面向谐振传感电路的自主通信协议标签芯片基带设计与实现
发布时间：2021-12-30 16:32
将超高频射频识别（Ultrahigh Frequency Radio Frequency Identification,简称UHF RFID）技术的功耗低、速率快、距离远等技术优势和传感技术的模拟被测参量可以精确转换为数字监测数值的技术优势相结合,可以构成物联网的底层技术基础,实现端到端、端到云的连接,构建万物互联的智能世界。电力监测行业就是UHF RFID技术与传感技术相结合的应用场景之一。将磁感应谐振传感电路与UHF RFID无源标签芯片结合构成传感标签,适配查询器上位机等设备,搭建无源、无线监测电网稳定性的系统,可以实现电流电压在线监测,保证电网设备安全运行,降低监测成本,提高监测效率。该系统的主要研究重点就在于面向谐振传感电路的标签芯片基带设计与实现。本文完成的研究内容及取得的研究成果如下:（1）本文根据查询器与传感标签的交互流程,确定无源传感通信空口协议最大限度兼容国标协议正向链路和反向链路的编解码方法,并对交互过程中的命令帧格式参数进行定义,实现了协议对空口ID匹配以及传感数据读取等操作的支持。基于无源传感通信空口协议,本文给出传感标签数字基带的设计功能、体系架构以及模块划...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DECODE模块仿真结果
图3.4 DECODE 模块仿真结果3.1.3 编码（ENCODE）模块编码模块根据 SCU 的输出控制数据 bsc 进行判断，然后对反向散射至查询器的数据进行 FM0 编码，该数据通常包含随机数、句柄、传感数据等。模块内部有门控逻辑，根据标签状态和命令参数，控制 cw_en 门控信号来配置传感频率数据的输出。另外，编码模块在将数据发送至模拟前端进行调制之前，需要对数据包进行 CRC 校验，确保数据正确。本文设计的数字基带中包含 CRC-5 和 CRC-16 两种校验模式。协议要求传感标签的编码数据需要完成 CRC-16校验。CRC-16校验的生成多项式为：X16+X12+X5+1。其寄存器中预设加载值为：16`hFFFF。校验数据通过后寄存器中的加载值为 16`h1D0F。CRC-5 校验的生成多项式为：X5+X3+1，其寄存器中预设加载值为：5`b0_1001。校验数据通过后寄存器中的加载值为 5`b0_0000。
图3.7 SCU 模块仿真结果通过 NC-Verilog 对 SCU 模块进行功能仿真，由图 3.7 可以看到，由于 SCU 采用系统时钟，因此数字基带的状态跳转非常迅速，在 match_result 为高电平时，意味着查询器与传感标签匹配成功。数字基带收到 Query 命令、ACK 命令、SEN 命令，标签状态分别跳转至 REPLY 状态、ACKNOWLEDGED 状态、PERCEPTION 状态，并将不同的 bsc 数据送至 ENCODE 模块。3.1.5 功耗管理（PMU）模块功耗管理模块通过门控逻辑进行功耗优化。控制每个模块的开启和关闭，从而降低时钟翻转频率以降低数字基带整体动态翻转功耗。功耗管理模块dec_en dec_done scu_en scu_done ocu_en ocu_done
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析中国物联网RFID产业发展现状[J]. 王红国. 标签技术. 2018(01)
[2]异步时钟域信号同步的实现[J]. 金大超,冷建伟. 天津理工大学学报. 2017(03)
[3]基于片上系统的时钟复位设计[J]. 任思伟,唐代飞,祝晓笑,刘昌举,刘戈扬,翟江皞. 半导体光电. 2017(02)
[4]智能电网背景下的电力设备监测和维护技术[J]. 洪礼锋. 科技经济导刊. 2017(07)
[5]石英晶振的储能特性[J]. 蔡家欢,李平,文玉梅,鲍宜壮,刘双建. 物理学报. 2016(10)
[6]人工智能及计算智能在物联网方面的应用[J]. 王珂,翟婷婷. 数字技术与应用. 2014(08)
[7]一种消除异步电路亚稳态的逻辑控制方法[J]. 樊民革,赵剡. 电子测量技术. 2008(10)
[8]考虑信号上升/下降时间的IC关键路径算法[J]. 葛梁,毛军发,李晓春. 微电子学. 2005(02)
[9]集成电路的高层综合与逻辑综合[J]. 陈必龙,沈海斌,何乐年,严晓浪. 中国集成电路. 2002(05)
博士论文
[1]基于信号处理系统统计特性的高可靠低功耗电路设计技术研究[D]. 李妍.电子科技大学 2017
[2]超高频射频识别系统实现与应用中的若干关键技术研究[D]. 洪卫军.北京邮电大学 2009
[3]超高频射频识别读写器芯片关键技术的研究与实现[D]. 谈熙.复旦大学 2008
[4]极大规模集成电路全局互连线设计与优化算法研究[D]. 蔡懿慈.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]无源UHF RFID标签芯片调制解调电路设计与实现[D]. 杨黎.湘潭大学 2016
[2]无源UHF RFID加速度传感芯片射频模拟前端设计[D]. 刘茂旭.合肥工业大学 2016
[3]基于28nm工艺的数字芯片静态时序分析及优化[D]. 李洋洋.西安电子科技大学 2016
[4]RFID标签天线及圆极化天线的研究[D]. 陈浙锋.浙江大学 2016
