[發明專利]構成RFID電子標簽的高效整流器及整流單元

有效

• 申請號: 201310559569.7
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103618468A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 賀旭東;范麟;萬天才;劉永光;徐驊;李明劍;張真榮;吳炎輝
• 申請（專利權）人: 重慶西南集成電路設計有限責任公司
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M7/217
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及整流器,具體涉及構成RFID電子標簽的高效整流器及整流單元。

背景技術

RFID電子標簽是一種在無線通信中得到廣泛應用的重要部件，它可以應用于畜牧、冷鏈、交通、門禁安全、身份識別、貨物管理、自動控制、防盜防偽等領域。隨著RFID技術快速發展，對RFID標簽的靈敏度、功耗等指標的要求越來越高，對RFID的成本、工藝等方面的要求也越來越苛刻。整流器在RFID標簽中的作用是將RFID天線接收到的RF信號轉換成直流功率為其它各單元模塊（如：振蕩器、基準、調制器、解調器、數字協議模塊、存儲器）供電。整流器效率高低和帶負載能力的強弱是決定整流器性能的兩大重要指標。

圖1所示是現有的RFID整流器電路結構,圖1中的二極管通常采用肖特基二極管，肖特基二極管具有相對較小的開啟電壓，約為200mV-300mV之間。使用肖特基二極管構成的整流器可獲得比較大的功率轉換效率，但與常規的CMOS工藝不兼容，并需要昂貴的工藝步驟。圖2為采用二極管鏈接的MOS管構成的整流器，它由兩個二極管連接的NMOS場效應管構成了單位電壓倍乘器。輸入信號由V_RF耦合電容C_C輸入，整流輸出由V_DC端輸出，該類結構的有效開啟電壓幾乎等于MOS場效應管的閾值電壓，比PN結型二極管的開啟電壓小很多，比肖特基二極管的開啟電壓大很多。由此，采用此結構的整流器得不到大的功率轉換效率。目前，RFID研究方向是通過工藝、器件及電路結構多個方面來降低整流器件自身的功率損失，從而提高整流器電路的整流效率。如采用硅基藍寶石技術、肖特基二級管或低開啟閾值電壓的工藝技術。然而，這些技術將需要采用昂貴的工藝材料，或增加了工藝復雜度，影響了RFID的成本及應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是提供構成RFID電子標簽的高效整流器；整流效率高達30%，RFID標簽靈敏度高達-14dBm。

本發明所要解決的技術問題之二是提供構成RFID電子標簽的高效整流器單元。

本發明的第一個技術方案是，構成RFID電子標簽的高效整流器，包括n級整流器單元，n為大于等于1的自然數；整流器將RF信號轉換成直流電壓為其它各單元模塊供電；其特征在于：第一級整流器單元輸出端接第二級整流器單元的輸入端，第二級整流器單元的輸出端連接第三級整流器單元的輸入端；依次類推，第n-1級整流器單元輸出端接第n級整流器單元的輸入端；每級整流器單元的射頻輸入端均相連接；并且，每級整流器單元均包括第一、第二自舉電路、第四、第五整流場效應管、隔直電容和儲能電容；第一、第二自舉電路分別為第四、第五整流場效應管的柵極提供直流偏置；第四整流場效應管的襯底和第五整流場效應管的源極接整流器單元輸出端，并通過儲能電容接地；第五整流場效應管的襯底和第四整流場效應管的源極接整流器單元輸入端；第四、第五整流場效應管的漏極均通過隔直電容接整流器單元射頻輸入端。

本發明利用整流器單元級聯，使整流器單元輸出電壓逐級提高，并利用整流場效應管的襯底，將連接整流器單元輸入端的整流場效應管的襯底與整流器單元輸出端連接，將連接整流器單元輸出端的整流場效應管的襯底與整流器單元輸入端連接，減小有效開啟電壓，提高整流效率；同時采用自舉電路為整流場效應管提供恒定偏置電壓，降低整流場效應管的有效開啟電壓，減小正向導通損耗，提高轉換效率。當RF信號的幅度小于MOS場效應管的閾值電壓時，整流器也能正常工作，接收靈敏度較高。而普通的二極管鏈接型的MOS場效應管整流器，只有當RF信號的幅度大于MOS場效應管的閾值電壓時，整流器才能正常工作，接收靈敏度較低。

根據本發明所述的構成RFID電子標簽的高效整流器的一種優選方案，第一自舉電路包括場效應管一、六、第六隔直電容和第三自舉電容；場效應管一的柵極和場效應管六的源極均接整流器單元輸入端，場效應管六的柵極和場效應管一的源極同時連接第四整流場效應管的柵極，并通過第三自舉電容接整流器單元輸入端，場效應管一的漏極和場效應管六的源極均通過第六隔直電容接整流器單元射頻輸入端；

第二自舉電路包括場效應管二、三、第一隔直電容和第四自舉電容；場效應管二的柵極和場效應管三的源極均接整流器單元輸出端，場效應管三的柵極和場效應管二的漏極同時連接第五整流場效應管的柵極，并通過第四自舉電容接整流器單元輸出端，場效應管二的源極和場效應管三的漏極均通過第一隔直電容接整流器單元射頻輸入端。

根據本發明所述的構成RFID電子標簽的高效整流器的一種優選方案,n級整流器單元為六級整流器單元。