專利名稱：一種用于無(wú)源傳感電子標(biāo)簽閱讀器的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于無(wú)源傳感電子標(biāo)簽閱讀器的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無(wú)源傳感電子標(biāo)簽屬于物聯(lián)網(wǎng)感知層關(guān)鍵技術(shù)之一。傳感電子標(biāo)簽除了具有電子身份(ID)號(hào)外，還具有感知溫度、濕度、壓力、加速度、角度、化學(xué)、氣體等外界環(huán)境物理信息。感知系統(tǒng)一般包括無(wú)源傳感電子標(biāo)簽和閱讀器。低頻和高頻段標(biāo)簽和閱讀器之間一般通過電感耦合進(jìn)行能量和信息的傳遞。閱讀器的天線線圈和電容組成串聯(lián)諧振回路而傳感電子標(biāo)簽的天線線圈和電容組成并聯(lián)諧振回路。它們的諧振頻率是一致的。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的工作區(qū)域時(shí)，標(biāo)簽天線線圈接收到閱讀器發(fā)出的電磁波，線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)過整流電路后產(chǎn)生電源電壓。此電源電壓激活傳感標(biāo)簽并給標(biāo)簽供電。傳感電子標(biāo)簽通過負(fù)載調(diào)制的方式把本身的電子身份信息以及外界物理環(huán)境信息傳送給閱讀器。閱讀器的天線線圈的電壓幅度會(huì)隨著傳感標(biāo)簽負(fù)載調(diào)制信號(hào)的變化而變化。閱讀器通過二極管包絡(luò)檢波、低通濾波、放大、波形整形得到傳感標(biāo)簽發(fā)送的電子身份信息以及環(huán)境物理信息。該系統(tǒng)的具體工作原理可查看專利號(hào)201010536704. 2。如果電子標(biāo)簽和閱讀器的天線線圈特性 (比如線圈圈數(shù)和面積)在已定的情況下，它們之間的工作距離主要取決于閱讀器的發(fā)射功率以及傳感電子標(biāo)簽的功耗。閱讀器的天線線圈和電容組成的串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因素(Q 值)很高，如果閱讀器的載波頻率和天線線圈諧振頻率不一致，這將大大降低閱讀器的發(fā)射功率以至大大降低閱讀器和傳感電子標(biāo)簽間的工作距離。采用固定載波頻率的閱讀器就有可能發(fā)生這種情況。導(dǎo)致天線線圈諧振頻率變化的主要因素有天線線圈和電容的制造工藝引起的容值偏差、器件老化引起的容值變化、環(huán)境因素引起的容值變化等。采用本發(fā)明可以使閱讀器的載波頻率自動(dòng)跟蹤天線線圈的諧振頻率，從而可以大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率、 良品率和可靠性。該發(fā)明可以采用低成本的CMOS技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于無(wú)源傳感電子標(biāo)簽閱讀器的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率、良品率和可靠性。本發(fā)明提供的用于無(wú)源傳感電子標(biāo)簽閱讀器的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，包括鎖相環(huán)電路(PLL)、驅(qū)動(dòng)電路(Driver)、功放電路(PA)、天線串聯(lián)諧振回路(由天線線圈L和諧振電容C組成)、降壓電阻(R)、正弦波方波轉(zhuǎn)換電路(S2Q)和延時(shí)電路(Delay)；其中，所述鎖相環(huán)電路包括鑒頻鑒相器(PFD)、電荷泵(CP)、環(huán)路濾波器(LF)、電壓電流轉(zhuǎn)換器(V2I)、流控振蕩器(CC0)。驅(qū)動(dòng)電路2、功放電路3、正弦波方波轉(zhuǎn)換電路4、延時(shí)電路5中的電路由一級(jí)或多級(jí)具有不同驅(qū)動(dòng)能力的反相器組成。天線線圈L一端與功放電路的輸出連接，連接點(diǎn)為nl，天線線圈L另一端和諧振電容C 一端連接，連接點(diǎn)為π2。諧振電容C另一端接GND。 降壓電阻R —端連接π2，另一端和正弦波方波轉(zhuǎn)換電路4的輸入端連接，連接點(diǎn)為π3。
