超高频射频识别阅读器关键模块设计

发布时间：2017-10-16 17:14

  本文关键词：超高频射频识别阅读器关键模块设计

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【摘要】：超高频射频识别(UHF RFID)技术是一种利用无线信号耦合实现的识别技术。具备通信安全、无需接触、性能稳定等优点,正越来越多地应用到我们的日常生活中。本文从UHF RFID阅读器芯片接收机模块的系统架构以及UHF RFID的通信协议要求开始,分析确定了接收机采用的电路形式以及各个模块的性能参数,对其关键模块进行优化。针对UHF RFID阅读器芯片系统中接收机需要较低的噪声和较低的功耗等要求,本文设计了两款混频器电路,分别为一步变频和两步变频结构。首先,以传统一步变频结构为核心,加入交叉耦合动态电路注入结构,并且采用了电容电阻并联形式的负载进一步滤除高频噪声,电路最终的噪声系数仅为12.79dB;其次,针对高线性度的特性,设计了一款输入1-dB压缩点为-7.8d Bm的两步变频混频器电路。针对下混频器中需要用到的低噪声本振信号,文本设计了一种LC振荡器电路。通过对压控振荡器的的工作原理进行分析,并基于系统要求进行设计折衷,采用了电流偏置性的交叉耦合差分LC振荡器,推导并给出电感、固定电容、可变电容的具体设计方法,确定了负阻电路的尺寸选择依据,设计出了一款输出频率覆盖范围从1.717GHz到1.949GHz的振荡器电路;在100kHz处,其相位噪声为-97.98dBc/Hz,频率为1MHz时,相位噪声进一步减小为-126.0dBc/Hz。论文同时针对UHF RFID阅读器中用到的其他部分关键电路进行了设计和验证,包括二分频器电路和基准电流源电路:基于二分频器的工作原理,论文对关键晶体管尺寸进行了推导,给出了二分频器电路的电路设计及仿真结果;论文设计了一种用以实现下混频器和压控振荡器偏置的100μA电流源,结构简单,在全温度范围内偏差仅为2.64μA。论文通过对阅读器中关键模块下混频器、振荡器、分频器、偏置电流源等的分析、设计及改进,给出了一步混频、两步混频、LC振荡器、分频器和基准电流源的电路结构及验证结果,满足系统指标要求,可用于UHF RFID阅读器接收机。
【关键词】：射频识别 阅读器 混频器 压控振荡器
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN402
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-17
• 第一章 绪论17-21
• 1.1 RFID技术介绍17-18
• 1.2 RFID技术国内外发展现状与趋势18-19
• 1.3 论文研究内容与贡献19
• 1.4 论文组织结构19-21
• 第二章 RFID技术及读写器接收机电路理论分析21-29
• 2.1 RFID技术概述21
• 2.2 RFID系统理论基础21-23
• 2.3 RFID阅读器相关协议23-24
• 2.4 接收机结构24-26
• 2.4.1 超外差式接收机24-25
• 2.4.2 单次转换零中频接收机25
• 2.4.3 多次变频零中频接收机25-26
• 2.5 阅读器接收路性能指标26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 下混频器模块分析与设计29-57
• 3.1 混频器设计指标29-33
• 3.1.1 噪声系数29-30
• 3.1.2 转换增益30
• 3.1.3 线性度30-32
• 3.1.4 端口隔离度32-33
• 3.2 混频器原理与分类33-35
• 3.2.1 混频器基本原理33-34
• 3.2.2 混频器结构分类34-35
• 3.3 单步变频混频器35-48
• 3.3.1 混频器整体模块设计36
• 3.3.2 开关管设计36-39
• 3.3.3 负载级设计39
• 3.3.4 跨导级设计39-41
• 3.3.5 尾电流设计41
• 3.3.6 动态电流注入技术41-43
• 3.3.7 偏置电路设计43-44
• 3.3.8 电路仿真结果与分析44-48
• 3.4 两步变频结构混频器设计48-54
• 3.4.1 整体电路49
• 3.4.2 射频输入级设计49-50
• 3.4.3 输出级的设计50-51
• 3.4.4 电路仿真结果与分析51-54
• 3.4.5 小结54
• 3.5 性能对比以及本章小结54-57
• 第四章 压控振荡器模块分析与设计57-77
• 4.1 振荡器原理57-58
• 4.2 压控振荡器的数学模型58-59
• 4.3 压控振荡器的设计参数59-60
• 4.4 VCO分类60-63
• 4.4.1 环形振荡器60-61
• 4.4.2 科尔皮兹振荡器61-62
• 4.4.3 差分LC振荡器62
• 4.4.4 三种振荡器结构对比62-63
• 4.5 LC振荡器相位噪声分析63-64
• 4.6 VCO模块电路设计64-73
• 4.6.1 负阻电路的设计64-67
• 4.6.2 电感的选取与设计67-69
• 4.6.3 尾电流设计69-70
• 4.6.4 固定电容的选择70-71
• 4.6.5 可变电容的设计71-73
• 4.7 仿真结果73-74
• 4.8 小结74-77
• 第五章 UHF RFID阅读器其他关键电路设计77-83
• 5.1 二分频器电路77-79
• 5.1.1 电路原理77-78
• 5.1.2 仿真结果78-79
• 5.2 偏置电流源电路79-81
• 5.2.1 电路原理79-80
• 5.2.2 仿真结果80-81
• 5.3 本章小结81-83
• 第六章 总结与展望83-85
• 6.1 总结83
• 6.2 展望83-85
• 参考文献85-89
• 致谢89-91
• 作者简介91-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 丁理想;吴洪江;卢东旭;谷江;赵永瑞;;宽带LC压控振荡器的相位噪声优化设计[J];半导体技术;2015年02期

2 魏伟伟;于海勋;李卫民;文武;;一种宽带低相噪CMOS LC压控振荡器设计[J];微电子学与计算机;2010年09期

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本文编号：1043881