本實(shí)用新型涉及信號(hào)解調(diào)領(lǐng)域，尤其是一種RFID微功耗高靈敏度解調(diào)器電路。

背景技術(shù)：

隨著無源射頻識(shí)別技術(shù)在交通、門禁安全、身份識(shí)別、貨物管理、自動(dòng)控制和防盜防偽等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)RFID標(biāo)簽的性能要求越來越高，主要體現(xiàn)在標(biāo)簽的通信距離、快速識(shí)別、多卡識(shí)別和成本等方面。而RFID標(biāo)簽中，解調(diào)器的功耗、靈敏度和環(huán)境適應(yīng)性是影響RFID標(biāo)簽通信距離及應(yīng)用領(lǐng)域的重要因素。目前，解調(diào)器的研究方向是提高解調(diào)靈敏度和環(huán)境適應(yīng)性，降低功耗和成本?，F(xiàn)有的RFID解調(diào)器電路通常采用二極管連接的MOS管電路結(jié)構(gòu)或肖特基電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波。但是，采用二極管連接的MOS管進(jìn)行包絡(luò)檢波時(shí)，只有在RF信號(hào)的幅值大于MOS管的閾值電壓時(shí)才能正常解調(diào)，接收靈敏度較低。而肖特基二極管結(jié)構(gòu)雖然具有較小的開啟電壓，但其開啟電壓隨溫度變化而變化較大，尤其在低溫時(shí)，其開啟電壓會(huì)急劇增大，影響了解調(diào)靈敏度，且肖特基二極管與普通RF CMOS工藝不兼容，增加了工藝的復(fù)雜度，影響了RFID的成本及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于：提供一種接收靈敏度高、解調(diào)靈敏度高、功耗低和工藝復(fù)雜度低的，RFID微功耗高靈敏度解調(diào)器電路。

本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：

一種RFID微功耗高靈敏度解調(diào)器電路，包括包絡(luò)檢波器、紋波噪聲濾波器、低通濾波器和遲滯比較器，所述包絡(luò)檢波器設(shè)有自舉電路，所述包絡(luò)檢波器的輸入端與射頻信號(hào)輸入端連接，所述包絡(luò)檢波器的輸出端分別與紋波噪聲濾波器的輸入端以及低通濾波器的輸入端連接，所述紋波噪聲濾波器的輸出端以及低通濾波器的輸出端均與遲滯比較器的輸入端連接。

進(jìn)一步，所述包絡(luò)檢波器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容和第六電容，所述第一電容的一端、第五電容的一端和第六電容的一端均與射頻信號(hào)輸入端連接，所述第一電容的另一端分別與第二MOS管的源極以及第三MOS管的漏極連接，所述第二MOS管的漏極分別與第三MOS管的柵極、第五MOS管的柵極以及第四電容的一端連接，所述第三MOS管的源極分別與第二MOS管的柵極、第四電容的另一端、第五MOS管的源 極、第二電容的一端、紋波噪聲濾波器的輸入端以及低通濾波器的輸入端連接，所述第二電容的另一端與接地端連接，所述第五MOS管的源極還與第四MOS管的襯底連接，所述第五MOS管的襯底分別與第四MOS管的源極以及接地端連接，所述第五MOS管的漏極分別與第四MOS管的漏極以及第五電容的另一端連接，所述第四MOS管的柵極分別與第三電容的一端、第一MOS管的源極、第六MOS管的柵極連接，所述第一MOS管的漏極和第六MOS管的源極均與第六電容的另一端連接，所述第六MOS管的漏極、第一MOS管的柵極和第三電容的另一端均與接地端連接，所述第一MOS管的襯底、第二MOS管的襯底、第三MOS管的襯底和第六MOS管的襯底均懸空。

進(jìn)一步，所述遲滯比較器包括兩級(jí)差分運(yùn)算放大器、第一級(jí)反相器和第二級(jí)反相器，所述兩級(jí)差分運(yùn)算放大器的輸入端分別與紋波噪聲濾波器的輸出端以及低通濾波器的輸出端連接，所述兩級(jí)差分運(yùn)算放大器的輸出端與第一級(jí)反相器的輸入端連接，所述第一級(jí)反相器的輸出端與第二級(jí)反相器的輸入端連接。

