CN105634426B - Uhf rfid阅读器功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及了一种UHF RFID阅读器功率放大器，所述功率放大器包括三级放大电路、双共模反馈电路、互补输出电路和偏置电路。三级放大电路由共集共基差分放大电路、折叠式共基差分放大电路和共射差分放大电路组成，双共模反馈电路为折叠式共基差分放大电路和共射差分放大电路提供共模反馈电压。输出电路采用互补输出电路输出信号，偏置电路为三级放大电路和双共模反馈电路提供偏置电压。本发明的三级放大电路的第一级放大电路与第二级放大电路为电路提高增益，第三级放大电路为电路提供大摆幅。本发明双共模反馈电路减小放大电路的共模增益，提高共模抑制比。本发明互补输出电路消除交越失真。

Description

UHF RFID阅读器功率放大器
技术领域
本发明属于模拟电路领域，特别涉及一种UHF RFID阅读器功率放大器。
背景技术
功率放大器广泛应用于电子电路的控制中，应用极其广泛，根据其具体的应用对功率放大器的多种指标如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、最大共模输入电压、共模抑制比、差模输入阻抗、输出摆幅、单位增益带宽、线性与谐波失真等有不同的要求，通常需要根据具体的设计指标重新进行设计优化。
RFID(射频识别)技术利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据已成功应用于生产制造、物流仓储、交通运输、医疗卫生、公共安全等各个领域。它利用射频信号的空间耦合实现无接触式数据传递，并通过信息的相互传递达到识别对象的目的。近年来，RFID技术的不断发展使得阅读器的性能要求越来越高，发射机发射功率与接收机灵敏度的提高都依赖于功率放大器。零中频发射机结构简单，接收机更可以消除镜像频率干扰，易于满足低噪声放大器和混频器线性动态范围的要求，也无需考虑抑制镜频干扰的滤波器与中频信道选择滤波器，结构相对简单，正因为诸多优势，零中频阅读器也备受青睐。
在现在的功率放大电路中通常采用差分放大电路。差分放大电路具有大输出摆幅、无镜像极点等优点，因此可以得到高的闭环速度。
引入共模反馈的两个目的是为输出节点提供稳定的共模电平和减小共模增益，以提高共模抑制比。共模反馈设计时应考虑：只为共模信号提供负反馈回路，而差分信号则没有，即共模反馈不能影响电路的性能，在差分功率放大器中要引入共模反馈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种功率放大器，具有高增益、大摆幅、宽带宽，能够满足UHF RFID阅读器的应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供的功率放大器包括：三级放大电路、双共模反馈电路、互补输出电路和偏置电路。
所述三级放大电路的第一级为共集共基差分放大电路，第二级为折叠式共基差分放大电路，第三级为共射差分放大电路。
所述共集共基差分放大电路为双端输入双端输出差分放大电路，包括差分对管和电流源电路，所述差分对管用于差分信号的输入和差分信号的输出，电流源电路可以作为差分放大电路的有源负载，提供较高的放大倍数，差分对管输出第一差分输出信号。
所述折叠式共基差分放大电路为双端输入双端输出差分放大电路，包括对称差分输入电路和差分输出电路，对称差分输入电路用于输入第一差分输出信号，经过功率放大输出第二差分输出信号。
所述共射差分放大电路为双端输入单端输出差分放大电路，用于输入第二差分输出信号，经过放大输出第三差分输出信号。
所述双共模反馈电路包括两个分支电路，第一分支电路包括两个差分输入端，该两个差分输入端分别接收所述第二差分输出信号中的一个，两个所述第二差分输出信号和第一参考信号比较，输出第一共模反馈电压到所述折叠式共基差分放大电路中用于稳定所述折叠式共基放大电路的共模输出电压；第二分支电路的一个输入端接收由所述第三差分输出信号分压得到的共模信号，将该共模信号与第二参考电压信号进行比较，输出第二共模反馈电压到所述共射差分放大电路中用于稳定所述共射差分放大电路的共模输出电压。
所述互补输出电路为准互补输出级电路，用于接收所述第三差分输出信号，并输出所得信号，该电路可以消除电路中出现的交越失真。
所述偏置电路用于为所述三级放大电路和所述双共模反馈电路提供偏置电压，所述偏置电路提供的偏置电压能为各晶体管提供稳定的静态工作点。
