CN104579175B - 射频识别中的负载调制电路 - Google Patents

射频识别中的负载调制电路 Download PDF

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    • H04B5/77—

Abstract

本发明公开了一种射频识别中的负载调制电路，包括一与耦合电路相连接的第一负载调制模块的第二负载调制模块；在小场强时，负载调制的工作主要由第一负载调制模块完成，第二负载调制模块对负载调制波形和负载调制深度的贡献远小于第一负载调制模块；随着场强的增加，第一负载调制模对负载调制波形和负载调制深度的贡献逐渐减小；随着场强的增加，在可变电压的控制下，第二负载调制模块对负载调制波形和负载调制深度的贡献逐渐增加；在大场强时，负载调制的工作主要由第二负载调制模块完成。本发明能较好的改善大场强下的负载调制波形和负载调制深度，提升射频识别卡片的兼容性，保证射频识别卡片和读卡机之间的正常通讯。

Description

射频识别中的负载调制电路
技术领域
本发明涉及模拟集成电路负载调制电路领域，特别是涉及一种射频识别中的负载调制电路。
背景技术
在射频识别中，射频识别卡片需要耦合读卡机发出来的模拟信号，并经卡片中射频电路解调出读卡机发出的数据再送给数字电路处理。数字电路将处理后的数据再经过负载调制电路返回给读卡机，这就完成了整个通讯过程。将数据返回给读卡机的过程就是负载调制，负载调制的波形和负载调制深度不好，会影响读卡机对数据的解调；因此负载调制电路非常重要和关键，在各个场强下都应具有较好的负载调制波形和较大的负载调制深度。
参见图1所示，现有的负载调制电路，由NMOS晶体管MN1～MN3，反相器INV1组成。其中，NMOS晶体管MN3就相当于一个开关，调制的时候就导通，不调制的时候就关闭，DIN是负载调制信号，由数字电路提供并控制。NMOS晶体管MN3的导通和关闭会影响着天线上的信号，当NMOS晶体管MN3导通时，天线上的信号被拉下来，形成一个凹槽，一个一个的凹槽信号就是负载调制波形，这些负载调制波形中带有数据，最后再由读卡机解调出来。图1中电感L1、L2，电容C1组成耦合电路。将输入信号IN电感L1、L2耦合到卡片端，并且也能将卡片端的负载调制波形耦合到读卡机端。
这种结构的优点是简单，容易实现，工作在小场强下，负载调制波形和负载调制深度都还不错；缺点是工作在大场强下，负载调制波形和负载调制深度都变差，很多读卡机都难以正确解调其数据，或者容易导致读卡机解调错误。如果读卡机解调出错，整个通讯也就失败了。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种射频识别中的负载调制电路，能较好的改善大场强下的负载调制波形和负载调制深度，提升射频识别卡片的兼容性，保证射频识别卡片和读卡机之间的正常通讯。
为解决上述技术问题，本发明的射频识别中的负载调制电路，包括一与耦合电路相连接的第一负载调制模块；其中，还包括：
一与所述耦合电路相连接的第二负载调制模块；在设定的小场强时，负载调制的工作主要由第一负载调制模块完成，第二负载调制模块对负载调制波形和负载调制深度的贡献远小于第一负载调制模块；随着场强的增加，第一负载调制模对负载调制波形和负载调制深度的贡献逐渐减小；随着场强的增加，控制第二负载调制模块的可变电压也逐渐增加，在该可变电压的控制下，第二负载调制模块对负载调制波形和负载调制深度的贡献逐渐增加；在设定的大场强时，负载调制的工作主要由第二负载调制模块完成，第一负载调制模块对负载调制波形和负载调制深度的贡献远小于第二负载调制模块；
