CN102184441B - Rfid标签芯片解调电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运用包络检波技术来解调读写器发送的100%ASK调制信号的RFID标签芯片解调电路，它包括用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元、用于包络波形整形的波形整形单元、用于不同电压域转换的电平转换单元以及用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元。包络检波单元输出的包络信号VENV连接到波形整形单元作为其输入，波形整形单元的电源由整形控制单元输出电压VCTL提供，波形整形单元输出信号VREC连接到电平转换单元作为其输入，最终在电平转换单元的输出得到解调输出。本发明结构简单、易于实现，消耗功耗很低，适合于无源RFID标签芯片的数据解调；同时，本电路适用于高速数据通信，具有良好的稳定性和抗噪能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种RFID标签芯片解调电路，具体来说，涉及一种运用包络检波技术来解调读写器发送的100%ASK调制信号的非接触式RFID标签芯片解调电路。
背景技术
ISO/IEC14443TypeA协议规定：阅读器将数据进行100%ASK调制以后通过电磁波发送出去，RFID标签芯片进入阅读器的发射场后需要把已调数据解调出来，以完成接收阅读器发送过来的数据和命令。高精度的解调电路对阅读器与RFID标签间通信至关重要。
100%ASK调制信号的解调方式主要有两种:相干解调和包络检波。相干解调法需要有一个与ASK信号同步的相干载波，提取该载波需锁相环或滤波器，电路结构复杂，芯片面积与功耗都比较大，不适合无源RFID标签芯片。对于100%ASK调制，其包络基本上相当于输入信号的全摆幅变化，高低电压差较大，包络变化明显，可直接采用低通滤波器进行滤波，然后再对信号进行放大整形。对于100%ASK信号采用包络检波方法，能保证解调信号的准确性，而且电路结构简单，面积功耗都比较小。
传统的包络检波电路由电阻R与电容C构成低通滤波电路，滤除高频载波信号。该低通滤波器的时间常数选取必须遵循1/ωC＜＜RC＜＜1/Ω（其中ωC表示频率,Ω表示包络频率）,即滤波器具有通低频阻高频的功能。其中电阻阻值较大，电容值应选得在高频时，其阻抗远小于R，而在低频时，其阻抗则远远大于R。当天线端输入高频信号时，由于负载电容高频阻抗很小，因而高频电压大部分加到二极管上。高频信号电压上升时，二极管导电，并对电容充电，由于二极管导通内阻小，所以电容电压在很短时间内就接近高频电压最大值。高频信号电压下降时，二极管截止，由于电阻阻值很大，电容放电很慢，故电容上的电压跟随着天线电压包络变化。对包络信号进行整形以及电压转换便可得到阅读器发送过来的数据。
但是在无源RFID系统中，RFID标签芯片所处的电磁场场强是变化的，标签芯片天线感应的最高电压也会不断变化；同时，在高速数据通信中，包络检波的波形要跟随调制信号快速变化。传统的包络检波电路显然不适用于这样的场合。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种运用包络检波技术来解调读写器发送的100%ASK调制信号的非接触式RFID标签芯片解调电路，它包括用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元；用于包络波形整形的波形整形单元；用于不同电压域转换的电平转换单元。
它还包括用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元。
所述包络检波单元由MN1、MN2、MN3、MN4和MN5组成，其中，MN1和MN2构成电流镜，其源极接地，MN1的栅极和漏极以及MN2的栅极连接到dm_bias端，由dm_bias提供偏置电压；MN3栅极连接到模拟电压高VHD，其源极接到MN2的漏极，其漏极连接到该单元的输出端VENV；MN4和MN5采用栅漏短接的二极管接法，栅漏端接到天线输入端ant1和ant2，源端接到该单元输出端。
