CN113659856A - Uhf-rfid差分整流电路模块和差分整流电路 - Google Patents

Uhf-rfid差分整流电路模块和差分整流电路 Download PDF

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Abstract

高性能UHF‑RFID差分整流电路模块和差分整流电路，涉及射频电子技术。本发明的高性能UHF‑RFID差分整流电路模块包括第一整流单元和第二整流单元，第一整流单元包括零号NMOS管、第二NMOS管、第四二极管和第五二极管，所述零号NMOS管漏极接直流输入端，源极接参考点，栅极通过第一电容接第一射频输入端；第四二极管和第五二极管串联设置于零号NMOS管栅极和直流输入端之间，第四二极管和第五二极管的连接点通过第二电容接第二射频输入端；第二NMOS管漏极和栅极接零号NMOS管的栅极，源极接直流输入端。本发明具有具有结构简单，面积紧凑，损耗小，效率高（80%以上）的特点。

Description

UHF-RFID差分整流电路模块和差分整流电路
技术领域
本发明涉及射频电子技术。
背景技术
图1示出了一种现有整流技术（欧洲专利EP 2420958A2），其为单端结构且NMOS管1392的栅端g1、PMOS管1394的栅端g2是直流常压，NMOS管1392、PMOS管1394的Vgs幅度较小，导通不够，关闭不严，故效率不高。单端结构级联时，单元之间需要缓冲电容，如图中的电容C4，这个电容可以是局部连接方式，也可以是全局连接方式。
图2示出了第二种现有整流技术（美国专利US 8,362,825B2），NMOS管524的栅端g1、PMOS管526的栅端g2实现了差分化，但第一个辅助电荷泵532、第二个辅助电荷泵534没有实现差分化，且由于NMOS管MN14、PMOS管MP8处会有电压损失，输入场强微弱的时候，可能导致NMOS管524的栅端g1、PMOS管526的栅端g2的工作点电压不够高(达到Vth)，从而影响灵敏度。
图1在NMOS管1392的栅端g1、PMOS管1394的栅端g2处没有做限压，一方面，一旦此两处栅端电压超过Vt过多(过驱动)，这几个主开关管就会关闭不严，电流会出现泄露或倒灌，影响整流效率甚至出现功能异常，因此辅助电荷泵的设计要非常小心，使得两处栅端的电压在合理范围内，图2同理。另一方面，为了保证大场强下不会过驱动，辅助电荷泵驱动能力会做小一些，往往会导致小场强下驱动不够，影响整流效率，从而影响灵敏度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题 是，提供一种高性能UHF-RFID差分整流电路模块以及差分整流电路，具有低损耗和高效率的特点。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高性能UHF-RFID差分整流电路模块，包括第一整流单元和第二整流单元，其特征在于，
所述第一整流单元包括零号NMOS管、第二NMOS管、第四NMOS管和第五NMOS管；
所述零号NMOS管漏极接直流输入端，源极接参考点，栅极通过第一电容接第一射频输入端；
第二NMOS管漏极和栅极接零号NMOS管的栅极，源极接直流输入端；
第四NMOS管的栅极和漏极接直流输入端，源极通过第二电容接第二射频输入端，
第五NMOS管的栅极和漏极接第四NMOS管的源极，源极接零号NMOS管的栅极；
所述第二整流单元包括第一PMOS管、第三PMOS管、第六NMOS管和第七NMOS管；