本发明采用三级放大电路的结构，第一级共集共基差分放大电路和第二级折叠式共基差分放大电路可以为电路提供高增益，第三级共射差分放大电路能提供大摆幅，与现有级联功率放大器相比，本发明的三级结构能把增益和摆幅的要求分开处理，能进一步提高增益，增大摆幅。本发明的双共模反馈电路分别为第二级和第三级放大电路提供一个共模反馈电压，且能够实现电压连续实时比较反馈，为第二级和第三级放大电路的输出节点提供稳定的共模电平，减小放大器的共模增益，以提高共模抑制比。本发明使用的准互补输出电路可消除电路中出现的交越失真。
附图说明：
为了更清楚的说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作详细的介绍：
图1是本发明实施例功率放大器的三级放大电路的电路图；
图2是本发明实施例功率放大器的双共模反馈电路的电路图；
图3是本发明实施例功率放大器的互补输出电路的电路图；
图4是本发明实施例功率放大器的偏置电路的电路图。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例功率放大器包括：三级放大电路、双共模反馈电路、互补输出电路和偏置电路。
图1是本发明实施例功率放大器的三级放大电路的电路图；所述三级放大的电路图第一级为共集共基差分放大电路，第二级为折叠式共基差分放大电路，第三级为共射差分放大电路。
所述共集共基差分放大电路包括T1和T2组成的差分对管与T3和T4组成的电流源电路，所述T1管和所述T2管的基极为差分电压信号的输入端，所述T1管和所述T2管的集电极分别输出两路差分电流信号，称为第一差分输出信号。所述T1管和所述T2管的发射极与T5管的集电极相连，所述T5管的发射极接正电源+VCC，所述T5管的基极连接第二偏置电压vbias2。所述T1管的集电极与所述T3管的集电极连接，所述T2管的集电极和所述T4管的集电极连接，所述T3管和T4管的基极相连，共同连接第三偏置电压vbias3，所述T3管和T4管的发射极分别连接电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2的另一端连接负电源-VCC。
所述折叠式共基差分放大电路包括两个基极相连的T6和T7管，所述T6管和T7管的基极相连并连接第四偏置电压vbias4，所述T6管和T7管的发射极接收第一差分输出信号，并分别连接T12管和T13管的集电极，所述T12管和T13管的基极相连，并连接第一共模反馈电压vcmfb1，所述T12管和T13管的发射极都连接负电源-VCC，所述T6管和T7管的集电极连接T8管和T9管的集电极，并输出两路差分电流信号，称为第二差分输出信号vout2，所述T8管和T9管的基极相连，并连接第一偏置电压vbias1，所述T8管和T9管的发射极分别连接T10管和T11管的集电极，所述T10管和T11管的基极相连，并连接第二偏置电压vbias2，所述T10管和T11管的发射极都接正电源+VCC。
所述共射差分放大电路的输入端接收第二差分输出信号，分别在T14管和T15管的基极输入，所述T14管和T15管的发射极分别连接电阻R3和电阻R4，所述电阻R3和电阻R4的另一端连接负电源-VCC，所述T14管和T15管的集电极分别连接T16管和T17管的集电极，并在T17的集电极输出一路信号，称为第三差分输出信号vout3，所述T14管和T15管的集电极分别连接电阻R5和电阻R6，所述电阻R5和电阻R6的另一端相连，在连接处输出共模信号vocm，所述T16管和T17管的基极相连，并连接到第二共模反馈电压vcmfb2，所述T16管和T17管的发射极都接正电源+VCC。
图2是本发明实施例功率放大器的双共模反馈电路的电路图；所述双共模反馈电路包括两个分支电路，第一分支电路包括两个差分输入端，该两个差分输入端分别接收第二差分输出信号的一个，并与第一参考信号rs1比较，并输出第一共模反馈电压vcmfb1到所述折叠式共基差分放大电路中用于稳定共模输出电压；第二分支电路输入端接收第三差分输出信号分压得到的共模信号，将该共模信号与第二参考电压信号进行比较，输出第二共模反馈电压vcmfb2到所述共射差分放大电路中用于稳定所述共射差分放大电路的共模输出电压。
