一種基于超高頻rfid應(yīng)用的6位360°有源移相器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有源移相器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種6位360°有源移相器。本發(fā)明尤 其應(yīng)用于超高頻RFID讀寫器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超高頻RFID系統(tǒng)是一個(gè)無源的半雙工識(shí)別系統(tǒng)，讀寫器發(fā)射端產(chǎn)生并向外發(fā)射 載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)，無源射頻標(biāo)簽接收載波信號(hào)并轉(zhuǎn)化成能量為其供電，同時(shí)將接收的 調(diào)制信號(hào)后向散射回讀寫器接收端。根據(jù)EPC二代協(xié)議，在每一次RFID系統(tǒng)通信中，讀寫 器都要在接收散射信號(hào)時(shí)發(fā)射載波信號(hào)為無源射頻標(biāo)簽提供能量。讀寫器發(fā)射機(jī)和接收機(jī) 同頻且同時(shí)工作的特性使得接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間的隔離變得很困難，發(fā)射機(jī)泄漏到接收機(jī) 的信號(hào)功率通常會(huì)大于0地m。因此，要求讀寫器接收機(jī)具有泄露信號(hào)抵消電路。
[0003] 在信號(hào)抵消電路中，輸入信號(hào)來源于定向禪合器，其與泄露信號(hào)的相位差是未知 的，需要一個(gè)360°有源移相器改變輸入信號(hào)的相位，控制其與泄露信號(hào)具有相反的相位。 移相器主要分為無源移相器和有源移相器，無源移相器不僅有插入損耗，而且多組無源器 件所需面積較大，不利于大規(guī)模集成。有源移相器雖然犧牲了功耗性能，但在轉(zhuǎn)換輸入信號(hào) 的相位時(shí)具有一定的增益，有源器件占用面積較小，利于集成。因此，有源移相器的性能要 優(yōu)于無源移相器。
[0004]在參考文獻(xiàn)【1 】（A.AsoodehandM.Atarodi,"A6_bitactivedigitalphase shifter,"IE邸lEICEElectronicsExpress,vol. 8,卵.121-128,Jan, 2011.)中，如圖 3 所示，有源移相器采用吉爾伯特單元作為輸入級(jí)，在直流通路上進(jìn)行象限轉(zhuǎn)換，用電流偏置 陣列改變I、Q兩路輸出信號(hào)的幅度。正交信號(hào)產(chǎn)生電路采用化C結(jié)構(gòu)，雖然頻率較高，但采 用多個(gè)電感，面積仍然較大。移相器的邏輯編碼電路的6位數(shù)控位同時(shí)控制象限的轉(zhuǎn)換與 電流偏置陣列，編碼電路比較復(fù)雜。
[0005] 移相器的象限控制不僅可W在直流通路上進(jìn)行，還可W在射頻通路上進(jìn)行，如文 獻(xiàn)CN103986439A所公開的方案，依然是通過改變偏置電流的大小實(shí)現(xiàn)輸出相位的調(diào)諧，但 其象限的控制放置于壓控放大器的前一級(jí)。相對(duì)于直流通路上的低頻象限選擇器來說，一 個(gè)高頻象限選擇器的設(shè)計(jì)可能會(huì)出現(xiàn)很多問題，比如噪聲、頻帶內(nèi)的相位平坦度、寄生電容 等。該移相器的正交信號(hào)產(chǎn)生電路同樣采用化C結(jié)構(gòu)，所占面積相對(duì)較大；其編碼電路的方 式和參考文獻(xiàn)【1】類似，邏輯電路也比較復(fù)雜。
[0006] 現(xiàn)有的有源移相器都是基于控制象限選擇和電流偏置陣列來實(shí)現(xiàn)相位調(diào)諧的，在 坐標(biāo)軸選擇上還沒有相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為；克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于超高頻RFID應(yīng) 用的6位360°有源移相器，通過邏輯編碼電路數(shù)控位的高兩位控制象限選擇、坐標(biāo)軸W及 低四位控制電流偏置陣列，將編碼電路簡(jiǎn)單化。正交信號(hào)產(chǎn)生電路僅采用RC結(jié)構(gòu)，減小電 感所占的面積，降低巧片成本。
[0008] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：
[0009] 基于超高頻RFID應(yīng)用的6位360°有源移相器，包括正交信號(hào)產(chǎn)生電路、I路吉爾 伯特單元、Q路吉爾伯特單元、象限與坐標(biāo)軸選擇器、電流偏置陣列、邏輯編碼電路、加法器。
[0010] 正交信號(hào)產(chǎn)生電路由兩級(jí)相同結(jié)構(gòu)的RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，差分信號(hào)輸入到正交信號(hào)產(chǎn) 生電路，輸出兩路正交的I路差分信號(hào)和Q路差分信號(hào)，然后將I路信號(hào)和Q路信號(hào)分別輸 入到I路吉爾伯特單元和Q路吉爾伯特單元，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)進(jìn)行處理。
