超高頻RFID射頻接口電路設(shè)計
1 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/155850.htm近年來,915MHz以及2.45GHz等UHF波段的射頻標(biāo)簽由于工作距離遠(yuǎn),天線尺寸小等優(yōu)點越來越受到重視。射頻標(biāo)簽芯片的射頻接口模塊包括電源恢復(fù)電路、穩(wěn)壓電路和解調(diào)整形電路。射頻接口的設(shè)計直接影響到射頻標(biāo)簽的關(guān)鍵性能指標(biāo)。
本文對射頻標(biāo)簽?zāi)芰抗?yīng)原理進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析,并完成了電源恢復(fù)電路、穩(wěn)壓電路和解調(diào)整形電路的設(shè)計。
2 原理分析
2.1 電源恢復(fù)
無源射頻標(biāo)簽依靠讀寫器發(fā)射出的電磁波獲取能量。標(biāo)簽芯片獲得的能量與很多因素都有關(guān)系,例如空間環(huán)境的反射,傳播媒介的吸收系數(shù),溫度等。在理想自由空間,連續(xù)載波的情況下,有下面的近似公式:
式中,Ptag_IC是芯片接收到的能量,Preader為讀寫器發(fā)射功率,Gtag是標(biāo)簽天線增益,Greader是讀寫器天線增益,R為標(biāo)簽到讀寫器的距離。
可以看到,標(biāo)簽接收到的功率主要和距離與載波頻率相關(guān),隨距離的增大迅速減小,隨頻率的增加而減小。PreaderRreader也稱為EIRP,即等效全向發(fā)射功率。它受到國際標(biāo)準(zhǔn)約束,通常在27~36dBm左右。例如,按照北美標(biāo)準(zhǔn),讀寫器等效發(fā)射功率EIRP應(yīng)小于4W,即36dBm。在自由空間中,915MHz的信號在4m處衰減為43.74dB。假設(shè)標(biāo)簽天線增益為1.5dBi,則在4m處無源射頻標(biāo)簽可能獲得的最大功率只有約 -6.24dBm,238W。利用標(biāo)準(zhǔn)的偶極子天線,在915MHz天線端能夠獲得的電壓約200mV。在如此低的輸入信號幅度下,采用普通全波或半波整流電路無法獲得所需的直流電壓,因此需要采用倍壓結(jié)構(gòu)的電源恢復(fù)電路。
倍壓結(jié)構(gòu)的電源恢復(fù)電路如圖1所示。圖中的二極管在實際應(yīng)用時通常用MOS管替代。輸入正弦交流信號RFin=VAsint。在RFin負(fù)半周期時,M0導(dǎo)通,C1充電。C1兩端能夠獲得的最大電壓為VA-Vd,其中,Vd為MOS管M0兩端的電壓降。
RFin正半周期時,節(jié)點1的最大電壓為VA+(VA-Vd)。該電壓使得M1導(dǎo)通,C2充電,直到C2兩端達(dá)到最大電壓,即節(jié)點2的最大電壓,為 VA+(VA-Vd)-Vd=2(VA-Vd)。依次類推,C3兩端能夠獲得的最大電壓為3(VA-Vd),節(jié)點4的最大電壓為4(VA-Vd)。節(jié)點 2N的最大電壓為2N(VA-Vd)。于是,對于2N級電路,輸出直流電壓為:
考慮輸出負(fù)載的情況。假設(shè)負(fù)載抽取電流為Iout,輸入交流信號頻率為fsig,所有電容值都為C,則輸出電壓降低2NIout/Cfsig。于是,考慮輸出負(fù)載情況下的輸出電壓為:
倍壓整流電路相關(guān)文章:倍壓整流電路原理
評論