一种通过比较器产生脉冲的半双工RFID振荡维持电路制造技术

本发明专利技术涉及半双工RFID领域，本发明专利技术通过采样RF信号、控制脉冲产生电路而产生与RF信号同频率的脉冲信号，得以控制开关单元而实现其与RF信号同频率的导通或关断，即达到电流注入的变化与RF信号振荡同节拍，因此，本发明专利技术中关键的谐振电路的振荡频率不受电流注入的影响，从而保证了射频识别应用中频移键控调制的通讯性能；同时，本发明专利技术采用两个比较器分别与两个参考电位比较得出输出脉冲信号，可根据电路实际工作需要，调节参考电位来实现对导通时间点和电流注入时间长度的调节，以实现电流注入的最高效率化，电路结构较简单，且功耗较低，有效提高了半双工RFID标签芯片的响应距离。

Half duplex RFID oscillation maintaining circuit for generating pulse by comparator

The present invention relates to the field of half duplex RFID, the invention by sampling the RF signal, the control pulse generating circuit generates a pulse signal with the same frequency and RF signal to control the switching unit and RF signal with the same frequency is turned on or off, to reach the current injection and the changes of RF signal oscillation with the beat, so effect of oscillation frequency of the resonant circuit, the key in the invention is not affected by current injection, so as to ensure the communication performance of RFID Application of frequency shift keying modulation; at the same time, the two comparator respectively compared with the two reference potential to the pulse signal output by the invention, according to the actual need to adjust the reference potential circuit. To realize the adjustment of the conduction time and current injection time length, high efficiency to achieve the current injection, the circuit has simple structure, and low power consumption, effective. The response distance of a half duplex RFID tag chip.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无源射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)领域，更具体的，是指一种通过比较器产生脉冲的半双工RFID振荡维持电路，以及包含该振荡维持电路的半双工无源射频标签。
技术介绍
半双工(Half-duplex，HDX)射频通信是无线射频识别无源标签芯片的一种通信方式。通信过程中，信息可以由RFID读卡器传送到标签芯片,亦被称之为下行传输(downlink)，也可以由芯片传送到读卡器,亦被称之为上行传输(uplink)。上行和下行传输不同时进行的传输方式即所谓“半双工传输”。下行传输模式中，由读卡器发射出无线RF场能量；无源的标签芯片通过电感天线L与谐振电容C组成的L-C谐振电路，接收由读卡器发射的无线RF场能量，芯片内部的整流电路将交流的RF电流信号转换成直流电流，以供芯片内部电路使用，同时将整流得到的电能存储在储能电容CL中；从读卡器下发到标签的信息大都采用幅度调制的编码方式，即用不同振荡幅度值的RF电流信号代表数字传输中的“0”或者“1”代码。下行传输的RF信号中含有操作指令信息，比如写入ID码到标签芯片存储器中，此时，标签芯片首先接收RF信号，然后进行解调，继而进行相应的写入ID码操作。标签芯片对读卡器的应答动作由上行传输模式完成。