專利名稱：整流電路及使用此整流電路的無線通信裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠由高頻低強度無線電波產生直流電壓的整流電 路，以及包括所述整流電路的無線通信裝置，背景技術作為一種識別并管理人或物體的技術，射頻識別(RFID)已經(jīng)吸引了 注意。引用RFID標簽作為所述RTID技術，即，非接觸式認證技術的典 型實例。典型的RFID標簽包括微小的射頻集成電路(IC)芯片和天線。 RFID標簽經(jīng)由天線接牝基站，即所謂"讀寫器(reader/writer)"，發(fā)送 出的高頻無線電波，并由從天線處的高頻無線電波感應得到的交流電流產 生直流電壓。具體地，由RFID標簽中包含的整流電路產生直流電壓，并 且所產生的電壓不僅用作RFID標簽的電源電壓，還用作通信信號。所述整流電路通常由二極管連接的金屬氧化物半導體(MOS)晶體管 組成。在典型的二極管連接的MOS晶體管中，所述MOS晶體管的柵極和 漏極直接相互連接。所述整流電路將超出所述MOS晶體管的閾值電壓的 交流信號的有效值整流為直流信號.換言之，基于低于所述閾值電壓的交 流信號，所述整流電路不能產生直流信號。另一方面，即使當所述交流信 號的有效值超出所述閾值電壓時，如果所述有效值和所述閾值電壓之間的 差值較小，則整流效率變低。這是因為所述整流電路的整流目標被限制為 通過從所述交流信號中減去所述閾值電壓所得到的交流分量。為解決上述問題，JP-A 2006-34085 (KOKAI)公開了一種高靈敏整 流電路。在所公開的高靈敏整流電路的MOS晶體管中，漏極和柵極經(jīng)由 電容器相互連接。所述電容器保持的電壓近似等于所述MOS晶體管的閾
值電壓。因此，即使交流信號的有效值低于所述閾值電壓，所述高靈敏整 流電路能夠將所述交流信號整流為直流信號。然而，如果在用于電壓供給的MOS晶體管中發(fā)生電荷泄漏，則漏極 和柵極之間的所述電容器兩端的電壓將逐漸降低。換言之，隨著時間過去， 整流效率將降低。即使通過開關電路將電壓從多個電容器傳送到漏極和柵 極之間的所述電容器，各個電容器兩端的電壓也將降低.為解決所迷問題， 對漏極和柵極之間的電容器進行刷新操作(refresh operation)。即，以規(guī) 則間隔將電壓施加到所述電容器上?？梢岳闷秒妷荷呻娐泛蚃I^沖生 成電路進行所述刷新操作。因此，為了所述偏置電壓生成電路和脈沖生成 電路的持續(xù)運行，需要諸如電池等外部電源。結果，由于在所述整流電路中構造了所述外部電源，所述裝置的生產 成本和尺寸增加。此外，考慮到所述電路的連續(xù)工作時間，需要足夠的容 量設計。發(fā)明內容根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 一種整流電路包括輸入端子，其接收交流信 號；第一整流電路，其從所述交流信號產生第一直流電壓；偏置電壓生成 電路，其從所述第一直流電壓生成偏置電壓；以及第二整流電路，其從利 用所述偏置電壓進行偏置的交流信號生成第二直流電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面， 一種無線通信裝置包含整流電路，所述整 流電路包括輸入端子，其接收交流信號；第一整流電路，其從所述交流信 號產生第一直流電壓；偏置電壓生成電路，其從所述第一直流電壓生成偏 置電壓；以及第二整流電路，其從利用所述偏置電壓進行偏置的交流信號 生成第二直流電壓；天線，其連接到所述輸入端子；以及信號處理電路， 其接收第二直流電壓作為電源電壓，并解調笫二直流電壓，從而獲得通信 信號'


圖l是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的整流電路的框圖；圖2是整流電路中包含的偏置電路的電路圖；圖3是通過所述整流電路發(fā)送的主信號的時序圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的整流電路的框圖；圖5是根據(jù)所述第二實施例的整流電路中包含的確定電路的電路圖；圖6是通過根據(jù)所述第二實施例的整流電路發(fā)送的主信號的時序圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的無線通信裝置(RFID標簽)的框圖；圖8是所述RFID標簽和讀寫器的示意圖；以及 圖9是實驗結果的曲線圖，其示出RFID標簽和讀寫器之間的通信距 離與由包含在所述RFID標簽中的整流電路所產生的電壓之間的關系。
