CN100459397C - 一种用于射频电子标签的浮栅结构阈值可调的整流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属集成电路设计技术领域，具体为一种用于射频电子标签的浮栅结构阈值可调的整流电路。它由电容、标准CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管组成。通过对浮栅电压进行提升或降低从而达到电路中晶体管的阈值调整，提高射频整流电路的整流效率。利用本发明可以动态调整射频整流电路的整流效率，从而优化射频电子标签的通讯距离。

Description

一种用于射频电子标签的浮栅结构阈值可调的整流电路
技术领域
本发明属集成电路设计技术领域。具体涉及一种用于射频电子标签的浮栅结构阈值可调的整流电路。
技术背景
随着微电子技术的飞速发展，CMOS工艺已能制造应用于微波波段的芯片，射频电路能集成到大规模数字电路的芯片上。以CMOS工艺制造的低成本无线系统将会开拓出更为宽广的应用领域。射频标签就是一个前景非常好的应用领域。
当1973年条形码被推出时，其发明者曾经预言：25年以后，将有一种新的技术来替代条形码。现在，射频标签已经走到人们面前。它不仅仅是条形码的简单替换品，更能综合无线通讯、微电子、互联网等最新信息技术，对所有社会产品进行从生产、销售、使用甚至回收处理进行全过程监控管理，极大地提高整个社会的运转效率。
射频标签的工作频段包括，1：低频标签工作频率在30kHz-300kHz，典型的工作频率有：125kHz，133kHz。2：高频标签工作频率在3MHz-30MHz，典型的工作频率为13.56MHz。3：超高频标签工作频率大于400MHz，典型工作频率为915MHz、2.45GHz、5.8GHz。
一个完整的射频标签芯片通常包括天线(1)，片外匹配网络(2)，整流电路(3)、电源产生模块(4)、接收发送电路(5)，数字基带及存储单元(6)，如图1所示。在目前常用的无源射频电子标签中，整个芯片没有外部电源供给，整流电路对从天线端输入的射频信号进行整流，得到直流电压对芯片的其他模块(检波及时钟电路、数字基带及存储单元)进行供电。在传统的CMOS工艺中，整流器件一般采用MOS(金属氧化物半导体)器件等效的二极管。但一般MOS器件阈值较高，NMOS约0.7v，PMOS约0.9v，在低功耗的射频电子标签系统中如果采用这种整流器件将会使得整流效率降低，从而使得标签最远工作距离缩短。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于射频电子标签的浮栅结构阈值可调的整流电路，以提高标签芯片中的整流电路效率。
本发明提出的整流电路结构如图2所示，包括两个NMOS整流管MN1和MN2，两个PMOS整流管MP1和MP2，四个浮栅电容Ctun1、Ctun2、Ctun3和Ctun4，四个隔直电容Cp1、Cp2、Cp3和Cp4，射频信号输入端VP+及VP-，整流管阈值调节输入端为Vnmos和Vpmos，整流电路的低直流电平输入端为VL，高直流电平输出端为VH。NMOS整流管MN1源端接VP-，漏端接VL，栅极通过Ctun1和Vnmos相联，同时还通过Cp1和VP+相联；MN2源端接VP+，漏端接VL，栅极通过Ctun2和Vnmos相联，同时还通过Cp2和VP-相联；PMOS整流管MP1源端接VP-，漏端接VH，栅极通过Ctun4和Vpmos相联，同时还通过Cp4和VP+相联；MP2源端接VP+，漏端接VH，栅极通过Ctun3和Vpmos相联，同时还通过Cp3和VP-相联。
本发明是通过如下措施来实现阈值可调的：
在本发明中，射频信号由VP+及VP-输入，通过在整流管偏置调节端Vnmos上加正高压及在Vpmos上加负高压可使得浮栅电容Ctun上产生隧穿效应，从而使得NMOS整流管栅上积累正电荷，在PMOS整流管栅上积累负电荷，使得NMOS整流管及PMOS整流管等效阈值下降，当射频信号输入正弦射频信号时，通过隔直电容Cp使得NMOS整流管及PMOS整流管交替导通，从而在VL及VH之间产生可供后级电路工作的电动势。
调整后等效的阈值电压表达式为：
V T , eff = V T ( 1 + C par + C tun C p ) - Q FG C P
其中，Cpar为寄生电容11，为图3中所表示，QFG为隧穿到浮栅上的电压，VT为整流管的阈值，可见，通过隧穿效应，可有效调节整流管的等效阈值，从而提高整流电路效率。
附图说明
图1为射频标签结构示意图。
图2为浮栅结构阈值可调整流电路结构。
图3为带寄生浮栅管结构。
图4为多级串联整流电路结构。
图中标号：1为天线，2为片外匹配网络，3为整流电路，4为电源产生模块，5为接收/发送模块，6为数字基带发生模块，7为NMOS整流管MN1和MN2，8为PMOS整流管MP1和MP2，9为浮栅电容Ctun1、Ctun2、Ctun3和Ctun4，10为隔直电容Cp1、Cp2、Cp3和Cp4，11为寄生电容Cpar，12为射频信号输入端VRF，13、14、15分别3个整流级。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
通过级联本发明描述的整流电路结构，可以提升整流输出的直流电平，如图4所示的实施例。级联的方法是将第一级整流电路的直流输入端VL接地，输入端VH接第二级整流电路的输入端VL，依此类推，串联使用可以提升整流电路的输出直流电平。每一级的整流电路的射频输入信号端VP+和VP-分别接在一起连接射频输入信号的正负端，Vpmos和Vnmos浮栅调节端也分别连接在一起接外部控制输入。
图4所示为一个三级的倍压整流电路结构，其中VRF12为射频输入信号，三个整流级13、14、15依次连接，其中每单个整流电路都与图2中的单元电路结构相同。工作之前在Vnmos端加入高压，在Vpmos端加入高的低电平对整流电路中的整流管阈值进行调整，阈值调整结束后，将两者接地。当射频输入信号输入某一特定频率的射频信号时，便会在VDC端输出可供后级工作的电源电压。

Claims (1)

1、一种用于射频电子标签的浮栅结构阈值可调的整流电路，其特征在于包括两个NMOS整流管MN1和MN2，两个PMOS整流管MP1和MP2，四个浮栅电容Ctun1、Ctun2、Ctun3和Ctun4，四个隔直电容Cp1、Cp2、Cp3和Cp4，射频信号输入端为VP+及VP-，整流管阈值调节输入端为Vnmos和Vpmos；所述整流电路的低直流电平输入端为VL，高直流电平输出端为VH；NMOS整流管MN1源端接VP-，漏端接VL，栅极通过浮栅电容Ctun1和Vnmos相联，同时还通过隔直电容Cp1和VP+相联；NMOS整流管MN2源端接VP+，漏端接VL，栅极通过浮栅电容Ctun2和Vnmos相联，同时还通过隔直电容Cp2和VP-相联；PMOS整流管MP1源端接VP-，漏端接VH，栅极通过浮栅电容Ctun4和Vpmos相联，同时还通过隔直电容Cp4和VP+相联；PMOS整流管MP2源端接VP+，漏端接VH，栅极通过浮栅电容Ctun3和Vpmos相联，同时还通过隔直电容Cp3和VP-相联。
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