本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于超高頻標(biāo)簽的解調(diào)電路應(yīng)用。

背景技術(shù)：

最近十幾年，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)得到了巨大的發(fā)展。這一方面是由于互聯(lián)網(wǎng)和無線通信使人們的生活變得更加便捷，智能的移動終端能夠保持信息的隨時(shí)交換，實(shí)時(shí)性高，對物聯(lián)的需求越來越大；另一方面，隨著集成電路的飛速發(fā)展，使得面對普通消費(fèi)群體的低廉的芯片變得越來越多，應(yīng)用更加多樣化，智能化。作為物聯(lián)網(wǎng)中最重要的硬件終端——RFID標(biāo)簽，由于需求量非常大、應(yīng)用廣泛、工作環(huán)境復(fù)雜多變，所以對成本和性能的要求都非常苛刻，這樣就給IC設(shè)計(jì)者提出了更高的要求：提供高性價(jià)比的產(chǎn)品。

集成電路的種類可以分為模擬電路(包含射頻電路)和數(shù)字電路。在RFID標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)中，同樣也分為這兩部分，數(shù)字電路主要完成邏輯操作，實(shí)現(xiàn)芯片安全和功能等方面的工作，由于其電路通過0、1邏輯實(shí)現(xiàn)，抗噪性好，對環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)；模擬電路由于其RFID標(biāo)簽(大多無源標(biāo)簽)對功耗、面積及性能的要求比較苛刻，工作環(huán)境比較復(fù)雜，所以給模擬IC設(shè)計(jì)人員提出了不小的挑戰(zhàn)。作為標(biāo)簽與讀卡機(jī)通訊的最關(guān)鍵的模塊，解調(diào)電路的設(shè)計(jì)在整個(gè)模擬電路設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。

較為通用的解調(diào)電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)射頻天線端接受到包絡(luò)信號時(shí)候，高電平時(shí)二極管D1正向?qū)ǎ碗娖綍r(shí)二極管截止，電容C1和R1并聯(lián)在Vplus端和GND之間，起到濾波穩(wěn)壓的左右；電阻R2保持Vplus和Vminus兩個(gè)比較器輸入端有個(gè)電壓差ΔV保證比較器兩端在沒有數(shù)據(jù)通訊時(shí)輸出高電平。電阻R3和C2構(gòu)成一個(gè)低通濾波電路，保持Vminus端的電壓穩(wěn)定在一個(gè)基準(zhǔn)電平。數(shù)據(jù)通訊時(shí)，Vplus端根據(jù)包絡(luò)信號，電平高低變化，比較器將其與基準(zhǔn)電平Vminus比較輸出數(shù)字信號。這種解調(diào)結(jié)構(gòu)簡單，清晰，采用無源器件實(shí)現(xiàn)解調(diào)電路的包絡(luò)檢波和高低通濾波部分，器件只與工藝相關(guān)，便于控制實(shí)現(xiàn)。但由于系統(tǒng)對功耗面積要求比較苛刻，無源的電阻電容需要占很大的面積，才可以保證模塊功耗很低，不能實(shí)現(xiàn)面積與功耗的同時(shí)優(yōu)化。另外，采用二極管包絡(luò)檢波的方法，在RF端信號電平接近二極管閾值時(shí)，就無法實(shí)現(xiàn)檢波功能了，不利于信號較弱條件下的包絡(luò)解調(diào)，工作范圍受限。根據(jù)超高頻RFID標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，上述指標(biāo)都是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)，所以我們不能采用通用的解調(diào)電路結(jié)構(gòu)，需要針對應(yīng)用特性重新設(shè)計(jì)，改進(jìn)通用電路的缺點(diǎn)，以得到滿足需求的一個(gè)低功耗、小面積、高性能的解調(diào)電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種電路結(jié)構(gòu)，包絡(luò)檢波部分采用四個(gè)低閾值的MOS器件(兩個(gè)NMOS和兩個(gè)PMOS)構(gòu)成的柵交叉的結(jié)構(gòu)，能夠消除二極管包絡(luò)檢波造成的閾值損失，保證包絡(luò)檢波效率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)更弱場下的檢波輸出，提高靈敏度對于超高頻RFID標(biāo)簽來說非常重要；其次，高低通濾波部分采用電流源加電容電阻的結(jié)構(gòu)，大大減小了電阻和電容的使用，減小芯片的面積，降低成本。另外，由于電流源不隨場強(qiáng)變化，功耗穩(wěn)定可控，能夠?qū)崿F(xiàn)功耗、面積和性能的最優(yōu)化。圖2和圖3分別給出了包絡(luò)檢波和高低通濾波的詳細(xì)電路原理圖。