具體實施方式
以下將參考附圖詳細解釋本發(fā)明的典型實施例.根據(jù)第一實施例的整流電路包括通常的第一整流電路、高靈敏的第二 整流電路、脈沖生成電路以及偏置電壓生成電路.第一整流電路從^f氐強度 無線電波生成第一直流電壓，所述脈沖生成電路以及所述偏置電壓生成電 路由第一直流電壓驅動，并且分別向第二整流電路輸出脈沖信號和偏置電 壓。第二整流電路由所述脈沖信號和偏置電壓驅動，并且從所述低強度無 線電波生成第二直流電壓。即，第一整流電路啟動脈沖生成電路和偏置電 壓生成電路，并且所述脈沖生成電路和偏置電壓生成電路啟動第二整流電 路。因此，可在高靈敏狀態(tài)下維持所述第二整流電路，而無需使用諸如電 池的外部電源.如圖l所示，整流電路100包括第一整流電路110、脈沖生成電路120、 偏置電壓生成電路130以及第二整流電路140。第一整流電路110包括四 個級聯(lián)排列的n溝道金屬氧化物半導體(NMOS)晶體管Mi到M4。在各 個NMOS晶體管]V^到M4中，柵極和漏極互相直接連接，耦合電容器Q 的一端連接到相鄰的NMOS晶體管Mi和M2之間的連接線，平滑電容器 Cu的兩端分別連接到NMOS晶體管Mi的源極和NMOS晶體管M2的漏 極。耦合電容器C2的一端連接到相鄰的NMOS晶體管M3和M4之間的連 接線。平滑電容器C12的兩端分別連接到NMOS晶體管M3的源極和NMOS 晶體管M4的漏極。NMOS晶體管M4的漏極接地。耦合電容器d和C2 的另一端連接到，例如，RFID標簽的天線IO。耦合電容器d和C2經(jīng)由 天線10接收高頻交流信號。如圖1所示，第一整流電路110的構造和常規(guī)整流電路的構造相同。 第一整流電路110對從耦合電容器d和Q輸入的交流信號進行整流，并 經(jīng)由NMOS晶體管的源極輸出直流電壓Vf。相比第二整流電路140， 將笫一整流電路110中的NMOS晶體管Mi到M4設計為具有匹配諸如天 線10上的負載的輸入負栽的更高的阻抗。例如，將NMOS晶體管M,到 M4的閾值電壓設置為較低，并將各個NMOS晶體管Mi到M4的柵極寬度 設計為較窄。因此，NMOS晶體管M!到M4具有高輸入阻抗。具體地， NMOS晶體管]V^到M4的各個組件面積(component area)比第二整流電 路140中的NMOS晶體管的組件面積更小。例如，NMOS晶體管Mi到 M4的各個組件面積小于第二整流電路140中的NMOS晶體管的組件面積 的三分之一。結果，NMOS晶體管到M4能夠從比標準整流電路所需 的更小的交流信號有效值(例如，約0.2伏特)產生足夠驅動脈沖生成電 路120和偏置電壓生成電路130的最小量的直流電壓Vf(例如，0.5伏特)，脈沖生成電路120包括振蕩器121和脈沖寬度調整電路122。由在第 一整流電路110中生成的直流電壓Vf驅動振蕩器121，振蕩器121向脈沖 寬度調整電路122輸出信號的預定頻率級。脈沖寬度調整電路122從所述 信號的預定頻率級生成時鐘信號CK,時鐘信號CK表示周期性脈沖信號 的重復，其中，邏輯電平"H"的持續(xù)時間比邏輯電平"L"的持續(xù)時間短， 即，占空比小于50%。偏置電壓生成電路130從第一整流電路110中生成的直流電壓Vf以及 從脈沖生成電路120輸出的時鐘信號CK生成偏置電壓Vb。偏置電壓生成 電路130包括電流源I!、開關131以及NMOS晶體管M加。電流源I,、開
關131以及NMOS晶體管M2o以此順序串聯(lián)。具體地，電流源I!的輸入 端連接到第一整流電路110的輸出端(即，輸出直流電壓Vf的一端).開 關131的一端連接到電流源II的輸出端。開關131的另一端連接到NMOS 晶體管M2o的漏極。NMOS晶體管M2o的源極接地。開關131根據(jù)時鐘信 號CK打開/關閉。將偏置電壓Vb設置為低于且優(yōu)選地接近于第二整流電 路140的NMOS晶體管的閾值電壓。脈沖生成電路120和偏置電壓生成電路130可由互4hir屬氧化物半導 體(CMOS)電路或無源組件組成。輸入到所述脈沖生成電路120和偏置 電壓生成電路130的信號的振蕩頻率約為千赫茲頻帶，即，脈沖生成電路 120和偏置電壓生成電路130消耗電流很少。因此，可由第一整流電路IIO 中生成的弱直流電壓Vf操作脈沖生成電路120和偏置電壓生成電路130.