TWI454010B - 產生直流電壓的電路及其方法 - Google Patents

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TWI454010B
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Description

產生直流電壓的電路及其方法
本發明係有關於一種產生直流電壓的電路及產生直流電壓的方法，尤指一種利用限制直流電壓產生器，以限制所產生的直流電壓的電路及方法。
請參照第1圖，第1圖係為先前技術說明電磁耦合充電電路100的示意圖。電磁耦合充電電路100包含一電感102、一天線電容104、一二極體106及一充電電容108，其中天線電容104係用以調整和電感102之間的共振頻率，以匹配一讀取器110發射的電波RW的頻率，以及電感102係用以耦合讀取器110的發射的電波RW。當電感102耦合進來的電波造成二極體106順向偏壓時，通過電感102耦合進來的電波會對充電電容108充電。
然而由於二極體106的跨壓的影響，因此，上述電磁耦合充電電路100的充電方式的效率較差。另外，因為電感102耦合進來的電波的振幅會隨著電磁耦合充電電路100與讀取器110之間的距離而改變，所以A節點的電壓有可能造成其他電路112的損壞。
本發明的一實施例提供一種產生直流電壓的電路。該電路包含一3軸天線組、一第一電容、一限制直流電壓產生器、一第二電容及一低壓降穩壓器。該3軸天線組具有一第一耦合端，用以接收一讀取器發射的訊號的X軸分量，一第二耦合端，用以接收該訊號的Y軸分量，一第三耦合端，用以接收該訊號的Z軸分量，及一輸出端；該第一電容係耦接於該3軸天線組的輸出端，用以根據該X軸分量，該Y軸分量及該Z軸分量，產生一第一直流電壓；該限制直流電壓產生器具有一第一輸入端，耦接於該3軸天線組的第一耦合端，用以接收該X軸分量，一第二輸入端，耦接於該3軸天線組的第二耦合端，用以接收該Y軸分量，一第三輸入端，耦接於該3軸天線組的第三耦合端，用以接收該Z軸分量，一第四端，耦接於一地端，及一輸出端，用以輸出一X軸直流電壓、一Y軸直流電壓及一Z軸直流電壓，其中該限制直流電壓產生器係用以轉換該X軸分量、該Y軸分量及該Z軸分量，以產生該X軸直流電壓、該Y軸直流電壓及該Z軸直流電壓；該第二電容係耦接於該限制直流電壓產生器之輸出端，用以根據該X軸直流電壓、該Y軸直流電壓及該Z軸直流電壓，產生一第二直流電壓；該低壓降穩壓器(low dropout regulator)係耦接於該第二電容，用以根據該第二直流電壓，產生一直流輸出電壓。
本發明的另一實施例提供一種產生直流電壓的方法。該方法包含一3軸天線組接收一讀取器發射的訊號的一X軸分量、一Y軸分量及一Z軸分量；一第一電容根據該X軸分量，該Y軸分量及該Z軸分量，產生一第一直流電壓；一限制直流電壓產生器限制並轉換該X軸分量、該Y軸分量及該Z軸分量，以產生一X軸直流電壓、一Y軸直流電壓及一Z軸直流電壓；一第二電容根據該X軸直流電壓、該Y軸直流電壓及該Z軸直流電壓，產生一第二直流電壓；一低壓降穩壓器根據該第二直流電壓，產生一直流輸出電壓。
本發明提供一種產生直流電壓的電路及其方法。該電路及其方法係利用一限制直流電壓產生器限制一3軸天線組的第一耦合端、第二耦合端及第三耦合端的電壓，以克服該第一耦合端、該第二耦合端及該第三耦合端的電壓會隨著一讀取器發射的訊號變化劇烈的問題。如此，本發明可避免耦接於該3軸天線組的第一耦合端、第二耦合端及第三耦合端的其他電路，以及耦接於一低壓降穩壓器的下一級電路受到損害。
