CN101281614B - 一种用于超高频射频识别芯片的解调电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超高频射频识别芯片的解调电路，包括包络检测电路及包络整形电路，天线接收的射频信号依次经过包络检测电路及包络整形电路并被处理为S信号和Sav信号输出到比较器，包络整形电路包括泄流电阻、二极管、滤波电阻和滤波电容，泄流电阻连接在包络检测电路的信号输出端和地之间，二极管阳极接至包络检测电路的信号输出端，阴极接至由滤波电阻和滤波电容构成的并联支路一端，并联支路另一端接地，其中，包络检测电路的信号输出端为S信号输出端，二极管阴极与滤波电阻和滤波电容构成的并联支路的连接点为Sav信号输出端。本发明实现了超高频射频识别芯片的解调电路低功耗和低成本的并存。

Description

一种用于超高频射频识别芯片的解调电路

技术领域

本发明涉及一种用于超高频射频识别芯片的解调电路。

背景技术

UHF RFID(Ultra High Frequency Radio Frequency Identification)超高频射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，在快速扫描、小型化、抗污染、耐久性好、可重复使用、可穿透性阅读、数据记忆量大和数据可靠安全等方面有着巨大的优势，正广泛应用于各种行业，如物流仓储、智能交通、自动收费、海空港口货物管理、超市零售管理、医疗器械管理、邮政货物追踪等等，而且在边境管理、人员安全、体育运动方面也有广阔的应用天地，推动全球数字智能管理的发展。

无源UHF RFID的市场巨大，在具体的应用环境中，用户希望无源UHF RFID既能达到低功耗的要求，同时又能不耗费高昂的成本。然而在无源UHF RFID芯片的实现中，低功耗和低成本通常不能并存。低功耗通常要求需要更大的电阻和更大的电容，而大电阻和大电容直接导致了芯片面积增加，从而使成本上升。

UHF RFID的大电阻和大电容尤其体现在UHF RFID芯片中的解调电路。图1展示了现有技术中的一种UHF RFID解调电路。天线接收空中ASK(幅移键控调制，一种调制方式，是根据原来信号的大小按比例使载波的振幅发生变化的方法。用基带数字信号对载波振幅进行控制以传递信息的调制方式)调制的RF信号，通过图中所示的包络检测电路：第一二极管D1和第二二极管D2、第一电容CF和第二电容CL，在包络检测电路将RF信号滤除后，A点的信号接近于发射的ASK信号源信号。这个过程中，算一电容CF作射频导通，第二电容CL作为射频导通和能量存储；第一二极管D1和第二二极管D2作为开关使用：当射频信号幅度大于其开启电压则导通，反之则关闭，并且导通电阻足够小，关闭电阻足够大。

天线信号经过包络检测电路的处理后，到达其后的包络整形电路，在包络整形电路的各个器件中，电阻RL的作用是使得ASK信号的低电平足够低，保证ASK高低电平有足够的差值；电阻R1、电阻R2、电阻Rav和电容Cav用以产生可供比较的两信号以解调数据。

如图2所示，C点的信号取于电阻R1和电阻R2的连接点，其波形为图2所示的S信号，B点的信号取于电阻R2和电阻Rav和电容Cav构成的并联支路的连接点，其波形如图2中的Sav信号所示，将两信号输入到比较器中，配合时钟采样电路即可解调出读写器向UHF RFID芯片发射的ASK信号，UHF RFID芯片即可以根据相关命令进行操作。

上述方案1的缺点是：

1、为了使输入比较器的两个信号有明显的差距，所以需要通过电阻分压，使Sav信号的最高值小于S信号的最高值，比如需要将电阻R1和电阻R2的值设为电阻Rav的一半。因为电阻Rav比较大，所以电阻R1和电阻R2也比较大，会耗费很大的芯片面积。通常，电阻Rav会在1M欧姆数量级以上，以保证能够有效滤除ASK包络的频率，那么电阻R1加上电阻R2的总电阻将超过1M欧姆，这个值在IC(集成电路)中即使采用高阻材料也会产生不能接受的面积。

2、由于需要滤除S信号的主要频率，所以电阻Rav并联电阻R1+R2+RL后和电容Cav形成的极点需要小于十分之一的信号S频率。通常，芯片接收的S信号的频率为40KHz，则上述的极点不能超过4KHz。如果电阻Rav并联电阻R1+R2+RL的阻值为1M欧姆的话，需要电容Cav的电容值超过40pF，这么大的无源器件在IC中实现是不太现实的，何况芯片是个对成本要求敏感的集成电路系统。

