ВЫПРЯМИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ ДЛЯ МЕТКИ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

Полезная модель относится к интегральным микросхемам меток радиочастотной идентификации, получающим электропитание за счет энергии поля, излучаемого считывающим устройством.
Известны метки радиочастотной идентификации без питающего элемента, взаимодействие которых с устройством считывания основано на принципе взаимной индукции. Когда антенна метки, настроенная на частоту излучения устройства считывания, попадает в создаваемое его антенной электромагнитное поле, в ней наводится переменный ток. Содержащийся в составе метки выпрямитель преобразует переменный ток в постоянное напряжение для питания всех остальных элементов метки. См., например, патент США №4333072, НПК 340/825, МПК G01S 9/56, опубликованный 1 июня 1982 г. [1].
Выпрямитель данной метки построен по мостовой схеме на диодах, выполненных на р-n переходах, которые пропускают ток только в прямом смещении с напряжением, превышающим некоторое пороговое значение, что уменьшает выпрямленное напряжение и этим снижает эффективность преобразования энергии поля, создаваемого считывающим устройством, особенно при большом удалении метки.
Этот недостаток в некоторой степени снижен у выпрямителя, выполненного на двух парах МОП-транзисторах с индуцированными каналами р и n типов проводимости, описанного в патенте США №6172608, НПК 340/572.1, МПК G08B 13/14, опубликованном 9 июня 2001 г. [2]. По технической сущности данное решение наиболее близко к заявляемой полезной модели.
Р-МОП-транзисторы в этом устройстве выполняют функции вентильных диодов, подключенных между выводами приемного колебательного контура и шиной положительного полюса напряжения питания метки, а n-МОП-транзисторы работают как ключи, попеременно соединяющие шину отрицательного полюса напряжения питания метки с одним их выводов приемного колебательного контура, который в этот момент имеет низкий потенциал.
Такое решения позволяет уменьшить снижение выпрямленного напряжения за счет минимизации падение напряжения на открытых ключевых n-МОП-транзисторах. Однако падение напряжения на вентильных диодах, реализованных на р-МОП-транзисторах, остается существенным.
Это является недостатком устройства - аналога.
Технический результат полезной модели заключается в уменьшении падения напряжения на выполняющих функции вентильных диодов р-МОП-транзисторах.
Технический результат, достигается тем, что в выпрямитель напряжения питания для метки радиочастотной идентификации, содержащий два МОП-транзистора с индуцированными каналами р-типа проводимости, подложки и стоки которых подключены к шине положительного полюса напряжения питания, и два МОП-транзистора с индуцированными каналами n-типа проводимости, подложки и стоки которых подключены к шине отрицательного полюса напряжения питания, истоки первых МОП-транзисторов обоих типов соединены и являются первым, а истоки вторых- вторым выводами подключения приемного колебательного контура соответственно, затвор первого n-МОП-транзистора соединен с истоком второго n-МОП-транзистора, затвор которого соединен с истоком первого n-МОП-транзистора, введены конденсатор и третий МОП-транзистор с индуцированным каналом p-типа проводимости, подложка и исток которого подключены к шине положительного полюса напряжения питания, а затвор и сток соединены с затворами первого и второго p-МОП-транзисторов и через конденсатор подключены к шине отрицательного полюса напряжения питания.
Указанное выполнение метки радиочастотной идентификации позволяет повысить эффективность работы выпрямителя за счет уменьшения снижение выпрямленного напряжения на выходе относительно амплитуды переменного входного напряжения.
Отличительными признаками полезной модели являются дополнительно введенные элементы и их связи.
Полезная модель поясняется чертежами. На Фиг. 1 изображена электрическая схема выпрямителя напряжения питания метки радиочастотной идентификации, на фиг. 2, 3 и 4 представлены эпюры напряжений на узлах схемы в начале работы устройства после подачи переменного напряжения, после снижения и обратного повышения его амплитуды.
П
П
П
Устройство содержит три МОП-транзистора 1, 2, 3 с индуцированными каналами p-типа проводимости, подложки которых, а также стоки р-МОП транзисторов 1, 2 и исток р-МОП-транзистора 3 подключены к шине +U положительного полюса напряжения питания, а затворы соединены со стоком р-МОП-транзистора 3 и через конденсатор 4 подключены к шине -U отрицательного полюса напряжения питания и два МОП-транзистора 5 и 6 с индуцированными каналами n-типа проводимости, подложки и стоки которых подключены к шине -U. Истоки МОП-транзисторов 1, 5 и МОП-транзисторов 2, 6 соответственно соединены и являются первым и вторым выводами 7 и 8 подключения приемного колебательного контура соответственно. Затвор n-МОП-транзистора 5 соединен с истоком n-МОП-транзистора 6, затвор которого соединен с истоком n-МОП-транзистора 5.
