CN106599972B - 超高频rfid标签芯片阻抗自适应电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路及其实现方法，该电路包括：可变电容，一端连接标签天线和整流器，另一端接电荷泵电路输出；整流器，将天线接收的射频能量转变为直流电压，其输出端连接后续电路、控制电路；控制电路，一端连接整流器输出，另一端连接电荷泵，根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电；电荷泵，在控制电路的控制下对电容进行充放电；固定电容，一端连接可变电容与所述电荷泵，另一端接地，稳定V1点电压。本发明可以在电路功耗开销很小的情况下实现阻抗自动调节功能。

Description

超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路及其实现方法

技术领域

本发明涉及射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术，特别是涉及一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路及其实现方法。

背景技术

对于一个超高频RFID标签而言，标签天线与标签芯片阻抗匹配程度会直接影响到标签的读写距离，在应用中我们总希望标签芯片阻抗与天线阻抗能做到最佳匹配从而使得标签处于最佳工作状态，然而标签在实际使用过程中外界环境而变化、工艺封装寄生、环境温度等等都会不同程度的影响到标签天线与芯片之间的阻抗匹配。当标签因为匹配恶化而性能下降时，希望通过芯片的自动调节将匹配校正回来，由此标签芯片自动阻抗匹配技术应运而生。

传统的自动阻抗匹配技术不适用于无源标签，因为它们都是基于有源的收发机。譬如，传统的自动阻抗匹配系统中阻抗失配探测器的关键部分—功率检测电路始终需要电源才能正常工作。目前针对超高频RFID标签的自动阻抗技术主要是有两种：1)基于整流器方案：天线与芯片的阻抗的匹配程度影响到整流器的输出，匹配程度越好，整流器的输出电压越高。该方案由可调阻抗网络、整流器、比较器和逻辑电路组成，采用数字化的调节方式，工作时不断调节可调阻抗网络并比较整流器输出电压，最终选取最大输出电压时的阻抗值；2)标签雷达散射截面的方案：方案是利用读写器对标签的反射信号强度对标签阻抗可调阻抗网络的选取，但是阅读器接收功率是由标签的雷达散射截面决定，而标签的雷达散射截面虽然与标签匹配密切相关，但是并非等价的关系，这给实际的应用带了了一定的困难。因此，实有必要提出一种技术手段，以解决上述问题。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路及其实现方法，其可以在电路功耗开销很小的情况下实现阻抗自动调节功能。

为达上述及其它目的，本发明提出一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路，至少包括：

可变电容，一端连接标签天线和整流器，另一端接电荷泵电路输出；

整流器，将天线接收的射频能量转变为直流电压，其输出端连接后续电路、控制电路；

控制电路，一端连接整流器，另一端连接电荷泵，根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电；

电荷泵，在控制电路的控制下对电容进行充放电；

电容，一端连接可变电容与所述电荷泵，另一端接地。

进一步地，所述电路还包括一定时器，所述定时器用于产生控制所述控制电路工作的工作信号，其一端接所述整流器的输出端，另一端接所述控制电路。

进一步地，所述电荷泵包括一PMOS开关、第一电流源、第二电流源及一NMOS开关，所述电荷泵PMOS开关、NMOS管开关的栅极与所述控制电路输出相连，所述PMOS开关的漏极串联所述第一电流源，所述NMOS开关的漏极串联所述第二电流源，所述第一电流源的另一端和所述第二电流源的另一端相连组成输出节点，该输出节点连接所述电容的一端和所述可变电容一端，所述NMOS开关的源极接地，所述PMOS开关源极接电源电压。

为达到上述目的，本发明还提供一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应的实现方法，包括如下步骤：

步骤一，利用整流器将天线接收的射频能量转变为直流电压输出至控制电路；

步骤二，控制电路根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电；

步骤三，根据电荷泵对电容的充放电，与电容串联的可变电容的电容相应改变，导致标签芯片输入端阻抗变化，阻抗变化使整流器的输出电压变化。

与现有技术相比，本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路及其实现方法利用控制电路根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电，根据电荷泵对电容的充放电，与电容串联的可变电容的电容相应改变，导致标签芯片输入端阻抗变化，阻抗变化使整流器的输出电压VDD变化，进而达到对标签芯片阻抗达到自适应调节的作用，本发明可以在电路功耗开销很小的情况下实现阻抗自动调节功能。

附图说明

图1为本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路之较佳实施例的电路结构图；

图2为本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应的实现方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路的电路结构图。如图1所示，本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路，包括：可变电容20、电荷泵30、整流器40、控制电路50、定时器60以及电容70。