第二整流電路140包括整流單元和偏置電路141。所述整流單元包括 四個級聯(lián)排列的NMOS晶體管Mn到M14，兩個耦合電容器(:31和C32， 以及兩個平滑電容器C41和C42。耦合電容器C31的一端連接到相鄰NMOS 晶體管Mn和M^之間的連接線。平滑電容器C41的兩端分別連接到NMOS 晶體管Mu的源極和NMOS晶體管M12的漏極。耦合電容器C32的一端連 接到相鄰NMOS晶體管Mu和M"之間的連接線。平滑電容器C"的兩端 分別連接到NMOS晶體管M13的源極和NMOS晶體管M14的漏極。NMOS 晶體管M14的漏極接地。從NMOS晶體管Mu的源極輸出直流電壓VDD。 耦合電容器<:31和C32的另一端分別連接到第一整流電路110中的耦合電 容器d和C2的另一端。即，將輸入到第一整流電路110的交流信號也輸 入到第二整流電路140中的整流單元。NMOS晶體管Mu到M"的各個柵極和漏極連接到偏置電路141.偏 置電壓Vb經(jīng)由偏置電路141施加到各個NMOS晶體管Mn到M14的柵極 和漏極之間?？梢耘c和NMOS晶體管M2o相同的方式對NMOS晶體管 Mu到M"進療沒計(例如，相同的柵極寬度和長度，相同的閾值電壓等)，如圖2所示，偏置電路141包括兩個逆變器INVi和INV2、四個(第 一到第四)開關塊，其分別被分配給整流單元中的NMOS晶體管Mu到M14。第一開關塊連接到NMOS晶體管Mn的柵極和漏極之間，其包括作 為轉移柵(transfer gate)的四個NMOS晶體管M21、 M22、 ]\131和]\132， 以及兩個電容器<:51和C61。第二開關塊連接到NMOS晶體管Mu的柵極 和漏極之間，其包括四個NMOS晶體管M23、 M24、 M33和M34，以及兩 個電容器Cs2和C62。第三開關塊連接到NMOS晶體管Mu的柵極和漏極 之間，其包括四個NMOS晶體管M2S、 M26、 M3s和M36，以及兩個電容 器Cm和C63。第四開關塊連接到NMOS晶體管M14的^1^極和漏極之間， 其包括四個NMOS晶體管M27、 M28、 ]\137和M38，以及兩個電容器CS4 和<:64。所述第一到笫四開關塊具有相同的構造和相同的工作參數(shù)。因此， 在所述四個開關塊中，以下詳細描述第一開關塊。NMOS晶體管M21的漏極連接到NMOS晶體管MM的源極。NMOS 晶體管M21的源極連接到由偏置電壓生成電路130生成的偏置電壓Vb的供 給線路.NMOS晶體管M3i的漏極連接到NMOS晶體管Mu的柵極.NMOS 晶體管]\122的漏極連接到NMOS晶體管MM的源極。NMOS晶體管M22 的源極接地。NMOS晶體管M32的漏極連接到NMOS晶體管Mu的漏極， NMOS晶體管M21和M22的柵極連接到逆變器INVi的輸出端，NMOS晶 體管M31和M32的柵極連接到逆變器INV2的輸出端.電容器C51連接到 NMOS晶體管]\121和M22的漏極之間。電容器Cm連接到NMOS晶體管 MM和M32的漏極之間。使用第二整流電路140生成的直流電壓VoD作為 諸如信號處理電路的射頻識別(RFID )標簽中包含的其它主電路的主電源. 因此，將各NMOS晶體管Mu到1\114的柵極寬度設計為相對較寬。各對轉移柵，NMOS晶體管M21和M22以及NMOS晶體管M31和M32根據(jù)時鐘信號CK互補地打開/關閉。然后，電容器<:51和(:61重復地交替 充電。具體地，當時鐘信號CK處于邏輯電平"L"時，逆變器INVi輸出邏 輯電平為"H"的信號，而逆變器INV2輸出邏輯電平為"L"的信號。接 收到所述信號之后，NMOS晶體瞢M2i和M22開啟。然后，電容器<:51進 行充電，直到電容器C^兩端的電壓上升到約等于偏置電壓Vb。當NMOS 晶體管M^和M22開啟時，NMOS晶體管M3i和M32關閉。因此，不對電 容器<:61進行充電.另一方面，當時鐘信號CK處于邏輯電平"H"時，逆 變器IN^輸出邏輯電平為"L"的信號，而逆變器INV2輸出邏輯電平為 "H"的信號。接收到所述信號之后，NMOS晶體管Mn和M22關閉，而NMOS晶體管]\131和M32開啟。通過對電容器<:51放電來對電容器<:61充電，直到電容器C"兩端的電壓上升到約等于偏置電壓Vb。因此，將約等 于所述閾值電壓的電壓持續(xù)施加于NMOS晶體管Mu的柵極和漏極之間。 與NMOS晶體管Mn的方式相同，將約等于所述閾值電壓的電壓持續(xù)施加 于其它各個NMOS晶體管Mu到M"的柵極和漏極之間。