图3展示了现有技术中的另一种UHF RFID的解调电路。其原理是：

S信号取于包络检测电路的输出端，即图示的A点，同时A点信号通过低通滤波(由电阻Rav和电容Cav构成的并联支路)，将A点信号的主要ASK分量S信号滤除，从图示的B点得到Sav信号，再将S信号和Sav信号输入到比较器比较，配合时钟采样电路就可以将信号解调出来。

该方案的缺点是：

1、和前述方案1一样需要巨大的电阻Rav和电容Cav来滤除ASK信号的包络以获得类似Sav的信号来和S信号作比较。

2、由于A点信号没有直流信号通路到地，导致A点的电容，即第二电容CL放电缓慢，不能很好的形成方波，直接导致了B点的信号在高电平时候和A点信号过于接近，也就是S信号为高电平时，Sav信号和S的高电平过于接近，不利于比较器的操作。

发明内容

有鉴于上述背景，本发明提出了一种用于超高频射频识别芯片的解调电路，能够解决现有技术中低功耗与低成本不能并存的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种用于超高频射频识别芯片的解调电路，设置在天线与比较器之间，包括包络检测电路及包络整形电路，天线接收的射频信号依次经过所述包络检测电路及包络整形电路并被处理为S信号和Sav信号输出到比较器；所述包络检测电路包括第一电容、第二电容、第一开关二极管和第二开关二极管，所述射频信号依次经过第一电容和第一开关二极管到达所述包络检测电路的信号输出端，所述第一开关二极管阳极与第一电容相连，阴极与所述包络检测电路的信号输出端相连，所述第二开关二极管阴极与所述第一开关二极管阳极与第一电容的连接点相连，阳极接地，所述第二电容连接在所述包络检测电路的信号输出端和地之间；所述包络整形电路包括泄流电阻、二极管、滤波电阻和滤波电容，所述泄流电阻连接在所述包络检测电路的信号输出端和地之间，所述二极管阳极接至所述包络检测电路的信号输出端，阴极接至由所述滤波电阻和滤波电容构成的并联支路一端，所述滤波电阻和滤波电容构成的并联支路另一端接地，其中，所述包络检测电路的信号输出端为S信号输出端，所述二极管阴极与所述滤波电阻和滤波电容构成的并联支路的连接点为Sav信号输出端。

所述滤波电阻优选为有源电阻。

所述有源电阻可以为二极管连接的MOS管。

本发明的解调电路，包络检测电路的信号输出端通过泄流电阻快速放电，使得在包络检测电路的信号输出端可以得到比较理想的S信号，通过设置二极管连接在包络检测电路的信号输出端和滤波电阻和滤波电容构成的并联支路的低通滤波输出端之间，保证了S信号和Sav信号之间存在一定的压降，保证了S信号和Sav信号在高电平上的差异，利于比较器的操作，同时二极管替代了现有技术中的大电阻，有效地降低了成本。进一步的，在低通滤波支路中，滤波电阻采用有源电阻来实现，可进一步减小芯片面积，降低成本。

附图说明

图1是现有技术中的一种UHF RFID解调电路的电路图；

图2是图1所示电路的C点和B点的信号波形图；

图3是现有技术中的另一种UHF RFID解调电路的电路图；

图4是本发明一种具体实施方式的UHF RFID解调电路的电路图；

图5是本发明另一种具体实施方式的UHF RFID解调电路的电路图。

具体实施方式

下面对照附图并结合具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

本发明具体实施方式一的解调电路如图4所示，其电路结构是：包括包络检测电路及包络整形电路，天线接收的射频信号依次经过第一级的包络检测电路及第二级的包络整形电路，从而分别在图示的A点和B点得到S信号和Sav信号，输出到比较器用于解调。其中，包络检测电路包括第一电容CF、第二电容CL、第一开关二极管D1和第二开关二极管D2，射频信号依次经过第一电容CF和第一开关二极管D1到达包络检测电路的信号输出端A点，第一开关二极管D1阳极与第一电容CF相连，阴极与包络检测电路的信号输出端A点相连，第二开关二极管D2阴极与第一开关二极管阳极与第一电容的连接点相连，阳极接地，第二电容CL连接在包络检测电路的信号输出端A点和地之间。第一电容CF作射频导通，第二电容CL作为射频导通和能量存储；第一二极管D1和第二二极管D2作为开关使用：当射频信号幅度大于其开启电压则导通，反之则关闭，并且导通电阻足够小，关闭电阻足够大。显然，本领域技术人员根据实际需要和具体情况，还可将包络检测电路设计为其他形式的类似功能电路。

