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基于ISO18000-6B协议的无源UHF RFID温度标签研究与设计

作　者: 王倩
导　师: 毛陆虹
学　校: 天津大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 无源UHF RFID 射频模拟前端 温度传感 时域数字量化 高精度
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别标签并且能够进行双向的数据传输。RFID标签具有防水防磁、耐高温、寿命长、识别距离大、数据容量大、读写方便等优点。因此，它被认为是传统条形码的替代品，广泛应用于商品、门禁、医疗、交通运输等许多领域。带有智能传感器的RFID，是无线传感网络(Wireless Sensor Network，WSN)的重要组成部分。RFID技术与无线传感器网络结合成为热点的发展方向。其中，冷链物流的兴起为内嵌温度传感器的RFID标签提供了广阔的发展空间。本文是基于ISO18000-6B协议，对内嵌温度传感的无源UHF RFID标签的射频模拟前端部分电路和温度传感部分进行研究和设计。主要对射频模拟前端中的电荷泵、保护电路、稳压器、解调电路等模块在SMIC18ee2P4M工艺下进行了设计仿真。电荷泵、保护电路和稳压器要为后续电路提供1.5V的供电电压，其中电荷泵采用二极管连接的NMOS管级联成的6级Dickson结构；保护电路采用类似串联稳压的结构，利用四个MOS管阈值电压的和来箝位输出电压；稳压器采用串联稳压结构，最终输出电压稳定在1.5V；解调器电路采用非相干解调方式，由包络检波器、低通滤波器和迟滞比较器组成。温度感应电路是利用时域数字量化的方式实现的，主要包括恒定脉冲产生器、PTAT振荡器和计数器三部分。其中恒定脉冲产生器是用数字电路处理阅读器发送的帧头命令实现，最终产生与温度无关的宽200μs的宽脉冲；PTAT振荡器是将PTAT电流源产生的电流作为振荡器的偏置电流，从而使得到的振荡信号周期与温度有关，其中振荡器是基于迟滞比较器的；计数器采用的是9位异步计数器，由9个二分频器组成，其电路结构简单，使用的元器件少。与先前研究的无源RFID温度标签相比，该电路节省了一个用于定时的振荡器，降低了功耗，同时，由于定时脉冲取自阅读器，定时精度大大提高，提高了分辨率。整个温度传感电路在UMC18CMOS工艺下进行设计仿真和单独流片。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 RFID 技术简介及研究背景  8-11
    1.1.1 RFID 技术简介及分类  8-10
    1.1.2 RFID 技术的应用  10-11
  1.2 RFID 温度标签的发展现状与前景  11-12
  1.3 RFID 温度标签研究面临的挑战  12-13
  1.4 论文组织结构  13-14
第二章 无源 UHFRFID 温度标签系统工作原理  14-20
  2.1 RFID 标签系统结构  14-16
    2.1.1 标签  14-15
    2.1.2 阅读器  15-16
    2.1.3 天线  16
  2.2 ISO18000 协议介绍  16-18
    2.2.1 ISO18000-6 Type-A,B,C 标准对比  17
    2.2.2 选择 Type-B 协议原因  17-18
  2.3 UHFRFID 温度标签整体结构  18-20
    2.3.1 电荷泵、保护电路和稳压器  18-19
    2.3.2 解调电路和调制电路  19
    2.3.3 上电复位和振荡电路  19
    2.3.4 基准源电路  19
    2.3.5 内嵌温度感应电路  19
    2.3.6 数字逻辑电路  19-20
第三章 无源 UHFRFID 温度标签射频模拟前端部分电路设计  20-41
  3.1 射频模拟前端整体架构  20
  3.2 电荷泵  20-28
    3.2.1 电路结构选择  20-21
    3.2.2 电路原理分析  21-25
    3.2.3 电路仿真  25-28
  3.3 保护电路  28-32
    3.3.1 电路原理分析  29-31
    3.3.2 电路仿真  31-32
  3.4 稳压器  32-35
    3.4.1 电路原理分析  32-33
    3.4.2 电路仿真  33-35
  3.5 解调电路  35-41
    3.5.1 电路原理分析  35-39
    3.5.2 电路仿真  39-41
第四章 无源 UHFRFID 温度标签温度传感电路设计  41-52
  4.1 标签内嵌温度传感实现方法  41-42
  4.2 电路整体框图  42
  4.3 恒定宽脉冲产生电路  42-43
  4.4 PTAT 振荡器  43-47
    4.4.1 电路原理分析  44-46
    4.4.2 电路仿真  46-47
  4.5 异步计数器  47-49
    4.5.1 电路原理分析  47-49
    4.5.2 电路仿真  49
  4.6 电路整体仿真  49-51
  4.7 本章小结  51-52
第五章 无源 UHFRFID 标签芯片的版图设计及测试  52-63
  5.1 版图设计技巧  52-55
    5.1.1 寄生参数问题  52-53
    5.1.2 匹配问题  53-54
    5.1.3 噪声问题  54-55
    5.1.4 平面布局  55
  5.2 射频模拟前端版图设计要点  55-58
    5.2.1. 电荷泵  56
    5.2.2. 保护电路  56
    5.2.3. 稳压器  56-57
    5.2.4. 解调器  57
    5.2.5. 标签芯片整体版图  57-58
  5.3 温度感应电路版图设计  58-60
    5.3.1. 恒定脉冲产生器  58
    5.3.2. PTAT 振荡器  58-59
    5.3.3. 计数器  59
    5.3.4. 整个温度感应电路  59-60
  5.4 芯片测试  60-63
    5.4.1 射频模拟前端测试平台  60-61
    5.4.2 温度感应电路测试平台  61-63
第六章 总结与展望  63-65
  6.1 全文总结  63-64
  6.2 研究工作的改进与展望  64-65
参考文献  65-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 光模式识别及其装置
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