一种差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路制造技术

本发明专利技术属于射频识别技术领域，具体是指一种差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路，所述解调电路包括信号输入模块和包络解调模块两部分，信号输入模块用于采样外部指令信号，并以调幅波形式通过双端输入至包络解调模块，包络解调模块包括共模信号提取模块和数字输出模块两部分，共模信号提取模块用于从信号输入模块输入的调制信号中提取出双端输入的差分信号的包络分量的共模电压作为包络信号，数字输出模块用于将提取出的共模信号转换成为代表输入调幅波包络信息的数字方波信号。本发明专利技术采用差分输入结构对天线端进行采样，差分对管的跨导Gm可以足够大，所以该结构有较高的灵敏度和很好的适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路
本专利技术属于射频识别
，具体是指一种采用差分输入的方式，获取差分信号的共模电压作为包络信号进行解调的解调电路。
技术介绍
射频识别（RFID）标签是物联网应用系统架构中最为基础的一个核心技术构件，在物流管理、资产安全和追踪管理、出入权限管理、食品安全溯源等领域起到了追踪、溯源、和大数据收集等方面的作用。射频识别标签主要的通讯方式分为主动应答和被动应答两种方式。主动应答方式，也称TTF（TagTalksFirst）方式，是射频识别标签启动之后进入循环反复发送自身的ID以及数据信号的方式；被动应答方式，也称RTF方式（ReaderTalksFirst），是射频识别标签在的得到读写器设备的可执行指令之后做出相应的操作，并将读写器设备所需要的反馈数据发送回读写器设备的一次性操作方式。射频识别标签与读写器设备之间的通讯，可以通过磁场耦合的方式，也可以通过电磁波射频通讯的方式。比如以ISO11784/11785国际标准为规范的134.25KHz低频射频识别技术，和以ISO14443-A/B为技术标准的13.56MHz高频射频识别技术，和以高频射频识别技术为基础衍生而来的近场通讯（NFC）技术，都属于磁场耦合通讯的范畴，其应用特征是读写器设备的线圈和射频识别标签的线圈近距离直接的磁场耦合来传递能量和信息，电磁学传输物理特性可以由法拉第磁力线理论所解释。在以ISO18000-6C为代表的860MHz~940MHz超高频频段，是以电磁波射频通讯技术为基础的远距离射频识别技术，其应用特征是靠读写设备发出的电磁场球面波在射频识别标签频率范围内产生的谐振而获取能量和信息，电磁学传输物理特性可以由麦克斯韦尔方程组更好的描述和解释。以磁场耦合为通讯方式为例，射频识别标签与读写器设备分别各自有一个由电感和电容器件构成的谐振电路，当这两个谐振电路的谐振频率设计成一致时，两者之间的耦合效率达到最大，能量传输的效率也最大。当上述交流磁场转变成直流电的能量转换过程是射频识别标签芯片唯一的能量来源时，该射频识别标签即称为无源射频识别标签（PassiveRFID），也称为无电池射频识别标签（Battery-lessRFID），顾名思义，就是不用电池的射频识别标签。无源射频识别标签对射频识别标签芯片的电路设计提出了较高的技术要求，需要以超低的功耗和低电源电压的方式完成应答和高级读写指令操作。通常，有源（带电池供电）的射频识别标签的通讯距离比无源的长，但是，无源射频识别标签可以做到极低的物料成本，并且省去了更换电池的维护费用，所以，无源射频识别标签在物联网的基础应用中获得了更加广泛的应用，同时，无源射频识别识别标签的通讯距离一直是工业界不同标签生产厂家、不同芯片制造商之间所关注的竞争要点。图1给出了一个典型的射频识别标签的系统架构框图。其中，由电感/天线和谐振电容组成的谐振电路与读写器设备发射的射频场能量达到同频率的谐振，耦合交变磁场到电感线圈中，进而转变为交流电流；交流电流经过整流电路和限幅电路的共同作用产生了幅度适合的直流电压；直流电压在耦合的能量由少变多的过程中逼近并超过了上电复位模块监控的电压值，从而触发上电复位信号，启动了数字逻辑控制系统。