這樣，將第二整 流電路140穩(wěn)定維持在高靈敏狀態(tài)下。換言之，第二整流電路140能夠從 弱交流信號生成大于直流電壓Vf的直流電壓VDD。順帶地，NMOS晶體管Mu到M"接收處于千兆赫頻帶的高頻信號。 因此，需要對NMOS晶體管Mn到Mw的寄生電容進行最小化，另一方面， 偏置電壓生成電路130具有相對較大的容量，以穩(wěn)定地生成偏置電壓Vb。 結果，在第二整流電路140中提供偏置電路141，從而并不將從偏置電壓 生成電路130輸出的偏置電壓Vb直接施加于各NMOS晶體管Mn到M14 的柵極和漏極之間。如圖3所示，"輸入無線電波"表示經(jīng)由天線10輸入到第一整流電路 110和第二整流電路140的交流信號。"Vf"表示從第一整流電路110輸 出的直流電壓Vf。
"CK"表示從脈沖生成電路120輸出的時鐘信號CK。 "Vb"表示從偏置電壓生成電路130輸出的偏置電壓Vb。
"VDD"表示從 第二整流電路140輸出的直流電壓VDD。此后，參考圖3解釋整流電路100的全部操作。假設在時刻h將無線 電波第一次輸入到整流電路IOO,在時刻h，整流電路100處于初始情形。 因此，仍不對偏置電路141的電容器C61到C64進行充電，而各NMOS晶 體管Mh到M"的柵極和漏極之間的電勢差仍為零。即，第二整流電路140 不處于高靈敏狀態(tài)。如果輸入無線電波具有相當大的能量，并且如果交流 信號的有效值充分超過NMOS晶體管Mu到M14的閾值電壓，其中，此交
流信號為通過天線io感應的輸入無線電波，則無論電容器<:61到<:64的充電狀態(tài)怎樣，第二整流電路140都能夠從所述交流信號生成直流電壓vDD。 然而，如果所述輸入無線電波微弱，并且如果所述交流信號的有效值低于所述閾值電壓，則由于第二整流電路140不處于高靈敏狀態(tài)，第二整流電 路140具有高輸入阻抗。因此，通過第二整流電路140反映所述交流信號。 另一方面，第一整流電路110具有與天線10相匹配的高阻抗。因此，即使 所述交流信號微弱，第一整流電路110也能夠從交流信號生成直流電壓。當?shù)谝徽麟娐?10接收微弱的交流信號時，平滑電容器Cn和C12 進行充電。然后，在時刻tz，直流電壓Vf達到脈沖生成電路120和偏置電 壓生成電路130所要求的預定電壓水平。由直流電壓Vf驅動脈沖生成電路 120，并生成時鐘信號CK。時鐘信號CK的第一脈沖在時刻t3上升.在同一時刻，偏置電壓生成 電路130中的開關131開啟，并且由直流電壓Vf對NMOS晶體管M2o充 電。在NMOS晶體管M2。兩端的電壓達到目標電壓水平之前，時4中信號 CK的第一脈沖降低，即，時鐘信號CK的第一脈沖不能使得偏置電壓Vb 達到所述目標電壓水平.因此，即使當偏置電路141接收到偏置電壓Vb 和時鐘信號CK的第一脈沖時，第二整流電路140仍然不處于高靈敏狀態(tài)，在將時鐘信號CK的多個脈沖輸入偏置電壓生成電路130之后，偏置 電路141能夠在時刻t4接收偏置電壓Vb的目標電壓水平。然后，對電容器 Cw到C64進行充電，使其電壓約等于所述閾值電壓，其中，電容器Cw到 C64分別連接到各NMOS晶體管Mu到M14的柵極和漏極之間.結果，第 二整流電路140變?yōu)樘幱诘挽`敏狀態(tài).從時刻t4開始，進一步對平滑電容 器Cn和C42進行充電.然后，在時刻ts輸出直流電壓VoD的預定電壓水平.即，第二整流電路140能夠從微弱無線電波生成直流電壓Vm).在時刻h到ts期間，第二整流電路140對向耦合電容器Cm和(:32輸 入的微弱交流信號略微進行整流，并且平滑電容器Cu和C42逐漸積累電 荷.所述電荷也4皮輸出為直流電壓VDD。當在所述RFID標簽中建立整流電路100時，對諸如所述信號處理電 路的主電路應用由第二整流電路140生成的直流電壓VDD。例如，在時刻 t6，通過調制透過天線IO的電流向讀寫器發(fā)送通信信號請求信號.在接收 通信信號作為無線電波時，整流電路100對第二整流電路140中的無線電 波感應的交流信號進行整流。然后，整流電路IOO向信號處理電路輸出包 括通信信息的直流電壓VDD。如上所述，根據(jù)第一實施例的整流電路100不需要包含諸如電池的外 部電源.此外，即使所述交流信號的有效值低于所述整流單元中包含的 MOS晶體管的閾值電壓，整流電路100也能夠通過整流交流信號穩(wěn)定地生 成具有足夠電平的直流電壓。