[实用新型]一种新型高精度、快速响应的限幅电路

说明书

本实用新型提供了一种新型高精度、快速响应的限幅电路，所述限幅电路包括电磁感应耦合电路、整流电路、电压采样电路、共栅极放大器电路和阻值变换电路，其中，电磁感应耦合电路中的第二电感器捕获第一电感器上发射的高频交流信号，然后将耦合能量传递到谐振回路上产生高压交流信号，高压交流信号再经过整流电路产生直流电压，电压采样电路对直流电压进行电压采样，电压采样电路输出电压给共栅极放大器电路提供直流工作点，阻值变换电路跟随直流电压快速变化，等效阻值随直流电压升高而变小，等效阻值随直流电压降低而变大，从而控制天线两端的电压幅度。本实用新型的限幅电路占用面积小，成本低，而且结构简单，易于集成。

技术领域

本实用新型涉及射频识别技术中的集成电路技术领域，限幅电路避免了电子标签内部电子元器件的击穿和损坏，所以它为电子标签的正常工作保驾护航。

背景技术

射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它是通过无线电讯号自动识别目标对象并获取相关数据。电子标签工作时的能量是从电子阅读器发射的电磁场中获取，这样电子标签上感应的电压会随与电子阅读器的位置变化而变化，当电子标签距离近时，电子标签上天线感应的电压幅度就会很大，高于几十伏，很容易造成电子标签内部电子器件的击穿与损坏，因此电子标签必须有限幅电路将电子标签上天线两端的电压幅度给箝位到安全位值上。

参看图1，电子阅读器和电子标签的电磁感应耦合等效电路图，根据电磁感应定律，电子标签上天线感应的电压幅度：

（1-1）

其中，L2为电子标签上天线等效电感值，L1为电子阅读器上天线等效电感值，为负载等效电阻值，为电子阅读器上天线L1流过的电流，C1为电子标签上谐振电容值，M为L2和L1的互感系数。

从公式（1-1）可以看出，当趋近于零时，电压值也趋近于零，也就是电子标签上天线两端的电压趋近于零，因此限幅电路可以等效成一个可变的负载电阻，随电子标签上天线两端的电压幅度升高而变小，随电子标签上天线两端的电压幅度降低而变大。

参看图2，一种现在常用的限幅电路结构，其工作原理如下：

电子标签上天线L2捕获电子阅读器上天线L1发射的高频交流信号，然后将耦合的能量传递到谐振回路（L2、C1）上产生高压交流信号：

（1-2）

其中，L2为电子标签上天线等效电感值，L1为电子阅读器上天线等效电感值，为负载等效电阻值，为电子阅读器上天线L1流过的电流，C1为电子标签上谐振电容值，M为L2和L1之间的互感系数。

在图2中，限幅电路是由NM5晶体管、NM6晶体管、NM7晶体管、R1电阻器、R2电阻器、R3电阻器、NM8晶体管和NM9晶体管组成，其中NM5晶体管、NM6晶体管、NM7晶体管、R1电阻器构成电压采样电路。同时，NM5晶体管、NM6晶体管、NM7晶体管为倒比管，其沟道长度远大于沟道宽度，R1电阻器的阻值很大，目的是保证电压采样电路工作时的静态功耗很小。当电压VDD_RF大于NM5晶体管、NM6晶体管、NM7晶体管的开启电压时，即：

（忽略体效应），此时，R1电阻器两端的电压开始升高，并反馈到NM8晶体管和NM9晶体管的栅极，当后，NM8晶体管和NM9晶体管开启，这时NM8晶体管、NM9晶体管、R2电阻器和R3电阻器可以等效成一个可变负载电阻，当电压 VDD_RF电压值升高时（电子标签上天线两端的电压幅度升高），就会变小；当电压 VDD_RF电压值降低时（电子标签上天线两端的电压幅度减小），就会变大，从而控制天线两端的电压幅度，起到限幅的作用。

但上述传统的限幅电路在现在半导体工艺中还存在一些不足：

1.NM5晶体管、NM6晶体管、NM7晶体管的开启电压随半导体工艺和温度变化而变化，导致电子标签上天线两端的电压幅度随半导体工艺和温度的变化而变化。