專利名稱：用于射頻電子標簽的整流電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻集成電路領(lǐng)域，涉及一種整流電路，具體為一種用于射頻電子標 簽的整流電路。
背景技術(shù)：
射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是一種非接觸式的自動 識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性自動識別目標對象并獲取相關(guān) 信息，實現(xiàn)自動識別。作為一項關(guān)鍵技術(shù)，RFID由于其眾多便利的特點和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域， 越來越受到人們的普遍關(guān)注。RFID技術(shù)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，其可以應(yīng)用于物流倉儲 中的倉庫管理、身份識別、交通運輸、食品醫(yī)療、動物管理、門禁防盜以及工業(yè)軍事等多種領(lǐng) 域，給人們生活帶來了極大的便利。RFID系統(tǒng)通常由標簽(Tag) ,RFID讀寫設(shè)備(Reader)以及應(yīng)用軟件平臺構(gòu)成，標 簽和RFID讀寫設(shè)備是RFID系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)。RFID電子標簽種類很多，按照供電方式通?？?分為有源和無源的電子標簽；按照載波頻率通?？煞譃榈皖l(134. 2kHz)、高頻(13. 56MHz) 以及超高頻033MHz和915MHz)，其中超高頻則屬于未來的發(fā)展方向。圖1為一常見的無源電子標簽芯片的電路結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)圖1，電子標簽包括天線、 匹配網(wǎng)絡(luò)、整流電路、電源產(chǎn)生模塊、接收發(fā)送電路、數(shù)字控制部分及存儲單元。無源電子標 簽由于沒有外部電源供給，因此需要整流電路對從天線輸入的射頻信號進行整流，得到直 流電壓對芯片的其他模塊(如檢波及時鐘電路、數(shù)字控制部分及存儲單元)進行供電，因此 整流電路對于無源電子標簽芯片至關(guān)重要。一般整流電路采用傳統(tǒng)的N級倍壓整流電路實 現(xiàn)，其整流器件采用MOS器件漏柵短接等效的二極管，由于一般MOS器件閾值較高，如NMOS 約0. 7v, PMOS約0. 9v，在低功耗的RFID系統(tǒng)中如果采用這種整流電路將會使得整流效率 降低，從而使得電子標簽最遠工作距離縮短。中國專利CN200610118905. 4提出了一種用于射頻電子標簽的自偏置高效整流電 路，如圖2所示，其主要目的是通過電壓偏置管MB1-MB3給整流的MOS管(M1、M2)提供穩(wěn)定 的直流偏壓，使得整流管柵極電壓保持在微導(dǎo)通狀態(tài)，降低整流管的導(dǎo)通閾值，以提高整流 電路的整流效率。然而，該電路雖然可以降低整流管的導(dǎo)通閾值，卻存在以下兩個主要缺點1、該電 路屬于半波整流電路，對信號的利用率比較低；2、該電路的自偏置信號沒有設(shè)置穩(wěn)定電路， 在信號波動時會降低整流效率。綜上所述，可知先前技術(shù)中用于射頻電子標簽的整流電路存在信號利用率較低且 由于沒有設(shè)置穩(wěn)定電路信號波動時會降低整流效率的問題，因此，實有必要提出改進的技 術(shù)手段，來解決此一問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的信號利用率較低且由于未設(shè)置穩(wěn)定電路會降低整流效率的問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于射頻電子標簽的整流電路，以實現(xiàn)一種 全波整流電路，提高信號利用率。