CN1804855A - 被动式射频辨识系统的电源处理界面 - Google Patents
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Abstract
一种射频辨识系统的电源处理界面，包含：一谐振电路，感应一发送端传送的一第一调变信号，以其作为一交流电压来源；一第一整流电路，电连接于谐振电路，以将交流电压来源转换成一直流电压；一滤波电路，电连接于第一整流电路，以相应直流电压产生一稳定的工作电压；一电压侦测电路，电连接于滤波电路与第一整流电路，以侦测工作电压；一第二整流电路，电连接于一电压箝位调变电路与谐振电路；以及电压箝位调变电路，电连接于第一整流电路与第二整流电路，利用电压侦测电路的输出，相应侦测工作电压的大小控制第二整流电路的导通状态，以旁路掉超额的电流，并于调变发射过程中提供射频辨识系统一有效最低电压位准，以维持射频辨识系统的正常运作。
Description
技术领域
本发明为一种电源处理界面，尤指一种射频辨识系统的电源处理界面。
背景技术
在习知的被动式无线射频身份识别系统(Radio Frequency IdentificationSystem，RFID)中，如图1所示，是通过读取器(reader)01与电子标签(tag)02上的电感L101，L111来进行电磁互感感应，以进行能量与信息传输行为。其中，电感L101是位于reader01的谐振电路10中，而电感L111则位于tag02的谐振电路11中。被动式RFID在tag02端的工作偏压供应来源，是利用tag02与reader01上平行的电感L101，L111来进行互感而产生感应电压，因此借由tag02端的电感L111，感应由reader01端的电感形式的天线L101所发出的固定射频载波信号，作为交流电源来源。然后，经过四个或两个二极管所构成的全波或半波的桥式整流电路12来进行交流/直流(AC/DC)转换，再经由一RC低通滤波器13，取出约略稳定的DC直流位准，以提供作为tag02端上的振荡电路15与数字逻辑电路16等电路工作的所需直流电压来源。而tag02内部的振荡电路15依据供应的直流偏压VDDA，自振出一系统时脉信号，将欲传送的数据信息通过编码方式，经由该调变发射电路17调变发送出去，而reader01端接收微弱的载波信息变化，经检波处理电路解调出正确的数据信息，再通过微处理器控制单元(Microprocessor Control Unit，MCU)发出预设的相应声音或动作，以完成信号的传递。
然而，在习知被动式RFID系统中，Tag02本身为悬空使用，并未与大地连接，因此易受杂讯干扰；且在该桥式整流电路12后的RC低通滤波器13是受限于积体电路本身空问与成本考量等因素，无法提供足够大的滤波效果，因此在所产生的直流工作偏压电源上，常见高频寄生涟波，因而影响系统时脉运作的稳定度。
在习知被动式RFID系统运作中，tag02与reader01二者并非在固定距离上使用。因为tag02上的工作电压是借由tag02移近reader01的过程中，利用tag02与reader01两端的电感L111，L101互感而发生感应电压，感应电压的大小受tag02与reader01二者距离远近影响很大。二者越近，则互感越大，当tag02移近reader01时，直流工作位准升高；而当tag02远离reader01时，直流工作位准降低。因此在一般tag02设计中，为避免因tag02与reader01的距离远近变动，致使工作电压上升或下降变动太大，直接影响系统运作稳定，除了该全波或半波桥式整流电路12和该RC低通滤波电路13外，常见电压限制器14的使用，除了稳压效果外，同时也避免感应电压超过半导体元件物理的耐电压能力而毁损。
习知被动式RFID为节省耗电与成本考量下，常见以AM(振幅调变)型式进行传输动作，利用载波的振幅高低表现出数字逻辑的数据0(DATA0)与数据1(DATA1)，而在tag02端会接收到具有不同振幅高低的载波信号，经过简单AM解调方式解出正确的DATA0与DATA1后，来完成后续指令动作。然而被动式RFID的tag02并无主动电源供应，完全依靠载波频率振幅，经该桥式整流电路12来整流出工作电压。因此，载波频率振幅的高与低，将直接反应在输出的工作电压上，若工作电压变化过大，或载波频率振幅过低导致工作电压不足，将会引发整个tag02能否正常运作的疑虑。