所述波形整形单元由反相器U1、U2、U3和U4组成，其中，包络信号VENV连接到反相器U1的输入端，反相器U2的输出端接到U3，U3输出端接到U2的输入端形成交叉耦合反相器，U2的输入端连接U1的输出端，U2的输出端连接到U4的输入端，反相器U4输出为波形整形单元的输出信号VREC，四个反相器均由VCTL提供工作电压。
所述电平转换单元由反相器U5和U6，以及N沟道MOS管MP1、MP2、MN6和MN7组成，其中，反相器U5输入端接电平转换单元的输入，反相器U5输出端接反相器U6的输入端和N沟道MOS管MN7的栅极，反相器U6输出端接N沟道MOS管MN6的栅极，由模拟高电压VHD提供反相器U5和U6的工作电压，MN6和MN7的源极接地，MN6与MP1漏极相接，MN7与MP2漏极相接，MP1与MP2的源极接到数字电源端VDD，MP2的漏极接MP1的漏极，MP1的栅极接MP2的漏极并作为该单元的输出信号。
所述整形控制单元由开关管M1组成，数字部分的控制信号dm_cn_vdd连接到电平转换单元的输入端，其输出端dm_cn_vhd连接到开关管M1的栅极，M1的源极接到模拟高电平VHD，其漏端为整形控制单元的输出。
本发明的有益效果：本发明的RFID标签芯片解调电路结构简单、易于实现，消耗功耗很低，适合于无源RFID标签芯片的数据解调；同时，本电路适用于高速数据通信中，具有良好的稳定性以及良好的抗噪能力。
附图说明
图1为本发明RFID标签芯片解调电路的功能示意图；
图2为本发明的包络检波单元的电路原理图；
图3为本发明的波形整形单元电路原理图；
图4为本发明的整形控制单元电路原理图；
图5为本发明的电平转换单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步阐述。
如图1所示，本发明的RFID标签芯片解调电路包括用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元、用于包络波形整形的波形整形单元、用于不同电压域转换的电平转换单元以及用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元。其中，包络检波单元输出的包络信号VENV连接到波形整形单元作为其输入，波形整形单元的电源由整形控制单元输出电压VCTL提供，波形整形单元输出信号VREC连接到电平转换单元作为其输入，最终在电平转换单元的输出得到解调输出，并送到数字电路部分。
图2所示为本发明的包络检波单元的电路原理图，它主要由MN1、MN2、MN3、MN4和MN5组成。其中，MN1和MN2构成电流镜，它们的源极都接地，MN1的栅极和漏极以及MN2的栅极连接到dm_bias端，由dm_bias提供偏置电压，MN3栅极连接到模拟电压高VHD，MN3源极接到MN2的漏极，MN3得漏极连接到该单元的输出端VENV，MN4和MN5采用栅漏短接的二极管接法，栅漏端接到天线输入端ant1和ant2，源端接到该单元输出端。包络检波单元具体的工作原理如下：MN1、MN2和MN3连接形成有源电阻，天线信号经过二极管接法的MN4和MN5后，接到由有源电阻与电容C0并联形成的低通滤波器，滤除高频成分，得到包络输出。当天线电压上升时，天线电压通过MN4或MN5迅速向电容C0充电，在天线电压峰值附近，由于MOS管的沟道调制效应，MN2、MN3到地形成低阻通路，大泄放电流便通过有源电阻泄放掉，包络电压在天线峰值电压附近保持比较平缓的波形，而不是达到接近天线峰值的电压；当天线电压下降时，电容C0通过有源电阻的MN2、MN3泄放恒定的电流，包络电压波形下降。这样，在包络波形快速变化的高速数据通信，在保证放电时间常数大于充电时间常数的前提下，不会产生由于滤波电容放电慢而引起的包络对角线失真。
图3所示为本发明的波形整形单元的电路原理图，它主要由反相器U1、U2、U3和U4组成。其中，包络信号VENV连接到反相器U1的输入端，反相器U2的输出端接到U3，U3输出端接到U2的输入端形成交叉耦合反相器，U2的输入端（U3的输出端）连接U1的输出端，U2的输出端（U3的输入端）连接到U4的输入端，反相器U4输出为波形整形单元的输出信号VREC，该单元的四个反相器均由VCTL提供工作电压。包络信号经过了反相器U1，交叉耦合反相器U2和U3以及反相器U4进行三级波形整形最终得到整形输出信号VREC，采用交叉耦合器使信号的条边沿变陡，对信号进一步整形，同时可以提高信号的抗噪能力。
