专利名称：用于非接触式ic卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种限幅保护电路，特别是涉及一种用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路。
背景技术：
目前，在地铁、公交、身份认证、物流等行业中普遍使用的非接触式IC卡或射频识别标签正逐步取代传统的纸质票证，具有越来越广泛的应用。
非接触式IC卡或射频识别标签系统的原理框图，如图1所示，它包括读写器与非接触式IC卡或射频识别标签芯片两部分。
读写器将要发送的数据加载在高频载波后向空间发射，处在读写器有效发射场强范围内的非接触式IC卡或射频识别标签通过内部天线接收此信号，并从中得到内部工作电压和时钟，恢复读写器发送数据，进而进行内部处理。
非接触式IC卡或射频识别标签内的数据通过对内部天线的负载调制向空间发射调制信号。读写器内天线由空间捕获该调制信号，并通过内部相关解调电路还原非接触式IC卡或射频识别标签所发送数据。至此，完成读写器与非接触式IC卡或射频识别标签之间的通信。
非接触式IC卡或射频识别标签需要在读写器发送场强的一定范围内都能够对读写器发送指令做出正确的响应。图2示出了为完成读写器与非接触式IC卡或射频识别标签之间正常通讯，非接触式IC卡或射频识别标签内部射频接口所需要的功能电路。其中，整流及限幅滤波电路一方面将天线端耦合过来的交流信号转变为经过限幅滤波的直流信号，然后送入后续稳压电路和解调电路进行处理，另一方面通过负载调制的方式将逻辑信号d_in发射出去。时钟产生电路生成同步时钟clk。稳压电路产生稳定电压vdd给内部电路供电。复位电路根据电压vdd的高低产生复位信号por。解调电路通过对包络信号的检测恢复读写器传输数据d_out。
如前所述，非接触式IC卡或射频识别标签需要能够在一定场强范围内响应读写器发送过来的信号，因此限幅电路要能够将非接触式IC卡或射频识别标签耦合得到的能量限制在可以接受的范围之内，同时又不能够影响后续解调、稳压、时钟、复位电路的正常工作。但是如果使用没有带宽控制的限幅电路，将会影响到调制信号的包络，从而影响到后续解调、稳压、复位电路的正常工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路，它能够在一定场强范围内将通过天线耦合得到的能量限制在可以接受的范围内，同时不会影响芯片内部后续解调、稳压、时钟、复位电路的正常工作。
为解决上述技术问题，本发明用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路包括并联在所述芯片射频接口整流滤波电路的旁路泄流晶体管，检测所述整流滤波电路输出信号的高压、低压检测电路，该高压、低压检测电路分别控制对一电容进行充电的充电电流源和放电的放电电流源的开启，所述电容充放电形成限幅控制信号，该限幅控制信号控制所述旁路泄流晶体管的开启。
作为本发明进一步的改进，所述限幅保护电路还包括并联在所述整流滤波电路的限幅支路，该限幅支路的开启由所述限幅控制信号和所述芯片射频接口解调电路输出信号控制。
由于采用本发明的电路，分别利用高低压检测电路对整流滤波电路输出信号进行电压检测，并对电容充放电进行控制，然后利用电容形成的限幅控制信号控制旁路泄流晶体管进行泄流，从而完成对IC卡或标签的限幅保护作用，并避免了对后续解调、稳压、复位电路的影响。
另外，利用解调电路输出信号控制限幅支路的开启，当读写器发送的是没有经过幅度调制的载波信号时限幅支路导通泄流，增强泄流能力；当读写器发送的是经过幅度调制的载波信号时限幅支路关闭，减弱泄流能力。这样可以避免在场强很高的情况下天线经过幅度调制时芯片内部容易下电的问题，扩展了IC卡和标签能够正常工作的范围。
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图1是非接触式IC卡或射频识别标签的系统框图；图2是非接触式IC卡或射频识别标签芯片的射频接口电路原理框图；图3是本发明用于非接触式IC卡和射频识别标签的限幅保护电路实施例的原理图。
具体实施例方式
如图3所示，当读写器发送到空间的交流载波信号被非接触式IC卡或射频识别标签的天线端耦合并送入整流滤波电路后产生输出信号，即直流包络信号rec_out。该包络信号rec_out的高低直接与非接触式IC卡或射频识别标签所处场强相关。所处场强越高，包络信号rec_out越高，所处场强越低，包络信号rec_out越低。所述包络信号rec_out作为高压和低压检测电路的输入。
当所述包络信号rec_out高于一定值Vhigh(高压检测电路产生有效输出时的输入电压)后，高压检测电路的输出端输出低电平vctrl1，作为充电电流源控制开关的PMOS晶体管M1开启，充电电流源I1经过PMOS晶体管M1开始给电容C充电。电容C充放电形成的限幅控制信号vshunt电平开始升高，当升高到旁路泄流晶体管Mshunt1可以开启时，该旁路泄流晶体管Mshunt1导通泻流。
当所述包络信号rec_out低于一定值Vlow(低压检测电路产生有效输出时的输入电压)后(Vlow＜Vhigh)，低压检测电路的输出端输出高电平vctrl2，作为放电电流源控制开关的NMOS晶体管M2开启，放电电流源I2经过NMOS晶体管M2开始给电容C放电。限幅控制信号vshunt开始下降，当下降到使旁路泄流晶体管Mshunt1可以关断时，旁路泄流晶体管Mshunt1截止，泻流结束。
