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1、杭州电子科技大学 硕士学位论文 无源UHF RFID标签芯片模拟前端设计 姓名：章少杰 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：孙玲玲 20091201 杭州电子科技大学硕士学位论文 I 摘 要 近几年来，随着信息技术的飞速发展和社会生活的显著提高，人们对于信息交互和信息 自动化的要求越来越高。射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）作为下一代识别 技术，以其非接触识别、体积小和存储信息量大等特点，得到了极大的重视和迅速的发展， 并已经在工业生产和社会生活中体现了很大的价值和意义。随着多种高新技术（如芯片技术、 无线通信技术）的综合发展，对于应
2、用于超高频段（Ultra High Frequency，UHF）射频识别 标签芯片的研究成为了目前 RFID 研究领域的热点之一。 本文结合 EPCTM C1G2 协议规范，对超高频无源射频识别标签芯片模拟前端进行研究和 设计。本文主要具有以下特点： 1、提出了一种改进的无源 UHF RFID 标签模拟前端系统实现方案。与传统射频识别标签 模拟前端的结构相比，本文对其进行了整体结构和电路改进。通过采用带自校准的时钟电路 和数字控制的解调电路，使得标签的功耗得到了优化，同时具有稳定的工作时钟频率。 2、对传统电源恢复电路的结构进行改进，提出了一种新的电源恢复电路实现方案。通过 采用低阈值的增强型
3、晶体管，克服了传统电路中必须采用含有耗尽型晶体管或者肖特基二极 管的特殊工艺，从而可以与标准 CMOS 工艺相兼容。这样，在保证标签性能的前提下，使得 标签芯片的制造成本得到了降低，从而有利于射频识别标签的应用和推广。 3、针对无源 UHF RFID 标签低功耗的要求，本文对标签模拟前端电路功耗进行了优化， 使得功耗降低至 2.2W。与现有的一些 RFID 实现方案1, 2相比，功耗得到了降低。 本论文采用 SMIC 0.18 m EEPROM 工艺， 对超高频无源射频识别标签芯片的模拟前端进 行设计。整个系统的功耗为 2.2W左右，工作电源电压为 1V，满足无源 UHF RFID 标签低功
4、耗低电压的要求。 关键词：关键词：射频识别，标签，低功耗，低电压 杭州电子科技大学硕士学位论文 II ABSTRACT In recent years, peoples demand for information exchange and automation is greatly increasing with the rapid development of information technology and the significant rising living standard. Radio frequency identification technology, as the
5、 next generation of identification technology, has attracted great attention and got rapid development for its non-contact identification, small size, and large amount storage characteristics, which has show its great value in industrial production and social life. The research for UHF RFID technolo
6、gy has become one hot spot as the various new technology(such as chip technology, wireless communication and so on) is increasing. According to the specification of EPCTM C1G2 protocol, this paper focuses on the research and design for analog front end of the passive UHF RFID Tag IC. This paper has
7、the following characteristics: 1. The analog front end of the passive UHF RFID tag is proposed. Comparing to the traditional analog front end of the radio frequency identification tag IC, this paper improves the whole architecture and circuitry. It optimizes power consumption and provides stable clo
8、ck by a self-calibration circuit and demodulator controlled under the digital condition. 2. A novel rectifier circuit is proposed to improve its characteristic based on the traditional rectifier circuit. Depletion MOS or Schottky diodes, made by special semiconductor technology, are replaced by low-
9、threshold enhance MOS in this IC. It can be compatible to the standard CMOS technology, and the cost of RFID tag chip will be reduced. It can facilitate the application of RFID tag ICs. 3. According to low-power requirement of the passive UHF RFID tag ICs, the power dissipation is optimized in this
10、paper. The power dissipation of this design is to 2.2W. Compared to some RFID implementation1, 2, power dissipation is lower. In this paper, the low-voltage and low-power analog front end of passive UHF RFID tag IC has been designed by SMIC 0.18m EEPROM technology. The power dissipation of the whole
11、 circuits is about 2.2W and the supply voltage is 1.0V. This analog front end of passive UHF RFID tag IC meets the low-power and low-voltage requirements. Keywords: Radio Frequency Identification (RFID), Tag IC, Low voltage, Low power 杭州电子科技大学杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重
12、声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文使用授权说明学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或 使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的
13、复印件， 允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文。 （保密论文在解密后遵守此规定） 论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日 杭州电子科技大学硕士学位论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 引言 随着信息技术、集成技术等多种高新技术的发展和社会生产生活要求的不断提高，一种 可对物体身份和信息进行自动识别的新型识别技术射频识别技术3(Radio Frequency Identification，简称 RFID)出现在人们的视野。它依靠射频无线通讯和空间能量传输，达到对 被识别物体的非接触识别。 在射频识别技
14、术产生之前，已经有多种识别技术问世，其中包括条码识别、光学符号识 别、生物识别等等4。在这些诸多识别技术中，最具革命性和目前普遍使用的技术是条码识 别技术。条码识别因其低廉的成本，在各个领域得到广泛地应用。但是随着工业生产和社会 生活质量的不断提高，条码识别越来越暴露出所含信息量少、无法编程和接触识别不方便等 的缺点4。射频识别技术就是在这个基础和需求上提出并发展起来的。 射频识别技术具备了条形码识别所不具备的多种优势：识别目标距离远、识别物体更为 灵活（如可以识别在运动行驶中的汽车） 、能够抵抗较为严酷的外界环境变化（如可防水、防 磁、耐高温） 、可对标签数据加密、存储信息量大并且可以更改所
15、存储的数据信息，同时可以 在最短时间内识别多个被识别物体2。 伴随着人类进入数字信息和计算机互联网时代，每天需要大量的数据信息交流和通讯传 输。传统的条形码技术已经开始无法跟上新时代信息交互的效率要求，同时新科技的发展正 试图将人类从繁琐的信息交互中解脱出来（如物联网的发展5） 。因此，作为一种自动的识别 技术（RFID）无疑符合了社会发展的需要，具有极大的潜力和发展空间，而其中超高频段的 RFID 以其特有的优势，成为了当前研究的热点3。 本文在对射频识别技术和射频识别系统研究的基础上，着重在于设计一个符合 EPCTM C1G2 协议的低压低功耗的超高频无源射频识别标签的模拟前端， 为 RF
16、ID 的研究提供一定的 帮助和借鉴意义。 1.2 RFID 技术的发展状况 射频识别技术从发明的时刻至今已经有相当长的历史。其诞生最早因归结于雷达技术的 应用和发展6-10。雷达向空间发射无线电波，通过对被目标反射回来的电波方向的变化来测 定目标物体的速度和方位。这一识别方式十分类似于射频识别技术的工作原理。在早期射频 识别技术研究中具有代表性的论文就是写于 1948 年的一篇文章： “利用反射功率的通信” 11， 为 RFID 技术的发展打下了理论基础。之后，由于各种技术发展的限制，射频识别技术的发 展一直较为缓慢。 但是到 20 世纪中期，无线电技术得到了迅速地发展。依托此技术的进步，开始出现了 杭州电子科技大学硕士学位论文 2 RFID 技术的