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當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)開始工作；設(shè)流控振蕩器初始的振蕩頻率為fl ；其具有I和Q兩路正交電壓輸出；其中I路信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路和功放電路至天線線圈L和諧振電容C組成的天線串聯(lián)諧振回路，天線串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振頻率為f0=l/ (2* π * )；式中，L為天線線圈L的電感值，C為諧振電容C的電容值；諧振電容C上的電壓信號(hào)經(jīng)過降壓電阻R后送入正弦波方波轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行波形整形；整形后的方波信號(hào) CLKI輸入到鑒頻鑒相器的時(shí)鐘輸入端Clk ；Q路信號(hào)經(jīng)過延時(shí)電路后，其信號(hào)CLKQ輸入到鑒頻鑒相器的數(shù)據(jù)輸入端Data ；如果流控振蕩器的振蕩頻率和天線串聯(lián)諧振回路頻率不一致，即信號(hào)CLKI和信號(hào)CLKQ具有不同的相位，此時(shí)，鎖相環(huán)電路將調(diào)整流控振蕩器的振蕩頻率，直至和天線串聯(lián)諧振回路頻率一致，也就是調(diào)整到信號(hào)CLKI和信號(hào)CLKQ的相位相同，系統(tǒng)完成自適應(yīng)跟蹤，進(jìn)入鎖定狀態(tài)。本發(fā)明的鎖相環(huán)路中的鑒頻鑒相器(PFD)采用了兩個(gè)D觸發(fā)器以及四個(gè)門電路； 為了防止系統(tǒng)上電復(fù)位或時(shí)鐘輸入端的干擾、毛刺等因素使得整個(gè)鎖相環(huán)一直處于失鎖狀態(tài)，本鑒頻鑒相器的鎖相誤差范圍被限制在士 η/2內(nèi)，這通過CLK和Data兩個(gè)輸入信號(hào)相與后復(fù)位兩個(gè)D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)；鑒頻鑒相器的輸入信號(hào)為Clk和Date，輸出信號(hào)為Up 和Dn ；當(dāng)Data信號(hào)相位超前Clk信號(hào)時(shí)，Up=LDn=O ；當(dāng)Data信號(hào)相位滯后Clk信號(hào)時(shí)， Up=O, Dn=I ；當(dāng)Data信號(hào)和Clk信號(hào)相位一致時(shí)，Up=O，Dn=0，鎖相環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)；在復(fù)位反饋回路中的延遲單元由四個(gè)門電路組成，主要目的是為了將輸出最小脈沖寬度限定在可能造成死區(qū)的時(shí)間之上。本發(fā)明的鎖相環(huán)路中的電荷泵(CP)采用了差分電荷泵的方法；該電荷泵輸入信號(hào)為鑒頻鑒相器的兩路輸出信號(hào)Up和Dn，然后經(jīng)過單端轉(zhuǎn)差分形成Up、Upn和DruDrm兩路差分信號(hào)來控制電荷泵開關(guān)；該差分電荷泵存在兩條支路，在同一時(shí)刻，兩條支路中總有一條是導(dǎo)通的，節(jié)點(diǎn)n7和π8通過一個(gè)單位增益放大器連接起來，使得兩支路的共模電平保持相同；因此，在鎖定時(shí)，電荷泵中各節(jié)點(diǎn)的電壓保持恒定，而不會(huì)發(fā)生周期性充放電的情況， 也就不會(huì)產(chǎn)生電荷共享問題。本發(fā)明的鎖相環(huán)路中的環(huán)路濾波(LF)采用了三階無(wú)源環(huán)路濾波器；考慮到環(huán)路濾波器的電阻、電容容值比較大，如果采用內(nèi)置的方式，也就是在芯片內(nèi)制作電阻和電容， 這樣會(huì)占用較大的芯片面積，增加芯片的成本，所以可以采用外置的方式，也就是采用芯片管腳外連接表面貼裝的電阻、電容；環(huán)路濾波器的輸出電壓可能需要經(jīng)過限幅來控制流控振蕩器的振蕩頻率范圍；如果流控振蕩器的振蕩頻率偏離天線串聯(lián)諧振頻率過大，會(huì)使得采樣的反饋信號(hào)過小而使得整個(gè)鎖相環(huán)路處于失鎖狀態(tài)。