CN102262740A - 射频电子标签电路及驱动方法 - Google Patents

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毛军华
方中岳
彭泽忠
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射频电子标签电路及驱动方法，涉及电子技术。本发明包括天线、整流单元、稳压单元、储存器单元和电荷泵，电荷泵与储存器单元连接，其特征在于，天线通过控制开关电路与电荷泵连接。本发明的有益效果是通过天线输入的载波直接驱动电荷泵工作，免去了整流，稳压等过程，达到很好的效率，节省了电路占用面积。

Description

射频电子标签电路及驱动方法
技术领域
本发明涉及电子技术。
背景技术
射频电子标签中通常采用的结构如图1所示，从天线接收的交流载波信号经过整流电路得到直流电压V1给整个芯片使用，V1的电压是随着输入的强弱而在一定范围内变化，所以需要经过稳压电路得到一个固定电压V2，给其他部分使用。其中也包括存储器以及给存储器编程产生高压的电荷泵。经过整流，稳压的过程，由于内阻以及稳压压降等，造成能量损失很大，且当电荷泵输入功率比较大的时候，为了提供较大的输出功率，整流，稳压电路相应的也会较大，占用更多的芯片面积。(基本狄克逊电荷泵原理)对于电荷泵这种有倍增效应的电路来说，输入电压降低单位1，输出电压就会降低N×1(N为级数)，如果电荷泵输入电压较低的话，达到相同的输出电压，往往需要更多的级数，而级数越多，电荷泵的效率也越低。
在射频电子标签中，由于V2是从V1稳压输出，V1会比V2高，因此就会出现先降压再升压的过程，即V1降压得到V2，V2再通过驱动电路转换为方波时钟驱动信号来驱动电荷泵升压，得到高压V3给存储器编程，当电荷泵所需输入功率较大时，驱动电路的驱动能力也要增大，这个时钟驱动信号是电荷泵的主要能量来源。这种过程是一种浪费，且V2电压较低，电荷泵本身也需要更多级数，效率不高。
为了避免先降后升的损失，出现了如图2所示的改进结构。直接采用整流后的电压V1驱动电荷泵，避免了降压损失，且由于V1较高，电荷泵级数较少，效率也更高一些。当然为了在V1变化范围内保证电荷泵的正常工作，相应的增强以及冗余设计必不可少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、占用面积小、驱动能力更强的射频电子标签电路。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，射频电子标签电路，包括天线、整流单元、稳压单元、储存器单元和电荷泵，电荷泵与储存器单元连接，其特征在于，天线通过控制开关电路与电荷泵连接。
所述控制开关电路包括：并联的第一PMOS管和第一NMOS管，二者的输出端接电荷泵，输入端接天线的第一端，并联的第二PMOS管和第二NMOS管，二者的输出端接电荷泵，输入端接天线的第二端，外部控制信号输入端通过反相器接第一PMOS管的控制端和第二PMOS管的控制端，外部控制信号输入端接第一NMOS管的控制端和第二NMOS管的控制端，第一PMOS管和第二PMOS管的衬底接高电位。
所述第一PMOS管和第二PMOS管的衬底接衬底电压偏置电路，所述衬底电压偏置电路包括控制端和输入端连接的第三NMOS管以及控制端和输入端连接的第四NMOS管，第三NMOS管和第四NMOS管的输出端作为衬底电压偏置电路的输出端，并通过电容接地。
本发明还提供一种射频电子标签电路驱动方法，包括下述步骤：1)从天线载波中提取直流电压作为储存器电源；2)从天线载波中产生电荷泵驱动电压，3)电荷泵产生储存器编程所需高压；其特征在于，所述步骤2)中，天线载波仅通过开关传输到电荷泵，直接由天线载波驱动电荷泵。
本发明的有益效果是，通过天线输入的载波直接驱动电荷泵工作，免去了整流，稳压等过程，达到很好的效率，节省了电路占用面积。
附图说明
图1是常用的现有技术电路模块示意图。
图2是现有技术中一种改进技术的电路模块示意图。
图3是本发明的电路模块示意图。
图4是本发明的控制开关电路图。
图5是传输门中PMOS的衬底电压偏置电路图。
图6是传输门中PMOS的衬底电压偏置电路的NMOS实现的电路图。
图7是一个实施例的电路示意图。
具体实施方式
参见图3～5。本发明在天线和电荷泵之间增加一对载波输入控制开关电路，控制载波向电荷泵的输入。现有技术是通过控制时钟开关来关闭或者启动电荷泵。在射频电子标签中，载波本身就是一定频率的周期信号，一般是正弦信号，在整个系统中具有最强的驱动能力。同时载波驱动具有最高的电压，且不需要经过整流电路的阈值压降，内阻损耗，以及稳压压降带来的损耗，具有较高的驱动效率。在高频电子标签中，载波的频率一般为13.56兆赫兹，是一个比较合适的驱动频率。因此，完全可以使用载波直接驱动电荷泵，而省去了众多中间环节，提高了效率，简化了电路结构，减少了电路占用面积，并且能提供比常规结构强得多的驱动能力。
图4表现了载波输入控制开关的一种实现，利用CMOS工艺传输门来实现的(传输门原理)。其中，PMOS的衬底需要置一相对最高电位，使得PMOS能处于正常工作状态，在输入的载波波峰时能完全关断向驱动的输出，在载波波谷时能防止驱动向载波的倒灌。
具体的说，所述控制开关电路包括：
并联的第一PMOS管和第一NMOS管N1，二者的输出端接电荷泵，标记为OUT1；输入端接天线的第一端，标记为IN1；
并联的第二PMOS管P2和第二NMOS管N2，二者的输出端接电荷泵，标记为OUT2；输入端接天线的第二端，标记为IN2；
外部控制信号(CONTR)输入端通过反相器接第一PMOS管P1的控制端和第二PMOS管P2的控制端，
外部控制信号输入端接第一NMOS管N1的控制端和第二NMOS管N2的控制端，
第一PMOS管P1和第二PMOS管P2的衬底接高电位。
图5是给传输门中PMOS衬底置高电压的偏置电路，利用整流电路的特性，当输出静态电流为0时，整流电路的输出可以得到接近载波峰值电压的直流电压，这个直流电压非常适合做传输门PMOS衬底偏置电压。
图6是衬底电压偏置电路的NMOS实现，适用于标准CMOS工艺。第一PMOS管P1和第二PMOS管P2的衬底接衬底电压偏置电路，所述衬底电压偏置电路包括控制端和输入端连接的第三NMOS管N3以及控制端和输入端连接的第四NMOS管N4，第三NMOS管和第四NMOS管的输出端作为衬底电压偏置电路的输出端，并通过电容接地。
作为一个实施例，参见图7。
说明书已经清楚的说明了本发明的原理和必要技术细节，普通技术人员能够依据说明书实施，故不再赘述更具体的电路细节。实施例并非对本发明的权利范围的限制。

