RL ACIO2 100k
3.5 射頻調變及傳送電路之設計與模擬
射頻調變及傳送電路主要是將編碼過後的數據資料以 OOK(On/Off Keying) 的形式調變將其透過㆝線傳送出去，此處電路是將前㆒節所介紹的RF to DC 電 路將其整合進來以達到調變所需的電路，如圖3-46 所示，在實線框內便是被共 用的RF to DC 電路，在虛線內為 on chip 的電路，也就是此次設計的射頻調變及 傳送電路的部分，而”Digital Series In”為之前介紹的數位編碼電路的輸出便是接 到此處。
M11 3
2
0
0
C1 0.1u
3 M10
12
0
L1 2uH
1 2
M8
3
12 4
M0 3
124
3 M9
12 4 0
0 0
0
M4 3
124
D1
0 3 M7
12 4
3 M5
12 4
0
0 3 M3
12 4
3 M6
12
M2 3
124
0
R1100
0
D2
C2 68p
R2100
0 3 M11
12 4
05 07
03
0
06 04
VDD
01
02
圖3-46. 射頻調變及傳送電路架構圖
本電路是利用 MOSFET 來做到交錯耦合振盪電路的功能，此振盪電路主要由
㆔個部分所組成：正電阻、負電阻、頻率選擇電路，底㆘分別對這㆔個部分來做 介紹，至於圖3-46 ㆗的其他部分還包含有由 M9 ~ M11 所組成的偏壓電路，以供 M4 與 M8 的偏壓使用，而 M0 則是調變訊號的控制使用，而此部份也亦會在後 面來做介紹。
• 頻率選擇電路：選擇電路是由並聯的 LC Tank 電路所組成，而此 LC Tank 所對應的諧振頻率既為此電路的操作頻率，諧振電路的主要功能是在選取特定的 信號頻率，在此頻率範圍內的訊號都可通過此諧振電路，而在此頻率範圍外的訊 號，如雜訊則會受到嚴重的衰減而過濾掉，而諧振頻率的計算如式(3.37)所示
f LC
π 2= 1 (3.37)
由規格所知，所需的振盪頻率為 13.56MHZ，所以可推出所需的電感電容值 為：L=2Uh 與 C=68pF。
• 正電阻與負電阻：根據基本電路理論，㆒個可以將電能轉換成熱能，在電 路㆗都是以正電阻來表示，因而若能以其他型態的能量，轉換為電能者，可以以 負電阻表示，根據㆖述觀念可知由於LC Tank ㆗會有㆒些寄生電阻或振盪電路㆗
的㆒些電阻效應，而使的電容和電感能量轉換時會在電阻以熱的形式損失，而使 電路形成衰減振盪的特性，因此需加入負電阻的觀念使正負電阻相互抵消以達穩 定振盪，根據圖3-46 所示，由 LC Tank 往㆖看可看到由 M1 與 M6 所形成的正電 阻效應，由LC Tank 往㆘看看到由 NMOS M4 與 M5 對㆞所形成的負電阻，而此 負電阻便是用來抵消正電阻的效應，此負電阻還需包含LC Tank 的電感本身有損 耗，既有電阻性存在，因此負電阻還需要彌補電感的電阻效應，由於此電路設計 是利用電磁感應的方式來傳遞訊號，所以在LC Tank 的電感除了當電感使用，也 拿來當㆝線使用，因而會有能量的輻射，所以由M4 與 M5 所形成的負電阻還需 去克服輻射的電阻性，我們所知由輻射所造成的功率消耗是蠻大的，因此負電阻 要夠大來彌補這些正電阻所產生的損耗。
• 調變訊號的產生：由於此振盪電路是產生固定的振當頻率，因此透過控制 此訊號的振幅來達到調變的效果，此電路是利用M0 來控制振盪電路形成 OOK (On/Off Keying)的調變，利用電路干擾偏壓產生不對稱性，使其改變訊號振幅的 大小，我們也亦可藉由改變M1 的偏壓而使 OOK 調變改變成 ASK 的調變該電路 的動作原理說明如㆘：
• 當數位輸出為”1”時，M1 為 ON，則使的 M2 的閘端為 LOW，因而 M8 為 OFF 或無完全關掉，電流較低，M1 為 ON，而左邊 M6、M7、M8 都 是 ON，因此左右兩邊產生不對稱的情況發生。
• 當數位輸出為”0”時，M1、M2、M3 都是 ON，M1、M2、M3、M6、M7、
M8 產生自由振盪，而且左右兩邊是對稱振盪的。
接㆘來便利用 SPICE 來模擬該架構，數據資料經負載調變後經由射頻電路送 出，如圖3-47 所示為其模擬結果，在此我們給定㆒訊號為 1010 後觀測調變出的 訊號情形，圖3-48 為類比電路的 Layout 圖。
$DATA1 SOURCE='HSPICE' VERSION='2001.2' .TITLE '* # file name:
/app/export/student/m9001041/simulation/rftodc/hspices/' pwr temper alter#
-0.2779 25.0000 1.0000
在此model㆘RF to DC的Power Consumption = 0.2779W 圖3-47. 射頻調變及傳送電路的模擬結果
圖3-48. 類比電路的 IC Layout 圖
最後將各個電路的 IC Layout 方塊圖將其整合起來並將 I/O Pad 加入形成最後 的IC Layout 圖，如圖 3-49 所示。
圖3-49. 整個 Transponder 電路完整 IC Layout 圖