CN102103387A - 自适应电流平衡的稳压电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带自适应电流平衡功能的稳压电路，包括：电流基准电路与电流镜像电路的启动电路，产生基准电流的电流基准电路，产生基准电压的带隙基准电路，产生运放输入的电阻分压电路，产生带自适应电流平衡功能的逻辑信号控制的电流镜像电路，以及差分运放电路。本发明能够自适应地根据非接触式IC卡需要的工作电流，实时改变镜像电流源的电流大小，使非接触式IC卡消耗的电流保持稳定，避免因负载电流变化而产生场强毛刺，影响读写器接收。
Description
技术领域
本发明涉及一种稳压电路，特别是涉及一种用于非接触式IC卡或电子标签芯片的稳压电路
背景技术
非接触式IC卡又称射频卡，由IC芯片、感应天线组成，封装在一个标准的PVC卡片内，芯片及天线无任何外露部分。是世界上最近十年发展起来的一项新技术，它成功的将射频识别技术和IC卡技术结合起来，结束了无源(卡中无电源)和非接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。卡片在一定距离范围(通常为5-10cm)靠近读写器表面，通过无线电波的传递来完成数据的读写操作。
图1示出了为了完成读写器与非接触式IC卡或射频识别标签之间正常通讯，非接触式IC卡或电子标签内部射频接口所需要的功能电路。其中整流及限幅电路一方面将天线耦合过来的交流信号转变为经过限幅的直流信号，然后送入后续的稳压电路和解调电路进行处理，另一方面通过负载调制的方式将逻辑信号d_in发射出去。时钟产生电路生成同步时钟clk。稳压电路产生稳定电压vdd给内部电路供电。复位电路根据vdd的高低产生复位信号por。解调电路通过对包络信号的检测，恢复读写器传输数据d_out。
非接触式IC卡或电子标签，需要能够在一定的场强范围内与读写器正常通讯，所处的场强不同，非接触式IC卡或电子标签的天线耦合到的能量不同，从而流入芯片的电流不同。在较大场强下，如果天线耦合到的能量，全部进入稳压电路，而芯片的负载电流的最大值相对确定，那么多余的电流就需要从稳压泄放管流到地，这样，进入稳压电路的大电流，会对芯片的正常工作产生干扰。并且当芯片的负载电流变化的时候，会使芯片的天线电压发生变化，从而产生场强毛刺，影响读写器接收。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于非接触式IC卡或电子标签芯片的稳压电路，它能够自适应的根据卡片内部需要的工作电流大小，为卡片提供相应的电流，使非接触式IC卡消耗的电流保持稳定，避免因负载电流变化而产生场强毛刺，影响读写器接收。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应电流平衡的稳压电路，包括：电流基准电路与电流镜像电路的启动电路，产生基准电流的电流基准电路，产生基准电压的带隙基准电路，产生运放输入的电阻分压电路，产生带自适应电流平衡功能的逻辑信号控制的电流镜像电路，以及差分运放电路；所述启动电路为基准电路与电流镜像电路提供启动信号，保证稳压电路的正常上电启动过程；所述电流基准电路为电流镜像电路与差分运放电路提供偏置电流；所述带隙基准电路为差分运放电路与启动电路提供输入；所述电阻分压电路为差分运放电路提供输入；所述逻辑信号控制的电流镜像电路，根据非接触式IC卡需要的工作电流，配置不同的镜像电流；所述差分运放电路利用带隙基准输出电压与电阻分压输出电压，产生稳定的电源电压，提供给非接触式IC卡使用。
本发明的有益效果在于：能够自适应的根据卡片内部需要的工作电流大小，为卡片提供相应的电流，使非接触式IC卡消耗的电流保持稳定，避免因负载电流变化而产生场强毛刺，影响读写器接收。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是非接触式IC卡或电子标签芯片的射频接口电路原理框图；
