選的，所述單刀雙擲型開關(guān)為單刀雙擲繼電器或單刀雙擲模擬開關(guān)。

優(yōu)選的，每個所述電流控制模塊均包括第三N型MOS管，所述第三N型MOS管的柵極、漏極和源極分別為所述電流控制模塊的受控端、輸出端和輸入端。

本實用新型實施例還提供一種LID讀寫器，其包括光電二極管電路、信號處理電路、信號跳變檢測電路和上述的跨阻放大電路；

所述光電二極管電路的感應(yīng)電流信號輸出端接所述跨阻放大電路的信號輸入端，所述跨阻放大電路的信號輸出端接所述信號跳變檢測電路的第一信號輸入端，所述信號跳變檢測電路的第二信號輸入端接入?yún)⒖济}沖信號，所述信號跳變檢測電路的信號輸出端接所述信號處理電路的信號輸入端；

所述光電二極管電路獲取光標簽發(fā)射或反射的光信號并轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電流信號；所述跨阻放大電路抵消所述感應(yīng)電流信號中的直流分量，將抵消了直流分量之后的所述感應(yīng)電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并進行放大后輸出給所述信號跳變檢測電路，所述信號跳變檢測電路檢測所述跨阻放大電路輸出的電壓信號的持續(xù)跳變時間，并在每次檢測到所述持續(xù)跳變時間大于預(yù)設(shè)時間時，輸出一個脈沖電壓信號給所述信號處理電路，所述信號處理電路對所述脈沖電壓信號進行處理分析得到數(shù)字信號。

優(yōu)選的，所述信號跳變檢測電路包括信號延時器件和異或器件，所述信號延時器件的輸入端和所述異或器件的第二輸入端共接于所述跨阻放大電路的信號輸出端，所述信號延時器件的輸出端接所述異或器件的第一輸入端，所述異或器件的輸出端接所述信號處理電路的信號輸入端。

優(yōu)選的，所述光電二極管電路包括光電二極管，該光電二極管的輸出端為所述光電二極管電路的感應(yīng)電流信號輸出端，光電二極管的輸入端接地。

本實用新型實施例通過設(shè)置與尾電流管模塊共接于外部電源的共源放大模塊，可以顯著降低跨阻放大電路的轉(zhuǎn)角頻率，并通過電壓控制模塊控制電流控制模塊接通或斷開與共源放大模塊之間的連接，使共源放大模塊控制尾電流管模塊輸出的直流信號的電流范圍，從而可以通過控制該直流信號的電流范圍有效控制感應(yīng)電流信號中的直流分量的抵消范圍，可以有效控制抵消的直流分量的占比范圍，提高環(huán)路的穩(wěn)定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(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，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，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。

圖1是本實用新型提供的現(xiàn)有技術(shù)中的跨阻放大電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型的一個實施例提供的跨阻放大電路的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本實用新型的一個實施例提供的跨阻放大電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型的另一個實施提供的跨阻放大電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型的一個實施例提供的LID讀寫器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6是本實用新型的一個實施例提供的LID讀寫器的具體結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本實用新型保護的范圍。

本實用新型的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“包括”以及它們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含一系列步驟或單元的過程、方法或系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。此外，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等是用于區(qū)別不同對象，而非用于描述特定順序。

如圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常用的跨阻放大電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該跨阻放大電路包括MOS管M_ctl、運算放大器G1、誤差放大器EA、基準電壓源V_ref、電容C_f、電阻R_f和電容C_m，MOS管M_ctl的源極接入外部電源VDD、柵極誤差放大器EA的輸出端、漏極與光電二極管PD的輸出端和運算放大器G1的反相輸入端，運算放大器G1的同相輸入端與誤差放大器EA的反相輸入端和基準電壓源V_ref的輸出端共接，電容C_f和電阻R_f并聯(lián)構(gòu)成濾波電路之后連接在運算放大器G1的反相輸入端和輸出端之間，誤差放大器EA的輸出端通過電容C_m接地，光電二極管PD的輸入端接地。

上述跨阻放大電路的傳遞函數(shù)為：

其中，L(s)是環(huán)路增益；

根據(jù)公式計算得到

其中A_DC是誤差放大器EA的低頻增益，ω_p1＝1/R_o2C_m，若R_fA_DCω_p1＞＞1，則該電路的頻率響應(yīng)的高通轉(zhuǎn)角頻率ω_HP＝R_fA_DCω_p1g_mctl＝R_fA_DCg_mctl/R_o2C_m；

