超高频无源电子标签芯片的模拟电路设计

电子标签芯片是无线射频识别(RFID)技术的核心,其模拟电路的设计十分关键。基于ISO/IEC18000-6C标准,以设计出符合标准的标签芯片为设计目标,超高频(UHF)无源电子标签芯片模拟电路被提出。它分为电源产生电路、调制解调电路以及上电复位模块等模块。设计结果表明,设计的电路具有很高的整流效率,满足了设计需求。     

2.45GHz电子射频标签模拟前端芯片的研制

分析了RFID系统的组成和基本原理,针对超高频EPC C1G2协议,提出半无源及有源电子标签前端结构及参考电路,包括整流器、偏置单元、上电复位、解调、反向散射调制、振荡器等部分.采用多种方法,极大程度上实现了电路整体的低功耗,并且采取了限幅、ESD电路,保障了电路的稳定性.采用标准CMOS工艺,设计出了低功耗、低电压工作的2.45 GHz射频模拟前端芯片电路,芯片在0.8～1.8 V电压内均可正常工作.芯片的静态工作电流为2μA,芯片工作时,平均工作电流约为65μA.     

疏耦合电子标签研究与实现

近年来,RFID电子标签技术成为热门新科技,由于功耗和成本的原因阻碍了其广泛应用.介绍RFID系统的组成和实现原理,给出低成本、低功耗无源电子标签芯片体系结构,提出低功耗射频接口电路、数字控制电路、存储电路设计关键技术和优化设计,并成功应用到基于IS0/IEC 15693协议无源电子标签芯片设计中,在SMIC 0.35μm E2PROM工艺条件下流片成功,芯片面积为1.86 mm2,设计指标满足标签芯片的性能要求.     

智能电子标签芯片BL75R02的设计

文章针对智能电子标签设计中的一些关键问题进行了深入的研究和探讨,在系统设计、电源整流与稳压、10％ASK信号解调、低功耗EEPROM设计等方面提出了新的思路和方法,同时给出了采用以上设计方案的智能电子标签芯片BL75R02的物理验证结果。     

无源高频RFID标签芯片电源产生电路

无源RFID标签芯片的能量来自读写器发射的射频能量.针对符合ISO/IEC15693标准的无源高频(13.56 MHz)RFID标签芯片,对NMOS栅交叉连接整流电路结构进行了研究与设计,实现的NMOS栅交叉连接整流电路的能量转换效率为34.46 9,6,并设计一种低成本、低功耗的芯片工作电源产生电路,设计工艺采用SMIC 0.35 pm 2P3M CMOS EEPROM工艺.最后,给出了芯片的测试结果.测试结果显示:所设计的电源产生电路能够很好地工作在IS015693标准定义的最小磁场Hmin(150 mA/m)和最大磁场Hmax(5 A/m)之间.     

带新解调结构的UHF RFID标签低功耗模拟前端设计

基于ISO/IEC 18000-6C协议,对UHF无源电子标签模拟前端中的ASK解调电路、整流器、稳压电路等进行低功耗设计。解调电路中微分电路的加入扩大了解调电路工作范围,在解调电路近距离工作时,可以更有效地解调。整流电路采用了零阈值MOS管代替肖特基二极管,降低芯片成本。整流稳压电路可稳定地为芯片供电,供电电压2 V,建立时间仅为25μs。电路采用SMIC 0.18μm 2P4M CMOS工艺进行流片,芯片面积720μm×390μm。测试得到模拟前端整体工作电流仅2.4μA,标签工作距离大于7 m。     

基于PCRAM的射频标签模拟前端关键电路设计

基于相变存储器,对无源超高频电子标签模拟前端四个关键电路进行低功耗设计。整流电路采用9级电荷泵,结合储能电容和过压保护电路,得到了很好的整流效果。上电复位电路在箝位电路的基础上利用简单的缓冲器及异或逻辑,得到性能良好的矩形脉冲复位信号PORB,通过PMOS栅交叉耦合,极大地降低了电路静态电流(<1nA)。在基准电源电路中,设计了双极晶体管和MOS晶体管,兼具功耗低和准确性高的优势。稳压电路采用串联稳压结构,电源抑制比达到28.2dB。仿真结果显示,功耗达到nA级,输出直流电压为3V。     

电源内置LCD控制驱动器AMI3801设计研究

介绍了一款电源内置的4灰度色标LCD控制驱动器AMI3801的ASIC设计与实现.分析了芯片数字电路设计方案和若干低功耗技术;重点讨论了模拟电路--内置电源电路和振荡器的设计;相关模拟、数字IP核能被重用在其他LCD驱动控制芯片设计中.还描述了芯片采用的混合信号设计流程,对指导一些模数混合芯片的ASIC设计有重要意义.     