本發(fā)明的鎖相環(huán)路中的電壓電流轉(zhuǎn)換電路包含電壓跟隨和電流鏡兩部分；電流鏡輸出的電流Iout=Vc/R2 ；Vc為無(wú)源環(huán)路濾波器輸出的電壓，R2為一固定電阻；電流輸出和電壓輸入成線性關(guān)系。本發(fā)明的鎖相環(huán)路中的流控振蕩器(CCO)主要由流控四級(jí)差動(dòng)環(huán)形振蕩器、振幅控制電路和差分轉(zhuǎn)單端輸出電路等三部分組成；差動(dòng)環(huán)形振蕩器產(chǎn)生周期振蕩信號(hào)，振蕩信號(hào)的幅度由振幅控制電路調(diào)節(jié)，以防止幅度噪聲轉(zhuǎn)變成相位噪聲；差分的周期振蕩信號(hào)最后經(jīng)差分轉(zhuǎn)單端電路驅(qū)動(dòng)輸出；環(huán)形振蕩器的周期振蕩信號(hào)通過一系列延時(shí)單元構(gòu)成環(huán)路來產(chǎn)生，可以調(diào)節(jié)延時(shí)單元的級(jí)數(shù)來調(diào)節(jié)振蕩頻率；通過改變環(huán)形振蕩器中延時(shí)單元負(fù)載電容的充電電流來調(diào)節(jié)振蕩頻率；雖然流控振蕩器的電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但因其具有
5較高的增益線性度及較強(qiáng)的抗干擾能力，而得到廣泛應(yīng)用；四級(jí)差動(dòng)環(huán)形振蕩器是CCO的核心電路，它的每一級(jí)延時(shí)單元由PMOS源極耦合對(duì)(source-coupled pair),壓控電阻 (voltage-controlled resistor or VCR)負(fù)載以及調(diào)節(jié)振蕩頻率的負(fù)載電容組成；每個(gè)延時(shí)單元的延時(shí)大小Td與尾電流大小Itai 1、負(fù)載電容Cload和信號(hào)振幅Vsig的關(guān)系如下 Td - Cload* Vsig/ Itail ；振幅控制電路的作用是保持輸出振蕩信號(hào)的幅度為常數(shù)；振幅控制電路使用一個(gè)運(yùn)放和延時(shí)單元的復(fù)制電路來控制輸出信號(hào)的幅度，運(yùn)放控制壓控電阻的阻值，保證外控電流與電阻的乘積等于參考電壓Vref。流控振蕩器的振蕩頻率范圍為天線諧振中心頻率的士20% ；天線諧振頻率可以是 125KHz低頻或13. 56MHz高頻。本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)電路、功放電路、延時(shí)電路都采用了反相器的結(jié)構(gòu)；它們的差別在于它們具有不同的MOS管的寬長(zhǎng)比來滿足不同電路的性能。本發(fā)明的正弦波方波轉(zhuǎn)換電路為一自偏置推挽式反相器放大器。本發(fā)明的天線可以為線繞線圈(用于125KHZ載波頻率)或者PCB線圈(用于 13. 56MHz載波頻率)。本發(fā)明能夠有效解決由于環(huán)境因素、制造工藝因素以及工作方式等引起的天線諧振頻率變化導(dǎo)致閱讀器發(fā)射功率降低從而降低系統(tǒng)工作距離等問題。該自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)大大提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率、良品率和可靠性。


圖1為本發(fā)明的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)電路圖。
圖2為本發(fā)明的鑒頻鑒相器電路圖。
圖3為本發(fā)明的電荷泵和環(huán)路濾波電路圖。
圖4為本發(fā)明的電壓電流轉(zhuǎn)換電路圖。
圖5為本發(fā)明的流控振蕩器、延時(shí)單元、幅度控制電路圖。
具體實(shí)施例方式
用于無(wú)源傳感電子標(biāo)簽閱讀器的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)如圖1。自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)由鎖相環(huán)電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、功放電路3、正弦波方波轉(zhuǎn)換電路4、延時(shí)電路5、天線線圈 L、諧振電容C、降壓電阻R組成。其中鎖相環(huán)電路包括鑒頻鑒相器(PFD)ll、電荷泵(CP)12、 電壓電流轉(zhuǎn)換器(V2I) 13、流控振蕩器(CCO) 14、環(huán)路濾波器(LF) 15。
鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器(PFD) 11如圖2。該電路包括兩個(gè)帶復(fù)位功能的D觸發(fā)器 Ul和U2、一個(gè)2輸入或門U3、一個(gè)2輸入與門U4、兩個(gè)2輸入與非門U5和U6。Ul的D端輸入端接高電平，Clk端連接輸入信號(hào)Data，Reset端連接U3的輸出Rst，Q端輸出信號(hào)Up。 U2的D端輸入端接高電平，Clk端連接輸入信號(hào)Clk，Reset端連接U3的輸出Rst，Q端輸出信號(hào)Dn。U3的輸入端分別接U5的輸出端n4和U4的輸出端n6。U4的輸入端分別連接 Data和Clk，輸出端π6連接U3的一個(gè)輸入端。U5的一個(gè)輸入端連接低有效復(fù)位信號(hào)Rstn， 另外一個(gè)輸入端連接U6的輸出端π5。U6的一個(gè)輸入端連接Up，另外一個(gè)輸入端連接Dn。 U4的作用是使該鑒頻鑒相器的鎖相范圍限定在士 π/2內(nèi)，保證鎖相環(huán)在上電復(fù)位、時(shí)鐘輸入有毛刺等情況下都能夠進(jìn)入鎖定狀態(tài)。
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鎖相環(huán)電路中的電荷泵(CP) 12如圖3。充電電流由Vbiasl和PMOS管MPl決定， 放電電流由Vbias2和NMOS管MNl決定。PMOS管MP2、MP3，NMOS管MN2、MN3為充放電開關(guān)。 當(dāng)Up=I, Dn=O時(shí)，PMOS管MP2截止，PMOS管MP3導(dǎo)通，NMOS管MN3截止，NMOS管MN2導(dǎo)通， 電流對(duì)環(huán)路濾波器進(jìn)行充電，環(huán)路濾波節(jié)點(diǎn)n7電壓上升。當(dāng)Up=0，Dn=I時(shí)，PMOS管MP2導(dǎo)通，PMOS管MP3截止，NMOS管MN3導(dǎo)通，NMOS管MN2截止，電流對(duì)環(huán)路濾波進(jìn)行放電，環(huán)路濾波節(jié)點(diǎn)n7電壓下降。當(dāng)Up=O, Dn=O時(shí)，PMOS管MP2導(dǎo)通，PMOS管MP3截止，匪OS管麗3 截止，NMOS管麗2導(dǎo)通，環(huán)路濾波節(jié)點(diǎn)n7電壓處于保持狀態(tài)。圖3中，PMOS管MPl的S端接VDD，G端接Vbiasl，PMOS管MPl的D端與PMOS管MP2的S端連接，連接點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)n9， PMOS管MP2的G端接Up，D端接節(jié)點(diǎn)n8。PMOS管MP3的S端接節(jié)點(diǎn)n9，G端接Upn，D端接節(jié)點(diǎn)n7。匪OS管麗1的S端接GND，G端接Vbias2, D端接節(jié)點(diǎn)nlO。匪OS管麗2的S 端接節(jié)點(diǎn)nlO，G端接Drm，D端接節(jié)點(diǎn)n8。即節(jié)點(diǎn)n8是PMOS管ΜΡ2的D端與NMOS管麗2 的D端的連接點(diǎn)，NMOS管麗3的S端接節(jié)點(diǎn)nlO，G端接Dn，D端接節(jié)點(diǎn)n7。單位增益放大器U7的輸入端接節(jié)點(diǎn)η7，輸出端接節(jié)點(diǎn)π8。節(jié)點(diǎn)nlO為NMOS管麗1的D端與NMOS管 MN2的S端、NMOS管MN3的S端的連接點(diǎn)。鎖相環(huán)電路中的環(huán)路濾波器(LF)15如圖3。此濾波器為三階無(wú)源環(huán)路濾波器。電阻Rl —端連接環(huán)路濾波器輸出節(jié)點(diǎn)π7，另一端和電容Cl的一端連接于節(jié)點(diǎn)nil，電容Cl 的另一端接GND，電容C2的兩端分別連接節(jié)點(diǎn)π7和GND。
