超高频无源RFID标签芯片射频前端的研究

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1、国内图书分类号：TN402密级：公开国际图书分类号：621.38西南交通大学研究生学位论文超高频无源RFID标签芯片射频前端的研究年级2015级5姓名张聪杰申请学位级别工程硕士专业集成电路工程指导老师冯全源二零一八年五月ClassifiedIndex:TN402U.D.C:621.38SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONRFFRONTENDOFPASSIVEUHFRFIDTAGCHIPGrade:2015Candidate:ZhangCongJieAcademicDegreeApplied

2、for:MasterSpeciality:IntegratedCircuitEngineering;Supervisor:Prof.QuanyuanFengMay.17,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要无源超高频射频识别是一种典型的非接触自动识别技术，其以射频信号为载体在空间中传递能量以及数据。相较于其它自动识别技术，它具有成本低、通信距离远、存储量大、安全性高等优势，他的广泛应用必将给物流以及商品等产业带来巨大变化，因此对于无源超高频RFID的研究具有重要意义。本文基于ISO18000-6C协议标准，采用SMIC0.18um工艺设计了无源超高频

3、RFID标签的射频前端部分。首先介绍了无源超高频RFID系统的工作原理，根据电磁场传播理论详细分析了射频信号能量在阅读器与标签芯片间的传递过程，并确认了标签芯片的基本结构，最后完成射频前端电路的设计。射频前端电路设计主要包括整流电路、解调电路以及整体电路的阻抗匹配，在设计过程中对各模块的工作原理进行了详细介绍。在整流电路的设计过程中针对单级阈值补偿型整流电路进行了原理分析，并建立了输出电压以及功率转换效率随输入射频信号幅度变化的模型，并对模型进行验证，依据模型设计了三级阈值补偿型整流电路；采用下拉电流结构来代替传统解调电路中的低通滤波结构，降低解调电路功耗以及版

4、图面积。整流电路以及解调电路采用Hspice进行仿真，仿真结果显示整流电路在45.51uW（-13.4dBm）的输入功率下，输出电压大于1.2V，同时整流电路的功率转换效率最大可达46.77%；解调电路在25nA的偏置电流下可以正常工作，在协议要求条件内解调电路的误差最大为7.5%，通过ADS进行仿真，通过调节天线的阻抗可以实现天线与标签的共轭匹配，反射系数仅有0.026，当天线与标签失配时，反射系数高达0.920，射频前端接收的能量有很大的改变。仿真结果表明整体射频前端正常工作，符合设计要求。关键词:超高频RFID标签；射频前端；整流电路；阈值补偿；解调电路西

5、南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractPassiveUHFRFIDisatypicalnon-contactautomaticrecognitiontechnology,whichtransmitsenergyanddatainspacewithrfsignalascarrier.Comparedwithotherautomaticrecognitiontechnologies,ithastheadvantagesoflowcost,longcommunicationdistance,largestoragecapacityandhighsecur

6、ity,anditswideapplicationwillbringgreatchangestologisticsandcommoditiesindustries,soitisofgreatsignificancefortheresearchofpassiveultra-highfrequencyRFID.BasedontheISO18000-6cprotocolstandard,theradiofrequencyfrontendportionofpassiveultrahighfrequencyRFIDtagisdesignedwithSMIC0.18umpr

7、ocess.Firstly,theworkingprincipleofthepassiveultra-highfrequencyRFIDsystemisintroduced.Accordingtothetheoryofelectromagneticfieldpropagation,thetransmissionprocessofRFsignalenergybetweenthereaderandthelabelchipisanalyzedindetail,andthebasicstructureofthetagchipisconfirmed.Finallycomp

8、letedthedesi