一種半有源標(biāo)簽電源管理電路的制作方法

本發(fā)明涉及一種半有源標(biāo)簽電源管理電路，適用于射頻領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

射頻識(shí)別(RFID)是一種利用無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有無(wú)需人工干預(yù)、不易損壞等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)的RFID系統(tǒng)包含閱讀器、標(biāo)簽和數(shù)據(jù)處理器三個(gè)核心部分。其中，標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體。根據(jù)標(biāo)簽獲取電能方式的不同，可以分為無(wú)源、有源和半有源標(biāo)簽。無(wú)源標(biāo)簽依靠外部的電磁感應(yīng)供電工作，因此數(shù)據(jù)傳輸距離和信號(hào)強(qiáng)度受到限制。有源標(biāo)簽自帶電池，能量充足，信號(hào)傳送距離遠(yuǎn)，但是其使用壽命受電池容量的限制。半有源標(biāo)簽介于兩者之間，雖自身攜帶電池，但是該電池只用于激活系統(tǒng)。在系統(tǒng)激活后，標(biāo)簽進(jìn)人無(wú)源工作模式，無(wú)需電池供電。在新一代信息技術(shù)的推動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)等對(duì)標(biāo)簽功能要求越來(lái)越高，半有源標(biāo)簽因其工作年限長(zhǎng)、識(shí)別距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)而受到極大的關(guān)注。工作在2.45GHz頻段的半有源標(biāo)簽芯片電路中的關(guān)鍵部分---電荷泵。它負(fù)責(zé)將高頻交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電平，為整個(gè)標(biāo)簽芯片供電。電荷泵決定標(biāo)簽的讀取距離和感應(yīng)靈敏度，是整個(gè)芯片的重要組成部分。

2.45GHzRFID系統(tǒng)是利用閱讀器和標(biāo)簽各自的天線向外發(fā)射電磁波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的，傳輸過(guò)程遵循電磁波的空間傳播規(guī)律。由于標(biāo)簽的性能受制于通信方式，主要是最大工作距離和穩(wěn)定性兩個(gè)方面。半有源標(biāo)簽不同于無(wú)源標(biāo)簽的地方主要在能量轉(zhuǎn)換和電源管理部分。在無(wú)源標(biāo)簽中，只要輸入信號(hào)強(qiáng)度足夠大，能使芯片電路正常工作，標(biāo)簽就會(huì)啟動(dòng)。而半有源標(biāo)簽自身攜帶電池，同時(shí)又從輸入射頻信號(hào)中獲得能量，因此，需要一個(gè)專門(mén)的電源管理單元，以控制供電路徑。標(biāo)簽芯片電路啟動(dòng)以后會(huì)迅速消耗大量能量，因此，必須設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)確、低功耗的電源管理電路，避免芯片電路被錯(cuò)誤啟動(dòng)而損失大量能量，盡可能延長(zhǎng)電池的使用壽命。因此，研究半有源標(biāo)簽電源管理電路很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種半有源標(biāo)簽電源管理電路，電路提高了整流器的能量轉(zhuǎn)換效率，使標(biāo)簽的供電系統(tǒng)可以根據(jù)其與閱讀器的距離由外部射頻信號(hào)或內(nèi)部電池供電，同時(shí)，在無(wú)源模式下關(guān)斷功耗大的模塊，增加了通信距離，延長(zhǎng)了電池壽命。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是。

RFID半有源標(biāo)簽電源管理電路使用二極管連接的零閾值MOS管代替二極管，大大減少了閾值損失，抑制了反向漏電，從而提高了整流器的能量轉(zhuǎn)換效率；設(shè)計(jì)了模式控制電路，使標(biāo)簽的供電系統(tǒng)可以根據(jù)其與閱讀器的距離由外部射頻信號(hào)或內(nèi)部電池供電，同時(shí)，在無(wú)源模式下關(guān)斷功耗大的模塊，加了通信距離，延長(zhǎng)了電池壽命。

所述有源標(biāo)簽電源管理電路中，整流器將天線接收的射頻交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓，經(jīng)穩(wěn)壓電路和電壓參考源電路處理后輸出穩(wěn)定的直流電壓V。當(dāng)標(biāo)簽距離讀寫(xiě)器較近時(shí)，Vdd-Gen大于內(nèi)部電池Vdd-bat，此時(shí)標(biāo)簽工作在無(wú)源模式，由外部射頻信號(hào)供電，同時(shí)，模式控制電路輸出的使能信號(hào)為0，關(guān)斷工作在有源模式下功耗大的模塊，如低噪聲放大器、調(diào)制器和功率放大器等，以節(jié)省能量。反之，標(biāo)簽工作在有源模式，由內(nèi)部電池供電，使能信號(hào)為1，信號(hào)通過(guò)調(diào)制器和功率放大器后由天線發(fā)射出去。由于在無(wú)源模式時(shí)關(guān)斷了功耗大的模塊，標(biāo)簽的功耗大大降低，同時(shí)，又因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)可以在內(nèi)部電池和外部射頻信號(hào)之間切換，標(biāo)簽的通信距離和使用壽命大大增加。

