一种用于无源uhfrfid标签芯片可校准基准电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，包括标准基准电路、正温度系数电流校准的电路和基准电压输出校准电路；标准基准电路包括正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路和基准电压输出电路；其通过配置校准码来得到一个偏差最小的基准输出电压。本发明克服了芯片在设计过程中潜在的人为误差以及系统偏差，得到一个校准后相对稳定的参考电压值，为后续得到一个稳定的时钟以及数字模块的稳定工作提供了保证，提高了标签芯片的效率。本发明实现机制相对简单，在没有增加过多功耗的情况下完成校准工作。
【专利说明】-种用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到模拟集成电路领域，具体涉及一种用于无源超高频射频识别标签芯 片的可校准的基准电路设计。
【背景技术】
[0002] 随着物联网技术的兴起，射频识别（RFID)技术也随之迅速发展。其中超高频无源 标签芯片以其准确性高、存储量大、可重复利用、非接触读写、安全性强、可同时识别多个对 象等优点也越来越受市场的青睐。
[0003] 无源射频识别（RFID)系统主要由读卡器、天线以及标签芯片三部分组成。对于标 签芯片又主要包括四个主要模块：模拟（射频）前端电路、数字基带、一些控制模块和非易 失性存储器。其中，基准电路属于模拟前端模块，它的作用是给芯片提供一个稳定的，不受 工艺、温度以及供电电压影响的参考电压。但是由于现阶段工艺尺寸越来越小，造成M0S管 的各种高级效应凸显，这样不仅在设计过程中的人为因素亦或画版图过程中的人为误差还 是在制造过程中的系统误差，最终都会造成基准源输出电压偏离原来的设计值。由于在标 签芯片中，基准电路除了为其他模块提供一个稳定的参考电压外，还影响着时钟电路的输 出频率，时钟频率的过大或过小都将直接影响数字基带模块的正常工作。
[0004] 所以，为了保证流片后基准电路输出电压的准确性，急需要一种纠正机制，以保证 整个标签芯片能正常工作。
【发明内容】
[0005] 针对上述已有技术存在的不足，本发明提出一种用于无源UHFRFID标签芯片可校 准基准电路，这样一种纠正机制，来保证基准源输出电压的准确性，同时得到更准确的时钟 频率。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0007] 一种用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，其特征在于，包括标准基准电 路、正温度系数电流校准的电路和基准电压输出校准电路；
[0008] 标准基准电路包括正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路和基准电 压输出电路；所述正温度系数电流产生电路由两个PM0S管、两个NM0S管和一个温度系数仅 为-9. 2Xl(T4ppm/°C的第一电阻105组成，两个PM0S管分别为第一 PM0S管101和第二PM0S 管102,两个NM0S管分别为第一 NM0S管103和第二NM0S管104,两个PM0S管是要工作在 饱和区，两个NM0S管要工作在亚阈值状态，通过这两个工作在亚阈值状态的NM0S管的栅源 电压之差加载在第一电阻105上来产生正温度系数的电流1+ ;
[0009]
【权利要求】
1. 一种用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，其特征在于，包括标准基准电路、 正温度系数电流校准的电路和基准电压输出校准电路； 标准基准电路包括正温度系数电流产生电路、负温度系数电流产生电路和基准电压 输出电路；所述正温度系数电流产生电路由两个PMOS管、两个NMOS管和一个温度系数仅 为-9. 2X10_4ppm/°C的第一电阻（105)组成，两个PMOS管分别为第一 PMOS管（101)和第二 PMOS管（102)，两个NMOS管分别为第一 NMOS管（103)和第二NMOS管（104)，两个PMOS管是 要工作在饱和区，两个NMOS管要工作在亚阈值状态，通过这两个工作在亚阈值状态的NMOS 管的栅源电压之差加载在第一电阻（105)上来产生正温度系数的电流I+;