鎖相環(huán)電路中的電壓電流轉(zhuǎn)換器(V2I)13如圖4。U8為一運(yùn)放。Vc為鎖相環(huán)環(huán)路濾波器的輸出電壓。Vf為反饋電壓信號(hào)。Vbias3為運(yùn)放U8的輸出，Vbias4為一偏置電壓。當(dāng)電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，Vc=Vf。所以流過PMOS管MP4和MP6的電流為I=Vc/R2。PMOS管MP5和 MP7為PMOS管MP4和MP6的鏡像電流源，所以Iout=I=Vc/R2。圖4中運(yùn)放U8的負(fù)極輸入為 Vc,正極輸入為Vf，輸出端Vbias3連接至PMOS管MP4和MP5的柵極。PMOS管MP4的S端接VDD，G端接Vbias3, D端接節(jié)點(diǎn)nl2。PMOS管MP6的S端接節(jié)點(diǎn)nl2，G端接Vbias4, D端接Vf。電阻R2的一端連接Vf, —端連接GND。PMOS管MP5的S端接VDD，G端接Vbias3，D 端接節(jié)點(diǎn)nl3。PMOS管MP7的S端接節(jié)點(diǎn)nl3，G端接Vbias4, D端接lout。即節(jié)點(diǎn)nl2是 PMOS管MP4的D端與PMOS管MP6的S端連接點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)nl3是PMOS管MP5的D端與PMOS管 MP7的S端連接點(diǎn)。鎖相環(huán)路中的流控振蕩器(CC0)14如圖5所示，包括流控四級(jí)差動(dòng)環(huán)形振蕩器、振幅控制電路和差分轉(zhuǎn)單端輸出電路等三部分。流控四級(jí)差分環(huán)形振蕩器由四級(jí)具有相同電路結(jié)構(gòu)的延時(shí)單元DL1、DL2、DL3、DL4組成。Al、A2為差分轉(zhuǎn)單端電路。Bi、B2為緩沖器。 DLl的正輸入端INlO連接DL4的負(fù)輸出端以及Al的負(fù)輸入端，DLl的負(fù)輸入端IN20連接 DL4的正輸出端以及Al的正輸入端。DL2的正輸入端INll連接DLl的正輸出端，DL2的負(fù)輸入端IN21連接DLl的負(fù)輸出端。DL3的正輸入端IN12連接DL2的正輸出端以及A2的正輸入端，DL3的負(fù)輸入端IN22連接DL2的負(fù)輸出端以及A2的負(fù)輸入端。DL4的正輸入端 IN13連接DL3的正輸出端，DL4的負(fù)輸入端IN23連接DL3的負(fù)輸出端。Al的輸出端Qp連接Bl的輸入端。A2的輸出端Ip連接B2的輸入端。Bl的輸出端連接輸出腳Q，B2的輸出端連接輸出腳I。延時(shí)單元141中PMOS管MP9為電流控制PMOS管。PMOS管MPll和MP12為PMOS 輸入源極耦合對(duì)。VRl和VR2為電壓控制可變電阻。C3和C4為延時(shí)單元的負(fù)載電容。PMOS
7管MP9的S端接VDD，G端接電流控制信號(hào)Icon，D端接節(jié)點(diǎn)nl6。PMOS管MPll的S端接節(jié)點(diǎn)nl6，G端接輸入信號(hào)mi⑴，D端接輸出信號(hào)0UT2㈠。PMOS管MP12的S端接節(jié)點(diǎn) 1116，6端接輸入信號(hào)訊2(-)，D端接輸出信號(hào)0UT1(+)。VRl的一端接輸出信號(hào)0UT2 (-)， 一端接GND，電壓控制端連接幅度控制電路142的U13運(yùn)放Al的輸出Vcl。VR2的一端接輸出信號(hào)OUTl ( + )，一端接GND，電壓控制端連接幅度控制電路142的U13運(yùn)放Al的輸出 Vcl0 C3的一端接輸出信號(hào)0UT2(-)，一端接GND。C4的一端接輸出信號(hào)OUTl ( + )，一端接 GND。幅度控制電路142在不同的電流Icon控制下，節(jié)點(diǎn)nl5點(diǎn)的電壓幅度和Vref相等。 圖中U13為一運(yùn)放Al，VRO為一電壓控制可變電阻，其電路結(jié)構(gòu)和VR1、VR2相同。PMOS管 MP8的S端接VDD，G端接電流控制信號(hào)Icon，D端接節(jié)點(diǎn)nl4。PMOS管MPlO的S端接節(jié)點(diǎn)nl4，G端接參考幅度電平Vref，D端接節(jié)點(diǎn)nl5。運(yùn)放U13的正輸入端接節(jié)點(diǎn)nl5，負(fù)輸入端接Vref，輸出端接電壓控制可變電阻的電壓控制端。