无源uhf rfid双端口标签芯片模拟前端的关键电路研究

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1、无源UHFRFID双端口标签芯片模拟前端的关键电路研究ResearchofKeyCircuitofAnalogFrontEndforPassiveUHFRFIDDual-PortTag学科专业：微电子学与固体电子学研究生：李美苓指导教师：谢生副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要随着物联网概念的提出和推广，RFID技术再次引起人们的极大关注。作为RFID系统中的核心部件，射频标签直接决定着RFID系统的性能。然而，目前绝大多数标签均采用单端口设计，即参与供电的射频能量和参与通信的射频信号来自同一天线。随着工作距离增大，天线接收的射频能量

2、减小，难以同时满足供电和信号传递的要求，因此标签与阅读器之间的通信中断。为保证RFID系统的远距离通信，本文从系统架构和电路功耗两方面对标签进行研究。首先，本文提出了一种具有智能选择功能的双端口标签方案，并基于UMC0.18μmCMOS工艺对标签中的智能选择电路模块进行分析与设计。其次，本文对射频标签中的整流电路、稳压电路、解调/调制电路模块进行优化设计，进一步降低标签功耗。最后，对本文设计的电路模块进行了版图绘制和后仿。本文主要研究工作如下：1．设计了包括比较器和单刀双掷开关的智能选择电路。在理论分析的基础上，设计了动态和静态两种不同结构的比较器

3、电路，并对二者的性能参数做了对比分析。其次，本文分析了开关电路的基本原理和性能参数，设计了一种由MOS晶体管组成的单刀双掷开关。仿真结果表明，静态比较器电路的延时为56.2ns，电路功耗为463nW，满足系统低功耗的性能要求，而开关电路的插损为-0.64dB，隔离度为-45.8dB，端口回波损耗小于-21dB，电路端口匹配良好。2．设计了整流和稳压电路。其中，整流电路设计中的二极管采用零阈值MOS管代替常规MOS管，因而获得高的输出电压。稳压电路由启动电路、电压基准源和误差放大器构成。为降低功耗，启动电路在后续电路正常工作后断开工作，而误差放大器采

4、用低功耗的简单两级运放结构。仿真结果表明，稳压电路可提供1.8V的稳定供电电压，保证标签中电路模块的正常工作，电路功耗为3μW。3．设计了ASK方式的解调和调制电路。为减小芯片面积，解调电路中迟滞比较器的参考电压从低通滤波电路中提取，替代传统的RC网络电路。调制电路设计是基于反向散射原理。仿真结果表明，在915MHz载波频率和40KHz调制信号频率下，解调电路可成功解调输入已调波信号，而调制电路可将标签信息加入载波信号中，完成数字信号向模拟信号的转变，两电路功耗分别为1.2μW和130nW。关键词：射频识别（RFID），双端口标签，智能选择，模拟前

5、端ABSTRCTWiththepromotionandadvanceofInternetofThings(IoT),RFIDtechnologyarousedpeople’sattentiononceagain.AsthecorepartofRFIDsystem,thetagdirectlydeterminesthesystemperformance.However,thevastmajorityoftagadoptssingleportdesignuptonow,whichmeansthattheRFsignalforpowersupplyand

6、communicationcomesfromthesameantenna.Theenergygatheredfromantennadecreasedwithincreasingtheworkingdistance,anditisdifficulttomeettherequirementsofthepowersupplyandsignaltransmission,thusthecommunicationbetweentagsandreadersisinterrupted.Inordertoguaranteelongdistancecommunicat

7、ionoftheRFIDsystem,thisthesisstudiedthetagfromsystemarchitectureandcircuitpowerconsumption.Firstly,weproposedadualporttagwiththefunctionofintelligentselection,anddesignedthecircuitsforintelligentselectionbasedonUMC0.18μmCMOStechnology.Then,theRFcircuitsinthetag,includingtherec

8、tifiercircuit,thevoltageregulatorcircuitandthemodulation/demo