其中，标签的天线10连接可变电容20的正端和整流器40的输入端，可变电容20用于调节阻抗；整流器40将天线10接收的射频能量转变为直流电压，其输出端VDD连接至后续电路(未示出)、控制电路50及定时器60一端；定时器60用于产生控制控制电路50工作的工作信号，一端连接整流器输出，另一端连接控制电路；控制电路50，一端连接整流器40，一端连接定时器60，另一端连接电荷泵30，用于根据整流器的输出电压控制电荷泵30充放电；电荷泵30用于将脉冲信号转变为模拟电压信号，其包括PMOS开关PMOS1、电流源I1-2及NMOS开关NMOS1，电荷泵30的PMOS开关PMOS1的栅极、NMOS开关NMOS1的栅极与控制电路50的输出相连，PMOS开关PMOS1的漏极串联电流源I1，NMOS开关NMOS1的漏极串联电流源I2＝I，电流源I1＝I的另一端和电流源I2的另一端相连组成输出节点V1，该输出节点V1连接电容70之一端和可变电容20的另一端，电容70的另一端和NMOS开关NMOS1的源极接地，PMOS开关PMOS1源极接电源电压。

以下具体地说明本发明的工作原理：

当天线10接收到读写设备(阅读器)发射的能量时，整流器40开始工作，输出直流电压VDD，定时器60开始工作开启控制电路50，阻抗自适应开始工作。初始工作时假设控制电路50首先打开电荷泵的PMOS管，电荷泵30电源通过PMOS开关PMOS1以恒定电流I1向电容C0(70)充电，节点V1电压上升，该节点电压同时施加于可变电容CT之一端，这样可变电容CT(20)电容变小，该电容改变导致从天线向右看的输入阻抗发生改变，若该改变使得整流器40输出电压VDD上升，则控制电路继续打开PMOS1管对V1进行充电，节点V1进一步上升进而改变输入阻抗和整流器输出电压VDD；反之，若V1点电压上升导致VDD出现下降，则控制电路50控制NMOS开关NMOS1导通，电容C0将通过NMOS开关NMOS1放电，从而节点V1电压下降，若干阻抗调整周期后，整流器40输出将获得一最高电压，阻抗自适应调整结束，定时器关闭控制电路50。

图2为本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应的实现方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应的实现方法，包括如下步骤：

步骤201，整流器将天线接收的射频能量转变为直流电压输出至控制电路；

步骤202，控制电路根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电；

步骤203，根据电荷泵对电容的充放电，与电容串联的可变电容的电容相应改变，导致标签芯片输入端阻抗变化，阻抗变化使整流器的输出电压VDD变化。

可见，本发明一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路及其实现方法利用控制电路根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电，根据电荷泵对电容的充放电，与电容串联的可变电容的电容相应改变，导致标签芯片输入端阻抗变化，阻抗变化使整流器的输出电压VDD变化，进而达到对标签芯片阻抗达到自适应调节的作用，本发明可以在电路功耗开销很小的情况下实现阻抗自动调节功能。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)可连续调节。

2)功耗低，工作时功耗低于1uW。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (3)

1.一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路，至少包括：

可变电容，一端连接标签天线和整流器，另一端接电荷泵电路输出；

整流器，将天线接收的射频能量转变为直流电压，其输出端连接后续电路、控制电路；

控制电路，一端连接整流器，另一端连接电荷泵，根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电；

电荷泵，包括一PMOS开关、第一电流源、第二电流源及一NMOS开关，所述PMOS开关、NMOS管开关的栅极与所述控制电路输出相连，所述PMOS开关的漏极串联所述第一电流源，所述NMOS开关的漏极串联所述第二电流源，所述第一电流源的另一端和所述第二电流源的另一端相连组成输出节点，该输出节点连接一电容的一端和所述可变电容一端，所述NMOS开关的源极接地，所述PMOS开关源极接电源电压，所述电荷泵在所述控制电路的控制下对电容进行充放电；

电容，一端连接可变电容与所述电荷泵，另一端接地；

所述电荷泵在所述控制电路的控制下对电容进行充放电，使得与电容串联的可变电容的电容相应改变，导致标签芯片输入端阻抗变化，该阻抗变化则令所述整流器的输出电压相应变化，从而对标签芯片阻抗实现自适应调节。

2.如权利要求1所述的一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应电路，其特征在于：所述电路还包括一定时器，所述定时器用于产生控制所述控制电路工作的工作信号，其一端接所述整流器的输出端，另一端接所述控制电路。

3.一种超高频RFID标签芯片阻抗自适应的实现方法，包括如下步骤：

步骤一，利用整流器将天线接收的射频能量转变为直流电压输出至控制电路；

步骤二，控制电路根据整流器的输出电压控制电荷泵充放电，所述电荷泵包括一PMOS开关、第一电流源、第二电流源及一NMOS开关，所述PMOS开关、NMOS管开关的栅极与所述控制电路输出相连，所述PMOS开关的漏极串联所述第一电流源，所述NMOS开关的漏极串联所述第二电流源，所述第一电流源的另一端和所述第二电流源的另一端相连组成输出节点，该输出节点连接一电容的一端和可变电容一端，所述NMOS开关的源极接地，所述PMOS开关源极接电源电压，所述可变电容另一端连接标签天线和整流器，所述电容另一端接地；

步骤三，根据电荷泵对电容的充放电，与电容串联的可变电容的电容相应改变，导致标签芯片输入端阻抗变化，阻抗变化使整流器的输出电压变化。