同理，在tag02端的调变发射电路17利用AM方式进行数据调变发射时，数字逻辑电路16传送DATA0与DATA1来对reader01送过来的载波进行开关切换动作，改变LC谐振电路11的载波振幅发射出去，让reader01解调数据，但同时出现在tag02端的载波振幅也会立即反应在该桥式整流电路12的电压输出上，因此若LC谐振电路11不能提供足够的载波振幅，将致使tag02无法动作。因此，若能提供一限定载波振幅改变的最低电压位准，则不必担心调变时工作电压过低的情况发生。
请参阅图2，其是一习知被动式RFID的tag的系统架构图。如图所示，tag端的LC谐振电路21的电感L211感应reader端所发出的载波信号，在tag端，利用tag与reader上平行的电感，进行互感而发生感应电压。然后，经由四个二极管D221，D222，D223，D224所组成的全波桥式整流电路22进行交流/直流(AC/DC)转换，再经由一由电阻R231与电容C232所组的RC低通滤波器23，取出约略稳定的DC直流位准VDDA与VSSA信号，以提供作为tag端的数字逻辑电路工作的直流电压来源。电压限制器24是利用VDDA与VSSA间的分压电阻R241与R242，来侦测tag的工作电压是否过高，并利用晶体管M243来线性限制VDDA的电压位准增加幅度。
首先，利用晶体管M243线性直接限制VDDA的电压位准，会直接增加桥式整流电路22输出VDDA的负载，在有限资源(转换效率)下，增加VDDA的负载，实足是一种浪费。同时，在电源控置晶体管开与关之间，会改变VDDA负载，影响整个系统运作。此外，因为该桥式整流电路22的二极管D221，D222，D223，D224存在单向整流特性，致使该LC谐振电路21的电感L211的两端HF与HFl会出现较高的峰值电压，且因该电压限制器24是位于该桥式整流电路22后面，对前端的LC谐振电路21并无电压限制功能，为了在半导体制程有限耐电压条件下正常运作，亦即须考虑降低该电压限制器24的电压位准，使得整体tag的可工作电压范围下降，因而影响发射距离。
如图2所示的习知电路，其中AM调变发射电路M251是置于LC谐振电路21的电感L211的两端HF与HF1，TXD传送发射的数据为DATA1时，会直接短路电感L211的两端HF与HF1的压差，减少出现于HF与HF1的峰值电压。如此一来，将导致tag的桥式整流电路22所输出的直流工作电压VDDA过低，如图3所示，以致整体电路无法继续运作。
请参阅图4，其是另一习知被动式RFID的tag的系统架构图。如图所示，习知调变发射电路的另一作法，是将调变发射电路M252置于桥式整流电路22的输出VSSA与LC谐振电路21的电感L211的一端HF1来进行调变。因仅针对HFl与VSSA之间作单边调变，虽不致担心电压不足的情形，却衍生出减弱感应调变距离的问题，须予加强解调变电路的灵敏度来作为相应解决方式。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种射频辨识系统的电源处理界面，用以在被动式RFID进行AM数据调变与解调变的过程中，提供被动式RFID的tag端的工作电源稳定。
本发明的另一目的为提供一种射频辨识系统的电源处理界面，用以于调变发射过程中，提供一有效最低工作电压，以避免调变时工作电压过低的情况发生。
根据本发明提供一种射频辨识系统的电源处理界面，其包含一谐振电路，用以感应一发送端所传送的一第一调变信号，并以该第一调变信号作为一交流电压来源；一第一整流电路，电连接于该谐振电路，用以将该交流电压来源转换成一直流电压；一滤波电路，电连接于该第一整流电路，用以相应该直流电压而产生一稳定的工作电压；一电压侦测电路，电连接于该滤波电路与该第一整流电路，用以侦测该工作电压的大小；一第二整流电路，电连接于一电压箝位调变电路与该谐振电路；以及该电压箝位调变电路，电连接于该第一整流电路与该第二整流电路，利用该电压侦测电路的输出，相应侦测工作电压的大小来控制该第二整流电路的导通状态，以旁路掉超额的电流，并于调变发射过程中提供该射频辨识系统一有效最低电压位准，以维持该射频辨识系统的正常运作。
如所述的电源处理界面，该射频辨识系统为一被动式射频辨识系统。
如所述的电源处理界面，该发送端为一读取器(reader)或一电子标签(tag)。
如所述的电源处理界面，该谐振电路是由一电感与一电容并联而组成。
如所述的电源处理界面，该第一整流电路是并联于该谐振电路。
如所述的电源处理界面，该第一整流电路为一桥式整流电路。
如所述的电源处理界面，该桥式整流电路包含四个二极管。
如所述的电源处理界面，该滤波电路是由一电阻与一电容并联而组成。
