基于ISO14443A协议的RFID芯片模拟前端设计
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3 模拟前端电路设计
3．1 电源产生
图3为电源产生电路，由整流器和限幅器组成。当卡与读卡器无数据交互时，读卡器向空间中发射13．56MHz的正弦交变电磁场。图3中L为片外电感，C为片内电容，LC匹配的谐振频率为13．56 MHz，C1为稳压储能电容。当卡由远及近靠近读卡器时，LC发生谐振，RF1和RF2上的电压被谐振电路抬高，整流器开始工作，将正弦交变电压转化为直流电压VDD。当空间中电磁场强度很弱时，VDD电压值较低，不能给芯片供电。随着卡靠近读卡器，LC耦合得到的能量变强，VDD升高到芯片工作所需要的额定电压，芯片开始工作。但是，若卡继续靠近读卡器，VDD会继续上升，上升到超过MOS的击穿电压时芯片内的器件会被烧坏而失效。所以，需要引入限幅器，使VDD稳定在芯片工作的额定电压，这里设定的是2V。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/156001.htm
限幅器的设计需要满足两点要求：第一，可精确调节；第二，高增益。正常情况下读卡器提供的能量大于其正常工作需要的能量，多余的能量需要限幅器泄放掉。随着卡靠近读卡器，RF1和RF2的电压升高，VDD和Vdect跟随RF1、RF2上升，当：
VDD≈V_dect=3Vthp+VREF (1)
此时，M61、M62、M63组成的支路导通，M51的尺寸远大于M52的尺寸，二者构成的反相器翻转阈值为V_dect—Vthp，当M61所在支路导通时，M51和M52构成的反相器翻转，X输出高电压，使M7打开，RF1和RF2通过M31、M32泄流，从而电压VDD被箝位稳定在式(1)所示的值上。反相器高增益使限幅器的灵敏度提高，当VDD恰好达到式(1)时，限幅器就开始泄流稳压，使VDD不随读卡器能量的变化而变化，以及不随负载的变化而变化。高增益的限幅器可以看作理想的稳压二极管。由式(1)可知，只需调节VREF即可得到精确的想要的VDD，例如Vthp=0．4 V，需要VDD=2 V，只需设定VREF=0．8 V即可。此处设计的限幅器可以看作电压可精确调节的理想稳压二极管。
3．2 数据接收
图4为数据接收电路，即解调电路。读卡器向卡发送的数据是载波为13．56 MHz、数据率为106 kb／s的100％的幅度调制信号，波形可以看作106 kHz的方波与13．56 MHz的正弦波的乘积。数据解调的原理是：当RF1电压为正弦波时(即有效数据1部分)，电压信号由D0、I0、C1、C2构成的包络检波整形。在A点得到直流电压为VREF6并带有一定纹波的电压信号，纹波的大小由C1、C2、I0的大小决定。选取REF6=0．6 V，VREF3=0．3 V，比较器输出高电压。当RF1电压由正弦变为0(有效数据0部分)时，由于A点信号反应速度高于放大器带宽，包络检波的A点电压迅速降低，使VAVREF3，比较器输出低电压，并且关闭放大器，使A点电压稳定在0，比较器的输出保持0，等待下一个数据。
由于工艺与温度的偏差，导致I0、C1、C2的值发生变化，A点的纹波大小会发生变化。在RF1为正弦波，也就是数据为1的时候，若A点的纹波大于2(VREF6～VREF3)，数据解调将发生错误。比较器在有效数据为1时应输出高电压，但是由于A点电压纹波过大导致比较器输出在数据为1输出13．56 MHz的方波，解调失败。可以通过提高VREF6的值，从而提高A点纹波的容忍度，来解决这个问题。但是若A点电压过高，使A点反应速度低于放大器带宽，数据由1变为0时，A点不能迅速作出反应，产生低电压，所以不能解调出数据0。所以VREF6的值的选取需要适中，最好可以由系统动态配置。
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