低电压工作的无源UHF RFID标签电路设计及肖特基二极管的研究

论文摘要

近年来随着无线射频通信技术的飞速发展,无线射频识别技术（RFID）的市场逐渐兴起。RFID系统是一种利用射频电磁波在标签与读卡器之间传输数据的自动识别技术。在这其中超高频射频识别（UHF RFID）的应用得到了快速发展。本论文重点研究了无源低功耗超高频射频识别标签芯片设计。首先,阐述了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;对无源超高频射频识别标签芯片的系统架构进行了分析。其次对UHF RFID标签的射频前端进行了理论分析,对电路的优化进行了分析,结合实际电路对标签电路的输入阻抗进行了估算。然后对低功耗的模拟前端电路进行了研究,包括稳压电路、ASK解调电路、参考源、本地振荡器以及上电复位电路等。特别地采用一种低功耗的环振,有效地降低了标签的功耗,有助于提高标签的工作距离。整体电路的设计采用Chartered 0.35μm 2P4M EEPROM工艺,为降低功耗选取工作电压为2.5V,而该工艺推荐标准工作电压为3.3V。论文研究了降低工作电压后电路结构的改变,电路指标的折衷。最终采用低电压工作以及亚阈值技术达到了低功耗的目的,并完成了符合ISO18000-6 Type B标准的低功耗高性能无源超高频射频识别标签芯片的设计。仿真和计算结果表明,该超高频射频识别标签芯片工作在920MHz下,其估算读取距离大于4m,射频模拟前端电路的标准工作电流小于7μA,该标签芯片很好的满足了设计指标的要求。另外,为了降低标签芯片成本及提高标签芯片性能,研究了与标准CMOS工艺兼容的肖特基二极管,并在SMIC 0.18μm标准工艺下流片,最后建立了可用于电路仿真的高频模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 UHF RFID 系统工作原理及标签架构
• 2.1 UHF RFID 系统工作原理
• 2.1.1 UHF RFID 系统介绍
• 2.1.2 UHF RFID 系统能量传输
• 2.1.3 UHF RFID 系统信号传输
• 2.1.4 UHF RFID 系统数据编码和调制方式
• 2.1.5 UHF RFID 系统标准介绍
• 2.2 UHF RFID 标签架构分析
• 2.2.1 天线与匹配网络
• 2.2.2 射频前端
• 2.2.3 模拟前端
• 2.2.4 数字电路部分
• 2.3 UHF RFID 标签的性能指标分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 UHF RFID 标签指标的确定及射频前端的设计
• 3.1 标签指标的确定
• 3.2 射频前端电路的设计
• 3.2.1 整流电路
• 3.2.2 反向散射电路
• 3.3 小结
• 第四章 UHF RFID 低功耗模拟前端电路的设计
• 4.1 稳压电路的设计
• 4.1.1 稳压电路原理及架构设计
• 4.1.2 稳压电路的电路级设计
• 4.1.3 稳压电路的整体仿真
• 4.2 ASK 解调电路
• 4.2.1 ASK 解调电路基本组成及原理
• 4.2.2 ASK 解调电路的设计
• 4.2.3 解调电路的整体仿真
• 4.3 偏置和时钟产生电路
• 4.3.1 环振的原理及基本结构
• 4.3.2 偏置和时钟产生电路的设计
• 4.4 复位电路
• 4.5 整体电路的仿真结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 标准CMOS 工艺肖特基二极管的设计
• 5.1 MS 接触
• 5.2 肖特基二极管的设计和版图
• 5.3 肖特基二极管一种新高频模型的建立
• 5.4 肖特基二极管和电荷泵的流片
• 5.5 肖特基二极管模型参数的导出以及仿真结果
• 5.6 电荷泵的仿真
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