包絡(luò)檢波的輸入端RF+和RF-與射頻天線連接，電路由M1、M2、M3和M4四個(gè)MOS管構(gòu)成，其中M1和M2為NMOS管，M3和M4為PMOS管，通過交替導(dǎo)通輸出包絡(luò)檢波信號。LO端接低電平(GND)，M1和M2管源極和襯底與LO相連，M3和M4管的源極和襯底與HO端相連，M1和M3管的漏端連接到一起同時(shí)與電容C1相連，電容C1另一端為輸入天線的RF+端；同理M2和M4管的漏端連接到一起同時(shí)與電容C2相連，電容C2另一端為輸入天線的RF-端。M1和M3管的柵極與M2和M4管的漏端相連，同時(shí)M2和M4管的柵極與M1和M3管的漏端相連，構(gòu)成柵交叉的結(jié)構(gòu)，當(dāng)RF+端為高電平、RF-端為低電平時(shí)，M2和M3管子導(dǎo)通HO端通過電容與RF+相連，M2打開對RF-端的電容充電；反之，當(dāng)RF-端為高電平、RF+端為低電平時(shí)，M1和M4管子導(dǎo)通HO端通過電容與RF-相連，M1打開對RF+端的電容充電。通過這種交替導(dǎo)通的結(jié)構(gòu)完成包絡(luò)信號的檢波。

高低通濾波電路通過電流源I1、I2和電容C1、C2及電阻R的使用實(shí)現(xiàn)濾波功能。I1和C1并聯(lián)在輸入端VHI和GND之間，同時(shí)VHI與包絡(luò)檢波電路的輸出端HO相連；電阻R連接VHI與VLO之間，I2和C2并聯(lián)于輸出端VLO與GND之間，最大限度的保證了芯片面積最小。由于超高頻標(biāo)簽對功耗要求很高(通常要小于幾百nA)，采用電流源的結(jié)構(gòu)，可以精確控制濾波電路的功耗，另外由于其電流源不隨場強(qiáng)大小變化，能夠保證解調(diào)電路在強(qiáng)弱場下的輸出信號寬度不變。精確的電流控制，大大減小了電阻電容的面積，對實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的產(chǎn)品至關(guān)重要。

高低通濾波模塊中VHI和VLO兩端的固定電壓差ΔV＝I2*R與遲滯比較器的回差電壓保持一致，這樣可以最大限度的提高解調(diào)模塊的抗噪性，同時(shí)保證解調(diào)性能。圖4中給出了遲滯比較器的電路示意圖，其中輸入端VHI和VLI分別與高低通濾波電路的VHI和VLO相連。圖5給出了包絡(luò)信號(VRF)、高頻包絡(luò)檢波輸入信號(VHI)、低頻基準(zhǔn)輸入信號(VLI)和解調(diào)輸出數(shù)字信號的波形示意圖。

附圖說明

圖1通用的解調(diào)電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2本發(fā)明所述的應(yīng)用于超高頻標(biāo)簽的解調(diào)電路結(jié)構(gòu)示意圖

