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高频射频识别系统模拟前端设计与研究

作　者: 何玲
导　师: 何怡刚
学　校: 湖南大学
专　业: 电工理论及新技术
关键词: 射频识别电子标签 ISO15693 模拟前端高频
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

RFID(射频识别)技术在我们的生活应用越来越广泛,越来越受到人们的关注,也取得了丰硕的研究成果。由于社会发展对技术的要求越来越高,以及RFID技术所固有的特点,目前还存在诸多难题有待进一步研究。本文在对RFID相关理论和技术深入分析的基础上,介绍了一种基于ISO15693标准的电子标签芯片设计。标签芯片按功能可以分为模拟前端、数字控制和存储单元三个部分,其中模拟前端起着至关重要的作用。针对无源标签低功耗和低成本的特点,本文设计了新的模拟前端电路,并对其进行了仿真。论文首先介绍了RFID技术的优点和应用；然后阐述基于这一技术的电子标签芯片的设计,先介绍了整个电子标签系统的工作原理,这个电子标签系统由片外的线圈电感、电容和一个芯片构成,其中片外电感和电容构成并联谐振电路,从阅读器发送出来的电磁场获取能量供给标签芯片工作；然后对射频前端符合的国际标准ISO15693进行分析；紧接着介绍标签芯片的工作原理,并给出标签天线的模型,这个天线就是电子标签并联谐振回路的电感；之后详细论述模拟前端的实现,这部分电路包括电源生成电路、时钟提取电路和调制解调电路。根据ISO15693协议要求,首先设计了满足要求的具体电路拓扑结构,然后分析这些电路的工作过程,并推导部分电路参数的得到。在理论分析的基础上,采用了Cadence的Spectre对这部分电路进行了性能仿真,使用的工艺库是SMIC 0.6μm的CMOS工艺。仿真结果显示,整个电路能满足既定的工作要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-20
  1.1 射频识别技术概述  9-11
  1.2 射频识别系统的组成  11-13
    1.2.1 读写器  12
    1.2.2 应答器  12-13
    1.2.3 天线  13
  1.3 射频识别技术的相关国际标准  13-14
    1.3.1 ISO标准  13-14
    1.3.2 EPC Global  14
    1.3.3 日本UID(Ubiquitous ID Center)  14
  1.4 射频识别技术的国内外发展状况  14-16
  1.5 课题研究背景及意义  16-19
  1.6 写作构思与主要内容  19-20
第2章电感耦合式射频识别系统模型  20-34
  2.1 电感耦合式RFID系统工作原理  20-22
  2.2 ISO 15693标准部分简介  22-23
  2.3 模拟前端整体方案设计  23-24
  2.4 射频识别系统模型  24-34
    2.4.1 磁场能量获取  24-27
    2.4.2 标签天线电路品质因数  27-30
    2.4.3 阅读器天线设计  30-31
    2.4.4 最小工作磁场H_(min)  31-32
    2.4.5 实际仿真电路结构及激励源范围确定  32-34
第3章电源电路设计  34-52
  3.1 整流滤波电路  34-41
    3.1.1 二极管单相整流结构  34
    3.1.2 NMOS桥式整流结构  34-35
    3.1.3 NMOS栅交叉连接整流器结构  35-36
    3.1.4 PMOS桥式整流器结构  36-37
    3.1.5 PMOS栅交叉连接整流电路  37
    3.1.6 PMOS和NMOS栅交叉连接桥式整流电路  37-38
    3.1.7 电荷泵整流电路  38-41
  3.2 模拟电源产生电路  41-43
  3.3 数字电源产生电路  43-46
  3.4 基准电压产生电路  46-48
  3.5 限压及静电保护电路  48-49
  3.6 偏置电流产生电路  49-52
第4章数据的调制解调  52-65
  4.1 解调电路  52-62
    4.1.1 100%调制信号解调电路  54-56
    4.1.2 10%调制信号解调电路  56-62
    4.1.3 关于解调电路的补充  62
  4.2 调制电路  62-65
    4.2.1 关于负载调制  62-63
    4.2.2 使用副载波的负载调制  63-65
第5章时钟提取电路及复位电路  65-69
  5.1 时钟提取电路  65-66
  5.2 复位电路  66-69
第6章总结与展望  69-71
  6.1 本文研究工作的总结  69-70
  6.2 开展进一步工作的设想  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  75

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