用于无线射频识别系统发射机的设计与实现

摘要

在新一代信息技术物联网的推动下，无线射频识别(RFID)技术在证照防伪、电子支付、出入控制、仓储管理和物流追踪等领域受到广泛应用。随着RFID技术的发展，超高频(UHF)915MHz和微波(MW)2.45GHz频段的RFID系统相比于低频(LF)和高频(HF)频段RFID系统具有识别距离远、天线尺寸小、识别速度快和防冲突能力强等优点。本文紧扣超高频和微波2.45GHz频段RFID的应用需求，对适用于读写器和标签的发射机进行了深入的研究，完成了以下工作：
　　 本文基于EPC global Class1 Gen2协议标准，设计了一款用于UHF单芯片读写器的低成本发射机芯片。该发射机采用单通道直接上变频结构，包括可对基带信号直接滤波的脉冲整形滤波器(PSF)、非平衡混频器结构的调制器(Modulator)和两级放大结构的功率放大器(PA)。发射机芯片采用1.8V和3.3V双电源供电，DSB-ASK调制方式，最大输出功率达24dBm，全集成整版面积低于2mm2。基于该发射机，提出了一种直接上变频I/Q正交调制发射机电路的基本设计方法。设计了一种新型的2.45GHz有源标签发射机。该标签发射机采用差分信号操作，包括偏置电路、振荡器和新型功率放大器。偏置电路为开关可控式，可开启和关断发射机。特别是新型功率放大器，结合了PCB天线阻抗设计，使得无需只用片内或片外电感，大大节省了成本。1.8V供电电压下，最大输出功率10dBm，芯片面积680×760μm2。基于所设计的有源标签发射机结构，提出了一种半有源标签解决方案，该方案对模式控制和功耗等性能进行了优化。最后，本设计采用UMC CMOS0.18μm1P6M工艺，对读写器发射机和标签发射机进行了版图设计并流片测试，对测试结果做了相应分析总结。