一种应用于超高频RFID的集成模拟自干扰抵消电路制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于超高频RFID的集成模拟自干扰抵消电路，主要由有源移相器、缓冲器、功率放大器以及功率合成器组成，所述有源移相器由多相滤波器和矢量相加电路组成；所述缓冲器由电容交叉耦合缓冲器和源极跟随器组成；所述功率放大器为增益可调的功率放大器；所述功率放大器使用两级放大器级联来提供足够大的增益；功率放大器输出的信号和接收端的接收信号在功率合成器上进行叠加，最后达到自干扰消除的目的。本发明专利技术自干扰抵消电路面积小，成本低，工作在840～960MHz的工作带宽内，输出功率变化小于1dBm；采用可控增益功率放大器作为幅度控制模块，可以处理的自干扰信号功率大，最大可处理的自干扰信号功率可达8dBm。

An integrated analog self interference cancellation circuit for UHF RFID applications

Integrated simulation of the invention discloses a method for ultra high frequency RFID self interference cancellation circuit is mainly composed of active phase shifter, buffer, power amplifier and power combiner, the active phase shifter by polyphase filter and vector sum circuit; the buffer capacitor by cross coupling buffer and source follower; the power amplifier power amplifier with adjustable gain; the power amplifier using two cascaded amplifiers to provide high gain signal; the output of the power amplifier and the received signals are superimposed on the end of the power synthesizer, and finally achieve the purpose of self interference cancellation. The present invention self interference cancellation circuit of small size, low cost, work in the 840 ~ 960MHz within the operating bandwidth, the output power variation is less than 1dBm; the power gain controllable amplifier as amplitude control module, can handle the self interference signal power, the maximum self interference signal processing power of up to 8dBm.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于超高频RFID的集成模拟自干扰抵消电路
本专利技术涉及射频集成电路技术应用领域，尤其涉及一种应用于超高频RFID集成模拟自干扰抵消电路。
技术介绍
射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它主要利用射频信号通过空间耦合来实现自动识别和信息传递。其中超高频(UltraHighFrequency，UHF)远距离射频识别系统的工作频段为840～960MHz，具有识别距离远，读写速度快，天线尺寸小等特点，其在物流管理，交通收费，安全防护等多个领域有着广泛的应用前景。一个典型的RFID系统，由读写器、标签和主机三部分组成。在无源超高频RFID应用中，读写器在接收来自标签的有用信号的同时，还要向标签发射连续载波来给标签提供能量。作为一个全双工的无线收发系统，读写器发射机的载波信号会因环行器或定向耦合器的隔离度有限而泄漏到接收机前端，这个泄漏的信号就被称为自干扰信号。