圖3本發(fā)明所述解調(diào)電路中包絡(luò)檢波電路結(jié)構(gòu)示意圖

圖4本發(fā)明所述解調(diào)電路中高低通濾波電路結(jié)構(gòu)示意圖

圖5本發(fā)明所述解調(diào)電路中遲滯比較器電路結(jié)構(gòu)示意圖

圖6解調(diào)電路包絡(luò)及檢波輸出信號波形圖

具體實(shí)施方式

新的解調(diào)電路設(shè)計(jì)重點(diǎn)針對包絡(luò)檢波和高低通濾波部分采用了創(chuàng)新。為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于理解，下面重點(diǎn)就這兩部分電路做實(shí)現(xiàn)說明。

包絡(luò)檢波模塊結(jié)構(gòu)如圖3所示，柵交叉結(jié)構(gòu)主要由M1～M4四個(gè)MOS構(gòu)成，LO端接低電平(GND)，M1和M2管源極和襯底與LO相連，M3和M4管的源極和襯底與HO端相連，M1和M3管的漏端連接到一起同時(shí)與電容C1相連，電容C1另一端為輸入天線的RF+端；同理M2和M4管的漏端連接到一起同時(shí)與電容C2相連，電容C2另一端為輸入天線的RF-端。M1和M3管的柵極與M2和M4管的漏端相連，同時(shí)M2和M4管的柵極與M1和M3管的漏端相連，構(gòu)成柵交叉的結(jié)構(gòu)。當(dāng)RF+端為高電平、RF-端為低電平時(shí)，M2和M3管子導(dǎo)通HO端通過電容與RF+相連，M2打開對RF-端的電容充電；反之，當(dāng)RF-端為高電平、RF+端為低電平時(shí)，M1和M4管子導(dǎo)通HO端通過電容與RF-相連，M1打開對RF+端的電容充電。由于NMOS管可以完整的傳輸?shù)碗娖叫盘?，PMOS可以完整的傳輸高電平信號，通過兩類MOS器件的這種特性有效的消除了包絡(luò)信號檢波輸出的閾值損失。

高低通濾波電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過電流源I1、I2和電容C1、C2及電阻R的使用實(shí)現(xiàn)濾波功能。如圖3電路原理圖所示，I1和C1并聯(lián)在輸入端VHI和GND之間，同時(shí)VHI與包絡(luò)檢波電路的輸出端HO相連；電阻R連接VHI與VLO之間，I2和C2并聯(lián)于輸出端VLO與GND之間。電阻R和I2電流主要產(chǎn)生遲滯比較需要的電壓差，保證解調(diào)電路的溫度可靠。I1和C1與包絡(luò)檢波的輸出HO連接，濾波穩(wěn)壓包絡(luò)輸出的高頻信號，保證模塊只輸出我們需要的數(shù)據(jù)通信頻率。I2和C2作為低頻輸出VLO的濾波電路，實(shí)現(xiàn)遲滯比較器的低頻輸出參考電壓。考慮到超高頻RFID標(biāo)簽對功耗、面積、性能的要求，在工藝實(shí)現(xiàn)中考慮選擇高方塊阻值和高單位容值的電阻電容器件。

遲滯比較器的設(shè)計(jì)在該解調(diào)電路設(shè)計(jì)中未作特別說明，考慮到遲滯比較器實(shí)現(xiàn)方法很多。技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在此重點(diǎn)就遲滯電壓與高低通濾波模塊的配合上分析一下。由于標(biāo)簽芯片的抗噪性，解調(diào)靈敏度對性能至關(guān)重要，遲滯電壓最好與高低通濾波模塊的輸入壓差一致(幾十mV左右)，這樣可以保證遲滯比較器不會受噪聲干擾輸出錯(cuò)誤信號，同時(shí)又能夠保證 解調(diào)輸出信號不會因?yàn)檫t滯電壓過大影響靈敏度。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的基本原理、電路特征及實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)思路。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，結(jié)構(gòu)。在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所述的權(quán)利要求書及其等效物界定。