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于射頻電子標簽的整流電路，以實現(xiàn)對各整 流管提供偏置電壓，降低各整流管實際導(dǎo)通時的閾值電壓。本發(fā)明第三個目的在于提供一種用于射頻電子標簽的整流電路，以實現(xiàn)對各整流 管的偏置電壓設(shè)置穩(wěn)定電路，以減小各整流管柵-源寄生電容的影響，穩(wěn)定柵極電壓。為達上述及其它目的，本發(fā)明一種用于射頻電子標簽的整流電路，至少包含N級 采用差分結(jié)構(gòu)的整流單元，每級整流單元均具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第 二輸出端，當前級整流單元的第一輸出端與下一級整流單元的第一輸入端相連，當前級整 流單元的第二輸出端與下一級整流單元的第二輸入端相連，第一級整流單元的第一輸入端 與第二輸入端連接至該電子標簽天線的第二端，最后一級整流單元連接至輸出電源的正負 端，其中，每級整流單元均包括第一差分整流單元與第二差分整流單元，該第一差分整流單 元至少包括第一正向整流管、第二正向整流管、第一耦合電容以及第一負載電容，該第一正 向整流管源極接至該當前級整流單元的第一輸入端，漏極與該第一耦合電容及該第二正向 整流管漏極共連，該第二正向整流管源極連接至該當前級整流單元的第一輸出端，該第二 差分整流單元至少包括第一負向整流管、第二負向整流管、第二耦合電容以及第二負載電 容，該第一負向整流管源極接至該當前級整流單元的第二輸入端，漏極與該第二耦合電容 及該第二負向整流管漏極共連，該第二負向整流管源極連接至當前級整流單元的第二輸出 端，該第一耦合電容、該第二耦合電容與該電子標簽天線的第一端相連，該第一負載電容、 該第二負載電容與該電子標簽天線的第二端相連。進一步地，每級整流單元還包含四個偏置電壓產(chǎn)生管，該四個偏置電壓產(chǎn)生管分 別為該第一正向整流管、該第二正向整流管、該第一負向整流管以及該第二負向整流管提 供偏置電壓。進一步地，該四個偏置電壓產(chǎn)生管均采用漏柵短接形成有源電阻的接法，且該第 一正向整流管的偏置電壓產(chǎn)生管源極接至該當前級整流單元的第一輸入端，柵極接至該第 一正向整流管的柵極，漏極外接一電流源；該第二正向整流管的偏置電壓產(chǎn)生管源極接至 該當前級整流單元的第一輸出端，柵極接至該第二正向整流管的柵極，漏極外接一電流阱; 該第一負向整流管的偏置電壓產(chǎn)生管源極接至該當前級整流單元的第二輸入端，柵極接至 該第一負向整流管，漏極外接該電流阱；該第二負向整流管的偏置電壓產(chǎn)生管源極接至該 當前級整流單元的第二輸出端，柵極接至該第二負向整流管，漏極外接該電流源。進一步地，該整流電路還包括一偏置電流產(chǎn)生模塊，該偏置電流產(chǎn)生模塊連接至 該四個偏置電壓產(chǎn)生單元的漏極，以提供該電流源或電流阱。進一步地，每級整流單元還包括第一電容、第二電容、第三電容以及第四電容，以 穩(wěn)定各整流管柵極電壓的電容，其中該第一電容一端連接至該第一正向整流管柵極，另一 端連接至該當前級整流單元的第一輸入端；該第二電容一端連接至該第二正向整流管柵 極，另一端連接至該當前級整流單元的第一輸出端；該第三電容一端連接至該第一負向整 流管柵極，另一端連接至該當前級整流單元的第二輸入端；該第四電容一端連接至該第二 負向整流管柵極，另一端連接至該當前級整流單元的第二輸出端。
其中，該第一正向整流管、該第二正向整流管、該第一負向整流管以及該第二負向 整流管可以為N型、P型MOS耗盡或增強型晶體管。其中，該四個偏置電壓產(chǎn)生管為N型、P型MOS耗盡或增強型晶體管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種用于射頻電子標簽的整流電路，通過利用N級差分 結(jié)構(gòu)的整流單元，使信號實現(xiàn)全波整流，提高了信號的利用率，同時，本發(fā)明通過采用于各 整流管柵極增加偏置電壓的方法，使各整流管處于亞閾值狀態(tài)，降低了各整流管實際導(dǎo)通 時的閾值電壓，另外，本發(fā)明還進一步采用柵極穩(wěn)定電容減小各整流管柵-源寄生電容的 影響，使柵極電壓穩(wěn)定，減小了源極信號波動對柵極偏置電壓的負面影響。


