无源超高频RFID标签芯片模拟前端设计及验证

摘要

射频识别(RFID)技术是当今商业中采用的发展速度最快、利润最大的技术之一,该技术已经广泛应用于身份认证、智能家电、物流系统、门禁和安全管理系统、汽车监考、食品监控、校园一卡通世界、图书管理、可植入生物医疗设备等众多领域。由于超高频(UHF)RFID系统相对于高频 RFID系统有传输数据速率快以及更小的天线尺寸等优点,而成为目前业界最受关注的RFID技术。相对于国外一些发达国家,我国对于无源超高频RFID系统的研究和应用起步较晚,因此,本论文对于无源超高频RFID系统中电子标签芯片模拟前端的研究具有重要意义。
　　本文首先通过分析EPCglobal Class-1 Generation-2通讯协议,阐述了无源超高频RFID系统的数据传输原理、能量传输原理及最大功率实现方式,并在此基础上提出了无源超高频 RFID标签芯片的系统构架及芯片模拟前端各个模块的技术指标。
　　其次,根据各个模块的技术指标,完成了对无源超高频 RFID电子标签芯片中包括上电复位电路、升压整流电路、限幅电路、解调电路、基准源电路、时钟产生电路以及稳压电路等模拟前端电路模块的设计、仿真及优化,为了满足低功耗的设计要求,基准源电路采用了亚阈值技术,为其他电路模块提供电流偏置的基准电流仅仅只有一百多纳安,有效的降低了功耗,仿真结果表明模拟前端电路消耗的总电流小于3μA。
　　然后,本文采用GSMC0.18μm CMOS1P5M工艺,完成了芯片版图的设计及后仿真,芯片面积大小为870μm×1160μm。
　　最后,设计芯片测试用的PCB印制板,并对样片进行了测试验证。测试表明,各模块基本实现了电路功能,但仍有一些不足之处需要进一步改善。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2无线射频识别技术发展历史和研究现状

1.3 国内RFID的应用现状

1.4 论文组织结构

第二章 无源UHF RFID技术基础及物理协议分析

2.1射频识别技术系统构成

2.2 UHF RFID系统的物理基础

2.3 EPCglobal Class-1 Generation-2协议的物理层

2.4 小结

第三章 无源UHF RFID标签系统架构与模拟前端技术指标分析

3.1 无源UHF RFID标签芯片系统框架分析

3.2 模拟前端电路指标分析

3.3 小结

第四章 无源UHF RFID标签芯片模拟前端的设计与仿真

4.1 电源系统的设计与仿真

4.2 基准源电路的设计与仿真

4.3 解调电路设计与仿真

4.4 上电复位电路的设计与仿真

4.5 时钟产生电路的设计与仿真

4.6 小结

第五章 版图设计及测试验证

5.1 版图设计

5.2 UHF RFID标签芯片模拟前端测试验证

5.3 小结

第六章 总结

致谢

参考文献

在学期间取得的与学位论文相关的研究成果