一般自干扰信号的功率较大(大于+5dBm)，会影响接收机的灵敏度。而且由于自干扰信号与接收信号同频，它很难被片外的滤波器消除。现有的自干扰消除技术大体上可分为有源自干扰消除和无源自干扰消除技术。无源自干扰消除技术通过在收发端增加天线、正交混合器等无源器件，来降低自干扰信号的能量。这些结构虽然能很好地抑制自干扰信号，但其集成度低，有效的工作频带较窄，成本较高。从有源自干扰消除技术的角度来说，建立辅助通路将自干扰信号提取出来，并与主通路干扰信号叠加，或添加阻抗变换网络，在中频带将自干扰信号滤除，抑或产生一路抵消信号与自干扰信号进行相减，都可以达到抑制自干扰信号的目标，但它们能处理的自干扰信号功率相对较小。相比于无源自干扰抵消技术，在保证足够的自干扰抑制能力下，有源消除技术，能够降低芯片面积，符合现代芯片趋于高集成度和无线通信低成本的发展需求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种集成模拟自干扰消除电路，来解决超高频RFID阅读器中自干扰信号对接收性能的影响，以及现有消除技术成本高、可处理的自干扰信号功率小的问题。本专利技术提出的自干扰抵消电路主要由有源移相器，缓冲器和增益可控的功率放大器以及功率合成器组成。本专利技术除了功率合成器，所有电路都集成在芯片内，大大减少了电路的面积和成本，另外采用可控增益的功率放大器来控制抵消信号幅度，增大了可处理的自干扰信号的功率。有源移相器由多相滤波器和矢量相加电路组成。多相滤波器作为用来将差分的输入信号转换成四路正交信号，多相滤波器由级联的RC网络构成，其相位的正交化是通过RC网络形成的低通或高通滤波器本身的相位偏移联合实现的，其占用面积小，易于集成。考虑到工作的带宽和插损，本专利技术采用两级多相滤波器。矢量相加电路主要用来将I、Q两路正交信号进行矢量合成，它由吉尔伯特单元(M1-M8)、象限和坐标轴控制开关(M9-M16)以及电流偏置DAC单元(S0-S5，S0B-S5B)构成。正交的电压输入信号通过吉尔伯特单元转换成电流。通过控制电流DAC单元，改变I、Q路电流的分量，通过控制象控制坐标轴和象限的开关，选择在某个象限内的相位偏移，坐标轴控制开关的引入，简化了数字编码逻辑，减少了数字编码模块的面积，最后由负载电阻将I、Q电流合成，实现在某个象限内的相位偏移。考虑到实现的复杂度和精度，本专利技术的有源移相器控制位数为6比特，相位精度为5.625°。本专利技术采用的缓冲器由电容交叉耦合缓冲器和源极跟随器组成，电容交叉耦合缓冲器(M1-M4)作为第一级，其目的是为了将差分信号转换为单端信号，其中左半边电路是为了保证其差分输入电容相同，以此平衡有源移相器的输出负载，保证有源移相器输出的差分性。为了减少有源移相器的负载，我们将交叉耦合缓冲器的管子尺寸减少，但这会增加其输出阻抗，不利于与功率放大器的匹配，所以我们采用源极跟随器(M5-M6)作为第二级，驱动下一级功率放大器。自干扰抵消电路的幅度控制模块为增益可调的功率放大器，其原因有两点：一是前级有源移相器输入1dB压缩点的限制，提高1dB压缩点，势必会增加功耗；二是功率合成器或巴伦输入阻抗较低(一般为50欧姆)，如果使用源极跟随器，其输出摆幅很难提升，自干扰抵消的效果受到影响，而其他类型的放大器又难以驱动较低的阻抗。本专利技术设计的可控增益功率放大器主要由3-8译码器、8通道电阻衰减网络和功率放大器组成。3-8译码器将3位数控信号编译成8通道电阻衰减网络的选通信号，并输入到8通道衰减网络中，完成衰减通道的选择。8通道衰减网络采用对称的π型的电阻型衰减器，衰减步进为1dB。缓冲器的输出信号经过选通的衰减通道，将信号送入到功率放大器进行放大。在功率放大器之前对信号进行衰减，以控制整个电路的输出功率。这样的结构可以提高整个幅度控制模块增益调节的线性度。本专利技术的功率放大器使用两级放大器级联来提供足够大的增益，考虑到放大器的可靠性和耐久性问题，两级都采用cascode结构，同时cascode结构还可以增加输入输出之间隔离度。同时为了减少两级之间地的串扰，两级地分别接不同的地，并在版图上采用深N阱将两级隔离。为了使输出功率在1～8dBm范围内线性可控，功率放大器偏置在ClassAB，是线性度和效率的一个良好折衷。同时为了减少幅度-相位失真，在共源管MN3栅极接一个补偿PMOS，只要选择好PMOS尺寸和偏置电压VPP，PMOS电容Cggp就能补偿MN3的栅极电容Cgs随输入电压的变化。电容Cf和Rf形成第二级输出输入的反馈，增加功率放大器的稳定性。