進(jìn)一步，所述第一MOS管、第三MOS管、第五MOS管和第六MOS管均采用PMOS管，所述第二MOS管和第四MOS管均采用NMOS管。

進(jìn)一步，所述兩級(jí)差分運(yùn)算放大器包括電流偏置晶體管、第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管、第一負(fù)載晶體管、第二負(fù)載晶體管、第三負(fù)載晶體管、第四負(fù)載晶體管、第五負(fù)載晶體管和第六負(fù)載晶體管，所述第一晶體管的柵極與低通濾波器的輸出端連接，所述第一晶體管的源極分別與第五負(fù)載晶體管的柵極、第三負(fù)載晶體管的漏極、第一負(fù)載晶體管的漏極、第一負(fù)載晶體管的柵極和第二負(fù)載晶體管的柵極連接，所述第二晶體管的柵極與紋波噪聲濾波器的輸出端連接，所述第二晶體管的源極分別與第六負(fù)載晶體管的柵極、第四負(fù)載晶體管的漏極、第二負(fù)載晶體管的漏極、第三負(fù)載晶體管的柵極和第四負(fù)載晶體管的柵極連接，所述第一晶體管的漏極、第二晶體管的漏極均與電流偏置晶體管的源極連接，所述第五負(fù)載晶體管的漏極分別與第三晶體管的柵極、第三晶體管的源極和第四晶體管的柵極連接，所述第三晶體管的漏極、電流偏置晶體管的漏極以及第四晶體管的漏極均與第一級(jí)反相器的輸入端連接，所述第六負(fù)載晶體管的漏極分別與第四晶體管的源極以及第一級(jí)反相器的輸入端連接，所述第一負(fù)載晶體管的源極、第二負(fù)載晶體管的源極、第三負(fù)載晶體管的源極、第四負(fù)載晶體管的源極、第五負(fù)載晶體管的源極和第六負(fù)載晶體管的源極均與第一級(jí)反相器的輸入端連接。

進(jìn)一步，所述第一級(jí)反相器包括第一管對(duì)，所述第二級(jí)反相器包括第二管對(duì)，所述第一管對(duì)和第二管對(duì)均由一對(duì)共源共柵的PMOS管和NMOS管組成。

進(jìn)一步，所述電流偏置晶體管、第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管均采用P溝道增強(qiáng)型MOS管，所述第一負(fù)載晶體管、第二負(fù)載晶體管、第三負(fù)載晶體管、第四負(fù)載晶體管、第五負(fù)載晶體管和第六負(fù)載晶體管均采用N溝道增強(qiáng)型MOS管。

進(jìn)一步，所述紋波噪聲濾波器由一階RC濾波器構(gòu)成。

進(jìn)一步，所述低通濾波器由閉環(huán)運(yùn)放構(gòu)成。

本實(shí)用新型的有益效果是：包括包絡(luò)檢波器、紋波噪聲濾波器、低通濾波器和遲滯比較器，通過包絡(luò)檢波器提取出射頻信號(hào)的包絡(luò)，然后經(jīng)過紋波噪聲濾波器濾波和低通濾波器取均值后送入遲滯比較器進(jìn)行比較和整形，最終以CMOS電平形式進(jìn)行輸出，實(shí)現(xiàn)了解調(diào)的功能，功耗低，且與普通RF CMOS工藝兼容，降低了工藝的復(fù)雜度和RFID的成本；在包絡(luò)檢波器中增設(shè)了自舉電路，使得包絡(luò)檢波器在射頻信號(hào)的小于開啟電壓閾值時(shí)仍能正確提取出包絡(luò)信號(hào)，克服了二極管連接的MOS管電路結(jié)構(gòu)或肖特基電路結(jié)構(gòu)這兩種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，接收靈敏度和解調(diào)靈敏度更高。進(jìn)一步，遲滯比較器包括兩級(jí)差分運(yùn)算放大器、第一級(jí)反相器和第二級(jí)反相器，通過兩級(jí)差分運(yùn)算放大器和兩級(jí)反相器的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升了解調(diào)電路的抗噪性能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一種RFID微功耗高靈敏度解調(diào)器電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型包絡(luò)檢波器的電路原理圖；

