专利名称：一种临界场强检测保护电路及射频识别芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及磁场强度检测领域，具体涉及一种临界场强检测保护电路和具有临界场强检测保护电路的射频识别芯片。
背景技术：
目前，非接触式IC卡或射频识别标签具有越来越广泛的作用，其在地铁、公交、身份认证、物流、门票等行业中普遍使用，正逐步取代传统的纸质票证。非接触式IC卡又称射频识别卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。图I示出了为了完成读卡器与射频识别卡之间的正常通信，目前广泛使用的射频识别卡芯片内部的逻辑结构功能电路图，如图I所示所述射频识别卡芯片内部包括模拟射频前端模块100和处理器200，其中，所述模拟射频前端模块100还包括整流限幅单元101、时钟提取单元102、稳压单元103、调制解调单元104和复位检测单元105。其中整流 限幅单元101 —方面将天线耦合过来的交流信号ANTA、ANTB转变为经过限幅的直流信号，然后送入后续的稳压单元103和调制解调单元104进行处理；时钟提取单元102生成同步时钟elk并输入处理器200 ;由稳压单元103产生稳定电压vdd给内部电路供电；复位检测单元105根据vdd的高低产生复位信号por并输入处理器200 ;在与外部读卡器进行通信时，调制解调单元104通过对包络信号的检测，恢复读卡器并传输数据d_out至处理器200中。射频识别卡，需要在一定的场强范围内才能够与读卡器进行正常通信，其通过无线电波的传递来完成与读卡器的数据读写操作，因此，射频识别卡所处的场强不同，天线耦合到的能量也不同，从而流入芯片的电流也不同。在低场强下，射频识别卡的天线只能耦合到较少的能量，流入芯片的电流也较少，导致芯片工作的可靠性与稳定性得不到保证；同时针对目前一卡多用的情况，在不同的应用中，所用到的算法也不同，所以芯片最大功耗不同，最终将导致最低的场强需求不同。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种临界场强检测保护电路及射频识别芯片，通过检测整流限幅电路的泄放管的电流大小，判断当前工作场强提供的电流余量，以此来保证射频识别卡工作在正常的场强范围，避免在临界场强下的不稳定工作。本实用新型为了解决上述技术问题，公开了一种临界场强检测保护电路，所述临界场强检测保护电路包括信号转换模块、场强检测判断模块，所述信号转换模块接收外部整流限幅电路的栅压控制信号，并将其转换为负载电压值输出；所述场强检测判断模块接收信号转换模块的负载电压值，并将其与参考电压值进行比较，输出对场强的判断结果。进一步，所述信号转换模块包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及负载电路，其中，所述第一晶体管的栅极与外部整流限幅电路相连接，接收整流限幅电路输出的栅压控制信号，其源极与地相连接，其漏极与所述第二晶体管的漏极连接；所述第二晶体管的源极与电源VDD相连接，其栅极和漏极与第一晶体管的漏极连接；所述第三晶体管的源极与电源VDD相连接，其栅极与第二晶体管的栅极和漏极连接，其漏极与负载电路相连接，并输出负载电压值。进一步，所述负载电路由并联的电容C和电阻R组成，所述并联的电容C和电阻R
的一端与所述第三晶体管的一端连接，另一端与地相连接。进一步，所述电阻R为可调电阻，通过调节电阻R而输出不同的负载电压值。进一步，所述场强检测判断模块包括比较器，所述比较器的一个输入端与第三晶 体管的漏极连接，另一个输入端接收参考电压值，所述比较器对负载电压值与参考电压值进行比较，所述比较器的输出端输出对场强的判断结果。进一步，所述第一晶体管为N型晶体管。进一步，所述第二晶体管和第三晶体管为P型晶体管。本实用新型还公开了一种射频识别芯片，所述射频识别芯片包括以上所述的临界场强检测保护电路和整流限幅电路，所述临界磁场检测保护电路接收所述整流限幅电路的栅压控制信号，并将其转换为负载电压值输出。进一步，所述整流限幅电路包括电压检测电路模块和泄放管，所述泄放管的源极与地相连接，其栅极和漏极与所述电压检测电路模块相连接，所述电压检测电路模块输出栅压控制信号以控制泄放管的栅极，从而调节泄放管的泄放电流大小。进一步，所述泄放管为N型晶体管。采用上述本实用新型技术方案的有益效果是本实用新型提供的临界场强检测保护电路，可以集成于射频识别卡芯片的内部，通过检测限幅电路的泄放管的电流大小，判断当前工作场强提供的电流余量，以此来保证射频识别卡工作在正常的场强范围，避免在临界场强下的不稳定工作；同时，该电路结构简单，不会消耗过多的芯片面积和功耗。
