CN113114113A - 一种基于双频无线供电的频率信号产生电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信芯片领域,涉及一种基于双频无线供电的频率产生电路和方法,该电路包括:发射端、互感天线、谐振网络、整流器、滤波器、振荡器,所述发射端产生两个不同频率的射频信号,互感天线包括发射天线T1和接收天线T2,所述接收天线T2接收射频信号,输出端连接至谐振网络,后连接整流器,所述整流器的输出端连接滤波器的输入端,所述滤波器抑制整流器输出中的无关频率信号,将所需频率信号放大并作为参考信号输入到振荡器。本发明在无线供电***中,利用无线供电信号为芯片上的电路产生一个频率信号,该频率信号可用于芯片电路的时钟、通信电路等,不需要片外元件,如晶振,也不需要分频器,提升芯片集成度并显著减小芯片的面积和功耗。
Description
技术领域
本发明属于无线通信芯片领域,涉及一种基于双频无线供电的频率信号产生电路和方法。
背景技术
通常情况下,芯片电路中需要一个频率信号,用于电路的时钟,或者通信电路的本振信号、载波产生信号等等。目前针对芯片电路中需要的频率信号,已有的方法是采用片外晶振、片上振荡器、或者是利用无线供电的射频信号进行分频。片外晶振的使用能提供准确的频率信号,但是会增大***的体积和功耗。片上振荡器的使用能避免片外分立元件,但片上的振荡器受到工艺、电压和温度的影响,振荡频率无法精确控制。利用无线供电的射频信号进行收集和分频可以得到低频信号,但高分频次数会增加芯片的动态功耗和芯片面积。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题,本发明提供一种基于双频无线供电的频率信号产生电路和方法,其具体技术方案如下:
一种基于双频无线供电的频率信号产生电路,包括:发射端、互感天线、谐振网络、整流器、滤波器、振荡器,所述发射端包括射频信号源f1和f2、功率放大器PA1和PA2、功率合成器P,所述互感天线包括:发射天线T1和接收天线T2,所述发射端产生两个不同频率的射频信号,所述接收天线T2接收射频信号,输出端连接至谐振网络,所述谐振网络与接收天线T2谐振,谐振网络输出端连接至整流器,所述整流器的输出端连接滤波器的输入端,所述滤波器抑制整流器输出中的无关频率信号,将所需频率信号放大并作为参考信号输入到振荡器;
所述发射器用于发射两个不同频率的射频信号,所述接收天线T2和谐振网络用于接收发射天线T1发射的两个不同频率的射频信号,将射频信号输入至整流器,所述谐振网络用于实现射频信号的最大增益传输,所述整流器用于将接收到的射频信号整流为直流电压,并将信号降噪后输入至滤波器,由于整流器的非线性,输出的直流电压中包含不同阶次、不同频率的谐波信号,所述滤波器用于将输入的信号进行滤波和放大处理,通过调整滤波器的通带范围,抑制无关频率信号,得到所需的频率信号,输入到所述振荡器,用于振荡器的参考信号。
优选的,所述发射端包括:第一射频信号源f1、第二射频信号源f2、第一功率放大器PA1、第二功率放大器PA2和功率合成器P,所述第一射频信号源f1、第二射频信号源f2分别输入第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2,所述第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2的输出端均连接至功率合成器P的输入端,功率合成器P的输出端连接至发射天线T1,所述接收天线T2和发射天线T1通过电感耦合,所述谐振网络包括谐振电容C1,谐振电容C1与接收天线T2在通信频率上谐振,以实现射频信号的最大增益传输。
优选的,所述整流器由若干整流电路和去耦电容C2组成,所述整流电路包括:第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一电容和第二电容组成,所述第一NMOS管的栅极连接第一PMOS管的栅极,所述第二NMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极,第一NMOS管的漏极连接第一PMOS管的漏极,所述第二NMOS管的漏极连接第二PMOS管的漏极,所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极连接后接地,所述第一PMOS管的源极与第二PMOS管的源极连接后接下一组整流电路,所述第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极连接的公共节点连接至第二NMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极连接的公共节点,所述第一NMOS管的栅极与第一PMOS管栅极连接的公共节点连接至第二NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接的公共节点,所述第一电容的一端连接至第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极连接的公共节点,第一电容另一端连接至谐振电容C1的一端,所述第二电容的一端连接至第二NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接的公共节点,第二电容另一端连接至谐振电容C1的另一端。所述去耦电容C2的一端连接至整流器和滤波器的连接间节点,去耦电容C2的另一端接地。