VRO的一端接nl5，一端接GND，電壓控制端接運(yùn)放U13的輸出Vcl。其中，節(jié)點(diǎn)nl4是PMOS管MP8的D端與PMOS管MPlO的 S端的連接點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)nl5是PMOS管MPlO的D端與運(yùn)放U13的正輸入端的連接點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)nl6 是PMOS管MP9的D端與PMOS管MPl 1的S端的連接點(diǎn)。 圖1中的驅(qū)動(dòng)電路2、功放電路3、正弦波方波轉(zhuǎn)換電路4、延時(shí)電路5中的電路由一級(jí)或多級(jí)具有不同驅(qū)動(dòng)能力的反相器組成。天線線圈L一端與功放電路的輸出連接，連接點(diǎn)為nl，天線線圈L另一端和諧振電容C 一端連接，連接點(diǎn)為π2。諧振電容C另一端接 GND。降壓電阻R—端連接π2，另一端和正弦波方波轉(zhuǎn)換電路4的輸入端連接，連接點(diǎn)為n3。
權(quán)利要求
1.一種用于無(wú)源傳感電子標(biāo)簽閱讀器的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括鎖相環(huán)電路，驅(qū)動(dòng)電路，功放電路，由天線線圈L和諧振電容C組成的天線串聯(lián)諧振回路，降壓電阻R，正弦波方波轉(zhuǎn)換電路，和延時(shí)電路；其中，所述鎖相環(huán)電路包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、電壓電流轉(zhuǎn)換器、流控振蕩器；驅(qū)動(dòng)電路、功放電路、正弦波方波轉(zhuǎn)換電路、 延時(shí)電路分別由一級(jí)或多級(jí)具有不同驅(qū)動(dòng)能力的反相器組成；天線線圈L 一端與功放電路的輸出連接，連接點(diǎn)為nl，天線線圈L另一端和諧振電容C 一端連接，連接點(diǎn)為n2 ；諧振電容C另一端接GND ；降壓電阻R —端連接π2，另一端和正弦波方波轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接， 連接點(diǎn)為η3 ；當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)開始工作；設(shè)流控振蕩器初始的振蕩頻率為 Π ；其具有I和Q兩路正交電壓輸出，其中I路信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路和功放電路至天線線圈L 和諧振電容C組成的天線串聯(lián)諧振回路，天線串聯(lián)諧振回路串聯(lián)諧振頻率為 =1/(2*π* )；諧振電容C上的電壓信號(hào)經(jīng)過降壓電阻R后送入正弦波方波轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行波形整形；整形后的方波信號(hào)CLKI輸入到鑒頻鑒相器的時(shí)鐘輸入端Clk ；Q路信號(hào)經(jīng)過延時(shí)電路后，其信號(hào)CLKQ輸入到鑒頻鑒相器的數(shù)據(jù)輸入端Data ；如果流控振蕩器的振蕩頻率和天線串聯(lián)諧振回路頻率不一致，即信號(hào)CLKI和信號(hào)CLKQ具有不同的相位，此時(shí)，鎖相環(huán)電路調(diào)整流控振蕩器的振蕩頻率，直至和天線串聯(lián)諧振回路頻率一致，即調(diào)整到信號(hào)CLKI和信號(hào) CLKQ相位相同，系統(tǒng)完成自適應(yīng)跟蹤，進(jìn)入鎖定狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述的鑒頻鑒相器包括兩個(gè)帶復(fù)位功能的D觸發(fā)器Ul和U2、一個(gè)2輸入或門U3、一個(gè)2輸入與門U4、兩個(gè)2輸入與非門TO和TO ；其中，Ul的D端輸入端接高電平，Clk端連接輸入信號(hào)Data，Reset端連接U3 的輸出Rst，Q端輸出信號(hào)Up ；U2的D端輸入端接高電平，Clk端連接輸入信號(hào)Clk，Reset 端連接U3的輸出Rst，Q端輸出信號(hào)Dn ；U3的輸入端分別接TO的輸出端n4和U4的輸出端 η6 ；U4的輸入端分別連接Data和Clk，輸出端n6連接U3的一個(gè)輸入端 ’U5的一個(gè)輸入端連接低有效復(fù)位信號(hào)Rstn，另外一個(gè)輸入端連接TO的輸出端n5 ；U6的一個(gè)輸入端連接Up， 另外一個(gè)輸入端連接Dn ；U4用于使該鑒頻鑒相器的鎖相范圍限定在士 π/2內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述的流控振蕩器包括流控四級(jí)差動(dòng)環(huán)形振蕩器、振幅控制電路和差分轉(zhuǎn)單端輸出電路三部分；差動(dòng)環(huán)形振蕩器產(chǎn)生周期振蕩信號(hào)，振蕩信號(hào)的幅度由振幅控制電路調(diào)節(jié)，以防止幅度噪聲轉(zhuǎn)變成相位噪聲； 差分的周期振蕩信號(hào)最后經(jīng)差分轉(zhuǎn)單端電路驅(qū)動(dòng)輸出；環(huán)形振蕩器的周期振蕩信號(hào)通過一系列延時(shí)單元構(gòu)成環(huán)路來產(chǎn)生，調(diào)節(jié)延時(shí)單元的級(jí)數(shù)來調(diào)節(jié)振蕩頻率；通過改變環(huán)形振蕩器中延時(shí)單元負(fù)載電容的充電電流來調(diào)節(jié)其振蕩頻率的振蕩器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述的流控四級(jí)差動(dòng)環(huán)形振蕩器包括四級(jí)具有相同電路結(jié)構(gòu)的延時(shí)單元DL1、DL2、DL3、DL4，差分轉(zhuǎn)單端電路Α1、Α2， 緩沖器Β1、Β2 ；其中，DLl的正輸入端INlO連接DL4的負(fù)輸出端以及Al的負(fù)輸入端，DLl的負(fù)輸入端ΙΝ20連接DL4的正輸出端以及Al的正輸入端；DL2的正輸入端INll連接DLl的正輸出端，DL2的負(fù)輸入端ΙΝ21連接DLl的負(fù)輸出端；DL3的正輸入端ΙΝ12連接DL2的正輸出端以及Α2的正輸入端，DL3的負(fù)輸入端ΙΝ22連接DL2的負(fù)輸出端以及Α2的負(fù)輸入端； DL4的正輸入端ΙΝ13連接DL3的正輸出端，DL4的負(fù)輸入端ΙΝ23連接DL3的負(fù)輸出端；Al 的輸出端Qp連接Bl的輸入端，Α2的輸出端Ip連接Β2的輸入端；Bl的輸出端連接輸出腳Q，B2的輸出端連接輸出腳I。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)，其特征在于流控振蕩器的振蕩頻率范圍為天線諧振中心頻率的士20%。
全文摘要
本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于無(wú)源傳感電子標(biāo)簽閱讀器的自適應(yīng)頻率跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括鎖相環(huán)電路、驅(qū)動(dòng)電路、功放電路、天線線圈和諧振電容組成的串聯(lián)諧振回路、降壓電阻、正弦波方波轉(zhuǎn)換電路和延時(shí)電路。鎖相環(huán)電路包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、電壓電流轉(zhuǎn)換器和流控振蕩器。流控振蕩器有I和Q兩路正交輸出，I路電壓信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路和功放電路輸出至天線，Q路輸出電壓信號(hào)經(jīng)延時(shí)電路后的輸出信號(hào)CLKQ連接PFD的Data輸入端。本系統(tǒng)能夠使無(wú)源電子標(biāo)簽閱讀器的載波頻率自動(dòng)跟蹤天線的串聯(lián)諧振頻率。本發(fā)明有效解決了由于環(huán)境因素、制造工藝因素以及工作方式等引起的天線諧振頻率變化導(dǎo)致閱讀器發(fā)射功率降低從而降低系統(tǒng)工作距離等問題。
文檔編號(hào)G06K7/00GK102411699SQ20111035432
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者冉立新, 沈美根, 皇甫江濤, 蔡旭, 賀蘭茂, 鄭立榮 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)無(wú)錫研究院