在本实施例中需要说明的是1、低压检测电路产生有效输出时的输入电压Vlow必须小于高压检测电路产生有效输出时的输入电压Vhigh，这样就能够保证在所述包络信号rec_out某个中间范围内高压检测电路的输出vctrl1为高，低压检测电路的输出vctrl2为低，电容C形成的限幅控制信号vshunt保持相对不变，从而保持所述包络信号rec_out相对稳定在某一个固定值。这样做的目的是为了保证非接触式IC卡或射频识别标签在限幅开始作用附近某个较低场强范围内抖动时，限幅保护电路不会频繁地开启或关闭，以免影响到包络信号rec_out的质量。2、对电容C的充放电时间常数远大于整流滤波电路输出的包络信号rec_out包络的上升下降沿，从而不会使得正常的包络信号rec_out调制幅度变浅，以免影响到解调电路的正常工作，这就需要合理设置电容C和充放电电流源I1和I2的大小。
还有一个问题，即在读写器发送经过幅度调制的载波信号时限幅电路的泄流能力与读写器发送没有经过幅度调制的载波信号时限幅电路的泻流能力相当。这会导致载波信号在幅度调制期间限幅过大，从而使稳压输出电压过低进而使非接触式IC卡或射频识别标签芯片内部产生下电，致使非接触式IC卡或射频识别标签无法正常工作。为了解决这个问题，需要在所述整流滤波电路另外并联一限幅支路，该限幅支路由串联连接的第二旁路泄流晶体管Mshunt2和开关晶体管Mswitch组成。所述第二旁路泄流晶体管Mshunt2的开启由限幅控制信号vshunt控制，所述开关晶体管Mswitch的开启由解调电路输出信号d_out控制。当解调电路输出信号d_out为高时，即读写器发送没有经过幅度调制的载波信号时，只要非接触式IC卡或射频识别标签所处场强高到一定程度，两路旁路泻流晶体管Mshunt1、Mshunt2均开启，泻流能力相对较大。当解调电路输出信号d_out为低时，即读写器发送经过幅度调制的载波信号时，只要场强高到一定程度，旁路泻流晶体管Mshunt1开启，而旁路泻流晶体管Mshunt2仍然关闭，泻流能力相对较弱。这样就很好地解决了限幅情况下在读写器发送幅度调制信号时非接触式IC卡或射频识别标签芯片内部可能存在着的下电问题。
如上所述，本发明通过使用带宽控制信号控制的限幅电路，并配合以解调电路输出信号的控制作用，很好地完成了对非接触式IC卡或射频识别标签在高场强下的限幅保护作用，同时又不会影响到非接触式IC卡或射频识别标签与读写器之间正常的数据通信。
权利要求
1.一种用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路，其特征在于，所述限幅保护电路包括并联在所述芯片射频接口整流滤波电路的旁路泄流晶体管，检测所述整流滤波电路输出信号的高压、低压检测电路，该高压、低压检测电路分别控制对一电容进行充电的充电电流源和放电的放电电流源的开启，所述电容充放电形成限幅控制信号，该限幅控制信号控制所述旁路泄流晶体管的开启。
2.如权利要求1所述的用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路，其特征在于还包括并联在所述整流滤波电路的限幅支路，该限幅支路的开启由所述限幅控制信号和所述芯片射频接口解调电路输出信号控制。
3.如权利要求1或2所述的用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路，其特征在于所述电容的充放电时间常数远大于所述整流滤波电路输出信号包络的上升下降沿。
4.如权利要求1或2所述的用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路，其特征在于所述高压检测电路产生有效输出时的输入电压大于所述低压检测电路产生有效输出时的输入电压。
5.如权利要求1或2所述的用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路，其特征在于所述高压检测电路通过控制一PMOS晶体管的开关控制充电电流源对电容的充电；所述低压检测电路通过控制一NMOS晶体管的开关控制放电电流源对电容的放电。
6.如权利要求2所述的用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路，其特征在于所述限幅支路由串联连接的第二旁路泄流晶体管和开关晶体管组成，所述第二旁路泄流晶体管的开启由所述限幅控制信号控制，所述开关晶体管的开启由所述解调电路输出信号控制；当所述解调电路输出信号为高，且所述限幅控制信号大于第二旁路泄流晶体管的开启电压时，该第二旁路泄流晶体管导通；当所述解调电路输出信号为低时，该第二旁路泄流晶体管关闭。
全文摘要
本发明公开了一种用于非接触式IC卡和射频识别标签芯片的限幅保护电路。所述限幅保护电路包括并联在所述芯片射频接口整流滤波电路的旁路泄流晶体管，检测所述整流滤波电路输出信号的高压、低压检测电路，该高压、低压检测电路分别控制对一电容进行充电的充电电流源和放电的放电电流源的开启，所述电容充放电形成限幅控制信号，该限幅控制信号控制所述旁路泄流晶体管的开启。本发明既能完成限幅功能，又不会影响芯片内部后续解调、稳压、时钟、复位电路的正常工作。
文档编号H03K17/00GK101038616SQ20061002481
公开日2007年9月19日 申请日期2006年3月17日 优先权日2006年3月17日
发明者任建军, 刘颖 申请人:上海华虹集成电路有限责任公司