Чертеж фиг. 1 для пояснения работы устройства дополняют элементы приемного колебательного контура: антенная катушка 9 индуктивности и резонансный конденсатор 10, а также сглаживающий напряжение питания конденсатор 11.
7
8
3P
П
П
7
8
На диаграммах фиг. 2, 3 и 4 показаны напряжения U, U на выводах 7 и 8 соответственно, U на затворах р-МОП-транзисторов 1, 2, 3 и +U на шине положительного полюса напряжения питания, все относительно принятого за ноль напряжения -U. Для демонстрации изменений амплитуды выпрямляемого переменного напряжения каждая диаграмма дополнена эпюрой соответствующей разности U-U потенциалов на выводах 7 и 8.
П
П
При попадании метки в переменное электромагнитное поле, излучаемое устройством считывания с частотой, совпадающей с частотой настройки приемного колебательного контура, между выводами 7 и 8 возникает переменное напряжение синусоидальной формы, см. фиг. 2. Когда его амплитуда достигает и превосходит значение порогового напряжения затвор-исток n-МОП-транзисторов 5 и 6, они начинают попеременно открываться и подключать выводы 7 и 8, принимающие на тот момент самый низкий потенциал, к шине -U. А когда амплитуда напряжения между выводами 7 и 8 достигает и становится больше значения порогового напряжения р-МОП-транзисторов 1, 2, 3, транзисторы 1 и 2 тоже начинают попеременно открываться и подключать имеющий более высокий потенциал вывод 7 или 8 к шине +U.
3P
П
3P
П
П
П
Р-МОП-транзистор 3 и конденсатор 4 формируют потенциал U на затворах р-МОП-транзисторов 1, 2, 3 на уровне, смещенном относительно потенциала шины +U на величину порогового напряжения р-МОП-транзистора 3. В момент начала работы выпрямителя потенциал U на затворах р-МОП-транзисторов 1, 2, 3 равен потенциалу шины -U, так как заряд на конденсаторе 4 отсутствует и напряжение между его выводами равно нулю. Возникшее в результате работы МОП-транзисторов 1, 2 и 5, 6 напряжение между шинами +U и -U открывает р-МОП-транзистор 3 и ток его стока заряжает конденсатор 4 до тех пор, пока потенциал на его верхнем выводе не поднимется настолько, что р-МОП-транзистор 3 перестанет пропускать ток.
П
7
8
Напряжение с верхнего вывода конденсатора 4, поступая на затворы р-МОП-транзисторов 1 и 2, дает им возможность открываться при каждом достижении пикового значения потенциала на выводах 7 и 8 соответственно и добавлять заряд в конденсаторе 11, позволяя ему удерживать потенциал шины +U на уровне, приближающимся к амплитудному значению переменного напряжения U-U между выводами 7 и 8.
7
8
П
П
7
8
При снижении амплитуды переменного напряжения U-U во время перехода метки в режим модуляции (фиг. 3) каналы у р-МОП-транзисторов 1 и 2 перестают открываться и заряд конденсатора 11, расходуемый для питания метки, перестает пополняться, вследствие чего потенциал шины +U снижается. Конденсатор 4 удерживает потенциал узла затворов р-МОП-транзисторов 1, 2, 3 в условиях полного выключения его связи с шиной +U. Однако в результате паразитного действия цепей утечек, всегда присутствующих в интегральных МОП-структурах, заряд конденсатора 4 стекает и напряжение на нем снижается, хотя и значительно медленнее, чем на конденсаторе 11. Это позволяет устройству подстраиваться под небольшие и медленные снижения амплитуды напряжения U-U, не прерывая электропитания метки.
7
8
П
При повышении амплитуды напряжения U-U с первого же полупериода р-МОП-транзисторы 1 и 2 начинают открываться и добавлять заряд в конденсатор 11, см. фиг. 4, поднимая напряжение +U до близкого к величине амплитуды уровня.
Таким образом, выпрямитель напряжения питания с высокой эффективностью использует энергию переменного электромагнитного поля, излучаемого считывающим устройством, и оно может нормально взаимодействовать с меткой радиочастотной идентификации на большем расстоянии.