順帶地，由于不需要包含外部電源以及用于 外部電源的空間，整流電路100不僅能夠將其尺寸最小化，而且還能夠將 其生產成本最小化。當從偏置電壓生成電路130輸出的偏置電壓Vb滿足預定條件時，根據(jù) 第二實施例的整流電路200能夠通過操作第二整流電路240節(jié)省功耗。圖4是整流電路200的框圖.用相同的參考數(shù)字表示與圖l相同的部 分，并且省略那些部分的描述。取代整流電路IOO中的第二整流電路140， 整流電路200進一步包括確定電路250和第二整流電路240。由從第一整流電路110輸出的直流電壓Vf驅動確定電路250,當從偏 置電壓生成電路130輸出的偏置電壓Vb滿足預定條件時，確定電路250 輸入表示打開(ON)的控制信號Sd。作為所述預定條件的一種例子，當 偏置電壓Vb符合電容器C61兩端的電壓時，確定電路250輸出控制信號 Sd。順帶地，如果所述兩端的電壓之間的差值低于某閾值，或者如果偏置 電壓Vb超過預定電壓水平Vth，則認為偏置電壓Vb符合電容器C61兩端 的電壓'第二整流電路240與第二整流電路140有以下不同。第二整流電路240 進一步包括開關241，將其安排在第二整流電路240和接地端之間。第二 整流電路240的其它組件和第二整流電路140相同.根據(jù)控制信號Sd打開 /關閉開關241,具體地，當控制信號Sd表示打開時，第二整流電路240傳 導到接地端?？蓪㈤_關241安排在開關241能夠驅動第二整流電路240的
任何地方。例如，可以在天線10和耦合電容器Cm和<:32之間安排開關241.如圖5所示，確定電路250包括虛擬偏置電路(dummy bias circuit) 251、比較電路253以及電平移動電路(level shift circuit) L!。虛擬偏置 電路251包括晶體管Mdl、 Md21、 Md22、 Mw和Md32，以及電容器Cd51 和Cd61。比較電路253包括晶體管M柳到Md44以及M戰(zhàn)到MdS4、開關 252以及恒定電流元Icn。各對晶體管Md,和Mu，晶體管MdM和M^，晶體管Md22和M22，晶 體管Md31和MM以及晶體管Md32和M32分別具有相同的構造。各對電容 器C肌和CS1以及電容器Cw和C"分別具有相同的構造。向晶體管Md21的源極提供偏置電壓Vb。經(jīng)由逆變器INVi向晶體管 Md21和Md22的柵極輸入時鐘信號CK,經(jīng)由逆變器INVi和INV2向晶體管 Md31和Md32的柵極輸入時鐘信號CK，向晶體管Md41的柵極施加由電平移動電路L，進行電平移動的晶體管 Mw的柵極電壓.由電平移動電路M對偏置電壓Vb進行電平移動，并施加于晶體管Md42的柵極，晶體管M柳和Md42形成差分放大器電路，并且晶體管Md41和Md42的源極經(jīng)由開關252連接到恒定電流源Idl。各對晶體管Md43和M的以及晶體管Md44和M必2分別形成電流鏡像電路(current mirror circuit)。分別將從晶體管Md4i和Md42的漏極輸出的 電流變換到從晶體管MdS1和Md52的漏極輸出的電流。 一對晶體管MdS3和 MdS4還形成電流鏡像電路。將從晶體管MdS2的漏極輸出的電流變換到從晶體管M必3的漏極輸出的電流，晶體管M股和Md53相互共享漏極。經(jīng)由所述漏極輸出指示漏極電壓的控制信號Sd.當開關252剛打開時，仍然不對電容器C艦進行充電。因此，晶體管 Md"的柵極電壓低于晶體管Md42的柵極電壓。此時，很少電流流過晶體管 Md51，大部分電流流過晶體管Md52。結果，晶體管Md53打開，并且不輸 出控制信號Sd。當對電容器CdM進行充電，并且電容器Cd61兩端的電壓達到約等于偏 置電壓Vb時，晶體管Mw和Md42的柵極電壓變?yōu)榇蠹s相等的電壓電平。
因此，電流幾乎相等地流經(jīng)晶體管M啦和MdS2。結果，晶體管M股打開， 并輸出控制信號Sd。當通過向電平移動電路Li提供適當水平的偏移電壓使得電容器Cd61 的電壓等于偏置電壓Vb時，將晶體管M柳的柵極電壓設置為大于晶體管Md42的柵極電壓。因此，可以按照期望調整控制信號Sd的輸出電平。當開關252關閉時，沒有電流流經(jīng)比較電路253。此時，比較電路253 不工作。即，晶體管M股和MdS2的電流鏡像電路不工作，從而不生成電 流。因此，當時鐘信號CK為零時，比較電路253不消耗電流，從而節(jié)省 了功耗。