請參照第2圖，第2圖係為本發明的一實施例說明一種產生直流電壓的電路200的示意圖。電路200包含一3軸天線組202、一第一電容204、一限制直流電壓產生器206、一第二電容208及一低壓降穩壓器(low dropout regulator)210。3軸天線組202具有一第一耦合端FCT，用以接收一讀取器212發射的訊號RS的X軸分量RX，一第二耦合端SCT，用以接收訊號RS的Y軸分量RY，一第三耦合端TCT，用以接收訊號RS的Z軸分量RZ，及一輸出端；第一電容204係耦接於3軸天線組202的輸出端，用以根據X軸分量RX，Y軸分量RY及Z軸分量RZ，產生一第一直流電壓FDCV；限制直流電壓產生器206具有一第一輸入端T1，耦接於3軸天線組202的第一耦合端FCT，用以接收X軸分量RX，一第二輸入端T2，耦接於3軸天線組202的第二耦合端SCT，用以接收Y軸分量RY，一第三輸入端T3，耦接於3軸天線組202的第三耦合端TCT，用以接收Z軸分量RZ，一第四端，耦接於一地端GND，及一輸出端，用以輸出一X軸直流電壓XDCV、一Y軸直流電壓YDCV及一Z軸直流電壓ZDCV，其中限制直流電壓產生器206係用以轉換X軸分量RX、Y軸分量RY及Z軸分量RZ，以產生X軸直流電壓XDCV、Y軸直流電壓YDCV及Z軸直流電壓ZDCV；第二電容208係耦接於限制直流電壓產生器206之輸出端，用以根據X軸直流電壓XDCV、Y軸直流電壓YDCV及Z軸直流電壓ZDCV，產生一第二直流電壓SDCV；低壓降穩壓器210係耦接於第二電容208，用以根據第二直流電壓SDCV，產生一直流輸出電壓VO。
3軸天線組202包含一X軸天線2022、一Y軸天線2024及一Z軸天線2026。X軸天線2022包含一X軸電感20222及一X軸電容20224。X軸電感20222具有一第一端，耦接於3軸天線組202的第一耦合端FCT，及一第二端，耦接於3軸天線組202的輸出端，其中X軸電感20222係用以耦合X軸分量RX；X軸電容20224具有一第一端，耦接於3軸天線組202的第一耦合端FCT，及一第二端，耦接於3軸天線組202的輸出端，其中X軸電容20224係用以調整X軸天線2022的共振頻率。Y軸天線2024包含一Y軸電感20242及一Y軸電容20244。Y軸電感20242具有一第一端，耦接於3軸天線組202的第二耦合端SCT，及一第二端，耦接於3軸天線組202的輸出端，其中Y軸電感20242係用以耦合Y軸分量RY；Y軸電容20244具有一第一端，耦接於3軸天線組202的第二耦合端SCT，及一第二端，耦接於3軸天線組202的輸出端，其中Y軸電容20244係用以調整Y軸天線2024的共振頻率。Z軸天線2026包含一Z軸電感20262及一Z軸電容20264。Z軸電感20262具有一第一端，耦接於3軸天線組202的第三耦合端TCT，及一第二端，耦接於3軸天線組202的輸出端，其中Z軸電感20262係用以耦合Z軸分量RZ；Z軸電容20264具有一第一端，耦接於3軸天線組202的第三耦合端TCT，及一第二端，耦接於3軸天線組202的輸出端，其中Z軸電容20264係用以調整Z軸天線2026的共振頻率。另外，X軸天線2022、Y軸天線2024及Z軸天線2026係共用3軸天線組202的輸出端，以減少產生直流電壓的電路200的接腳數目。
