本發(fā)明屬于物聯網RFID標簽領域，特別是指RFID標簽射頻前端電路中一種適合超低功耗設計的新型解調電路。

背景技術：

最近十幾年，隨著移動互聯網的發(fā)展，物聯網行業(yè)也得到巨大的發(fā)展。智能的移動終端能夠保持信息的隨時交換，實時性高，對物聯網的需求越來越大；同時隨著集成電路的發(fā)展，面對普通消費群體的低廉的芯片變得越來越多，各種芯片、標簽、傳感器的應用大大方便了我們的生活。作為物聯網中最重要的硬件終端——RFID標簽，由于需求量非常大、應用廣泛、工作環(huán)境復雜多變，所以對成本和性能的要求都非常苛刻，這樣就給IC設計者提出了更高的要求：提供高性價比的產品。

在RFID標簽芯片的設計中，主要分為模擬和數字兩部分，數字電路主要完成邏輯操作，實現芯片安全和功能等方面的工作；模擬電路由于其RFID標簽(大多無源標簽)對功耗、面積及性能的要求比較苛刻，工作環(huán)境比較復雜，所以給模擬IC設計人員提出了不小的挑戰(zhàn)。作為標簽與讀卡機通訊的最關鍵的模塊，低功耗的解調電路的設計在整個模擬電路設計中至關重要。

較為通用的解調電路結構如圖1和圖2所示。圖1給出了單端天線的結構，當射頻天線端接收到包絡信號時候，高電平時二極管D1正向導通，低電平時二極管截止，電容C1和R1并聯在Vplus端和GND之間，起到濾波穩(wěn)壓的作用；電阻R2保持Vplus和Vminus兩個比較器輸入端有個電壓差ΔV保證比較器兩端在沒有數據通訊時輸出高電平。電阻R3和C2構成一個低通濾波電路，保持Vminus端的電壓穩(wěn)定在一個基準電平。數據通訊時，Vplus端根據包絡信號，電平高低變化，比較器將其與基準電平Vminus比較輸出數字信號。這種解調結構簡單，清晰，采用無源器件實現解調電路的包絡檢波和高低通濾波部分，器件只與工藝相關，便于控制實現。但由于系統(tǒng)對功耗面積要求比較苛刻，無源的電阻電容需要占很大的面積，才可以保證模塊功耗很低。圖2給出了雙端天線的解調電路結構，采用柵交叉的高效包絡檢波結構能夠最大限度的提高檢波效率，有源濾波的結構雖然減小了電路的電阻面積，但濾波電路由于受到電流源和電容的限制，功耗依然需要比較大，而且后級的遲滯比較電路在保證性能的基礎上也需要提供足夠的參考電流源，在功耗和面積需要比較苛刻時，不能滿足要求。針對超高頻RFID標簽芯片的設計特點，功耗和面積作為設計的關鍵指標，促使我們需要采用創(chuàng)新的解調電路結構，針對超低功耗設計，改進通用電路的缺點，以得到滿足需求的一個超 低功耗、小面積、高性能的解調電路。

技術實現要素：

針對傳統(tǒng)的解調電路的問題，本發(fā)明設計出一種創(chuàng)新的電路結構，圖3給出了詳細的電路原理圖。電路主要包含101～105五個模塊，根據各自工作特點保證電路工作的可靠性。101為包絡檢波電路，103為高低通濾波比較電路，105為電平轉換電路，三部分協調配合完成解調電路從包絡信號到數字信號的輸出過程。其中102的二極管結構與104的電流源實現及M3和M8構成的使能控制管，配合103模塊的高低通濾波比較部分?？刂乒模岣咝阅?。

101模塊部分為包絡檢波電路，包絡檢波電路主要實現射頻輸出的包絡變化到直流電平變化的轉換。射頻天線的兩個輸入端RF+、RF-和系統(tǒng)整流輸出端或系統(tǒng)電源(V_demo)作為包絡檢波的輸入信號，經過包絡檢波模塊后得到一個包絡檢波輸出信號，即模塊101中的輸出N0節(jié)點。包絡檢波的實現方法可以采用圖2中給出的柵交叉的高效電路結構，也可以采用傳統(tǒng)的二極管等類似的實現結構，本設計重點針對采用系統(tǒng)整流輸出端或者系統(tǒng)電源作為包絡檢波模塊的輸入端給出創(chuàng)新設計。通過這種選擇以大大提高包絡檢波的檢波輸出電平。為后續(xù)的高低通濾波及電平比較電路的創(chuàng)新設計提供基礎。

103模塊為高低通濾波比較電路，在節(jié)點N0和N1分別實現包絡信號的高低頻信號濾波功能。102模塊的MOS管P0采用創(chuàng)新的二極管接法源端連接N0節(jié)點，漏端和柵端連接N1節(jié)點，實現N0和N1兩個節(jié)點的單向導通，完成了N0和N1節(jié)點的濾波隔離。電容C0和C1作為濾波電容，與電流源M1、M2和M3管分別并聯在N0和N1節(jié)點。完成包絡檢波后的濾波功能。MOS管P1源端連接N0節(jié)點，漏端和柵端連接N2節(jié)點與電流源M1配合完成N0到N2節(jié)點的電壓跟隨功能。

