CN106647911A - 一种适用于低功耗rfid阅读器的多功能ldo电路 - Google Patents
一种适用于低功耗rfid阅读器的多功能ldo电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其中，所述多功能LDO电路包括：分别与输入电压相连接的使能控制电路、带隙基准电路、过热保护电路、限流保护电路、误差放大电路和调整管；其中，所述使能控制电路分别与所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路相连接，所述带隙基准电路分别与所述误差放大电路和所述过热保护电路相连接，所述误差放大电路与所述调整管相连接，所述过热保护电路与所述调整管相连接，所述限流保护电路与所述调整管相连接，所述调整管用于输出稳定电压。在本发明实施例中，通过降低多功能LDO电路中各子电路的功耗，输出稳定电压，降低RFID阅读器整体功耗。
Description
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，尤其涉及一种适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路。
背景技术
射频识别(RadfoFrequencyIdentification，简称RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过电磁波或电感祸合方式传递信号，以完成对目标对象的自动识别。与条形码、磁卡、接触式IC卡等其它自动识别技术相比，即RFID技术具有识别过程无须人工干预、可同时识别多个目标、信息存储量大、可工作于各种恶劣环境等优点。因此，RFID技术已经被广泛地应用于固定资产管理、生产线自动化、动物和车辆识别、公路收费、门禁系统、仓储、商品防伪、航空包裹管理、集装箱管理等领域。典型的射频识别系统可以分为标签、阅读器和后端数据处理系统三个部分。
作为一种便携式设备，采用先进技术改进系统设计，降低功耗以提高其使用时间，是便携式智能终端设计中需要重点研究解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，通过降低多功能LDO电路中各子电路的功耗，输出稳定电压，降低RFID阅读器整体功耗。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，所述多功能LDO电路包括：分别与输入电压相连接的使能控制电路、带隙基准电路、过热保护电路、限流保护电路、误差放大电路和调整管；其中，
所述使能控制电路分别与所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路相连接，所述带隙基准电路分别与所述误差放大电路和所述过热保护电路相连接，所述误差放大电路与所述调整管相连接，所述过热保护电路与所述调整管相连接，所述限流保护电路与所述调整管相连接，所述调整管用于输出稳定电压。
优选地，所述多功能LDO电路还包括：一号电阻、二号电阻和一号电容；其中，
所述一号电阻一端与所述调整管输出稳定电压端连接，另一端与所述误差放大电路连接；
所述二号电阻一端与所述一号电阻连接，另一端接地；
所述一号电容一端与所述调整管输出稳定电压端连接，另一端接地。
优选地，所述使能控制电路由三级CMOS反相器组成；所述使能控制电路用于产生第一使能信号，通过所述第一使能信号对所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路进行控制。
优选地，所述带隙基准电路用于产生第一与温度无关基准电压和第二与温度无关基准电压，将所述第一与温度无关基准电压传输到所述过热保护电路，将所述第二与温度无关基准电压传输到误差放大电路。
优选地，所述带隙基准电路由启动电路和与温度无关基准电压输出电路。
优选地，所述启动电路由第一P型场效应管、第一N型场效应管和第二N型场效应管；其中，
所述第一P型场效应管漏极与所述第一N型场效应管栅极连接，所述第一P型场效应管栅极与所述第二N型场效应管栅极连接，所述第一P型场效应管源极与电源连接；
所述第一N型场效应管漏极与所述与温度无关基准电压输出电路连接，所述第一N型场效应管栅极与所述第一P型场效应管漏极连接，所述第一N型场效应管源极接地；