所述單級(jí)Dickson電荷泵電路中，RF為負(fù)相時(shí)，DC導(dǎo)通，DR截止，CC與DC組成箝位電路，為后級(jí)電路提供DC參考。當(dāng)VR為正相時(shí)，由于電容Cc兩端電壓差不能突變，DC截止，DR導(dǎo)通，DR與CL形成整流組合。

所述穩(wěn)壓電路中,R0為控制電阻，當(dāng)VOH<VTHP+2VTHN時(shí)，R1上無(wú)電流通過(guò)，不產(chǎn)生壓降，由M3控制放電電流，M8截止。當(dāng)VTHP+2VTHN<VOH<2VTHP+2VTHN時(shí)，MO～M3逐漸導(dǎo)通，由于R1上壓降很小，M3仍然無(wú)法導(dǎo)通。當(dāng)VR+VTHPM0>VTHPM3時(shí)，M3導(dǎo)通，使M6也導(dǎo)通，開(kāi)始泄放電流。

所述模式控制電路中，一個(gè)兩級(jí)開(kāi)環(huán)比較器通過(guò)比較電壓參考源產(chǎn)生的Vdd-Gen和內(nèi)部電池的Vdd-bat產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制輸出的使能信號(hào)Enable。如果Vm大于VP,M1導(dǎo)通，M2截止，VGS6遠(yuǎn)小于VTP，所以M6截止，輸出為低電平，反之輸出為高電平。

所述電壓參考源的前半部分為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，得到相對(duì)穩(wěn)定的電壓值，后半部分是一個(gè)運(yùn)放，為后級(jí)電路提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，起電壓跟隨的作用。輸出級(jí)的電容和電阻為保證二級(jí)運(yùn)放環(huán)路穩(wěn)定工作的密勒補(bǔ)償電容和消零電阻。

本發(fā)明的有益效果是：電路提高了整流器的能量轉(zhuǎn)換效率，使標(biāo)簽的供電系統(tǒng)可以根據(jù)其與閱讀器的距離由外部射頻信號(hào)或內(nèi)部電池供電，同時(shí)，增加了通信距離，延長(zhǎng)了電池壽命。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的單級(jí)Dickson電荷泵。

圖2是本發(fā)明的N級(jí)電荷泵組成的整流器。

圖3是本發(fā)明的穩(wěn)壓電路。

圖4是本發(fā)明的模式控制電路。

圖5是本發(fā)明的電壓參考源電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、2，單級(jí)Dickson電荷泵電路中，RF為負(fù)相時(shí)，DC導(dǎo)通，DR截止，CC與DC組成箝位電路，為后級(jí)電路提供DC參考。當(dāng)VR為正相時(shí)，由于電容Cc兩端電壓差不能突變，DC截止，DR導(dǎo)通，DR與CL形成整流組合。

如圖3，穩(wěn)壓電路中,R0為控制電阻，當(dāng)VOH<VTHP+2VTHN時(shí)，R1上無(wú)電流通過(guò)，不產(chǎn)生壓降，由M3控制放電電流，M8截止。當(dāng)VTHP+2VTHN<VOH<2VTHP+2VTHN時(shí)，MO～M3逐漸導(dǎo)通，由于R1上壓降很小，M3仍然無(wú)法導(dǎo)通。當(dāng)VR+VTHPM0>VTHPM3時(shí)，M3導(dǎo)通，使M6也導(dǎo)通，開(kāi)始泄放電流。

如圖4，模式控制電路中，一個(gè)兩級(jí)開(kāi)環(huán)比較器通過(guò)比較電壓參考源產(chǎn)生的Vdd-Gen和內(nèi)部電池的Vdd-bat產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制輸出的使能信號(hào)Enable。如果Vm大于VP,M1導(dǎo)通，M2截止，VGS6遠(yuǎn)小于VTP，所以M6截止，輸出為低電平，反之輸出為高電平。

如圖5，電壓參考源的前半部分為基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路，得到相對(duì)穩(wěn)定的電壓值，后半部分是一個(gè)運(yùn)放，為后級(jí)電路提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，起電壓跟隨的作用。輸出級(jí)的電容和電阻為保證二級(jí)運(yùn)放環(huán)路穩(wěn)定工作的密勒補(bǔ)償電容和消零電阻。