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超高频远距离无源射频接口电路设计方案

发布时间:2020-07-01 00:52:18 阅读: 来源:棉门帘厂家

1 引言

本文引用地址:射频识别技术广泛应用于交通运输、动物识别、过程控制、物流等方面。早在1990年代,13.56MHz的射频标签就应用于社会生活的各个领域。

近年来,915MHz以及2.45GHz等UHF波段的射频标签由于工作距离远,天线尺寸小等优点越来越受到重视。射频标签芯片的射频接口模块包括电源恢复电路、稳压电路和解调整形电路。射频接口的设计直接影响到射频标签的关键性能指标。

本文对射频标签能量供应原理进行了详细的理论分析,并完成了电源恢复电路、稳压电路和解调整形电路的设计。

2 原理分析

2.1 电源恢复

无源射频标签依靠读写器发射出的电磁波获取能量。标签芯片获得的能量与很多因素都有关系,例如空间环境的反射,传播媒介的吸收系数,温度等。在理想自由空间,连续载波的情况下,有下面的近似公式:

式中,Ptag_IC是芯片接收到的能量,Preader为读写器发射功率,Gtag是标签天线增益,Greader是读写器天线增益,R为标签到读写器的距离。

可以看到,标签接收到的功率主要和距离与载波频率相关,随距离的增大迅速减小,随频率的增加而减小。PreaderRreader也称为EIRP,即等效全向发射功率。它受到国际标准约束,通常在27~36dBm左右。例如,按照北美标准,读写器等效发射功率EIRP应小于4W,即36dBm。在自由空间中,915MHz的信号在4m处衰减为43.74dB。假设标签天线增益为1.5dBi,则在4m处无源射频标签可能获得的最大功率只有约-6.24dBm,238W。利用标准的偶极子天线,在915MHz天线端能够获得的电压约200mV。在如此低的输入信号幅度下,采用普通全波或半波整流电路无法获得所需的直流电压,因此需要采用倍压结构的电源恢复电路。

倍压结构的电源恢复电路如图1所示。图中的二极管在实际应用时通常用MOS管替代。输入正弦交流信号RFin=VAsint。在RFin负半周期时,M0导通,C1充电。C1两端能够获得的最大电压为VA-Vd,其中,Vd为MOS管M0两端的电压降。

RFin正半周期时,节点1的最大电压为VA+(VA-Vd)。该电压使得M1导通,C2充电,直到C2两端达到最大电压,即节点2的最大电压,为VA+(VA-Vd)-Vd=2(VA-Vd)。依次类推,C3两端能够获得的最大电压为3(VA-Vd),节点4的最大电压为4(VA-Vd)。节点2N的最大电压为2N(VA-Vd)。于是,对于2N级电路,输出直流电压为:

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