所述第一PMOS管漏极接直流输出端，源极接参考点，栅极通过第三电容接第一射频输入端；
第三PMOS管漏极和栅极接第一PMOS管的栅极，源极接直流输出端；
第六NMOS管的栅极和漏极接第一PMOS管的栅极，源极通过第四电容接第二射频输入端，
第七NMOS管的栅极和漏极接第六NMOS管的源极，源极接直流输出端；
所述参考点通过一个主电容接第二射频输入端。
进一步的，第四二极管为第四NMOS管构成，其栅极和漏极接直流输入端，源极通过第二电容接第二射频输入端，
第五二极管由第五NMOS管构成，其栅极和漏极接第四NMOS管的源极，源极接零号NMOS管的栅极；
第六二极管由第六NMOS管构成，其栅极和漏极接第一PMOS管的栅极，源极通过第四电容接第二射频输入端，
第七二极管由第七NMOS管构成，其栅极和漏极接第六NMOS管的源极，源极接直流输出端。
进一步的， 第四NMOS管通过第九NMOS管连接直流输入端，第九NMOS管的漏极和栅极接直流输入端，源极接第四NMOS管的漏极和栅极，并且通过一个电容接第一射频输入端；
第七NMOS管通过第八NMOS管连接直流输出端，第八NMOS管的漏极和栅极接通过一个电容接第一射频输入端，漏极还接第七NMOS管的源极，源极接直流输出端。
进一步的，所述第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管皆为本征MOS管。
更进一步的，第二NMOS管通过第二十NMOS管连接直流输入端，第二十NMOS管的漏极和栅极接第二NMOS管，源极接直流输入端；
第三PMOS管通过第三十NMOS管连接直流输出端，第三十NMOS管的漏极和栅极接直流输出端，源极接第三PMOS管。
本发明还提供一种差分整流电路，由至少两个差分整流电路模块组级联构成，前级的输出端连接后级的输入端；
每个差分整流电路模块组中，包括两个结构相同的整流模块，其中，第一整流模块的直流输入端作为差分整流电路模块组的输入端，直流输出端接第二整流模块的直流输入端，第二整流模块的直流输出端作为差分整流电路模块组的输出端；
第一整流模块的第一射频输入端和第二整流模块的第二射频输入端接第一差分信号输入端，第一整流模块的第二射频输入端和第二整流模块的第一射频输入端接第二差分信号输入端；
每个整流模块包括第一整流单元和第二整流单元，所述第一整流单元包括零号NMOS管、第二NMOS管、第四二极管和第五二极管，
所述零号NMOS管漏极接直流输入端，源极接参考点，栅极通过第一电容接第一射频输入端；
第四二极管和第五二极管串联设置于零号NMOS管栅极和直流输入端之间，第四二极管和第五二极管的连接点通过第二电容接第二射频输入端；
第二NMOS管漏极和栅极接零号NMOS管的栅极，源极接直流输入端；
所述第二整流单元包括第一PMOS管、第三PMOS管、第六二极管和第七二极管，
所述第一PMOS管漏极接直流输出端，源极接参考点，栅极通过第三电容接第一射频输入端；
第六二极管和第七二极管串联设置于第一PMOS管栅极和直流输出端之间，第六二极管和第七二极管的连接点通过第四电容接第二射频输入端；
第三PMOS管漏极和栅极接第一PMOS管的栅极，源极接直流输出端；
所述参考点通过主电容接第二射频输入端。
所述二极管为肖特基二极管或二极管连接方式的MOS管。
本发明具有具有结构简单，面积紧凑，损耗小，效率高（80%以上）的特点。
附图说明
图1是第一种现有技术（直流电压偏置型整流电路）的电路图。
图2是第二种现有技术（交流电压偏置型整流电路）的电路图。
