低压低功耗无源UHF RFID标签芯片模拟前端电路的设计

本文从设计符合EPCTM C1G2协议的超高频无源射频识别标签芯片的角度出发,对RFID标签芯片模拟前端电路进行设计.通过对各个关键电路的功耗与电源进行优化,实现了一个符合协议要求的低电压、低功耗的超高频无源RFID标签芯片的模拟前端.该UHF RFID标签模拟前端设计采用SMIC 0.18 μm EEPROM CMOS工艺库.仿真结果表明,标签芯片模拟前端的整体功耗控制在2.5 μW以下,工作电源可低至1 V,更好地满足了超高频无源射频识别标签芯片应用需求.     

新型超高频RFID编解码和CRC电路的设计与实现

提出了一种新的超高频射频识别(RFID)标签芯片的数据编解码与循环冗余校验(CRC)计算同步进行的电路结构。该电路采用ISO/IEC 18000.6C标准协议,在数据编解码过程中同步进行串行CRC计算来提高系统数据的处理速度。采用FPGA进行仿真分析。结果表明,该设计方法可实现CRC编解码与RFID数据的编解码同步,即不占用额外的时钟处理CRC计算,从而满足超高频RFID的快速通信要求。所提出的串行CRC电路在SIMC 0.18 μm标准CMOS工艺下进行综合,其面积比并行CRC电路节省31.4%,电路算法更简单。     

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。     

超高频RFID无源标签倍压整流电路设计

从法拉第定律和安培定律出发,基于波动原理的分布理论分析了射频波段倍压整流电路的特性,详细讨论了其在无线射频识别技术(RFID)设计中的应用.结果表明,超高频UHF(Ultra Hish Frequency)频段的倍压整流电路与经典的倍压整流电路分析有很大的不同.通过多次实验校正,最后在实践中成功设计出一种效果良好、可以实用的UHF频段RFID无源标签芯片的倍压整流电路.     

超低功耗RFID标签基带处理器

针对集成片上天线(OCA)的超高频射频识别(RFID)标签设计了一款RFID专用协议的基带处理器,以满足RFID标签嵌入纸张及微小物体的防伪功能.由于OCA与读写器天线近场耦合获取能量有限,集成OCA的无源标签对功耗要求更加苛刻.针对微小OCA标签的应用需求,采用异步电路、门控时钟、低压库、多时钟域等低功耗设计方法,设计了专用协议标签基带处理器,其CMOS低压库的设计可以使基带处理器在0.5V的电源电压下工作,综合布局布线后,其电路仿真结果表明,峰值功耗仅为0.32 μW.标签芯片在UMC 0.18 μm标准工艺下流片,测试结果显示,在读写器输出20 dBm能量的情况下,带OCA标签的读距离可达2 mm.     

适用于无源超高频RFID标签的高效率整流电路

基于动态阈值补偿技术,提出了一种适用于无源超高频RFID标签的高效率整流电路。该整流电路可以根据MOS管的工作状态对MOS管阈值电压进行动态补偿,使得MOS管同时具有低的导通电压和反向泄漏电流,从而实现高的功率转换效率。采用该整流电路的无源超高频RFID标签芯片在0.18 μm CMOS工艺下设计实现。测试结果表明,在驱动80 kΩ负载时,整流电路的功率转换效率最高可达53.7%。相比于传统整流电路,转换效率提高了约20％。     

低功耗有源UHF-RFID标签芯片

采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种低功耗的超高频有源RFID标签芯片射频接收前端电路.其中,低噪声放大器(LNA)采用共源共栅源极电感负反馈差分结构,下变频混频器(Mixer)采用吉尔伯特(Gilbert)有源双平衡结构.通过整体及模块电路优化,该电路在较低功耗下仍然具有较好性能.仿真结果表明,整个接收端功耗仅为14 mW,与传统射频前端芯片相比,功耗降低53%;整体增益为21.6 dB,噪声系数7.1 dB,三阶输入截止点-18.9 dBm,满足有源UHF-RFID标签芯片低功耗高性能的应用需求.     

