CN205983517U - 一种用于无源标签的节电电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于无源标签的节电电路，其包括有：天线，用于耦合交流磁场而产生电压；限幅模块，用于当天线的输出电压超过预设的电压阈值时：产生触发信号、增大天线的泄放电流以及拉低天线两端电压；整流模块，对天线经过限幅后的电压进行整流；储能模块，其连接于整流模块的输出端并且用于存储电能；剩余能量储存模块，用于接收所述触发信号而存储天线的泄放电流；低压报警检测模块，用于当所述储能模块的输出电压低于预设值时输出导通信号；开关模块，用于接收所述导通信号而将剩余能量储存模块存储的电压传输至储能模块。本实用新型不仅能够将天线泄放的电流存储下来，还可以节省能源、保护标签电源接口和提高标签稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及无源电子标签，尤其涉及一种用于无源标签的节电电路。
背景技术
目前射频识别技术被广泛用于手机支付、交通和零售业，尤其是无源标签芯片，不需要外部供电，工作距离远，且能适应恶劣环境工作，具有便携、易操作、识别率高等优点。
现有的13.56MHz无源标签的射频接口电路如图3和图4所示，主要由天线接口100、电源产生模块101、数据解调模块102、数据调制模块103、时钟恢复模块104和数字部分105组成，其中电源产生模块101包括限幅106、整流107、储能108和稳压109，其中，限幅部分会将电压限制在一个较低的安全电压范围内，并将多余的能量泄放或者消耗掉，虽然起到了保护内部电路的作用，但也使部分能量流失。特别是针对符合ISO14443-A国际标准的标签，当标签距离读头太远且“间隙”期间，提供稳定的电源电压是一个难点，电源电压不稳会直接影响性能，使标签不能工作或出错。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能够将天线泄放的电压存储并用于辅助供电，进而节省能源、保护标签电源接口、提高标签稳定性的节电电路。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。
一种用于无源标签的节电电路，其包括有：一天线，用于耦合交流磁场而产生电压；一限幅模块，其连接于天线，所述限幅模块用于当天线的输出电压超过预设的电压阈值时：产生一触发信号、增大天线的泄放电流以及拉低天线两端电压；一整流模块，其并联于天线，所述整流模块用于对天线经过限幅后的电压进行整流；一储能模块，其连接于整流模块的输出端并且用于存储电能；一剩余能量储存模块，其输入端连接于天线，所述剩余能量储存模块用于接收所述触发信号而存储天线的泄放电流；一低压报警检测模块，用于采集储能模块的输出电压，并且当所述储能模块的输出电压低于预设值时输出一导通信号；一开关模块，其连接于剩余能量储存模块与储能模块之间，所述开关模块用于接收所述导通信号而将剩余能量储存模块存储的电能传输至储能模块。
优选地，所述限幅模块包括有第一MOS管，所述第一MOS管的栅极和漏极均连接于天线的一端，所述第一MOS管的源极与地之间依次串联有第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接点用于输出触发信号。
优选地，所述限幅模块还包括有第二MOS管，所述第二MOS管的栅极和漏极均连接于天线的另一端，所述第二MOS管的源极与第一MOS管的源极相连接。
优选地，所述限幅模块还包括有第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极分别连接于天线的两端，所述第三MOS管的源极和第四MOS管的源极接地，所述第二分压电阻与地之间串联有第三分压电阻，所述第二分压电阻与第三分压电阻连接点的电压传输至第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极。