(1) 其中，n= (1+Cd/CM)表示亚阈值斜率，VT= (kBT/q)表示热电压，1(1(13表示第一 NMOS管 (103)的宽长比，1(1(14表示第二NMOS管（104)的宽长比，R1(l5表示第一电阻（105)的阻值， VGS1(I3和VGS1(I4分另ll表不第一匪0S管（103)和第二NM〇§管（104)的栅源电压； 负温度系数电流产生电路由两个以共源共栅关系连接的PMOS管、两个NMOS管和一个 温度系数非常低的第二电阻（112)组成，两个PMOS管分别为第三PMOS管（106)和第四PMOS 管（108)，两个NMOS管分别为第二NMOS管（104)和第三NMOS管（110)，利用工作在亚阈值 状态的第二NMOS管（104)的栅源电压V esi(l4加载在温度系数仅为-9. 2Xl(T4ppm/°C的第二 电阻（112)上来产生负温度系数的电流1_ ;
(2) 其中，\_4表示第二NMOS管（104)的栅源电压，R112表示第二电阻（112)的阻值； 基准电压输出电路由3个PMOS管，1个温度系数仅为-9. 2X10_4ppm/°C的第三电阻 (114)组成，3个PMOS管分别为第五PMOS管（107)、第六PMOS管（109)和第十PMOS管 (113)，其中用第十PMOS管（113)与正温度系数产生电路中的两个PMOS管构成电流镜电 路，复制比例系数为α的正温度系数电流α*Ι+到输出端；同时，第五PMOS管（107)和第 六PMOS管（109)与负温度系数产生电路中的2个PMOS管构成共源共栅电流镜，复制比例 系数为β的负温度系数电流ML到输出端；两股电流共同流过第三电阻（114)，并在其上 产生基准输出电压;
(3) 将⑴式变形为：
(4) 由表达式⑷得知，通过调节R1(l5、R114的大小就能够调节正负温度系数电流的相互比 重，还能够调节输出基准电压vMf的大小；因此一旦流片后基准输出电压不理想，就能够通 过配置校准码来控制第一电阻（105)和第三电阻（114)阻值R 1(l5、R114的大小，完成校准操 作。
2. 根据权利要求1所述的用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，其特征在于，正 温度系数电流产生电路中，第一 PMOS管（101)的栅极与第二PMOS管（102)的栅极相连接， 同时又连接到自己的漏极，构成自偏置单管电流镜电路；第一 PM0S管（101)的栅极与第二 PMOS管（102)都工作在饱和区；第一 PMOS管（101)和第二PMOS管（102)的漏极分别与第 一 NM0S管（103)与第二NM0S管（104)的漏极相连接，并为它们提供偏置电流，第一 NM0S 管（103)的栅极又与第二NM0S管（104)的栅极相连接，第一 NM0S管（103)的源极连接在 第一电阻（105)的一端，第一 NM0S管（103)与第二NM0S管（104)的衬底又分别与各自的 源极相连接。
3. 根据权利要求2所述的用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，其特征在于，所 述负温度系数电流产生电路中，第三PMOS管（106)的栅极连接到第三NM0S管（110)的漏 极，第三PMOS管（106)的漏极连接到第四PMOS管（108)的源极；第四PMOS管（108)的栅 极连接到第三NM0S管（110)的源极，第四PMOS管（108)的源极连接到第三NM0S管（110) 的漏极；第三PMOS管（106)和第四PMOS管（108)构成了一种自偏置的共源共栅结构；第三 NM0S管（110)的栅极连接到正温度系数电流产生电路中第二PMOS管（102)的漏极，第二 PMOS管（102)为第三NM0S管（110)提供偏置电压，使第三NM0S管（110)成为一个共栅放 大器，第三NM0S管（110)的源极连接到第二NM0S管（104)的栅极，又与第二电阻（112)的 一端相连接，第二NM0S管（104)工作在亚阈值状态，第三PMOS管（106)、第四PMOS管（108) 和第三NM0S管（110)均工作在饱和状态。
4. 根据权利要求3所述的用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，其特征在于， 所述基准电压输出电路中第五PMOS管（107)与第六PMOS管（109)分别与负温度系数电流 产生电路中的第三PMOS管（106)与第四PMOS管（108)栅极相连接，构成共源共栅电流镜 结构，复制的电流到输出端，同时，第五PMOS管（107)的漏极又与第六PMOS管（109) 的源极相连接，第六PMOS管（109)的漏极又与第三电阻（114) 一端相连接，第十PMOS管 (113)的栅极也与正温度系数电流产生电路中的第一 PMOS管（101)和第二PMOS管（102) 的栅极相连接，构成单管电流镜电路，用来复制α*Ι+的电流到输出端；第十PMOS管（113) 的漏极也连接到第三电阻（114)的一端，这样复制的两路电流α*Ι+和β*Ι_叠加在一起加 载在第三电阻（114)上产生基准电压V, ef。
