一种基于超高频rfid应用的6位360°有源移相器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有源移相器技术领域，具体设及一种6位360°有源移相器。本发明尤 其应用于超高频RFID读写器系统。
【背景技术】
[0002] 超高频RFID系统是一个无源的半双工识别系统，读写器发射端产生并向外发射 载波信号与调制信号，无源射频标签接收载波信号并转化成能量为其供电，同时将接收的 调制信号后向散射回读写器接收端。根据EPC二代协议，在每一次RFID系统通信中，读写 器都要在接收散射信号时发射载波信号为无源射频标签提供能量。读写器发射机和接收机 同频且同时工作的特性使得接收机和发射机之间的隔离变得很困难，发射机泄漏到接收机 的信号功率通常会大于0地m。因此，要求读写器接收机具有泄露信号抵消电路。
[0003] 在信号抵消电路中，输入信号来源于定向禪合器，其与泄露信号的相位差是未知 的，需要一个360°有源移相器改变输入信号的相位，控制其与泄露信号具有相反的相位。 移相器主要分为无源移相器和有源移相器，无源移相器不仅有插入损耗，而且多组无源器 件所需面积较大，不利于大规模集成。有源移相器虽然牺牲了功耗性能，但在转换输入信号 的相位时具有一定的增益，有源器件占用面积较小，利于集成。因此，有源移相器的性能要 优于无源移相器。
[0004]在参考文献【1 】（A.AsoodehandM.Atarodi,"A6_bitactivedigitalphase shifter,"IE邸lEICEElectronicsExpress,vol. 8,卵.121-128,Jan, 2011.)中，如图 3 所示，有源移相器采用吉尔伯特单元作为输入级，在直流通路上进行象限转换，用电流偏置 阵列改变I、Q两路输出信号的幅度。正交信号产生电路采用化C结构，虽然频率较高，但采 用多个电感，面积仍然较大。移相器的逻辑编码电路的6位数控位同时控制象限的转换与 电流偏置阵列，编码电路比较复杂。
[0005] 移相器的象限控制不仅可W在直流通路上进行，还可W在射频通路上进行，如文 献CN103986439A所公开的方案，依然是通过改变偏置电流的大小实现输出相位的调谐，但 其象限的控制放置于压控放大器的前一级。相对于直流通路上的低频象限选择器来说，一 个高频象限选择器的设计可能会出现很多问题，比如噪声、频带内的相位平坦度、寄生电容 等。该移相器的正交信号产生电路同样采用化C结构，所占面积相对较大；其编码电路的方 式和参考文献【1】类似，逻辑电路也比较复杂。
[0006] 现有的有源移相器都是基于控制象限选择和电流偏置阵列来实现相位调谐的，在 坐标轴选择上还没有相关文献的报道。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题为；克服现有技术的不足，提供一种基于超高频RFID应 用的6位360°有源移相器，通过逻辑编码电路数控位的高两位控制象限选择、坐标轴W及 低四位控制电流偏置阵列，将编码电路简单化。正交信号产生电路仅采用RC结构，减小电 感所占的面积，降低巧片成本。
[0008] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
[0009] 基于超高频RFID应用的6位360°有源移相器，包括正交信号产生电路、I路吉尔 伯特单元、Q路吉尔伯特单元、象限与坐标轴选择器、电流偏置阵列、逻辑编码电路、加法器。
[0010] 正交信号产生电路由两级相同结构的RC网络构成，差分信号输入到正交信号产 生电路，输出两路正交的I路差分信号和Q路差分信号，然后将I路信号和Q路信号分别输 入到I路吉尔伯特单元和Q路吉尔伯特单元，将电压信号转化成电流信号进行处理。
[0011] 象限与坐标轴选择器分别控制所需相位对应象限的选择和其在相应象限内信号 合成时坐标轴变量的转换，进而简化逻辑编码电路。
[0012] 电流偏置阵列包括I路电流偏置阵列与Q路电流偏置阵列，其开关控制信号是互 补的，分别控制I、Q两路输出信号幅度的大小，改变合成信号的相位；逻辑编码电路主要产 生象限与坐标轴选择器W及电流偏置阵列开关的控制信号。
[0013] 经过上述各个模块的处理，差分输入的电压信号转化为电流信号，再将其输入到 加法器，即负载电阻，转化成一系列同幅不同相的电压信号。
[0014] 本发明技术的原理：
[0015] 本发明所述正交信号产生电路由两级相同结构的RC网络构成，包括两个差分输 入端口Vi+、Vi-，四个正交输出端口Voi+、Voi-、Voq+、Voq-W及四个正交节点V1+、VI-、 V2+、V2-。输入端口Vi+与电阻R1、R2W及电容Cl、C2的一端连接，输入端口Vi-与电阻 R3、R4化及电容C3、C4的一端连接；节点V1+与电阻R1、R5与电容C4、巧的一端连接，节 点V化与电阻R2、R6与电容C1、C6的一端连接，节点VI-与电阻R3、R7与电容C2、C7的一 端连接，节点V2-与电阻R4、R8与电容C3、C8的一端连接；输出端口Voi+与电阻R5和电 容C8的另一端连接，输出端口Voq+与电阻R6和电容巧的另一端连接，输出端口Voi-与 电阻R7和电容C6的另一端连接，输出端口Voq-与电阻R8和电容C7的另一端连接。
[0016] 根据叠加定理，考虑所有电阻值均等于R，所有电容值均等于C，分析出连接点 V1+、VI-、V2+、V2-的表达式为；
[0017]
【主权项】
