CN103124187B - 具有单电源和低共模emi发射的3级桥式驱动器 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，提供了一种具有单电源的电路，以低共模电磁干扰(EMI)发射发射无线信号。由于对称构建电路，该电路可以实现40dB或更大的共模衰减。还包括一种包括发射电路和接收电路的系统和一种使用这样一种系统的方法。

Description

具有单电源和低共模EMI发射的3级桥式驱动器
技术领域
本发明涉及用来驱动射频识别(RFID)天线的方波驱动器。
背景技术
方波驱动器用来驱动射频识别(RFID)天线，因为可以以(具有低功率消耗的)高效方式构建该驱动器。此外，采用方波驱动器是由于相关的高q因子，相对于所存储能量的低比率的能量损耗。天线谐振器的高Q因子可以以足够高的衰减过滤掉方波的失真谐波。
发明内容
根据特定实施例，本公开内容涉及一种电路，该电路包括位于功率接收端子之间的谐振电路和用于耦合来自功率供给端子的不同级别方波电压信号的切换电路。包括上级电压信号、下级电压信号和中级电压信号的方波电压信号使得能量通过谐振电路，进而导致信息信号向外部电路的无线发射。附加地，另一个电路被设计与所述切换电路一起，以消除来自每个功率接收端子的直流路径，并且因此将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号。
本公开内容还涉及一种包括发射电路和接收电路的系统。该发射电路被设计为发射信息信号，并且包括发射谐振电路和切换电路。发射谐振电路位于功率接收端子之间并且被设计无线发射发射电路的信息信号。该发射电路的切换电路将三个不同级别方波电压信号(上级电压信号、下级电压信号和中级电压信号)耦合为使得能量通过发射谐振电路，这导致信息信号的无线发射。发射电路的其它电路与切换电路一起配置以消除来自每个功率接收端子的直流路径。直流路径的消除允许将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号。该系统还包括接收电路，该接收电路被设计为通过利用接收器谐振电路接收信息信号，该接收器谐振电路被配置和设置为无线接收信息信号，以及识别电路，该识别电路被设计为确认发射电路的真实性。
本公开内容的另一方面包括一种使用包括发射电路和接收电路的系统的方法。该方法包括利用发射电路发射信息信号。该发射电路进而包括发射谐振电路、切换电路和其它电路。发射谐振电路位于功率接收端子之间并且无线发射信息信号。在该实施例中使用的切换电路将来白功率供给端子的三个不同级别(包括上级、下级和中级)方波电压信号耦合为使得能量通过发射谐振电路，进而导致信息信号的无线发射。发射电路还包括与切换电路一起设置的电路，以消除来自每个功率接收端子的DC直流路径，并且从而将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号。该方法还包括通过接收电路接收被发射的信息信号。(例如具有无线接收信息信号的接收器谐振电路)的接收电路和用来确认发射电路的真实性的识别电路。
上述讨论并非旨在描述每个实施例或者每一个执行方案。
附图说明
结合所附图示考虑以下详细的描述可以更加全面地理解各种示例实施例，其中：
图1示出根据本公开内容的一个示例实施例的收发机和应答机的系统图；
图2示出根据本公开内容的一个示例实施例的发射和接收电路的电路级系统图；
图3示出根据本公开内容在一个电路级图中的电路的一个示例实施例；
图4示出根据本公开内容的电路的另一个示例实施例的电路级图；
图5A示出本公开内容中的示例电路，包括在电路图中的一个示例反馈回路；
图5B示出本公开内容中的示例电路，包括在电路图中的另一个示例反馈回路；
图6示出根据本公开内容的方波驱动器的一种示例时序图；和
图7示出根据本公开内容的一个电路，包括示例性预中断(break-before-make)保护措施。
具体实施方式
虽然本公开内容能够可以适合各种修改和可替换形式，但是以附图中的示例的方式示出并且详细描述其示例。然而，应该理解地是，不希望将本公开内容限定为所示出和/或所描述的具体实施例。相反地，希望覆盖落入本公开内容的精神和范围之内的所有修改、等同、以及替换物。