所述第二负载调制模块由第四NMOS晶体管，第五NMOS晶体管，第六NMOS晶体管，第一PMOS晶体管，第二反相器和第三反相器组成；
第四NMOS晶体管的漏极与耦合电路中第二电感的一端相连接，第五NMOS晶体管的漏极与耦合电路中第二电感的另一端相连接；第四NMOS晶体管的源极与第五NMOS晶体管的源极接地；第四NMOS晶体管的栅极与第五NMOS晶体管的栅极相连接，其连接的节点记为端点A；第一PMOS晶体管的源极输入可变电压VLIM，该可变电压VLIM由限幅电路提供；第一PMOS晶体管的漏极与第六NMOS晶体管的漏极与所述端点A相连接，第六NMOS晶体管的源极接地；第二反相器的输入端与第六NMOS晶体管的栅极相连接，并输入控制信号DIN；第二反相器的输出端与第三反相器的输入端相连接，第三反相器的输出端与第一PMOS晶体管的栅极相连接。
本发明的负载调制电路，是在现有的负载调制电路基础上，再加一路负载调制模块，即通过一个随场强变化的电压来控制这路负载调制模块。当工作在小场强时，传统的负载调制电路正常工作，新加的负载调制模块由于其控制电压值比较小，负载调制管开启较小，对负载调制的作用比较有限，因此在小场强下，主要由现有的负载调制模块完成信号的负载调制。当工作场强增加时，现有的负载调制模块仍然工作，但是此时的负载调制波形和负载调制深度都不是很理想，对负载调制波形和负载调制深度的贡献随着场强增加而逐渐减小，而在新加的负载调制模块中，由于对其控制的可变电压随着场强增加而增加，负载调制管也随着其控制的可变电压增加而逐渐的开启，于是新加的负载调制模块也开始工作，并对负载调制波形和负载调制深度作出贡献。当工作场强继续增加时，比如到7.5A/m时，由于场强很大，天线两端的电压值也很大，现有的负载调制模块已经饱和，对负载调制波形和负载调制深度贡献很小，而在新加的负载调制模块中，其控制电压已经很大，也就是说负载调制管开启的非常充分，负载调制波形和负载调制深度也较理想因此在大场强下，负载调制工作主要由新加的负载调制模块完成。
改进后的负载调制电路不仅在小场强下能产生较好的负载调制波形和较大的负载调制深度，在大场强下也能产生较好的负载调制波形和较大的负载调制深度；能较好的改善大场强下的负载调制波形和负载调制深度。进而能够较大的提升射频识别卡片的兼容性，使得其兼容各种读卡机，从而保证射频识别卡片和读卡机之间的正常通讯。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有的负载调制电路原理图；
图2是所述射频识别中的负载调制电路一实施例原理图。
具体实施方式
参见图2所示，所述射频识别中的负载调制电路具有两个负载调制模块，即第一负载调制模块和第二负载调制模块。两个负载调制模块均与耦合电路相连接。限幅电路为第二负载调制模块提供一个可变电压VLIM。该可变电压VLIM会随着场强的变化而变化。当工作在小场强时，可变电压VLIM的电压值较低，随着场强的增加，其电压值也随着增加。当工作在大场强时，该可变电压VLIM的电压值也随着增大，这样就可控制第二负载调制模块更多的参与负载调制工作。
所述耦合电路由电感L1，电感L2和第一电容C1组成。第一电容C1并联在电感L2的两端，输入信号IN通过电感L1和电感L2耦合到射频识别卡片端，并与第一电容C1发生谐振，产生较高的谐振电压；同时将载波信号和包络信号从读卡机端耦合到射频识别卡片端。解调电路从包络信号中解调出对应的数字信号，送给数字电路处理。数字电路处理后的数据也需要通过耦合电路将其从射频识别卡片端耦合到读卡机端。数字电路处理后的数据从射频识别卡片端耦合到读卡机端是以负载调制的方式进行的，即数字电路通过控制第一负载调制模块和第二负载调制模块的控制信号DIN端的电压值来实现负载调制。