优选地，所述剩余能量储存模块包括有第五MOS管和第六MOS管，所述第五MOS管的漏极和第六MOS管的漏极分别连接于天线的两端，所述第五MOS管的栅极和第六MOS管的栅极均用于接收触发信号，所述第五MOS管源极的电压和第六MOS管源极的电压均传输至一储能电容的第一端，所述储能电容的第二端接地。
优选地，所述剩余能量储存模块还包括有第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管、第三二极管和第四二极管依次串联，所述第一二极管的阳极连接于第五MOS管的源极，所述第四二极管的阴极连接于储能电容的第一端，所述第二二极管的阳极连接于第六MOS管的源极，所述第二二极管的阴极连接于第三二极管的阳极。
优选地，所述低压报警检测模块包括有比较器，所述储能模块的输出端通过依次串联的第一采样电阻和第二采样电阻接地，所述第一采样电阻和第二采样电阻连接点的电压传输至比较器的反相端，所述比较器的同相端用于接入基准电压，当所述储能模块的输出电压经第一采样电阻和第二采样电阻分压采样后小于基准电压时，所述比较输出一高电平导通信号。
优选地，所述开关模块包括有第七MOS管，所述第七MOS管的漏极和源极连接于储能电容与储能模块之间，所述第七MOS管的栅极连接于比较器的输出端，当所述第七MOS管导通时，将储能电容的电压传输至储能模块。
本实用新型公开的用于无源标签的节电电路中，当天线的输出电压小于预设的电压阈值时，说明该电压处于安全范围，可经过整流模块整流后存储于储能模块；当天线的输出电压大于预设的电压阈值时，则因电压过大会对后续电路造成不良影响，此时，由限幅模块输出触发信号而令剩余能量储存模块存储天线的泄放电流，在起到电路保护作用的同时，还能够将泄放的电能进行存储。为保证电能的合理利用，当低压报警检测模块采集到储能模块的输出电压过低时，利用导通信号驱动开关模块导通，使得剩余能量储存模块存储的电能加载于储能模块，进而起到辅助供电的作用。通过以上原理可以看出，本实用新型不仅能够将天线的泄放电流存储，还可以节省能源、保护标签电源接口和提高标签稳定性。
附图说明
图1为本实用新型节电电路的组成框图。
图2为本实用新型节电电路的原理图。
图3为现有无源标签的射频接口电路框图。
图4为图3中电源产生模块的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作更加详细的描述。
本实用新型公开了一种用于无源标签的节电电路，结合图1和图2所示，其包括有一天线L0、一限幅模块1、一整流模块2、一储能模块3、一剩余能量储存模块4、一低压报警检测模块5及一开关模块6，其中：
所述天线L0用于耦合交流磁场而产生电压；
所述限幅模块1连接于天线L0，所述限幅模块1用于当天线L0的输出电压超过预设的电压阈值时：产生一触发信号、增大天线的泄放电流以及拉低天线两端电压；
所述整流模块2并联于天线L0，所述整流模块2用于对天线L0经过限幅后的电压进行整流；
所述储能模块3连接于整流模块2的输出端并且用于存储电能；
所述剩余能量储存模块4的输入端连接于天线L0，所述剩余能量储存模块4用于接收所述触发信号而存储天线L0的泄放电流；
所述低压报警检测模块5用于采集储能模块3的输出电压，并且当所述储能模块3的输出电压低于预设值时输出一导通信号；
所述开关模块6连接于剩余能量储存模块4与储能模块3之间，所述开关模块6用于接收所述导通信号而将剩余能量储存模块4存储的电能传输至储能模块3。
上述用于无源标签的节电电路中，当天线L0的输出电压小于预设的电压阈值时，说明该电压处于安全范围，可经过整流模块2整流后存储于储能模块3；当天线L0的输出电压大于预设的电压阈值时，则因电压过大会对后续电路造成不良影响，此时，由限幅模块1输出触发信号而令剩余能量储存模块4存储天线L0的泄放电流，在起到电路保护作用的同时，还能够将泄放的电能进行存储。为保证电能的合理利用，当低压报警检测模块5采集到储能模块3的输出电压过低时，利用导通信号驱动开关模块6导通，使得剩余能量储存模块4存储的电能加载于储能模块3，进而起到辅助供电的作用。通过以上原理可以看出，本实用新型不仅能够将天线的泄放电流存储，还可以节省能源、保护标签电源接口和提高标签稳定性。