本发明的各方面相信可以应用于具有低共模电磁干扰(EMI)发射的桥式驱动器电路的各种不同类型的装置、系统和设置，包括涉及信号的无线发射的那些装置、系统和设置。尽管不必如此限制本发明，然而通过在该情形下讨论示例可以理解本发明的各方面。
根据一个或多个实施例，各种示例实施例涉及在以最大幅度工作时可以实现理论上为0的共模EMI发射的电路、系统和方法。在该电路、系统或方法中平均所接收的功率可以有效地仅仅保持不影响EMI发射的直流分量，并且获得40dB或更大的共模衰减。
在一个示例实施例中，系统包括发射电路和接收电路。发射电路被设计用于发射信息信号。发射电路包括谐振电路和切换电路。发射谐振电路位于功率接收端子之间，并且被设计无线发射发射电路的信息信号。在一些特定实施例中，发射谐振电路具有在约50KHz和约150KHz之间的工作频率。该发射电路的切换电路被配置和设置为将来自功率供给端子的三个不同级别方波电压信号(上级电压信号、下级电压信号和中级电压信号)耦合为使得能量通过发射谐振电路，进而导致信息信号的无线发射。在特定实施例中，发射电路实现40dB或更大的共模衰减。发射电路还包括另一个电路，该另一个电路与切换电路一起配置和设置，并且被设计用于消除来自每个功率接收端子的DC直流路径。DC直流路径的消除将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号。
在该实施例中，系统还包括被设计成接收信息信号的接收电路。接收电路包括接收器谐振电路和识别电路，该接收器谐振电路被配置和设置为无线接收信息信号，该识别电路被设计为确认发射电路的真实性。
在一些特定实施例中，上述系统可以包含在音频放大器中。另外，在另一个示例实施例中，可以在被动无键进入装置采用该系统.在又一个示例实施例中，在无接触充电系统中采用发射电路和接收器谐振电路。
在与本公开内容一致的另一个示例实施例中，电路被设计成包括谐振电路。谐振电路位于两个功率供给端子之间并且被设计用于无线发射信息信号至外部电路。谐振电路还可以具有在约50KHz和约150KHz之间的工作频率。
切换电路还可以被包括用于耦合来自功率供给端子的三个不同级别方波电压信号。在特定实施例中，切换电路会包括两个功率供给端子。方波电压信号包括上级电压信号、下级电压信号和中级电压信号，并且使得能量通过谐振电路，导致信息信号的无线发射。在一些特定实施例中，切换电路还包括被配置为稳定电路的中点电位的反馈回路。在特定实施例中，切换电路包括至少一个开关。另一个电路与切换电路一起配置和设置，用于消除来自每个功率接收端子的DC直流路径，并且因而将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号。
在这里所描述的电路的一些特定实施例中，该电路的共模电磁干扰(EMI)发射可以大约为零。在其它实施例中，电路获得40dB或更大的共模衰减。在一些特定实施例中，切换电路被设计成在转换期间暂停以产生预中断间隙。此外，切换电路另外可以利用比例积分微分控制器(PID控制器)进行控制，并且在又一个其它实施例中，切换电路可以通过混合信号控制器进行控制。
本公开内容还涉及一种使用一个包括发射电路和接收电路的系统的方法。这里所描述的实施例中的方法的特征在于利用发射电路发射信息信号。信息信号的发射由发射电路的元件完成，这些元件包括(可以具有在50KHz和50KHz之间的工作频率的)发射谐振电路、切换电路和另一个电路。发射谐振电路位于功率接收端子之间并且无线发射信息信号。在该实施例中使用的切换电路被配置和设置为将来自功率供给端子的三个不同级别方波电压信号耦合为使得能量通过谐振电路，并且造成信息信号的无线发射。三个不同级别方波电压信号包括上级电压信号、下级电压信号，以及它们之间的中级电压信号。在该方法中使用的发射电路还包括与切换电路一起配置的另一个电路，该另一个电路被设计为消除来自每个功率接收端子的DC直流路径，从而将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号。
该实施例中的方法的特征还在于通过接收电路接收信息信号。接收电路包括无线接收信号的接收器谐振电路和确认发射电路的真实性的识别电路。在特定实施例中，该方法实现40dB或更大的共模衰减。
