专利名称：Rfid标签芯片解调电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种RFID标签芯片解调电路，具体来说，涉及一种运用包络检波技术来解调读写器发送的100%ASK调制信号的非接触式RFID标签芯片解调电路。
背景技术：
IS0/IEC14443 Type A协议规定阅读器将数据进行100%ASK调制以后通过电磁波发送出去，RFID标签芯片进入阅读器的发射场后需要把已调数据解调出来，以完成接收阅读器发送过来的数据和命令。高精度的解调电路对阅读器与RFID标签间通信至关重要。100%ASK调制信号的解调方式主要有两种相干解调和包络检波。相干解调法需要有一个与ASK信号同步的相干载波，提取该载波需锁相环或滤波器，电路结构复杂，芯片面积与功耗都比较大，不适合无源RFID标签芯片。对于100%ASK调制，其包络基本上相当于输入信号的全摆幅变化，高低电压差较大，包络变化明显，可直接采用低通滤波器进行滤波，然后再对信号进行放大整形。对于100%ASK信号采用包络检波方法，能保证解调信号的准确性，而且电路结构简单，面积功耗都比较小。传统的包络检波电路由电阻R与电容C构成低通滤波电路，滤除高频载波信号。
该低通滤波器的时间常数选取必须遵循 Λ€ , (其中％表示频率，Ω表示
包络频率)，即滤波器具有通低频阻高频的功能。其中电阻阻值较大，电容值应选得在高频时，其阻抗远小于R，而在低频时，其阻抗则远远大于R。当天线端输入高频信号时，由于负载电容高频阻抗很小，因而高频电压大部分加到二极管上。高频信号电压上升时，二极管导电，并对电容充电，由于二极管导通内阻小，所以电容电压在很短时间内就接近高频电压最大值。高频信号电压下降时，二极管截止，由于电阻阻值很大，电容放电很慢，故电容上的电压跟随着天线电压包络变化。对包络信号进行整形以及电压转换便可得到阅读器发送过来的数据。但是在无源RFID系统中，RFID标签芯片所处的电磁场场强是变化的，标签芯片天线感应的最高电压也会不断变化；同时，在高速数据通信中，包络检波的波形要跟随调制信号快速变化。传统的包络检波电路显然不适用于这样的场合。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种运用包络检波技术来解调读写器发送的 100%ASK调制信号的非接触式RFID标签芯片解调电路，它包括用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元；用于包络波形整形的波形整形单元；用于不同电压域转换的电平转换单元。它还包括用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元。所述包络检波单元由MNl、MN2、MN3、MN4和MN5组成，其中，IMl和MN2构成电流镜，其源极接地，丽1的栅极和漏极以及丽2的栅极连接到dm_bias端，由dm_bias提供偏置电压；丽3栅极连接到模拟电压高VHD，其源极接到丽2的漏极，其漏极连接到该单元的输出端VENV ； MN4和丽5采用栅漏短接的二极管接法，栅漏端接到天线输入端antl和ant2， 源端接到该单元输出端。所述波形整形单元由反相器Ul、U2、U3和U4组成，其中，包络信号VENV连接到反相器Ul的输入端，反相器U2的输出端接到U3，U3输出端接到U2的输入端形成交叉耦合反相器，U2的输入端连接Ul的输出端，U2的输出端连接到U4的输入端，反相器U4输出为波形整形单元的输出信号VREC，四个反相器均由VCTL提供工作电压。所述电平转换单元由反相器U5和U6，以及N沟道MOS管MP1、MP2、丽6和丽7组成，其中，反相器U5输入端接电平转换单元的输入，反相器TO输出端接反相器TO的输入端和N沟道MOS管丽7的栅极，反相器U6输出端接N沟道MOS管MN6的栅极，由模拟高电压 VHD提供反相器U5和U6的工作电压，丽6和丽7的源极接地，丽6与MPl漏极相接，丽7与 MP2漏极相接，MPl与MP2的源极接到数字电源端VDD，MP2的漏极接MPl的漏极，MPl的栅极接MP2的漏极并作为该单元的输出信号。所述整形控制单元由开关管Ml组成，数字部分的控制信号dm_cn_vdd连接到电平转换单元的输入端，其输出端dm_cn_vhd连接到开关管Ml的栅极，Ml的源极接到模拟高电平VHD，其漏端为整形控制单元的输出。本发明的有益效果本发明的RFID标签芯片解调电路结构简单、易于实现，消耗功耗很低，适合于无源RFID标签芯片的数据解调；同时，本电路适用于高速数据通信中，具有良好的稳定性以及良好的抗噪能力。
