超高頻RFID射頻接口電路設(shè)計(jì)

1 引言

　　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(diǎn)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(jì)直接影響到射頻標(biāo)簽的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

　　本文對(duì)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(jì)。

　　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(guó)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(hào)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(hào)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(shí)際應(yīng)用時(shí)通常用MOS管替代。輸入正弦交流信號(hào)RFin=VAsint。在RFin負(fù)半周期時(shí)，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(shí)，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)4的最大電壓為4(VA-Vd)。節(jié)點(diǎn) 2N的最大電壓為2N(VA-Vd)。于是，對(duì)于2N級(jí)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(hào)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：

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