如所述的电源处理界面，该电压侦测装置是并联于该第一整流电路。
如所述的电源处理界面，该电压箝位调变电路包含一电连接于该电压侦测电路与该谐振电路的电源控制装置，利用该电压侦测电路的输出，相应侦测工作电压的大小，以控制该第二整流电路的导通状态。
如所述的电源处理界面，该电源控制装置为一金属氧化物半导体(MOS)晶体管。
如所述的电源处理界面，该电压箝位调变电路包含一电连接于一第二调变信号与该谐振电路的调变发射装置，用以调变该第二调变信号的振幅。
如所述的电源处理界面，该调变发射装置为一金属氧化物半导体晶体管。
如所述的电源处理界面，该电压箝位调变电路包含一箝位电路，其是通过该电源控制装置或该调变发射装置来导通该第二整流电路，以箝位该第一调变信号的振幅。
如所述的电源处理界面，该箝位电路是由复数个二极管串联而组成。
如所述的电源处理界面，该箝位电是由复数个晶体管串联而组成。
如所述的电源处理界面，该第二整流电路是电连接于该电压箝位调变电路与该谐振电路。
如所述的电源处理界面，该第二整流电路为一桥式整流电路。
如所述的电源处理界面，该桥式整流电路包含四个二极管。
如所述的电源处理界面，该第二桥式整流电路是与该第一桥式整流电路是共用两个二极管，其中该两个二极管为该第一桥式整流电路内接地的两个二极管。
附图说明
图1是习知被动式RFID的系统架构图。
图2是一习知被动式RFID的tag的系统架构图。
图3是以图2的tag系统来传送TXD时，TXD、VHF/VHF1、及VDDA问的波形对应图。
图4是另一习知被动式RFID的tag的系统架构图。
图5是本发明一较佳实施例的被动式RFID的tag的系统架构图。
图6是本发明另一较佳实施例的被动式RFID的tag的系统架构图。
图7是本发明又一较佳实施例的被动式RFID的tag的系统架构图。
具体实施方式
本发明的设计目的是在被动式RFID进行AM数据调变与解调变过程中，提供被动式RFID的tag端的工作电源稳定，在如图4所示的习知系统架构中，将原电压限制器24的过电压侦测功能与电压限制功能分开，过电压侦测元件R241与R242的位置仍维持侦测VDDA的电压，但将电压限制元件M243移至桥式整流电路22的前，利用侦测桥式整流电路22的输出VDDA的电压变化，又能直接控制LC谐振电路21上HF与HF1的峰值电压，以形成一个有效闭回路装置。
请参阅图5，其是本发明一较佳实施例的被动式RFID的tag的系统架构图。如图5所示，除了原存在的第一桥式整流电路22外，另新增一第二桥式整流电路26，其中第一桥式整流电路22与第二桥式整流电路26共用二极管D221与D222。亦即，第一桥式整流电路22由二极管D221，D222，D223，及D224构成；而第二桥式整流电路26则由二极管D221，D222，D225，及D226构成。其中共用的二极管D221与D222不论对该第一桥式整流电路22或该第二桥式整流电路26均为产生共同接地VSSA的效果，以避免两组桥式整流电路22，26有各自的接地点。同时，D271，D272，M273与M274组成电压箝位调变电路27，以控制该第二桥式整流电路26的导通与否。
利用原侦测电压电路24的分压电阻R241与R242输出随着VDDA变化不同位准来开关该电压箝位调变电路27。若在VDDA输出的电压过高时，利用导通该电压箝位调变电路27的电源控制晶体管M273，以决定导通该第二桥式整流电路26的电流量。此时，该第一桥式整流电路22的输出VDDA与VSSA的负载维持固定，所增加的负载，落于该第二桥式整流26电路上，亦即，系统将多余的电流借由新增的该第二桥式整流电路26旁路流掉，但并不影响该第一桥式整流电路22的负载，故不影响VDDA输出。
其中，该谐振电路21、该第一桥式整流电路22、该RC低通滤波器23、该电压侦测电路25、该第二桥式整流电路26、及该电压箝位调变电路27是构成一个有效闭回路装置。
本发明的另一设计目的，是考量在AM振幅调变发射过程中，当tag进行数据数据发射调变时，会同时影响电源变化。因此，在数据数据发射调变过程中，若该第一桥式整流电路22的输出电压VDDA仍能维持提供一有效工作电压，则可不必担心调变时，使得工作电压过低，导致无法继续正常工作的情况发生。
因此，如图5所示，当tag进行数据数据发射调变时，直接导通该电压箝位调变电路27的调变晶体管M274，将使得出现在该LC谐振电路上HF与HF1间的峰值电压，仍能维持最少D271与D272两个二极管的压差，使得tag仍能继续工作，不必担心HF与HF1间的峰值电压过低，tag无法继续运作的问题。
