CN202019298U

CN202019298U - 射频能量电荷泵及应用该电荷泵的无源电子标签

Info

Publication number: CN202019298U
Application number: CN2010206641463U
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: SHULUN COMPUTER TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co Ltd
Current assignee: SHULUN COMPUTER TECHNOLOGY (SHANGHAI) Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2020-12-17

Abstract

本实用新型提供了一种射频能量电荷泵，用于将接收到的射频信号转换为直流输出，所述射频能量电荷泵包含：射频能量输入端和直流输出端，所述射频能量输入端接收射频能量，所述直流输出端耦合到外部电路上；含有Dickson结构的基本单元，其采用MOS管替代或部分替代Dickson结构中的二极管；以及控制端，与所述MOS管的栅极相连，用于调整所述MOS管的栅极电压的高低。本实用新型有效提高了射频能量电荷泵的效率，与现有技术相比，在更低的射频输入能量下，安装有该射频能量电荷泵的芯片仍可以工作。

Description

射频能量电荷泵及应用该电荷泵的无源电子标签

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术领域，特别是涉及一种射频能量电荷泵及应用该电荷泵的无源电子标签。

背景技术

射频能量电荷泵是用来将接收到的射频信号转换为不同电平的直流。在超高频（UHF）无源电子标签中，整个芯片的能量通过射频能量电荷泵获得；在UHF无源电子标签应用中，能量转化效率是射频能量电荷泵最重要的参数，效率越高，意味着更低的射频输入能量下，芯片可以工作。

当前UHF无源电子标签产品中，电荷泵有两种实现方式：含肖特基二极管结构和纯CMOS管结构。含肖特基二极管的结构，寄生效应小，结构简单，但一致性差；纯CMOS管结构一致性相对较好，但能量损耗大，寄生效应大。现有的电荷泵效率（在射频输入功率-14.5dbm下实测）最高在20%-30%之间，效率偏低，有待进一步提高。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种射频电荷能量泵，其能够较现有技术而言显著提高输出功率。

本实用新型采用如下技术方案：一种射频能量电荷泵，用于将接收到的射频信号转换为直流输出，所述射频能量电荷泵包含：射频能量输入端和直流输出端，所述射频能量输入端接收射频能量，所述直流输出端耦合到外部电路上；含有Dickson结构的基本单元，其采用MOS管替代或部分替代Dickson结构中的二极管；以及控制端，与所述MOS管的栅极相连，用于调整所述MOS管的栅极电压的高低。

其中，所述含有Dickson结构的基本单元为若干级串联。

所述MOS管采用LVT型或Native型MOS管。

所述含有Dickson结构的基本单元为半二极管半MOS管结构、纯NMOS管结构、纯PMOS管结构或者半NMOS管半PMOS管结构。

本实用新型还提供了一种UHF无源电子标签，该电子标签通过射频能量电荷泵提供能量，所述射频能量电荷泵包含：射频能量输入端和直流输出端，所述射频能量输入端接收射频能量，所述直流输出端耦合到外部电路上；含有Dickson结构的基本单元，其采用MOS管替代或部分替代Dickson结构中的二极管；以及控制端，与所述MOS管的栅极相连，用于调整所述MOS管的栅极电压的高低。

其中，所述含有Dickson结构的基本单元为若干级串联。

所述MOS管采用LVT型或Native型MOS管。

本实用新型的有益效果在于，由于肖特基二极管的电学特性，导致效率随输入功率增大而明显增大（即一致性差），引入电学特性有利于一致性提高的MOS管后，由于MOS管的栅极电压可控，提高栅极电压相当于提供了一个正偏置电压，由此可以提高输出电压，即提高了输出功率。

附图说明

图1为本实用新型射频能量电荷泵的原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，为一个UHF无源电子标签中的射频能量电荷泵，其用于将接收到的射频信号转换为直流输出，所述射频能量电荷泵包含：射频能量输入端10和直流输出端60，所述射频能量输入端10接收射频能量，所述直流输出端40耦合到外部电路上；含有Dickson结构的基本单元，其采用MOS管20、30、40、50分别替代Dickson结构中的二极管；以及控制端，与上述MOS管的栅极相连，用于调整上述MOS管的栅极电压的高低。本具体实施方式中，含有Dickson结构的基本单元为两级串联。本实用新型射频能量电荷泵的工作原理如下：

