无源超高频射频识别标签芯片可靠性的设计与实现

论文摘要

射频识别（RFID）技术近年来取得了飞速的发展，在各领域的应用也日益广泛，已经成为未来信息社会建设的一项基础技术。技术研究的目的在于应用，论文针对射频识别标签的应用需求，在讲述其工作原理的基础上，重点设计了高性能的射频前端电路以及芯片的可靠性模块。论文首先介绍了射频识别技术的发展现状和趋势，并从天线辐射理论和电磁场基本理论入手，分析了射频识别系统的能量传输过程，介绍了射频识别系统的组成、工作原理及其数据保护和校验。其次，针对超高频射频识别标签无源低功耗等特点，论文设计了高性能的射频前端电路，然后重点设计了超高频射频识别标签芯片的可靠性模块。即在介绍了ESD的失效机理和防护原理后，论文详细设计了应用于超高频射频识别芯片的四种ESD设计方案，包括其器件结构、工作原理、仿真分析以及等效阻抗的计算结果，并对设计的四种ESD方案进行了比较和分析，给出了结果。最后，论文给出了流片版本的ESD接入方式以及最终流片版图的结构示意和实物图并给出了所设计的ESD电路的测试结果，并提出在芯片实际应用中最终应该采用的保护结构。本文设计的射频识别标签芯片于2010年6月在TSMC0.18μm CMOS工艺线进行了流片，并对流片样品进行了测试。测试结果显示本文所设计的芯片满足最大读取距离8m，写MTP最远距离3m以及ESD人体模型2000V等设计指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究现状及发展趋势
• 1.3 论文的研究内容与组织结构
• 第二章 超高频射频识别系统的物理基础
• 2.1 超高频射频识别系统的物理基础
• 2.1.1 天线辐射理论
• 2.1.2 电磁场基本理论
• 2.1.3 射频识别系统中能量传递
• 2.2 超高频射频识别系统的工作原理
• 2.2.1 超高频射频识别系统的组成
• 2.2.2 超高频射频识别系统的通信过程
• 2.3 超高频射频识别系统中的数据保护与校验
• 2.3.1 数据的差错检测
• 2.3.2 防碰撞算法
• 2.4 小结
• 第三章 无源超高频射频识别芯片射频前端电路设计
• 3.1 天线
• 3.2 高效倍压整流电路的设计
• 3.2.1 高效倍压整流电路的电路构成
• 3.2.2 带偏置补偿的高效倍压整流电路的工作原理
• 3.2.3 高效倍压整流电路仿真分析
• 3.3 反向散射调制电路的设计
• 3.3.1 反向散射调制电路的工作原理
• 3.3.2 反向散射调制电路
• 3.4 解调电路设计
• 3.4.1 解调电路的设计原理
• 3.4.2 解调电路的电路设计
• 3.5 小结
• 第四章 无源超高频射频设别系统的可靠性设计
• 4.1 ESD 概述
• 4.1.1 ESD 失效机理
• 4.1.2 ESD 防护原理
• 4.1.3 ESD 防护器件
• 4.1.4 RFID 芯片 ESD 设计的特点
• 4.2 应用于 UHF RFID 芯片的 ESD 方案一
• 4.2.1 ESD 方案一的器件结构和工作原理
• 4.2.2 ESD 方案一的仿真分析
• 4.2.3 ESD 方案一的等效阻抗
• 4.3 应用于 UHF RFID 芯片的 ESD 方案二
• 4.3.1 ESD 方案二的器件结构
• 4.3.2 ESD 方案二的仿真分析
• 4.3.3 ESD 方案二的等效阻抗
• 4.4 应用于 UHF RFID 芯片的 ESD 方案三
• 4.4.1 ESD 方案三的器件结构
• 4.4.2 ESD 方案三的仿真分析
• 4.4.3 ESD 方案三的等效阻抗
• 4.5 应用于 UHF RFID 芯片的 ESD 方案四
• 4.5.1 ESD 方案四的器件结构
• 4.5.2 ESD 方案四的仿真分析
• 4.5.3 ESD 方案四的等效阻抗
• 4.6 应用于 UHF RFID 芯片的四种 ESD 方案分析
• 4.6.1 四种 ESD 方案的阻抗分析
• 4.6.2 四种 ESD 方案的倍压输出分析
• 4.6.3 四种 ESD 方案的天线端口感应电压分析
• 4.6.4 四种 ESD 方案的版图布局示意
• 4.7 小结
• 第五章 无源超高频射频识别芯片 ESD 的接入与测试
• 5.1 ESD 接入方式
• 5.2 ESD 测试
• 5.2.1 ESD 测试概述
• 5.2.2 抗 ESD 测试结果
• 5.2.3 ESD 性能测试结果
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果