圖1為射頻電子標簽結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)帶自動偏置的整流單元電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明用于射頻電子標簽的整流電路優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3中單級整流單元的電路結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明具兩級整流單元的整流電路的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例并結(jié)合

本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同 的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。圖3為本發(fā)明用于射頻電子標簽的整流電路優(yōu)選實施例的電路結(jié)構(gòu)圖，圖4為本 發(fā)明用于射頻電子標簽的整流電路優(yōu)選實施例的單級整流單元的電路結(jié)構(gòu)圖。請同時參照 圖3及圖4，本發(fā)明一種用于射頻電子標簽的整流電路，其至少包括第I-N級整流單元(1)， 且每級整流單元均采用差分結(jié)構(gòu)。其中每級整流單元(1)至少包括第一差分整流單元10以及第二差分整流單元11， 第一差分整流單元10包括第一正向整流管MNl、第二正向整流管MP3、第一耦合電容CP4以 及第一負載電容CP3，于本發(fā)明較佳實施例中，第一正向整流管麗1為N型MOS晶體管，第二 正向整流管MP3為P型MOS晶體管，其中第一耦合電容CP4—端(①端)與電子標簽天線 的第一端ANTl連接，另一端與第一正向整流管麗1及第二正向整流管MP3的漏極共連，第 一正向整流管Mm源極接至每級整流單元的第一輸入端(即②端)，第二正向整流管MP3源 極接至每級整流單元的第一輸出端(即⑤端，該級整流單元輸出正端)，第一負載電容CP3 一端與天線第二端ANT2連接(即④端)，另一端接整第一輸出端；第二差分整流單元11包 括第一負向整流管MP1、第二負向整流管MN3、第二耦合電容CN4以及第二負載電容CN3，于 本發(fā)明較佳實施例中，第一負向整流管MPl為P型MOS晶體管，第二負向整流管麗3為N型 MOS晶體管，其中第一負向整流管MPl源極接至每級整流單元的第二輸入端(即③端)，漏 極與第二負向整流管MN3的漏極相連，第二負向整流管MN3的源極接至每級整流單元的第 二輸出端(即⑥端，整流單元輸出負端)，第二耦合電容CN4 —端與天線的第一端ANTl連 接，另一端與第一負向整流管MPl及第二負向整流管MN3的漏極共連，第二負載電容CN3 —端與天線第二端ANT2連接，另一端與整流單元輸出負端連接。需要說明的是，本發(fā)明于第 一級整流單元中，第一正向整流管麗1源極(即第一輸入端)及第一負向整流管MPl源極 (即第二輸入端)與電子標簽天線的第二端ANT2(即④端)連接。請繼續(xù)參考圖4，為降低本發(fā)明優(yōu)選實施例中各整流管的導(dǎo)通閾值，以提高本發(fā)明 的整流效率，本發(fā)明整流電路優(yōu)選實施例的每級整流單元還至少包括四個偏置電壓產(chǎn)生管 MN2、MP4、MP2以及MN4，其中MN2、MN4為N型MOS晶體管，MP4、MP2為P型MOS晶體管，MN2 為第一正向整流管Mm的偏置電壓產(chǎn)生管，其源極與第一正向整流管Mm源極連接，并共同 連接至第一輸入端，漏柵短接形成有源電阻的接法且漏極需外接一電流源，同時其柵極接 至第一正向整流管MNl的柵極，為第一正向整流管MNl提供偏置電壓，MP4為第二正向整流 管MP3的偏置電壓產(chǎn)生管，其源極與第一輸出端(即⑤端)連接，漏柵短接構(gòu)成有源電阻接 法且漏極需外接電流阱，同時其柵極接到第二正向整流管MP3的柵極，為第二正向整流管 MP3提供偏置電壓；MP2為第一負向整流管MPl的偏置電壓產(chǎn)生管，其源極與第一負向整流 管MPl源極相接，并共同連接至第二輸入端(即③端)，漏柵短接構(gòu)成有源電阻接法且漏極 需外接電流阱，同時柵極接到第一負向整流管MPl的柵極，為第一負向整流管MPl提供偏置 電壓；MN4為第二負向整流管麗3的偏置電壓產(chǎn)生管，其源極與整流單元的第二輸出端(即 ⑥端)連接，漏柵短接構(gòu)成有源電阻的接法且漏極需外接電流源，同時柵極接到第二負向 整流管麗3的柵極，為第二負向整流管麗3提供偏置電壓。