无源UHF RFID标签芯片调制解调电路设计与实现

发布时间：2017-07-30 16:07

  本文关键词：无源UHF RFID标签芯片调制解调电路设计与实现

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【摘要】：射频识别(RFID)作为二十一世纪物联网的核心技术之一,特别是无源UHF RFID具有识别距离远、读取速度高、制造成本低等优点,被广泛应用于供应链、仓储物流、货品追踪等方面。现阶段,无源UHF RFID标签系统最大能量传输方式,以及远距离数据的正确接收与发送,成为限制了其工作距离的两个主要因素。本文旨在分析其能量和数据传输原理和方式,以及相应具体电路的实现方法,为实现标签远距离工作提供一定的借鉴意义。首先从整体上对无源UHF RFID系统组成及标签芯片架构作了详细介绍,重点对无源UHF RFID系统的能量和数据传输原理和方式进了理论分析和推导,并将本文采用的工作频段为900 MHz国家军用标准空口协议(简称国军标)作了简要概述。在满足国军标前向通信链路要求下,设计了两款解调器电路:第一款解调电路具有高灵敏度、低功耗的特点。采用有源包络检波方法可以提高解调器的灵敏度,使其达到100 mV。通过将参考电平产生电路和比较器电路相结合的方法可以进一步降低解调器的功耗,总体功耗为293.6 nW。第二款解调电路具有大动态范围、大解调深度特点。利用工艺库中自带的零阈值器件作为基本的检波管,灵敏度可以达到150 mV。设计的自动限压电路,在标签工作距离较近时具有很好的限压作用,同时又不会破坏包络信号。提出的均值电压检测方法,可以进一步提高解调器对调制深度较小信号的解调能力,其最小解调深度可以达到10%。在反向通信链路中,分析了ASK和PSK两种调制方式对标签芯片接收到的可用功率和反射功率的影响,并设计了一种低功耗的PSK调制电路。在调制速率为80 kb/s下,功耗为46.3 nW。本文还设计了一种自动阻抗匹配电路,在射频输入信号功率为-13 dBm,载波频率范围为860 MHz~960 MHz下,整流器最大输出电压维持在2.4 V左右。最后,给出了版图设计的一些基本原则,并在TSMC 0.18μm 1P5M mixed CMOS工艺上进行了流片,封装完成后在满足国家军用标准900 MHz段空口协议下,对其进行了简单的协议符合性测试。本文探讨了无源UHF RFID标签系统的能量与数据传输原理,并提出了相应的解决方法,所设计的电路均满足国军标的各项要求。
【关键词】：射频识别 无源标签芯片 解调器 调制器 自动阻抗匹配
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 主要工作内容与贡献12-13
• 1.4 论文组织结构13-14
• 第2章 无源UHF RFID标签系统原理分析14-28
• 2.1 无源UHF RFID标签系统架构分析14-17
• 2.1.1 无源UHF RFID系统组成14-15
• 2.1.2 无源UHF RFID标签架构15-17
• 2.2 无源UHF RFID系统能量传输分析17-19
• 2.2.1 前向链路17-18
• 2.2.2 反向链路18-19
• 2.3 无源UHF RFID系统数据传输分析19-26
• 2.3.1 数据传输原理19-24
• 2.3.2 数据传输方式24-26
• 2.4 无源UHF RFID系统标准分析26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 调制解调及阻抗匹配电路设计与实现28-78
• 3.1 解调电路设计与实现28-50
• 3.1.1 基本原理28-29
• 3.1.2 性能指标及设计难点分析29-32
• 3.1.3 解调器设计与仿真32-50
• 3.2 调制电路设计与实现50-62
• 3.2.1 基本原理50-55
• 3.2.2 调制电路设计55-58
• 3.2.3 调制电路仿真58-62
• 3.3 阻抗匹配电路设计与实现62-77
• 3.3.1 基本原理62-65
• 3.3.2 阻抗匹配电路设计65-74
• 3.3.3 阻抗匹配电路仿真74-77
• 3.4 本章小结77-78
• 第4章 芯片版图设计与测试78-88
• 4.1 芯片版图设计78-81
• 4.1.1 版图设计原则78-80
• 4.1.2 版图设计80-81
• 4.2 芯片测试81-87
• 4.2.1 测试方案81-83
• 4.2.2 测试结果及分析83-87
• 4.3 本章小结87-88
• 第5章 总结与展望88-90
• 5.1 总结88-89
• 5.2 展望89-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-95
• 作者在学期间取得的学术成果95

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本文编号：595021