一种适用于RFID阅读器的信号放大频率补偿电路 |
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| 申请号 | CN201611222676.0 | 申请日 | 2016-12-27 | 公开(公告)号 | CN106849883A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 广州中大微电子有限公司; 广州华南物联网技术创新中心; | 发明人 | 胡建国; 吴劲; 吴江旭; 王德明; 段志奎; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于RFID阅读器的 信号 放大 频率 补偿 电路 ，其中所述信号放大频率补偿电路包括： 偏置电路 、第一级运算放大电路和第二级运算放大电路；所述偏置电路用于为所述第一级运算放大电路和所述第二级运算放大电路工作提供与温无关的稳定 电压 ；所述第一级运算放大电路用于接收待放大信号频率，对所述待放大信号频率进行第一次运算放大处理，获取第一次放大信号频率；所述第二级运算放大电路用于对第一次放大信号频率进行第二次运算放大处理，获取放大信号频率，将所述放大信号频率输出。在本发明 实施例 中，设计一种带电压控制 电流 源的电容倍增技术，提高了单位增益带宽，同时能减小失调电压和获得更大的摆率，让环路更加稳定可靠和精确。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于RFID阅读器的信号放大频率补偿电路，其特征在于，所述信号放大频率补偿电路包括：偏置电路、第一级运算放大电路和第二级运算放大电路； |
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| 说明书全文 | 一种适用于RFID阅读器的信号放大频率补偿电路技术领域背景技术[0002] 射频识别(RadfoFrequencyIdentification，简称RFID)技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过电磁波或电感祸合方式传递信号，以完成对目标对象的自动识别。与条形码、磁卡、接触式IC卡等其它自动识别技术相比，即RFID技术具有识别过程无须人工干预、可同时识别多个目标、信息存储量大、可工作于各种恶劣环境等优点。因此，RFID技术已经被广泛地应用于固定资产管理、生产线自动化、动物和车辆识别、公路收费、门禁系统、仓储、商品防伪、航空包裹管理、集装箱管理等领域。典型的射频识别系统可以分为标签、阅读器和后端数据处理系统三个部分。 [0003] RFID阅读器通过电磁感应的方式接收从卡片返回来的信号，因此该信号比较微弱，需要对其进行信号放大处理。在信号放大处理过程中，为了高精度地还原信号，需要运算放大器的开环增益达到10000以上，然而随着CMOS工艺特征尺寸的逐渐减小，单级放大器的增益也逐步降低，为了达到10000及以上的增益，需要将两个及以上的增益级级联。然而每个增益级都存在至少一个高阻节点，形成一个低频极点，这些低频极点会影响运算放大器本身的稳定性，因此需要对其进行频率补偿。同时还需要满足在RFID阅读器芯片中需要驱动较大的电容负载的要求。 发明内容[0006] 所述偏置电路用于为所述第一级运算放大电路和所述第二级运算放大电路工作提供与温无关的稳定电压； [0007] 所述第一级运算放大电路用于接收待放大信号频率，对所述待放大信号频率进行第一次运算放大处理，获取第一次放大信号频率； [0008] 所述第二级运算放大电路用于对第一次放大信号频率进行第二次运算放大处理，获取放大信号频率，将所述放大信号频率输出。 [0009] 优选地，所述偏置电路包括：第一P型场效应管、第二P型场效应管、第一N型场效应管、第二N型场效应管和直流电源；其中， [0010] 所述第一P型场效应管漏极与所述直流电源一端连接，栅极与漏极连接，源极与电源连接； [0011] 所述第二P型场效应管漏极与所述第一N型场效应管漏极连接，栅极与所述第一P型场效应管连接，源极与电源连接； [0012] 所述第一N型场效应管漏极与所述第二P型场效应管漏极连接，栅极与漏极连接，源极与所述第二N型场效应管漏极连接； [0013] 所述第二N型场效应管漏极与栅极连接，源极接地； [0014] 所述直流电源一端与所述第一P型场效应管漏极连接，另一端接地。 [0015] 优选地，所述第一级运算放大电路包括电容倍增电路和运算电路。 [0016] 优选地，所述运算电路包括第三P型场效应管、第四P型场效应管、第五P型场效应管、第六P型场效应管、第七P型场效应管、第六N型场效应管、第八N型场效应管、第九N型场效应管和第十N型场效应管；其中， [0017] 所述第三P型场效应管漏极与第四P型场效应管源极连接，栅极与所述偏置电路中的第一P型场效应管栅极连接形成第一电流镜，源极与电源连接； [0018] 所述第四P型场效应管漏极与所述电容倍增电路连接，栅极与正待放大信号频率输入端连接，源极与所述第三P型场效应管漏极连接； [0019] 所述第五P型场效应管漏极与所述电容倍增电路连接，栅极与负待放大信号频率输入端连接，源极与所述第三P型场效应管漏极连接； [0020] 所述第六P型场效应管漏极与栅极连接，源极与电源连接； [0021] 所述第七P型场效应管漏极与所述第十N型场效应管漏极连接，栅极与所述第六P型场效应管栅极连接，源极与电源连接； [0022] 所述第六N型场效应管漏极与所述第九N型场效应管源极连接，栅极与所述电容倍增电路连接，源极接地； [0023] 所述第八N型场效应管漏极与所述第十N型场效应管源极连接，栅极与所述电容倍增电路连接，源极接地； [0024] 所述第九N型场效应管漏极与所述第六P型场效应管漏极连接，栅极与所述偏置电路的第一N型场效应管漏极连接，源极与所述第六N型场效应管漏极连接； [0025] 所述第十N型场效应管漏极与所述第七P型场效应管漏极连接，栅极与所述第九N型场效应管栅极连接，源极与所述第八N型场效应管漏极连接。 [0026] 优选地，所述电容倍增电路包括第三N型场效应管、第四N型场效应管、第五N型场效应管、第七N型场效应管和第一电容；其中， [0027] 所述第三N型场效应管漏极与所述第五N型场效应管漏极连接，栅极与所述第四N型场效应管漏极连接，源极接地； [0028] 所述第四N型场效应管漏极与所述运算电路的第五P型场效应管漏极连接，栅极与所述第三N型场效应管漏极，源极接地； [0029] 所述第五N型场效应管源极与栅极连接，栅极与所述运算电路的第六N型场效应管漏极连接形成第二电流镜； [0030] 所述第七N型场效应管漏极与所述第四N型场效应管漏极连接，栅极与所述运算电路的第八N型场效应管漏极连接形成第三电流镜，源极接地； [0031] 所述第一电容一端与所述运算电路的第四P型场效应管漏极连接，另一端与所述第二级运算放大电路连接。 [0032] 优选地，所述电容倍增电路用于提高直流增益，使次极点处于更高频率处，提升驱动容性负载的能力，同时提高单位增益带宽，减小失调电压和获得更大的摆率，让环路更加稳定可靠和精确。 [0033] 优选地，所述第二级运算放大电路包括第八P型场效应管、第九P型场效应管、第十一N型场效应管和第二电容；其中， [0034] 所述第八P型场效应管漏极与所述第十一N型场效应管栅极连接，栅极与漏极连接，源极与所述偏置电路的第二N型场效应管栅极连接； [0035] 所述第九P型场效应管漏极与所述第十一N型场效应管漏极连接，栅极与所述第一级运算放大电路的第七P型场效应管漏极连接，源极与电源连接，所述放大信号频率从所述第九P型场效应管漏极输出； [0036] 所述第十一N型场效应管漏极与所述第九P型场效应管漏极连接，栅极与所述第九P型场效应管漏极连接，源极接地； [0037] 所述第二电容一端与所述第一级运算放大电路的第七P型场效应管漏极连接，另一端与所述第八P型场效应管栅极连接。 [0038] 在本发明实施例中，信号放大频率补偿电路主要以驱动容性负载为主，为了进一步提高电容倍增系数，本发明在传统电容倍增技术上设计一种带电压控制电流源的电容倍增技术，在电流放大器的输入端并联了一个转移电导为负的电压控制电流源，增加了流入电压控制电流源的等效电流，提高了单位增益带宽，同时能减小失调电压和获得更大的摆率，让环路更加稳定可靠和精确。附图说明 [0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0040] 图1是本发明实施例中的信号放大频率补偿电路的电路结构组成图； [0041] 图2是本发明实施例中的带电压控制电流的电容倍增技术原理图。 