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双频标签芯片的电源整合及电压调节电路

发布时间:2020/8/29 19:02:52 访问次数:1020

集成低频段(LF)和超高频段(UHF)的无源双频RFID标签芯片电路。低频段遵守ISO 11784和ISO 11785协议标准,超高频段遵守ISO 18000-6C协议标准。芯片有低频端口和超高频端口,分别接低频标签天线和超高频标签天线,接收低频和超高频射频信号。两个射频端口可单独连接低频或超高频天线制成低频或超高频单频段电子标签,也可以同时连接一个低频天线和一个超高频天线制成双频电子标签。当该芯片制成双频电子标签时,在低频和超高频同时激活时,低频工作优先,芯片会自动切换到低频工作模式;在只有一种低频或超高频单独激活时,该电子标签芯片自动选择相对应频段的工作模式。

芯片的低频段和超高频段共用存储器,有相同的TID号,相同的数据只需写一次即可,并且存储用户区的数据共享。

电源管理模块双频RFID标签芯片方案中,解决两个频段同时工作时产生电源冲突和读写存储器冲突问题的关键在于电源管理模块。使用统一的电源供电和状态检测,使各种冲突问题迎刃而解。因此下面重点阐述双频RFID标签芯片的电源管理电路,对于单个频段的射频前端电路

 

两个频段既可以单独工作,也可以同时工作,因此芯片既可以由低频端口的磁场供电,也可以由超高频端口的电磁场供电,并且两边的供电压都有较大的变化范围。芯片电源管理电路的功能就是管理低频和超高频的供电电源,使它们对系统供电时不产生冲突。当标签处于低频磁场中,LF状态检测电路检测低频段的电压,当其达到设定的电压阈值时就输出低频激活状态信号,使数字电路切换到低频工作模式,实现低频工作优先,解决两个频段同时读存储器的冲突问,题。

UHF端的整流电路超高频端的电源恢复电路采用电荷泵整流电路。将从天线接收下来的UHF射频信号恢复出直流电源VDU,为芯片的后续电路提供原始的电源。采用Dickson倍压电路结构,MOS管采用二极管接法。

当超高频端和低频端同时被激活时,LF_flag为高电平,节点V1为低电平,V2为高电平,MP1截止,MP2和MP3导通,此时VDU和VDL同时为芯片供电,由于芯片设计成低频工作优先,因此此时的芯片工作在低频优先工作状态。通过开关管MP3使VDU和VDL断开,避免了低频端的整流电源与超高频端的整流电流直接连接在一起,有效地避免了因为低频端口的低频天线产生的干扰信号通过电源线流窜到超高频端而导致超高频端灵敏度下降的问题。

电源整合后的电源电压还有很大的波动,为了防止电压太高而损坏芯片,需要增加一个起电压保护作用的泄流电路,当电压超过设定电压时就泄放掉部分电荷,使电源电压降。

基准电压源、运算放大器AMP1、PMOS晶体管MP6、R1和R2、电容CL构成电压调节电路,基准电压源是一个与电源电压无关的参考源。输出电源VDD电压经电阻R1和R2分压后与基准电压相比较,通过运算放大器AMP1放大其差值来控制MP6晶体管的栅极电压,使得输出电压VDD与基准电压源的输出电压保持相对稳定的状态。

双频RFID电子标签芯片电路基于某代工厂 0.18 μm的标准CMOS工艺设计并流片。芯片的电源整合及电压调节电路的仿真结果,在500 μs之前电路由超高频端供电,此时VDU供电电压为2.2 V,VDD输出电压为1.18 V,LF_flag为低电平,VDL为低电压,虽然VDL上有很大的干扰信号,但由于此时图5中MP3晶体管处于截止状态,VDL与VDU断开,VDL上的干扰信号对VDU没有产生影响;在500 μs之后VDL电压为2.7 V,LF_flag为高电平,此时由低频端供电或者由低频端和超高端同时供电,VDU的电压取两个输入电压的较高者。不管是由低频端供电还是由超高频端供电,VDD输出稳定的电压为整个芯片电路供电。

