CN102073902A - 一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统 - Google Patents
一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102073902A CN102073902A CN2011100087196A CN201110008719A CN102073902A CN 102073902 A CN102073902 A CN 102073902A CN 2011100087196 A CN2011100087196 A CN 2011100087196A CN 201110008719 A CN201110008719 A CN 201110008719A CN 102073902 A CN102073902 A CN 102073902A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- power
- rectification
- rectification circuit
- chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y02B60/50—
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明公开了一种应用于低功耗便携式低功耗射频通讯芯片的自适应高效率整流系统及其实现方法。该电路系统通过把从发射器接受的电磁波高效转换成直流电平供给无线通讯芯片提供直流能量。自适应的高效率整流系统利用功率检测电路，对芯片天线接收到的电磁波的功率进行检测，并且通过与预设临界功率点的对比来确定需要选择的整流电路。芯片的射频前端中包含有两个或两个以上可以通过开关进行切换的整流电路，并且这个整流电路阵列的综合最优效率区间覆盖通讯设备工作的频段。通过这样的切换，可以保证当无线设备接收到的电磁波功率发生变化的时候，整流系统的能量转换效率最大。
Description
技术领域
本发明属于便携式射频通讯技术领域，具体涉及低功耗无源射频通讯芯片的整流系统。
背景技术
超低功耗通讯芯片是近年来兴起的一项改进技术。它一般利用无源或者是电池辅助来完成一些对功耗要求很苛刻环境下通讯芯片的实现。常见的超低功耗通讯芯片有低功耗射频识别芯片、生物医药芯片和人体应用芯片等等。
以射频识别技术为例，它属于自动识别技术的一种。同条形码、智能卡、生物识别等其他的识别技术不同，射频识别技术有着低成本、非接触、快速通信、加密性能好的优势，使得它在物流、仓储、收费、门禁、数据录入等领域得到了广泛的应用。另外，近年来物联网概念的兴起也为射频识别技术的更加广泛的应用提供了更好的契机。
一个典型的射频识别系统如图1所示，它包括PC终端（1）、读写器（2）、读写器天线（3）、标签芯片（4）和标签天线（5）。标签芯片（4）和标签天线（5）通过接收读写器（2）发射的带有调制数据的电磁波，进行处理后通过一定的反射机制把信息返回给读写器，完成标签（4）和读写器（2）的通信。PC终端通过对读写器收到信息的存储和处理，通过数据库管理和软件平台的交互，实现对标签芯片传达的信息的管理。
到目前为止，国际上已经有了较为通用的无源射频识别标准，其中无源标签和半有源标签（电池辅助标签）因为其特殊的工作方式和较低的成本得到了广泛的研发和应用，而远距离快速通信仍然是目前设计的主要目标和难点，这就为整流电路系统的进一步优化提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种应用于低功耗通讯芯片的整流电路系统，它不但可以在低功率输入的情况下为无源芯片提供稳定的直流电源，提高电源提供电流的能力，也可以为电池辅助的芯片提供充电功能。
本发明提出的整流电路系统，主要是通过系统中的功率检测电路检测芯片接受到的瞬时最大功率，进而得知此时功率所处的功率区间，再通过数字电路控制开关，选择适合该功率区间的充电电路进行工作，并且通过自适应阻抗匹配电路的协同以完成整流系统对于外界功率输入环境的自适应，保证最大的功率转换效率。
在无源通讯芯片中，芯片自身没有自带电源，此时充电电路的作用是在芯片工作的全功率范围内为整个电路系统提供稳定的工作电压，并且提供一定的驱动能力以供存储电路的使用。如果采用单一的整流电路作为充电电路为芯片供电的话，往往存在着其最佳工作功率区间的问题。因为在现有的技术背景下，各种结构的整流电路的最佳工作功率区间都是不同的，单一的电路结构往往只能覆盖一个有限的的功率区间，而在区间外只有相对低的工作效率，这样的特性会使得芯片在全功率段的性能不均衡。而如果采用的是自适应的充电电路，结合功率输入区间选择不同结构和性能的充电电路，充电的高效区间就会覆盖芯片工作的功率范围，达到全功率段芯片对功耗和能量的要求。
同样，在电池辅助的芯片中，自适应充电电路同样有着类似的效果，它能在更大范围的功率区间内保持对电池的最优充电效率，提高芯片的整体性能。