所述第二N型场效应管漏极与所述第一N型场效应管栅极连接，所述第二N型场效应管栅极与所述第一P型场效应管栅极连接，所述第二N型场效应管源极接地。
优选地，所述与温度无关基准电压输出电路由第二P型场效应管、第三P型场效应管、第四P型场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管、运放OPA和电容组成；其中，
所述第二P型场效应管漏极与所述启动电路连接，所述第二P型场效应管栅极与所述第三P型场效应管栅极连接，所述第二P型场效应管源极与电源连接；
所述第三P型场效应管漏极与所述第二电阻连接，所述第三P型场效应管栅极与所述运放OPA输出端连接，所述第三P型场效应管源极与电源连接；
所述第四P型场效应管漏极与所述第四电阻连接，所述第四P型场效应管栅极与所述第三P型场效应管栅极连接，所述第四P型场效应管源极与电源连接；
所述第一电阻一端与所述第二P型场效应管漏极连接，另一端接地；
所述第二电阻一端与所述第三P型场效应管漏极连接，另一端与所述第二三极管发射极连接；
所述第三电阻一端与所述第三P型场效应管漏极连接，另一端接地；
所述第四电阻一端与所述第四P型场效应管漏极连接，另一端接地；
所述第一三极管集电极接地，所述第一三极管基极接地，所述第一三极管发射极与所述第二P型场效应管漏极连接；
所述第二三极管集电极接地，所述第二三极管基极接地，所述第二三极管发射极与所述第二电阻连接；
所述运放OPA反相输入端与所述第二P型场效应管漏极连接，所述运放OPA正相输入端与所述第三P型场效应管漏极连接，所述运放OPA输出端与所述第二P型场效应管栅极连接；
所述电容一端与所述第四P型场效应管栅极连接，所述电容另一端接地。
优选地，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同，所述第三电阻阻值为第一电阻阻值的K倍，所述第四电阻阻值为第一电阻阻值的N倍，其中K<1，N>1。
优选地，所述误差放大电路用于对所述输出稳定电压进行分压得到反馈电压，将反馈电压与所述第二与温度无关基准电压进行比较，实现对所述调整管栅极的控制，形成负反馈结构，保持所述输出稳定电压的稳定。
优选地，所述调整管为P型场效应管。
在本发明实施中，通过分别与输入电压相连接的使能控制电路、带隙基准电路、过热保护电路、限流保护电路、误差放大电路和调整管。最后通过调整管输出稳定电压，实现降低多功能LDO电路中各子电路的功耗，输出稳定电压，降低RFID阅读器整体功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本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简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路的结构组成示意图；
图2是本发明实施例中的又一适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路的结构组成示意图；
图3是本发明实施例中的带隙基准电路的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例中的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路的结构组成示意图，如图1所示，所述多功能LDO电路包括：分别与输入电压VIN相连接的使能控制电路、带隙基准电路、过热保护电路、限流保护电路、误差放大电路和调整管；其中，所述使能控制电路分别与所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路相连接，所述带隙基准电路分别与所述误差放大电路和所述过热保护电路相连接，所述误差放大电路与所述调整管相连接，所述过热保护电路与所述调整管相连接，所述限流保护电路与所述调整管相连接，所述调整管用于输出稳定电压VOUT。