根據(jù)ω_HP的計算公式推算可知，要使ω_HP低于幾十赫茲，則需要將電容Cm的電容量Cm增大至nF(納法)量級，但是由于納法量級的電容體積較大難以集成到芯片內(nèi)，所以通過增大電容Cm的電容量來降低整個電路的轉(zhuǎn)角頻率是不切實際的。

為了解決上述問題，如圖2所示，本實用新型的一個實施例提供一種跨阻放大電路100，其應(yīng)用于LID讀寫器，其包括跨阻放大模塊10、尾電流管模塊20、共源放大模塊30、至少一個電壓控制模塊40和與電壓控制模塊40數(shù)量對應(yīng)的至少一個電流控制模塊50。

本實施例所提供的跨阻放大電路100中各模塊之間的連接關(guān)系為：

跨阻放大模塊10的信號輸入端與尾電流管模塊20的信號輸出端和每個電流控制模塊50的輸出端共接于LID讀寫器的光電二極管電路201的信號輸出端，跨阻放大模塊10的信號輸出端為跨阻放大電路100的輸出端Vo，跨阻放大模塊10的反饋信號輸出端與共源放大模塊30的反饋信號輸入端和每個電壓控制模塊40的第一電壓輸入端共接，尾電流管模塊20的電源端與共源放大模塊30的電源端、每個電壓控制模塊40的電源端和每個電流控制模塊50的輸入端共接于外部電源VDD，尾電流管模塊20的受控端接共源放大模塊30的控制端，共源放大模塊30的信號輸入端接每個電壓控制模塊40的信號輸出端，每個電壓控制模塊40的參考電壓端均輸入?yún)⒖茧妷盒盘朧th。

每個電壓控制模塊40的控制端均對應(yīng)連接一個電流控制模塊50的受控端。

在具體應(yīng)用中，光電二極管電路201可以是單個光電二極管，也可以是由多個光電二極管組成的光電二極管陣列；信號處理電路202具體可以通過通用集成電路，例如CPU(Central Processing Unit，中央處理器)，或通過ASIC(Application Specific Integrated Circuit，專用集成電路)來實現(xiàn)。

本實施例中，僅示出了一個電壓控制模塊40和一個電流控制模塊50。

本實施例所提供的跨阻放大電路100的工作原理為：

跨阻放大模塊將光電二極管電路輸出的感應(yīng)電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并進行放大后輸出，并根據(jù)感應(yīng)電流信號中的直流分量分別向共源放大模塊和每個電壓控制模塊輸出電壓反饋信號；每個電壓控制模塊根據(jù)反饋電壓信號和參考電壓信號的大小，控制其對應(yīng)的每個電流控制模塊接通或斷開與共源放大模塊之間的連接，以通過光源放大模塊動態(tài)控制尾電流管模塊輸出的直流信號抵消直流分量的抵消范圍。

在具體應(yīng)用中，可以根據(jù)實際需要適當增減電壓控制模塊及對應(yīng)的電流控制模塊的數(shù)量，以提高電路的穩(wěn)定性，確保電壓控制模塊能夠通過電流控制模塊控制放大模塊對跨阻放大模塊輸出的直流信號進行控制。

本實用新型實施例通過設(shè)置與尾電流管模塊共接于外部電源的共源放大模塊，可以顯著降低跨阻放大電路的轉(zhuǎn)角頻率，并通過電壓控制模塊控制電流控制模塊接通或斷開與共源放大模塊之間的連接，使共源放大模塊控制尾電流管模塊輸出的直流信號的電流范圍，從而可以通過控制該直流信號的電流范圍有效控制感應(yīng)電流信號中的直流分量的抵消范圍，可以，有效控制抵消的直流分量的占比范圍，提高環(huán)路的穩(wěn)定性。

如圖3所示，在本實用新型的一個實施例中，跨阻放大模塊10包括運算放大器G1、誤差放大器EA、第一電容C_m、第二電容C_f、第一電阻R_f和基準電壓源V_ref；