具体实施方式[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 [0043] 图1是本发明实施例中的信号放大频率补偿电路的电路结构组成图，如图1所示，所述信号放大频率补偿电路包括：偏置电路、第一级运算放大电路和第二级运算放大电路； [0044] 所述偏置电路用于为所述第一级运算放大电路和所述第二级运算放大电路工作提供与温无关的稳定电压； [0045] 所述第一级运算放大电路用于接收待放大信号频率，对所述待放大信号频率进行第一次运算放大处理，获取第一次放大信号频率； [0046] 所述第二级运算放大电路用于对第一次放大信号频率进行第二次运算放大处理，获取放大信号频率，将所述放大信号频率输出。 [0047] 优选地，所述偏置电路包括：第一P型场效应管PM1、第二P型场效应管PM2、第一N型场效应管NM1、第二N型场效应管NM2和直流电源I；其中， [0048] 所述第一P型场效应管PM1漏极与所述直流电源一端连接，栅极与漏极连接，源极与电源连接； [0049] 所述第二P型场效应管PM2漏极与所述第一N型场效应管NM1漏极连接，栅极与所述第一P型场效应管PM1连接，源极与电源连接； [0050] 所述第一N型场效应管NM1漏极与所述第二P型场效应管PM2漏极连接，栅极与漏极连接，源极与所述第二N型场效应管NM2漏极连接； [0051] 所述第二N型场效应管NM2漏极与栅极连接，源极接地； [0052] 所述直流电源I一端与所述第一P型场效应管PM1漏极连接，另一端接地。 [0053] 优选地，所述第一级运算放大电路包括电容倍增电路和运算电路。 [0054] 优选地，所述运算电路包括第三P型场效应管PM3、第四P型场效应管PM4、第五P型场效应管PM5、第六P型场效应管PM6、第七P型场效应管PM7、第六N型场效应管NM6、第八N型场效应管NM8、第九N型场效应管NM9和第十N型场效应管NM10；其中， [0055] 所述第三P型场效应管PM3漏极与第四P型场效应管PM4源极连接，栅极与所述偏置电路中的第一P型场效应管PM1栅极连接形成第一电流镜，源极与电源连接； [0056] 所述第四P型场效应管PM4漏极与所述电容倍增电路连接，栅极与正待放大信号频率输入端连接，源极与所述第三P型场效应管PM3漏极连接； [0057] 所述第五P型场效应管PM5漏极与所述电容倍增电路连接，栅极与负待放大信号频率输入端连接，源极与所述第三P型场效应管PM3漏极连接； [0058] 所述第六P型场效应管PM6漏极与栅极连接，源极与电源连接； [0059] 所述第七P型场效应管PM7漏极与所述第十N型场效应管NM10漏极连接，栅极与所述第六P型场效应管PM6栅极连接，源极与电源连接； [0060] 所述第六N型场效应管NM6漏极与所述第九N型场效应管NM9源极连接，栅极与所述电容倍增电路连接，源极接地； [0061] 所述第八N型场效应管NM8漏极与所述第十N型场效应管NM10源极连接，栅极与所述电容倍增电路连接，源极接地； [0062] 所述第九N型场效应管NM9漏极与所述第六P型场效应管PM6漏极连接，栅极与所述偏置电路的第一N型场效应管NM1漏极连接，源极与所述第六N型场效应管NM6漏极连接； [0063] 所述第十N型场效应管NM10漏极与所述第七P型场效应管PM7漏极连接，栅极与所述第九N型场效应管NM9栅极连接，源极与所述第八N型场效应管NM8漏极连接。 [0064] 优选地，所述电容倍增电路包括第三N型场效应管NM3、第四N型场效应管NM4、第五N型场效应管NM5、第七N型场效应管NM7和第一电容C1；其中， [0065] 所述第三N型场效应管NM3漏极与所述第五N型场效应管NM5漏极连接，栅极与所述第四N型场效应管NM4漏极连接，源极接地； [0066] 所述第四N型场效应管NM4漏极与所述运算电路的第五P型场效应管PM5漏极连接，栅极与所述第三N型场效应管NM3漏极，源极接地； [0067] 所述第五N型场效应管NM5源极与栅极连接，栅极与所述运算电路的第六N型场效应管NM6漏极连接形成第二电流镜； [0068] 所述第七N型场效应管NM7漏极与所述第四N型场效应管NM4漏极连接，栅极与所述运算电路的第八N型场效应管NM8漏极连接形成第三电流镜，源极接地； [0069] 所述第一电容C1一端与所述运算电路的第四P型场效应管PM4漏极连接，另一端与所述第二级运算放大电路连接。 [0070] 优选地，所述电容倍增电路用于提高直流增益，使次极点处于更高频率处，提升驱动容性负载的能力，同时提高单位增益带宽，减小失调电压和获得更大的摆率，让环路更加稳定可靠和精确。 [0071] 优选地，所述第二级运算放大电路包括第八P型场效应管PM8、第九P型场效应管PM9、第十一N型场效应管NM11和第二电容C2；其中， [0072] 所述第八P型场效应管PM8漏极与所述第十一N型场效应管NM11栅极连接，栅极与漏极连接，源极与所述偏置电路的第二N型场效应管NM2栅极连接； [0073] 所述第九P型场效应管PM9漏极与所述第十一N型场效应管NM11漏极连接，栅极与所述第一级运算放大电路的第七P型场效应管PM7漏极连接，源极与电源连接，所述放大信号频率从所述第九P型场效应管PM9漏极输出； [0074] 所述第十一N型场效应管NM11漏极与所述第九P型场效应管PM9漏极连接，栅极与所述第九P型场效应管PM9漏极连接，源极接地； [0075] 所述第二电容C2一端与所述第一级运算放大电路的第七P型场效应管PM7漏极连接，另一端与所述第八P型场效应管PM8栅极连接。 [0076] 图2是本发明实施例中的带电压控制电流的电容倍增技术原理图，结合图2对上述作进一步说明： [0077] 需要说明的是，一种用于RFID阅读器的信号放大频率补偿电路由偏置电路、第一级运算放大电路和第二级运算放大电路组成，输入差分由第四P型场效应管PM4和第五P型场效应管PM5构成，实现同样的跨导，P型场效应管需要更大的面积，但是有利于减小1/f噪声，第一级运算放大电路由第三P型场效应管PM3、第四P型场效应管PM4、第五P型场效应管PM5、第六P型场效应管PM6、第七P型场效应管PM7、第六N型场效应管NM6、第八N型场效应管NM8、第九N型场效应管NM9、第十N型场效应管NM10、第三N型场效应管NM3、第四N型场效应管NM4、第五N型场效应管NM5、第七N型场效应管NM7和第一电容C1组成，A点和B电为相位相反的差分信号，第三N型场效应管NM3和第四N型场效应管NM4即为图2中的电压控制电流源，电流放大电路由最简单的第二电流镜和第三电流镜组成，且嵌入到第一级运算放大电路中；第一级运算放大电路呈全对称结构，因此具有较小的失调电压；第二级运算放大电路采用AB累输出结构来提升大信号转换能力，输出级由第八P型场效应管PM8、第九P型场效应管PM9、第十一N型场效应管NM11和第二电容C2组成，二极管连接的第八P型场效应管PM8充当一个大电阻的作用，静态时，没有电流流过第二电容C2和第八P型场效应管PM8，因此第十一N型场效应管NM11栅极电压和第二N型场效应管NM2的栅极电压相同，第二级运算放大电路的静态电流由第十一N型场效应管NM11栅极电压和第二N型场效应管NM2的比值决定。大信号转换时，假设Vin+增加，第一级运算放大电路的输出点C减小，假设C点电压变化为△V，经C2和第十一N型场效应管NM11的栅源电容CgsNM11组成的分压电路后，D点电压变化量为C2ΔV/(C2+CgsNM11)，当C2大于CgsPM9时，A点将跟随B点的变化而变化，C2就像普通的AB类中的恒压源一样，以实现AB类输出。 [0078] 综上所述，为了满足RFID阅读器信号处理中需要驱动大的容性负载，本发明设计了一种新型信号放大频率补偿电路，它将电流放大器嵌入第一级中，在提高直流增益的同时，使次极点处于更高频率处，能提升驱动容性负载的能力；和普通的带电流放大器的米勒补偿两级运算放大器相比，提高了单位增益带宽，同时能减小失调电压和获得更大的摆率，让环路更加稳定可靠和精确。 [0079] 需要说明的是，上述P型场效应管是指P型金属-氧化物-半导体(P-Mental-Oxide-Semiconductor，PMOS)晶体管，每个PMOS晶体管包括四个引脚，即漏极D，源极S，衬底，栅极G。 [0080] 需要说明的是，上述N型场效应管是N型金属-氧化物-半导体(N-Mental-Oxide-Semiconductor，NMOS)晶体管，每个NMOS晶体管包括四个引脚，即漏极D，源极S，衬底，栅极G。 [0081] 在本发明实施例中，信号放大频率补偿电路主要以驱动容性负载为主，为了进一步提高电容倍增系数，本发明在传统电容倍增技术上设计一种带电压控制电流源的电容倍增技术，在电流放大器的输入端并联了一个转移电导为负的电压控制电流源，增加了流入电压控制电流源的等效电流，提高了单位增益带宽，同时能减小失调电压和获得更大的摆率，让环路更加稳定可靠和精确。 [0082] 本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。 [0083] 另外，以上对本发明实施例所提供的一种用于RFID阅读器的信号放大频率补偿电路进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
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