图4所示为本发明的整形控制单元电路原理图，它主要由开关管M1组成。其中，数字部分的控制信号dm_cn_vdd连接到电平转换单元的输入端，其输出端dm_cn_vhd连接到开关管M1的栅极，M1的源极接到模拟高电平VHD，漏端为整形控制单元的输出。当dm_cn_vdd为高电平时，开关管M1导通，VCTL为高电平，波形整形单元正常工作，反之则为低电平，波形整形单元不工作。这样，在标签发送数据的时候可以关闭波形整形单元的电源，减小芯片消耗的电流。
图5所示为本发明的电平转换单元的电路原理图，它主要由反相器U5和U6，以及P沟道MOS管MP1、MP2和N沟道MOS管MN6和MN7组成。其中，反相器U5输入端接电平转换单元的输入，其输出端接反相器U6的输入端和N沟道MOS管MN7的栅极，反相器U6输出端接N沟道MOS管MN6的栅极，由模拟高电压VHD提供反相器U5和U6的工作电压，MN6和MN7的源极接地，MN6与MP1漏极相接，MN7与MP2漏极相接，MP1与MP2的源极接到数字电源端VDD，MP2的漏极接MP1的漏极，MP1的栅极接MP2的漏极并作为该单元的输出信号。当输入为高电平时，MN7截止，MN6导通，输出转换成VDD域的高电平；当输入为低电平时，MN6截止，MN7导通，输出转换成VDD域的低电平。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (1)
1.一种RFID标签芯片解调电路，其特征在于，它包括：
用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元；
用于包络波形整形的波形整形单元；
用于不同电压域转换的电平转换单元，
另外，它还包括用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元，所述整形控制单元由开关管M1组成，数字部分的控制信号dm_cn_vdd连接到电平转换单元的输入端，电平转换单元输出端输出的信号dm_cn_vhd连接到开关管M1的栅极，开关管M1的源极接到模拟高电平VHD，开关管M1的漏端为整形控制单元的输出；
所述包络检波单元由N沟道MOS管MN1、N沟道MOS管MN2、N沟道MOS管MN3、N沟道MOS管MN4和N沟道MOS管MN5组成，其中，N沟道MOS管MN1和N沟道MOS管MN2构成电流镜，N沟道MOS管MN1和N沟道MOS管MN2的源极接地，N沟道MOS管MN1的栅极和漏极以及N沟道MOS管MN2的栅极连接到dm_bias端，由dm_bias提供偏置电压；N沟道MOS管MN3栅极连接到模拟高电平VHD，N沟道MOS管MN3的源极接到N沟道MOS管MN2的漏极，N沟道MOS管MN3的漏极连接到该单元的输出端VENV；N沟道MOS管MN4和N沟道MOS管MN5采用栅漏短接的二极管接法，N沟道MOS管MN4的栅极和漏极接到天线输入端ant2，N沟道MOS管MN5的栅极和漏极接到天线输入端ant1，N沟道MOS管MN4和N沟道MOS管MN5源端均接到该单元输出端；
所述波形整形单元由反相器U1、反相器U2、反相器U3和反相器U4组成，其中，包络检波单元的输出端VENV连接到反相器U1的输入端，反相器U2的输出端接到反相器U3的输入端，反相器U3输出端接到反相器U2的输入端形成交叉耦合反相器，反相器U2的输入端连接反相器U1的输出端，反相器U2的输出端连接到反相器U4的输入端，反相器U4输出为波形整形单元的输出信号VREC，四个反相器均由整形控制单元输出电压VCTL提供工作电压；
所述电平转换单元由反相器U5和U6，以及P沟道MOS管MP1、P沟道MOS管MP2、N沟道MOS管MN6和N沟道MOS管MN7组成，其中，反相器U5输入端接电平转换单元的输入，反相器U5输出端接反相器U6的输入端和N沟道MOS管MN7的栅极，反相器U6输出端接N沟道MOS管MN6的栅极，由模拟高电平VHD提供反相器U5和U6的工作电压，N沟道MOS管MN6和N沟道MOS管MN7的源极接地，N沟道MOS管MN6与P沟道MOS管MP1漏极相接，N沟道MOS管MN7与P沟道MOS管MP2漏极相接，P沟道MOS管MP1与P沟道MOS管MP2的源极接到数字电源端VDD，P沟道MOS管MP2的栅极接P沟道MOS管MP1的漏极，P沟道MOS管MP1的栅极接P沟道MOS管MP2的漏极。
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