射频输入正半周时，

Figure DEST_PATH_972443DEST_PATH_IMAGE001

为正，

Figure DEST_PATH_47846DEST_PATH_IMAGE002

随之增大，

Figure DEST_PATH_398800DEST_PATH_IMAGE003

随增大而增大。当

Figure DEST_PATH_985081DEST_PATH_IMAGE004

，

Figure DEST_PATH_545286DEST_PATH_IMAGE005

时，能量通过C3，MOS管50流向电容C5。

射频输入负半周时，为负，

Figure DEST_PATH_839925DEST_PATH_IMAGE002

随之变小，

Figure DEST_PATH_521573DEST_PATH_IMAGE006

随

Figure DEST_PATH_712514DEST_PATH_IMAGE002

的减小而减小。当

Figure DEST_PATH_795483DEST_PATH_IMAGE007

时，能量通过MOS管30从地流向电容C3。

偏置电压

Figure DEST_PATH_868613DEST_PATH_IMAGE006

，

Figure DEST_PATH_39438DEST_PATH_IMAGE003

：初始时，由于低，节点X3的负载消耗能量小，能量贮存在电容C5中，

Figure DEST_PATH_604335DEST_PATH_IMAGE008

升高。在正半周时，随

Figure DEST_PATH_305706DEST_PATH_IMAGE008

的升高，MOS管50正向导通（从左向右流为正向）所需的

Figure DEST_PATH_936014DEST_PATH_IMAGE002

，

Figure DEST_PATH_711334DEST_PATH_IMAGE003

升高，即，

Figure DEST_PATH_324773DEST_PATH_IMAGE010

升高。在负半周时，随

Figure DEST_PATH_289930DEST_PATH_IMAGE009

的升高，为克服MOS管30的阈值，升高。随

Figure DEST_PATH_131793DEST_PATH_IMAGE011

的升高，

Figure DEST_PATH_479860DEST_PATH_IMAGE012

升高，从节点X0，X1之间的寄生电容流向电容C2和MOS管20的电荷更多流入MOS管20，最终，一个周期内流入的电荷全部流入MOS管20，

Figure DEST_PATH_641851DEST_PATH_IMAGE011

达到平衡值。同理，

Figure DEST_PATH_919993DEST_PATH_IMAGE010

最终达到一个平衡值。相当于给MOS管30和MOS管50加了一个正偏置电压，提高了

Figure DEST_PATH_955076DEST_PATH_IMAGE008

，即提高了效率。

二极管和MOS管的电流公式：

Figure DEST_PATH_849826DEST_PATH_IMAGE013

Figure DEST_PATH_815508DEST_PATH_IMAGE014

。

当采用二极管做单向开关，正向导通时，电流变化，偏压变化不大。当射频输入功率增大时，流过二极管的电流增大，但偏压

Figure DEST_PATH_685299DEST_PATH_IMAGE015

变化不大。而射频输入信号的摆幅增大，有效利用的能量提高，即效率提高。

当采用MOS管做单向开关，正向导通时，电流变化，偏压

Figure DEST_PATH_536187DEST_PATH_IMAGE016

随之变化（较二极管偏压

Figure DEST_PATH_443575DEST_PATH_IMAGE015

变化大）。当射频输入功率增大时，流过二极管的电流增大，偏压

Figure DEST_PATH_384724DEST_PATH_IMAGE016

增大。偏压

Figure DEST_PATH_44767DEST_PATH_IMAGE016

的增大一定程度上抵消了射频输入信号的摆幅增大。效率变化比用二极管时小。

在其他实施方式中，含有Dickson结构的基本单元可为多级串联，MOS管可采用LVT型或Native型MOS管，含有Dickson结构的基本单元可采用半二极管半MOS管结构、纯NMOS管结构、纯PMOS管结构或者半NMOS管半PMOS管结构。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围内。