進一步地，為防止信號波動時整流效率降低，本發(fā)明優(yōu)選實施例還利用電容CP1， CP2，CNl以及CN2來穩(wěn)定柵極電壓的電容，具體連接為電容CPl —端與第一正向整流管 MNl及其偏置電壓產(chǎn)生管MN2共同的柵極連接，另一端與第一正向整流管MNl源極、偏置電 壓產(chǎn)生管MN2源極共同連接至第一輸入端(即②端)；電容CP2 —端與第二正向整流管MP3 及其偏置電壓產(chǎn)生管MP4共同的柵極連接，另一端接整流單元的第一輸出端(即⑤端)；電 容CNl —端與第一負向整流管MPl及其偏置電壓產(chǎn)生管MP2共同的柵極連接，另一端與第 一負向整流管MPl源極、偏置電壓產(chǎn)生管MP2源極共同連接至第二輸入端(即③端)；電容 CN2 一端與第二負向整流管MN3及其偏置電壓產(chǎn)生管MN4共同的柵極連接，另一端接至整流 單元的第二輸出端(即⑥端)。本發(fā)明通過采用柵極穩(wěn)定電容(CP1，CP2，CN1，CN2)減小整 流管(MN1、MP3、MP1以及麗3)柵-源寄生電容的影響，使柵極電壓穩(wěn)定，減小了源極信號波 動對柵極偏置電壓的負面影響。請繼續(xù)參考圖3，本發(fā)明一種用于射頻電子標簽的整流電路，包括采用差分結(jié)構(gòu)的 第I-N級整流單元(1)，每級整流單元(1)的①端與電子標簽天線第一端相連，每級整流單 元(1)的④端與天線的第二端相連，且第一級整流單元的②，③端與④端相連，每一級整流 單元的⑤端與下一級的②端相連，每一級的⑥端與下一級的③端相連，最后一級的⑤端、⑥ 端分別為輸出電源的正、負端。圖3中所指示①②③④⑤⑥節(jié)點分別與圖4中①②③④⑤⑥ 節(jié)點相對應(yīng)，另外，為使偏置電壓產(chǎn)生管麗2、MP4、MP2以及MN4能提供偏置電壓，本發(fā)明整 流電路還包括偏置電流產(chǎn)生模塊( ，為每級整流單元分別提供2個電流源和2個電流阱用 于偏置電壓的產(chǎn)生。圖5為本發(fā)明具兩級整流單元的整流電路實施例的電路結(jié)構(gòu)圖。其中21為第一 級整流單元，22為第二級整流單元。第一級整流單元21的第一輸入端與第二輸入端均連接 至天線的第二端ANT2，其第一輸出端連接至第二級整流單元22的第一輸入端，第二輸入端連接至第二級整流單元22的第二輸入端，實現(xiàn)了本發(fā)明包含兩級整流單元的帶差分結(jié)構(gòu) 的整流電路。綜上，相對傳統(tǒng)的整流電路，本發(fā)明采用差分結(jié)構(gòu)，使信號實現(xiàn)全波整流，提高了 能量的利用率，相對傳統(tǒng)的MOS整流電路，本發(fā)明采用了在柵極增加偏置電壓的方法，使 整流管處于亞閾值狀態(tài)，本發(fā)明還采用了柵極穩(wěn)定電容(CP1，CP2，CNl, CN2)減小整流管 柵-源寄生電容的影響，使柵極電壓穩(wěn)定，減小了源極信號波動對柵極偏置電壓的負面影 響。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此， 本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種用于射頻電子標簽的整流電路，至少包含N級采用差分結(jié)構(gòu)的整流單元，每級 整流單元均具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第二輸出端，當前級整流單元的第 一輸出端與下一級整流單元的第一輸入端相連，當前級整流單元的第二輸出端與下一級整 流單元的第二輸入端相連，第一級整流單元的第一輸入端與第二輸入端連接至該電子標簽 