无源UHF RFID标签芯片低压低功耗电源系统设计与实现

论文摘要

射频识别（RFID），是一种非接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的空间耦合传输特性自动获取相关信息，实现对目标对象的自动识别。无源超高频射频识别（UHF RFID）标签因其成本低、工作距离远等优点，是最适合于大规模应用的RFID标签，随着技术的发展，UHF RFID的应用领域日益扩大，将成为未来信息社会建设的一项基础技术。高性能无源UHF RFID标签芯片的设计是一个融合了多项先进技术的挑战。为提高读写距离等性能指标，标签芯片电源系统的设计是重点与难点。本文基于系统实际需求，主要对无源UHF RFID标签芯片中的电源系统进行设计与实现。本文仔细分析了构成RFID芯片的各个模块的功能以及每个模块对电源系统的要求，结合系统实际需求并在现有技术积累的基础上，提出了一种适用于无源UHFRFID标签芯片的高效率、低电压、低功耗电源系统架构。针对本文提出的电源系统架构，仔细分析了整个系统的设计指标，然后以此为依据对电源系统进行了详细的分析与设计，包括倍压整流电路、基带供电电路以及EEPROM供电电路三个部分，并给出每一部分电路的版图设计，最后给出一个完整的流片方案。整体芯片在TSMC0.18μm1P4M RF Mix Signal工艺线上投片验证，并进行封装和测试。文中在对无源UHF RFID标签芯片封装及测试方法进行简单介绍的基础上，给出一款基于本文所设计电源系统的UHF RFID芯片的详细测试结果，同时通过与设计指标的对比对测试结果进行了分析。本论文完整的设计并实现了一种适用于无源UHF RFID标签芯片的高效率、低电压、低功耗电源系统。由于电路低电压、低功耗的设计，使用该电源系统的标签的工作距离得到提升，读工作距离达到7m，写工作距离达到3m。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 UHF RFID 系统介绍及电源系统架构设计
• 2.1 UHF RFID 系统组成及基本工作原理
• 2.2 无源 UHF RFID 标签芯片结构分析
• 2.2.1 射频前端
• 2.2.2 模拟前端
• 2.2.3 数字基带
• 2.2.4 非易失性存储器
• 2.3 电源系统重要性分析
• 2.3.1 电源系统对芯片内部电路的重要性
• 2.3.2 电源系统对标签性能指标的重要性
• 2.4 电源系统架构设计
• 2.4.1 设计思路
• 2.4.2 电源系统架构
• 2.5 小结
• 第三章 低压低功耗电源系统设计与实现
• 3.1 电源系统设计指标
• 3.2 倍压整流电路
• 3.3 基带供电电路
• 3.3.1 电压基准电路（1）
• 3.3.2 电流基准电路
• 3.3.3 基带稳压电路
• 3.4 EEPROM 供电电路
• 3.4.1 电压基准电路（2）
• 3.4.2 电平选择电路
• 3.4.3 EEPROM 稳压电路
• 3.5 电源系统整体仿真验证
• 3.5.1 最低功耗仿真
• 3.5.2 调制波仿真
• 3.6 版图及流片方案设计
• 3.6.1 模块版图设计
• 3.6.2 整体版图设计及流片方案
• 3.7 小结
• 第四章 标签芯片测试与结果分析
• 4.1 测试方法及步骤
• 4.1.1 标签芯片封装方案
• 4.1.2 测试方法及步骤
• 4.2 测试结果及分析
• 4.2.1 无线测试结果
• 4.2.2 有线测试结果
• 4.2.3 测试结果总结对比
• 4.3 小结
• 第五章 总结与展望
• 总结
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果