上行传输模式中，读卡器停止无线RF场能量的发射，即断场，标签芯片利用储能电容中的电能进行工作，即通过电感天线发送标签的应答信息回读卡器；某些国际通用标准的射频识别通讯协议中，比如ISO11784/11785国际动物识别标签标准通讯协议，由标签发出的应答信息编码可以采用频移键控(FrequencyShiftkeying，FSK)的方式，即信息的“0”和“1”代码分别由不同的信号频率表示。射频识别应用中最关键的要求在于识别远距离，即高灵敏度的通讯性能。在上述通讯方式中，关键在于断场后标签能够维持天线端L-C谐振电路的振荡，在振荡幅度足够满足读卡器接收端的灵敏度要求的前提下，其振荡频率由所要发出的“0”、“1”数据而定，直到上行数据信息发送完成。因为此模式下储能电容中的能量主要由振荡维持电路消耗，而其他电路模块基本上处于不消耗电能的休眠状态，显然，振荡维持电路的设计优劣是HDX无源RFID标签芯片的关键技术之一，在无外部电源对射频标签供电的前提下，其通过储能电容给L-C谐振回路充电而尽可能地维持振荡的技术，会大大影响芯片的响应距离。如图1所示为无源HDX型RFID标签芯片通信的过程框图，图中所示的振荡维持电路是芯片的关键技术之一，本专利技术专利申请主要是对该部分电路的改良。一种现有的振荡维持电路的解决方案，是美国德州仪器公司(TexasInstruments，TI)专利技术的专利技术(US6,806,738)。方案提出一种复杂的峰值检测电路，用来检测断场后振荡电路中交流电压信号的波峰值。当检测到振荡电路中交流电压信号的峰值小于某一个预先设定的阈值电压时，振荡维持电路控制相关电路以使得储能电容中的电能注入到L-C谐振电路中，从而维持谐振电路在满足一定幅度要求的条件下继续振荡。如图2所示，电流脉冲产生在RF信号峰值刚刚到达小于预设阈值的时间点上，这种方法称为“plucking(快速注入)”。快速注入的优点是振荡维持电路的效率很高，它在振荡电路需要能量的时候给谐振线圈注入电流，以一个高能量的电流脉冲形式维持电路的振荡。然而它有两个方面的缺点：其一，信号处理过程比较复杂，导致电路结构复杂化，需要较多的模拟电路来实现，这使得它自身会消耗较大的储能电容上的能量，故其应用受到限制。其二，所注入的电流脉冲信号的频率由谐振电路中振幅幅值的衰减特性决定，与谐振回路发生谐振的频率存在较大的、无直接相关性的差异，使得上行通讯中，天线上的振荡信号出现频率的偏离，影响读卡器对标签芯片上行信号的识别与解调。再一种现有的振荡维持电路的解决方案，也是德州仪器公司的专利技术专利技术(US7,667,548)。本方案中采用一种断场检测电路(End-of-Burst,EOB)，当检测到读卡器断场后，EOB产生一个使能信号，该信号控制振荡维持电路的继续工作。此方案中，振荡维持电路由时钟产生电路、可编程存储器、与门电路、限流电阻和开关等组成。时钟产生电路根据RF信号产生时钟，与所要发送的应答数据，即一连串“0”、“1”数据流，分别做组合逻辑运算，从而控制对应的电流注入开关的导通与关断，从而向L-C谐振电路中平滑地注入电流。其中，电流注入发生在RF信号的负半周期，注入电流大小为非固定电流值的变化电流，该电流经过限流电阻R的限流作用，并与谐振电路内在的品质因数相关，需要仔细设计和控制；其中一系列的限流电阻R与电流注入开关所串联的支路，可用来校正由于工艺偏差引起电阻值偏差的问题。这种方法的优势在于，它可以平滑地注入电流，不会引起谐振回路产生的RF应答信号的频率漂移，电路结构相对于第一种方案较简单，且容易实现，而它的缺点体现在两个方面：其一，效率不高。电流注入时间发生在RF信号的整个负半周期，相对电流脉冲的时间较长，电流消耗大。其二，这种方法注入电流的大小与谐振电路的品质因数密切相关，因此要仔细设计限流电阻R，电路采用了由门电路控制的多条电流注入支路，电流注入支路的选择与控制，是一个较为复杂的过程。第三种同样是来源于德州仪器公司的专利技术专利技术(US8,629,759)。该方案分别对前述两个技术方案提出了修正。其一，对于技术方案一的频率漂移问题，采用由环路滤波器、鉴相器、电压控制振荡器和多路复用器构成的锁相环PLL来稳定信号的频率；其二，针对技术方案二的效率问题，提出了脉宽控制的方法(即每半个周期向谐振电路注入电流，电流注入的时间大小可根据需要进行控制)。两个修正方法的结合，可以产生一个频率稳定，脉宽可控制的信号，用来控制“plucking”电流。这种方案可以很好的解决电流注入效率问题和频率漂移的问题。但是，上述技术方案三并没有提出实现脉宽控制电路的方法，此外，电路设计PLL稳定控制信号的频率必定会使系统电路的功耗增大，反而会使标签芯片的整体效率下降。
技术实现思路