图3是本发明实施例1的电路图。
图4是本发明实施例2的电路图。
图5是本发明实施例3的电路图。
图6是本发明实施例4的电路图。
图7是本发明的级联状态示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图3，高性能UHF-RFID差分整流电路模块，包括第一整流单元和第二整流单元，
所述第一整流单元包括零号NMOS管M0、第二NMOS管M2、第四NMOS管M4和第五NMOS管M5；
所述零号NMOS管M0漏极接直流输入端IN，源极接参考点，栅极通过第一电容接第一射频输入端；
第二NMOS管M2漏极和栅极接零号NMOS管M0的栅极，源极接直流输入端；
第四NMOS管M4的栅极和漏极接直流输入端，源极通过第二电容接第二射频输入端，
第五NMOS管M5的栅极和漏极接第四NMOS管M4的源极，源极接零号NMOS管的栅极；
所述第二整流单元包括第一PMOS管M1、第三PMOS管M3、第六NMOS管M6和第七NMOS管M7；
所述第一PMOS管M1漏极接直流输出端OUT，源极接参考点，栅极通过第三电容接第一射频输入端A；
第三PMOS管M3漏极和栅极接第一PMOS管M1的栅极，源极接直流输出端；
第六NMOS管M6的栅极和漏极接第一PMOSM1管的栅极，源极通过第四电容接第二射频输入端B，
第七NMOS管M7的栅极和漏极接第六NMOS管M6的源极，源极接直流输出端；
所述参考点通过一个主电容接第二射频输入端B。
采用本发明的技术，零号NMOS管M0、第一PMOS管M1的Vgs变化范围最大，这两个MOS管的导通或关断接近理想开关。
本发明增加了限压器件第二NMOS管M2、第三PMOS关M3，只要驱动能力足够，零号NMOS管的栅端g1、第一PMOS管M1的栅端g2（图4）处的电压工作点都是以Vt为中心变化，由限压器件自适应调整，辅助电荷泵过驱动的电流由限压器件泄放掉了，照顾了小场强下灵敏度的同时避免了大场强下过驱动的矛盾。
特别的，本发明的第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管皆为本征MOS管（即Native MOS），可以获得最佳的性能。
实施例2
参见图4，本实施例在实施例1的基础上增加了两个MOS管。
第四NMOS管通过第九NMOS管M9连接直流输入端IN，第九NMOS管M9的漏极和栅极接直流输入端，源极接第四NMOS管的漏极和栅极，并且通过一个电容接第一射频输入端；
第七NMOS管通过第八NMOS管M8连接直流输出端，第八NMOS管M8的漏极和栅极接通过一个电容接第一射频输入端，漏极还接第七NMOS管的源极，源极接直流输出端OUT。
实施例3
参见图5，本实施例在图中虚线框中器件可以使用普通二极管、肖特基二极管或二极管连接方式的MOS管。
实施例4
参见图6，本实施例在虚线框位置增加调节器件来调整M0、M1的工作点，所述调节器件可以为二级管连接方式的Native MOS、电阻或电感，见图6虚线框所示。
实施例5
实施例提供一种差分整流电路，由至少两个UHF-RFID差分整流电路模块级联构成，相邻两个UHF-RFID差分整流电路模块中，前级的直流输出端连接后级的直流输入端，各UHF-RFID差分整流电路模块的第一射频输入端相连，各UHF-RFID差分整流电路模块的第二射频输入端相连；
图7示出了多个UHF-RFID差分整流电路模块的级联，所述UHF-RFID差分整流电路模块可采用实施例1~4的UHF-RFID差分整流电路模块，RFP和RFN表示一对RF差分信号。

