无源超高频RFID标签芯片调制解调电路的设计

摘要

超高频射频识别系统作为物联网关键技术之一，目前广泛应用于物流、零售、交通等领域，由于功耗、安全等因素限制了超高频标签的发展，未来研究方向将会向低功耗、远距离通信、低成本、高安全、高性能、多功能集成等方面进行展开。本论文基于UMC0.18um Embedded E2PROM1.8V/5V2P6M LLP工艺，设计符合国内外标准协议的无源超高频RFID标签芯片射频模拟前端的关键电路。
　　首先阐述了超高频标签的研究背景、国内外发展现状和发展趋势，包括国外知名商家产品特征和应用领域，以及国内外芯片的优劣势对比。
　　其次详细论述了ASK和PSK调制解调理论，对超高频RFID系统和标签的架构和工作原理进行了描述，设计了一个高灵敏度、低功耗、宽输入范围的新型ASK解调电路，采用阈值补偿的整流级，改进了均值产生电路，增加使能控制电路，极大降低不工作功耗。国内标准最低输入信号峰值为0.3V，国际标准低至0.15V，解调误差中分隔符误差小于4％，其他误差均小于1％，工作电流小于1μA，不工作时小于100nA。
　　然后给出了反向散射调制电路ASK调制和PSK调制方案，并利用全反射方式实现了NMOS管和PMOS管并联的ASK调制电路，未调制时典型输入阻抗Zc=17.16-261.5j，调制时反射系数绝对值达到0.98，接近全反射。
　　最后设计了通过辅助级电路实现阈值补偿的电荷泵，提高了整流效率，最大达到了17.63％。限压电路通过二极管串联逐级限压，电荷泵输出电压箝位在2.596V。优化设计了低静态、高输出电流的稳压电路。为了提高偏置电流的电源抑制比，设计了采用OTA补偿的基准电流电路。上电复位电路采用施密特触发器有效防止噪声信号干扰。时钟采用环形振荡器生成1.92MHz。真随机数模拟前端电路基于振荡采样法实现。超高频RFID标签芯片射频模拟前端布局后整体预估面积约为215μm×350μm。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外发展现状及发展趋势

1.3 论文主要工作与结构安排

1.4 小结

2 调制解调理论和系统分析

2.1 调制解调理论

2.2 标准研究与分析

2.3 系统分析

2.4 小结

3 解调电路的设计

3.1 传统解调电路

3.2 传统解调电路设计方案

3.3 新型解调电路

3.4 新型解调电路的设计实现

3.5 小结

4 调制电路的设计

4.1 调制电路设计方案

4.2 调制电路的设计实现

4.3 小结

5 其他电路及版图设计

5.1 能量获取和电源管理

5.2 上电复位电路

5.3 时钟电路

5.4 真随机数模拟前端

5.5 版图布局

5.6 小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录