面向NFC应用的低功耗电子标签数字基带设计

摘要

电子标签，即射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)，是一种通过电磁耦合进行通信对象识别与非接触式数据交换的技术。随着物联网的发展和NFC应用的大力推广，RFID技术已经获得了良好的发展，并将继续得到广泛的应用。
　　本文主要研究设计一款面向NFC应用的电子标签芯片的数字基带。自主研发出该标签芯片的IP核，用于以IP硬件为基础进行应用层面的开发，并应用于中国金融集成电路芯片卡，还可为NFC技术对ISO14443-B的兼容提供设计支撑。本设计基于ISO/IEC14443-B的第2、3两部分，按照协议对标签芯片的射频功率和信号接口及初始化和防冲突流程进行了规范化设计，并添加了与应用层用户逻辑进行数据传输的接口。
　　根据设计目标，本文首先进行了自顶向下的设计，对电子标签芯片数字基带的系统架构进行了规划，并根据时序以及每个模块所需实现的功能进行了具体设计。然后，在数字基带自底向上的功能仿真时，首先验证每个模块的功能，再仿真整个系统，保证各模块正确地联合运作。由于NFC对功耗的要求很苛刻，因此本文还进行了低功耗设计，优化了78.4％的功耗，满足低功耗的要求。该设计最终的仿真测试结果与功能要求和期望指标相一致。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1．研究背景和意义

1．2．国内外研究现状和发展趋势

1．3．研究内容及方法

1．4．论文结构安排

第二章 设计综述

2．1．RFID的系统架构及工作原理

2．1．1．RFID的系统架构

2．1．2．RFID的工作原理

2．2．NFC介绍

2．3．ISO／IEC 14443-B协议分析

2．3．1．简介

2．3．2．PCD到PICC的通信

2．3．3．PICC到PCD的通信

2．3．4．初始化

2．3．5．命令集合

2．3．6．防冲突

2．3．7．PICC状态

2．4．CMOS低功耗设计方法

2．4．1．CMOS电路的功耗来源

2．4．2．CMOS低功耗设计方法

第三章 数字基带的系统架构设计

3．1．系统架构

3．2．功能描述

3．3．性能指标

3．4．端口描述

3．5．模块划分

第四章 数字基带的电路设计及低功耗处理

4．1．数字基带主要模块设计及分析

4．1．1．时钟产生模块(CGM)

4．1．2．电源管理模块(PWM)

4．1．3．串并转换模块(SHIFT)

4．1．4．指令译码模块(DEC)

4．1．5．循环冗余校验模块(CRC)

4．1．6．PICC状态模块(PICC_STATE)

4．1．7．数据编码模块(ENCODE)

4．1．8．选择输出模块(MUX)

4．1．9．调制模块(MOD)

4．1．10．控制单元模块(CU)

4．2．数字基带防冲突实现

4．3．数字基带的低功耗处理

4．3．1．功耗管理

4．3．2．状态编码优化

4．3．3．计数器优化

4．3．4．门控时钟

4．3．5．操作数分离

4．3．6．门级功耗优化

第五章 仿真与测试

5．1．功能仿真结果

5．2．Design Compiler综合结果

5．3．Astro自动生成版图

5．4．FPGA验证与测试

5．5．设计结果分析

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

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