无源UHF RFID标签芯片射频模拟前端设计实现

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1、摘要摘要无源超高频射频识别唧RFD)技术具有准确性高、存储量大、抗恶劣环境、安全性高的特点，已广泛应用于生产、物流、交通、防伪等领域中，并将成为未来信息社会建设的一项基础技术。本文对无源UHFRFID标签芯片射频／模拟前端从芯片的系统结构、高效率的倍压整流电路、低功耗模拟前端电路设计和芯片设计流程等方面对RFID芯片的整体设计进行了研究，并针对测试结果对电路进行了改进设计。本文针对芯片设计难点给出相应的解决方案。对低功耗设计思路，从电路系统结构和具体电路设计两方面给出了解决方案，模拟前端功耗仿真结果和测试结果分别为10．8731．tW和16斗w，达到了低功耗要求；针对高效率倍压整流电路的研究

2、，本文提出了三种设计方案。一种方案是基于Chartered0．35阻工艺，将肖特基二极管整流器与低阈值偏置电路相结合，提高了电路的灵敏度和能量转换效率。在负载为200KQ，输入功率为．15dBm时，输出电压达1．47V，其最低输入电压为275mV，最高能量转换效率为26．2％。同时结合测试结果，在TSMC0．18lain1P4MRFMixsignalT艺对此电路进行了改进设计，改进后的肖特基倍压整理电路的最高整流效率达到了29％。同时提出了另外两种基于本征管的倍压整流电路和自偏置倍压整流电路。对基于本征MOS的倍压整流电路，在输入．12．8dB，负载为100Kn时，输出电压达1．642V，此

3、时倍压整流效率为51．2％；对自偏置倍压整流电路，在输入．15dB，负载为100KQ时，输出电压达1．423V，此时倍压整流效率为60．35％；对于模拟前端其它低压低功耗电路的设计，包括参考电流源、稳压器、大动态范围的解调器电路和调制反射电路等，本文对电路的原理进行了分析并给出了相应的仿真结果和版图，并流片验证。在芯片测试方面，本文详细介了绍芯片的测试数据，并对测试结果进行了分析。在测试结果分析的基础上，在TSMCO．18岬1P4MRFMixsignal工艺下对电路进行了改进设计，给出了改进电路原理图和仿真结果，并设计了版图。同时本文提出了一种采用标准CMOS工艺的模拟随机数发生器，分析了其

4、原理，并给出了仿真数据。新设计的模拟随机数发生器的动态功耗为800nW，静态功耗为60nW。改进设计的射频／模拟前端版图在CadenceVirtuoso中进行整合得到多个测试芯片，并计划于2009年1月在TSMC进行MPW投片。关键词：UttFRFID无源低功耗随机数AbstractPassiveUHFRadio丘equencyidentification(I强ID)technologyischaracterisedbyllighaccuracy,hugememerysize，anti—uglysftrroundings，highsaRy,andnOWitiswidelyusedinprod

5、uction，logistics，traffic，anti—fakeandSOon．Itisexpectedtobecomethebasictechnologyofinformationsociety．ThisthesisfocusesonthecoretechnologyoftheRF／Analogfi'ontendofpassiveUHFRFID，includingchiparchitectpxedesign,hi曲efficientrectifier,lowpoweranalogfrontendcircuitdesign，designflow,andtheimprovedcircuit

6、designbasedontestresults．Thesolutionsfortheproblemsabovearedicussedinthisthesis．Forlowpowerdesignmethod，solutionsarediscussedfromboththearchitectureofthechipandthecircuitdesign．Simulationandtestresultsshowthatthepowerconsumptionoftheanalogfromendis10．873pWand16州respectively．Forhighefficientrectifie

7、r,threecircuitsareproposedinthishesis．OneisbasedonChartered0．351maEEPROMprocess．WiththehelpofshottkydiodeandwelldesignedlowthresholdNMOSbiascircuit，thesensitivityisimproved．With200KQ10adandinpmpowerof一15dBm