进一步地，关于限幅模块1的具体电路结构，所述限幅模块1包括有第一MOS管N5，所述第一MOS管N5的栅极和漏极均连接于天线L0的一端，所述第一MOS管N5的源极与地之间依次串联有第一分压电阻R4和第二分压电阻R2，所述第一分压电阻R4和第二分压电阻R2的连接点用于输出触发信号。
上述电路的作用可以对天线L0输出侧的一条支路进行限幅，为了保证天线L0的两条支路均能够得以限幅，所述限幅模块1还包括有第二MOS管N6，所述第二MOS管N6的栅极和漏极均连接于天线L0的另一端，所述第二MOS管N6的源极与第一MOS管N5的源极相连接。工作原理为：无论天线L0的哪条支路电压超过预设的电压阈值，均能通过第一分压电阻R4和第二分压电阻R2而产生触发信号。该预设的电压阈值可以由第一MOS管N5和第二MOS管N6的门限电压，以及第一分压电阻R4和第二分压电阻R2的电阻值而计算得出。
关于电流泄放部分，当天线L0输出的电压远远超过上述电压阈值时，需将多余的电流泄放，用于实现该功能的泄放模块为：所述限幅模块1还包括有第三MOS管N1和第四MOS管N2，所述第三MOS管N1的漏极和第四MOS管N2的漏极分别连接于天线L0的两端，所述第三MOS管N1的源极和第四MOS管N2的源极接地，所述第二分压电阻R2与地之间串联有第三分压电阻R3，所述第二分压电阻R2与第三分压电阻R3连接点的电压传输至第三MOS管N1的栅极和第四MOS管N2的栅极。通过将第一分压电阻R4、第二分压电阻R2和第三分压电阻R3依次串联，可以产生两个档位的电压，这两路电压分别用于触发剩余能量储存模块4和泄放模块，进而达到电能存储和过压泄放的功能。
本实施例中，关于剩余能量储存模块4的具体结构，所述剩余能量储存模块4包括有第五MOS管N3和第六MOS管N4，所述第五MOS管N3的漏极和第六MOS管N4的漏极分别连接于天线L0的两端，所述第五MOS管N3的栅极和第六MOS管N4的栅极均用于接收触发信号，所述第五MOS管N3源极的电压和第六MOS管N4源极的电压均传输至一储能电容C4的第一端，所述储能电容C4的第二端接地。该电路通过触发第五MOS管N3和第六MOS管N4导通，使得天线L0的输出电压能够传输至储能电容C4。
作为一种优选方式，所述剩余能量储存模块4还采用了电荷泵电路，该电荷泵包括有第一二极管D0、第二二极管D1、第三二极管D2和第四二极管D3，所述第一二极管D0、第三二极管D2和第四二极管D3依次串联，所述第一二极管D0的阳极连接于第五MOS管N3的源极，所述第四二极管D3的阴极连接于储能电容C4的第一端，所述第二二极管D1的阳极连接于第六MOS管N4的源极，所述第二二极管D1的阴极连接于第三二极管D2的阳极。
作为一种优选方式，所述低压报警检测模块5包括有比较器U1，所述储能模块3的输出端通过依次串联的第一采样电阻R5和第二采样电阻R6接地，所述第一采样电阻R5和第二采样电阻R6连接点的电压传输至比较器U1的反相端，所述比较器U1的同相端用于接入基准电压，当所述储能模块3的输出电压经第一采样电阻R5和第二采样电阻R6分压采样后小于基准电压时，所述比较U1输出一高电平导通信号。利用比较器U1配合电压采样，可以进一步提高电压采集、判断的准确度。
进一步地，关于开关模块6的具体结构，所述开关模块6包括有第七MOS管P3，所述第七MOS管P3的漏极和源极连接于储能电容C4与储能模块3之间，所述第七MOS管P3的栅极连接于比较器U1的输出端，当所述第七MOS管P3导通时，将储能电容C4的电压传输至储能模块3。
基于本实用新型公开的节电电路，标签在使用过程中，当标签和读头的相对位置一定时，标签感应到的能量是一定的，若此时标签接收的能量太强，则标签天线两端的电压可能会过大，进而损坏内部电路。为了避免这种情况，通常在接口部分采用限幅电路将天线两端的电压限制在安全范围内，这样就可能会产生一个高达100mA的电流，如果直接接入后续电路，可能会烧毁电路。本实用新型将这部份剩余能量存储起来，当低压报警监测模块发出供能不足的信号后，再以合适的功率向储能模块供能，以此改善输出电源的稳定性，此外，本实用新型在帮助限幅电路承担了部分大电流的同时，也起到了保护接口电路的作用。