順帶地，確定電路250能夠進一步包括諸如置位復位觸發(fā)器 (RSFF)的數(shù)據(jù)存儲電路，以設置時鐘信號CK，從而控制信號Sd不隨時 鐘信號CK而改變。在圖6中，省略和圖2相同部分的描述。"Sd"表示從確定電路250 輸出的控制信號Sd。此后，參考圖6解釋整流電路200的4^P操作。假設在時刻h經(jīng)由天 線10將無線電波第一次輸入整流電路200。此時，整流電路200以與整流 電路100相同的方式處于初始狀態(tài)。當?shù)谝徽麟娐?10接收微弱交流信號時，對平滑電容器Cu和C12 進行充電。在時刻t2，直流電壓Vf達到脈沖生成電路120和偏置電壓生成 電路130所要求的預定電壓水平。由直流電壓Vf驅動脈沖生成電路120， 并生成時鐘信號CK。并且由直流電壓Vf驅動確定單元250，并對偏置電 壓Vb進行監(jiān)控'時鐘信號CK的第一脈沖在時刻t3上升。在所述同一時刻，偏置電壓 生成電路130中的開關131開啟。然后，輸入了直流電壓Vf的電流源II 開始向NMOS晶體管M2G的漏極提供電流，在將時鐘信號CK的多個脈沖 輸入偏置電壓生成電路130之后，確定電路250確定在時刻tj偏置電壓Vb 符合電容器<:61兩端的電壓，從而輸出指示打開的控制信號Sd。接收到控 制信號Sd時，開關241關閉。然后，第二整流電路240傳導到接地端，即， 第二整流電路240開始工作，偏置電壓Vb達到約等于閾值電壓，并且第二
整流電路240變?yōu)楦哽`敏狀態(tài)。從時刻U開始，對平滑電容器C"和C42進行快速充電。然后，在時刻ts輸出直流電壓VDD的預定電壓水平。即，第二整流電路240能夠從微弱的無線電波直接生成直流電壓VDD。獲得預定直流電壓V加之后的整流電路200的工作過程與第一實施例 中描述的相同。如上所述，在根據(jù)第二實施例的整流電路200中，不向第二整流電路 240輸出交流信號，直到獲得預定直流電壓VDD。因此，第一整流電路IIO 能夠有效地進行整流。此外，可以縮短時間，以使得第二整流電路240處 于高靈敏狀態(tài)。順帶地，在第一和第二實施例中使用NMOS晶體管，但是也可以應用 p溝道金屬氧化物半導體(PMOS)晶體管來取代NMOS晶體管。所述 MOS晶體管的源極和漏極只是被分配來區(qū)別溝道的兩個電極的名稱.因 此，所述源極和漏極可以交換.在笫一和第二實施例中，第一整流電路110和第二整流電路140和240 分別由四個MOS晶體管組成。然而，所述MOS晶體管的數(shù)量不限于四個。 例如，所述MOS晶體管的數(shù)量可以變?yōu)閮蓚€或多于四個。以下描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的無線通信裝置。所述無線通信裝置 包括根據(jù)第一和第二實施例的整流電路.在第三實施例中，將RFID標簽 引用為無線通信裝置。在圖7中，用相同的參考數(shù)字表示和圖l相同的部 分，并且省略對那些部分的描述，圖7中所示的RFID標簽包括天線10、信號處理電路150、存儲器160、 以及除在第一實施例中作為整流電路100的組件的第一整流電路110、脈 沖生成電路120、偏置電壓生成電路130以及第二整流電路140之外的發(fā) 送電路170。第二整流電路140生成直流電壓VDD，并向信號處理電路150、 存儲器160以;SJL送電路170提供直流電壓VuD作為電源電壓。直流電壓 VDD包括從讀寫器發(fā)送的通信信息，因此，信號處理電路150處理直流電 壓VuD作為通信信號。發(fā)送電路170連接到天線10的兩端。天線IO根據(jù)由讀寫器(未示出)得到的通量反轉(flux reversal)在 天線導線上感應交流信號。交流信號被輸出到第一整流電路110和第二整 流電路140，并且以與第一實施例中描述的相同方式進行處理。即4吏交流 信號微弱，例如，有效值低于0.7V，第一整流電路110對由天線10感應 的交流信號進行整流。然后，第二整流電路140生成直流電壓VDD，用作 信號處理電路150、存儲器160以及發(fā)送電路170的電源電壓。順帶地， 由信號處理電路150對交流信號中包含的通信信息進行解調?；谝呀庹{的通信信號，信號處理電路150從存儲器160讀出數(shù)據(jù)(例 如，標簽識別信息)，或者在存儲器160中寫入數(shù)據(jù)。通過信號處理電路 150和發(fā)送電路170將從存儲器160讀出的數(shù)據(jù)發(fā)送給讀寫器。