图2给出了本发明的整流电路系统结构图，包括功率检测电路1、自适应的阻抗匹配电路2、整流电路选择开关3、对应于不同功率段的N种（N>1，根据实际应用需要选取）整流电路组成的整流电路阵列4、 电源管理电路5和数字控制电路6。高效整流系统工作的时候，使用功率检测电路1对标签接收功率进行检测，转化成电压值，并且同参考电压，确定芯片所处的功率区间；通过对功率检测电路1返回结果的分析，由数字控制电路6对结果进行判断，根据芯片所接受到的功率点位置来控制选择开关3选择需要的整流电路阵列4中的整流电路类型；对于整流电路输出的直流电压，利用电源管理电路5进行消除纹波和限幅等处理，以提供适合标签使用的直流源；由于整流电路阵列中的各整流电路分支电路特性不同，对芯片射频前端阻抗的贡献也不同，因此在天线端和整流电路阵列间插入自适应阻抗匹配电路2，数字控制电路6协同自适应阻抗匹配电路2根据不同的整流电路阵列情况进行阻抗自动匹配，以减少芯片天线设计的难度，达到能量的最大传输，从而完成系统整流效率的优化过程。
本发明中，所述的整流电路阵列4，对于便携式设备输入功率范围的区间内，N种整流电路可以完成全面覆盖，从而完成对整个功率区间整流效率的共同优化。
本发明中，所述的功率检测电路1，能够探测芯片接收到的实时功率，并且根据设备接受功率的值的不同大小输出不同的结果，由其他电路模块进行后续处理。
本发明中，所述的自适应阻抗匹配电路2，对应不同的整流电路输入阻抗，提供自适应的阻抗匹配网络来达到同天线的最佳阻抗匹配状态。
本发明中，所述的数字控制电路6，对功率检测电路1的输出值进行处理，得出当前输入功率下的最优整流电路，再通过整流电路选择开关3进行选择，并且协同自适应阻抗匹配电路2工作。
本发明中，所述的电源管理电路5，对整流电路的输出电压进行稳压控制，减小纹波，以保持对整个芯片提供稳定的供电或者是为芯片电池充电（电池辅助的芯片）。
本发明的核心在于功率检测电路、自适应阻抗匹配电路和整流电路阵列结合使用。使用功率检测电路1对标签接收功率进行检测，转化成电压值，并且同参考电压，确定芯片所处的功率区间，然后由数字控制电路6来控制选择开关3选择此时所需要的整流电路阵列4中的整流电路类型。对于整流电路输出的直流电压，利用电源管理电路5进行消除纹波和限幅等处理，以提供适合标签使用的直流源。由于整流电路阵列中的各整流电路分支电路特性不同，对芯片射频前端阻抗的贡献也不同，因此在天线端和整流电路阵列间插入自适应阻抗匹配电路2，根据不同的整流电路阵列情况进行阻抗自动匹配，以减少芯片天线设计的难度，达到能量的最大传输。
附图说明
图1 是一个典型的无源低功耗射频芯片系统---射频识别系统的示意图。
图2 是本发明提出的应用于低功耗便携式射频通讯芯片的整流系统的架构示意图。
图3 整流电路阵列的输入功率和整流系统效率的关系示意图。
具体实施方式
下面结合图2，详细描述实施本发明在无源通讯芯片中的一个具体实例。
在初始状态，芯片上电复位之前，由于数字控制电路6没有正常工作，因此选择开关3的控制端数字输出的状态未知。此时利用功率检测电路1产生一个电压来控制开关2的电压信号，使得低能量输入下效率最高的整流电路接入电路。待芯片上电之后，数字控制电路6取代功率检测电路1进行整流电路选择开关3的控制，这样芯片上电的过程完成。这种上电复位方式的好处是可以利用低能量输入下效率高的整流电路进行芯片上电的供电，这样可以保证芯片的高灵敏度。
在芯片上电之后，功率检测电路1实时工作，对芯片接收到的功率进行检测，把芯片所处的功率区间以电压形式输出给数字控制电路6。数字控制电路6对结果进行分析，并控制整流电路选择开关3对整流电路进行选择。
对于整流电路阵列中的整流电路，如图3所示，它们的最优工作状态分别处于不同的功率区间，如图3中的曲线1到曲线N所示。这里N可以根据实际应用需求来选择。通过开关的切换，在不同的功率点接入合适的整流电路，就可以趋近于曲线3所示的更大范围的最优功率区间。
由于整流电路的切换和整流机制的变化，整流出的直流电压源并不是很稳定，可能会有纹波，并且在输入功率大的情况之下可能会有过大的电流流经芯片电路，因此需要利用电源管理电路5进行控制和处理，以保证对芯片电路的正常直流供电。
最后需要特别说明的是，上述事例仅用以说明本发明的技术实现方式，而并非是唯一方案。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统，其特征在于包括功率检测电路（1）、自适应的阻抗匹配电路（2）、整流电路选择开关（3）、对应于不同功率段的N种（N>1）整流电路组成的整流电路阵列（4）、 电源管理电路（5）和数字控制电路（6）；整流系统工作时，使用功率检测电路（1）对标签接收功率进行检测，转化成电压值，并且同参考电压，确定芯片所处的功率区间；通过对功率检测电路（1）返回结果的分析，由数字控制电路（6）对结果进行判断，根据芯片所接受到的功率点位置来控制选择开关（3）选择需要的整流电路阵列（4）中的整流电路类型；对于整流电路输出的直流电压，利用电源管理电路（5）进行消除纹波和限幅处理，以提供适合标签使用的直流源；自适应阻抗匹配电路（2）接在天线端和整流电路阵列间，数字控制电路（6）协同自适应阻抗匹配电路（2）根据不同的整流电路阵列情况进行阻抗自动匹配，以减少芯片天线设计的难度，达到能量的最大传输，从而完成系统整流效率的优化过程。
