13.56MHz无源射频识别芯片模拟前端设计

摘要

射频识别(Radio Frequency Identification)技术，是一种通过射频信号耦合实现无接触识别的技术。与传统磁卡及IC卡相比，RFID具有存储容量大、识别距离远、穿透力强、寿命长等优点，在交通物流、制造业、零售业等众多领域得到了广泛的应用。
　　本文研究设计了符合ISO14443协议标准的13.56MHz高频无源电子标签芯片模拟前端电路，并针对RFID芯片低成本、低功耗的要求对电路进行了优化。针对标签芯片需要高效 AC/DC整流电路，在传统 NMOS交叉耦合整流电路的基础上提出了一种阈值补偿型整流电路，补偿了电路中二级管连接的MOS管造成的阈值电压损失，从而提高电路的能量转换效率。当整流电路输入射频信号载波振幅为3V时，输出电平达到2.46V，能量转换效率达83.6％。针对标签芯片需要能够产生连续稳定的时钟信号的时钟电路，提出了一种基于锁相环和锁相环使能控制电路的时钟电路，电路能够在外界射频信号存在信号凹槽的情况下产生连续的低频率偏差时钟信号。当射频信号载波频率为13.56MHz时，时钟电路输出为相同频率的连续时钟信号，频率偏差＜100kHz。针对标签芯片模拟前端其他关键电路进行了研究。首先，介绍了一种超级源跟随器，在其基础上设计了一种瞬态增强型 LDO，电路具有良好的瞬态响应特性和电源抑制比特性；然后，根据亚阈值MOS管的温度特性设计了一种低功耗亚阈值区基准电路，该电路能够输出与温度和电源电压无关的基准电压和基准电流；随后，设计了一种上电复位电路；最后，分析了采用时钟电路中的信号凹槽检测电路做解调电路的可行性，避免使用包络检波电路引入大电阻电容占用芯片面积。以上电路采用SMIC0.13μmCMOS工艺进行仿真验证，仿真结果显示本文设计的模拟前端关键电路工作状况良好，满足设计预期要求。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 RFID关键问题及RFID标签芯片研究重点

1.3 论文研究内容与贡献

1.4 论文组织结构

第二章 13.56MHz高频RFID系统原理及协议分析

2.1 高频RFID系统构架原理

2.2 高频RFID标签芯片整体构架

2.3 ISO14443协议

2.4 RFID标签芯片设计重点

第三章 AC/DC整流电路设计

3.1 整流电路常用结构

3.2 阈值补偿技术

3.3 阈值补偿型高效AC/DC整流电路

3.4 电路的仿真结果

3.5 小结

第四章 时钟电路设计

4.1 时钟电路相关要求和常见电路

4.2 锁相环工作原理

4.3 时钟电路设计方案

4.4 VCO设计

4.5 时钟提取电路设计

4.6 鉴相器设计

4.7 电荷泵电路和低通滤波器设计

4.8 PLL使能信号电路

4.9 时钟电路整体工作状态和波形数据

4.10 小结

第五章 13.56MHz电子标签模拟前端其他关键电路设计

5.1 稳压电路LDO设计

5.2 基准电路设计

5.3 上电复位电路

5.4 解调电路

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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