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基于EPC Class-1 Generation-2标准的UHF RFID标签芯片数字电路设计

作　者: 王强
导　师: 毛陆虹
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 射频识别 超高频RFID 标签芯片数字电路 EPC C1G2 低功耗设计
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 157次
引　用: 7次
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内容摘要


射频识别(Radio Frequency Identification)技术是近些年来发展起来的一门新兴无线识别技术,它通过无线射频方式进行非接触式双向通信,以达到交换数据和识别目标的目的。在RFID技术中,超高频RFID异军突起,以其快速的识别速度、远距离读写能力、大容量数据存储以及高可靠性等独特的优势越来越受到人们的青睐。超高频RFID标签芯片是超高频RFID系统的核心,目前国内对其研究还处于发展阶段,主要集中在标签芯片的低功耗和低成本研究上。本文首先论述了RFID的相关技术原理、超高频RFID的技术优势以及超高频RFID标签芯片的研究进展。在详细解读了设计所依据的EPC Class-1 Generation-2标准之后,对低功耗设计方法进行了归纳总结并对设计中用到的方法进行详细的介绍。论文主要完成了基于EPC C1G2标准的超高频无源RFID标签芯片数字系统的设计。整个设计过程包括系统架构设计、RTL代码设计、功能仿真、逻辑综合、静态时序分析、布局布线后仿真、FPGA验证以及功耗分析与优化等。为降低系统功耗,本文引入了多种低功耗技术,如系统时钟规划,系统级功耗管理,状态优化编码,全局钟控,异步计数器,门级功耗优化以及操作数隔离等等。设计采用Chartered 0.18μm CB工艺流片,数字系统版图面积为482×480μm2(包括存储单元)。使用Prime Power对布局布线后提取的门级网表进行功耗分析表明,在时钟频率为1.92MHz、电源电压为1.8V时设计的最终功耗为24.1μW。此外基于FPGA平台完成的包括模拟前端电路在内的联合测试表明,设计可实现标准规定的全部功能,并可满足多种阅读器的工作要求。另外,本文还完成了第一版EPC C1G2标签芯片的测试工作。该版芯片采用Chartered 0.35μm 2P4M EEPROM工艺流片,测试结果表明标签工作稳定,可完成基本的读写功能。在多标签环境下的测试结果表明,标签识别速度较快,具有一定的防冲突能力。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 RFID 技术概述  7-11
    1.1.1 RFID 技术的优势  7-9
    1.1.2 RFID 技术的应用  9-10
    1.1.3 RFID 技术面临的问题  10-11
  1.2 RFID 系统简介  11-12
  1.3 UHF RFID 标签芯片研究进展  12-14
  1.4 论文的组织结构  14-15
第二章 UHF RFID 标签相关技术理论  15-30
  2.1 UHF RFID 相关标准介绍  15-16
  2.2 EPC~(TM) Class-1 Generation-2 标准解读  16-28
    2.2.1 命令结构及基本命令  16-26
    2.2.2 标签工作过程  26-28
  2.3 基于EPC C1G2 的防冲突算法介绍  28-29
  2.4 UHF RFID 标签架构介绍  29-30
第三章 低功耗设计分析与研究  30-37
  3.1 CMOS 电路的功耗来源  30-31
  3.2 低功耗设计技术简介  31-35
    3.2.1 系统级的低功耗设计  31-33
    3.2.2 RTL 级的低功耗设计  33-34
    3.2.3 逻辑级的功耗优化技术  34-35
    3.2.4 电路级的低功耗设计  35
    3.2.5 物理版图级的低功耗设计  35
  3.3 功耗估计和功耗分析  35-37
第四章 基于EPC C1G2 标准的UHF RFID 标签数字电路设计  37-61
  4.1 基本框架设计  37-39
  4.2 系统时钟频率的选择  39-41
  4.3 具体电路设计  41-61
    4.3.1 数据检测模块  41
    4.3.2 解码与时钟校准模块  41-44
    4.3.3 命令解析模块  44-46
    4.3.4 功耗控制单元  46-47
    4.3.5 公用寄存器模块  47-48
    4.3.6 CRC 校验模块  48-50
    4.3.7 存储模块  50-52
    4.3.8 状态控制单元  52-53
    4.3.9 随机数产生器模块  53-56
    4.3.10 反向时钟产生模块  56-57
    4.3.11 编码模块  57-60
    4.3.12 时钟分频模块  60-61
第五章 标签芯片数字电路设计实现  61-78
  5.1 功能仿真  61-62
  5.2 逻辑综合与时序分析  62-64
  5.3 布局布线后版图与后仿真  64-65
  5.4 功耗分析与优化  65-69
  5.5 FPGA 验证与测试  69-76
  5.6 0.35μm 工艺标签芯片测试结果  76-78
第六章 总结与展望  78-80
参考文献  80-82
发表论文和参加科研情况说明  82-83
致谢  83

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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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