CN1218594C - 一种反馈调制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反馈调制电路，该电路包括谐振电路，由谐振电容和谐振天线组成，用于无源射频装置从基站的射频场中获取能量和时钟、数据信号，以及向基站传送数据信号；整流桥堆，串联在谐振电路中，由四个整流二极管组成，用于对谐振电路的输出数据信号进行整流；调制PMOS管，调制PMOS管的栅极由谐振电路的输出数据信号控制，漏端与谐振电路的输出端和整流桥堆的输入端相连，用于在无源射频装置向基站发送数据时，由输出数据信号对整流桥堆和谐振电路进行负载调制。本发明采用数字化设计，使电路设计简化，同时可增大调制系数，减小读卡机的解调电路的设计难度，综合性能得到提高，同等条件下读卡距离可增加到原来的1.5～2倍。

Description

一种反馈调制电路
技术领域
本发明属于无源射频装置的信号发送电路，尤其涉及一种用于其中的反馈调制电路。
技术背景
对于无源射频装置而言，信号的发送是靠改变自身对接收设备的等效负载实现的：即无源射频装置从基站设备产生的电磁场中获得工作所需的能量和时钟、数据信号，在经过处理后，用待发送回基站的数据随时钟节拍的变化控制自身的等效负载；而基站接收设备能够检测到这种通过负载变化产生的反馈，并根据这些反馈重构无源射频装置发送的数据。
无源射频设备在设计上有两个要点：一方面要从射频信号中通过耦合、整流产生工作电压，另一方面通过增大等效负载进行反馈调制；在调制过程中，既要保证无源射频装置的工作电压，又要保证一定的反馈调制系数，以保证基站接收设备能够检测到反馈调制。现有技术在设计上采用的是模拟式折中考虑。
图1给出现有技术中采用的调制原理图。左侧为基站接收设备，右侧是无源射频装置，两部分通过天线耦合，电感L和电容C组成谐振电路，RL为负载电阻，Rm为调制电阻，与调制开关K并联在无源射频电路中，还有一个整流桥堆Z。调制开关K受调制信号控制而断开或闭合，这样改变整个电路的等效负载，使谐振电路A、B两端的电压发生变化。如果变化幅度过大，即Rm过小，就会影响整流桥堆产生的Vdd的值，如果变化幅度过小，即Rm过大，就会影响调制系数，导致有效耦合距离减小。
图2给出现有技术中采用的对称ASK负载调制的天线两端的电压波形，调制信号通过控制调制开关K的断开和闭合，从而改变电路的等效负载，最终反映到天线两端即谐振电路的A、B的电压变化上。该对称ASK调制方法的缺陷是，由于采用并联模拟负载调制，调制幅度过大会影响对电路的供电，而幅度过小又会影响数据接收装置的解调，进行折中优化设计时，难以得到最优化的结果，有效耦合距离受到影响。
发明内容
针对对称式ASK调制的不足，本发明电路结构的工作原理为，在负载反馈调制时，不调制谐振电路的阻抗，而控制整流电路为全桥或半桥整流方式，把这两种状态作为信息编码进行发射；这样当无源射频装置发送数据时候，在一个周期内，半个周期用于充电，以保证无源射频装置的工作电压，半个周期用于深度ASK调制，确保较高的反馈系数。本发明电路结构通过分时控制实现无线信息通道的双向复用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，
一种反馈调制电路，其特征在于，所述电路包括
谐振电路，由谐振电容和谐振天线组成，用于无源射频装置从基站的射频场中获取能量和时钟、数据信号，以及向基站传送数据信号；
整流桥堆，所述谐振电路串联，由四个整流二极管组成，用于对所述谐振电路的输出数据信号进行整流；
调制PMOS管，所述调制PMOS管的栅极由所述谐振电路的输出数据信号控制，漏端与所述谐振电路的输出端和所述整流桥堆的输入端相连，用于在无源射频装置向基站发送数据时，由所述输出数据信号对所述整流桥堆和所述谐振电路进行负载调制。
本发明采用非对称式ASK调制，克服了传统的负载ASK调制方法所固有的调制幅度与能量供应之间的矛盾，使得无源射频装置既能从接收设备发射的电磁波中获得充足的能量供给，又能获得较高的负载反馈调制系数，从而减小了设计难度，提高了射频系统的工作距离。
附图说明
为了对本发明有更进一步的了解，下面结合附图对本发明的具体实施方式、结构、特征进行详细说明。