第一负载调制模块与图1中现有的负载调制电路结构完全相同，参与所有场强下的负载调制，但是对大场强下的负载调制贡献较小。
第一负载调制模块由第一NMOS晶体管MN1，第二NMOS晶体管MN2，第三NMOS晶体管MN3和第一反相器INV1组成。
第一NMOS晶体管MN1的栅极和漏极与耦合电路中电感L2的一端ANT1端相连接，第二NMOS晶体管MN2的栅极和漏极与耦合电路中电感L2的另一端ANT2端相连接。第一NMOS晶体管MN1的源极与第二NMOS晶体管MN2的源极和第三NMOS晶体管MN3的漏极相连接。第一反相器INV1的输入端输入控制信号DIN，该控制信号DIN由数字电路提供。第一反相器INV1的输出端与第三NMOS晶体管MN3的栅极相连接，第三NMOS晶体管MN3的源极接地。
第二负载调制模块是新增加的一路负载调制模块，它对负载调制的贡献更多的体现在大场强下。
第二负载调制模块由第四NMOS晶体管MN4，第五NMOS晶体管MN5，第六NMOS晶体管MN6，第一PMOS晶体管MP1，第二反相器INV2和第三反相器INV3组成。
第四NMOS晶体管MN4的漏极与耦合电路中电感L2的一端ANT1端相连接，第五NMOS晶体管MN5的漏极与耦合电路中电感L2的另一端ANT2端相连接。第四NMOS晶体管MN4的源极与第五NMOS晶体管MN5的源极接地。第四NMOS晶体管MN4的栅极与第五NMOS晶体管MN5的栅极相连接，其连接的节点记为端点A。第一PMOS晶体管MP1的源极输入可变电压VLIM，该可变电压VLIM由限幅电路提供。第一PMOS晶体管MP1的漏极与第六NMOS晶体管MN6的漏极与所述端点A相连接，第六NMOS晶体管MN6的源极接地。第二反相器INV2的输入端与第六NMOS晶体管MN6的栅极相连接，并输入控制信号DIN。第二反相器INV2的输出端与第三反相器INV3的输入端相连接，第三反相器INV3的输出端与第一PMOS晶体管MP1的栅极相连接。
所述限幅电路的作用主要是保证图2中B点的电压稳定，另外在本实施例中还将为第二负载调制模块提供一可变电压VLIM。
所述限幅电路由第七NMOS晶体管MN7，第八NMOS晶体管MN8，第九NMOS晶体管MN9，第十NMOS晶体管MN10，第十一NMOS晶体管MN11，第十二NMOS晶体管MN12，第十三NMOS晶体管MN13和第一电阻R1组成。第七NMOS晶体管MN7的栅极和漏极与耦合电路中电感L2的一端ANT1端相连接，第八NMOS晶体管MN8的栅极和漏极与耦合电路中电感L2的另一端ANT2端相连接。第七NMOS晶体管MN7的源极与第八NMOS晶体管MN8的源极相连接，其连接节点记为端点B。第九NMOS晶体管MN9的源极、第十二NMOS晶体管MN12的源极和第十三NMOS晶体管MN13的漏极与所述端点B相连接。第九NMOS晶体管MN9的栅极和漏极与第十二NMOS晶体管MN12的栅极以及第十NMOS晶体管MN10的源极相连接。第十NMOS晶体管MN10的栅极和漏极与第十一NMOS晶体管MN11的源极相连接。第十一NMOS晶体管MN11的栅极和漏极接地。第十二NMOS晶体管MN12的漏极与第一电阻R1的一端和第十三NMOS晶体管MN13的栅极相连接，该连接节点的电压即为可变电压VLIM。第十三NMOS晶体管MN13的源极接地。当B点电压升高并大于第九NMOS晶体管MN9、第十NMOS晶体管MN10和第十一NMOS晶体管MN11的阈值电压之和时，可变电压VLIM的电压值就升高，并逐渐打开第十三NMOS晶体管MN13泄放多余电流，随之B点电压将降低，最后稳定在第九NMOS晶体管MN9、第十NMOS晶体管MN10和第十一NMOS晶体管MN11的阈值电压之和的电压值上。因此，可变电压VLIM的电压值是随着场强变化而变化的，场强小，可变电压VLIM的电压值就小，场强大，可变电压VLIM的电压值就变大。