一种采用新型延迟模块的上电复位电路

本文设计了一种在低电压下工作的用于射频标签的上电复位电路。此电路一方面采用了一种新型电平检测模块,可以实现精准的电平检测;另一方面采用了一种新型延迟模块,该模块可在0.8V—5V电源电压下工作,可实现100nS到1mS之间的延时;此外,为了降低功耗,电路在产生上电复位信号将利用数字电路产生一个反馈信号来关断整个电路。本文采用smic0.18um的工艺,利用cadence对其功能进行仿真,结果表明该电路可在1.2V工作电压下进行有效复位,并且可以快速的二次复位,复位脉冲宽度为20us左右,功耗极低,完全满足RFID标签的要求。     

超高频RFID标签的数字电路设计

在研究读写器和射频标签通信过程的基础上,结合EPC C1G2协议以及ISO/IEC18000-6协议,采用VHDL语言设计出一种应用于超高频段的射频标签数字电路.对电路的系统结构和模块具体实现方法进行了描述.基于0.18 μm CMOS工艺标准单元库,采用EDA工具对电路进行了前端综合和后端物理实现.给出的仿真结果表明该电路符合协议要求,综合后的电路规模约为11000门,功耗约为35 μW.该电路可应用于超高频段的各种RFID标签的数字部分.     

无源超高频RFID标签的模拟前端电路设计

设计完成了一款无源超高频RFID标签的低功耗模拟前端电路。采用了一种新的阈值消除技术,整流电路的能量转换效率可以达到30%以上;使用一种低功耗的稳压电路,为数字电路提供稳定的1 V电源电压的同时功耗为500 nA。此外提出了一种等效灵敏度的测试方法,可以简便地获得标签芯片的激活功率水平。该设计采用TSMC 0.18μm工艺,整个芯片面积为700μm×800μm。测试结果显示:稳压电路可以输出稳定的0.95 V电压,解调模块可以正确调解幅度大于150 mV的天线信号。根据等效灵敏度测试方法,测得本设计的灵敏度约为-14.9 dBm。     

UHF RFID读写器控制模块的SOPC设计

为简化UHF RFID读写器系统设计,提高读写器控制模块控制协调能力、抗干扰强度、降低功耗,提出了一种基于NiosⅡ处理器的UHF RFID读写器控制模块的SOPC设计方案。采用SOPC设计理念,在一个可配置的FPGA芯片上嵌入NiosⅡ处理器,搭载操作系统,实现收发信号的数字处理控制及与上位机系统的通信控制。根据设计需要充分配置了处理器性能,给出了模块硬件结构,模块与上位机、数字基带处理模块间的通信接口及模块软件设计流程图。仿真结果表明,该控制模块能实现所需控制信号的产生和传输,完成协议解析、时序控制、状态转换及防碰撞等功能。与传统嵌入式控制模块相比,该控制模块实时控制能力强、稳定性高,功耗更低,外围电路更简单,系统更小型化。     

超小型UHF RFID读写模块的设计

采用PHYCHIPS公司的UHF频段前端收发芯片PR9000作为核心芯片,并结合电源管理模块,设计实现了一款超小型UHF RFID读写模块,在工作频率840~960 MHz范围内,接收灵敏度小于-70 dBm,发射功率-13-10dBm可调,功耗小于5 W。UHF RFID读写模块具有尺寸小、灵敏度高和低功耗的优点,可嵌入手机、打印机等移动终端,具有广泛的应用领域。     

Statistical Analysis of Transponder Packaging in UHF RFID Systems

Packaging of RFID transponders that operate at ultrahigh frequencies (UHF) requires nontraditional materials and innovative methods in order to make a functional, reliable, and inexpensive RFID transponders. Presented is a statistical analysis along with the model as the way to evaluate measured results and provide the quality and process control for the electrical and mechanical performance of the packaging of RFID tags with respect to different manufacturing processes. The power analysis is presented in support of the statistical analysis and the sample size selection.     

