适用于射频识别标签的低功耗存储器电路研究

发布时间：2020-05-26 09:02

【摘要】：射频识别技术(RFID:Radio Frequency Idendification)是一种使用射频信号实现无接触信息传递与识别的技术。而作为信息的存储载体,嵌入式非挥发存储器(Embedded Non-Volatile Memory)是RFID标签不可缺少的组成部分。随着RFID技术的普及与深入,物联网、航空业等新兴应用领域对标签中的非挥发性存储器提出了大容量、低功耗、低成本的综合要求。本论文根据这些应用需求,对适用于射频标签的嵌入式非挥发性存储器设计开展了大量的研究,并选择阻变存储器(RRAM)与电可擦写只读存储器(EEPROM)进行了芯片实现。本文首先系统的分析了超高频无源标签系统对存储器电路的性能要求,给出了适用于UHF RFID标签的非挥发性存储器所应具备的基本性能指标。随后本文详细地分析了RRAM与EEPROM的存储机制、单元结构以及应用特点,并与其他嵌入式非挥发性存储器进行了全面的分析比较,系统的分析了RRAM与EEPROM在目前应用背景下各自的优劣势,并针对现存的设计难点给出了相应的解决方案。 RRAM存储器方面,本文设计并提出了适用于2T2R(双控制管-双阻性存储单元)存储结构的差分灵敏放大器与带尖峰电流消除功能的稳压环路,在实现低功耗读出的同时消除了电荷泵的启动大电流。同时本文对存储阵列、位线通路、电荷泵、写反馈控制电路等关键模块进行了详细的分析与优化。在此基础上,本文在SMIC 0.13μm标准工艺上设计和实现了世界第一款带64-Kbit RRAM存储器的无源超高频标签,测试结果显示存储器芯片在640 Kb/s数据率下的读功耗为2.2μA,在5 KB/s的写数据率下的写功耗为18.5μA,存储器电路总面积为0.39mm2。 EEPROM存储器方面,本文针对大容量EEPROM,设计改进了EEPROM读出电路,在SMIC 0.18μm EEPROM工艺下实现了低电压、低功耗的读出功能。测试显示,改进的读出电路能够在0.7V以下工作,且最低功耗小于21μA。
【图文】：

电子标签,系统组成,标签,有源

图1.1.电子标签系统组成表.1.1.不同频段的射频标签特点概括低频频高频频超高频频微波波~~~~~125KHzzz13.56Ml七七一900MHzzz2.45GHzzz电磁祸合方式式电磁发射方式式<]0emmm<lmmm>4mmm~Zmmm较慢慢普通通较快快快快动物识别别票证，防盗盗物流，资产管理理智能交通，移付付付付付付付电方式的不同，灯.标签可分为无源电子标签(PassiveTag)、(Semi一passiveTag)以及有源电子标签(ActiveTag)三种。其表.1.2概括。表.1，2.无源标签、半有源标签、有源标签基本特点比较无无无源标签签半有源标签签有源标签签

航空业,供应链,零部件,功耗

.3低电压与低功耗研究如图1.4所示，无源UHF标签灵敏度逐年下降，这也意味着标签芯片系统储器的功耗要求正日趋严格。由公式(1.1)可知，标签芯片总功耗由动态，静态功耗，，短路功耗以及漏电功耗组成。降低芯片工作电压可以极大的减片的动态功耗(尤其是数字基带部分的功耗)，对改善标签芯片的灵敏度起键的作用。相比数字基带电路与模拟前端，存储器电路己逐渐成为了进一步芯片电源电压的瓶颈所在。几、=。c砰f+只ta，+凡口、十凡ak(l.1)对于传统EEPROM而言，目前尚未有低电压(vdd<0.7均、低功耗(l<2林A)关报道。在RRAM方面，2009年台湾工研院(ITRI)报道的基于Hfo:的嵌入式阻变存读写功耗较高(工作电压额定1.8v)[l01，并不适合舒ID低功耗、低电压用环境。
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP333

【参考文献】