同时为了在840～960MHz的工作频率范围内保持较好的增益平坦度，输入匹配网络采用T型匹配，来获得一个合适的Q值。本专利技术与现有技术相比优点在于：本专利技术所述的自干扰抵消电路面积小，成本低，主要由以下几方面共同作用：相位控制模块和幅度控制模块全为片上集成；有源移相器添加坐标控制单元，简化了数字编码逻辑；功率放大器采用单端输入单端输出结构，减少片上无源器件的使用。通过对功率放大器匹配网络的合理选取，本专利技术在840～960MHz的工作带宽内，输出功率变化小于1dBm；采用可控增益功率放大器作为幅度控制模块，可以处理的自干扰信号功率大，本专利技术最大可处理的自干扰信号功率可达8dBm。附图说明图1为自干扰抵消原理框图；图2为本专利技术采用的多相滤波器结构图；图3为两级多相滤波器的相位与幅度变化图，其中，图3(a)为输入的差分信号，图3(b)为多相滤波器第一级的输出信号，图3(c)为第二级输出信号；图4为矢量相加电路结构图；图5为可降位编码在笛卡尔直角坐标系表示；图6为缓冲器电路结构图；图7为可调增益功率放大器原理框图；图8为功率放大器电路结构图；图9为抵消电路的自干扰抵消性能图。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。如图1所示，本专利技术提出的自干扰抵消电路由有源移相器、缓冲器和增益可控的功率放大器组成。通过矢量相加关系的数学计算，为了达到一定的抵消效果，我们选择6位的有源移相器和3位的可控增益功率放大器。有源移相器由多相滤波器和矢量相加电路组成，首先差分输入信号，经过两级的多相滤波器，如图2所示，信号在经过第一级RC网络后变成四路信号V1i+、V1i-、V2i+、V2i-，在频率ω＝1/RC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于超高频RFID的集成模拟自干扰抵消电路，其特征在于：该自干扰抵消电路主要由有源移相器、缓冲器、功率放大器以及功率合成器组成；所述有源移相器由多相滤波器和矢量相加电路组成，多相滤波器作为用来将差分的输入信号转换成四路正交信号，多相滤波器由级联的RC网络构成，其相位的正交化是通过RC网络形成的低通或高通滤波器本身的相位偏移联合实现的，矢量相加电路主要用来将I、Q两路正交信号进行矢量合成，它由吉尔伯特单元(M1‑M8)、象限和坐标轴控制开关(M9‑M16)以及电流偏置DAC单元(S

【技术特征摘要】
1.一种应用于超高频RFID的集成模拟自干扰抵消电路，其特征在于：该自干扰抵消电路主要由有源移相器、缓冲器、功率放大器以及功率合成器组成；所述有源移相器由多相滤波器和矢量相加电路组成，多相滤波器作为用来将差分的输入信号转换成四路正交信号，多相滤波器由级联的RC网络构成，其相位的正交化是通过RC网络形成的低通或高通滤波器本身的相位偏移联合实现的，矢量相加电路主要用来将I、Q两路正交信号进行矢量合成，它由吉尔伯特单元(M1-M8)、象限和坐标轴控制开关(M9-M16)以及电流偏置DAC单元(S0-S5，S0B-S5B)构成，正交的电压输入信号通过吉尔伯特单元转换成电流，通过控制电流DAC单元，改变I、Q路电流的分量，通过控制象控制坐标轴和象限的开关，选择在某个象限内的相位偏移，坐标轴控制开关的引入，简化了数字编码逻辑，减少了数字编码模块的面积，最后由负载电阻将I、Q电流合成，实现在某个象限内的相位偏移；所述缓冲器由电容交叉耦合缓冲器和源极跟随器组成，电容交叉耦合缓冲器(M1-M4)作为第一级，其目的是为了将差分信号转换为单端信号，其中左半边电路是为了保证其差分输入电容相同，以此平衡有源移相器的输出负载，保证有源移相器输出的差分性；所述功率放大器为增益可调的功率放大器；所述功率放大器使用两级放大器级联来提供足够大的增益；功率放大器输出的信号和接收端的接收信号在功率合成器上进行叠加，最后达到自干扰消除的目的。2.根据权利要求1所述的应用于超高频RFID的集成模拟自干扰抵消电路，其特征在于：除了功率合成器，所有电路都集成在芯片内，大大减少了电路的面积和成本，另外采用可控增益的功率放大器来控制抵消信号幅度，增大了可处理的自干扰信号的功率。3.根据权利要求1所述的应用于超高频RFID的集成模拟自干扰抵消电路，其特征在于：采用两级多相滤波器。4.根据权利要求1所述的应用于超高频RFID的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：金科，林福江，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34