应用于无源RFID标签芯片的LDO设计与实现

摘要

RFID（Radio Frequency Identification），即射频识别，是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递的自动识别技术。RFID标签芯片主要由射频模拟前端（RF Analog Front_end）、数字控制部分(Digital Controller)和存储器（Memory）构成。对于无源RFID标签芯片，电源产生电路是其中的关键部分,电源稳定性决定着数字部分与存储器能否正常工作。能量首先由天线获取经过一个整流电路产生一个初始电源，但初始电源的电压值会随着读写距离的变化而变化，不能直接作为电源。因此需要一个稳压电路来产生一个稳定的电压作为电源。本文采用LDO(Low Dropout Linear Regulator)低压差线性稳压器来产生一个稳定的电压作为RFID的供电电源。
　　首先，针对RFID标签芯片的具体应用，给出了本文LDO的设计指标，输入电压范围为2~11V，输出电压范围为1.62V~1.98V，最大负载电流为1mA，静态功耗小于30μA。对LDO的基本结构以及工作原理进行介绍，并对LDO系统稳定性进行分析研究，提出了一种采用动态零极点补偿方式的LDO结构。
　　其次，基于SMIC0.18μm EEPROM2P4M工艺，给出了LDO主要模块电路的设计，包括电流偏置、带隙基准电路、误差放大器、调整管以及反馈网络。并给出了主要电路的仿真结果。
　　最后，对本文设计的LDO结构进行仿真验证，使用Cadence Spectre对电路的各项指标进行仿真验证，仿真结果表明在最大负载电流1mA下，输入输出电压差小于0.3V，线性调整率为1.4％，负载调整率最大为0.18V/mA，相位裕度达到61.08°，温度系数小于40ppm/℃。版图面积为270μm×170μm。仿真结果均达到的设计目标，可以成功应用于无源RFID标签芯片。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 LDO的国内外研究动态与发展趋势

1.3论文主要工作与结构安排

2 LDO低压差线性稳压器理论研究分析

2.1 LDO基本结构与基本原理

2.2 LDO主要性能指标

2.3 LDO的稳定性分析及补偿方式

2.3 本章小节

3 无源RFID标签芯片的LDO设计

3.1 电流偏置电路设计

3.1 带隙基准电路(BG)设计

3.2 误差放大器(EA)设计

3.3 调整管设计

3.4 反馈电阻网络设计

3.5 本章小节

4 LDO整体电路仿真验证

4.1 压差(Dropout)与线性调整率(Line Regulation)仿真验证

4.2 静态电流（Quiescent Current）仿真验证

4.3 瞬态响应与负载调整率 (Load Regulation)仿真验证

4.4 温度系数仿真验证

4.4 AC仿真验证

4.5 电源抑制比仿真验证

4.6 本章小结

5 LDO版图设计与分析

5.1 版图设计研究与分析

5.2 LDO版图设计

5.3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献