圖3為本實(shí)用新型遲滯比較器的電路原理圖；

圖4為本實(shí)用新型有源低通濾波器的電路原理圖。

附圖標(biāo)記：1.包絡(luò)檢波器；2.低通濾波器；3.紋波噪聲濾波器；4.遲滯比較器；RF_IN.射頻信號(hào)輸入端；DEM_OUT.遲滯比較器輸出端；M1～M6.第一～第六MOS管；C1～C6.第一～第六電容；GND.接地端；V_RF.射頻信號(hào)輸入端的電壓；VDC.包絡(luò)檢波器輸出端的電壓；MPO.電流偏置晶體管；MP1～MP6.第一～第六晶體管；MN1～MN6.第一～第六負(fù)載晶體管；INN.MP1的柵極輸入電流信號(hào)；INP.MP2的柵極輸入電流信號(hào)。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，一種RFID微功耗高靈敏度解調(diào)器電路，包括包絡(luò)檢波器、紋波噪聲濾波器、低通濾波器和遲滯比較器，所述包絡(luò)檢波器設(shè)有自舉電路，所述包絡(luò)檢波器的輸入端與射頻信號(hào)輸入端連接，所述包絡(luò)檢波器的輸出端分別與紋波噪聲濾波器的輸入端以及低通濾波器的輸入端連接，所述紋波噪聲濾波器的輸出端以及低通濾波器的輸出端均與遲滯比較器的輸入端連接。

其中，包絡(luò)檢波器，用于提取出射頻信號(hào)的包絡(luò)，得到包絡(luò)信號(hào)；

紋波噪聲濾波器，用于濾除包絡(luò)信號(hào)中的高頻分量，得到低頻信號(hào)；

低通濾波器，用于取出包絡(luò)信號(hào)的均值作為參考電平信號(hào)；

遲滯比較器，用于對(duì)低頻信號(hào)和參考電平信號(hào)進(jìn)行比較和整形，然后將比較和整形的結(jié)果以CMOS電平形式進(jìn)行輸出；

自舉電路，用于在射頻信號(hào)小于開啟電壓閾值時(shí)使包絡(luò)檢波器正確提取出包絡(luò)信號(hào)。

參照?qǐng)D2，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述包絡(luò)檢波器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容和第六電容，所述第一電容的一端、第五電容的一端和第六電容的一端均與射頻信號(hào)輸入端連接，所述第一電容的另一端分別與第二MOS管的源極以及第三MOS管的漏極連接，所述第二MOS管的漏極分別與第三MOS管的柵極、第五MOS管的柵極以及第四電容的一端連接，所述第三MOS管的源極分別與第二MOS管的柵極、第四電容的另一端、第五MOS管的源極、第二電容的一端、紋波噪聲濾波器的輸入端以及低通濾波器的輸入端連接，所述第二電容的另一端與接地端連接，所述第五MOS管的源極還與第四MOS管的襯底連接，所述第五MOS管的襯底分別與第四MOS管的源極以及接地端連接，所述第五MOS管的漏極分別與第四MOS管的漏極以及第五電容的另一端連接，所述第四MOS管的柵極分別與第三電容的一端、第一MOS管的源極、第六MOS管的柵極連接，所述第一MOS管的漏極和第六MOS管的源極均與第六電容的另一端連接，所述第六MOS管的漏極、第一MOS管的柵極和第三電容的另一端均與接地端連接，所述第一MOS管的襯底、第二MOS管的襯底、第三MOS管的襯底和第六MOS管的襯底均懸空。