限制直流電壓產生器206包含一X軸直流電壓產生單元2062、一Y軸直流電壓產生單元2064及一Z軸直流電壓產生單元2066。X軸直流電壓產生單元2062包含一第一限制器20622及一第一二極體20624。第一限制器20622具有一第一端，耦接於限制直流電壓產生器206的第一輸入端T1，及一第二端，耦接於限制直流電壓產生器206的第四端，其中第一限制器20622係用以限制限制直流電壓產生器206的第一輸入端T1的電壓；第一二極體20624具有一第一端，耦接於限制直流電壓產生器206的第一輸入端T1，及一第二端，耦接於限制直流電壓產生器206的輸出端，其中第一二極體20624係用以轉換X軸分量RX，以產生X軸直流電壓XDCV。Y軸直流電壓產生單元2064包含一第二限制器20642及一第二二極體20644。第二限制器20642具有一第一端，耦接於限制直流電壓產生器206的第二輸入端T2，及一第二端，耦接於限制直流電壓產生器206的第四端，其中第二限制器20642係用以限制限制直流電壓產生器206的第二輸入端T2的電壓；第二二極體20644具有一第一端，耦接於限制直流電壓產生器206的第二輸入端T2，及一第二端，耦接於限制直流電壓產生器206的輸出端，其中第二二極體20644係用以轉換Y軸分量RY，以產生Y軸直流電壓YDCV。Z軸直流電壓產生單元2066包含一第三限制器20662及一第三二極體20664。第三限制器20662具有一第一端，耦接於限制直流電壓產生器206的第三輸入端T3，及一第二端，耦接於限制直流電壓產生器206的第四端，其中第三限制器20662係用以限制限制直流電壓產生器206的第三輸入端T3的電壓；第三二極體20664具有一第一端，耦接於限制直流電壓產生器206的第三輸入端T3，及一第二端，耦接於限制直流電壓產生器206的輸出端，其中第三二極體20664係用以轉換Z軸分量RZ，以產生Z軸直流電壓ZDCV。
如第2圖所示，3軸天線組202係利用X軸天線2022、Y軸天線2024及Z軸天線2026分別耦合讀取器212發射的訊號RS的X軸分量RX、Y軸分量RY及Z軸分量RZ，以提高第二電容208的充電效率。另外，如第2圖所示，第一電容204產生的第一直流電壓FDCV可提高3軸天線組202的第一耦合端FCT的電壓、第二耦合端SCT的電壓及第三耦合端TCT的電壓，所以第一直流電壓FDCV可用以加速限制直流電壓產生器206對第二電容208的充電速度。
另外，由於第一耦合端FCT的電壓、第二耦合端SCT的電壓及第三耦合端TCT的電壓會隨著讀取器212發射的訊號RS變化劇烈，可能導致耦接於第一耦合端FCT、第二耦合端SCT及第三耦合端TCT的其他電路受到損害。因此，限制直流電壓產生器206利用第一限制器20622、第二限制器20642及第三限制器20662限制限制直流電壓產生器206的第一輸入端T1、第二輸入端T2及第三輸入端T3的電壓至一第一特定電壓(例如6.2V)。但本發明並不受限於第一特定電壓為6.2V。因此，第二電容208產生的第二直流電壓SDCV係等於第一特定電壓減去第一二極體20624(第二二極體20644或第三二極體20664)的壓降，亦即第二直流電壓SDCV係等於5.5V。低壓降穩壓器210根據第二直流電壓SDCV，產生直流輸出電壓VO(例如3.3V)，以供應下一級電路214。但本發明並不受限於直流輸出電壓VO為3.3V。
另外，產生直流電壓的電路200係用以供應短時間的小電流，因此，使用者可根據供應小電流的時間T、小電流的值CV及式(1)，計算出第二電容208的電容值C。
C=CV*T/(SDCV-VO)　(1)