具體地， 發(fā)送電路170通過調制流經(jīng)天線10的電流生成退磁場。所述退磁場導致流 經(jīng)讀寫器的天線的電流發(fā)生較小變化。讀寫器檢測所述較小變化，并確定為數(shù)據(jù)信號。如圖8所示，RFID標簽400對應于圖7所示的RFID標簽。RFID標 簽400包括天線410和RFID芯片。天線410對應于圖7所示的天線10, 并且安排在薄片狀村底上，RFID芯片直接連接在所述襯底上。整流電路 100、信號處理電路150、存儲器160以及發(fā)送電路170集成在RFID芯片 中。讀寫器300包括無線通信電路、信號處理電路以及天線310,讀寫器 300經(jīng)由天線310發(fā)送無線電信號，或者通過檢測天線410中生成的退磁 場來接收無線電信號.讀寫器300和RFID標簽400之間的無線電信號的電力反比于讀寫器 300和RFID標簽400之間距離的平方。因此，在常規(guī)的RFID標簽中， 如果所i^巨離比幾米更長，則不能建立通信.然而，在根據(jù)第一和第二實 施例的整流電路中，即使所^巨離較長，也能建立通信。在圖9的曲線圖中，線條Qo表示利用常規(guī)RFID標簽進行實驗的結果， 線條(^表示利用包含根據(jù)第一實施例的整流電路IOO的RFID標簽進行實 驗的結果，線條Ch表示利用包含^L據(jù)第二實施例的整流電路200的RFID 標簽進行實驗的結果。當所述距離較短時，常規(guī)的整流電路以及第 一和第二實施例的整流電
路生成幾乎相等的電壓。然而，當所^巨離較長時，所生成的電壓是不同的。當所述電壓降低到一定閾值以下時，RFID標簽的信號處理電路不能 發(fā)生作用。由圖9中作為電路作用電壓(circuit function voltage)的虛線 表示所述閾值。如果常規(guī)RFID標簽的通信距離是1，即，將線條Qo和電 路作用電壓的線條之間的交叉點表示為1，則包含整流電路100的RFID 標簽的通信距離是常規(guī)RTID標簽的3倍，而包含整流電路200的RFID 標簽的通信距離是常規(guī)RFID標簽的3.5倍。從實驗結果看來，在根據(jù)第 一和第二實施例的整流電路中，即使RFID標簽和讀寫器之間的距離比較 長，也能夠建立通信。相比整流電路100，整流電路200能夠在更長距離 中建立通信。這是因為由天線10感應的交流信號能夠在整流電路200中高 效地提供給第一整流電路110。換言之，相比整流電路100，整流電路200 能夠對微弱的交流信號進行整流。如上所述，根據(jù)第三實施例的RFID標簽包含根據(jù)第一或第二實施例 的整流電路。因此，即使RFID標簽和讀寫器之間的距離較長，也能夠建 立通信'根據(jù)第一或第二實施例的整流電路不需要包括諸如電池的外部電源。 進一步，即使交流信號的有效值低于整流單元中包含的MOS晶體管的閾 值電壓，所述整流電路能夠通過對交流信號進行整流來穩(wěn)定地生成具有足 夠電平的直流電壓。進一步，由于無需包含外部電源以及用于所述外部電 源的空間，所述整流電路不僅能將其尺寸最小化，而且還能夠將其生產成 本最小化。相比常規(guī)的無線通信裝置，根據(jù)第三實施例的無線通信裝置能夠與位 于更i^E巨離的基站進行通信。本領域技術人員很容易得到其它優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明就其更廣 的方面不限于此處示出和描述的具體細節(jié)和代表性實施例。因此，在不脫 離由所附權利要求及其等價物定義的一般發(fā)明概念的精神或范圍的情況 下，可以進行各種修改。
權利要求
1.一種整流電路，包括輸入端子，其接收交流信號；第一整流電路，其從所述交流信號產生第一直流電壓；偏置電壓生成電路，其從所述第一直流電壓生成偏置電壓；以及第二整流電路，其從利用所述偏置電壓進行偏置的所述交流信號生成第二直流電壓。
2. 根據(jù)權利要求l所述的電路，其中，所述第二整流電路包括金屬 氧化物半導體(MOS)晶體管，將所述偏置電壓施加于所述MOS晶體管 的柵極，將所述交流信號輸入到所述MOS晶體管的漏極.
3. 根據(jù)權利要求2所述的電路，進一步包括脈沖生成電路，其由 所述第一直流電壓驅動，并且生成脈沖信號，其中，所述笫二整流電路包括連接在所述MOS晶體管的柵極和漏極之間的 電容器，并且取決于所述脈沖信號，將所述偏置電壓間歇地施加于所述電容器.
