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无源超高频电子标签芯片设计研究

2020-11-28阅读(894)

无源超高频电子标签芯片设计研究

论文摘要

射频识别作为一种新兴的自动识别技术,具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点,该技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品的跟踪与信息共享。随着该技术的不断发展,其应用领域正日益扩大,已成为当前的热点研究领域,具有广泛的应用前景。本论文重点研究了无源超高频射频识别标签芯片设计。首先,系统论述了RFID的系统组成及其基本工作原理,并对相关协议标准进行了分析比较。其次,对无源超高频射频识别标签芯片的系统架构进行了分析与设计,对标签芯片设计的关键技术指标进行了分析,并对无源低功耗低成本标签芯片设计的关键技术难点进行了研究。在此基础上,提出了一种用于无源超高频射频识别标签芯片开发的验证开发平台,对标签芯片进行了功能验证。然后,在功能验证的基础上,重点研究了无源超高频射频识别标签芯片射频模拟前端电路和控制逻辑电路的系统架构,并采用低功耗设计技术对其进行了设计,射频模拟前端电路设计包括了整流器、匹配网络、反向散射电路、稳压器、AM解调器、电压参考源、本地振荡器以及上电复位电路等,控制逻辑电路设计包括了时钟同步模块、解码模块、编码模块、CRC校验模块、功率管理单元、控制单元、移位寄存器和存储器等。采用Chartered 0.35μm 2P4M EEPROM工艺进行流片,最终完成了符合ISO/IEC 18000-6B标准的低功耗高性能无源超高频射频识别标签芯片,并对其进行了性能测试。测试结果表明,该超高频射频识别标签芯片工作在915MHz,其读取距离大于3m,工作电流小于10μA,其中,射频模拟前端电路的设计工作电流小于8μA,控制逻辑电路的设计工作电流小于2μA,标签芯片的测试结果与仿真结果基本一致,该标签芯片很好的满足了设计指标的要求。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 前言
  • 1.2 RFID 技术的历史、现状与发展前景
  • 1.3 RFID 技术发展面临的挑战
  • 1.4 课题的选题意义、内容及主要创新点
  • 1.4.1 选题的意义
  • 1.4.2 本文的内容安排
  • 1.4.3 主要创新点
  • 第二章 RFID 技术的基本原理
  • 2.1 RFID 系统的组成
  • 2.1.1 标签
  • 2.1.2 阅读器
  • 2.1.3 客户机、服务器与通信网络
  • 2.2 UHF RFID 系统基本工作原理
  • 2.2.1 电磁场基本原理和天线辐射理论
  • 2.2.2 数据传输原理
  • 2.2.3 数据传输的方式
  • 2.2.4 防碰撞算法分析
  • 2.3 UHF RFID 系统标准分析
  • 2.3.1 国际标准分析
  • 2.3.2 国内标准分析
  • 2.3.3 ISO/IEC 18000-6 标准比较
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 UHF RFID 标签芯片系统架构设计
  • 3.1 UHF RFID 标签芯片的系统架构
  • 3.1.1 标签天线的设计
  • 3.1.2 射频模拟前端电路设计
  • 3.1.3 控制逻辑电路设计
  • 3.2 UHF RFID 标签芯片验证开发平台设计
  • 3.3 UHF RFID 标签芯片的主要设计指标
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 UHF RFID 射频模拟前端设计
  • 4.1 射频模拟前端电路的系统架构
  • 4.2 整流器电路设计
  • 4.2.1 整流器电路结构
  • 4.2.2 电路工作原理
  • 4.2.3 电路设计与仿真
  • 4.3 匹配网络与反向散射电路设计
  • 4.3.1 阻抗匹配理论
  • 4.3.2 匹配网络设计
  • 4.3.3 反向散射电路设计
  • 4.4 稳压器设计
  • 4.4.1 稳压电路分类
  • 4.4.2 稳压电路设计
  • 4.4.3 过压保护电路设计
  • 4.5 AM 解调器设计
  • 4.5.1 ASK 信号解调原理
  • 4.5.2 AM 解调器设计
  • 4.6 电压参考源设计
  • 4.7 本地振荡器电路设计
  • 4.8 上电复位电路设计
  • 4.9 射频模拟前端电路整体仿真结果
  • 4.10 本章小结
  • 第五章 UHF RFID 控制逻辑电路设计
  • 5.1 控制逻辑电路的系统架构
  • 5.2 Type B 协议的命令格式
  • 5.3 控制逻辑电路的时序控制
  • 5.4 时钟同步模块设计
  • 5.5 解码与编码模块设计
  • 5.5.1 解码模块设计
  • 5.5.2 编码模块设计
  • 5.6 CRC 校验模块设计
  • 5.6.1 CRC 校验法的原理
  • 5.6.2 Type B 标准的CRC-16 校验
  • 5.6.3 校验模块电路设计
  • 5.7 功率管理单元设计
  • 5.7.1 功耗分析与低功耗设计方法
  • 5.7.2 电路模块设计
  • 5.8 控制单元设计
  • 5.9 控制逻辑电路整体仿真结果
  • 5.10 本章小结
  • 第六章 版图设计
  • 6.1 版图设计的基本原则
  • 6.2 射频模拟前端版图设计
  • 6.3 控制逻辑电路的版图设计
  • 6.4 标签芯片版图整体布局与设计
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 UHF RFID 标签芯片测试
  • 7.1 测试方案与验证开发平台
  • 7.2 各模块电路测试结果
  • 7.2.1 测试仪器与设备
  • 7.2.2 电路测试结果
  • 7.3 本章小结
  • 第八章 结论
  • 8.1 全文总结
  • 8.2 后续研究工作展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢

    • 相关论文文献

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