請參照第3圖，第3圖係為本發明的另一實施例說明一種產生直流電壓的方法的流程圖。第3圖之方法係利用第2圖的電路200說明，詳細步驟如下：步驟300：開始；步驟302：3軸天線組202接收讀取器212發射的訊號RS的X軸分量RX、Y軸分量RY及Z軸分量RZ；步驟304：第一電容204根據X軸分量RX、Y軸分量RY及Z軸分量RZ，產生第一直流電壓FDCV；步驟306：限制直流電壓產生器206限制並轉換X軸分量RX、Y軸分量RY及Z軸分量RZ，以產生X軸直流電壓XDCV、Y軸直流電壓YDCV及Z軸直流電壓ZDCV；步驟308：第二電容208根據X軸直流電壓XDCV、Y軸直流電壓YDCV及Z軸直流電壓ZDCV，產生第二直流電壓SDCV；步驟310：低壓降穩壓器210根據第二直流電壓SDCV，產生直流輸出電壓VO；步驟312：結束。
在步驟302中，3軸天線組202接收讀取器212發射的訊號RS的X軸分量RX、Y軸分量RY及Z軸分量RZ包含X軸天線2022接收訊號RS的X軸分量RX、Y軸天線2024接收訊號RS的Y軸分量RY及Z軸天線2026接收訊號RS的Z軸分量RZ，以提高第二電容208的充電效率。在步驟304中，第一電容204產生的第一直流電壓FDCV可提高3軸天線組202的第一耦合端FCT的電壓、第二耦合端SCT的電壓及第三耦合端TCT的電壓，所以第一直流電壓FDCV可用以加速限制直流電壓產生器206對第二電容208的充電速度。在步驟306中，X軸直流電壓產生單元2062透過第一二極體20624及第一限制器20622限制並轉換X軸分量RX，以產生X軸直流電壓XDCV；Y軸直流電壓產生單元2064透過第二二極體20644及第二限制器20642限制並轉換Y軸分量RY，以產生Y軸直流電壓YDCV；Z軸直流電壓產生單元2066透過第三二極體20664及第三限制器20662限制並轉換Z軸分量RZ，以產生Z軸直流電壓ZDCV。在步驟308中，第二電容208根據X軸直流電壓XDCV、Y軸直流電壓YDCV及Z軸直流電壓ZDCV充電，以產生第二直流電壓SDCV。在步驟310中，低壓降穩壓器210第二直流電壓SDCV，產生直流輸出電壓VO給下一級電路214使用。
綜上所述，本發明所提供的產生直流電壓的電路及其方法，係利用限制直流電壓產生器限制3軸天線組的第一耦合端、第二耦合端及第三耦合端的電壓，以克服第一耦合端、第二耦合端及第三耦合端的電壓會隨著讀取器發射的訊號變化劇烈的問題。如此，本發明可避免耦接於3軸天線組的第一耦合端、第二耦合端及第三耦合端的其他電路，以及耦接於低壓降穩壓器的下一級電路受到損害。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100．．．電磁耦合充電電路
102．．．電感
104．．．天線電容
106．．．二極體
108．．．充電電容
110、212．．．讀取器
200．．．電路
2023．．．軸天線組
204．．．第一電容
206．．．限制直流電壓產生器
208．．．第二電容
210．．．低壓降穩壓器
214．．．下一級電路
2022．．．X軸天線
2024．．．Y軸天線
2026．．．Z軸天線
2062．．．X軸直流電壓產生單元
2064．．．Y軸直流電壓產生單元
2066．．．Z軸直流電壓產生單元
20222．．．X軸電感
20224．．．X軸電容
20242．．．Y軸電感
20244．．．Y軸電容
20262．．．Z軸電感
20264．．．Z軸電容
20622．．．第一限制器
20624．．．第一二極體
20642．．．第二限制器
20644．．．第二二極體
20662．．．第三限制器
20664．．．第三二極體
A．．．節點
FCT．．．第一耦合端
FDCV．．．第一直流電壓
GND．．．地端
RW‧‧‧電波
RS‧‧‧訊號