運算放大器G1的同相輸入端與誤差放大器EA的反向輸入端和基準電壓源V_ref的正極共接，運算放大器G1的反相輸入端與第二電容C_f的負極和第一電阻R_f的一端共接構(gòu)成跨阻放大模塊10的信號輸入端，運算放大器G1的輸出端與誤差放大器EA的同相輸入端、第二電容C_f的正極和第一電阻R_f的另一端共接構(gòu)成跨阻放大模塊10的信號輸出端V_O，誤差放大器EA的輸出端與第一電容C_m的正極共接構(gòu)成跨阻放大模塊10的反饋信號輸出端，第一電容C_m的負極接地。

本實施例中，光電二極管電路為光電二極管PD，其輸入端接地。

如圖3所示，本實施例中，尾電流管模塊20包括第一N型MOS管M_ctl，第一N型MOS管M_ctl的柵極、漏極和源極分別為尾電流管模塊20的受控端、輸出端和輸入端。

如圖3所示，本實施例中，共源放大模塊30包括第二N型MOS管M₁和第一P型MOS管M₂，第二N型MOS管M₁的源極為共源放大模塊的電源端，第二N型MOS管M₁的柵極為共源放大模塊的控制端，第二N型MOS管M₁的源極與第一P型MOS管M₂的漏極共接構(gòu)成共源放大模塊的信號輸入端，第二N型MOS管M₁的柵極和漏極共接，第一P型MOS管M₂的源極接地。

如圖3所示，在本實施例中，每個電壓控制模塊40均包括電壓比較器cmp1和單刀雙擲型開關(guān)V_gctl1。

電壓比較器cmp1的第一輸入端V_g.M₂和第二輸入端Vth1分別為電壓控制模塊40的第一電壓輸入端和第二電壓輸入端，電壓比較器cmp1的輸出端與單刀雙擲型開關(guān)V_gctl1的受控端4連接，單刀雙擲型開關(guān)V_gctl1的第一連接端1、第二連接端2和第三連接端3分別為電壓控制模塊40的控制端、信號輸出端和電源端。

電壓控制模塊40的工作原理為：

電壓比較器輸入反饋電壓信號和參考電壓，并比較反饋電壓信號和參考電壓信號的電壓大小，若反饋電壓信號的電壓小于或等于參考電壓信號，則電壓比較器控制單刀雙擲型開關(guān)接通電流控制模塊與外部電源之間的連接，使電流控制模塊斷開與共源放大模塊之間的連接；若反饋電壓信號的電壓大于參考電壓信號，則電壓比較器控制單刀雙擲型開關(guān)接通電流控制模塊與共源放大模塊之間的連接，使電流控制模塊斷開與外部電源之間的連接。

在具體應(yīng)用中，單刀雙擲型開關(guān)為單刀雙擲繼電器或單刀雙擲模擬開關(guān)；單刀雙擲型開關(guān)可以等效替換為兩個單刀單擲型開關(guān)。

如圖3所示，在本實施例中，每個電流控制模塊50均包括第三N型MOS管M_ctl1，第三N型MOS管M_ctl1的柵極、漏極和源極分別為電流控制模塊50的受控端、輸出端和輸入端。

圖3所示的跨阻放大電路的傳遞函數(shù)為：

其頻率響應(yīng)的高通轉(zhuǎn)角頻率

通過調(diào)整MOS管M1、M2的跨導(dǎo)gm1和gm2可以顯著降低跨阻放大電路高通轉(zhuǎn)角頻率，比如gm2/gm1＝1/200則電容C_m的電容值可以降低200倍，極大的減小所需電容的面積。通過電壓比較器cmp1自動控制MOS管Mctl1和MOS管Mctl2的開關(guān)，自動調(diào)整MOS管Mctl的寬長比，即可以成倍增加抵消直流分量的抵消范圍又避免了由于MOS管M2柵壓電壓不夠引起的環(huán)路穩(wěn)定性問題。

