无源超高频射频电子标签芯片模拟前端设计

论文摘要

射频识别是一种利用射频信号自动、准确、便捷获取相关信息的技术。随着技术的发展,射频识别的应用领域日益扩大,并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。超高频射频识别作为射频识别技术的一种,具有低、高频段射频识别不可比拟的优点,是射频识别技术的应用趋势。而我国在超高频射频识上与国外差距较大,尤其是电子标签芯片的设计,其主要问题集中在如何降低芯片成本和运行功耗上。本文首先介绍了射频识别技术的发展现状,分析了超高频射频识别技术的工作原理,重点是它的电磁学原理,同时对其工作过程中用到的调制、编码、数据的完整性以及协议标准进行了分析和讨论。其次,本文对超高频射频电子标签的结构进了分析,同时结合ISO/IEC 18000-6C标准分析了各部分电路的设计指标。然后针对这些指标,并结合无源标签低功耗的特点,着重对超高频射频电子标签芯片模拟前端的各模块进行研究和设计,包括倍压整流电路、调制解调电路、电源管理电路和时钟产生电路,对各电路进行了详细的理论分析,给出了仿真结果。最后,对模拟前端电路的版图进行设计,并给出了整个芯片的版图,介绍了版图设计过程中所采用的一些方法和原则。本文采用特许0.35μm EEPROM工艺和设计规则,通过反复的调试和仿真,电路设计达到了相应的指标要求,整个模拟前端的功耗为25μW,芯片面积约为0.4mm2。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外技术现状及发展趋势
• 1.3 论文的研究内容和作者的主要工作
• 第二章 超高频射频识系统的工作原理
• 2.1 超高频射频识别系统中的电磁场理论及调制反射原理
• 2.1.1 麦克斯维方程及电磁场基本理论
• 2.1.2 天线辐射理论
• 2.1.3 射频识别系统中能量传递及调制反射原理
• 2.2 超高频射频识别系统中的信号调制方式
• 2.3 超高频射频识别系统中的数据编码方式
• 2.4 超高频射频识别系统中数据传输的完整性
• 2.4.1 校验方法
• 2.4.2 防碰撞算法
• 2.5 超高频射频识别系统的标准
• 2.6 小结
• 第三章 无源超高频射频电子标签的结构与关键指标分析
• 3.1 天线
• 3.2 模拟前端电路
• 3.3 数字基带
• 3.4 存储器
• 3.5 小结
• 第四章 模拟前端电路设计
• 4.1 倍压整流电路
• 4.2 调制电路
• 4.3 解调电路
• 4.3.1 包络检波电路
• 4.3.2 迟滞比较器
• 4.3.3 电压跟随器
• 4.4 电源管理电路
• 4.4.1 电流/电压基准电路
• 4.4.2 基带供电电路
• 4.4.3 上电复位电路
• 4.4.3.1 整体设计与分析
• 4.4.3.2 施密特触发器
• 4.5 时钟产生电路
• 4.5.1 设计要点
• 4.5.2 整体设计与分析
• 4.5.3 模块设计
• 4.5.3.1 电压和电流参考源
• 4.5.3.2 比较器
• 4.5.3.3 频率调整电路
• 4.5.4 仿真结果
• 4.6 模拟前端电路的连接关系与功耗分配
• 4.7 小结
• 第五章 模拟前端电路版图设计
• 5.1 设计实例
• 5.2 采用的方法和原则
• 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