[0011] 象限與坐標(biāo)軸選擇器分別控制所需相位對(duì)應(yīng)象限的選擇和其在相應(yīng)象限內(nèi)信號(hào) 合成時(shí)坐標(biāo)軸變量的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而簡(jiǎn)化邏輯編碼電路。
[0012] 電流偏置陣列包括I路電流偏置陣列與Q路電流偏置陣列，其開關(guān)控制信號(hào)是互 補(bǔ)的，分別控制I、Q兩路輸出信號(hào)幅度的大小，改變合成信號(hào)的相位；邏輯編碼電路主要產(chǎn) 生象限與坐標(biāo)軸選擇器W及電流偏置陣列開關(guān)的控制信號(hào)。
[0013] 經(jīng)過上述各個(gè)模塊的處理，差分輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再將其輸入到 加法器，即負(fù)載電阻，轉(zhuǎn)化成一系列同幅不同相的電壓信號(hào)。
[0014] 本發(fā)明技術(shù)的原理：
[0015] 本發(fā)明所述正交信號(hào)產(chǎn)生電路由兩級(jí)相同結(jié)構(gòu)的RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，包括兩個(gè)差分輸 入端口Vi+、Vi-，四個(gè)正交輸出端口Voi+、Voi-、Voq+、Voq-W及四個(gè)正交節(jié)點(diǎn)V1+、VI-、 V2+、V2-。輸入端口Vi+與電阻R1、R2W及電容Cl、C2的一端連接，輸入端口Vi-與電阻 R3、R4化及電容C3、C4的一端連接；節(jié)點(diǎn)V1+與電阻R1、R5與電容C4、巧的一端連接，節(jié) 點(diǎn)V化與電阻R2、R6與電容C1、C6的一端連接，節(jié)點(diǎn)VI-與電阻R3、R7與電容C2、C7的一 端連接，節(jié)點(diǎn)V2-與電阻R4、R8與電容C3、C8的一端連接；輸出端口Voi+與電阻R5和電 容C8的另一端連接，輸出端口Voq+與電阻R6和電容巧的另一端連接，輸出端口Voi-與 電阻R7和電容C6的另一端連接，輸出端口Voq-與電阻R8和電容C7的另一端連接。
[0016] 根據(jù)疊加定理，考慮所有電阻值均等于R，所有電容值均等于C，分析出連接點(diǎn) V1+、VI-、V2+、V2-的表達(dá)式為；
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于超高頻RFID應(yīng)用的6位360°有源移相器，包括正交信號(hào)產(chǎn)生電路（I)、I 路吉爾伯特單元（2)、Q路吉爾伯特單元（3)、象限與坐標(biāo)軸選擇器（4)、電流偏置陣列（5)、 邏輯編碼電路（6)、加法器（7)，其特征在于：正交信號(hào)產(chǎn)生電路（1)由兩級(jí)相同結(jié)構(gòu)的RC 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，差分信號(hào)輸入到正交信號(hào)產(chǎn)生電路，輸出兩路正交的I路差分信號(hào)和Q路差分信 號(hào)，然后將I路信號(hào)和Q路信號(hào)分別輸入到I路吉爾伯特單元（2)和Q路吉爾伯特單元（3)， 將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)進(jìn)行處理；象限與坐標(biāo)軸選擇器（4)分別控制所需相位對(duì)應(yīng)象 限的選擇和其在相應(yīng)象限內(nèi)信號(hào)合成時(shí)坐標(biāo)軸變量的轉(zhuǎn)換；電流偏置陣列（5)包括I路電 流偏置陣列與Q路電流偏置陣列，其開關(guān)控制信號(hào)是互補(bǔ)的，分別控制I、Q兩路輸出信號(hào)幅 度的大小，改變合成信號(hào)的相位；邏輯編碼電路主要產(chǎn)生象限與坐標(biāo)軸選擇器以及電流偏 置陣列開關(guān)的控制信號(hào)，經(jīng)過上述各個(gè)模塊的處理，差分輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)， 再將其輸入到加法器，即負(fù)載電阻，轉(zhuǎn)化成一系列同幅不同相的電壓信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述正交信號(hào)產(chǎn)生電路（1)由 兩級(jí)相同結(jié)構(gòu)的RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，包括兩個(gè)差分輸入端口Vi+、Vi-，四個(gè)正交輸出端口Voi+、 Voi-、Voq+、Voq-以及四個(gè)正交節(jié)點(diǎn)￥1+、￥1-、￥2+、￥2-，輸入端口￥1+與電阻1?1、1?2以及電 容C1、C2的一端連接，輸入端口Vi-與電阻R3、R4以及電容C3、C4的一端連接；節(jié)點(diǎn)Vl+與 電阻RUR5與電容C4、C5的一端連接，節(jié)點(diǎn)V2+與電阻R2、R6與電容CUC6的一端連接， 