2.根据权利要求1所述的应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统，其特征在于所述整流电路阵列（4）中的N种整流电路全面覆盖便携式设备输入功率范围的区间，从而完成对整个功率区间整流效率的共同优化。
3.根据权利要求1所述的应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统，其特征在于所述的功率检测电路（1）能够探测芯片接收到的实时功率，并且根据设备接受功率的值的不同大小输出不同的结果，由其他电路模块进行后续处理。
4.根据权利要求1所述的应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统，其特征在于所述的自适应阻抗匹配电路（2）对应不同的整流电路输入阻抗，提供自适应的阻抗匹配网络来达到同天线的最佳阻抗匹配状态。
5.根据权利要求1所述的应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统，其特征在于所述的数字控制电路（6）对功率检测电路（1）的输出值进行处理，得出当前输入功率下的最优整流电路，再通过整流电路选择开关（3）进行选择，并且协同自适应阻抗匹配电路（2）工作。
6.根据权利要求1所述的应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统，其特征在于所述的电源管理电路(5)对整流电路的输出电压进行稳压控制，减小纹波，以保持对整个芯片提供稳定的供电或者是为芯片电池充电。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011100087196A CN102073902A (zh) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011100087196A CN102073902A (zh) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102073902A true CN102073902A (zh) | 2011-05-25 |
Family
ID=44032434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011100087196A Pending CN102073902A (zh) | 2011-01-17 | 2011-01-17 | 一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102073902A (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103136574A (zh) * | 2011-12-02 | 2013-06-05 | 国民技术股份有限公司 | 一种超高频电子标签及其灵敏度配置方法 |
| CN103488099A (zh) * | 2012-06-14 | 2014-01-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电器待机控制装置及控制方法 |
| CN104796017A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-22 | 西安电子科技大学 | 一种频率自适应射频能量整流器 |
| CN105356627A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-02-24 | 上海电机学院 | 一种用于无线传感节点供电的射频能量收集装置 |
| WO2016177074A1 (zh) * | 2015-07-21 | 2016-11-10 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种能量转化装置及方法 |
| CN106406416A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-02-15 | 郑州携能通信技术有限公司 | 一种微波能量整流装置及方法 |
| CN107681887A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-02-09 | 四川巧夺天工信息安全智能设备有限公司 | 一种开关电源电路 |
| WO2019014930A1 (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 华为技术有限公司 | 功率整流器及无线通信装置 |
| CN109426847A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 卡诺爱股份有限公司 | 电源供应方法及利用其的电子卡 |
| CN109952714A (zh) * | 2017-01-24 | 2019-06-28 | 欧姆龙株式会社 | 标签电路 |
