符合ISO/IEC 15693标准的RFID芯片模拟电路设计研究

摘要

射频识别(RFID：Radio Frequency Identification)技术是一种利用射频电磁感应的信息交互方式来实现目标识别的无线通信技术。RFID芯片的性能与价格是制约推广RFID技术应用的关键，因此自主设计一款具有自主知识产权的性价比高的RFID芯片对推广应用RFID系统产品具有非常重要的意义。 RFID芯片的物理性能和实际使用标准主要取决于RFID芯片的模拟电路部分。本论文设计一款高性能符合ISO/IEC 15693标准的RFID芯片模拟电路，在分析RFID系统基本工作原理的基础上，结合ISO/IEC 15693标准的要求，给出了RFID芯片电路设计的整体架构；并就RFID芯片中的各模拟电路功能模块进行了详细的电路设计，这些电路包括：电源获取电路、时钟提取和分频电路、数据解调和调制电路、上下电复位电路、电荷泵电路等；最后采用CSMC的0.6um CMOS工艺器件模型进行电路性能仿真，结果表明所设计芯片电路能符合ISO/IEC15693标准的工作要求。 本论文的创新点主要体现在：1、设计了一款新型的整流电路，消除了整流电路的阈值电压压降，提高了整流输出电压；2、在整流电路中利用MOS管的开关特性，抑制了储能电容上电荷的回流，提高了能量转换效率； 3、分别将100％ASK、10％ASK调制信号的解调输出与上、下电复位电路的输出合并成一个信号，简化了电路结构和后续处理电路，节省了芯片面积。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2 RFID研究发展概况和趋势

1.3 RFID标签模拟前端的关键技术

1.4论文的研究工作

第二章RFID系统的基本原理

2.1 RFID系统的分类及组成

2.2 RFID标准

2.3电感耦合RFID系统的工作原理

2.3.1电子标签的能量供应

2.3.2电子标签到阅读器的数据传输

2.4电磁反向散射耦合RFID系统的工作原理

2.4.1 电子标签的能量供应

2.4.2电子标签到阅读器的数据传输

2.5密耦合RFID系统的工作原理

2.5.1电子标签的能量供应

2.5.2电子标签到阅读器的数据传输

2.6阅读器到电子标签的数据传输

2.7 RFID系统的工作流程

2.8本章小结

第三章芯片的总体设计及通信接口

3.1 标签芯片模拟前端总体框图

3.2阅读器和电子标签的初始对话

3.3电子标签的能量供应

3.4阅读器到电子标签的通信信号接口

3.4.1调制

3.4.2数据速率和数据编码

3.4.3阅读器到电子标签的帧定义

3.5电子标签到阅读器的通信信号接口

3.5.1负载调制

3.5.2副载波

3.5.3数据速率

3.5.4位表示和编码

3.5.5电子标签到阅读器的帧定义

3.6本章小结

第四章模拟前端分析与设计

4.1 电源产生电路的设计

4.1.1整流电路

4.1.2限幅稳压电路

4.1.3 VDD稳压电路

4.2基准电压源

4.3解调电路的设计

4.3.1包络检波电路

4.3.2低通滤波电路

4.3.3迟滞比较电路

4.4调制电路的设计

4.4.1负载调制电路

4.4.2电平移位电路

4.4.3负载调制电路的仿真模型

4.5时钟产生和分频电路的设计

4.5.1时钟产生电路

4.5.2分频电路

4.6上电下电复位电路的设计

4.7四相位电荷泵电路的设计

4.8模拟前端整体电路

4.9本章小结

第五章电路仿真分析

5.1 电源产生电路

5.1.1整流电路的仿真

5.1.2 100%ASK调制时整流电路的仿真

5.1.3 10%ASK调制时整流电路的仿真

5.1.4限幅电路的仿真

5.1.5 VDD稳压电路的仿真

5.1.6电源产生电路的仿真

5.2解调电路

5.2.1低通滤波电路

5.2.2迟滞比较器的仿真

5.2.3解调电路的仿真

5.3上下电复位电路

5.4其它功能模块电路的仿真

5.4.1基准电压源

5.4.2负载调制电路

5.4.3时钟产生电路和分频电路

5.4.4四相位电荷泵电路

5.5模拟前端整体电路的仿真

5.6本章小结

第六章芯片工艺与版图设计

6.1工艺简介

6.2版图设计

6.3部分版图

6.3.1整流及负载调制电路

6.3.2误差比较电路

6.3.3迟滞比较电路

6.3.4四相位电荷泵电路

6.3.5带隙基准电路

6.4本章小结

第七章总结与展望

参考文献

致谢

附录