參照?qǐng)D3，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述遲滯比較器包括兩級(jí)差分運(yùn)算放大器、第一級(jí)反相器和第二級(jí)反相器，所述兩級(jí)差分運(yùn)算放大器的輸入端分別與紋波噪聲濾波器的輸出端以及低通濾波器的輸出端連接，所述兩級(jí)差分運(yùn)算放大器的輸出端與第一級(jí)反相器的輸入端連接，所述第一級(jí)反相器的輸出端與第二級(jí)反相器的輸入端連接。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一MOS管、第三MOS管、第五MOS管和第六MOS管均采用PMOS管，所述第二MOS管和第四MOS管均采用NMOS管。

參照?qǐng)D3，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述兩級(jí)差分運(yùn)算放大器包括電流偏置晶體管、第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管、第四晶體管、第一負(fù)載晶體管、第二負(fù)載晶體管、第三負(fù)載晶體管、第四負(fù)載晶體管、第五負(fù)載晶體管和第六負(fù)載晶體管，所述第一晶體管的柵極與低通濾波器的輸出端連接，所述第一晶體管的源極分別與第五負(fù)載晶體管的柵極、第 三負(fù)載晶體管的漏極、第一負(fù)載晶體管的漏極、第一負(fù)載晶體管的柵極和第二負(fù)載晶體管的柵極連接，所述第二晶體管的柵極與紋波噪聲濾波器的輸出端連接，所述第二晶體管的源極分別與第六負(fù)載晶體管的柵極、第四負(fù)載晶體管的漏極、第二負(fù)載晶體管的漏極、第三負(fù)載晶體管的柵極和第四負(fù)載晶體管的柵極連接，所述第一晶體管的漏極、第二晶體管的漏極均與電流偏置晶體管的源極連接，所述第五負(fù)載晶體管的漏極分別與第三晶體管的柵極、第三晶體管的源極和第四晶體管的柵極連接，所述第三晶體管的漏極、電流偏置晶體管的漏極以及第四晶體管的漏極均與第一級(jí)反相器的輸入端連接，所述第六負(fù)載晶體管的漏極分別與第四晶體管的源極以及第一級(jí)反相器的輸入端連接，所述第一負(fù)載晶體管的源極、第二負(fù)載晶體管的源極、第三負(fù)載晶體管的源極、第四負(fù)載晶體管的源極、第五負(fù)載晶體管的源極和第六負(fù)載晶體管的源極均與第一級(jí)反相器的輸入端連接。

其中，電流偏置晶體管的基極外接基極偏置電路(該電路用于為電流偏置晶體管提供基極偏置電流)，圖3中未畫出。

參照?qǐng)D3，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述第一級(jí)反相器包括第一管對(duì)，所述第二級(jí)反相器包括第二管對(duì)，所述第一管對(duì)和第二管對(duì)均由一對(duì)共源共柵的PMOS管和NMOS管組成。

進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述電流偏置晶體管、第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管均采用P溝道增強(qiáng)型MOS管，所述第一負(fù)載晶體管、第二負(fù)載晶體管、第三負(fù)載晶體管、第四負(fù)載晶體管、第五負(fù)載晶體管和第六負(fù)載晶體管均采用N溝道增強(qiáng)型MOS管。

參照?qǐng)D1，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述紋波噪聲濾波器由一階RC濾波器構(gòu)成。

參照?qǐng)D4，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述低通濾波器由閉環(huán)運(yùn)放構(gòu)成。

實(shí)施例一

參照?qǐng)D1-4，本實(shí)用新型的第一實(shí)施例：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)接收靈敏度低、解調(diào)靈敏度低、功耗高和工藝復(fù)雜度高的缺陷，本實(shí)用新型提出了一種全新的解調(diào)器電路，以在普通RF CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)微功耗、高靈敏度和低失真的功能。本實(shí)用新型的解調(diào)器電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，該解調(diào)器電路主要由包絡(luò)檢波器、低通濾波器、紋波噪聲濾波器和遲滯比較器構(gòu)成。其中，包絡(luò)檢波器提取出調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)；紋波噪聲濾波器濾除包絡(luò)信號(hào)中高頻分量，輸出信號(hào)為低通濾波器取 出包絡(luò)信號(hào)的均值作為參考電平，輸出信號(hào)為V₂＝V×H(S)，H(S)為低通濾波器的傳遞函數(shù)；遲滯比較器將V₁和V₂進(jìn)行比較、整形，以CMOS電平形式進(jìn)行輸出,實(shí)現(xiàn)解調(diào)的功能。