图1为现有技术中采用的调制电路图；
图2为现有技术中采用对称ASK负载调制的天线两端电压波形示意图；
图3是本发明非对称调制原理电路图；
图4是本发明非对称调制负载调制的波形图。
具体实施方式
请参见图3，谐振天线L和谐振电容C构成本发明无源射频装置的谐振回路，整流二极管D1、D2、D3、D4组成整流桥堆，M1为调制PMOS管，RL为负载电阻，Vm为数字调制信号。谐振回路两端分别标示为A和B。谐振天线L和谐振电容C在工作频率下形成谐振回路，用于无源射频装置从基站设备31的射频场中获取能量和时钟、数据信号，以及通过负载调制向基站设备31传送数据信号，从而构成调制电路的输入输出装置，当电路谐振时无源射频装置从基站设备31的射频场中获取的能量最大，反之便小，基站设备31因此从这种变化中检测出无源射频装置向基站传送的数据信号。串联在谐振电路中的由四个整流二极管D1～D4(一般由MOS管结构形成二极管)组成的整流桥堆用于对谐振电路的输出数据信号进行整流以获得能量，并与调制PMOS管M1并联，通过PMOS管M1的闭合与关断，改变对谐振电路的影响，一起组成调制电路，用于发送数据；调制PMOS管M1的栅极由谐振电路的输出数据信号控制，漏端与谐振电路的输出端和整流桥堆的输入端相连，用于在无源射频装置向基站设备31发送数据时，由输出数据信号对整流桥堆和谐振电路进行负载调制。
上述电路的工作过程具体可以描述为：
当数字调制信号Vm＝1时：
当A端为正，B端为负时(此时的调制波波形参见图4的WAVE1：调制PMOS管M1截止，整流桥堆的整流二极管D1、D4导通整流；
当A端为负，B端为正时(此时的调制波波形参见图4的WAVE2：
VB＜Vdd时：调制PMOS管M1截止，整流二极管D2、D3导通整流；
VB＞Vdd时：调制PMOS管M1导通，调制PMOS管M1与整流二极管D2并联导通整流；
当数字调制信号Vm＝0时：
当A端为正，B端为负时，此时的调制波波形参见图4的WAVE3：调制PMOS管M1导通，电流流经调制PMOS管M1直接到B端，相当于对RL短路，实现调制；
当A端为负，B端为正时，此时的调制波波形参见WAVE4：调制PMOS管M1导通，调制PMOS管M1与整流二极管D2并联导通整流；
综上所述，在Vm＝1时不影响负载，Vm＝0时，当A端为负，B端为正时也不影响负载，而当A端为正B端为负时对负载短路，实现了半个周期用于充电，半个周期用于调制，形成非对称的数字化调制。
纵观整个过程，调制实际上是半桥整流与全桥整流进行数控切换，不影响对电路的供电，同时通过合理设计读卡机的解调电路，能够获得最大调制系数的ASK载波，而且在同等条件下，读卡距离较上述的一般电路大。
非对称的数字化调制，采用数字化设计，使电路设计简化，同时可增大调制系数，减小读卡机的解调电路的设计难度，综合性能得到提高，同等条件下读卡距离可增加到原来的1.5～2倍。
从上述说明中了解到，本发明的特征在于把原来的对称ASK调制改变为非对称ASK调制，半个周期用于充电，半个周期用于系数为100％的ASK调制，通过分时控制，改原来的模拟设计为数字化的设计，使电路设计得以简化，同时调制系数和工作电压均得以保证，性能得到提高。
上述仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴应由各权利要求限定。

Claims (2)

1、一种反馈调制电路，其特征在于，所述电路包括：
谐振电路，由谐振电容和谐振天线组成，用于无源射频装置从基站的射频场中获取能量和时钟、数据信号，以及向基站传送数据信号；
整流桥堆，与所述谐振电路串联，由四个整流二极管组成，用于对所述谐振电路的输出数据信号进行整流；
调制PMOS管，所述调制PMOS管的栅极由所述谐振电路的输出数据信号控制，漏端与所述谐振电路的输出端和所述整流桥堆的输入端相连，用于在无源射频装置向基站发送数据时，由所述输出数据信号对所述整流桥堆和所述谐振电路进行负载调制。
2、根据权利要求1所述的反馈调制电路，其特征在于：
所述反馈调制是以分时控制方式实现的数字调制。
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