Claims (8)

1.UHF-RFID差分整流电路模块，包括第一整流单元和第二整流单元，其特征在于，
所述第一整流单元包括零号NMOS管（M0）、第二NMOS管（M2）、第四二极管（M4）和第五二极管（M5），
所述零号NMOS管（M0）漏极接直流输入端，源极接参考点，栅极通过第一电容接第一射频输入端；
第四二极管（M4）和第五二极管（M5）串联设置于零号NMOS管（M0）栅极和直流输入端之间，第四二极管（M4）和第五二极管（M5）的连接点通过第二电容接第二射频输入端；
第二NMOS管（M2）漏极和栅极接零号NMOS管（M0）的栅极，源极接直流输入端；
所述第二整流单元包括第一PMOS管（M1）、第三PMOS管(M3)、第六二极管（M6）和第七二极管（M7），
所述第一PMOS管（M1）漏极接直流输出端，源极接参考点，栅极通过第三电容接第一射频输入端；
第六二极管（M6）和第七二极管（M7）串联设置于第一PMOS管（M1）栅极和直流输出端之间，第六二极管（M6）和第七二极管（M7）的连接点通过第四电容接第二射频输入端；
第三PMOS管（M3）漏极和栅极接第一PMOS管（M1）的栅极，源极接直流输出端；
所述参考点通过主电容接第二射频输入端。
2.如权利要求1所述的UHF-RFID差分整流电路模块，其特征在于，
所述二极管为肖特基二极管或二极管连接方式的MOS管。
3.如权利要求1所述的UHF-RFID差分整流电路模块，其特征在于，
第四二极管为第四NMOS管构成，其栅极和漏极接直流输入端，源极通过第二电容接第二射频输入端，
第五二极管由第五NMOS管构成，其栅极和漏极接第四NMOS管的源极，源极接零号NMOS管的栅极；
第六二极管由第六NMOS管构成，其栅极和漏极接第一PMOS管的栅极，源极通过第四电容接第二射频输入端，
第七二极管由第七NMOS管构成，其栅极和漏极接第六NMOS管的源极，源极接直流输出端。
4.如权利要求3所述的UHF-RFID差分整流电路模块，其特征在于，
第四NMOS管通过第九NMOS管连接直流输入端，第九NMOS管的漏极和栅极接直流输入端，源极接第四NMOS管的漏极和栅极，并且通过一个电容接第一射频输入端；
第七NMOS管通过第八NMOS管连接直流输出端，第八NMOS管的漏极和栅极接通过一个电容接第一射频输入端，漏极还接第七NMOS管的源极，源极接直流输出端。
5.如权利要求3所述的UHF-RFID差分整流电路模块，其特征在于，所述第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管皆为本征MOS管。
6.如权利要求3所述的UHF-RFID差分整流电路模块，其特征在于，
第二NMOS管通过第二十NMOS管连接直流输入端，第二十NMOS管的漏极和栅极接第二NMOS管，源极接直流输入端；
第三PMOS管通过第三十NMOS管连接直流输出端，第三十NMOS管的漏极和栅极接直流输出端，源极接第三PMOS管。
7.差分整流电路，其特征在于，由至少两个差分整流电路模块组级联构成，前级的输出端连接后级的输入端；
每个差分整流电路模块组中，包括两个结构相同的整流模块，其中，第一整流模块的直流输入端作为差分整流电路模块组的输入端，直流输出端接第二整流模块的直流输入端，第二整流模块的直流输出端作为差分整流电路模块组的输出端；
第一整流模块的第一射频输入端和第二整流模块的第二射频输入端接第一差分信号输入端，第一整流模块的第二射频输入端和第二整流模块的第一射频输入端接第二差分信号输入端；
每个整流模块包括第一整流单元和第二整流单元，所述第一整流单元包括零号NMOS管（M0）、第二NMOS管（M2）、第四二极管（M4）和第五二极管（M5），
所述零号NMOS管（M0）漏极接直流输入端，源极接参考点，栅极通过第一电容接第一射频输入端；
第四二极管（M4）和第五二极管（M5）串联设置于零号NMOS管（M0）栅极和直流输入端之间，第四二极管（M4）和第五二极管（M5）的连接点通过第二电容接第二射频输入端；
第二NMOS管（M2）漏极和栅极接零号NMOS管（M0）的栅极，源极接直流输入端；
所述第二整流单元包括第一PMOS管（M1）、第三PMOS管(M3)、第六二极管（M6）和第七二极管（M7），
所述第一PMOS管（M1）漏极接直流输出端，源极接参考点，栅极通过第三电容接第一射频输入端；
第六二极管（M6）和第七二极管（M7）串联设置于第一PMOS管（M1）栅极和直流输出端之间，第六二极管（M6）和第七二极管（M7）的连接点通过第四电容接第二射频输入端；
第三PMOS管（M3）漏极和栅极接第一PMOS管（M1）的栅极，源极接直流输出端；
所述参考点通过主电容接第二射频输入端。
8.如权利要求7所述的差分整流电路，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管或二极管连接方式的MOS管。
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