以上所述只是本实用新型较佳的实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本实用新型所保护的范围内。
Claims (8)
1.一种用于无源标签的节电电路，其特征在于，包括有：
一天线，用于耦合交流磁场而产生电压；
一限幅模块，其连接于天线，所述限幅模块用于当天线的输出电压超过预设的电压阈值时：产生一触发信号、增大天线的泄放电流以及拉低天线两端电压；
一整流模块，其并联于天线，所述整流模块用于对天线经过限幅后的电压进行整流；
一储能模块，其连接于整流模块的输出端并且用于存储电能；
一剩余能量储存模块，其输入端连接于天线，所述剩余能量储存模块用于接收所述触发信号而存储天线的泄放电流；
一低压报警检测模块，用于对储能模块的输出电压采样，并且当所述储能模块的输出电压低于预设值时输出一导通信号；
一开关模块，其连接于剩余能量储存模块与储能模块之间，所述开关模块用于接收所述导通信号而将剩余能量储存模块存储的电能传输至储能模块。
2.如权利要求1所述的用于无源标签的节电电路，其特征在于，所述限幅模块包括有第一MOS管，所述第一MOS管的栅极和漏极均连接于天线的一端，所述第一MOS管的源极与地之间依次串联有第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和第二分压电阻的连接点用于输出触发信号。
3.如权利要求2所述的用于无源标签的节电电路，其特征在于，所述限幅模块还包括有第二MOS管，所述第二MOS管的栅极和漏极均连接于天线的另一端，所述第二MOS管的源极与第一MOS管的源极相连接。
4.如权利要求3所述的用于无源标签的节电电路，其特征在于，所述限幅模块还包括有第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极分别连接于天线的两端，所述第三MOS管的源极和第四MOS管的源极接地，所述第二分压电阻与地之间串联有第三分压电阻，所述第二分压电阻与第三分压电阻连接点的电压传输至第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极。
5.如权利要求1、2、3或4所述的用于无源标签的节电电路，其特征在于，所述剩余能量储存模块包括有第五MOS管和第六MOS管，所述第五MOS管的漏极和第六MOS管的漏极分别连接于天线的两端，所述第五MOS管的栅极和第六MOS管的栅极均用于接收触发信号，所述第五MOS管源极的电压和第六MOS管源极的电压均传输至一储能电容的第一端，所述储能电容的第二端接地。
6.如权利要求5所述的用于无源标签的节电电路，其特征在于，所述剩余能量储存模块还包括有第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管、第三二极管和第四二极管依次串联，所述第一二极管的阳极连接于第五MOS管的源极，所述第四二极管的阴极连接于储能电容的第一端，所述第二二极管的阳极连接于第六MOS管的源极，所述第二二极管的阴极连接于第三二极管的阳极。
7.如权利要求6所述的用于无源标签的节电电路，其特征在于，所述低压报警检测模块包括有比较器，所述储能模块的输出端通过依次串联的第一采样电阻和第二采样电阻接地，所述第一采样电阻和第二采样电阻连接点的电压传输至比较器的反相端，所述比较器的同相端用于接入基准电压，当所述储能模块的输出电压经第一采样电阻和第二采样电阻分压采样后小于基准电压时，所述比较输出一高电平导通信号。
8.如权利要求7所述的用于无源标签的节电电路，其特征在于，所述开关模块包括有第七MOS管，所述第七MOS管的漏极和源极连接于储能电容与储能模块之间，所述第七MOS管的栅极连接于比较器的输出端，当所述第七MOS管导通时，将储能电容的电压传输至储能模块。
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