现在转到附图，图1示出根据本公开内容的一种系统的一个示例实施例。图1示出在发射装置150和接收器装置100之间能量和数据的交换。
图2示出根据本公开内容的一个示例实施例的一种系统。图2示出发射电路205和接收电路295。图2的发射电路205被设计用于发射信息信号。发射电路205包括位于功率接收端子230之间并且被设计为无线发射发射电路205的信息信号的发射谐振电路220。在一些特定实施例中，发射谐振电路220具有在约50KHz和约150KHz之间的工作频率。
作为如图2所示的系统的部分，发射电路还包括多种电路基本形式的切换电路。这些形式可以根据优选执行方案或者应用进行变化。例如，图2中示出的开关控制块可以实现为(例如采用编程微型计算机和/或分立逻辑元件的)逻辑电路，这种逻辑电路可以被视为包括所实现的开关电路，可以视为多个部分，具有(例如开关240的)切换电路和(例如，p型晶体管、n型晶体管开关控制器的)另一个电路部分。
第一种形式被描述为切换电路240和250，其被设计用于将来白功率供给端子200/210的三个不同级别方波电压信号(上级电压信号、(由250导致的)下级电压信号和(由240导致的)中级电压信号)耦合为使得能量通过发射谐振电路220。在特定实施例中，发射电路实现40dB或更大的共模衰减。通过发射谐振电路220的能量导致信息信号的无线发射。
这种切换电路的另一个形式如图2中的发射电路所示。正如所示出的，切换电路包括另一个电路(例如，p型晶体管和n型晶体管、开关240和开关控制器)，该另一个电路被配置和设置为消除来自每个功率供给端子230的DC直流路径。DC直流路径的消除将在功率供给端子230处所接收的功率导向中级电压信号。如图2中所示的系统还包括被设计为接收信息信号的接收电路295。接收电路295包括无线接收信息信号的接收器谐振电路280。附加地，接收电路295包含确认发射电路205的真实性的识别电路290。
图3示出根据本公开内容的一种电路。图3的电路将共模电磁干扰(EMI)发射维持为大约为零，并且实现40dB或更大的共模衰减。图3中所示的电路包括位于两个功率接收端子230之间的谐振电路320。(具有在约50KHz和约150KHz之间的工作频率的)谐振电路320被设计用于将信息信号无线发射至外部电路。图3中所示的电路还包括用于耦合来自功率供给端子300/310的不同级别方波电压信号((均由350导致的)上级电压信号、下级电压信号和(由340导致的)中级电压信号)的切换电路340和350。在特定实施例中，切换电路340包括至少一个开关。在特定实施例中，电路会包括两个功率供给端子300/310。方波电压信号使得能量通过谐振电路320，进而导致信息信号的无线发射。在图3所示的实施例中进一步包括与切换电路340一起设计的另一个电路350，该另一个电路350用于消除来自每个功率接收端子330的DC直流路径，并且因而将在功率接收端子330处所接收的功率导向中级电压信号。
在特定例子中，切换电路被设计为在转换期间暂停以产生预中断间隙。此外，可以采用比例积分微分控制器(PID控制器)附加地控制切换电路，并且在其它实施例中，切换电路可以通过混合信号控制器进行控制。
正如图3中所示的，谐振电路320两端的零伏特条件足以使得功率接收端子(V+和V-)一起短路。因此，电路的功率接收端子330与Vmid没有必然联系。当两个功率接收端子330一起短路时，谐振电路320的最终波形在如图6所示的形式中。然而，在功率接收端子330一起短路的时间间隔期间，驱动插脚的电位是不明确的。更具体地，虽然不存在将在转换间隔期间限定电位的直流路径，最终的电位将会在接近中点电压(VDD的一半)时终结。最终的电位在中点电压上结束，因为以对称方式构建电路导致在功率接收端子330(V+和V-)(包括与地之间的电缆电容)处大约为零的寄生电容。因此，再次参见图3，闭合切换电路340将一个寄生电容器放电至VDD，而将另一个寄生电容器放电至VSS(接地)。此外，当两个电容器均通过切换电路340连接时，公共电位将假设约为VDD的一半。