图2是本发明实施例中的又一适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路的结构组成示意图，如图2所示，所述多功能LDO电路包括：分别与输入电压VIN相连接的使能控制电路、带隙基准电路、过热保护电路、限流保护电路、误差放大电路、调整管、一号电阻、二号电阻和一号电容；其中，所述使能控制电路分别与所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路相连接，所述带隙基准电路分别与所述误差放大电路和所述过热保护电路相连接，所述误差放大电路与所述调整管相连接，所述过热保护电路与所述调整管相连接，所述限流保护电路与所述调整管相连接，所述一号电阻一端与所述调整管输出稳定电压端连接，另一端与所述误差放大电路连接；所述二号电阻一端与所述一号电阻连接，另一端接地；所述一号电容一端与所述调整管输出稳定电压端连接，另一端接地；所述调整管用于输出稳定电压VOUT。
需要说明的是，使能控制电路主要由三级CMOS反相器组成，为了防止由于EN的不稳定而引起的振荡等各方面问题，在其中引入了迟滞作用的MOS管(场效应管)；所述使能控制电路用于产生第一使能信号EN1和第二使能信号EN2，通过所述第二使能信号EN2对所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路进行控制。
需要说明的是，所述带隙基准电路用于产生第一与温度无关基准电压Vb和第二与温度无关基准电压VREF，将所述第一与温度无关基准电压Vb传输到所述过热保护电路，将所述第二与温度无关基准电压VREF传输到误差放大电路。
图3是本发明实施例中的带隙基准电路的结构组成示意图，如图3所示，所述带隙基准电路由启动电路和与温度无关基准电压输出电路。
所述启动电路由第一P型场效应管P1、第一N型场效应管N1和第二N型场效应管N2；其中，所述第一P型场效应管漏极P1与所述第一N型场效应管N1栅极连接，所述第一P型场效应管P1栅极与所述第二N型场效应管N2栅极连接，所述第一P型场效应管P1源极与电源连接；所述第一N型场效应管N1漏极与所述与温度无关基准电压输出电路连接，所述第一N型场效应管N1栅极与所述第一P型场效应管P1漏极连接，所述第一N型场效应管N1源极接地；所述第二N型场效应管N2漏极与所述第一N型场效应管N1栅极连接，所述第二N型场效应管N2栅极与所述第一P型场效应管P1栅极连接，所述第二N型场效应管N2源极接地。
所述与温度无关基准电压输出电路由第二P型场效应管P2、第三P型场效应管P3、第四P型场效应管P4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管D1、第二三极管D2、运放OPA和电容C1组成；其中，所述第二P型场效应管P2漏极与所述启动电路连接，所述第二P型场效应管P2栅极与所述第三P型场效应管P3栅极连接，所述第二P型场效应管P2源极与电源连接；所述第三P型场效应管P3漏极与所述第二电阻R2连接，所述第三P型场效应管P3栅极与所述运放OPA输出端连接，所述第三P型场效应管P3源极与电源连接；所述第四P型场效应管P4漏极与所述第四电阻R4连接，所述第四P型场效应管P4栅极与所述第三P型场效应管P3栅极连接，所述第四P型场效应管P4源极与电源连接；所述第一电阻R1一端与所述第二P型场效应管P2漏极连接，另一端接地；所述第二电阻R2一端与所述第三P型场效应管P3漏极连接，另一端与所述第二三极管D2发射极连接；所述第三电阻R3一端与所述第三P型场效应管P3漏极连接，另一端接地；所述第四电阻R4一端与所述第四P型场效应管P4漏极连接，另一端接地；所述第一三极管D1集电极接地，所述第一三极管D1基极接地，所述第一三极管D1发射极与所述第二P型场效应管漏极连接；所述第二三极管D2集电极接地，所述第二三极管D2基极接地，所述第二三极管D2发射极与所述第二电阻R2连接；所述运放OPA反相输入端与所述第二P型场效应管P2漏极连接，所述运放OPA正相输入端与所述第三P型场效应管P3漏极连接，所述运放OPA输出端与所述第二P型场效应管P2栅极连接；所述电容C1一端与所述第四P型场效应管P4栅极连接，所述电容C1另一端接地。
需要说明的是，第一P型场效应管P1、第一N型场效应管N1和第二N型场效应管N2组成了启动电路，接入电源VDD后，随着VDD的升高，第一P型场效应管P1的栅源电压VGS逐渐增大，当该电源电压达到第一P型场效应管P1的开启电压VTH时，第一P型场效应管P1打开，第一N型场效应管N1打开将共源栅结构的第二P型场效应管P2、第三P型场效应管P3、第四P型场效应管P4导通启动，第一P型场效应管P1、第二N型场效应管N2的栅极电压上升，第二N型场效应管N2导通，迅速将第一N型场效应管N1栅极电压拉到0，关闭第一N型场效应管N1，启动完成。