在小场强时，当调制控制信号DIN为低电平时，第一负载调制模块中的第三NMOS晶体管MN3就导通开启，控制第一NMOS晶体管MN1和MN2开始负载调制。此时，第一负载调制模块起着决定性的作用，它本身就能提供较好的负载调制波形和负载调制深度。而第二负载调制模块中，当调制控制信号DIN为低电平时，第六NMOS晶体管MN6首先被关闭，第一PMOS晶体管MP1导通，顺利将限幅电路提供的可变电压VLIM传输到A点，A点电压就控制着NMOS晶体管MN4和MN5的关闭和导通，于是第二负载调制模块也开始了负载调制。但是由于是小场强，可变电压VLIM的电压值较低，也就是说A点电压比较低，因此NMOS晶体管MN4和MN5的开启很小，或者还没有开启，所以此时第二负载调制模块对负载调制波形和负载调制深度的贡献较小。
随着工作场强增加，第一负载调制模块仍然正常工作，仍然可以提供一定程度的负载调制波形和负载调制深度，但是此时的负载调制波形和负载调制深度都不是很理想，对负载调制波形和负载调制深度的贡献随着场强增加而逐渐减小。而第二负载调制模块由于其控制电压随着场强增加而增加，当限幅电路提供的可变电压VLIM增加时，A点电压值也增加，也就是说NMOS晶体管MN4和MN5就逐渐的导通和开启，更多的参与了负载调制工作。此时的负载调制波形和负载调制深度由两个负载调制电路共同决定，其贡献大小随着场强的变化而变化。场强小，第二负载调制模块的贡献就小，场强大，第二负载调制模块的贡献就增加。
当工作场强继续增大时，比如到7.5A/m时，由于场强很大，天线两端的电压值也很大，负载调制电路1已经饱和，对负载调制波形和负载调制深度贡献很小。而在第二负载调制模块中，其控制电压已经很大，也就是说负载调制管开启的非常充分，负载调制波形和负载调制深度也较理想，因此在大场强下，负载调制工作主要由第二负载调制模块决定，第一负载调制模块的贡献较小。因此本发明的负载调制电路不仅在小场强下的负载调制波形和负载调制深度好，中间场强和大场强下的负载调制波形和负载调制深度也很好。
射频识别卡片的工作场强一般是1.5A/m～7.5A/m。对于不同类型的射频识别卡片，其定义的大场强可能差别很大，一般情况下当场强为6A/m以上时可以认为是大场强，或者当场强为7A/m以上时可以认为是大场强。
类似的对于不同类型的射频识别卡片，其定义的小场强也可能差别很大。例如场强小于1.5A/m时可以认为是小场强。
虽然本发明利用具体的实施例进行说明，但是对实施例的说明并不限制本发明的范围。本领域内的熟练技术人员通过参考本发明的说明，在不背离本发明的精神和范围的情况下，容易进行各种修改或者可以对实施例进行组合。

Claims (4)

1.一种射频识别中的负载调制电路，包括一与耦合电路相连接的第一负载调制模块；其特征在于，还包括：
一与所述耦合电路相连接的第二负载调制模块；在设定的小场强时，负载调制的工作主要由第一负载调制模块完成；随着场强的增加，第一负载调制模对负载调制波形和负载调制深度的贡献逐渐减小；随着场强的增加，控制第二负载调制模块的可变电压也逐渐增加，在该可变电压的控制下，第二负载调制模块对负载调制波形和负载调制深度的贡献逐渐增加；在设定的大场强时，负载调制的工作主要由第二负载调制模块完成；当场强为6A/m以上时认为是大场强，当场强小于1.5A/m时认为是小场强；
所述第二负载调制模块由第四NMOS晶体管(MN4)，第五NMOS晶体管(MN5)，第六NMOS晶体管(MN6)，第一PMOS晶体管(MP1)，第二反相器(INV2)和第三反相器(INV3)组成；