请参阅图6，其是本发明另一较佳实施例的被动式RFID的tag的系统架构图。由图可知，在图5中的二极管D271与D272亦可以两PMOS晶体管M275与M276来取代，使用者可视实际状况来加以变化。
此外，在图5的系统架构中，该电压箝位调变电路27的电源控制晶体管M273主要是使用金属氧化物半导体(MOS)晶体管的线性区与截止区。而调变发射晶体管274的运作，主要是使用MOS晶体管的截止区与饱和区。二者可合而为一，如图7所示，借由一模拟切换电路71与一晶体管M275的组合来取代原来的电源控制晶体管M273与调变发射晶体管M273。
再者，本发明基本上为RF射频AM调变/解调变的电源管理，主要是使用于被动式RFID系统的tag端，但亦适用于RFID的reader端。
综上所述，本发明在被动式RFID进行AM数据调变与解调变的过程中，提供被动式RFID的tag端的工作电源稳定；同时在调变发射过程中，依然能提供一有效最低工作电压，不必担心调变时工作电压过低的情况发生，有效改善习知技术的缺失。
Claims (10)
1.一种射频辨识系统的电源处理界面，其包含：
一谐振电路，用以感应一发送端所传送的一第一调变信号，并以该第一调变信号作为一交流电压来源；
一第一整流电路，电连接于该谐振电路，用以将该交流电压来源转换成一直流电压；
一滤波电路，电连接于该第一整流电路，用以相应该直流电压而产生一稳定的工作电压；
一电压侦测电路，电连接于该滤波电路与该第一整流电路，用以侦测该工作电压的大小；
一第二整流电路，电连接于一电压箝位调变电路与该谐振电路；以及
该电压箝位调变电路，电连接于该第一整流电路与该第二整流电路，利用该电压侦测电路的输出，相应侦测工作电压的大小来控制该第二整流电路的导通状态，以旁路掉超额的电流，并于调变发射过程中提供该射频辨识系统一有效最低电压位准，以维持该射频辨识系统的正常运作。
2.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该射频辨识系统为一被动式射频辨识系统；及/或
该发送端为一读取器或一电子标签。
3.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该谐振电路是由一电感与一电容并联而组成；及/或
该第一整流电路是并联于该谐振电路。
4.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该第一整流电路为一桥式整流电路；及/或
该桥式整流电路包含四个二极管。
5.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该滤波电路是由一电阻与一电容并联而组成；及/或
该电压侦测装置是并联于该第一整流电路。
6.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该电压箝位调变电路包含一电连接于该电压侦测电路与该谐振电路的电源控制装置，用以控制该第二整流电路的导通状态；
该电源控制装置为一金属氧化物半导体晶体管。
7.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该电压箝位调变电路包含一电连接于一第二调变信号与该谐振电路的调变发射装置，用以调变该第二调变信号的振幅；及/或
该调变发射装置为一金属氧化物半导体晶体管。
8.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该电压箝位调变电路包含一箝位电路，其是通过该电源控制装置或该调变发射装置来导通该第二整流电路，以箝位该第一调变信号的振幅；
该箝位电路的最低箝位电压可由复数个二极管串联而组成；及/或
该箝位电路的最低箝位电压可由复数个晶体管串联而组成。
9.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于该第二整流电路是电连接于该电压箝位调变电路与该谐振电路。
10.如权利要求1所述的电源处理界面，其特征在于：
该第二整流电路为一桥式整流电路；
该桥式整流电路包含四个二极管；及/或
该第二桥式整流电路是与该第一桥式整流电路共用两个二极管，其中该两个二极管为该第一桥式整流电路内接地的两个二极管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080305 Termination date: 20110111 |