图1为本发明RFID标签芯片解调电路的功能示意图； 图2为本发明的包络检波单元的电路原理图3为本发明的波形整形单元电路原理图； 图4为本发明的整形控制单元电路原理图； 图5为本发明的电平转换单元电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步阐述。如图1所示，本发明的RFID标签芯片解调电路包括用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元、用于包络波形整形的波形整形单元、用于不同电压域转换的电平转换单元以及用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元。其中，包络检波单元输出的包络信号VENV连接到波形整形单元作为其输入，波形整形单元的电源由整形控制单元输出电压 VCTL提供，波形整形单元输出信号VREC连接到电平转换单元作为其输入，最终在电平转换单元的输出得到解调输出，并送到数字电路部分。图2所示为本发明的包络检波单元的电路原理图，它主要由MN1、丽2、丽3、MN4 和丽5组成。其中，丽1和丽2构成电流镜，它们的源极都接地，丽1的栅极和漏极以及丽2 的栅极连接到dm_bias端，由dm_bias提供偏置电压，丽3栅极连接到模拟电压高VHD，丽3 源极接到丽2的漏极，丽3得漏极连接到该单元的输出端VENV，MN4和丽5采用栅漏短接的二极管接法，栅漏端接到天线输入端antl和ant2，源端接到该单元输出端。包络检波单元具体的工作原理如下MN1、MN2和MN3连接形成有源电阻，天线信号经过二极管接法的 MN4和丽5后，接到由有源电阻与电容CO并联形成的低通滤波器，滤除高频成分，得到包络输出。当天线电压上升时，天线电压通过MN4或丽5迅速向电容CO充电，在天线电压峰值附近，由于MOS管的沟道调制效应，丽2、丽3到地形成低阻通路，大泄放电流便通过有源电阻泄放掉，包络电压在天线峰值电压附近保持比较平缓的波形，而不是达到接近天线峰值的电压；当天线电压下降时，电容CO通过有源电阻的丽2、丽3泄放恒定的电流，包络电压波形下降。这样，在包络波形快速变化的高速数据通信，在保证放电时间常数大于充电时间常数的前提下，不会产生由于滤波电容放电慢而引起的包络对角线失真。图3所示为本发明的波形整形单元的电路原理图，它主要由反相器Ul、U2、U3和 U4组成。其中，包络信号VENV连接到反相器Ul的输入端，反相器U2的输出端接到U3，U3 输出端接到U2的输入端形成交叉耦合反相器，U2的输入端(U3的输出端)连接Ul的输出端，U2的输出端(U3的输入端)连接到U4的输入端，反相器U4输出为波形整形单元的输出信号VREC，该单元的四个反相器均由VCTL提供工作电压。包络信号经过了反相器U1，交叉耦合反相器U2和U3以及反相器U4进行三级波形整形最终得到整形输出信号VREC，采用交叉耦合器使信号的条边沿变陡，对信号进一步整形，同时可以提高信号的抗噪能力。图4所示为本发明的整形控制单元电路原理图，它主要由开关管Ml组成。其中， 数字部分的控制信号dm_cn_vdd连接到电平转换单元的输入端，其输出端dm_cn_vhd连接到开关管Ml的栅极，Ml的源极接到模拟高电平VHD，漏端为整形控制单元的输出。当dm_ cn_vdd为高电平时，开关管Ml导通，VCTL为高电平，波形整形单元正常工作，反之则为低电平，波形整形单元不工作。这样，在标签发送数据的时候可以关闭波形整形单元的电源，减小芯片消耗的电流。图5所示为本发明的电平转换单元的电路原理图，它主要由反相器U5和U6,以及 N沟道MOS管MP1、MP2、MN6和丽7组成。