如圖4所示，在本實用新型的一個實施例中，在本實用新型的一個實施例中，跨阻放大電路100包括兩個電壓控制模塊40和兩個電流控制模塊50。其中一個電壓控制模塊包括第一電壓比較器cmp1和第一單刀雙擲型開關(guān)V_gctl1，其連接結(jié)構(gòu)參見圖3，另一個電壓控制模塊包括第二電壓比較器cmp2和第二單刀雙擲型開關(guān)V_gctl2，兩個電壓控制模塊的電路連接結(jié)構(gòu)相同。其中一個電流控制模塊包括第三N型MOS管Mctl1，其連接結(jié)構(gòu)參見圖3，另一個電流控制模塊包括第四N型MOS管Mctl2，兩個電流控制模塊的電路連接結(jié)構(gòu)相同。

圖4所示電壓控制模塊和電流控制模塊的工作原理為：

當MOS管M2柵壓V_g.M2比參考電壓Vth1和參考電壓Vth2低時，MOS管Mctl1和MOS管Mctl2的柵極通過分別通過接VDD，MOS管Mctl1和MOS管Mctl2關(guān)斷，隨著光電二極管PD直流分量的增加MOS管M2的柵壓V_g,M2也相應(yīng)升高，當柵壓超過參考電壓Vth1或參考電壓Vth2時，MOS管Mctl1或MOS管Mctl2柵壓分別通過各自連接的單刀雙擲型開關(guān)接偏置電壓Vgctl，相應(yīng)的增加了電流控制模塊的寬長比，可以自適應(yīng)控制MOS管M2柵壓，提高了電路的直流抵消范圍和穩(wěn)定性。

如圖5所示，本實用新型的一個實施例還提供一種LID讀寫器，其包括光電二極管電路201、信號處理電路202、信號跳變檢測電路203和跨阻放大電路100。

光電二極管電路201的感應(yīng)電流信號輸出端接跨阻放大電路100的信號輸入端，跨阻放大電路100的信號輸出端接信號跳變檢測電路203的第一信號輸入端，跳變檢測電路203的第二信號輸入端Mode_EN接入?yún)⒖济}沖信號，信號跳變檢測電路203的信號輸出端接信號處理電路202的信號輸入端。

本實施例中，光電二極管電路為光電二極管，該光電二極管的輸出端為光電二極管電路的感應(yīng)電流信號輸出端，光電二極管的輸入端接地。

本實施例提供的LID讀寫器的工作原理為：

光電二極管電路獲取光標簽發(fā)射或反射的光信號并轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電流信號；跨阻放大電路抵消感應(yīng)電流信號中的直流分量，將抵消了直流分量之后的感應(yīng)電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并進行放大后輸出給信號跳變檢測電路，信號跳變檢測電路檢測跨阻放大電路輸出的電壓信號的持續(xù)跳變時間，并在每次檢測到持續(xù)跳變時間大于預(yù)設(shè)時間時，輸出一個脈沖電壓信號給信號處理電路，信號處理電路對脈沖電壓信號進行處理分析得到數(shù)字信號。

在具體應(yīng)用中，若LID讀寫器讀取的光標簽是無源標簽，則光標簽接收不到足夠的能量時，則無法反射光信號或者反射的光信號較為微弱。因此，為了克服信號處理電路無法檢測到光標簽反射的微弱信號的問題，可以通過增加信號跳變檢測電路來檢測跨阻放大電路輸出的信號的變化，當其輸出的信號小于一定脈寬時不予響應(yīng)。

如圖6所示，在本實用新型的一個實施例中，信號跳變檢測電路203具體包括信號延時電路2031和異或電路2032，信號延時電路2031的輸入端和異或電路2032的第二輸入端共接于接跨阻放大電路100的信號輸出端，信號延時電路2031的輸出端接異或電路2032的第一輸入端，異或電路2032的輸出端接信號處理電路202。

信號延時電路具體用于實現(xiàn)信號防抖功能，當跨阻放大電路輸出的信號小于一定脈寬時不予響應(yīng)，異或電路具體用于對跨阻放大電路輸出的信號的脈寬大小進行邏輯判斷。

本實施例提供的LID讀寫器能夠主動檢測光標簽發(fā)射或反射的光信號，并在檢測到信號時及時對信號進行處理生成數(shù)字信號，靈敏度高，并且可以自動不響應(yīng)光標簽反射或發(fā)射的微弱信號，避免輸出錯誤的數(shù)字信號，可以有效提高光信號識別的準確性。

在本實用新型的其他實施例中，跨阻放大電路可以等效應(yīng)用于LID標簽中。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。