4. 根據(jù)權利要求l所述的電路，進一步包括脈沖生成電路，其由 所述第一直流電壓驅動，并且生成脈沖信號，其中，所述偏置電壓生成電路包括柵極和漏極短路的MOS晶體管，以M 所述第一直流電壓生成直流電流的電流源，并且取決于所述脈沖信號間歇 地向所述漏極提供所述直流電流，并輸出在所述MOS晶體管的源極和漏 極之間的電壓，作為所述偏置電壓.
5. 根據(jù)權利要求l所述的電路，進一步包括脈沖生成電路，其由 所述笫一直流電壓驅動，并且生成脈沖信號，其中，所述第二整流電路包括第一 MOS晶體管，將所述偏置電壓施加于所 述第一 MOS晶體管的柵極，將所述交流信號輸入到所述第一 MOS晶體管 的漏極，并且所述偏置電壓生成電路包括第二MOS晶體管，其被與所述第一MOS晶體管相同的方式設計，所述第二MOS晶體管的柵極和漏極短路。
6. 根據(jù)權利要求3所述的電路，進一步包括確定電路，當所述偏 置電壓與所述電容器兩端間的電壓一致時，其輸出ON信號，其中，所述第二整流電路包括開關，僅當接收到所述ON信號時，其開啟以 驅動所述第二整流電路。
7. 根據(jù)權利要求2所述的電路，其中，所述第一整流電路包括MOS 晶體管，其對所述交流信號進行整流，所述第一整流電路中的MOS晶體 管的閾值電壓低于所述笫二整流電路中的MOS晶體管的閾值電壓。
8. —種無線通信裝置，包括 整流電路，該整流電路包括:第一整流電路，其從交流信號產生第一直流電壓； 偏置電壓生成電路，其從所述第一直流電壓生成偏置電壓；以及 第二整流電路，其從利用所述偏置電壓進行偏置的所述交流信號 生成第二直流電壓；天線，其生成所述交流信號；以及信號處理電路，其接收所述第二直流電壓作為電源電壓，并解調該第 二直流電壓，從而獲得通信信號。
9. 才艮據(jù)權利要求8所述的裝置，其中，所述第二整流電路包^^金屬 氧化物半導體(MOS)晶體管，將所述偏置電壓施加于所述MOS晶體管 的柵極，將所述交流信號輸入到所述MOS晶體管的漏極。
10. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，進一步包括脈沖生成電路，其由 所述第一直流電壓驅動，并且生成脈沖信號，其中，所述第二整流電路包括連接在所述MOS晶體管的柵極和漏極之間的 電容器，并且取決于所述脈沖信號，將所述偏置電壓間歇地施加于所述電容器。
11. 才艮據(jù)權利要求8所述的裝置，進一步包括脈沖生成電路，其由 所述第一直流電壓驅動，并且生成脈沖信號，其中，所述偏置電壓生成電路包括柵極和漏極短路的MOS晶體管，以及從所述第一直流電壓生成直流電流的電流源，并且取決于所述脈沖信號間歇地向所述漏相^提供所述直流電流，并輸出在所述MOS晶體管的源極和漏 極之間的電壓，作為所述偏置電壓。
12. 根據(jù)權利要求8所述的裝置，進一步包括脈沖生成電路，其由 所述第一直流電壓驅動，并且生成脈沖信號，其中，所述第二整流電路包括第一 MOS晶體管，將所述偏置電壓施加于所 述第一 MOS晶體管的柵極，將所述交流信號輸入到所述第一 MOS晶體管 的漏極，并且所述偏置電壓生成電路包括第二 MOS晶體管，其被與所述第一 MOS 晶體管相同的方式設計，所述第二MOS晶體管的柵極和漏極短路。
13. 根據(jù)權利要求10所述的裝置，進一步包括確定電路，當所述 偏置電壓與所述電容器兩端間的電壓一致時，其輸出ON信號，其中，所述第二整流電路包括開關，僅當接收到所述ON信號時，其開啟以 驅動所述第二整流電路。
14. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中，所述第一整流電路包括MOS 晶體管，其對所述交流信號進行整流，所述第一整流電路中的MOS晶體 管的閾值電壓低于所述第二整流電路中的MOS晶體管的闊值電壓.
全文摘要
一種整流電路，包括接收交流信號的輸入端子，從所述交流信號產生第一直流電壓的第一整流電路，從所述第一直流電壓生成偏置電壓的偏置電壓生成電路，以及第二整流電路，其從利用所述偏置電壓進行偏置的交流信號生成第二直流電壓。
文檔編號H02M7/12GK101154894SQ20071014666
公開日2008年4月2日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權日2006年9月28日
發(fā)明者大高章二, 梅田俊之 申請人:株式會社東芝