1. 一种基于超高频RFID应用的6位360°有源移相器，包括正交信号产生电路（I)、I 路吉尔伯特单元（2)、Q路吉尔伯特单元（3)、象限与坐标轴选择器（4)、电流偏置阵列（5)、 逻辑编码电路（6)、加法器（7)，其特征在于：正交信号产生电路（1)由两级相同结构的RC 网络构成，差分信号输入到正交信号产生电路，输出两路正交的I路差分信号和Q路差分信 号，然后将I路信号和Q路信号分别输入到I路吉尔伯特单元（2)和Q路吉尔伯特单元（3)， 将电压信号转化成电流信号进行处理；象限与坐标轴选择器（4)分别控制所需相位对应象 限的选择和其在相应象限内信号合成时坐标轴变量的转换；电流偏置阵列（5)包括I路电 流偏置阵列与Q路电流偏置阵列，其开关控制信号是互补的，分别控制I、Q两路输出信号幅 度的大小，改变合成信号的相位；逻辑编码电路主要产生象限与坐标轴选择器以及电流偏 置阵列开关的控制信号，经过上述各个模块的处理，差分输入的电压信号转化为电流信号， 再将其输入到加法器，即负载电阻，转化成一系列同幅不同相的电压信号。
2. 根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述正交信号产生电路（1)由 两级相同结构的RC网络构成，包括两个差分输入端口Vi+、Vi-，四个正交输出端口Voi+、 Voi-、Voq+、Voq-以及四个正交节点￥1+、￥1-、￥2+、￥2-，输入端口￥1+与电阻1?1、1?2以及电 容C1、C2的一端连接，输入端口Vi-与电阻R3、R4以及电容C3、C4的一端连接；节点Vl+与 电阻RUR5与电容C4、C5的一端连接，节点V2+与电阻R2、R6与电容CUC6的一端连接， 节点V1 -与电阻R3、R7与电容C2、C7的一端连接，节点V2-与电阻R4、R8与电容C3、C8的 一端连接；输出端口Voi+与电阻R5和电容C8的另一端连接，输出端口Voq+与电阻R6和 电容C5的另一端连接，输出端口Voi-与电阻R7和电容C6的另一端连接，输出端口Voq-与 电阻R8和电容C7的另一端连接。
3. 根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述I路吉尔伯特单元（2)由四 个NMOS管Ml、M2、M3、M4组成，其中Ml与M4的栅极与输入端口Voi+连接，M2与M3的栅 极与输入端口Voi-连接，Ml与M2的源极与节点Xl连接，M3与M4的源极与节点X2连接， Ml与M3的漏极与输出端口VO+连接，M2与M4的漏极与输出端口VO-连接；Q路吉尔伯特 单元（3)由四个NMOS管M5、M6、M7、M8组成，其中M5与M8的栅极与输入端口Voq+连接， M6与M7的栅极与输入端口Voq-连接，M5与M6的源极与节点Yl连接，M7与M8的源极与 节点Y2连接，M5与M7的漏极与输出端口VO+连接，M6与M8的漏极与输出端口VO-连接。
4. 根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述象限与坐标轴选择器（4)包 括象限选择器与坐标轴选择器，象限选择器由NMOS管M9、M10、Mil、M12组成，控制不同象 限的选择，其中M9、M10的栅极分别与控制信号IS、ISB连接，漏极分别与节点X1、X2连接， 源级与Zl连接，Mil、M12的栅极分别与控制信号QS、QSB连接，漏极分别与节点Yl、Y2连 接，源级与Z2连接；坐标轴选择器由NMOS管M13、M14、M15、M16组成，控制坐标轴变量的转 换，其中M13、M16的栅极分别与控制信号AX、AXB连接，漏极分别与节点Zl、Z2连接，源级 与IIC连接，M14、M15的栅极分别与控制信号AXB、AX连接，漏极分别与节点Z1、Z2连接，源 级与QIC连接。
5. 根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于：所述电流偏置阵列（5)由I路电流 偏置阵列和Q路电流偏置阵列组成，其中I路电流偏置阵列包括6路电流偏置，分别受S0B、 S1B、S2B、S3B、S4B、S5B控制，当控制位为高电平时，开关闭合；Q路电流偏置阵列包括6路 电流偏置，分别受SO、Sl、S2、S3、S4、S5控制，当控制位为高电平时，开关闭合；I、Q两路电 流偏置阵列的控制位是互补的。
6.根据权利要求1所述的有源移相器，其特征在于：逻辑编码电路（6)由6位数控位 组成，高两位实现象限与坐标轴选择器的控制，低四位实现电流偏置阵列的控制，在编码过 程中，第一象限和第三象限的坐标轴保持不变，即X轴为I路信号，Y轴为Q路信号，而第二 象限和第四象限的坐标轴进行调换，即X轴为Q路信号，Y轴为I路信号。
【专利摘要】本发明公开了一种基于超高频RFID应用的6位360°有源移相器，其正交信号产生电路-由两级电阻和电容构成，将输入信号转换成正交的I路和Q路信号，然后分别输入到I路和Q路吉尔伯特单元；象限选择器控制所需相位在相应象限内的产生，坐标轴选择器控制在相应象限内信号合成时坐标轴变量的转换，进而简化逻辑编码电路；电流偏置阵列包括I路与Q路电流偏置阵列，其开关控制信号是互补的，分别控制I、Q两路输出信号的幅度，改变合成信号的相位；逻辑编码电路主要产生象限与坐标轴选择器以及电流偏置阵列的控制信号；加法器实现I、Q路信号的矢量叠加，输出一系列同幅不同相的信号。本发明减小了芯片面积，降低了成本，简化了移相器的逻辑编码电路。
【IPC分类】H03H11-16
【公开号】CN104767501
【申请号】CN201510227625
【发明人】王云阵, 朱煜, 邓莎, 刁盛锡, 林福江
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年5月6日