GSM移动终端对UHF RFID读取效果的影响

近年来,UHF RFID技术的发展与应用及EPCG2电子标签的发展给人们生产生活带来了方便。但是由于GSM的频段与UHF RFID频段很接近．因此探讨移动通信对UHF RFID读取效果的影响显得日益重要。文章介绍了我国UHF RFID与GSM频段的划分、电子标签的接收功率与反射功率、测试模型、测试结果的分析,为两者相距很近工作时所面临的干扰提出了合理的对策与建议。     

Reading Rate Improvement for UHF RFID Systems with Massive Tags by the Q Parameter

To implement an ultra high frequency (UHF) RFID system, the first problem that an enterprise faces is the assurance of stable and extremely high reading rates. Empirical investigations indicated many hardware and environment factors can affect the reading rates. Unfortunately, even if all of the hardware and environment factors have been resolved, reading a large number of RFID tags in a single run is still a challenge. For RFID systems with massive tags, signal collision is the major factor to reduce system reading rate. To diminish the influence induced by signal collision, this study examined the anti-collision technology applied in EPCglobal UHF Gen II standards and proposed the method of adapting the Q parameter of control module in UHF RFID interrogator. Finally, we conducted field simulation to monitor relative reading rates under different conditions with different tag numbers, speeds passing through portal and Q values. Following by experimental results, this study provided the criteria to determine optimal Q value by activating system. With proper Q value, stable and extremely high reading rates in one-time reading of a large number of RFID tags (100 and above) can be achieved.     

Modeling and analysis of power extraction circuits for passive UHF RFID applications

Modeling and analysis of far field power extraction circuits for passive UHF RF identification (RFID) applications are presented. A mathematical model is derived to predict the complex nonlinear performance of UHF voltage multiplier using Schottky diodes. To reduce the complexity of the proposed model, a simple linear ap-proximation for Schottky diode is introduced. Measurement results show considerable agreement with the values calculated by the proposed model. With the derived model, optimization on stage number for voltage multiplier to achieve maximum power conversion efficiency is discussed. Furthermore, according to the Bode-Fano criterion and the proposed model, a limitation on maximum power up range for passive UHF RFID power extraction circuits is also studied.     

应用于无源超高频射频识别卡芯片的能量提取电路建模与分析

Modeling and analysis of far field power extraction circuits for passive UHF RF identification （RFID） applications are presented. A mathematical model is derived to predict the complex nonlinear performance of UHF voltage multiplier using Schottky diodes. To reduce the complexity of the proposed model, a simple linear approximation for Schottky diode is introduced. Measurement results show considerable agreement with the values calculated by the proposed model. With the derived model, optimization on stage number for voltage multiplier to achieve maximum power conversion efficiency is discussed. Furthermore, according to the Bode-Fano criterion and the proposed model, a limitation on maximum power up range for passive UHF RFID power extraction circuits is also studied.     

射频识别芯片设计中时钟树功耗的优化与实现

UHF RFID是一款超高频射频识别标签芯片,该芯片采用无源供电方式,对于无源标签而言,工作距离是一个非常重要的指标,这个工作距离与芯片灵敏度有关,而灵敏度又要求功耗要低,因此低功耗设计成为RFID芯片研发过程中的主要突破点。在RFID芯片中的功耗主要有模拟射频前端电路,存储器,数字逻辑三部分,而在数字逻辑电路中时钟树上的功耗会占逻辑功耗不小的部分。本文着重从降低数字逻辑时钟树功耗方面阐述了一款基于ISO18000-6Type C协议的UHF RFID标签基带处理器的的优化和实现。     

超高频无源RFID标签的一些关键电路的设计

本文针对超高频无源RFID标签芯片的设计,给出了一些关键电路的设计考虑。文章从UHFRFID标签的基本组成结构入手,先介绍了四种电源恢复电路结构,以及在标准CMOS工艺下制作肖特基二极管来组成倍压电路的解决方案。然后针对电源稳压电路,提出了串联型和并联型两种稳压电路。文章针对ASK包络解调电路,提出了新的泄流源的设计。最后,文章介绍了启动信号产生电路的设计考虑。     

应用于无源UHF RFID传感器接口的低功耗低压转换器设计

为了增加射频识别（RFID）传感器的识读范围,针对无源超高频（ultra high frequency,UHF）RFID标签的传感器接口,提出了一种新的低功耗低压时间数字转换器设计。该传感器接口采用基于游标原理的高效时数转换器,在保证分辨率和转换效率的同时,能够实现较低的功耗和较大的动态范围。采用TSMC 90nm标准CMOS技术设计并制造。测量结果显示相比其他类似结构,提出接口在输入时间范围28.18-42.94 时有效分辨率为10.48bits。采样率为20 KS/s时,转换器转化效率为0.396 pJ/bit,且功耗和电压供应分别仅为3.84 和0.6V,能够有效增强无源UHF RFID压力传感器标签的识读范围。