图I为目前普遍使用的射频识别芯片内部的逻辑结构图；图2为本实用新型实施例中读卡器与射频识别卡进行通信的等效电路图；图3为本实用新型实施例中射频识别卡芯片内部的逻辑结构图；图4为本实用新型实施例中场强检测电路模块的电路示意图；图5为本实用新型实施例中可调电阻R的一种具体电路设计结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。图2为本实用新型实施例中读卡器与射频识别卡进行通信的等效电路图，以下结合图2说明本实用新型的原理，如图2所示L1为读卡器的天线线圈，L2为射频识别卡上的谐振线圈，当射频识别卡靠近读卡器的天线时，通过电磁感应在射频识别卡上感应出电流12和电压VA (本实施例中VA的电压由整流限幅电路决定)。其中流过芯片负载Rl的电流为13，流过整流限幅电路Lmt的电流为14，由图中可知，12=13+14。因此，当射频识别卡靠近读卡器，或者读卡器的发射功率加大时，射频识别卡所感应到的磁场也就越大，感应产生的电流12也会随之变大，而13—般是一个固定的值，所以当场强变大时，最终导致14变大。由此可知，读卡器所产生的场强和流过射频识别卡天线线圈的电流12的大小成正比，又由于芯片有限幅电路Lmt，可以将电压VA稳定到一个固定值，所以根据功率P=IV可以推出H - W=P*t，其中H为磁场强度，P为功率，W为射频识别卡在时间t内所感应到的能量；而磁场强度H和射频识别卡感应到的能量W也成正比，即磁场H越强，射频识别卡所获得的能量W就越多。又由于P=VA*I2，再加上限幅模块，可以保持VA的稳定，所以H Oc12，即场强H越强，射频识别卡感应获得的电流12就越大。而射频识别卡芯片感应的电流12=13+14，其中13是芯片的固定功耗，14为流过限幅模块的电流，当13小于12时，多余的电流通过14流走，所以14的电流大小可以间接反映12的变化，由此可以进一步推出H ~ I2=I3+I4->H - H,即磁场强度H越大，流过限幅电路Lmt的电流14也就越大，所以本实用新型就是基于该原理通过检测整流限幅模块的电流14的大小来判断当前场强的 大小。图3为本实用新型实施例中射频识别卡芯片内部的逻辑结构图，如图3所示射频识别卡芯片包括整流限幅电路300和临界场强检测模块400，其中，整流限幅电路300又包括电压检测电路模块301和泄放管NO，所述泄放管NO的源极与地相连接，其栅极和漏极与所述电压检测电路模块301相连接；所述电压检测电路模块301输出栅压控制信号Lmt_ctrl，控制泄放管NO的栅极；同时电压检测电路模块301通过检测电压VA的大小，从而改变泄放管NO栅极的控制电压大小，以便进一步调节泄放管NO的泄放电流14的大小。该实施方式中，临界场强检测模块400还包括场强检测电路模块401和检测配置及判断模块402。通过整流限幅电路300将电压检测电路模块301输出的栅压控制信号Lmt_ctrl直接输入到临界场强检测模块400的场强检测电路模块401中，进行检测后输出检测结果IDL至检测配置及判断模块402中进行判断。所述检测配置及判断模块402，一方面接收处理器500发出的应用环境选择信号，选择合适的配置信号TR输出至场强检测电路模块401 ;另一方面通过采样判断场强检测电路模块401的输出信号IDL，并将最终的检测结果输出至处理器500中。上述实施方式中，所述场强检测电路模块401根据检测配置及判断模块402输出的配置信号TR判断泄放管NO的电流14是否达到检测门限，并输出信号IDL至检测配置及判断模块402。检测配置及判断模块402根据一段时间内的连续采样IDL的结果做出如下判断如果IDL的结果为“0”，则判断当前场强不符合需求，停止通信，由场强检测电路模块401继续进行检测；如果IDL的结果为“1”，则判断当前场强符合需求，继续后续的通信；当所述IDL的结果为“I”时，系统还可以自动执行关闭临界场强检测模块400，根据配置信息的特定时刻或是特定场景，再开启临界场强检测模块400进行检测。图4为本实用新型实施例中场强检测电路模块的电路示意图，通过检测整流限幅电路的泄放管NO的电流大小，判断当前工作场强提供的电流余量，以避免芯片在临界场强下的不稳定工作。如图4所示，所述场强检测保护电路包括第一晶体管NI、第二晶体管PO、第三晶体管P1、负载电路以及比较器Comp，其中，所述第一晶体管NI的栅极与外部整流限幅电路相连接，接收整流限幅电路输出的栅压控制信号Lmt_ctrl，其源极与地相连接，其漏极与所述第二晶体管PO的漏极连接于A点；所述第二晶体管PO的源极与电源VDD相连接，其栅极和漏极与第一晶体管NI的漏极和第三晶体管Pl的栅极连接于A点；所述第三晶体管Pl的源极与电源VDD相连接，其漏极与负载电路的一端连接于B点，所述负载电路的另一端与地相连接；其中，本实施例中所述的负载电路由并联的电容C和电阻R组成。在本实用新型实施例中，流过第一晶体管NI的电流15，其根据镜像管的比例关系可知，I5=n*I4，其中η为泄放管NO和第一晶体管NI的比例系数。