| CN110020708A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-16 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种超高频rfid标签阻抗自适应电路及其实现方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1710780A (zh) * | 2005-07-07 | 2005-12-21 | 上海坤锐电子科技有限公司 | 一种基于电容储能的自适应射频能量提取电路 |
| CN1263131C (zh) * | 2003-10-08 | 2006-07-05 | 复旦大学 | 射频标签芯片与片外天线阻抗匹配片内自动调节的电路 |
| CN101093557A (zh) * | 2006-06-21 | 2007-12-26 | 美国博通公司 | 一种集成电路组合 |
| CN101331503A (zh) * | 2005-10-21 | 2008-12-24 | 科罗拉多大学董事会 | 用于在无线设备中接收和管理功率的系统和方法 |
| CN101329742A (zh) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | 株式会社瑞萨科技 | 半导体集成电路、包含半导体集成电路的卡及其操作方法 |
| CN101789639A (zh) * | 2010-03-26 | 2010-07-28 | 朱发国 | 一种可控电流感应电源 |
-
2011
- 2011-01-17 CN CN2011100087196A patent/CN102073902A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1263131C (zh) * | 2003-10-08 | 2006-07-05 | 复旦大学 | 射频标签芯片与片外天线阻抗匹配片内自动调节的电路 |
| CN1710780A (zh) * | 2005-07-07 | 2005-12-21 | 上海坤锐电子科技有限公司 | 一种基于电容储能的自适应射频能量提取电路 |
| CN101331503A (zh) * | 2005-10-21 | 2008-12-24 | 科罗拉多大学董事会 | 用于在无线设备中接收和管理功率的系统和方法 |
| CN101093557A (zh) * | 2006-06-21 | 2007-12-26 | 美国博通公司 | 一种集成电路组合 |
| CN101329742A (zh) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | 株式会社瑞萨科技 | 半导体集成电路、包含半导体集成电路的卡及其操作方法 |
| CN101789639A (zh) * | 2010-03-26 | 2010-07-28 | 朱发国 | 一种可控电流感应电源 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103136574A (zh) * | 2011-12-02 | 2013-06-05 | 国民技术股份有限公司 | 一种超高频电子标签及其灵敏度配置方法 |
| CN103136574B (zh) * | 2011-12-02 | 2016-08-03 | 国民技术股份有限公司 | 一种超高频电子标签及其灵敏度配置方法 |
| CN103488099A (zh) * | 2012-06-14 | 2014-01-01 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电器待机控制装置及控制方法 |
| CN103488099B (zh) * | 2012-06-14 | 2017-02-08 | 珠海格力电器股份有限公司 | 电器待机控制装置及控制方法 |
| CN104796017A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-22 | 西安电子科技大学 | 一种频率自适应射频能量整流器 |
| WO2016177074A1 (zh) * | 2015-07-21 | 2016-11-10 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种能量转化装置及方法 |
| CN106374639A (zh) * | 2015-07-21 | 2017-02-01 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种能量转化装置及方法 |
| CN105356627A (zh) * | 2015-12-03 | 2016-02-24 | 上海电机学院 | 一种用于无线传感节点供电的射频能量收集装置 |
| CN106406416A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-02-15 | 郑州携能通信技术有限公司 | 一种微波能量整流装置及方法 |
| CN109952714A (zh) * | 2017-01-24 | 2019-06-28 | 欧姆龙株式会社 | 标签电路 |