本专利技术针对半双工无源RFID标签芯片上行过程中振荡维持电路效率和电路实现难易程度问题，提出了一种注入脉冲时间固定，且易于实现的振荡维持电路，本电路结构简单，功耗低，效率相对较高，且避免了射频标签天线上的振荡信号因为振荡维持电路注入电流的影响而产生的频率漂移问题。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种通过比较器产生脉冲的半双工RFID振荡维持电路，包括并联连接于第一天线端与第二天线端之间的谐振电感与谐振电容，所述谐振电感与谐振电容组成谐振电路以耦合外部磁场而产生交流电流，并将该交流电流输入至整流电路，所述整流电路输出端连接至储能电容和内部电路，所述第一天线端和第二天线端连接至断场检测电路，所述断场检测电路的输出端连接至脉冲产生电路的控制端，用于检测所述第一天线端与第二天线端的RF信号，并根据所述RF信号控制所述脉冲产生电路的工作状态；所述第一天线端与第二天线端分别连接至时钟恢复电路的输入端，所述时钟恢复电路的输出端连接至所述脉冲产生电路的输入端，用于采样RF信号，并输出与RF信号同频率的时钟信号，作为芯片数字电路工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过比较器产生脉冲的半双工RFID振荡维持电路，包括并联连接于第一天线端与第二天线端之间的谐振电感与谐振电容，所述谐振电感与谐振电容组成谐振电路以耦合外部磁场而产生交流电流，并将该交流电流输入至整流电路，所述整流电路输出端连接至储能电容和内部电路，其特征在于，所述第一天线端和第二天线端连接至断场检测电路，所述断场检测电路的输出端连接至脉冲产生电路的控制端，用于检测所述第一天线端与第二天线端的RF信号，并根据所述RF信号控制所述脉冲产生电路的工作状态；所述第一天线端与第二天线端分别连接至时钟恢复电路的输入端，所述时钟恢复电路的输出端连接至所述脉冲产生电路的输入端，用于采样RF信号，并输出与RF信号同频率的时钟信号，作为芯片数字电路工作的时钟，同时，控制所述脉冲产生电路产生与RF信号同频率的脉冲信号；所述脉冲产生电路的输入端连接至所述时钟恢复电路的输出端，控制端连接至所述断场检测电路的输出端，输出端连接至电平转换电路，用于将时钟信号转换成频率与天线端RF信号频率相同，且脉冲宽度固定的脉冲信号；所述电平转换电路的电源端通过串联连接的开关单元和限流电阻连接至所述第一天线端，所述电平转换电路的输出端连接至所述开关单元的控制端，用于将所述脉冲产生电路产生的高电平脉冲信号转换成与整流输出电压vdda相同的电压并输入至所述开关单元，以此控制开关单元导通或关断，从而形成从所述储能电容至由Ls和Cs组成的谐振回路的充电电流回路。...

【技术特征摘要】
1.一种通过比较器产生脉冲的半双工RFID振荡维持电路，包括并联连接于第一天线端与第二天线端之间的谐振电感与谐振电容，所述谐振电感与谐振电容组成谐振电路以耦合外部磁场而产生交流电流，并将该交流电流输入至整流电路，所述整流电路输出端连接至储能电容和内部电路，其特征在于，所述第一天线端和第二天线端连接至断场检测电路，所述断场检测电路的输出端连接至脉冲产生电路的控制端，用于检测所述第一天线端与第二天线端的RF信号，并根据所述RF信号控制所述脉冲产生电路的工作状态；所述第一天线端与第二天线端分别连接至时钟恢复电路的输入端，所述时钟恢复电路的输出端连接至所述脉冲产生电路的输入端，用于采样RF信号，并输出与RF信号同频率的时钟信号，作为芯片数字电路工作的时钟，同时，控制所述脉冲产生电路产生与RF信号同频率的脉冲信号；所述脉冲产生电路的输入端连接至所述时钟恢复电路的输出端，控制端连接至所述断场检测电路的输出端，输出端连接至电平转换电路，用于将时钟信号转换成频率与天线端RF信号频率相同，且脉冲宽度固定的脉冲信号；所述电平转换电路的电源端通过串联连接的开关单元和限流电阻连接至所述第一天线端，所述电平转换电路的输出端连接至所述开关单元的控制端，用于将所述脉冲产生电路产生的高电平脉冲信号转换成与整流输出电压vdda相同的电压并输入至所述开关单元，以此控制开关单元导通或关断，从而形成从所述储能电容至由Ls和Cs组成的谐振回路的充电电流回路。2.根据权利要求1所述的振荡维持电路，其特征在于，所述开关单元为第一开关，所述第一开关的输入端连接至所述限流电阻，所述第一开关的电源端接电源，第一开关的控制端连接至所述电平转换电路的输出端。3.根据权利要求1所述的振荡维持电路，其特征在于，所述开关单元为第一P型MOS管，所述第一P型MOS管源极连接至电源作为所述开关单元的电源端，漏极连接至所述限流电阻作为所述开关单元的输入端，栅极连接至所述电平转换电路的输出端，作为所述开关单元的控制端。4.根据权利要求1所述的振荡维持电路，其特征在于，所述时钟恢复电路还可以采用电流比较器或者是电压比较器中的一种。5.根据权利要求1所述的振荡维持电路，其特征在于，所述脉冲产生电路包括第一电流源，第二电流源，第三P型MOS管，第三N型MOS管，第一电容，第一电阻，第二电阻，第一比较器，第二比较器，第一或门电路，第二或门电路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张千文，吴边，韩富强，
申请(专利权)人：卓捷创芯科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44