一种适用于射频电子标签的低电压低功耗振荡器

提出了一种适合射频电子标签应用的振荡器设计方法.针对低电压低功耗的要求,选择了比较简单的振荡器结构,通过调节电流的方法来调节振荡器的输出频率.输出电流与电源无关的偏置电路设计保证了振荡器输出频率的稳定,低功耗的二进制权电流电路提供了很小的寄生参数、较高的电流精度和很小的芯片面积.芯片在Chartered 0.35μm CMOS工艺流片,电源电压为1.2～2V,环形振荡器消耗的平均电流约为6.5μA.     

无源射频电子标签模拟前端的设计与分析

提出了与ISO/IEC 18000-3兼容的高频无源射频电子标签模拟前端.分析了设计中的考虑因素,尤其是射频电子标签的能量传输.基于这些分析,提出了一种新架构、高能量转换效率、低电压、低功耗、在噪声和能量波动环境下具有高性能的模拟前端.此电路在Chartered 0.35μm标准CMOS工艺下实现,测试结果表明芯片能很好地满足设计要求.     

低功耗自供电压电能量管理电路的研究

为了提高压电能量采集系统的采集效率,该文提出了一种用于压电能量采集的自供电能量管理电路。采用基于并联同步开关感应(PSSHI)技术的有源全桥整流电路来提高压电采能器的功率,降低整流电路上的导通损耗;采用低功耗稳压降压集成芯片配合超级电容器,实现能量的高效采集存储。仿真结果表明,在模拟输出电压幅值为20 V时,该整流电路的输出功率为1.084 6 W,比传统整流电路的平均输出功率提高了16.8%,在最高输出电压为5 V时,30 s内储存能量可以达到4.137 1 J。     

基于GaN二极管耦合检波的大功率高线性限幅器研究北大核心CSCD

现阶段接收链路的动态功率范围越来越大,对接收机限幅器的线性度带来挑战。要求限幅器在满足高功率的前提下,开启电平尽量高。GaN肖特基二极管具有较低的开启电压和较高的击穿电压,特别适用于高频大功率整流电路。为了满足限幅器高线性和高功率的需求,文章介绍了一种基于横向结构GaN肖特基二极管耦合整流的高线性限幅器。测试结果表明,在0.03~1 GHz频带内,小信号插入损耗小于1 dB,输入输出驻波比小于1.6;开启电平大于17 dBm,可承受连续波100 W的功率,泄露功率小于23 dBm。该限幅器体积小、耐功率高,可广泛应用于大动态接收机中,保证高线性的前提下提升其可靠性。     

Low leakage and high CMRR CMOS differential amplifier for biomedical application

In order to increase user experience in using near field communication smartcard, analog front-end (AFE) module is required to provide a sufficient and a well-regulated voltage regardless the distance between the card and the reader. A highly stable AFE design for energy harvesting purpose is introduced in this paper. The design consists of antenna, rectifier, voltage limiter, bandgap reference, and low-dropout (LDO) voltage regulator circuit. The antenna is designed to resonate at 13.56 MHz as regulated by ISO/IEC 14443-2. In order to simplify the implementation using 0.18 μm CMOS process, a full-wave rectifier circuit is built of all low-threshold-voltage diode-connected PMOS transistors. To protect the system from undesired excessive input voltages, a voltage limiter circuit is included in the module. Moreover, control and maintain a stable supply voltage for the whole system, a robust LDO voltage regulator and bandgap circuits are specially designed for this purpose. The LDO is able to provide a stable 1.8 V of supply voltage with a sub-1% ripple factor even under a low input current as low as 20 mA.     