RX‧‧‧X軸分量
RY‧‧‧Y軸分量
RZ‧‧‧Z軸分量
SCT‧‧‧第二耦合端
SDCV‧‧‧第二直流電壓
TCT‧‧‧第三耦合端
T1‧‧‧第一輸入端
T2‧‧‧第二輸入端
T3‧‧‧第三輸入端
VO‧‧‧直流輸出電壓
XDCV‧‧‧X軸直流電壓
YDCV‧‧‧Y軸直流電壓
ZDCV‧‧‧Z軸直流電壓
300至312‧‧‧步驟
第1圖係為先前技術說明電磁耦合充電電路的示意圖。
第2圖係為本發明的一實施例說明一種產生直流電壓的電路的示意圖。
第3圖係為本發明的另一實施例說明一種產生直流電壓的方法的流程圖。
200．．．電路
202．．．3軸天線組
204．．．第一電容
206．．．限制直流電壓產生器
208．．．第二電容
210．．．低壓降穩壓器
212．．．讀取器
214．．．下一級電路
2022．．．X軸天線
2024．．．Y軸天線
2026．．．Z軸天線
2062．．．X軸直流電壓產生單元
2064．．．Y軸直流電壓產生單元
2066．．．Z軸直流電壓產生單元
20222．．．X軸電感
20224．．．X軸電容
20242．．．Y軸電感
20244．．．Y軸電容
20262．．．Z軸電感
20264．．．Z軸電容
20622．．．第一限制器
20624．．．第一二極體
20642．．．第二限制器
20644．．．第二二極體
20662．．．第三限制器
20664．．．第三二極體
FCT．．．第一耦合端
FDCV．．．第一直流電壓
GND．．．地端
RS．．．訊號
RX．．．X軸分量
RY．．．Y軸分量
RZ．．．Z軸分量
SCT．．．第二耦合端
SDCV．．．第二直流電壓
TCT．．．第三耦合端
T1．．．第一輸入端
T2．．．第二輸入端
T3．．．第三輸入端
VO．．．直流輸出電壓
XDCV．．．X軸直流電壓
YDCV．．．Y軸直流電壓
ZDCV．．．Z軸直流電壓

Claims (8)

  1. 一種產生直流電壓的電路，包含：一3軸天線組，具有一第一耦合端，用以接收一讀取器發射的訊號的X軸分量，一第二耦合端，用以接收該訊號的Y軸分量，一第三耦合端，用以接收該訊號的Z軸分量，及一輸出端；一第一電容，耦接於該3軸天線組的輸出端，用以根據該X軸分量，該Y軸分量及該Z軸分量，產生一第一直流電壓；一限制直流電壓產生器，具有一第一輸入端，耦接於該3軸天線組的第一耦合端，用以接收該X軸分量，一第二輸入端，耦接於該3軸天線組的第二耦合端，用以接收該Y軸分量，一第三輸入端，耦接於該3軸天線組的第三耦合端，用以接收該Z軸分量，一第四端，耦接於一地端，及一輸出端，用以輸出一X軸直流電壓、一Y軸直流電壓及一Z軸直流電壓，其中該限制直流電壓產生器係用以轉換該X軸分量、該Y軸分量及該Z軸分量，以產生該X軸直流電壓、該Y軸直流電壓及該Z軸直流電壓；一第二電容，耦接於該限制直流電壓產生器之輸出端，用以根據該X軸直流電壓、該Y軸直流電壓及該Z軸直流電壓，產生一第二直流電壓；及一低壓降穩壓器(low dropout regulator)，耦接於該第二電容，用以根據該第二直流電壓，產生一直流輸出電壓。
  2. 如請求項1所述之電路，其中該3軸天線組包含：一X軸天線，包含：一X軸電感，具有一第一端，耦接於該3軸天線組的第一耦合端，及一第二端，耦接於該3軸天線組的輸出端；一X軸電容，具有一第一端，耦接於該3軸天線組的第一耦合端，及一第二端，耦接於該3軸天線組的輸出端，其中該X軸電容係用以調整該X軸天線的共振頻率；一Y軸天線，包含：一Y軸電感，具有一第一端，耦接於該3軸天線組的第二耦合端，及一第二端，耦接於該3軸天線組的輸出端；一Y軸電容，具有一第一端，耦接於該3軸天線組的第二耦合端，及一第二端，耦接於該3軸天線組的輸出端，其中該Y軸電容係用以調整該Y軸天線的共振頻率；及一Z軸天線，包含：一Z軸電感，具有一第一端，耦接於該3軸天線組的第三耦合端，及一第二端，耦接於該3軸天線組的輸出端；一Z軸電容，具有一第一端，耦接於該3軸天線組的第三耦合端，及一第二端，耦接於該3軸天線組的輸出端，其中該Z軸電容係用以調整該Z軸天線的共振頻率。
