CN101989330A - 高频rfid标签电路及芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高频RFID标签电路及芯片，包括一个天线，所述天线两端各通过一个ESD模块连接到一个电压钳位电路模块和一个整流器模块，所述电压钳位电路模块和所述整流器模块并联连接，所述整流器模块的输出同时提供给所述电压钳位电路模块和后续的模拟及数字电路模块，所述电压钳位电路模块根据所述整流器的电压输出控制天线两端的电压值不超过一个预设值。本发明采用电压钳位电路模块使整流器上的高压可以通过并行的支路放掉，而在低磁场强度时该电压钳位电路模块不起作用，这样只需常规器件就可完成RFID标签的芯片设计和制造，避免开发用于RFID整流器的高压器件，节省了光刻板的层数，极大地降低了RFID的制造成本和芯片的长期可靠性。

Description

高频RFID标签电路及芯片
技术领域
本发明涉及一种无线电电路，尤其是一种高频RFID标签电路。本发明还涉及一种高频RFID标签电路芯片。
背景技术
高频无源RFID标签(13.56MHz)包含天线、模拟前端、数字处理部分及存储单元。从设计方面来说，由于标签是无源的，即内部电路所需能量均来自与读卡器天线间的耦合，并通过整流器将耦合到的交流电转换成直流电作为内部其它模块的电源电压，因此要求RFID标签具备低功耗、内部稳定电源和较大的动态范围等特点。
当磁场强度较高时，在RFID标签天线上会感应高达十几至二十伏的交变电压，而RFID中部分电路可能因为需要有EEPROM而采用低压制造工艺制造。通常为耐高压，需要额外的二十伏的器件作为模拟前端的整流器器件，这大大增加了成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高频RFID标签电路，以及采用这种高频RFID标签电路的芯片，使整流器可以采用低电压器件电路设计，减少制造工艺的难度，降低芯片的成本，提高芯片长期使用的可靠性。
为解决上述技术问题，本发明高频RFID标签电路的技术方案是，包括一个天线，所述天线两端各通过一个ESD模块连接到一个电压钳位电路模块和一个整流器模块，所述电压钳位电路模块和所述整流器模块并联连接，所述整流器模块的输出同时提供给所述电压钳位电路模块和后续的模拟及数字电路模块，所述电压钳位电路模块根据所述整流器的电压输出控制天线两端的电压值不超过一个预设值。
本发明高频RFID标签电路芯片的技术方案是，所述芯片中包括上述高频RFID标签电路。
本发明采用电压钳位电路模块使整流器上的高压可以通过并行的支路放掉，而在低磁场强度时该电压钳位电路模块不起作用，这样只需常规器件就可完成RFID标签的芯片设计和制造，避免开发用于RFID整流器的高压器件，节省了光刻板的层数，极大地降低了RFID的制造成本和芯片的长期可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明高频RFID标签电路的电路图；
图2为本发明高频RFID标签电路中电压钳位电路模块的电路图；
图3为本发明高频RFID标签电路中电压钳位电路模块和整流器模块整体电路图。
具体实施方式
本发明公开了一种高频RFID标签电路，如图1所示，包括一个天线，所述天线两端各通过一个ESD(防静电)模块连接到一个电压钳位电路模块和一个整流器模块，所述电压钳位电路模块和所述整流器模块并联连接，所述整流器模块的输出同时提供给所述电压钳位电路模块和后续的模拟及数字电路模块，所述电压钳位电路模块根据所述整流器的电压输出控制天线两端的电压值不超过一个预设值。
所述预设值为5V。
所述整流器模块和模拟及数字电路模块采用低压器件工艺制造。
本发明通过与读卡器天线间的耦合，标签天线两端得到频率为13.56MHz的交变电压和电流，经过桥式整流器(Rectifier)整流，将交变电压变为直流电压，作为后继模拟和数字模块的电源电压。当标签与读卡器距离很近，即磁场强度较高时，标签天线两端将耦合到很高的电压，此时电压钳位电路模块将对地放电，限制天线电压；反之，当天线电压较低(小于5V)时，电压钳位电路模块将不起作用。这样，在不同距离处均保证天线电压不超过5V，从而可以在天线ESD保护电路和整流器电路中使用低压常规器件。
所述电压钳位电路模块如图2所示，从整流器输出与地之间依次串联有N型场效应管M1、M2、M4、M5以及一个电阻R1，所述N型场效应管M1、M2、M4、M5的栅极都与其各自的漏极相连接，前一个N型场效应管的源极与后一个N型场效应管的漏极相连接，所述N型场效应管M1的漏极连接整流器的输出，N型场效应管M5的源极连接电阻R1的一端，N型场效应管M6的栅极和漏极都连接到N型场效应管M1的源极，N型场效应管M7的栅极连接N型场效应管M2的源极，N型场效应管M7的源极连接N型场效应管M5的源极，N型场效应管M6的源极连接N型场效应管M7的漏极以及N型场效应管M3的栅极，N型场效应管M3的源极接地，所述天线两端之间还串联连接有两个N型场效应管M8和M9，所述N型场效应管M8的栅极和漏极都接到所述天线的一端，所述N型场效应管M9的栅极和漏极都接到所述天线的另一端，所述N型场效应管M8和M9的源极都连接到所述N型场效应管M3的漏极。
图2中，VDD为交流电压经过整流得到的直流电压，M1、M2、M4、M5均为二极管接法，R1为限流电阻，对VDD进行串联分压，得到M6、M7的栅极工作电压；M3为对地钳位管，栅极电压经过M6、M7分压得到，即通过控制栅极电压可以调整放电的强弱程度。M8、M9为二极管接法，对称连接于天线两端，由于天线两端ant1、ant2输入的是差分信号，因此在一个交流周期内M3分别对天线两端放电。
图2所示电压钳位电路模块的工作原理是：当天线感应电压峰值大于5V时，VDD的值也会相应较高，由M1、M2，M4～M7构成的电压检测电路将控制M3管放电，天线电压越高，M3的栅极偏置电压也越高，放电能力也越强；反之，当天线电压小于5V时，M3管的栅极偏置电压变低，当低于M3的阈值电压时，放电管就会关断，电压钳位电路模块不再起作用。
本发明中，所述整流器模块可以与所述电压钳位电路模块整合在一起，如图3所示，所述整流器模块包括N型场效应管M10、M11、M12和M13，所述N型场效应管M10的漏极，M11的栅极，以及M12的栅极和漏极连接到所述天线的一端，所述N型场效应管M10的栅极，M11的漏极，以及M13的栅极和漏极连接到所述天线的另一端，所述N型场效应管M10的源极和M11的源极都接地，所述N型场效应管M12的源极和M13的源极相连接作为整流器模块的输出。
图3中，M10～M13是全波整流结构，C0为滤波电容。根据上述钳位电路的工作原理天线的峰值电压将被有效钳制在5V以内，因此与天线有直接连接关系的器件，如整流器，将可以用5V低压工艺实现。
本发明还提供了一种高频RFID标签电路芯片，所述芯片中包括上述高频RFID标签电路。
综上所述，本发明采用电压钳位电路模块使整流器上的高压可以通过并行的支路放掉，而在低磁场强度时该电压钳位电路模块不起作用，这样只需常规器件就可完成RFID标签的芯片设计和制造，避免开发用于RFID整流器的高压器件，节省了光刻板的层数，极大地降低了RFID的制造成本和芯片的长期可靠性。

