ISO14443单片集成读卡机芯片的设计与研究

论文题目: ISO14443单片集成读卡机芯片的设计与研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子与固体电子学

作者: 陈良生

导师: 洪志良

关键词: 读卡机,低电压,低功耗,低成本

文献来源: 复旦大学

发表年度: 2005

论文摘要: 接触式IC卡由于需要通过触点通信，具有容易损坏，通信时间较长等缺点。而非接触式IC卡具有交易时间短，安全，可靠等诸多优点，自20世纪80年代以来，人们一直致力研发无触点的非接触式IC卡。并很快在交通、门禁、金融、物流和身份识别(包括动物识别)等领域取得重大突破和广泛应用。未来还可能出现在诸如公共付费(水、电、媒三表)体育竞技和其他一些我们目前尚无法预知的领域。读卡机作为IC卡系统的重要组成部分，地位十分重要，近年来，随着非接触式IC卡应用领域的推广，对手持式读卡机的要求越来越多。推动读卡机从分立元件向单片集成方向发展，从单一功能向多功能发展。同时要求读卡机能具备低电压，低功耗等特点。本文首先简单介绍了IC相关国际标准、IC卡的发展历程；分析了IC卡系统的原理、组成；重点介绍了非接触式IC卡系统的组成和原理，以及非接触式IC卡系统对读卡机在功能和性能上的要求。在此基础上，本着低电压、从低功耗，低成本的设计思路，分析了基于ISO 14443标准的单片非接触式读卡机的设计和实现的可能性。分析了各种功率放大器的优缺点，在此基础上提出了一种经改进的E类功率放大器作为读卡机发射电路的输出功率放大器；在对常用的解调电路进行仔细研究的基础上，采用了适宜低功耗，低成本，易于在CMOS工艺上集成的用线性时变器件实现的乘法器解调电路作为接收电路的解调器；从产品化的角度入手，对芯片的可靠性，稳定性方、成品率方面进行了细致的分析。对数模混合电路的设计，版图实现，噪声干扰等方面也进行了深入的研究。基于0.6um标准CMOS工艺，设计并实现了一个基于ISO 14443标准的单芯片非接触式IC读卡机芯片。流片回来的测试结果表明，芯片完全满足设计的预期要求。无论在功能和性能上都能很好满足要求。并充分实现了预期的低电压，低功耗，低成本的要求。和国外同类产品相比也有很好的性能优势。特别是静态功耗远低于国外同类产品(于5uA)，特别适合手持机应用领域。

论文目录:

摘要

英文摘要

第一章序言

1.1 IC卡技术的诞生和发展

1.2 IC卡的分类和相应的国际标准

1.3 IC卡技术的未来发展方向

1.4 非接触式IC卡系统的组成

1.5 非接触式IC卡读卡机组成和功能要求

1.5.1 高频接口

1.5.2 控制单元

1.6 课题的研究内容和研究意义

1.6.1 课题的主要研究内容

1.6.2 课题研究的理论和现实意义

1.7 参考文献

第二章 ISO 14443协议简介

2.1 ISO 14443标准的主要内容

2.2 第一部分:物理特性

2.2 第二部分:射频界面

2.3 第三部分:初始化和抗冲突

2.4 第四部分:传输协议

2.5 参考文献

第三章系统应用分析和系统设计

3.1 发射电路的系统设计和主要性能指标的确定

3.1.1 发射电路功率放大器的方案设计

3.1.2 发射电路主要性能指标的分析与确定

3.2 接收电路的系统设计和主要性能指标的确定:

3.2.1 解调电路的方案设计

3.2.2 接收电路主要性能指标的分析与确定

3.3 其它系统方面的考虑

3.4 参考文献

第四章电路设计

4.1 接收回路的设计

4.1.1 解调电路的设计

4.1.2 滤波、放大、量化电路的设计

4.2 发射电路的设计

4.3 其它相关电路的设计

4.3.1 内部参考电压生成电路设计

4.3.2 温度检测电路的设计

4.3.3 多电源芯片的ESD电路设计

4.4 参考文献

第五章物理实现

5.1 模拟版图设计的布局考虑

5.2 模拟版图设计中器件的精度和匹配考虑

5.3 模拟版图设计的噪声抑制

5.4 整体版图及简要说明

5.4.1 发射电路的版图设计

5.4.2 接收电路的版图设计

5.5 参考文献

第六章测试结果及结论

6.1 发射电路的测试结果及分析

6.2 接收电路的测试结果及分析

6.3 结论及后续工作

6.4 参考文献

致谢

附录部分术语的简要说明

磁场强度H

调幅波的调制度的定义

发布时间: 2007-06-27

ISO14443单片集成读卡机芯片的设计与研究

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