自从交变射频场一开始耦合进来的时候，时钟恢复产生电路从电感线圈上的交变电流中获得了与射频场能量相同频率的时钟信号，供给到数字逻辑控制系统作为同步时钟；也是与此同时，具有自启动功能的带隙基准模块完成自启动后稳定输出一个带隙基准电压值，作为参考供后面的稳压电源模块产生较为精确的直流电源电压；直流电源给系统中的其他功能模块供电，比如解调器模块，用以解析自读写器设备发出的指令信息，时钟恢复/产生模块，用以从周围射频场能量中提取时钟方波信号，读取放大器模块，用以读取非挥发性存储器单元中的数据，写入擦除模块，用以对非挥发性内存单元进行数据擦除和数据写入等操作，数字逻辑控制/状态机模块，用以射频识别标签的状态转换控制和其他芯片模式选择设置等，非挥发性存储单元阵列模块，用以存储芯片所需要的各种设置数据和用户数据，地址译码模块，用以按地址译码后选择内存存储页面，掉电控制模块，用以控制系统的掉电过程。高级指令模式下的下行通讯灵敏度是射频识别标签产品最重要的性能指标之一。在134.25KHz低频频段的ISO11784/11785,ISO14223协议、13.56MHz高频频段的ISO14443-A/B协议、以及860MHz~940MHz的超高频频段的ISO18000-6C协议规定的读写器设备下发指令采取ASK(AmplitudeShiftKeying)的调制方式，下发信息是以载波幅度的高低变化来传递的，比如，数字信息“0”是以未调制的载波幅度代表，即满幅振荡幅度；数字信息“1”是以调制的载波幅度代表，即不到满幅的振荡幅度。当读卡器设备采取ASK调制方式中更简单的OOK(On-OffKeying)调制方式时，读卡器设备可以进行开启发射和关断发射的简单操作来达到非调制和调制信息的目的，此时，射频识别标签上电感天线感应而产生的振荡波形因为阻尼现象而呈现自然缓慢的衰减趋势。射频识别标签端的解调电路必须将这个衰减的载波包络解析出来以得到下发指令的内容。如图2所示，在信号幅度的维度上，调幅波的调制深度定义为：D=（a-b）/（a+b）；而在时间维度上，调制时间Tm在时间轴上的宽度，往往用若干个时钟脉冲周期数来表示，比如图中Tm=8*Tclk，其中Tclk为时钟信号，也即载波的周期。解调电路是射频识别标签芯片中进行关键性的模拟信号处理的电路，其主要目的是将幅度调制信息从射频场能量中解析出来，以数字方波的形式输入到数字逻辑控制模块中，以完成从读写设备到射频识别标签的下行指令传输过程。解析出的包络呈现波峰和波谷的形式，其中波峰对应于读卡器设备的有场，波谷，即空隙，在空隙对应的时间段，读卡器设备往往关断场能量的发射,即采取前述OOK调制方式。解调电路解析出波峰和波谷信息的操作被称为包络解调。从输入信号强度的角度分析下行通讯灵敏度，分为弱场和强场两种极限情形。输入信号幅度非常低，对应于射频识别标签距离读写器设备较远的应用场景；输入信号幅度非常高，对应于射频识别标签距离读写器设备很近的应用场景。很显然，高灵敏度的下行通讯要求读写器所下发的高级指令都能够正确地被射频识别标签辨识、解析并成功执行。反之，性能欠佳的解调电路无法兼顾极远和极近两种应用场景，从而产生了所谓的通讯“盲区”。下行通讯灵敏度还体现在解调电路可以操作的调制深度范围上。深度调制时，调制深度往往大于90%，对于传统的解调电路来说是能够轻易解调出幅度信息的。但是，过于深度的调制也会造成无源射频识别标签芯片的能量收集困难，在远距离的附加条件下，因为调幅波波谷对应的时间段能量收集较为不易，造成芯片整体获取能量的水平降低而限制了其性能和可以采取的操作。另一方面，调制深度较浅时（典型的较浅的调制深度往往只有10%左右），解调电路往往不易区分输入调幅波的波峰和波谷信号，造成解调失败，也即下行通讯的失败。下行通讯的性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路，其特征在于，包括信号输入模块和包络解调模块两部分，/n所述信号输入模块用于采样外部指令信号，并以调幅波形式通过双端输入至所述包络解调模块；/n所述包络解调模块包括共模信号提取模块和数字输出模块两部分，所述共模信号提取模块用于从所述信号输入模块输入的调制信号中提取出双端输入的差分信号的包络分量的共模电压作为包络信号，所述数字输出模块用于将提取出的共模信号转换成为代表输入调幅波包络信息的数字方波信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路，其特征在于，包括信号输入模块和包络解调模块两部分，
所述信号输入模块用于采样外部指令信号，并以调幅波形式通过双端输入至所述包络解调模块；
所述包络解调模块包括共模信号提取模块和数字输出模块两部分，所述共模信号提取模块用于从所述信号输入模块输入的调制信号中提取出双端输入的差分信号的包络分量的共模电压作为包络信号，所述数字输出模块用于将提取出的共模信号转换成为代表输入调幅波包络信息的数字方波信号。