[5]基于28nm工艺的低功耗触发器设计及优化[D]. 朱志强.安徽大学 2015
[6]FFT ASIC的物理设计与物理验证[D]. 谢马迥.华中科技大学 2015
[7]RFID传感器设计方法的研究[D]. 黄奕龙.北京邮电大学 2015
[8]CMOS电路低功耗设计与优化研究[D]. 刘仲方.浙江大学 2015
[9]基带处理器芯片的低功耗设计实现[D]. 陈普凡.华中科技大学 2015
[10]基于国标协议UHF RFID标签芯片基带设计与实现[D]. 徐超.西安电子科技大学 2014
本文编号：3558582
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DECODE模块仿真结果
图3.4 DECODE 模块仿真结果3.1.3 编码（ENCODE）模块编码模块根据 SCU 的输出控制数据 bsc 进行判断，然后对反向散射至查询器的数据进行 FM0 编码，该数据通常包含随机数、句柄、传感数据等。模块内部有门控逻辑，根据标签状态和命令参数，控制 cw_en 门控信号来配置传感频率数据的输出。另外，编码模块在将数据发送至模拟前端进行调制之前，需要对数据包进行 CRC 校验，确保数据正确。本文设计的数字基带中包含 CRC-5 和 CRC-16 两种校验模式。协议要求传感标签的编码数据需要完成 CRC-16校验。CRC-16校验的生成多项式为：X16+X12+X5+1。其寄存器中预设加载值为：16`hFFFF。校验数据通过后寄存器中的加载值为 16`h1D0F。CRC-5 校验的生成多项式为：X5+X3+1，其寄存器中预设加载值为：5`b0_1001。校验数据通过后寄存器中的加载值为 5`b0_0000。
图3.7 SCU 模块仿真结果通过 NC-Verilog 对 SCU 模块进行功能仿真，由图 3.7 可以看到，由于 SCU 采用系统时钟，因此数字基带的状态跳转非常迅速，在 match_result 为高电平时，意味着查询器与传感标签匹配成功。数字基带收到 Query 命令、ACK 命令、SEN 命令，标签状态分别跳转至 REPLY 状态、ACKNOWLEDGED 状态、PERCEPTION 状态，并将不同的 bsc 数据送至 ENCODE 模块。3.1.5 功耗管理（PMU）模块功耗管理模块通过门控逻辑进行功耗优化。控制每个模块的开启和关闭，从而降低时钟翻转频率以降低数字基带整体动态翻转功耗。功耗管理模块dec_en dec_done scu_en scu_done ocu_en ocu_done
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析中国物联网RFID产业发展现状[J]. 王红国. 标签技术. 2018(01)
[2]异步时钟域信号同步的实现[J]. 金大超,冷建伟. 天津理工大学学报. 2017(03)
[3]基于片上系统的时钟复位设计[J]. 任思伟,唐代飞,祝晓笑,刘昌举,刘戈扬,翟江皞. 半导体光电. 2017(02)
[4]智能电网背景下的电力设备监测和维护技术[J]. 洪礼锋. 科技经济导刊. 2017(07)
[5]石英晶振的储能特性[J]. 蔡家欢,李平,文玉梅,鲍宜壮,刘双建. 物理学报. 2016(10)
[6]人工智能及计算智能在物联网方面的应用[J]. 王珂,翟婷婷. 数字技术与应用. 2014(08)
[7]一种消除异步电路亚稳态的逻辑控制方法[J]. 樊民革,赵剡. 电子测量技术. 2008(10)
[8]考虑信号上升/下降时间的IC关键路径算法[J]. 葛梁,毛军发,李晓春. 微电子学. 2005(02)
[9]集成电路的高层综合与逻辑综合[J]. 陈必龙,沈海斌,何乐年,严晓浪. 中国集成电路. 2002(05)
博士论文
[1]基于信号处理系统统计特性的高可靠低功耗电路设计技术研究[D]. 李妍.电子科技大学 2017
[2]超高频射频识别系统实现与应用中的若干关键技术研究[D]. 洪卫军.北京邮电大学 2009
[3]超高频射频识别读写器芯片关键技术的研究与实现[D]. 谈熙.复旦大学 2008
[4]极大规模集成电路全局互连线设计与优化算法研究[D]. 蔡懿慈.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]无源UHF RFID标签芯片调制解调电路设计与实现[D]. 杨黎.湘潭大学 2016
[2]无源UHF RFID加速度传感芯片射频模拟前端设计[D]. 刘茂旭.合肥工业大学 2016
[3]基于28nm工艺的数字芯片静态时序分析及优化[D]. 李洋洋.西安电子科技大学 2016
[4]RFID标签天线及圆极化天线的研究[D]. 陈浙锋.浙江大学 2016
[5]基于28nm工艺的低功耗触发器设计及优化[D]. 朱志强.安徽大学 2015
[6]FFT ASIC的物理设计与物理验证[D]. 谢马迥.华中科技大学 2015
[7]RFID传感器设计方法的研究[D]. 黄奕龙.北京邮电大学 2015
[8]CMOS电路低功耗设计与优化研究[D]. 刘仲方.浙江大学 2015
[9]基带处理器芯片的低功耗设计实现[D]. 陈普凡.华中科技大学 2015
[10]基于国标协议UHF RFID标签芯片基带设计与实现[D]. 徐超.西安电子科技大学 2014
本文编号：3558582
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