所述双共模反馈电路的第一分支电路包括T18管、T19管、T20管和T21管组成的差分比较对，所述T19管和T20管的基极相连，连接第一参考信号rs1，所述T19管和T20管的集电极相连输出第一共模反馈电压vcmfb1，所述T18管和T19管的发射极相连，连接T22管的集电极，所述T20管和T21管的发射极相连，连接T23管的集电极，所述T22管和T23管的基极相连，连接第二偏置电压vbias2，所述T22管和T23管的发射极都接正电源+VCC。所述T18管和T21管的集电极相连，连接到T25管的集电极与T27管的基极，所述T25管的基极与T24管的基极相连，连接到第四偏置电压vbias4，所述T25管的发射极与所述T27管的集电极相连，所述T24管的发射极与T26管的集电极相连，所述T26管的基极与T28管的集电极相连，都连接到第一共模反馈电压vcmfb1，所述T28管的基极与电阻R7相连，所述电阻R7的另一端、所述T26管、T27管和T28管的发射极都接负电源-VCC。T30管的发射极与T31管的集电极和基极相连，并连接第一参考信号rs1，所述T30管的基极和集电极与T29管的集电极相连，所述T29管的基极连接第二偏置电压vbias2，所述T29管的发射极连接正电源+VCC，所述T31管的发射极连接负电源-VCC。
所述双共模反馈电路的第二分支电路包括T32管和T33管发射极相连组成的第三差分比较对，所述T32管的基极连接共模信号vocm，所述T33管的基极接地，称为第二参考电压rs2，所述T32管的集电极与T34管的集电极和基极相连，所述T33管的集电极和T35管的基极、集电极相连，所述T35管的基极与T36管的集电极相连，都连接到第二共模反馈电压vcmfb2，所述T36管的基极连接电阻R9，所述电阻R9的另一端、T34管、T35管和T36的发射极都接正电源+VCC。所述T32管的发射极连接T37管的集电极，所述T37管的基极连接T38管的集电极，并连接第四偏置电源vbias4，所述T38管的基极连接电阻R8，所述T37管、T38管的发射极和电阻R8的另一端都连接到负电源-VCC。
图3是本发明实施例功率放大器的互补输出电路的电路图；所述互补输出电路包括T39管和T40管组成的互补形式，所述T39管的集电极与所述T40管的基极相连，所述T39管的发射极与T40管的集电极相连，同时连接电阻R10，所述T39管的基极连接T41管的发射极与电阻R12，同时为第三差分输出信号的输入端，所述T41管的基极连接电阻R12的另一端与电阻R13，所述T41管的集电极连接T42管的基极，所述T42管的发射极连接电阻R11，所述电阻R11的另一端与所述电阻R10的另一端相连，并输出所需信号vout，所述电阻R13的另一端与T42管的集电极都接正电源+VCC，所述T40管的发射极连接负电源-VCC。
图4是本发明实施例功率放大器的偏置电路的电路图；所述偏置电路为所述三级放大电路和双共模反馈电路提供偏置电压，所述偏置电路提供的偏置电压可以使晶体管工作在放大区，稳定静态工作点，使其正常工作。所述偏置电压电路包括偏置电流源、第一镜像支路、第二镜像支路、第三镜像支路和第四镜像支路。
所述偏置电流源包括T43管和T44管，所述T43管的集电极和基极与T44管的基极相连，所述T43管和T44管的发射极都接正电源+VCC，所述T44管的集电极与T45管的集电极、基极、T46管的集电极相连，所述T46管的基极连接电阻R14，所述电阻R14的另一端和所述T45管、T46管的发射极都连接负电源-VCC。
所述第一镜像支路包括T47管、T48管、T49管、T50管、T51管和T52管，所述T47管、T48管、T49管、T50管的基极相连，并输出第一偏置电压vbias1，所述T47管的集电极与T48管的发射极相连，所述T48管的集电极与T49管的发射极相连，所述T49管的集电极与所述T50管的发射极相连，所述T50管的集电极与所述T51管的集电极相连，所述T51管的基极与T45管的基极相连，所述T51管的发射极接负电源-VCC，所述T47管的基极与T52管的集电极相连，所述T52管的基极连接电阻R15，所述电阻R15的另一端和T52管、T47的发射极都接正电源+VCC。
所述第二镜像支路包括T53管、T54管和T55管，所述T53管的基极与T54管的集电极相连，并输出第二偏置电压vbias2，所述T53管的发射极接正电源+VCC，所述T53管的集电极与所述T54管的发射极相连，所述T54管的基极连接第一偏置电压vbias1，所述T54管的集电极连接所述T55管的集电极，所述T55管的基极连接所述T51管的基极，所述T55管的发射极接负电源-VCC。