第四NMOS晶体管(MN4)的漏极与耦合电路中第二电感(L2)的一端(ANT1)相连接，第五NMOS晶体管(MN5)的漏极与耦合电路中第二电感(L2)的另一端(ANT2)相连接；第四NMOS晶体管(MN4)的源极与第五NMOS晶体管(MN5)的源极接地；第四NMOS晶体管(MN4)的栅极与第五NMOS晶体管(MN5)的栅极相连接，其连接的节点记为端点A；第一PMOS晶体管(MP1)的源极输入可变电压VLIM，该可变电压VLIM由限幅电路提供；第一PMOS晶体管(MP1)的漏极与第六NMOS晶体管(MN6)的漏极与所述端点A相连接，第六NMOS晶体管(MN6)的源极接地；第二反相器(INV2)的输入端与第六NMOS晶体管(MN6)的栅极相连接，并输入控制信号DIN；第二反相器(INV2)的输出端与第三反相器(INV3)的输入端相连接，第三反相器(INV3)的输出端与第一PMOS晶体管(MP1)的栅极相连接。
2.如权利要求1所述的负载调制电路，其特征在于：
所述耦合电路由第一电感(L1)，第二电感(L2)和第一电容(C1)组成；第一电容(C1)并联在第二电感(L2)的两端，输入信号IN通过第一电感(L1)和第二电感(L2)耦合到射频识别卡片端，并与第一电容C1发生谐振，产生谐振电压；同时将载波信号和包络信号从读卡机端耦合到射频识别卡片端；数字电路处理后的数据也需要通过耦合电路将其从射频识别卡片端耦合到读卡机端。
3.如权利要求1或2所述的负载调制电路，其特征在于：
所述第一负载调制模块由第一NMOS晶体管(MN1)，第二NMOS晶体管(MN2)，第三NMOS晶体管(MN3)和第一反相器组成；
第一NMOS晶体管(MN1)的栅极和漏极与耦合电路中第二电感(L2)的一端(ANT1)相连接，第二NMOS晶体管(MN2)的栅极和漏极与耦合电路中第二电感(L2)的另一端(ANT2)相连接；第一NMOS晶体管(MN1)的源极与第二NMOS晶体管(MN2)的源极和第三NMOS晶体管(MN3)的漏极相连接；第一反相器(INV1)的输入端输入控制信号DIN，该控制信号DIN由数字电路提供；第一反相器(INV1)的输出端与第三NMOS晶体管(MN3)的栅极相连接，第三NMOS晶体管(MN3)的源极接地。
4.如权利要求1所述的负载调制电路，其特征在于：
所述限幅电路由第七NMOS晶体管(MN7)，第八NMOS晶体管(MN8)，第九NMOS晶体管(MN9)，第十NMOS晶体管(MN10)，第十一NMOS晶体管(MN11)，第十二NMOS晶体管(MN12)，第十三NMOS晶体管(MN13)和第一电阻(R1)组成；
第七NMOS晶体管(MN7)的栅极和漏极与耦合电路中第二电感(L2)的一端(ANT1)相连接，第八NMOS晶体管(MN8)的栅极和漏极与耦合电路中第二电感(L2)的另一端(ANT2)相连接；第七NMOS晶体管(MN7)的源极与第八NMOS晶体管(MN8)的源极相连接，其连接节点记为端点B；第九NMOS晶体管(MN9)的源极、第十二NMOS晶体管(MN12)的源极和第十三NMOS晶体管(MN13)的漏极与所述端点B相连接；第九NMOS晶体管(MN9)的栅极和漏极与第十二NMOS晶体管(MN12)的栅极以及第十NMOS晶体管(MN10)的源极相连接；第十NMOS晶体管(MN10)的栅极和漏极与第十一NMOS晶体管(MN11)的源极相连接；第十一NMOS晶体管(MN11)的栅极和漏极接地；第十二NMOS晶体管(MN12)的漏极与第一电阻R1的一端和第十三NMOS晶体管(MN13)的栅极相连接，即连接节点的电压即为可变电压VLIM；第十三NMOS晶体管(MN13)的源极接地。
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