优选的,所述滤波器包括带通滤波器、电阻反馈放大器、反相器、脉冲产生器,所述带通滤波器的中心频率为二阶交调信号频率,抑制其他谐波信号,得到二阶交调信号,所述带通滤波器的输出连接至电阻反馈放大器,放大二阶交调信号的摆幅,然后通过反相器,得到方波信号,所述方波信号输入到脉冲产生器,产生脉冲信号,该脉冲信号作为参考信号输入到振荡器,使振荡器跟随参考信号的频率,产生所需的频率信号。
一种基于双频无线供电的频率信号产生方法,具体为:接收天线T2接收发射天线T1发射的两个不同频率的射频信号,后将射频信号输入至整流器,整流器将所述射频信号整流为直流电压,由于整流器的非线性,输出的直流电压中包含不同阶次的谐波信号,所述谐波信号通过去耦电容C2降噪后,输入到所述滤波器,通过调整滤波器的通带范围,抑制无关频率信号,得到所需的频率信号,同时放大信号摆幅,输入到所述振荡器,用于振荡器的参考信号。
有益效果:
本发明在无线供电芯片***中,为芯片提供了所需的频率信号,无需晶振,提升芯片的集成度;与传统的片上自由振荡器的方案相比,本发明产生的频率信号基于注入锁定,具有低噪声的优势;同时,本发明通过两个频率信号的二阶非线性产生所需的频率信号,这与传统的基于无线供电信号的频率产生不同,本发明不需要分频器,这就节省了芯片的面积与功耗。
附图说明
图1是本发明的电路原理图;
图2是本发明的电路图;
图3是本发明实施例1的电路原理图;
图4是本发明实施例2的电路原理图;
图5是本发明实施例3的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和效果更加清楚明白,以下结合说明书附图和实施例,对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示,一种基于双频无线供电的频率信号产生电路,使用两个频率信号f1和f2进行无线供电,由天线接收后传输到整流器,由于整流器的非线性,输出中会含有两发射频率的差频的二阶交调信号,以及不同阶次的谐波,整流器的输出经带通滤波器滤波,抑制无关频率信号,得到所需的二阶交调信号,然后由电阻反馈放大器放大信号的摆幅,经过反相器将二阶交调信号放大为方波,再通过脉冲产生电路将方波转化为脉冲波,可以用于振荡器电路的参考信号,使振荡器的振荡频率跟随固定的参考频率,解决了工艺、温度、电压等条件对振荡器的振荡频率的影响,同时节省功耗和面积,避免了使用片外晶振的方案。
具体的,该电路包括:发射端、互感天线、谐振网络、整流器、滤波器和振荡器。
所述发射器包括:第一射频信号源f1、第二射频信号源f2、第一功率放大器PA1、第二功率放大器PA2、功率合成器P,所述互感天线由发射天线T1和接收天线T2组成。
所述第一射频信号源f1、第二射频信号源f2分别输入第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2,所述第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2的输出端均连接至功率合成器P的输入端,功率合成器P的输出端连接至发射天线T1,所述接收天线T2和发射天线T1通过电感耦合,并联有谐振网络,所述谐振网络为谐振电容C1,谐振电容C1与接收天线T2在通信频率上谐振,以实现射频信号的最大增益传输;接收天线T2输入端接收发射天线T1发射的双频射频信号,输出端连接至整流器的输入端;
所述整流器由若干整流电路和去耦电容C2组成,所述整流电路包括:第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一电容和第二电容组成,所述第一NMOS管的栅极连接第一PMOS管的栅极,所述第二NMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极,第一NMOS管的漏极连接第一PMOS管的漏极,所述第二NMOS管的漏极连接第二PMOS管的漏极,所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极连接后接地,所述第一PMOS管的源极与第二PMOS管的源极连接后接下一组整流电路,所述第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极连接的公共节点连接至第二NMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极连接的公共节点,所述第一NMOS管的栅极与第一PMOS管栅极连接的公共节点连接至第二NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接的公共节点,所述第一电容的一端连接至第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极连接的公共节点,第一电容另一端连接至谐振电容C1的一端,所述第二电容的一端连接至第二NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接的公共节点,第二电容另一端连接至谐振电容C1的另一端。所述去耦电容C2的一端连接至整流器和滤波器的连接间节点,去耦电容C2的另一端接地;
所述滤波器包括带通滤波器、电阻反馈放大器、反相器、脉冲产生器。
所述整流器的输出端连接至带通滤波器,所述带通滤波器的中心频率为二阶交调信号频率,抑制其他谐波信号,得到二阶交调信号,所述带通滤波器的输出连接至电阻反馈放大器,放大二阶交调信号的摆幅,然后通过反相器,得到方波信号;所述方波信号输入到脉冲产生器,产生脉冲信号;该脉冲信号作为参考信号输入到振荡器,使振荡器跟随参考信号的频率,产生所需的频率信号。
实施例1:
