超高频无源RFID标签芯片调制解调系统电路设计与版图设计

论文摘要

近年来,无源射频识别技术在商品流通、制造业、物品和人员的跟踪等多种领域已经得到广泛的应用。显而易见,廉价的CMOS工艺在射频波段表现出来的良好的性能必将使得超高频RFID在供应链管理领域得到革命性的发展。随着RFID技术的进步和CMOS工艺水平的发展,近年来射频识别技术已经成为一个研究热点。本文针对超高频无源RFID标签芯片,给出了一些关键电路的原理和设计方案。从UHF RFID标签的总体结构及工作原理入手,研究了无源UHF RFID标签模拟前端的电路结构。本文重点是超高频无源RFID标签模拟前端调制解调电路、上电复位(POR)和基准电流源的研究与设计。对于调制解调电路,本文先从基本理论研究入手,研究了调制与解调的方式和种类、原理和实现方法,给出了UHF RFID接口协议中有关内容,然后以这些基本理论为基础提出了调制和解调电路的设计方案。对于POR和基准电流源的设计,在前人研究的基础上,提出了本文的设计方案和电路结构。进行了电路模拟,并设计出了上述各模块的版图以及给出了模拟前端总体电路的版图。所有电路设计和版图设计均采用SMIC 0.18μm CMOS工艺。本文的设计在前人研究的基础上,在电路结构上有所创新;对电路性能、功耗等各方面进行了优化。上电复位电路的设计达到了零功耗;电流基准源的设计采用亚阈值技术,基准电流只有100nA;调制和解调电路均采用ASK方式,使该电路对于不同的协议更具有通用性;解调电路中通过对电路结构进行改进,使该模块对信号强度和调制深度的变化具有更好的适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 射频识别技术概述
• 1.1 射频识别技术的基本概念
• 1.2 射频识别技术的不同分类方法
• 1.3 电子标签的应用范围
• 1.4 RFID 的现行标准
• 1.5 电子标签的发展趋势
• 1.6 本文研究内容
• 第二章 RFID 技术的工作原理
• 2.1 RFID 系统技术基础
• 2.1.1 RFID 系统的构成
• 2.1.2 RFID 系统的基本工作流程
• 2.2 RFID 系统工作的物理学原理
• 2.2.1 相关的电磁场基本理论
• 2.2.2 数据传输原理
• 2.2.3 反向散射调制的能量传输
• 2.3 超高频无源应答器的工作原理
• 2.3.1 天线
• 2.3.2 模拟前端
• 2.3.3 数字处理系统
• 第三章 RFID 系统调制解调理论研究
• 3.1 调制
• 3.1.1 标准调幅（AM）
• 3.1.2 抑制载波双边带调幅（DSB）
• 3.1.3 单边带调幅（SSB）
• 3.1.4 幅移键控（ASK）
• 3.2 解调
• 3.2.1 二极管峰值包络检测基本原理
• 3.2.2 包络检测器的失真
• 3.3 ISO18000-6 系列协议关于标签物理层的规定
• 3.3.1 ISO18000-6 Type A、Type B、Type C 协议总体比较
• 3.3.2 Type C 协议关于物理层的定义
• 第四章 电路设计
• 4.1 解调电路的设计
• 4.2 调制与反向发射模块的设计
• 4.3 上电复位模块的设计
• 4.4 CMOS 基准源
• 第五章 版图设计
• 5.1 版图设计的基本设计思想
• 5.2 芯片各模块版图设计
• 5.2.1 解调电路版图设计
• 5.2.2 反向发射模块版图设计
• 5.2.3 上电复位电路版图设计
• 5.2.4 CMOS 基准源电路版图设计
• 5.3 模拟前端总体版图设计
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