Claims (6)

1.一种高频RFID标签电路，其特征在于，包括一个天线，所述天线两端各通过一个ESD模块连接到一个电压钳位电路模块和一个整流器模块，所述电压钳位电路模块和所述整流器模块并联连接，所述整流器模块的输出同时提供给所述电压钳位电路模块和后续的模拟及数字电路模块，所述电压钳位电路模块根据所述整流器的电压输出控制天线两端的电压值不超过一个预设值。
2.根据权利要求1所述的高频RFID标签电路，其特征在于，所述预设值为5V。
3.根据权利要求1所述的高频RFID标签电路，其特征在于，所述整流器模块和模拟及数字电路模块采用低压器件工艺制造。
4.根据权利要求1所述的高频RFID标签电路，其特征在于，所述电压钳位电路模块中，从整流器输出与地之间依次串联有N型场效应管M1、M2、M4、M5以及一个电阻R1，所述N型场效应管M1、M2、M4、M5的栅极都与其各自的漏极相连接，前一个N型场效应管的源极与后一个N型场效应管的漏极相连接，所述N型场效应管M1的漏极连接整流器的输出，N型场效应管M5的源极连接电阻R1的一端，N型场效应管M6的栅极和漏极都连接到N型场效应管M1的源极，N型场效应管M7的栅极连接N型场效应管M2的源极，N型场效应管M7的源极连接N型场效应管M5的源极，N型场效应管M6的源极连接N型场效应管M7的漏极以及N型场效应管M3的栅极，N型场效应管M3的源极接地，所述天线两端之间还串联连接有两个N型场效应管M8和M9，所述N型场效应管M8的栅极和漏极都接到所述天线的一端，所述N型场效应管M9的栅极和漏极都接到所述天线的另一端，所述N型场效应管M8和M9的源极都连接到所述N型场效应管M3的漏极。
5.根据权利要求1所述的高频RFID标签电路，其特征在于，所述整流器模块包括N型场效应管M10、M11、M12和M13，所述N型场效应管M10的漏极，M11的栅极，以及M12的栅极和漏极连接到所述天线的一端，所述N型场效应管M10的栅极，M11的漏极，以及M13的栅极和漏极连接到所述天线的另一端，所述N型场效应管M1O的源极和M11的源极都接地，所述N型场效应管M12的源极和M13的源极相连接作为整流器模块的输出。
6.一种高频RFID标签电路芯片，其特征在于，所述芯片中包括权利要求1～6中任意一项所述的高频RFID标签电路。
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