(素材来源:chinaaet.如涉版权请联系删除。特别感谢)

集成低频段(LF)和超高频段(UHF)的无源双频RFID标签芯片电路。低频段遵守ISO 11784和ISO 11785协议标准,超高频段遵守ISO 18000-6C协议标准。芯片有低频端口和超高频端口,分别接低频标签天线和超高频标签天线,接收低频和超高频射频信号。两个射频端口可单独连接低频或超高频天线制成低频或超高频单频段电子标签,也可以同时连接一个低频天线和一个超高频天线制成双频电子标签。当该芯片制成双频电子标签时,在低频和超高频同时激活时,低频工作优先,芯片会自动切换到低频工作模式;在只有一种低频或超高频单独激活时,该电子标签芯片自动选择相对应频段的工作模式。

芯片的低频段和超高频段共用存储器,有相同的TID号,相同的数据只需写一次即可,并且存储用户区的数据共享。

电源管理模块双频RFID标签芯片方案中,解决两个频段同时工作时产生电源冲突和读写存储器冲突问题的关键在于电源管理模块。使用统一的电源供电和状态检测,使各种冲突问题迎刃而解。因此下面重点阐述双频RFID标签芯片的电源管理电路,对于单个频段的射频前端电路

 

两个频段既可以单独工作,也可以同时工作,因此芯片既可以由低频端口的磁场供电,也可以由超高频端口的电磁场供电,并且两边的供电压都有较大的变化范围。芯片电源管理电路的功能就是管理低频和超高频的供电电源,使它们对系统供电时不产生冲突。当标签处于低频磁场中,LF状态检测电路检测低频段的电压,当其达到设定的电压阈值时就输出低频激活状态信号,使数字电路切换到低频工作模式,实现低频工作优先,解决两个频段同时读存储器的冲突问,题。

UHF端的整流电路超高频端的电源恢复电路采用电荷泵整流电路。将从天线接收下来的UHF射频信号恢复出直流电源VDU,为芯片的后续电路提供原始的电源。采用Dickson倍压电路结构,MOS管采用二极管接法。

当超高频端和低频端同时被激活时,LF_flag为高电平,节点V1为低电平,V2为高电平,MP1截止,MP2和MP3导通,此时VDU和VDL同时为芯片供电,由于芯片设计成低频工作优先,因此此时的芯片工作在低频优先工作状态。通过开关管MP3使VDU和VDL断开,避免了低频端的整流电源与超高频端的整流电流直接连接在一起,有效地避免了因为低频端口的低频天线产生的干扰信号通过电源线流窜到超高频端而导致超高频端灵敏度下降的问题。

电源整合后的电源电压还有很大的波动,为了防止电压太高而损坏芯片,需要增加一个起电压保护作用的泄流电路,当电压超过设定电压时就泄放掉部分电荷,使电源电压降。

基准电压源、运算放大器AMP1、PMOS晶体管MP6、R1和R2、电容CL构成电压调节电路,基准电压源是一个与电源电压无关的参考源。输出电源VDD电压经电阻R1和R2分压后与基准电压相比较,通过运算放大器AMP1放大其差值来控制MP6晶体管的栅极电压,使得输出电压VDD与基准电压源的输出电压保持相对稳定的状态。

双频RFID电子标签芯片电路基于某代工厂 0.18 μm的标准CMOS工艺设计并流片。芯片的电源整合及电压调节电路的仿真结果,在500 μs之前电路由超高频端供电,此时VDU供电电压为2.2 V,VDD输出电压为1.18 V,LF_flag为低电平,VDL为低电压,虽然VDL上有很大的干扰信号,但由于此时图5中MP3晶体管处于截止状态,VDL与VDU断开,VDL上的干扰信号对VDU没有产生影响;在500 μs之后VDL电压为2.7 V,LF_flag为高电平,此时由低频端供电或者由低频端和超高端同时供电,VDU的电压取两个输入电压的较高者。不管是由低频端供电还是由超高频端供电,VDD输出稳定的电压为整个芯片电路供电。

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