单片射频识别（RFID）收发芯片设计

摘要

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是将射频技术和识别技术结合在一起的一门新兴的自动识别技术。它利用射频方式在射频识别芯片和读写器之间进行无线双向通信和能量供给，完成目标识别和数据交换。与其它的自动识别技术相比，具有识别速度快、操作方便、存储容量大、安全可靠等优点，在国内外已被广泛应用于各个领域。因此，研究和开发射频识别芯片具有重大的意义。 本论文研究和设计了工作频率为13.56MHz的单片射频识别(RFID)收发芯片(以下简称为RFID芯片)。它采用片上天线技术，即将天线集成到芯片电路内部，使整个RFID芯片成为一个单片系统。不仅降低了RFID芯片的生产成本，而且提高了RFID芯片的性能。在深入了解片上天线的工作原理后，确立了其等效电路模型，提出了具体的设计方法。在对RFID芯片系统的相关理论和技术的深入研究的基础上，分析设计了RFID芯片的射频接口电路、数字电路和EEPROM存储电路。对射频接口电路和EEPROM存储电路进行了理论分析，通过HSPICE软件仿真波形验证了其正确性。在数字电路的设计中，用Verilog HDL硬件描述语言来实现电路功能；对电路的Verilog HDL源代码编写testbench测试代码，然后使用ModelSim SE 6.1b软件对电路进行功能仿真；功能验证正确后，将源代码输入Synplify Pro软件进行逻辑综合和优化。此外，本论文采用华润上华科技有限公司的0.6μm双多晶硅双金属混合信号工艺完成了射频接口电路的版图设计。 各部分电路均做过大量的仿真工作，验证结果表明电路符合设计要求。

目录

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引言

第一章单片射频识别收发芯片的系统原理

1.1单片射频识别收发芯片的系统组成

1.2单片射频识别收发芯片的组成结构及功能

1.3单片射频识别收发芯片采用的标准和协议

1.4单片射频识别收发芯片主要的技术参数

第二章单片射频识别收发芯片片上天线的设计

2.1 RFID芯片天线的耦合原理

2.2几种外接天线与片上天线的分析比较

2.3 RFID芯片片上天线模型的建立

2.3.1集总π模型

2.3.2分段等效的电路模型

2.3.3片上天线选用的模型

2.4片上天线的寄生参数

2.5片上天线设计需要考虑的因素

2.6片上天线的损耗及抑制措施

2.7片上天线的设计

2.8本章小结

第三章单片射频识别收发芯片射频接口电路的设计

3.1电源产生电路的原理及电路实现

3.2时钟提取电路的原理及电路实现

3.3复位电路的原理及电路实现

3.4解调电路的原理及电路实现

3.5负载调制电路的原理及电路实现

3.6射频接口电路的工艺与版图设计

3.6.1本课题采用的CMOS工艺简介

3.6.2版图设计

3.6.3设计规则检查与版图验证

3.7改进措施

3.8本章小结

第四章单片射频识别收发芯片数字电路的设计

4.1状态机的设计

4.1.1状态定义

4.1.2认证机制

4.1.3工作流程

4.2编码电路的设计

4.3解码电路的设计

4.4收发控制电路的设计

4.4.1移位寄存器电路的设计

4.4.2 CRC校验模块的设计

4.5时钟分频电路的设计

4.6映射模块的设计

4.7本章小结

第五章单片射频识别收发芯片EEPROM存储电路的设计

5.1 EEPROM存储阵列的设计

5.1.1基本存储单元

5.1.2存储阵列

5.2高压产生电路的设计

5.3高压开关电路的设计

5.4控制单元电路的设计

5.5定时电路的设计

5.6本章小结

第六章结论和展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