一种光伏模拟电源的设计

为给被测试的光伏逆变器提供一个测试其最大功率点性能的环境,设计了一种光伏模拟电源。其主要由整流滤波电路和DC/DC电源组成。整流滤波电路将交流电变成直流,开关电源部分完成降压功能,通过将输出电压采样送入误差比较器中与控制器RAM中的电压进行比较,来控制输出电流和电压,使其工作在对应的I-V曲线上。文中设计的光伏模拟电源可人为地输入温度和日照来模拟太阳能光伏曲线。     

一款航空VHF限幅器的设计与测试

为提高航空甚高频(VHF)通信设备的电磁防护能力,提出了一种基于PIN二极管的限幅器。采用先进设计系统(ADS)仿真研究了不同二极管级数对限幅器插入损耗以及限幅性能的影响,设计了一款由PIN对管并联结构、集总参数定向耦合器、整流电路与匹配电路相结合的半有源式限幅器,通过将部分干扰信号转变为直流的方式,为二极管提供偏置电压,降低限幅器的限幅电平。性能测试结果表明,在118~136 MHz的频率范围内,半有源式限幅器的插入损耗小于1 dB,输入输出端口的回波损耗大于20 dB,限幅电平小于7.5 dBm,功率容量大于25 dBm,实现了低插入损耗与高限幅性能。     

薄膜电容在雷达发射电源中的应用

首先,分析了雷达发射电源输入整流滤波电路的特点;然后,对比分析了铝电解电容与薄膜电容在发射电源输入整流滤波电路中应用的优缺点;最后,通过实验对比了两种电容器在电路中的性能参数。实验部分通过完全替代和部分替代两种方式研究了薄膜电容替换铝电解电容后对发射电源输入整流滤波电路的影响,并分析了这两种方案与传统的铝电解电容的优缺点。实验结果表明:在发射电源输入整流滤波电路中,相比于铝电解电容,薄膜电容具有耐高压、损耗小、寿命长等特点。     

A low power voltage limiter for a full passive UHF RFID sensor on a 0.35 μm CMOS process

This paper presents a low power voltage limiter design for avoiding possible damages in the analog front-end of a RFID sensor due to voltage surges whenever readers and tags are close. The proposed voltage limiter design takes advantage of the implemented bandgap reference and voltage regulator blocks in order to provide low deviation of the limiting voltage due to temperature variation and process dispersion. The measured limiting voltage is 2.9 V with a voltage deviation of only ±0.065 V for the 12 measured dies. The measured current consumption is only 150 nA when the reader and the tag are far away, not limiting the sensitivity of the tag due to an undesired consumption in the voltage limiter. The circuit is implemented on a low cost 2P4M 0.35 μm CMOS technology.     

一种低关断功耗的地端关断整流器

基于TSMC 180 nm CMOS工艺,设计了一种采用负压关断的地端关断整流器。将关断时的控制电平从0降到负值,降低了使能管的亚阈值电流。将使能管的工作状态从亚阈值区变为截止区,进一步降低了关断功耗。仿真结果表明,当整流器使能时,该负压地端关断整流器的导通性能与传统地端关断整流器几乎相当。当整流器关断且输入电压幅值为1 V时,关断功耗为-24.0 dBm @953 MHz,与传统地端关断整流器相比,下降了7.5 dBm;与传统短路关断整流器相比,降低了23 dBm,功率转换效率提高了1.9 %。该地端关断整流器能满足射频能量收集系统中整流器低功耗待机的要求。     

Design Considerations for Maintaining DC-Side Voltage of Hybrid Active Power Filter With Injection Circuit

Hybrid active power filter with injection circuit (IHAPF) shows great promise in reducing harmonics and improving power factor with a relatively low capacity active power filter, but suffers from dc-side voltage instability that inadvertently impacts the compensation performance and safety of the IHAPF. In this paper, two new methods are proposed to overcome this major technical challenge with a hysteretic control and energy release circuit, and a controllable pulsewidth modulation (PWM) rectifier. Modeling, theoretical analysis, and experimental results have verified that both methods can stabilize dc-side voltage within a certain range. A prototype IHAPF system was built incorporating the PWM rectifier dc voltage control scheme, and installed in a 220 kV substation in Southern China. It demonstrated significant improvement in harmonics reduction and power factor. The dc voltage stability issue was also resolved with the new design.