  3. 如請求項1所述之電路，其中該限制直流電壓產生器包含：一X軸直流電壓產生單元，包含： 一第一限制器，具有一第一端，耦接於該限制直流電壓產生器的第一輸入端，及一第二端，耦接於該限制直流電壓產生器的第四端，其中該第一限制器係用以限制該限制直流電壓產生器的第一輸入端的電壓；及一第一二極體，具有一第一端，耦接於該限制直流電壓產生器的第一輸入端，及一第二端，耦接於該限制直流電壓產生器的輸出端，其中該第一二極體係用以轉換該X軸分量，以產生該X軸直流電壓；一Y軸直流電壓產生單元，包含：一第二限制器，具有一第一端，耦接於該限制直流電壓產生器的第二輸入端，及一第二端，耦接於該限制直流電壓產生器的第四端，其中該第二限制器係用以限制該限制直流電壓產生器的第二輸入端的電壓；及一第二二極體，具有一第一端，耦接於該限制直流電壓產生器的第二輸入端，及一第二端，耦接於該限制直流電壓產生器的輸出端，其中該第二二極體係用以轉換該Y軸分量，以產生該Y軸直流電壓；及一Z軸直流電壓產生單元，包含：一第三限制器，具有一第一端，耦接於該限制直流電壓產生器的第三輸入端，及一第二端，耦接於該限制直流電壓產生器的第四端，其中該第三限制器係用以限制該限制直流電壓產生器的第三輸入端的電壓；及一第三二極體，具有一第一端，耦接於該限制直流電壓產 生器的第三輸入端，及一第二端，耦接於該限制直流電壓產生器的輸出端，其中該第三二極體係用以轉換該Z軸分量，以產生該Z軸直流電壓。
  4. 如請求項1所述之電路，其中該第一直流電壓係用以加速該限制直流電壓產生器對該第二電容的充電速度。
  5. 一種產生直流電壓的方法，包含：一3軸天線組接收一讀取器發射的訊號的一X軸分量、一Y軸分量及一Z軸分量；一第一電容根據該X軸分量，該Y軸分量及該Z軸分量，產生一第一直流電壓；一限制直流電壓產生器限制並轉換該X軸分量、該Y軸分量及該Z軸分量，以產生一X軸直流電壓、一Y軸直流電壓及一Z軸直流電壓；一第二電容根據該X軸直流電壓、該Y軸直流電壓及該Z軸直流電壓，產生一第二直流電壓；及一低壓降穩壓器根據該第二直流電壓，產生一直流輸出電壓。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該3軸天線組接收該讀取器發射的訊號的該X軸分量、該Y軸分量及該Z軸分量包含：一X軸天線接收該訊號的X軸分量；一Y軸天線接收該訊號的Y軸分量；及 一Z軸天線接收該訊號的Z軸分量。
  7. 如請求項5所述之方法，其中該限制直流電壓產生器限制並轉換該X軸分量、該Y軸分量及該Z軸分量，以產生該X軸直流電壓、該Y軸直流電壓及該Z軸直流電壓包含：一X軸直流電壓產生單元限制並轉換該X軸分量，以產生該X軸直流電壓；一Y軸直流電壓產生單元限制並轉換該Y軸分量，以產生該Y軸直流電壓；及一Z軸直流電壓產生單元限制並轉換該Z軸分量，以產生該Z軸直流電壓。
  8. 如請求項5所述之方法，其中該第一直流電壓係用以加速該限制直流電壓產生器對該第二電容的充電速度。
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