如图3所示的是:本发明的电路提取出注入锁定环形振荡器所需的参考频率信号,并将该频率输入注入锁定环形振荡器,为环形振荡器提供参考信号,产生跟随参考信号的频率信号。
实施例2:
如图4所示的是:本发明的电路提取出注入锁定LC振荡器所需的参考频率信号,并将该频率输入注入锁定LC振荡器,为LC振荡器提供参考信号,所述LC振荡器采用注入锁定技术,产生跟随参考信号的频率信号。
实施例3:
如图5所示的是:本发明的电路提取出锁相环所需频率的参考信号,并将该频率信号输入锁相环,为锁相环提供参考信号,所述锁相环产生与参考信号同频同相的频率信号。
在无线供电芯片***中,本发明的一种基于双频无线供电的频率信号产生方法,具体为:所述发射端发射两个不同频率的信号,所述接收天线T2接收发射天线T1发射的两个不同频率的射频信号,后将射频信号输入至整流器,整流器将所述射频信号整流为直流电压,由于整流器的非线性,输出直流电压中包含不同频率的谐波信号,所述谐波信号通过去耦电容C2降噪后,经滤波器滤除无关谐波分量,得到所需频率信号,用于满足***电路的不同需求,如提供电路的时钟,或者通信电路的本振信号、载波产生信号等。本发明不需晶振、分频器,具有低噪声的优势,并节省了芯片的面积与功耗。
Claims (5)
1.一种基于双频无线供电的频率信号产生电路,其特征在于,包括:发射端、互感天线、谐振网络、整流器、滤波器、振荡器,所述发射端包括射频信号源f1和f2、功率放大器PA1和PA2、功率合成器P,所述互感天线包括:发射天线T1和接收天线T2,所述发射端产生两个不同频率的射频信号,所述接收天线T2接收射频信号,输出端连接至谐振网络,所述谐振网络与接收天线T2谐振,谐振网络输出端连接至整流器,所述整流器的输出端连接滤波器的输入端,所述滤波器抑制整流器输出中的无关频率信号,将所需频率信号放大并作为参考信号输入到振荡器;
所述发射器用于发射两个不同频率的射频信号,所述接收天线T2和谐振网络用于接收发射天线T1发射的两个不同频率的射频信号,将射频信号输入至整流器,所述谐振网络用于实现射频信号的最大增益传输,所述整流器用于将接收到的射频信号整流为直流电压,并将信号降噪后输入至滤波器,所述滤波器用于将输入的信号进行滤波和放大处理,通过调整滤波器的通带范围,抑制无关频率信号,得到所需的频率信号,输入到所述振荡器,用于振荡器的参考信号。
2.如权利要求1所述的一种基于双频无线供电的频率信号产生电路,其特征在于,所述发射端包括:第一射频信号源f1、第二射频信号源f2、第一功率放大器PA1、第二功率放大器PA2和功率合成器P,所述第一射频信号源f1、第二射频信号源f2分别输入第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2,所述第一功率放大器PA1和第二功率放大器PA2的输出端均连接至功率合成器P的输入端,功率合成器P的输出端连接至发射天线T1,所述接收天线T2和发射天线T1通过电感耦合,所述谐振网络包括谐振电容C1,谐振电容C1与接收天线T2在通信频率上谐振。
3.如权利要求1所述的一种基于双频无线供电的频率信号产生电路,其特征在于,所述整流器由若干整流电路和去耦电容C2组成,所述整流电路包括:第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一电容和第二电容组成,所述第一NMOS管的栅极连接第一PMOS管的栅极,所述第二NMOS管的栅极连接第二PMOS管的栅极,第一NMOS管的漏极连接第一PMOS管的漏极,所述第二NMOS管的漏极连接第二PMOS管的漏极,所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的源极连接后接地,所述第一PMOS管的源极与第二PMOS管的源极连接后接下一组整流电路,所述第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极连接的公共节点连接至第二NMOS管的栅极与第二PMOS管的栅极连接的公共节点,所述第一NMOS管的栅极与第一PMOS管栅极连接的公共节点连接至第二NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接的公共节点,所述第一电容的一端连接至第一NMOS管的漏极与第一PMOS管的漏极连接的公共节点,第一电容另一端连接至谐振电容C1的一端,所述第二电容的一端连接至第二NMOS管的漏极与第二PMOS管的漏极连接的公共节点,第二电容另一端连接至谐振电容C1的另一端,所述去耦电容C2的一端连接整流器的输出端,另一端接地。
4.如权利要求1所述的一种基于双频无线供电的频率信号产生电路,其特征在于,所述滤波器包括带通滤波器、电阻反馈放大器、反相器、脉冲产生器,所述带通滤波器的中心频率为二阶交调信号频率,抑制其他谐波信号,得到二阶交调信号,所述带通滤波器的输出连接至电阻反馈放大器,放大二阶交调信号的摆幅,然后通过反相器,得到方波信号,所述方波信号输入到脉冲产生器,产生脉冲信号,该脉冲信号作为参考信号输入到振荡器,使振荡器跟随参考信号的频率,产生所需的频率信号。
5.一种基于双频无线供电的频率信号产生方法,其特征在于,具体为:接收天线T2接收发射天线T1发射的两个不同频率的射频信号,后将射频信号输入至整流器,整流器将所述射频信号整流为直流电压,由于整流器的非线性,输出的直流电压中包含不同阶次的谐波信号,所述谐波信号通过去耦电容C2降噪后,输入到所述滤波器,通过调整滤波器的通带范围,抑制无关频率信号,得到所需的频率信号,同时放大信号摆幅,输入到所述振荡器,用于振荡器的参考信号。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210713 |