所述带隙基准电路用于产生第一与温度无关基准电压Vb和第二与温度无关基准电压VREF，将所述第一与温度无关基准电压Vb传输到所述过热保护电路，将所述第二与温度无关基准电压VREF传输到误差放大电路
第一P型场效应管P1和第二N型场效应管N2属于倒比管，内阻很大，降低启动电路的静态功耗。
第一三极管D1和第二三极管D2以第一电阻R1和第二电阻R2构成一个PTAT(proportional to absolute temperature)基准电压与绝对温度成正比的电流产生器；通过添加第三电阻R3产生一个CTAT(complementary to absolute temperature)基准电压与绝对温度互补的电流，CTAT与PTAT电流求和。
随着温度的上升，第一三极管D1和第二三极管D2压降减少，从而使得流过第三电阻R3的电流减少(即符合CTAT)。
通过调节第四电阻R4的阻值来调节第二与温度无关基准电压的大小。
在具体实施过程中，第一电阻R1的阻值和第二电阻R2的阻值相同；第三电阻阻值为第一电阻阻值的K倍，第四电阻阻值为第一电阻阻值的N倍，其中K<1，N>1。
在具体实施过程中，第二三极管D2的管长是第一三极管D1管长的k倍，其中k最好为7或者8倍的时候最佳。
需要说明的是，所述误差放大电路用于对所述输出稳定电压进行分压得到反馈电压VFB，将反馈电压VFB与所述第二与温度无关基准电压VREF进行比较，实现对所述调整管栅极的控制，形成负反馈结构，保持所述输出稳定电压的稳定；即，误差放大电路主要功能是将VOUT分压后得到的反馈电压与第二与温度无关基准电压比较，通过误差放大后控制调整管的栅极，形成负反馈结构，用来保持VOUT的稳定。为了降低功耗，采用一级差分运算放大器，为了提高稳定性。
优选地，所述调整管为P型场效应管。
需要说明的是，调整管采用的是P型场效应管，因为N型场效应管工作时栅控电压需要比输出电压高，而采用P型场效应管没有栅控电压就没有这样的要求；将调整管的输入端和输出端的电压差称为漏失电压Vdo：当输入电压低于某个临限值得时候，调整管就失去了对输出电压的调控能力。
需要说明的是，过热保护电路使用了三极管作为温度敏感元件，三极管BE结的导通阈值具有负温度特性，EN2为第二使能信号，Vb为第一与温度无关基准电压，它们通过过热保护电路产生VOTP为文档保护电路的输出保护电压信号，控制调整管开关，实现对整个电路的保护。
需要说明的是，限流保护电路中最为重要的就是对调整管上的电路进行采样，限流保护电路时刻检测调整管上的电流一边过流是可以快速的启动。本发明采用了P型场效应管采样管采样，限流保护电路与调整管并联，即采样管的栅极和漏极分别与调整管的栅极和漏极相连接，而采样管的源极与采样电阻相连接；实际应用中，采样管的宽长比要比调整管的宽长比小得多，以减小采样电路的功耗。
需要说明的是，上述P型场效应管是指P型金属-氧化物-半导体(P-Mental-Oxide-Semiconductor，PMOS)晶体管，每个PMOS晶体管包括四个引脚，即漏极D，源极S，衬底，栅极G。
需要说明的是，上述N型场效应管是N型金属-氧化物-半导体(N-Mental-Oxide-Semiconductor，NMOS)晶体管，每个NMOS晶体管包括四个引脚，即漏极D，源极S，衬底，栅极G。
在本发明实施中，通过分别与输入电压相连接的使能控制电路、带隙基准电路、过热保护电路、限流保护电路、误差放大电路和调整管。最后通过调整管输出稳定电压，实现降低多功能LDO电路中各子电路的功耗，输出稳定电压，降低RFID阅读器整体功耗。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述多功能LDO电路包括：分别与输入电压相连接的使能控制电路、带隙基准电路、过热保护电路、限流保护电路、误差放大电路和调整管；其中，
所述使能控制电路分别与所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路相连接，所述带隙基准电路分别与所述误差放大电路和所述过热保护电路相连接，所述误差放大电路与所述调整管相连接，所述过热保护电路与所述调整管相连接，所述限流保护电路与所述调整管相连接，所述调整管用于输出稳定电压。
2.根据权利要求1所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述多功能LDO电路还包括：一号电阻、二号电阻和一号电容；其中，
所述一号电阻一端与所述调整管输出稳定电压端连接，另一端与所述误差放大电路连接；