而第三晶体管Pl的镜像电流为16,而I6=m*I5=m*n*I4，其中m为第二晶体管PO和第三晶体管Pl的比例系数；16流过电阻R产生负载电压值VB，其中VB=I6*R=m*n*I4*R。比较器Comp的两个输入端分别接收负载电压值VB和参考电压值Vref，当 Vref>VB时，即I4〈Vref/(m*n*R)，比较器Comp输出IDL= “0”，表示场强低于最低场强检测门限；当VrefXVB时，即I4>Vref/(m*n*R)，比较器Comp输出IDL=“ I”，表示场强高于最低场强检测门限。当然，本领域技术人员应该明白，如对电路设计进行一定的调整，也可以设计为在Vref>VB时,表不场强高于最低场强检测门限；在VrefXVB时,表不场强低于最低场强检测门限，所做的修改和改变均应在本实用新型的保护范围内。在本实用新型实施例中，电阻R为可调电阻，可以通过调节电阻R而对负载电压值VB进行不同的取样，从而可以设置不同的检测电流点。图5为本实用新型实施例中可调电阻R的一种具体电路设计结构图，如图5所示，通过选择不同的取样开关K0、KU……、Kn而从R_0、R_1、……R_n电阻上选取不同的取样点，从而输出不同的负载电压值VB，得到不同的配置信号TR_0、TR_0、……、TR_n来实现对于电流检测门限的改变。本实用新型提供的场强检测电路为一个可配的模块，可以集成在射频识别卡芯片的内部，能够保证芯片工作在可靠的场强下；且其电路结构简单，不用消耗过大的芯片面积和功耗，在一定程度上也提高了芯片的兼容性。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种临界场强检测保护电路，其特征在于，所述临界场强检测保护电路包括信号转换模块、场强检测判断模块，所述信号转换模块接收外部整流限幅电路的栅压控制信号，并将其转换为负载电压值输出；所述场强检测判断模块接收信号转换模块的负载电压值，并将其与参考电压值进行比较，输出对场强的判断结果。
2.根据权利要求I所述的临界场强检测保护电路，其特征在于，所述信号转换模块包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及负载电路，其中， 所述第一晶体管的栅极与外部整流限幅电路相连接，接收整流限幅电路输出的栅压控制信号，其源极与地相连接，其漏极与所述第二晶体管的漏极连接； 所述第二晶体管的源极与电源VDD相连接，其栅极和漏极与第一晶体管的漏极连接； 所述第三晶体管的源极与电源VDD相连接，其栅级与第二晶体管的栅极和漏极连接，其漏极与负载电路相连接，并输出负载电压值。
3.根据权利要求2所述的临界场强检测保护电路，其特征在于，所述负载电路由并联的电容C和电阻R组成，所述并联的电容C和电阻R的一端与所述第三晶体管的一端连接，另一端与地相连接。
4.根据权利要求3所述的临界场强检测保护电路，其特征在于，所述电阻R为可调电阻，通过调节电阻R而输出不同的负载电压值。
5.根据权利要求4所述的临界场强检测保护电路，其特征在于，所述场强检测判断模块包括比较器，所述比较器的一个输入端与第三晶体管的漏极连接，另一个输入端接收参考电压值，所述比较器对负载电压值与参考电压值进行比较，所述比较器的输出端输出对场强的判断结果。
6.根据权利要求2所述的临界场强检测保护电路，其特征在于，所述第一晶体管为N型晶体管。
7.根据权利要求2所述的临界场强检测保护电路，其特征在于，所述第二晶体管和第三晶体管为P型晶体管。
8.一种射频识别芯片，其特征在于，所述射频识别芯片包括权利要求I至7任一项所述的临界场强检测保护电路和整流限幅电路，所述临界磁场检测保护电路接收所述整流限幅电路的栅压控制信号，并将其转换为负载电压值输出。
9.根据权利要求8所述的芯片，其特征在于，所述整流限幅电路包括电压检测电路模块和泄放管，所述泄放管的源极与地相连接，其栅极和漏极与所述电压检测电路模块相连接，所述电压检测电路模块输出栅压控制信号以控制泄放管的栅极，从而调节泄放管的泄放电流大小。
10.根据权利要求9所述的芯片，其特征在于，所述泄放管为N型晶体管。
专利摘要本实用新型涉及一种临界场强检测保护电路及射频识别芯片，所述临界场强检测保护电路通过检测整流限幅电路的泄放管的电流大小，间接判断当前工作场强下能够提供的电流余量，以此来保证射频识别芯片工作在正常的场强范围；同时还可以结合实际应用需求，设置最低的检测门限，确保射频识别芯片在比较可靠的场强下工作，避免在临界场强下的不稳定工作。本实用新型的电路结构简单，不会消耗过多的芯片面积和功耗。
文档编号G06K19/07GK202583439SQ20112054693
公开日2012年12月5日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者石道林 申请人:国民技术股份有限公司