包络整形电路包括泄流电阻RL、二极管DL、滤波电阻Mav和滤波电容Cav，泄流电阻RL连接在包络检测电路的信号输出端A点和地之间，二极管DL阳极接至包络检测电路的信号输出端A点，阴极接至由滤波电阻Mav和滤波电容Cav构成的并联支路一端，滤波电阻Mav和滤波电容Cav构成的并联支路另一端接地，其中，包络检测电路的信号输出端A点为S信号输出端，二极管DL阴极与滤波电阻Mav和滤波电容Cav构成的并联支路的连接点B点为Sav信号输出端。

该电路的原理是：天线通过第一电容CF将能量导流入包络检测电路在A点得到S信号，为了使S信号能够很好的呈现方波形式，便于后级比较器处理，通过将泄流电阻RL并联到第二电容CL上以形成第二电容CL的放电通路，加快第二电容CL的放电速度，从而可以获得比较理想的低电平，A点的信号波形就会呈现出图2中所示S信号的波形。为了得到图2中Sav信号波形，本发明采用二极管DL来代替以前设计中的大电阻，例如图1中的电阻R1和R2，由于二极管DL的存在，A点和B点就存在一定压降，使得B点电压达不到A点最高电压，从而实现了Sav信号的峰值不超过S信号的峰值。

通过上述设计，电路工作可靠，在减少大电阻的前提下，也保证了电路的低功耗的要求。而由于减少了大电阻的使用，芯片面积得到减少，成本相应降低。

本发明具体实施方式二的解调电路如图5所示，为了能够实现高效率的滤波，采用有源电阻，优选的，采用二极管连接的MOS管作为滤波电阻Mav和滤波电容Cav构成的低通滤波并联支路中的滤波电阻Mav。二极管连接的MOS管是将MOS管的栅极和漏极连接在一起，由于二极管连接的MOS管在一定电压下存在漏电流，所以该管可以用来模拟一个阻值很大的电阻，并且可以通过调整MOS管的参数来实现对阻值的控制。由于通过漏电流实现的电阻阻值可以很大，相应的，可以将滤波电容Cav减小到可以接受的量级。这样，通过用二极管连接的MOS管Mav代替高阻值电阻，并和滤波电容Cav构成低通滤波单元，从而通过增大电阻而减小电容。

综上所述，本发明主要的优点在于：

1、减小了UHF RFID芯片的无源元件的大小而减小了芯片面积，降低成本。在现有的方案中，例如图1所示的方案，其并联电阻R1+R2+RL的阻值为1M欧姆，电容Cav的电容值超过40pF，其可能需要的芯片面积将达到48000um2；而本发明的方案，总面积大约在8000um2，节约了很多芯片面积。

2、减少了无源元件的数量，提高系统的稳定性。

3、减少了信号节点，使设计简单。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于超高频射频识别芯片的解调电路，设置在天线与比较器之间，所述解调电路包括包络检测电路及包络整形电路，天线接收的射频信号依次经过所述包络检测电路及包络整形电路并被处理为S信号和Sav信号输出到比较器，所述包络检测电路包括第一电容、第二电容、第一开关二极管和第二开关二极管，所述射频信号依次经过第一电容和第一开关二极管到达所述包络检测电路的信号输出端，所述第一开关二极管阳极与第一电容相连，阴极与所述包络检测电路的信号输出端相连，所述第二开关二极管阴极与所述第一开关二极管阳极与第一电容的连接点相连，阳极接地，所述第二电容连接在所述包络检测电路的信号输出端和地之间，其特征在于，所述包络整形电路包括泄流电阻、二极管、滤波电阻和滤波电容，所述泄流电阻连接在所述包络检测电路的信号输出端和地之间，所述二极管阳极接至所述包络检测电路的信号输出端，阴极接至由所述滤波电阻和滤波电容构成的并联支路一端，所述滤波电阻和滤波电容构成的并联支路另一端接地，其中，所述包络检测电路的信号输出端为S信号输出端，所述二极管阴极与所述滤波电阻和滤波电容构成的并联支路的连接点为Sav信号输出端。

2.如权利要求1所述的解调电路，其特征在于，所述滤波电阻为有源电阻。

3.如权利要求2所述的解调电路，其特征在于，所述有源电阻为二极管连接的MOS管。

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