| US10965165B2 (en) | 2017-01-24 | 2021-03-30 | Omron Corporation | Tag circuit |
| CN109952714B (zh) * | 2017-01-24 | 2022-03-01 | 欧姆龙株式会社 | 标签电路 |
| WO2019014930A1 (zh) * | 2017-07-21 | 2019-01-24 | 华为技术有限公司 | 功率整流器及无线通信装置 |
| CN109426847A (zh) * | 2017-08-31 | 2019-03-05 | 卡诺爱股份有限公司 | 电源供应方法及利用其的电子卡 |
| CN107681887A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-02-09 | 四川巧夺天工信息安全智能设备有限公司 | 一种开关电源电路 |
| CN107681887B (zh) * | 2017-11-21 | 2023-08-22 | 四川巧夺天工信息安全智能设备有限公司 | 一种开关电源电路 |
| CN110020708A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-16 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种超高频rfid标签阻抗自适应电路及其实现方法 |
| CN110020708B (zh) * | 2019-04-19 | 2022-04-05 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种超高频rfid标签阻抗自适应电路及其实现方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102073902A (zh) | 一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统 | |
| US8203429B2 (en) | Switched capacitance method for the detection of, and subsequent communication with a wireless transponder device using a single antenna | |
| CN107171697B (zh) | 一种具有自动阻抗匹配功能的无源超高频射频识别标签 | |
| US8063746B2 (en) | Transponder detector for an RFID system generating a progression of detection signals | |
| KR100942706B1 (ko) | 인체 통신을 이용한 무선 주파수 식별 시스템 | |
| CN104283324A (zh) | 电力接收装置和非接触供电系统 | |
| US7768406B1 (en) | RFID tag circuit rectifier with controlled backflow reduction | |
| CN202331539U (zh) | 一种高频无源rfid模拟前端电路 | |
| CN105099527A (zh) | 一种具有独立能量接收天线的无源nfc通信接口 | |
| CN103839092A (zh) | 一种超高频rfid读写器 | |
| CN102868237B (zh) | 一种用于提高非接触式ic卡能量传输效率的电路 | |
| CN103177228A (zh) | 一种智能卡工作方法及智能卡 | |
| CN103761564A (zh) | 一种半有源射频识别标签及其实现方法 | |
| CN100412895C (zh) | 一种基于电容储能的自适应射频能量提取电路 | |
| CN106066974A (zh) | 一种低功耗射频卡无开关检卡装置 | |
| CN102004566A (zh) | 电磁手写设备 | |
| CN205028302U (zh) | 用于管理对象的操作的设备以及包括该设备的对象 | |
| CN213751094U (zh) | 一种读卡器辅助设备 | |
| CN203799395U (zh) | 一种超高频rfid读写器 | |
| CN102324945A (zh) | 一种具有地址过滤功能的无线唤醒电路 | |
| CN104063787A (zh) | 一种基于rfid的移动支付系统 | |
| JP2004086646A (ja) | 非接触型ｉｃカード | |
| CN106372711A (zh) | 射频供电电路和超高频无源电子标签 | |
| CN104794413A (zh) | 一种非接触式ic卡能量自适应方法 | |
| CN204809951U (zh) | 一种有源智能卡 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110525 |