103模塊中的MOS管P2的源端連接低頻濾波節(jié)點N1，柵極連接N0節(jié)點電壓跟隨后的節(jié)點N2，漏端連接M3的漏端。通過電流源與P2的串聯形成N1和N2兩個節(jié)點的電壓比較。包絡信號經高低通濾波分別得到節(jié)點N1和N2兩個不同的節(jié)點電壓，經過P2管子的作用得到比較結果，在N3節(jié)點輸出的電平信號即將射頻輸入端的包絡信號變成數字電路能夠識別的邏輯信號，經后續(xù)的反相器驅動輸出后，提供給數字電路進行解碼識別。

使能控制管由M4和M8兩個MOS管和一個反相器單元構成。其中M4的柵極連接使能控制端，漏端與節(jié)點N3相連，使能關閉時，將N3節(jié)點電壓拉到地端，保證解調輸出信號穩(wěn)定。M8管的漏端與P1管的柵端和漏端及P2管的柵極相連，源端與電流源M1管的漏端連接。通過M4和M8管的控制可以實現功耗的優(yōu)化，保證使能開關過程中輸出端信號的穩(wěn)定。

104模塊作為電流源為整個高低通及電平比較部分提供參考電流源。105模塊由P3～P5和M5～M7形成三級反向器級聯結構。完成包絡信號解調后到數字信號的電平轉換功能。保證 數字和模擬接口的可靠通訊。圖4給出了包絡信號(VRF)、高頻包絡檢波輸入信號(N0)、低頻基準輸入信號(N1)和解調輸出數字信號(DEMO_DATA)的波形示意圖。

附圖說明

圖1通用的解調電路的系統(tǒng)結構圖

圖2超高頻解調電路結構框圖

圖3為本發(fā)明所述的超低功耗的新型解調電路結構示意圖

圖4解調電路包絡及檢波輸出信號波形圖

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種適合超低功耗設計的新型解調電路，如圖3所示，該解調電路包括：包絡檢波模塊101、高低通濾波比較電路103以及電平轉換電路105；

包絡檢波模塊101，包絡檢波電路主要實現射頻輸出的包絡變化到直流電平變化的轉換。射頻天線的兩個輸入端RF+、RF-和系統(tǒng)整流輸出端或系統(tǒng)電源(V_demo)作為包絡檢波的輸入信號，經過包絡檢波模塊后得到一個包絡檢波輸出信號，即模塊101中的輸出N0節(jié)點。包絡檢波模塊可以采用圖2中給出的柵交叉的高效電路結構，也可以采用傳統(tǒng)的二極管等類似的實現結構；

高低通濾波比較電路103，用于對包絡檢波模塊101的輸出信號進行濾波，分別得到N1和N2兩個節(jié)點的電壓，通過電流源與P2的串聯結構來比較N1和N2兩個節(jié)點電壓，在N3節(jié)點輸出高低電平信號，實現高低通的濾波比較功能；

電平轉換電路105，用于將模擬包絡信號轉換為數字信號電平并輸出。

其中，高低通濾波比較電路103進一步包括：通過PMOS管P0、P1、P2和電容C0、C1及電流源104(MOS管M0、M1、M2和M3)的合理使用實現濾波及電平比較的功能

C0和C1作為N0和N1節(jié)點的濾波電容與M1、M2和M3形成的電流源分別并聯在N0、N1和GND之間，P0管采用柵漏端短接的二極管接法，將N0和N1兩個節(jié)點隔離開來，利用二極管的單向導通性完成N0和N1兩個信號的隔離，有利于高低通信號的濾波；PMOS管P1源端連接N0節(jié)點，漏端和柵端連接N2節(jié)點與電流源M1配合完成N0到N2節(jié)點的電壓跟隨功能。N0和N2兩個節(jié)點通過電流源和MOS管P1實現了共模電平的平移。103模塊中的PMOS管P2的源端連接低頻濾波節(jié)點N1，柵極連接N0節(jié)點電壓跟隨后的節(jié)點N2，漏端連接M3的漏端。通過電流源與P2的串聯形成N1和N2兩個節(jié)點的電壓比較。包絡信號經高低通濾波和該部分的電平比較后，N3節(jié)點產生包絡解調后的電平信號。M4和M8兩個MOS管和一個反相器單元 構成使能控制單元。其中M4的柵極連接使能控制端，漏端與節(jié)點N3相連，使能關閉時，將N3節(jié)點電壓拉到地端，保證解調輸出信號穩(wěn)定。M8管的漏端與P1管的柵端和漏端及P2管的柵極相連，源端與電流源M1管的漏端連接。通過M4和M8管的控制可以實現完成解調不工作時的功耗的優(yōu)化，保證使能切換過程中輸出信號的穩(wěn)定。

104模塊作為電流源為整個高低通濾波比較電路提供參考電流源。105模塊由P3～P5和M5～M7形成三級反向器級聯結構，實現模擬包絡信號到數字信號的電平轉換功能。

以上詳細描述了本發(fā)明的基本原理、電路特征及實現的詳細思路。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，結構。在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所述的權利要求書及其等效物界定。