5. 根据权利要求4所述的用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，其特征在于， 正温度系数校准电路把正温度系数电流产生电路中的第一电阻（105)分成了 6个串联的 电阻，分别为第四电阻（115)、第五电阻（116)、第六电阻（117)、第七电阻（118)、第八电阻 (119)和第九电阻（120)，其中第四电阻（115)是一个常通的电阻，而第五电阻（116)、第六 电阻（117)、第七电阻（118)、第八电阻（119)和第九电阻（120)的导通与否是受第一开关 管（121)、第二开关管（122)、第三开关管（123)、第四开关管（124)和第五开关管（125)控 制的，第一开关管（121)、第二开关管（122)、第三开关管（123)、第四开关管（124)和第五 开关管（125)都是宽长比在10以上的NM0S管；其中，第一开关管（121)的漏极连接到第 四电阻（115)与第五电阻（116)之间，源极跟第二开关管（122)的漏极相连，同时也连接到 第五电阻（116)与第六电阻（117)之间，栅极直接连接到控制信号PTAT〈4>上；第二开关 管（122)的源极连接到第三开关管（123)的漏极，同时也连接到第六电阻（117)与第七电 阻（118)之间，栅极直接连接到控制信号PTAT〈3>上；第三开关管（123)的源极连接到第四 开关管（124)的漏极，同时也连接到第七电阻（118)与第八电阻（119)之间，栅极直接连接 到控制信号PTAT〈2>上；第四开关管（124)的源极连接到第五开关管（125)的漏极，同时也 连接到第八电阻（119)与第九电阻（120)之间，栅极直接连接到控制信号PTAT〈1>上；第五 开关管（125)的源极连接到第九电阻（120)与地之间，栅极直接连接到控制信号ΡΤΑΤ〈0> 上；这些控制信号（PTAT〈0>，PTAT〈1>，PTAT〈2>，PTAT〈3>，PTAT〈4>)都是由数字基带模块提 供的；第五电阻（116)、第六电阻（117)、第七电阻（118)、第八电阻（119)和第九电阻（120) 的阻值关系满足下面的表达式：
〇
6.根据权利要求5所述的用于无源UHFRFID标签芯片可校准基准电路，其特征在于， 基准输出电压校准电路把正温度系数电流产生电路中的第三电阻（114)分成了 6个串联的 电阻，分别为第十一电阻（126)、第十二电阻（127)、第十三电阻（128)、第十四电阻（129)、 第十五电阻（130)和第十六电阻（131)，其中第十一电阻（126)是一个常通的电阻，而第 十二电阻（127)、第十三电阻（128)、第十四电阻（129)、第十五电阻（130)和第十六电阻 (131) 的导通与否是受第六开关管（132)、第七开关管（133)、第八开关管（134)、第九开关 管（135)和第十开关管（136)控制的，第六开关管（132)、第七开关管（133)、第八开关管 (134)、第九开关管（135)和第十开关管（136)都是宽长比在10以上的NMOS管；第六开关管 (132) 的漏极连接到第十一电阻（126)与第十二电阻（127)之间，源极跟第七开关管（133) 的漏极相连，同时也连接到第十二电阻（127)与第十三电阻（128)之间，栅极直接连接到控 制信号TRIM〈4>上；第七开关管（133)的源极连接到第八开关管（134)的漏极，同时也连接 到第十三电阻（128)与第十四电阻（129)之间，栅极直接连接到控制信号TRIM〈3>上；第八 开关管（134)的源极连接到第九开关管（135)的漏极，同时也连接到第十四电阻（129)与 第十五电阻（130)之间，栅极直接连接到控制信号TRIM〈2>上；第九开关管（135)的源极连 接到第十开关管（136)的漏极，同时也连接到第十五电阻（130)与第十六电阻（131)之间， 栅极直接连接到控制信号TRM〈1>上；第十开关管（136)的源极连接到第十六电阻（131) 与地之间，栅极直接连接到控制信号TRM〈0>上；这些控制信号（TRM〈0>，TRM〈1>，TRM〈 2>，TRM〈3>，TRM〈4>)都是由数字基带模块提供的；第十二电阻（127)、第十三电阻（128)、 第十四电阻（129)、第十五电阻（130)和第十六电阻（131)的阻值关系满足下面的表达式：
〇
【文档编号】G05F1/56GK104111686SQ201410347173
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】李建成, 郑礼辉, 蔡磊, 郭俊平, 李松亭, 谷晓忱, 郑黎明, 曾祥华, 李 浩 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学, 湖南晟芯源微电子科技有限公司