Claims (4)

1.射频电子标签电路，包括天线、整流单元、稳压单元、储存器单元和电荷泵，电荷泵与储存器单元连接，其特征在于，天线通过控制开关电路与电荷泵连接。
2.如权利要求1所述的射频电子标签电路，其特征在于，所述控制开关电路包括：
并联的第一PMOS管和第一NMOS管，二者的输出端接电荷泵，输入端接天线的第一端，
并联的第二PMOS管和第二NMOS管，二者的输出端接电荷泵，输入端接天线的第二端，
外部控制信号输入端通过反相器接第一PMOS管的控制端和第二PMOS管的控制端，
外部控制信号输入端接第一NMOS管的控制端和第二NMOS管的控制端，
第一PMOS管和第二PMOS管的衬底接高电位。
3.如权利要求1所述的射频电子标签电路，其特征在于，所述第一PMOS管和第二PMOS管的衬底接衬底电压偏置电路，所述衬底电压偏置电路包括控制端和输入端连接的第三NMOS管以及控制端和输入端连接的第四NMOS管，第三NMOS管和第四NMOS管的输出端作为衬底电压偏置电路的输出端，并通过电容接地。
4.射频电子标签电路驱动方法，包括下述步骤：1)从天线载波中提取直流电压作为储存器电源；2)从天线载波中产生电荷泵驱动电压，3)电荷泵产生储存器编程所需高压；其特征在于，所述步骤2)中，天线载波仅通过开关传输到电荷泵，直接由天线载波驱动电荷泵。
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