所述二号电阻一端与所述一号电阻连接，另一端接地；
所述一号电容一端与所述调整管输出稳定电压端连接，另一端接地。
3.根据权利要求1所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述使能控制电路由三级CMOS反相器组成；所述使能控制电路用于产生第一使能信号和第二使能信号，通过所述第二使能信号对所述带隙基准电路、所述过热保护电路和所述限流保护电路进行控制。
4.根据权利要求1所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述带隙基准电路用于产生第一与温度无关基准电压和第二与温度无关基准电压，将所述第一与温度无关基准电压传输到所述过热保护电路，将所述第二与温度无关基准电压传输到误差放大电路。
5.根据权利要求1或4所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述带隙基准电路由启动电路和与温度无关基准电压输出电路。
6.根据权利要求5所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述启动电路由第一P型场效应管、第一N型场效应管和第二N型场效应管；其中，
所述第一P型场效应管漏极与所述第一N型场效应管栅极连接，所述第一P型场效应管栅极与所述第二N型场效应管栅极连接，所述第一P型场效应管源极与电源连接；
所述第一N型场效应管漏极与所述与温度无关基准电压输出电路连接，所述第一N型场效应管栅极与所述第一P型场效应管漏极连接，所述第一N型场效应管源极接地；
所述第二N型场效应管漏极与所述第一N型场效应管栅极连接，所述第二N型场效应管栅极与所述第一P型场效应管栅极连接，所述第二N型场效应管源极接地。
7.根据权利要求5所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述与温度无关基准电压输出电路由第二P型场效应管、第三P型场效应管、第四P型场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第二三极管、运放OPA和电容组成；其中，
所述第二P型场效应管漏极与所述启动电路连接，所述第二P型场效应管栅极与所述第三P型场效应管栅极连接，所述第二P型场效应管源极与电源连接；
所述第三P型场效应管漏极与所述第二电阻连接，所述第三P型场效应管栅极与所述运放OPA输出端连接，所述第三P型场效应管源极与电源连接；
所述第四P型场效应管漏极与所述第四电阻连接，所述第四P型场效应管栅极与所述第三P型场效应管栅极连接，所述第四P型场效应管源极与电源连接；
所述第一电阻一端与所述第二P型场效应管漏极连接，另一端接地；
所述第二电阻一端与所述第三P型场效应管漏极连接，另一端与所述第二三极管发射极连接；
所述第三电阻一端与所述第三P型场效应管漏极连接，另一端接地；
所述第四电阻一端与所述第四P型场效应管漏极连接，另一端接地；
所述第一三极管集电极接地，所述第一三极管基极接地，所述第一三极管发射极与所述第二P型场效应管漏极连接；
所述第二三极管集电极接地，所述第二三极管基极接地，所述第二三极管发射极与所述第二电阻连接；
所述运放OPA反相输入端与所述第二P型场效应管漏极连接，所述运放OPA正相输入端与所述第三P型场效应管漏极连接，所述运放OPA输出端与所述第二P型场效应管栅极连接；
所述电容一端与所述第四P型场效应管栅极连接，所述电容另一端接地。
8.根据权利要求7所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻的阻值相同，所述第三电阻阻值为第一电阻阻值的K倍，所述第四电阻阻值为第一电阻阻值的N倍，其中K<1，N>1。
9.根据权利要求1或4所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述误差放大电路用于对所述输出稳定电压进行分压得到反馈电压，将反馈电压与所述第二与温度无关基准电压进行比较，实现对所述调整管栅极的控制，形成负反馈结构，保持所述输出稳定电压的稳定。
10.根据权利要求1所述的适用于低功耗RFID阅读器的多功能LDO电路，其特征在于，所述调整管为P型场效应管。
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