高频RFID标签芯片低功耗基带控制器的研究与设计

论文摘要

射频识别技术(RFID)是随着通信技术和集成电路技术的发展与成熟而逐渐兴起的一项自动识别技术,被广泛应用于物流、商品零售、生产管理等领域。随着技术的不断发展,给RFID技术的研究和开发提出了更高的要求。本文针对RFID标签芯片的低成本、低功耗的局限性,在低成本、低功耗基带控制器设计方面展开研究。首先,本文介绍了CMOS数字集成电路中功耗的来源,综述了低功耗设计的基本方法及不同设计阶段的低功耗设计技术。其次,对标签芯片中各部分电路的功耗进行了分析,提出了一种新颖的低成本、低功耗基带控制器的实现架构,并对该架构的特点进行了分析。接着,针对基带控制器的设计要求,结合研究13.56 MHz射频识别通信协议标准ISO/IEC 15693,详细研究了时钟管理模块、通信同步模块、协议处理相关模块和存储器接口模块的关键设计技术。最后,完成了一款符合协议的基带控制器的设计,并讨论了芯片的综合实现策略,建立了FPGA原型验证平台,并最终完成了芯片的物理设计。仿真结果表明基带控制器的设计符合协议的要求。基带控制器测试芯片采用SMIC 0.35μm嵌入式EEPROM工艺流片,芯片的核心电路面积仅为0.48×0.48 mm2,通过使用Synopsys公司的Power Compiler分析,芯片的工作功耗仅为66.8μW,通过与其它公开发表的成果进行对比表明,本文的设计达到了低成本、低功耗的设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本课题实现的目标和研究的意义
• 1.4 论文的研究内容及安排
• 2 低功耗电路设计方法学研究
• 2.1 CMOS 数字集成电路的功耗来源
• 2.2 系统级的低功耗设计方法
• 2.3 RTL 级的低功耗设计方法
• 2.4 逻辑级的低功耗设计方法
• 2.5 物理级的低功耗设计方法
• 2.6 功耗优化设计流程
• 2.7 本章小结
• 3 标签功耗分析和基带控制器的架构设计
• 3.1 电子标签的组成和RFID 系统工作原理
• 3.2 RFID 标签的功耗分析
• 3.3 基带控制器的架构设计
• 3.4 本章小结
• 4 基带控制器电路系统研究与设计
• 4.1 时钟策略和时钟管理模块设计
• 4.2 通信同步模块和PPM 解码模块设计
• 4.3 协议处理相关模块设计
• 4.4 存储器（EEPROM）接口模块设计
• 4.5 本章小结
• 5 基带控制器电路实现与验证
• 5.1 综合策略
• 5.2 设计验证
• 5.3 设计实现与结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文和申请专利