所述第三镜像支路包括T56管、T57管、T58管和T59管，所述T56管的基极连接第二偏置电压vbias2，所述T56管的发射极连接正电源+VCC，所述T56管的集电极连接T57管的发射极，所述T57管的基极连接第一偏置电压vbias1，所述T57管的集电极与所述T58管的集电极相连，T58管的发射极与T59管的基极和集电极连接，并输出第三偏置电压vbias3，所述T59管的发射极连接负电源-VCC。
所述第四镜像支路包括T60管、T61管、T62管、T63管和T64管，所述T60管的基极与T63管的集电极相连，接第二偏置电压vbias2，所述T63管的基极与电阻R16相连，所述T63管的发射极和所述电阻R16的另一端连接正电源+VCC，所述T60管的集电极与T61管的发射极连接，所述T61管基极连接第一偏置电压vbias1，所述T61管的集电极与T62管的集电极、T62管的基极、T64管的集电极相连，并输出第四偏置电压vbias4，所述T62管的基极连接所述T58管的基极，所述T64管的基极连接电阻R17，电阻R17的另一端、T62和T64管的发射极连接负电源-VCC。
本领域技术人员可以理解附图只是一个实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.UHF RFID阅读器功率放大器，其特征在于，包括：三级放大电路、双共模反馈电路、互补输出电路和偏置电路；
所述三级放大电路的第一级为共集共基差分放大电路，第二级为折叠式共基差分放大电路，第三级为共射差分放大电路；
所述共集共基差分放大电路为双端输入双端输出差分放大电路，包括差分对管和电流源电路，所述差分对管用于差分信号的输入和差分信号的输出，所述电流源电路可以作为差分放大电路的有源负载，提供较高的放大倍数，差分对管输出第一差分输出信号；
所述折叠式共基差分放大电路为双端输入双端输出差分放大电路，包括对称差分输入电路和差分输出电路，所述对称差分输入电路用于输入第一差分输出信号，经过功率放大输出第二差分输出信号；
所述共射差分放大电路为双端输入单端输出差分放大电路，用于输入第二差分输出信号，经过放大输出第三差分输出信号；
所述双共模反馈电路包括两个分支电路，第一分支电路和第二分支电路；第一分支电路包括两个差分输入端，该两个差分输入端分别接收所述第二差分输出信号中的一个，两个所述第二差分输出信号和第一参考信号比较，输出第一共模反馈电压到所述折叠式共基差分放大电路中用于稳定所述折叠式共基放大电路的共模输出电压；第二分支电路的一个输入端接收所述第三差分输出信号分压得到的共模信号，将该共模信号与第二参考电压信号进行比较，输出第二共模反馈电压到所述共射差分放大电路中用于稳定所述共射差分放大电路的共模输出电压；
所述互补输出电路为准互补输出级电路，用于接收所述第三差分输出信号，并输出所得信号，该电路可以消除电路中出现的交越失真；
所述偏置电路包括四个镜像支路。
2.根据权利要求1所述UHF RFID阅读器功率放大器，其特征在于：所述偏置电路用于为所述三级放大电路和所述双共模反馈电路提供偏置电压，所述偏置电路提供的偏置电压能为各晶体管提供稳定的静态工作点，所述偏置电路包括四个镜像电路，第一镜像电路提供第一偏置电压vbias1，第二镜像电路提供第二偏置电压vbias2，第三镜像电路提供第三偏置电压vbias3，第四镜像电路提供第四偏置电压vbias4。
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MITE circuits: the continuous-time counterpart to switched-capacitor circuits;J.Ramirez-Angulo et al;《IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing》;20010131;第48卷(第1期);45-55页 *
UHF RFID阅读器中增益可控驱动放大器的设计;刘盛富等;《微电子学》;20110831;第41卷(第4期);506-509页 *
功率可程控的UHF RFID读写器的研制;李建雄等;《天津工业大学学报》;20141231;第33卷(第6期);51-56页 *

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