图4示出根据本公开内容的电路的另一个示例实施例。实现大约为零的共模电磁干扰(EMI)发射的图4中所示的电路包括与切换电路440/450/460一起配置和设置的另一个电路450，用于消除来自功率接收端子430的DC直流路径。所示电路实现40dB或更大的共模衰减。图4中所示的电路具有被包括在切换电路中的两个开关440/460。图4中所示的两个开关440/460被设计用于耦合来自功率供给端子400/410的三个不同级别方波信号。这三个不同级别包括上级电压信号、(450驱动的)下级电压信号和(通过闭合450和460)中级电压信号。切换电路440/460的第二开关460被设计为将电路连接至中点电位470用于稳定。附加地，电路包括位于功率接收端子430之间的谐振电路420。谐振电路420被设计用于将信息信号无线发射至外部电路。图4中所示的谐振电路具有在约50KHz和约150KHz之间的工作频率。来自功率供给端子400/410的方波电压信号使得能量通过谐振电路420，并且导致信息信号的无线发射。
如图4中所示，通过与中点电位Vmid的第二连接可以进一步限定电位。当如图4中所示的两个开关440/460闭合时，谐振电路420电路的主要部分沿着功率接收端子(V+和V-)430之间的路径流经440。电流的一小部分流经460，(最小限度地影响中点电位)。因此，开关460可以具有比440更大的导通电阻。
图5A和5B示出本公开内容中的另一个电路。图5A和5B中所示的电路包括位于功率接收端子530之间的(在约50KHz和约150KHz之间的运行的)谐振电路520。通过使能量通过谐振电路520，谐振电路520响应由功率供给端子500/510产生的方波电压信号无线发射信息信号至外部电路。图5A和5B中所示的电路包括用于耦合不同级别方波电压信号(上级电压信号、(由550驱动的)下级电压信号和(由540导致的)中级电压信号)的切换电路540/550。图5A和5B还示出反馈回路570以进一步稳定电路的中点电位560(由于电荷注入，Vmid节点的偏移会变大)。图5A和5B中所示的电路的切换电路540包括两个开关。如图5A所示，切换电路540的两个开关可以错开，或者，如图5B所示，(在期望完美对称性的情况下，)切换电路540的两个开关可以串联。在图5A和5B的两个电路图中，切换电路540的第二开关将电路连接至其中点电位560。对于图5A和5B的电路，电路的共模电磁干扰(EMI)发射大约为零，并且在40dB或更大的级别上实现共模衰减。
电磁适应性(EMC)规则要求RFID发射器的输出幅度可以控制在一定幅度中。控制幅度的一个方法是提供驱动器的可编程的电源电压。可编程的电源电压是昂贵的，并且典型地实现在5-10之间的相对小的VDD，max/VDD，min比(14dB和20dB之间的共模衰减)。控制RFID发射器的幅度的另一个方法是改变驱动器输出脉冲的宽度和/或相移。这个调制导致更短的时间间隔，在该时间间隔内天线谐振器被主动驱动。
从图6中可以看出，三个级别的方波电压信号被提供至上述的实施例。正如从图6中可以看出的，驱动器模式在每个驱动周期内具有四个台阶，幅度是VDD的一半，(采用三个级别操作两个驱动器输出)。以此方式，输送平均恰好为Vmid的输出信号，因此，没有剩余的共模EMI发射。
在一个切换RFID驱动器电路的执行方案中可以包括短时间隔。这个短时间隔的特征在于“预中断”。这个预中断间隔可以放在驱动谐振电路的模式和将短路应用至电路的模式之间(反之亦然)。没有包括预中断时间间隔可能导致来自电源的过量电流通过仅由晶体管组成的路径。通过晶体管路径的过量电流可以损坏电路电路。在预中断间隔期间，没有执行这两个路径，因此，可以避免过量电流。
没有连接预中断间隙还可能导致电流流经谐振电路的天线线圈，产生高电压。所产生的高电压可能累积直至电路的保护装置(如果包括)启动，或者在没有存在这种保护的情况下损坏驱动器晶体管。此外，高电压可以造成谐振电路失去存储在电路中的能量的有效部分，从而造成天线电流变得失真。
根据本公开内容的另一个具体方面，在功率接收端子与谐振电路并联增加小电容器Cp(以及串联的可选电阻器(Rp))(例如，图7中所示)。在小的预中断间隙期间，电容器(Cp)传导天线电流并且从而避免天线线圈所产生的过量电压。在驱动器被再次启动时，串联电阻器(Rp)，如果存在，限制对并联电容器Cp进行充电的电流。
基于上述讨论和说明，本领域技术人员将会认识到在不严格遵守这里所说明和描述的示例性实施例和应用的情况下可以进行各种修改和变化。此外，可以以不同的组合实现不同实施例的各种特征。这种修改不偏离包括那些在如下权利要求书中阐述的本公开内容的真实精神和范围。