節(jié)點(diǎn)V1 -與電阻R3、R7與電容C2、C7的一端連接，節(jié)點(diǎn)V2-與電阻R4、R8與電容C3、C8的 一端連接；輸出端口Voi+與電阻R5和電容C8的另一端連接，輸出端口Voq+與電阻R6和 電容C5的另一端連接，輸出端口Voi-與電阻R7和電容C6的另一端連接，輸出端口Voq-與 電阻R8和電容C7的另一端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述I路吉爾伯特單元（2)由四 個(gè)NMOS管Ml、M2、M3、M4組成，其中Ml與M4的柵極與輸入端口Voi+連接，M2與M3的柵 極與輸入端口Voi-連接，Ml與M2的源極與節(jié)點(diǎn)Xl連接，M3與M4的源極與節(jié)點(diǎn)X2連接， Ml與M3的漏極與輸出端口VO+連接，M2與M4的漏極與輸出端口VO-連接；Q路吉爾伯特 單元（3)由四個(gè)NMOS管M5、M6、M7、M8組成，其中M5與M8的柵極與輸入端口Voq+連接， M6與M7的柵極與輸入端口Voq-連接，M5與M6的源極與節(jié)點(diǎn)Yl連接，M7與M8的源極與 節(jié)點(diǎn)Y2連接，M5與M7的漏極與輸出端口VO+連接，M6與M8的漏極與輸出端口VO-連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述象限與坐標(biāo)軸選擇器（4)包 括象限選擇器與坐標(biāo)軸選擇器，象限選擇器由NMOS管M9、M10、Mil、M12組成，控制不同象 限的選擇，其中M9、M10的柵極分別與控制信號(hào)IS、ISB連接，漏極分別與節(jié)點(diǎn)X1、X2連接， 源級(jí)與Zl連接，Mil、M12的柵極分別與控制信號(hào)QS、QSB連接，漏極分別與節(jié)點(diǎn)Yl、Y2連 接，源級(jí)與Z2連接；坐標(biāo)軸選擇器由NMOS管M13、M14、M15、M16組成，控制坐標(biāo)軸變量的轉(zhuǎn) 換，其中M13、M16的柵極分別與控制信號(hào)AX、AXB連接，漏極分別與節(jié)點(diǎn)Zl、Z2連接，源級(jí) 與IIC連接，M14、M15的柵極分別與控制信號(hào)AXB、AX連接，漏極分別與節(jié)點(diǎn)Z1、Z2連接，源 級(jí)與QIC連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述電流偏置陣列（5)由I路電流 偏置陣列和Q路電流偏置陣列組成，其中I路電流偏置陣列包括6路電流偏置，分別受S0B、 S1B、S2B、S3B、S4B、S5B控制，當(dāng)控制位為高電平時(shí)，開關(guān)閉合；Q路電流偏置陣列包括6路 電流偏置，分別受SO、Sl、S2、S3、S4、S5控制，當(dāng)控制位為高電平時(shí)，開關(guān)閉合；I、Q兩路電 流偏置陣列的控制位是互補(bǔ)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源移相器，其特征在于：邏輯編碼電路（6)由6位數(shù)控位 組成，高兩位實(shí)現(xiàn)象限與坐標(biāo)軸選擇器的控制，低四位實(shí)現(xiàn)電流偏置陣列的控制，在編碼過 程中，第一象限和第三象限的坐標(biāo)軸保持不變，即X軸為I路信號(hào)，Y軸為Q路信號(hào)，而第二 象限和第四象限的坐標(biāo)軸進(jìn)行調(diào)換，即X軸為Q路信號(hào)，Y軸為I路信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超高頻RFID應(yīng)用的6位360°有源移相器，其正交信號(hào)產(chǎn)生電路-由兩級(jí)電阻和電容構(gòu)成，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成正交的I路和Q路信號(hào)，然后分別輸入到I路和Q路吉爾伯特單元；象限選擇器控制所需相位在相應(yīng)象限內(nèi)的產(chǎn)生，坐標(biāo)軸選擇器控制在相應(yīng)象限內(nèi)信號(hào)合成時(shí)坐標(biāo)軸變量的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而簡(jiǎn)化邏輯編碼電路；電流偏置陣列包括I路與Q路電流偏置陣列，其開關(guān)控制信號(hào)是互補(bǔ)的，分別控制I、Q兩路輸出信號(hào)的幅度，改變合成信號(hào)的相位；邏輯編碼電路主要產(chǎn)生象限與坐標(biāo)軸選擇器以及電流偏置陣列的控制信號(hào)；加法器實(shí)現(xiàn)I、Q路信號(hào)的矢量疊加，輸出一系列同幅不同相的信號(hào)。本發(fā)明減小了芯片面積，降低了成本，簡(jiǎn)化了移相器的邏輯編碼電路。
【IPC分類】H03H11-16
【公開號(hào)】CN104767501
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510227625
【發(fā)明人】王云陣, 朱煜, 鄧莎, 刁盛錫, 林福江
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年5月6日