[发明专利]一种应用于低功耗射频通讯芯片的高效率整流系统

说明书

技术领域

本发明属于便携式射频通讯技术领域，具体涉及低功耗无源射频通讯芯片的整流系统。

背景技术

超低功耗通讯芯片是近年来兴起的一项改进技术。它一般利用无源或者是电池辅助来完成一些对功耗要求很苛刻环境下通讯芯片的实现。常见的超低功耗通讯芯片有低功耗射频识别芯片、生物医药芯片和人体应用芯片等等。

以射频识别技术为例，它属于自动识别技术的一种。同条形码、智能卡、生物识别等其他的识别技术不同，射频识别技术有着低成本、非接触、快速通信、加密性能好的优势，使得它在物流、仓储、收费、门禁、数据录入等领域得到了广泛的应用。另外，近年来物联网概念的兴起也为射频识别技术的更加广泛的应用提供了更好的契机。

一个典型的射频识别系统如图1所示，它包括PC终端（1）、读写器（2）、读写器天线（3）、标签芯片（4）和标签天线（5）。标签芯片（4）和标签天线（5）通过接收读写器（2）发射的带有调制数据的电磁波，进行处理后通过一定的反射机制把信息返回给读写器，完成标签（4）和读写器（2）的通信。PC终端通过对读写器收到信息的存储和处理，通过数据库管理和软件平台的交互，实现对标签芯片传达的信息的管理。

到目前为止，国际上已经有了较为通用的无源射频识别标准，其中无源标签和半有源标签（电池辅助标签）因为其特殊的工作方式和较低的成本得到了广泛的研发和应用，而远距离快速通信仍然是目前设计的主要目标和难点，这就为整流电路系统的进一步优化提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种应用于低功耗通讯芯片的整流电路系统，它不但可以在低功率输入的情况下为无源芯片提供稳定的直流电源，提高电源提供电流的能力，也可以为电池辅助的芯片提供充电功能。

本发明提出的整流电路系统，主要是通过系统中的功率检测电路检测芯片接受到的瞬时最大功率，进而得知此时功率所处的功率区间，再通过数字电路控制开关，选择适合该功率区间的充电电路进行工作，并且通过自适应阻抗匹配电路的协同以完成整流系统对于外界功率输入环境的自适应，保证最大的功率转换效率。

在无源通讯芯片中，芯片自身没有自带电源，此时充电电路的作用是在芯片工作的全功率范围内为整个电路系统提供稳定的工作电压，并且提供一定的驱动能力以供存储电路的使用。如果采用单一的整流电路作为充电电路为芯片供电的话，往往存在着其最佳工作功率区间的问题。因为在现有的技术背景下，各种结构的整流电路的最佳工作功率区间都是不同的，单一的电路结构往往只能覆盖一个有限的的功率区间，而在区间外只有相对低的工作效率，这样的特性会使得芯片在全功率段的性能不均衡。而如果采用的是自适应的充电电路，结合功率输入区间选择不同结构和性能的充电电路，充电的高效区间就会覆盖芯片工作的功率范围，达到全功率段芯片对功耗和能量的要求。

同样，在电池辅助的芯片中，自适应充电电路同样有着类似的效果，它能在更大范围的功率区间内保持对电池的最优充电效率，提高芯片的整体性能。 

图2给出了本发明的整流电路系统结构图，包括功率检测电路1、自适应的阻抗匹配电路2、整流电路选择开关3、对应于不同功率段的N种（N>1，根据实际应用需要选取）整流电路组成的整流电路阵列4、 电源管理电路5和数字控制电路6。高效整流系统工作的时候，使用功率检测电路1对标签接收功率进行检测，转化成电压值，并且同参考电压，确定芯片所处的功率区间；通过对功率检测电路1返回结果的分析，由数字控制电路6对结果进行判断，根据芯片所接受到的功率点位置来控制选择开关3选择需要的整流电路阵列4中的整流电路类型；对于整流电路输出的直流电压，利用电源管理电路5进行消除纹波和限幅等处理，以提供适合标签使用的直流源；由于整流电路阵列中的各整流电路分支电路特性不同，对芯片射频前端阻抗的贡献也不同，因此在天线端和整流电路阵列间插入自适应阻抗匹配电路2，数字控制电路6协同自适应阻抗匹配电路2根据不同的整流电路阵列情况进行阻抗自动匹配，以减少芯片天线设计的难度，达到能量的最大传输，从而完成系统整流效率的优化过程。

本发明中，所述的整流电路阵列4，对于便携式设备输入功率范围的区间内，N种整流电路可以完成全面覆盖，从而完成对整个功率区间整流效率的共同优化。

本发明中，所述的功率检测电路1，能够探测芯片接收到的实时功率，并且根据设备接受功率的值的不同大小输出不同的结果，由其他电路模块进行后续处理。

本发明中，所述的自适应阻抗匹配电路2，对应不同的整流电路输入阻抗，提供自适应的阻抗匹配网络来达到同天线的最佳阻抗匹配状态。