Claims (17)

1.一种发射电路(205)，包括：
谐振电路(220)，位于功率接收端子(230)之间，无线发射信息信号至外部电路；
两个功率供给端子(200，210)，用于提供方波电压信号；
切换电路(240，250)，包括至少一个开关，所述开关用于连接功率接收端子(230)和开关控制，切换电路(240，250)被配置和设置为将两个功率供给端子(200，210)和功率接收端子(230)相耦合并将来自功率供给端子(200，210)的不同级别方波电压信号耦合为使得能量通过谐振电路(220)，进而导致信息信号的无线发射，所述方波电压信号包括上级电压信号、下级电压信号和中级电压信号；和
另一个电路，与所述切换电路一起配置和设置，用于消除来自每个功率接收端子的DC直流路径，从而将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号。
2.如权利要求1所述的电路，其中所述发射电路的共模电磁干扰发射为零。
3.如权利要求1所述的电路，其中发射电路实现40dB或更大的共模衰减。
4.如权利要求1所述的电路，其中所述切换电路还包括反馈回路，所述反馈回路被配置和设置为稳定电路的中点电位。
5.如权利要求1所述的电路，其中所述谐振电路具有在50KHz和150KHz之间的工作频率。
6.如权利要求1所述的电路，其中所述切换电路在转换期间暂停以产生预中断间隙。
7.如权利要求1所述的电路，还包括控制所述切换电路的比例积分微分控制器。
8.如权利要求1所述的电路，还包括控制所述切换电路的混合信号控制装置。
9.一种通信系统，包括：
如前述任一权利要求所述的发射电路；和
接收电路，被配置和设置为接收信息信号，所述接收电路包括接收器谐振电路，被配置和设置为无线接收信息信号，识别电路，被配置和设置为确认发射电路的真实性。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述发射电路和所述接收器谐振电路包含在音频放大器中。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述发射电路和所述接收器谐振电路包含在被动无键进入装置中。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述发射电路和所述接收器谐振电路包含在无接触充电系统中。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述发射电路中的谐振电路具有在50KHz和150KHz之间的工作频率。
14.如权利要求9所述的系统，其中发射电路实现40dB或更大的共模衰减。
15.一种通信系统的使用方法，所述方法包括：
利用发射电路发射信息信号，所述发射电路包括：
发射谐振电路，位于功率接收端子之间，被配置和设置为无线发射信息信号；
两个功率供给端子，用于提供方波电压信号；
切换电路，包括至少一个开关，所述开关用于连接功率接收端子和开关控制，切换电路被配置和设置为将两个功率供给端子和功率接收端子相耦合并将来自功率供给端子的三个不同级别方波电压信号耦合为使得能量通过发射谐振电路，进而导致信息信号的无线发射，所述方波电压信号包括上级电压信号、下级电压信号和中级电压信号；和
另一个电路，与所述切换电路一起配置和设置，用于消除来自每个功率接收端子的DC直流路径，从而将在功率接收端子处接收的功率导向中级电压信号；和
通过接收电路接收信息信号，所述接收电路包括被配置和设置为无线接收信息信号的接收器谐振电路，和被配置和设置为确认发射电路的真实性的识别电路。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述发射电路中的谐振电路具有在50KHz和150KHz之间的工作频率。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述方法实现40dB或更大的共模衰减。
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