天線的第二端，最后一級整流單元連接至輸出電源的正負端，其中，每級整流單元均包括第一差分整流單元與第二差分整流單元，該第一差分整流單元至 少包括第一正向整流管、第二正向整流管、第一耦合電容以及第一負載電容，該第一正向整 流管源極接至該當前級整流單元的第一輸入端，漏極與該第一耦合電容及該第二正向整流 管漏極共連，該第二正向整流管源極連接至該當前級整流單元的第一輸出端，該第二差分 整流單元至少包括第一負向整流管、第二負向整流管、第二耦合電容以及第二負載電容，該 第一負向整流管源極接至該當前級整流單元的第二輸入端，漏極與該第二耦合電容及該第 二負向整流管漏極共連，該第二負向整流管源極連接至當前級整流單元的第二輸出端，該 第一耦合電容、該第二耦合電容與該電子標簽天線的第一端相連，該第一負載電容、該第二 負載電容與該電子標簽天線的第二端相連。
2.如權(quán)利要求1所述的用于射頻電子標簽的整流電路，其特征在于每級整流單元還 包含四個偏置電壓產(chǎn)生管，該四個偏置電壓產(chǎn)生管分別為該第一正向整流管、該第二正向 整流管、該第一負向整流管以及該第二負向整流管提供偏置電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的用于射頻電子標簽的整流電路，其特征在于該四個偏置電壓 產(chǎn)生管均采用漏柵短接形成有源電阻的接法，且該第一正向整流管的偏置電壓產(chǎn)生管源極 接至該當前級整流單元的第一輸入端，柵極接至該第一正向整流管的柵極，漏極外接一電 流源；該第二正向整流管的偏置電壓產(chǎn)生管源極接至該當前級整流單元的第一輸出端，柵 極接至該第二正向整流管的柵極，漏極外接一電流阱；該第一負向整流管的偏置電壓產(chǎn)生 管源極接至該當前級整流單元的第二輸入端，柵極接至該第一負向整流管，漏極外接該電 流阱；該第二負向整流管的偏置電壓產(chǎn)生管源極接至該當前級整流單元的第二輸出端，柵 極接至該第二負向整流管，漏極外接該電流源。
4.如權(quán)利要求3所述的用于射頻電子標簽的整流電路，其特征在于該整流電路還包 括一偏置電流產(chǎn)生模塊，該偏置電流產(chǎn)生模塊連接至該四個偏置電壓產(chǎn)生單元的漏極，以 提供該電流源或電流阱。
5.如權(quán)利要求4所述的用于射頻電子標簽的整流電路，其特征在于每級整流單元還 包括第一電容、第二電容、第三電容以及第四電容，以穩(wěn)定各整流管柵極電壓的電容，其中 該第一電容一端連接至該第一正向整流管柵極，另一端連接至該當前級整流單元的第一輸 入端；該第二電容一端連接至該第二正向整流管柵極，另一端連接至該當前級整流單元的 第一輸出端；該第三電容一端連接至該第一負向整流管柵極，另一端連接至該當前級整流 單元的第二輸入端；該第四電容一端連接至該第二負向整流管柵極，另一端連接至該當前 級整流單元的第二輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的用于射頻電子標簽的整流電路，其特征在于該第一正向整流 管、該第二正向整流管、該第一負向整流管以及該第二負向整流管可以為N型、P型MOS耗 盡或增強型晶體管。
7.如權(quán)利要求6所述的用于射頻電子標簽的整流電路，其特征在于該四個偏置電壓產(chǎn)生管為N型、P型MOS耗盡或增強型晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于射頻電子標簽的整流電路，至少包含N級整流單元，每級整流單元均采用差分結(jié)構(gòu)，使信號實現(xiàn)全波整流，提高了信號的利用率，并且，本發(fā)明通過設(shè)置偏置電壓產(chǎn)生管為各整流管柵極提供偏置電壓，使各整流管處于亞閾值狀態(tài)，同時，本發(fā)明還采用柵極穩(wěn)定電容減少各整流管柵-源寄生電容的影響，使柵極電壓穩(wěn)定，減小了源極信號波動對柵極偏置電壓的影響。
文檔編號H02M7/25GK102063638SQ201110039838
公開日2011年5月18日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者劉理 申請人:上海中科高等研究院, 上海龍晶微電子有限公司