如圖2所示，本實(shí)用新型的包絡(luò)檢波器電路采用了自舉型包絡(luò)檢波電路結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的自舉型包絡(luò)檢波電路結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)二極管連接形式的檢波結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了自舉電路(由M₆,M₁,C₆,C₃和M₂,M₃,C₂,C₄組成)。當(dāng)RF信號(hào)在正半周期時(shí)，M₁向電容C₁充電；而RF信號(hào)在負(fù)半周期時(shí),電容C₁通過M₁放電，充電電流的積分大于放電電流的積分。同理，當(dāng)RF信號(hào)在正半周期時(shí)，M₂向電容C₄充電；RF信號(hào)在負(fù)半周期時(shí),電容C₄通過M₂放電,放電電流的積分大于充電電流的積分。整個(gè)電路穩(wěn)定時(shí)，圖2中節(jié)點(diǎn)V₂的電壓約為350Mv,節(jié)點(diǎn)V₄的電壓約為-300mV，為MOS管M₄和M₅提供了靜態(tài)偏置,從而降低了M₄和M₅的有效閾值電壓，也降低了包絡(luò)檢波器的功耗。而即使RF信號(hào)幅值小于MOS管的閾值電壓,通過該自舉電路也能正確地提取包絡(luò)信號(hào),不受溫度等因素的影響，提高了接收靈敏度和解調(diào)靈敏度。

普通的比較器并不具備抗噪聲性能，導(dǎo)致其在輸入信號(hào)存在大量噪聲的情況下，它的輸出同樣會(huì)存在噪聲。為了解決這個(gè)問題，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一款抗噪聲性能強(qiáng)的高性能比較器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。本實(shí)用新型的遲滯比較器的工作原理如下：

該比較器由兩級(jí)差分運(yùn)算放大器和兩個(gè)反相器組成，其由MP0提供電流偏置。兩個(gè)P溝道MOS管MP1和MP2構(gòu)成了差分放大器，其接法被稱為“源極藕合對(duì)”。而MOS管MN1、MN2、MN3和MN4則作為差分放大器的負(fù)載，MP3、MP4、MN5和MN6則作為兩級(jí)差分運(yùn)算放大器第二級(jí)放大器的單端輸出。假設(shè)圖3中i1的大小不變,MP1的柵極輸入信號(hào)為INN，MP2的柵極輸入信號(hào)為INP，則有以下結(jié)論：

(1)當(dāng)INN＝INP時(shí)，有：i3＝i2＝0.5i1。

(2)當(dāng)INN升高而INP不變時(shí)，MP1的柵源電壓Vgs1變小，i2變小，i3不變；此時(shí)，MN1、MN2的柵極電壓降低，導(dǎo)致i5變小，使得流過MN4的電流變大，MN4的柵源電壓Vgs4隨之升高；接著，i4會(huì)增大，反過來又會(huì)增大i2，從而減緩了i2變小的速度，延遲了輸出電壓的跳轉(zhuǎn)時(shí)間，反之亦然。

此外，MN1、MN2、MN3和MN4是鏡像電流匹配的管子，當(dāng)MN2和MN3的尺寸越大，其所形成的阻抗越小，使得延遲效果越明顯。因此，通過調(diào)整MN2和MN3的尺寸就可以調(diào)節(jié)輸出電壓發(fā)生時(shí)跳轉(zhuǎn)電平的最高值VOH和最低值VOL，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

如圖4所示，本實(shí)用新型的低通濾波器采用了電壓跟隨器結(jié)構(gòu)，使圖1中遲滯比較器的輸入端電壓V₁和V₂具有相同的共模，保證了解調(diào)信號(hào)的占空比與RF信號(hào)一致。該低通濾 波器主要用于將包絡(luò)信號(hào)的均值取出，作為后級(jí)比較器的參考電壓，其工作電流小于100nA。

以上是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本實(shí)用新型創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。