2.根据权利要求1所述的差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路，其特征在于，所述信号输入模块采样外部指令信号分为有线采样或无线采样，有线采样方式包括但不限于管脚输出单元的采样或探针采样，无线采样方式为采样谐振电路天线端的电压信号。


3.根据权利要求2所述的差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路，其特征在于，所述谐振电路包括并联连接的谐振电感L1和谐振电容C1，所述谐振电路的天线两端分别输入至包络解调模块。


4.根据权利要求1所述的差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路，其特征在于，所述共模信号提取模块包括第一限流电阻R1，第一N型MOS管NM1，第二N型MOS管NM2，频率选择电容C2和第一电流源I1，所述数字输出模块包括反相器INV1，
所述第一N型MOS管NM1和第二N型MOS管NM2的栅极分别连接至谐振电路的天线两端，作为所述共模信号提取模块的第一输入端和第二输入端，第一N型MOS管NM1和第二N型MOS管NM2的漏极均通过第一限流电阻R1连接至整流输出电源，第一N型MOS管NM1和第二N型MOS管NM2的源极相连，并连接至数字输出模块，即反相器INV1的输入端，反相器INV1的输出端作为所述解调电路的输出端，频率选择电容C2一端连接至第一N型MOS管NM1和第二N型MOS管NM2的漏极，另一端连接至第一N型MOS管NM1和第二N型MOS管NM2的源极，并通过第一电流源I1接地，
由差分对管的电路特性可知，在小信号工作状态下，第一N型MOS管NM1和第二N型MOS管NM2的共同源极连接点A就是输入差分信号的共模信号部分，再加上频率选择电容C2的滤波作用，该共模信号可以近似取做输入调幅波信号的包络，再经过后级逻辑电路的整形，即可以得到代表输入调幅波包络信息的数字方波信号。


5.根据权利要求1所述的差分输入的射频识别标签调幅波包络信号解调电路，其特征在于，所述共模信号提取模块包括第五电流源I5，第四P型MOS管PM4，第五P型MOS管PM5，频率选择电容C2及第三限流电阻R3，
所述第四P型MOS管PM4和第五P型MOS管PM5的栅极分别连接至谐振电路的天线两端，作为所述共模信号提取模块的第一输入端和第二输入端，第四P型MOS管PM4和第五P型MOS管PM5的源极相连，并通过第五电流源I5连接至整流输出电源，所述第四P型MOS管PM4和第五P型MOS管PM5的源极端同时连接至数字输出模块，漏极端相连并通过所述第三限流电阻R3接地，所述频率选择电容C2一端连接至第四P型MOS管PM4和第五P型MOS管PM5的源极，另一端连接至第四P型MOS管PM...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴边，
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