图2是本发明用于非接触式IC卡或电子标签的带自适应电流平衡功能的稳压电路实施例的原理图。
具体实施方式
本发明用于非接触式IC卡或射频识别标签芯片的稳压电路包括：电流基准电路与电流镜像电路的启动电路，产生基准电流的电流基准电路，产生基准电压的带隙基准电路，产生运放输入的电阻分压电路，产生带自适应电流平衡功能的逻辑信号控制的电流镜像电路，以及差分运放电路。所述启动电路为基准电路与镜像电路提供启动信号，保证稳压电路的正常上电过程。所述基准电路为镜像电路与差分运放电路提供偏置电流。所述带隙基准电路为差分运放电路与启动电路提供输入。所述电阻分压电路为差分运放电路提供输入。所述逻辑信号控制的电流镜像电路，根据非接触式IC卡需要的工作电流，配置不同的镜像电流。所述差分运放电路利用带隙输出电压与电阻分压输出电压，产生稳定的工作电压，提供给非接触式IC卡使用。
启动电路包括两个倒比管与一个启动使能控制管，以及两个启动管，启动使能控制管由带隙基准电路输出电压控制，两个启动管分别启动电流镜像电路与电流基准电路。电流基准电路为一个与电源电压无关的电流基准电路，为电流镜像电路与差分放大电路提供偏置电流。带隙基准电路为一个自偏置工作的带隙基准源，为差分运放电路提供输入，以及为启动电路提供使能信号，当带隙基准电路输出电压稳定后，启动电路停止工作。逻辑信号控制的电流镜像电路利用电流基准电路产生的偏置电流，根据IC卡需要的工作电流，配置不同的镜像电流。差分运放电路包括一个差分输入级，一个源跟随级和一个共漏级。该放大器的正向输入端为所述的带隙基准电路输出基准电压，反向输入端为电源经过电阻的分压电路输出电平。
图2所示的是本发明的一个具体实施例。当读写器发送到空间的交流载波信号被非接触式IC卡或电子标签的天线端耦合并送入整流电路后，产生直流包络信号reg_in。该包络信号reg_in的高低直接与非接触式IC卡或电子标签所处的场强有关，场强越大，reg_in越大。为适应稳压电路工作，首先让reg_in经过一个限幅电路，使reg_in在不同的场强范围内，都能保持在一个电压范围内，为稳压电路提供一个适合其工作的输入电平。所述reg_in作为稳压电路的输入，晶体管MP1、MP2、MN1、MN2和MN3构成稳压电路中的启动电路，MP1和MP2为倒比管，它们的栅端接地，MN1为启动控制管，其栅端为Vbgr，Vbgr为带隙基准电路的输出基准电压。MN2和MN3分别控制电流镜像电路和电流基准电路的启动过程，其漏端分别为vb1和vb2。MP3、MP4、MN4、MN5组成电流镜像电路，MP3和MP4的栅端为vb1。MP5~MP10组成逻辑信号控制电路，产生自适应电流平衡功能，根据芯片需要的工作电流，配置不同的电流大小，vd1~vd3为逻辑控制信号。MP11、MP12、MN6、MN7和电阻R1组成电流基准电路，输出电流偏置信号vb2，为电流镜像电路与差分运放提供偏置电压。MP13、MP14、MP15、MN8、MN9和电容C1组成单端输出的差分运放电路，差分运放的正向输入管为MP14，其栅端电压为vbgr，差分运放的反向输入管为MP15，其栅端电压为vdiv，vdiv为电源电压经过电阻分压输出的参考电压信号，C1起运放的相位补偿作用，运放输出信号为v2。MP16和MP17构成源跟随电路，减小芯片工作电流变化对泄放管的影响，同时增加运放输出端的驱动能力，源跟随电路输出信号为vpshunt。MP18为稳压泄放管，其栅端电压为vpshunt，从reg_in经过MP4流到电源电压vdd的电流，一部分被芯片消耗，多余的电流从泄放管流到地。
