[实用新型]射频供电电路和超高频无源电子标签

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线射频和电子标签技术领域，具体而言，涉及一种射频供电电路和超高频无源电子标签。

背景技术

目前，在无线充电技术领域，存在多种熟知的通过射频电磁波方式传递能量的技术手段，典型应用包括无线充电移动设备和无源RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)芯片等。具体地，在使用非接触式无线充电移动设备充电时，由无线充电台(站)提供射频能量，而在无源RFID芯片应用中，则由读写器或询问器提供射频能量，进一步地，射频电磁波由接收设备天线接收并经整流后产生所需的直流工作电压。

如图1所示，为无源超高频RFID标签，其包括天线和RFID标签芯片，该天线一般为偶极子天线或者偶极子天线变种，一般通过印刷或蚀刻在天线基板上，RFID标签芯片通过有线绑定或倒封装方式连接到天线，且为无源芯片，不包含任何如电池等形式的电源，必须通过接收阅读器或询问器发送的射频波束并整流形成工作所需电压。而图2为图1所示的RFID标签芯片的结构示意，其中超高频整流器连接天线端，用于将天线接收到的超高频电磁波(即射频能量)整流生成直流供电电压Vdd，以提供给RFID标签芯片的逻辑电路、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、晶体振荡器、上电复位电路等电路工作；以及采用并联稳压器对为RFID标签芯片提供的直流供电电压Vdd进行稳压。

另外，还可以在超高频整流器后连接一个或多个串联稳压器，以给接收装置中如数字部分、模拟部分及NVM(NonVolatile Memory，非易失性存储器)等不同部分提供特定的工作电压。如图3所示，为在超高频整流器后连接一个串联稳压器的RFID标签芯片的结构示意，以产生直流供电电压Vdd2，用以给RFID标签芯片的逻辑电路及振荡器供电，且Vdd2的电压值低于Vdd的电压值；另外，还可以通过二极管压降、发射极或源极跟随晶体管等方式来产生第二电源电压Vdd2。然而，在这些现有应用中，由于串接了稳压电路，存在如串联稳压器本身消耗电源，不同的电源需要和地之间需要进行单独去耦等缺点。

进一步，由于接收信号功率与接收机与发射机之间的距离平方成反比，所以接收装置收到的射频信号一般非常微弱，一般小于-20dBm，那么，如果采用简单的半波整流器、全波整流器及桥式整流器，通常无法从微弱的射频信号中获取所需的工作电压，则为了解决该问题，一般无源超高频RFID标签的射频供电电路会采用电荷泵，如图4所示，电荷泵连接至天线且产生供电电压Vdd，该Vdd进一步经去耦电容C_L和并联稳压器实现抗干扰和稳压，即超高频整流器部分采用电荷泵，比如迪克森(Dickson)电荷泵，如图5所示，Dickson电荷泵包含一连串二极管(或者晶体管)，电荷泵的每一级均由两只二极管构成，天线通过耦合电容连接到两只串接的二极管中间，而电荷泵的每一级的输出各连接一个储能电容，从而产生比输入信号更高的电压信号，并且上一级的输出作为下一级的参考输入，这样，通过多级升压产生最终的输出电压Vdd。

然而，Dickson电荷泵存在升压极限、体效应补偿等各种缺点，目前通常采用不同形式的Dickson电荷泵的变种形式，以弥补各种缺陷，也可以采用和Dickson电荷泵类似的桥式整流器堆等形式的电荷泵电路。然而，这些电路结构都是通过多级叠加以产生单级所不能达到的较高电压，电路结构复杂。

另外，若RFID标签芯片的逻辑电路工作在较低的工作电压下，可以降低功耗，而逻辑电路的功耗通常与工作电压的平方成正比，所以降低工作电压可以显著的降低功耗。然而，如图3所示的串联稳压器电路本省也要消耗电能，导致在电源利用效率方面提高效果比预期要小。举例来说，如果逻辑电路的供电电压为Vdd，平均电流消耗为I₁时，其功耗为Vdd×I₁，而当逻辑电路的供电电压为Vdd₂，平均电流消耗为I₂时，其功耗为Vdd2×I₂，其中，Vdd2<Vdd且I₂<I₁，但此时逻辑电路及串联稳压器的功耗总计为Vdd×I₂，那么(Vdd–Vdd2)×I₂部分就白白浪费掉了。

因此，如何在消除相关技术中由于串接稳压电路产生的电压消耗的同时能够输出多种供电电压，以满足不同的使用需求，显著地降低功耗成为亟待解决的技术问题。