其中，反相器U5输入端接电平转换单元的输入， 其输出端接反相器U6的输入端和N沟道MOS管MN7的栅极，反相器U6输出端接N沟道MOS 管MN6的栅极，由模拟高电压VHD提供反相器TO和U6的工作电压，MN6和丽7的源极接地， MN6与MPl漏极相接，丽7与MP2漏极相接，MPl与MP2的源极接到数字电源端VDD，MP2的漏极接MPl的漏极，MPl的栅极接MP2的漏极并作为该单元的输出信号。当输入为高电平时，丽7截止，MN6导通，输出转换成VDD域的高电平；当输入为低电平时，MN6截止，丽7导通，输出转换成VDD域的低电平。以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
权利要求
1.一种RFID标签芯片解调电路，其特征在于，它包括用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元；用于包络波形整形的波形整形单元；用于不同电压域转换的电平转换单元。
2.根据权利要求1所述的RFID标签芯片解调电路，其特征在于，它还包括用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元。
3.根据权利要求1所述的RFID标签芯片解调电路，其特征在于，所述包络检波单元由丽1、丽2、丽3、丽4和丽5组成，其中，丽1和丽2构成电流镜，其源极接地，丽1的栅极和漏极以及丽2的栅极连接到dm_bias端，由dm_bias提供偏置电压；丽3栅极连接到模拟电压高VHD，其源极接到丽2的漏极，其漏极连接到该单元的输出端VENV ； MN4和丽5采用栅漏短接的二极管接法，栅漏端接到天线输入端antl和ant2，源端接到该单元输出端。
4.根据权利要求1所述的RFID标签芯片解调电路，其特征在于，所述波形整形单元由反相器Ul、U2、U3和U4组成，其中，包络信号VENV连接到反相器Ul的输入端，反相器U2 的输出端接到U3，U3输出端接到U2的输入端形成交叉耦合反相器，U2的输入端连接Ul的输出端，U2的输出端连接到U4的输入端，反相器U4输出为波形整形单元的输出信号VREC， 四个反相器均由VCTL提供工作电压。
5.根据权利要求1所述的RFID标签芯片解调电路，其特征在于，所述电平转换单元由反相器U5和U6，以及N沟道MOS管MP1、MP2、MN6和丽7组成，其中，反相器U5输入端接电平转换单元的输入，反相器TO输出端接反相器TO的输入端和N沟道MOS管丽7的栅极，反相器U6输出端接N沟道MOS管MN6的栅极，由模拟高电压VHD提供反相器U5和U6的工作电压，MN6和丽7的源极接地，MN6与MPl漏极相接，丽7与MP2漏极相接，MPl与MP2的源极接到数字电源端VDD，MP2的漏极接MPl的漏极，MPl的栅极接MP2的漏极并作为该单元的输出信号。
6.根据权利要求2所述的RFID标签芯片解调电路，其特征在于，所述整形控制单元由开关管Ml组成，数字部分的控制信号dm_cn_vdd连接到电平转换单元的输入端，其输出端 dm_cn_vhd连接到开关管Ml的栅极，Ml的源极接到模拟高电平VHD，其漏端为整形控制单元的输出。
全文摘要
本发明公开了一种运用包络检波技术来解调读写器发送的100%ASK调制信号的RFID标签芯片解调电路，它包括用于提取100%ASK包络信号的包络检波单元、用于包络波形整形的波形整形单元、用于不同电压域转换的电平转换单元以及用于控制波形整形单元工作状态的整形控制单元。包络检波单元输出的包络信号VENV连接到波形整形单元作为其输入，波形整形单元的电源由整形控制单元输出电压VCTL提供，波形整形单元输出信号VREC连接到电平转换单元作为其输入，最终在电平转换单元的输出得到解调输出。本发明结构简单、易于实现，消耗功耗很低，适合于无源RFID标签芯片的数据解调；同时，本电路适用于高速数据通信，具有良好的稳定性和抗噪能力。
文档编号G06K19/077GK102184441SQ20111010362
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者丁颜玉, 张俊, 王德明, 王桥波, 胡建国, 谭洪舟 申请人:胡建国