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1、無(wú)源UHFRFID雙端口標(biāo)簽芯片模擬前端的關(guān)鍵電路研究ResearchofKeyCircuitofAnalogFrontEndforPassiveUHFRFIDDual-PortTag學(xué)科專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)研究生：李美苓指導(dǎo)教師：謝生副教授天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院二零一五年十二月摘要隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的提出和推廣，RFID技術(shù)再次引起人們的極大關(guān)注。作為RFID系統(tǒng)中的核心部件，射頻標(biāo)簽直接決定著RFID系統(tǒng)的性能。然而，目前絕大多數(shù)標(biāo)簽均采用單端口設(shè)計(jì)，即參與供電的射頻能量和參與通信的射頻信號(hào)來(lái)自同一天線。隨著工作距離增大，天線接收的射頻能量
2、減小，難以同時(shí)滿足供電和信號(hào)傳遞的要求，因此標(biāo)簽與閱讀器之間的通信中斷。為保證RFID系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離通信，本文從系統(tǒng)架構(gòu)和電路功耗兩方面對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行研究。首先，本文提出了一種具有智能選擇功能的雙端口標(biāo)簽方案，并基于UMC0.18μmCMOS工藝對(duì)標(biāo)簽中的智能選擇電路模塊進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。其次，本文對(duì)射頻標(biāo)簽中的整流電路、穩(wěn)壓電路、解調(diào)/調(diào)制電路模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步降低標(biāo)簽功耗。最后，對(duì)本文設(shè)計(jì)的電路模塊進(jìn)行了版圖繪制和后仿。本文主要研究工作如下：1．設(shè)計(jì)了包括比較器和單刀雙擲開(kāi)關(guān)的智能選擇電路。在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種不同結(jié)構(gòu)的比較器
3、電路，并對(duì)二者的性能參數(shù)做了對(duì)比分析。其次，本文分析了開(kāi)關(guān)電路的基本原理和性能參數(shù)，設(shè)計(jì)了一種由MOS晶體管組成的單刀雙擲開(kāi)關(guān)。仿真結(jié)果表明，靜態(tài)比較器電路的延時(shí)為56.2ns，電路功耗為463nW，滿足系統(tǒng)低功耗的性能要求，而開(kāi)關(guān)電路的插損為-0.64dB，隔離度為-45.8dB，端口回波損耗小于-21dB，電路端口匹配良好。2．設(shè)計(jì)了整流和穩(wěn)壓電路。其中，整流電路設(shè)計(jì)中的二極管采用零閾值MOS管代替常規(guī)MOS管，因而獲得高的輸出電壓。穩(wěn)壓電路由啟動(dòng)電路、電壓基準(zhǔn)源和誤差放大器構(gòu)成。為降低功耗，啟動(dòng)電路在后續(xù)電路正常工作后斷開(kāi)工作，而誤差放大器采
4、用低功耗的簡(jiǎn)單兩級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明，穩(wěn)壓電路可提供1.8V的穩(wěn)定供電電壓，保證標(biāo)簽中電路模塊的正常工作，電路功耗為3μW。3．設(shè)計(jì)了ASK方式的解調(diào)和調(diào)制電路。為減小芯片面積，解調(diào)電路中遲滯比較器的參考電壓從低通濾波電路中提取，替代傳統(tǒng)的RC網(wǎng)絡(luò)電路。調(diào)制電路設(shè)計(jì)是基于反向散射原理。仿真結(jié)果表明，在915MHz載波頻率和40KHz調(diào)制信號(hào)頻率下，解調(diào)電路可成功解調(diào)輸入已調(diào)波信號(hào)，而調(diào)制電路可將標(biāo)簽信息加入載波信號(hào)中，完成數(shù)字信號(hào)向模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)變，兩電路功耗分別為1.2μW和130nW。關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別（RFID），雙端口標(biāo)簽，智能選擇，模擬前
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