当非接触式IC卡或电子标签进入场强后，首先接收到读写器发送的天线载波信号，载波信号经过整流与限幅电路，获得稳定的reg_in信号。因为带隙基准电路输出基准电压的建立需要时间，在IC卡刚进入场强时，vbgr电平较低，无法使MN1打开，所以此时v1为高电平，MN2和MN3导通，vb1和vb2输出都为低电平，vb1为低电平时，MP4将导通，所述reg_in信号通过MP4管，对vdd上的电容进行充电，vdd电压将上升。随着vdd的上升，因为vb2被拉低，电流基准电路将建立。另外，当vdd上升到一定电压，带隙基准电路开始工作，vbgr将上升，当vbgr上升到一定电压后，启动控制管MN1将导通，v1将变为低电平，此后MN2和MN3将关闭，于是整个启动过程结束。在vdd达到设计值前，带隙基准电路输出电压vbgr首先达到设计值，此时，vdiv比vbgr低，差分运放的源跟随器输出vpshunt信号为高电平，泄放管关闭，电流基准电路稳定工作，输出稳定的电流偏置信号v2，vb2经过镜像使电流传输管MP4正常工作，为vdd提供稳定的工作电流，最终，因为差分运放的作用，vbgr电压与vdiv基本相同，此时vdd达到设计值。
对应芯片的每个不同的工作状态，在设计初期，对其工作电流有一个预估，在其对应的工作状态，微处理器配置不同的镜像电流，具体是微处理器配置vd1~vd3的逻辑电平高低，使芯片内部获得不同的电流输入，保证了从reg_in到vdd传输的电流，大多为芯片所消耗掉，从泄放管MP18流过的电流很小。这样就实现了电流的自适应平衡功能，从reg_in传输到vdd的电流，几乎都为芯片内部消耗掉，使芯片消耗的电流保持稳定，避免因芯片内部消耗电流的变化而在天线端产生场强毛刺，影响读写器接收。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
Claims (6)
1.一种自适应电流平衡的稳压电路，其特征在于，包括：
电流基准电路与电流镜像电路的启动电路，产生基准电流的电流基准电路，产生基准电压的带隙基准电路，产生运放输入的电阻分压电路，产生带自适应电流平衡功能的逻辑信号控制的电流镜像电路，以及差分运放电路；
所述启动电路为基准电路与电流镜像电路提供启动信号，保证稳压电路的正常上电启动过程；
所述电流基准电路为电流镜像电路与差分运放电路提供偏置电流；
所述带隙基准电路为差分运放电路与启动电路提供输入；
所述电阻分压电路为差分运放电路提供输入；
所述逻辑信号控制的电流镜像电路，根据非接触式IC卡需要的工作电流，配置不同的镜像电流；
所述差分运放电路利用带隙基准输出电压与电阻分压输出电压，产生稳定的电源电压，提供给非接触式IC卡使用。
2.如权利要求1所述的自适应电流平衡的稳压电路，其特征在于：启动电路包括一个倒比管串与一个启动使能控制管，以及两个启动管，启动使能控制管由带隙基准输出电压控制，两个启动管分别启动电流镜像电路与电流基准电路。
3.如权利要求1所述的自适应电流平衡的稳压电路，其特征在于：电流基准电路为一个与电源电压无关的电流基准电路，为电流镜像电路与差分运放电路提供偏置电流。
4.如权利要求1所述的自适应电流平衡的稳压电路，其特征在于：带隙基准电路为一个自偏置工作的带隙基准源，为差分运放电路提供输入，以及为启动电路提供使能信号，当带隙基准电路输出电压稳定后，启动电路停止工作。
5.如权利要求1所述的自适应电流平衡的稳压电路，其特征在于：逻辑信号控制的镜像电路利用电流基准电路产生的电流偏置信号，根据卡片不同工作状态需要的不同的工作电流，配置不同的传输电流。
6.如权利要求1所述的自适应电流平衡的稳压电路，其特征在于：差分运放电路包括一个差分输入级，一个源跟随级和一个共漏级；该放大器的正向输入端为带隙基准电路输出基准电压，反向输入端为电源经过电阻的分压电路输出电平。
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