UHF RFID标签芯片数字处理单元研究

论文摘要

RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即无线射频识别。它是集计算机技术、信息采集处理技术、无线数据传输技术和自动控制技术等多学科综合应用为一体的系统。射频识别系统通常由读卡器（Reader）和射频标签（Tag）组成。附着在待识别物品上的射频标签内存有一定格式的电子数据,作为待识别物品的标识性信息,读卡器与射频标签可按约定的通信协议采用先进的射频技术手段相互通信。射频标签具有防水、防磁、耐高温、读取距离大、安全性强、存储容量大等优点,广泛应用于物流、零售、交通运输、制造、通信等诸多领域。论文首先阐述了RFID系统的概况、架构和相关技术原理,分析了设计所依据的ISO/IEC 18000-6 Type B/C协议。针对RFID标签的特点,设计了符合ISO/IEC 18000-6 Type B/C协议的标签数字基带处理单元。对于符合Type B协议的数字基带处理单元,提出了整体架构,并采用Chartered 0.35μm 3.3V CMOS工艺完成了电路设计（包括存储模块在内）,版图面积为584.8×576μm2。Power Compiler对布局布线后提出的门级网表进行的功耗分析表明,在时钟频率为500KHz时的功耗为41.2μW。此外基于FPGA平台完成的包含模拟前端电路在内的联合测试及标签芯片的测试都表明数字基带处理单元的功能完全正确。对于Type C协议完成了数字基带处理单元的架构和前端设计,并通过了功能仿真验证。在电路设计过程中重点研究并应用了低功耗设计技术,采用优化架构、时钟管理、分模块的门控时钟和优化算法等方法降低电路功耗。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 RFID 技术发展概况
• 1.2 RFID 系统的介绍
• 1.3 本文的内容提要以及章节安排
• 第二章 RFID 相关技术原理
• 2.1 RFID 标准接口协议介绍与分析
• 2.1.1 ISO/IEC 18000-6 Type B 标准
• 2.1.2 ISO/IEC 18000-6 Type C 标准
• 2.2 基于ISO/IEC 18000-6 Type B/C 的防冲突方法简介
• 2.2.1 二进制搜索法
• 2.2.2 动态时隙ALOHA 法
• 2.3 基于ISO/IEC 18000-6 Type B/C 协议的基带数据编码方式简介
• 2.4 CRC 校验
• 2.5 RFID 标签架构介绍
• 第三章 符合 ISO/IEC 18000-6 Type B 协议的 UHF RFID 标签数字处理单元的设计与实现
• 3.1 数字处理单元的架构设计
• 3.1.1 时钟管理模块
• 3.1.2 解码模块
• 3.1.3 编码模块
• 3.1.4 CRC 校验模块与公用移位寄存器模块
• 3.1.5 控制模块
• 3.1.6 存储模块
• 3.2 适用于ISO/IEC 18000-6 Type B 协议的数据接收同步算法
• 3.2.1 同步算法的具体实现
• 3.2.2 关于同步算法频率抖动容差的解释
• 3.2.3 同步算法的硬件实现以及验证结果
• 3.3 数字处理单元的逻辑综合
• 3.4 数字处理单元的后端设计与验证
• 3.5 数字控制单元的功耗分析
• 3.6 数字处理单元的仿真、FPGA 验证与测试
• 3.7 本章小结
• 第四章 符合ISO/IEC 18000-6 Type C 的UHF RFID 标签的数字处理单元的设计
• 4.1 数字处理单元的架构设计
• 4.1.1 指令的分类、防冲突实现及访问标签的过程分析
• 4.1.2 处理指令的过程分析
• 4.1.3 时钟管理与同步模块
• 4.1.4 编码模块
• 4.1.5 CRC 校验模块
• 4.1.6 伪随机数产生模块
• 4.1.7 控制模块
• 4.2 符合ISO/IEC 18000-6 Type C 的UHF RFID 数字处理单元的逻辑仿真验证
• 4.3 数字低功耗设计方法小结
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